Parmi les procédés de soudage automatique les plus utilisés et les plus efficaces dans l'industrie lourde moderne et la fabrication de tubes en acier, l'un estsoudage à l'arc submergé(SCIE). En tant que technologie mature, SAW présente des caractéristiques telles que l'arc submergé, la protection des flux, une pénétration profonde, une qualité de soudage stable et moins de projections. Contrairement aux méthodes de soudage MIG et TIG (arc ouvert), l'ensemble de l'arc et du bain de fusion du soudage à l'arc submergé est entièrement recouvert et protégé par un flux, isolant ainsi la zone de soudage de l'air et évitant les défauts d'oxydation. Depuis le début de la production industrielle, le soudage à l'arc submergé est devenu le procédé de soudage principal pour les tuyaux soudés en spirale, les structures en acier à parois épaisses, les récipients sous pression, la fabrication de chaudières, la construction navale et la fabrication de gros équipements. En raison de son aptitude au soudage de plaques épaisses, de sa forte capacité de courant et de sa facilité d’automatisation, le soudage à l’arc submergé a occupé une position irremplaçable dans l’industrie manufacturière lourde.
Définition de base et principe de fonctionnement
Le soudage à l'arc submergé est un processus de soudage à l'arc automatique ou semi-automatique qui utilise un fil solide comme matériau d'apport etfluxcomme milieu de protection. La principale caractéristique de ce procédé est que pendant le processus de soudage, l'arc est recouvert par la couche de flux et aucune flamme nue n'est visible. L'ensemble de la réaction métallurgique du soudage est réalisé dans un environnement scellé de protection des scories.
Son principe de fonctionnement peut être divisé en quatre étapes : allumage de l'arc, fusion thermique, réaction métallurgique et protection contre la formation de scories. Lorsque la machine à souder démarre, le court-circuit entre le fil de soudage et la pièce génère un courant transitoire, allumant ainsi l'arc. Dans le même temps, la chaleur de l'arc à haute température fait fondre le flux, le fil de soudage et le matériau de base environnants. Le flux fondu forme une couche de scories liquides visqueuse et dense qui peut recouvrir complètement le bassin de fusion à haute température -. Cette couche de laitier peut isoler l'oxygène, l'azote et la vapeur d'eau présents dans l'air, empêchant ainsi les gaz nocifs de pénétrer dans le cordon de soudure. Dans le même temps, une série de réactions métallurgiques complexes se produisent entre les scories fondues et l'acier fondu, telles que la désoxydation, la désulfuration et la déphosphoration, purifiant ainsi la microstructure du cordon de soudure et améliorant les propriétés mécaniques du joint de soudure. Après refroidissement, les scories liquides se solidifient en une coque dure sur la surface de la soudure, facile à enlever et forme une soudure lisse et uniforme.
Les principaux équipements et matériaux du système SAW
Un système complet de soudage à l’arc submergé se compose d’un équipement de soudage professionnel, d’un fil de soudage et d’un flux spécial.
1. Matériel de soudage
L'équipement de base se compose principalement d'une alimentation automatique de soudage, d'un dévidoir, d'un chariot de soudage ou d'un système de portique mobile, d'un dispositif d'alimentation et de récupération du flux. L'alimentation électrique de soudage fournit un courant et une tension stables pour assurer une combustion continue et stable de l'arc. Le dévidoir automatique de fil peut contrôler avec précision la vitesse d'alimentation du fil et l'adapter à la vitesse de mouvement de soudage pour éviter l'interruption de l'arc et le bain de fusion instable. Le chariot mobile entraîne le pistolet de soudage à une vitesse uniforme, garantissant ainsi la cohérence de la largeur de soudure et de la profondeur de pénétration. De plus, le système de circulation automatique du flux peut réaliser l'étalement et la récupération automatiques du flux, assurant non seulement une protection continue pendant le processus de soudage, mais améliorant également l'utilisation des matériaux et réduisant ainsi les coûts de production.
2. Fil et flux de soudage
Le soudage à l'arc submergé repose sur l'effet combiné du fil de soudage et du flux pour parvenir à une optimisation métallurgique. Le fil de soudage fournit du métal d'apport et des éléments d'alliage, tandis que le flux sert d'agent protecteur, désoxydant et éliminant les impuretés. Différents types d'acier, tels que l'acier au carbone, l'acier à haute résistance faible-allié-et l'acier pour pipelines, nécessitent des flux neutres, acides ou alcalins correspondants. Parmi eux, les flux alcalins ont une capacité d'élimination des impuretés relativement forte, ce qui peut améliorer considérablement la ténacité à basse température et la résistance aux fissures de la soudure, et conviennent au soudage de pipelines et d'appareils sous pression de haute qualité ; les flux acides ont de bonnes performances de processus, un arc stable et une belle formation de soudure, et sont principalement utilisés pour le soudage de l'acier de construction ordinaire.
