Nouveaux développements dans le soudage de tubes moderne

Le Pipeweld Orbiter d'ESAB Welding & Cutting Products est un système de soudage mécanisé conçu pour réduire le coût par joint sur les projets de pipeline impliquant des raccordements et des sections spéciales, telles que les traversées de routes et de rivières.

Le changement technologique a atteint un rythme effréné dans certaines parties du monde manufacturier. Ailleurs, certains moyens traditionnels de fabrication tiennent encore.

Les raisons sont connues. L'acquisition de nouvelles technologies peut être considérée comme un coût prohibitif pour certaines entreprises. D'autres croient simplement que si le processus n'est pas cassé, pourquoi s'embêter à le réparer.

Cependant, les réalités concurrentielles sont indépendantes des comptes chèques et des pratiques de fabrication inefficaces. Ils ont tendance à frapper les entreprises au visage s'ils ne prêtent pas attention au monde qui les entoure.

C'est particulièrement vrai dans le soudage de tuyaux. La combinaison de soudeurs expérimentés et la croyance en des méthodes éprouvées d'assemblage de tuyaux ont créé un environnement qui n'a pas été rapide à changer. Mais si les récentes introductions de technologies faites au salon FABTECH® à Chicago en novembre dernier sont une indication, les soudeurs en tuyauterie pourraient être placés dans une position où ils devront sérieusement envisager de nouvelles technologies de soudage.

La façon dont le soudage des conduites principales - le soudage de longues sections droites de tuyaux qui traversent la campagne - est effectué en Amérique du Nord est assez simple. Deux sections de tuyaux de taille similaire sont réunies et une machine pneumatique ou hydraulique, généralement à l'intérieur, est utilisée pour serrer les deux sections ensemble afin de faciliter le soudage. Une fois connectés, les tuyaux sont biseautés en J d'environ 5 degrés pour permettre le soudage sur site. (Les tubes quittent traditionnellement la tuberie avec un biseau de 30 degrés à leurs extrémités.) Un bogue de soudage externe alimenté par fil est ensuite utilisé pour déposer des cordons rapides et cohérents tout au long du passage final.

Cette approche fonctionne bien jusqu'à ce que vous deviez joindre des sections spéciales du tuyau, qui peuvent avoir à dégager une route ou une traversée de rivière, par exemple. Ces sections spéciales sont fabriquées à la longueur requise puis reliées à la ligne principale qui s'arrête et repart de chaque côté du passage à niveau. Vous ne pouvez tout simplement pas utiliser la technologie de serrage interne pour ces types d'applications, car si les freins de ces unités tombaient en panne, ces gros appareils, certains pesant jusqu'à 1 000 lb, viendraient hurler dans le tuyau comme une torpille. En fait, ces pinces internes ne sont pas utilisées sur des pentes de plus de 22,5 degrés. Il n'y a pas moyen de contourner la loi de la gravité.

Gordon Eadie, responsable mondial du segment de pipeline, ESAB Welding & Cutting Products, a déclaré que dans ces situations, le soudage manuel est nécessaire pour terminer le travail. Les soudeurs doivent non seulement être suffisamment qualifiés pour travailler dans diverses positions de soudage verticales, mais aussi à des angles impairs, comme 30 ou 60 degrés. Inutile de dire que cela laisse certaines entreprises exaspérées à la recherche d'une aide à l'automatisation. Ils ont eu un avant-goût de ce que le soudage automatisé a fait pour le soudage principal, alors pourquoi ne voudraient-ils pas quelque chose pour ces segments pas si droits ?

Cela a conduit ESAB à développer le Pipeweld Orbiter, qui se compose d'un insecte léger et d'une bande à ajustement rapide qui se fixe sur les tuyaux d'un diamètre supérieur à 8 pouces. (L'épaisseur de la paroi du tuyau, en particulier pour les tuyaux de plus petit diamètre, aidera à déterminer si mécanisé le soudage est logique pour ce type d'application. Par exemple, un soudeur utilisant des électrodes cellulosiques pour les passes de racine et à chaud sur un tuyau de 8 pouces de diamètre avec une épaisseur de paroi de 0,25 pouce pourrait probablement terminer les passes de remplissage et de bouchage facilement assez sans avoir besoin d'un suivi mécanisé.) Le bogue contient la torche, le mécanisme d'entraînement, les commandes, le porte-bobine de fil, le mécanisme d'alimentation en fil, les câbles et les tuyaux. Il est conçu pour fonctionner avec n'importe quelle source d'alimentation de soudage à tension constante qui peut fournir une sortie suffisante pour le fil sélectionné. Pour les tuyaux de plus grand diamètre, peut-être 16 po ou plus, deux insectes peuvent être utilisés en même temps des deux côtés pour accélérer le processus de soudage.