Processus technologique complet de soudage à l’arc submergé
1. Préparation avant-soudure
Le traitement préalable-au soudage est une étape cruciale pour garantir la qualité de la soudure. Tout d'abord, la surface du produit et la zone de soudure doivent être soigneusement nettoyées, en éliminant la rouille, les calamines d'oxyde, les taches d'huile, l'humidité et autres impuretés pour éviter les défauts tels que les pores, les inclusions de scories et les fissures causées par les impuretés. Deuxièmement, le flux doit être séché à une température élevée spécifique pour éliminer la vapeur d'eau interne, réduisant ainsi la teneur en hydrogène dans le cordon de soudure et évitant la fissuration à froid induite par l'hydrogène-. De plus, l'opérateur doit ajuster l'écart de l'assemblage de soudage et l'angle de soudure en fonction de l'épaisseur de la tôle et des normes de soudage pour garantir une couche de pénétration uniforme et une bonne fusion.
2. Paramètres des paramètres et essai de soudage
Avant le processus de soudage formel, le personnel doit définir les paramètres de base du processus, notamment le courant de soudage, la tension, la vitesse de déplacement de l'arc et la longueur du fil, etc. Le courant détermine l'apport de chaleur et la profondeur de pénétration de la soudure ; la tension contrôle la largeur du cordon de soudure et l'apparence du cordon de soudure ; la vitesse de déplacement de l'arc affecte l'efficacité du soudage et la qualité de la fusion. Si les paramètres ne correspondent pas correctement, cela peut entraîner une profondeur de pénétration insuffisante, des brûlures, une fusion incomplète ou une formation de soudure inégale. Pour garantir la stabilité des paramètres et les performances de soudage qualifiées dans une production à grande échelle-, des essais de soudage doivent être effectués.
3. Soudage formel et protection des flux
Pendant le processus de soudage formel, le dispositif d'alimentation en flux répartit uniformément le flux sur le cordon de soudure, formant une épaisseur suffisante de couche de flux. Le fil de soudage est alimenté en continu et l'arc électrique brûle de manière stable sous la couche de flux. L'arc électrique à haute température-fait fondre le matériau de base et le fil de soudage, formant ainsi un bain de fusion. En même temps, après la fonte du flux, une couche de laitier protectrice se forme, isolant l'air et complétant la purification métallurgique. Le chariot de soudage avance à une vitesse constante pour réaliser un soudage continu et longue distance. Pour les tuyaux soudés en spirale et les structures en acier à parois épaisses-, le soudage à l'arc submergé double-est généralement utilisé. La soudure intérieure est réalisée en premier, suivie de la soudure extérieure, pour assurer une pénétration complète et une structure de soudure dense.
4. Traitement et inspection après-soudage
Une fois le soudage terminé, attendez le refroidissement naturel et retirez la coque de scories de surface. La surface de soudure est lisse et plate, avec une bonne qualité de formage. Pour les produits de haute-qualité tels que l'acier des pipelines et les récipients sous pression, des tests non destructifs post-soudage-tels que des tests par ultrasons et une détection des défauts par rayons X-sont nécessaires pour détecter les fissures internes, les inclusions de scories et les défauts de fusion incomplète. Dans le même temps, des tests de propriétés mécaniques tels que des tests de traction et des tests d'impact doivent être effectués pour vérifier si la résistance et la ténacité des soudures répondent aux normes industrielles.
Avantages technologiques fondamentaux
Dans le processus de production industrielle, le soudage à l'arc submergé présente des avantages techniques irremplaçables dans le soudage de plaques épaisses et le soudage de cordons de soudure longs. Premièrement, le système de protection du flux peut isoler complètement l’air, ce qui entraîne une très faible teneur en gaz à l’intérieur du cordon de soudure et une structure interne dense dotée d’excellentes propriétés mécaniques. Deuxièmement, le soudage à l'arc submergé peut résister à des courants élevés et atteindre un apport thermique important, ayant une bonne capacité de pénétration, et est particulièrement adapté au soudage de plaques épaisses qui ne peut pas être réalisé par des procédés de soudage ordinaires. De plus, cette méthode de soudage automatique présente une efficacité de production élevée, un processus de soudage stable, un faible taux de défauts et une très faible dépendance au travail humain. Quatrièmement, la pollution due aux fumées de soudage est considérablement réduite, améliorant ainsi l'environnement de travail et la sécurité sur le site. Cinquièmement, le cordon de soudure est lisse et uniforme, avec presque aucune éclaboussure, ce qui réduit considérablement la charge de travail de meulage ultérieur et de traitement fin, et améliore l'efficacité de la production.