"Le fil fourré se prête parfaitement à cela", a déclaré Eadie. "C'est idéal pour les sections spéciales, les croisements ou les soudures de raccordement où ils joignent les longues sections de tuyau où ils ne peuvent pas utiliser la pince interne."

Lorsque le fil fourré est utilisé pour ces soudures de pipeline, le flux gèle rapidement sans affecter la fluidité du bain de soudure en dessous et le profil de pénétration attendu. En raison de ces caractéristiques de performance, le soudage à fil fourré est la technologie de choix pour la majorité des travaux de pipeline effectués à l'extérieur de l'Amérique du Nord, a déclaré Eadie. Dans certaines parties du monde, le remplissage et le bouchage avec des électrodes cellulosiques deviennent désormais presque interdits.

Le système de soudage PIPEFAB de Lincoln Electric est une source d'alimentation conçue spécifiquement pour le marché de la fabrication de tuyaux et de cuves.

Certains sont cependant lents à accepter le changement. C'est pourquoi les consommables ont été adaptés au type d'application de soudage de pipelines que l'on est susceptible de rencontrer aux États-Unis. Les électrodes cellulosiques Pipeweld peuvent être utilisées pour compléter la passe de racine et à chaud, tandis que le Pipeweld Orbiter automatise les passes de remplissage et de bouchon à l'aide d'un fil fourré. électrodes. Dans une autre procédure, les électrodes à faible teneur en hydrogène Pipeweld DH peuvent être utilisées pour la première passe de remplissage, et le Pipeweld Orbiter peut terminer les passes restantes.

Eadie a déclaré que les soudeurs manuels auraient du mal à suivre le bug mécanisé, en particulier avec le FCAW en montée pouvant déposer jusqu'à 9 livres. de métal d'apport par heure. Il a ajouté que le processus est beaucoup plus cohérent que ceux qui utilisent le soudage à l'arc sous protection ou les procédures à fil plein et à espacement étroit.

Eadie a partagé un cas où une entreprise avait 200 miles de tuyaux à souder en Europe et a obtenu un contrat supplémentaire pour 50 miles supplémentaires sur le même pipeline. Ce qui aurait dû être un moment de fête s'est rapidement transformé en dilemme. Ils disposaient d'assez d'appareils mécanisés pour le soudage de conduites droites qu'ils avaient prévu, mais ils ne pouvaient pas justifier le coût de plus de machines pour le projet supplémentaire de 50 milles. (La plupart des machines conçues pour ces applications de soudage de pipelines à espace étroit sont louées auprès de sociétés de location d'équipement.)

"Ils utilisaient cette technologie Pipeweld Orbiter sur les raccordements et les croisements car il y avait des sections dans ces 200 miles d'origine où ils ne pouvaient pas utiliser la pince traditionnelle", a déclaré Eadie. "Ils ont très vite appris que, s'ils menaient correctement ce projet, ils pourraient en fait rivaliser dans le temps avec le nombre de soudures qu'ils pourraient produire avec un processus prétendument plus rapide."

En utilisant le Pipeweld Orbiter pour toutes les connexions du projet de 50 milles, les soudeurs ont également appris qu'ils n'avaient pas besoin de biseauter les extrémités des tuyaux. Cela signifiait qu'ils n'avaient pas besoin d'employer une équipe de nettoyage pour collecter les copeaux de métal et traiter le liquide de coupe.

Une fois le soudage du pipeline terminé, l'entreprise a examiné de manière critique les coûts des différentes approches de soudage. Ils ont appris qu'ils réalisaient environ 60 joints par jour sur des tuyaux de 48 pouces de diamètre et de 0,75 pouce de paroi en utilisant le procédé traditionnel à joint étroit avec cinq équipes de soudage (10 soudeurs). Avec le procédé à noyau de flux, l'entreprise obtenait encore 60 joints par jour, mais elle disposait de six équipes (12 soudeurs) travaillant sur le procédé. Même avec l'équipe supplémentaire, cependant, la société a constaté que le coût global par joint utilisant le Pipeweld Orbiter était de 40 % inférieur à celui de l'utilisation de l'équipement mécanisé pour le processus à joint étroit, lorsque les coûts de mobilisation et d'usinage étaient inclus. L'entreprise a également conservé le matériel à la fin des travaux au lieu de le restituer au loueur.

Eadie a ajouté que ce type de technologie de soudage de tuyaux ne nécessite pas beaucoup de formation. En raison des commandes faciles à utiliser et de la production constante du processus à noyau de flux vertical, des opérateurs compétents peuvent être formés en une journée.

"Nous avons quelques projets qui soudent au Texas avec un fil fourré", a déclaré Eadie. "C'est assez nouveau pour les gars là-bas … mais nous constatons un certain intérêt."

L'introduction de nouvelles technologies par les sociétés de soudage Lincoln Electric et ESAB promet de modifier la façon dont les tuyaux sont soudés. Getty Images

Les soudeurs qui effectuent ce type de travaux de tuyauterie partagent bon nombre des mêmes pressions que leurs pairs dans d'autres domaines de la fabrication de métaux, dont l'un consiste à faire plus avec moins. Les entreprises souhaitent augmenter leur productivité afin de pouvoir terminer leurs projets plus tôt et passer à la prochaine opportunité lucrative. En attendant, la qualité doit être maintenue car dans ce type de travail, l'échec peut être désastreux. Par exemple, une fuite chimique n'est pas quelque chose que tout le monde veut traiter.

Face à ces attentes sans cesse croissantes, les ateliers de tuyauterie et d'appareils sous pression et les entrepreneurs en mécanique doivent faire face à des difficultés pour trouver les bons opérateurs et soudeurs pour leurs ouvertures. Cela est particulièrement vrai lorsqu'il s'agit d'ouvertures pour lesquelles des compétences de haut niveau, telles que le soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW), sont nécessaires.

En bref, tous les outils qui peuvent aider les soudeurs en tuyauterie à faire leur travail plus efficacement sans sacrifier la qualité sont susceptibles d'être grandement appréciés. Cela a conduit Lincoln Electric à développer son système de soudage PIPEFAB™.

« Nous avons commencé avec des technologies existantes qui servaient déjà cet espace et offraient les performances de soudage dont elles avaient besoin, mais peut-être pas l'expérience dont elles avaient besoin du point de vue de la facilité d'utilisation », a déclaré Bruce Chantry, directeur des produits de technologie avancée de Lincoln Electric. . "Nous avons donc passé beaucoup de temps dans ces ateliers de fabrication de tuyaux et de récipients à écouter les clients et à les observer dans leurs opérations pour comprendre comment ils utilisent les outils dans leur monde de tous les jours."

Cette réalité de soudage dans un atelier de tuyauterie et d'appareils sous pression va être complètement différente de la vie dans le département de soudage d'un grand OEM comme John Deere ou Caterpillar, où quelqu'un est probablement en train de souder à l'arc sous gaz et métal (GMAW) avec la même taille de fil et le même gaz. combinaison pendant la majeure partie d'un quart de travail. Les soudeurs en tuyauterie dans un atelier alternent constamment entre le soudage à l'arc sous protection métallique, le soudage à l'arc avec fil fourré, le GTAW et le GMAW.

Pour donner aux soudeurs la possibilité de marcher jusqu'à une source d'alimentation, de laisser tout connecté et de choisir le processus nécessaire pour le travail d'une simple pression sur un bouton, les ingénieurs de Lincoln Electric ont conçu le système PIPEFAB afin que toutes les sorties de processus soient isolées électriquement. Aucune déconnexion ni reconnexion n'est nécessaire lorsque le processus est modifié. L'entreprise l'appelle la conception Ready-to-Run™.

Cela aide à répondre au besoin d'une productivité accrue, mais qu'en est-il des préoccupations concernant le manque d'expérience et de connaissances en soudage dans le domaine du soudage de tuyaux ? C'est là que le nouvel affichage visuel entre en jeu.

"En optant pour un bel écran haute visibilité de qualité industrielle de 7 pouces, nous pouvons désormais utiliser cet écran comme moyen d'échanger des informations avec les opérateurs pour essayer de leur faciliter la vie", a déclaré Chantry.

Historiquement, les interfaces utilisateur sur les sources de courant de soudage étaient assez limitées. Il y avait peut-être des étiquettes sur une plaque signalétique avec des lumières LED qui indiquaient au soudeur quel processus avait été choisi, mais dans l'ensemble, elles étaient assez rudimentaires.