Limites
Bien que le soudage à l’arc submergé présente des avantages significatifs, il présente également certaines limites techniques. En raison de la nécessité d'une couverture de flux pendant le processus de soudage, le soudage à l'arc submergé ne convient que pour le soudage à plat et le soudage horizontal, et ne peut pas réaliser un soudage en position complète-comme le soudage vertical et le soudage aérien. Il existe donc des limitations de position. De plus, le soudage à l'arc submergé ne convient pas au soudage de plaques minces car l'apport de chaleur du soudage à l'arc submergé est trop important, ce qui est susceptible de provoquer une déformation ou une brûlure des plaques. Dans le même temps, en raison de la grande taille de l'équipement de soudage, il n'est pas adapté aux petites pièces complexes et de forme irrégulière-ainsi qu'aux scénarios de construction mobiles. Dans la production réelle, un contrôle strict des processus clés doit être effectué : contrôler strictement la température de séchage du flux pour éviter les fissures induites par l'hydrogène- ; faites correspondre précisément le courant et la tension pour éviter que l'électrode ne pénètre ou ne surchauffe ; assurer une couverture uniforme du flux pour empêcher l’intrusion d’air ; contrôler raisonnablement la vitesse de soudage pour stabiliser la formation de soudure.
Principales applications industrielles
Le soudage à l’arc est largement utilisé dans les domaines de l’industrie lourde où des normes élevées de qualité et d’efficacité sont requises.
1. Dans l'industrie des tubes en acier, il s'agit d'un procédé de soudage spécialisé pour les tubes soudés en spirale et les tubes soudés à joint longitudinal de grand -diamètre, et est largement utilisé dans les pipelines de pétrole et de gaz longue distance, les canalisations d'approvisionnement en eau municipales et les canalisations d'ingénierie éolienne.
2. Dans l'industrie des structures lourdes en acier, la technologie de soudage à l'arc submergé est utilisée pour les plaques d'acier des ponts, les structures porteuses des bâtiments et la fabrication de machines portuaires.
3. Dans la fabrication d'appareils sous pression et de chaudières, cette technologie est utilisée pour le soudage de cylindres à paroi épaisse-afin de garantir une tolérance de pression et une étanchéité à l'air élevées-.
4. Dans le domaine de la construction navale et du génie maritime, le soudage à l'arc submergé peut garantir la stabilité structurelle et la résistance à la corrosion des plaques d'acier de la carrosserie des navires et des composants des plates-formes offshore.
Avec le développement continu de l'automatisation et de la fabrication intelligente, la technologie du soudage à l'arc submergé évolue progressivement vers un réglage intelligent des paramètres, un soudage collaboratif robotisé et un soudage efficace, améliorant encore l'efficacité de la production industrielle.
Le soudage à l'arc submergé est un procédé de soudage efficace,-de haute qualité et hautement automatisé qui permet de souder grâce à la protection du flux et à la purification métallurgique. Contrairement au soudage traditionnel à l'arc en fente, le soudage à l'arc submergé utilise un flux granulaire pour la protection, permettant un soudage fermé, éliminant efficacement les défauts de porosité et purifiant le métal fondu, ce qui se traduit par de meilleures propriétés mécaniques. Il présente des avantages significatifs tels qu'une pénétration profonde, un processus stable, un aspect esthétique de la soudure et un faible taux de défauts. Il est particulièrement adapté aux tôles épaisses, aux soudures longues et à la production industrielle à grande échelle.
Bien qu'il présente certaines limites dans les postes de soudage et le soudage de plaques minces, il occupe toujours une position dominante dans l'industrie lourde, la fabrication de pipelines, la production d'appareils sous pression et l'ingénierie des structures en acier. À l'avenir, grâce à l'innovation continue dans la technologie de soudage et les systèmes de contrôle automatique, le soudage à l'arc submergé atteindra une efficacité de soudage plus élevée, des taux de défauts plus faibles et des performances de soudage plus stables, continuant à être un processus de soudage essentiel soutenant la construction d'infrastructures industrielles modernes.