Au lieu de théoriser ce que les soudeurs en tuyauterie pourraient vouloir, Lincoln Electric a utilisé l'expertise d'une entreprise spécialisée dans l'interface utilisateur et la conception pour aider au développement du système PIPEFAB. Ils ont fait des recherches approfondies sur les clients avec des soudeurs en tuyauterie, apprenant ce qu'ils aimaient et n'aimaient pas. Ils ont recherché et comparé les centres d'information associés à des produits comme le Ford F-150 et un tracteur John Deere. Cela a conduit à plusieurs concepts différents pour les dispositions d'écran, les formes matérielles et le placement des boutons et des boutons. D'autres commentaires des soudeurs ont permis d'obtenir l'interface utilisateur finale là où elle devait être.

"Cette orientation nous a permis de rendre l'expérience utilisateur incroyablement intuitive et éducative", a déclaré Chantry. "Par exemple, si quelqu'un devait faire apparaître un code d'erreur pour une raison quelconque, plutôt que le code d'erreur ne s'affiche, le soudeur est maintenant en mesure d'apprendre quelle est l'erreur et peut-être même des solutions potentielles pour la résoudre. Nous pouvons commencez maintenant à leur transmettre des connaissances sur la façon de résoudre les problèmes."

L'interface utilisateur a été un développement important pour le produit PIPEFAB car, dans de nombreux cas, elle pourrait être le facteur décisif pour les entreprises cherchant à acheter de nouveaux équipements de soudage de tuyaux, a ajouté Chantry. Alors que les soudeurs expérimentés peuvent préférer la technologie de soudage Lincoln Electric aux autres sources d'alimentation sur le marché, les directeurs d'atelier ou les acheteurs d'équipement peuvent se tourner vers les machines les plus conviviales, étant donné qu'ils sont susceptibles d'avoir des soudeurs moins expérimentés qui travaillent pour eux avec le départ à la retraite de les baby-boomers.

Lincoln Electric a également amélioré les performances de soudage de sa nouvelle source d'alimentation pour le soudage de tuyaux, selon Chantry. Le procédé breveté Surface Tension Transfer® de la société, un GMAW en court-circuit modifié, a été affiné pour offrir des vitesses de déplacement plus rapides et une plus grande stabilité de l'arc. En fait, à un moment donné, les soudeurs en tuyauterie devaient utiliser des longueurs de câble ou des fils de détection plus courts pour assurer un arc stable pendant le processus d'assemblage. Cela ne doit plus être le cas avec l'introduction de la technologie CableView™, a déclaré Chantry.

Cette fonction brevetée surveille en permanence l'inductance du câble et ajuste la forme d'onde pour maintenir des performances d'arc constantes avec des câbles longs ou enroulés jusqu'à 65 pieds (19,81 m). Les soudeurs n'ont pas à se soucier des fils supplémentaires qui étaient présents lorsque les fils de détection étaient nécessaires. De plus, la technologie CableView avertit le soudeur si l'inductance est en dehors des seuils de performance.

« Peu importe qu'un soudeur travaille avec un câble de 15 pieds [4,57 m] dans des conditions idéales ou un câble de 50 pieds [15,24 m] dans des conditions moins idéales. Je n'ai pas besoin de toucher quoi que ce soit pour assurer la stabilité de l'arc », a déclaré Chantry.

Le système PIPEFAB est également conçu pour fournir des caractéristiques de soudage par impulsions adaptées au soudage de tuyaux. Utilisant la technologie Waveform Control Technology® de Lincoln Electric, la fonction Smart Pulse™ surveille les paramètres de la machine et adapte l'impulsion pour chaque application de soudage de tuyaux, comme le soudage de tuyaux hors position et 1G.

Chantry a déclaré que cette technologie de soudage de tuyaux a été développée pour ce que les soudeurs de tuyaux font aujourd'hui et pour d'autres possibilités à venir, peut-être avec des matériaux plus récents, non encore identifiés. Une autre chose que les développeurs de produits ont gardée à l'esprit était la nécessité d'une connectivité Industrie 4.0. Bien que de nombreux fabricants n'aient pas encore exploité tout le potentiel de ce type de gestion de la fabrication numérique pour la productivité et la qualité, ils sont rassurés de savoir que le système PIPEFAB pourra faire partie d'un tel environnement interconnecté.

"Les clients peuvent connecter cela avec Ethernet à leur réseau et profiter de nos solutions de données existantes lorsque le produit est sorti de la boîte. Ils peuvent gérer et superviser leurs opérations de soudage de n'importe où dans le monde", a déclaré Chantry.