14. Description du procédé de soudage par induction à haut fréquence

Le chauffage HF est de plus en plus utilisé pour le soudage longitudinal des tubes métalliques et des profilés . Le chauffage par induction s'impose également pour des raisons de qualité et de technologie de fabrication .

La soudure à haute fréquence est un des procédés industriels les moins exigeants. Il est donc possible de produire des tubes de qualité acceptables pour la plupart des usages, même avec des installations très mal conçues .La raison principale motivante pour réaliser une installation correcte d’une soudeuse est la somme d’argent que l’on épargne sur le coût de l’énergie électrique.

Le matériau initial est le feuillard d’acier. La bobine de feuillard est d’abord déroulée sur une débobineuse et acheminée vers un accumulateur. La vitesse d’amenée est supérieure à la vitesse de la ligne de soudage si bien que l’accumulateur est toujours plein. La ligne est alimentée par l’accumulateur. Cela évite d’avoir à arrêter la ligne lors de la mise en place d’une nouvelle bobine et du soudage de l’extrémité de cette bobine avec celle de l’ancienne.

Après le passage dans l’accumulateur, les bords du feuillard sont façonnés afin d’obtenir le diamètre exact du tube ; les bords sont nettoyés, décapés et mis dans un état mécanique irréprochable.

Le feuillard est ensuite passé entre les galets de formage et courbé progressivement jusqu'à devenir un tube ouvert dans le sens longitudinal ( Figure I- 6 ) .

Avant soudage, la largeur de la fente est maintenue constante par un galet ou une lame afin de conserver des caractéristiques géométriques constantes lors du soudage.

Le soudage est réalisé par induction ou conduction. Dans la mesure du possible, des noyaux magnétiques refroidis par eau sont mis en œuvre à l’intérieur du tube. Ces noyaux guident le champ magnétique et le rendement s’en trouve augmenté.

En Europe, on utilise principalement le chauffage par induction [28] .

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Figure I- 6. Formage progressif d’un feuillard au moyen des galets [29] .

29 I-14.1. L’énergie de soudage

L’énergie HF nécessaire au soudage est transmise au tube par une bobine (inducteur).

Cette transmission est effectuée par induction, sans contact avec le tube comme illustre les ( Figures I-7 et I-8) .

L’inducteur est traversé par un courant élevé et doit être refroidi par eau. Et induit une tension HF dans le tube ouvert, qui donne naissance à la circulation d’un courant dont les lignes se renferment au point de contact des bords ( point de soudage).

Les filets de courant longeant les bords provoquent l’échauffement de ces derniers sur le tronçon entre l’inducteur et le point de soudage. Un échauffement supplémentaire au point de soudage amène spontanément le tube à la température de soudage. Cet échauffement est le produit, entre autre, par la sortie du champ magnétique, hors du tube, devant le point de soudage et par la concentration des lignes de courant au droit du point de soudage lui-même .

Figure I- 7. Chauffage des tubes par induction [29] .

Figure I- 8. Chauffage des tubes par contact [29] .

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Dans le cas du soudage par conduction, l’énergie HF est transmise au tube par des contacts appliqués par ressorts. Le procédé de soudage est semblable au procédé de soudage par induction. Cependant, l’usure des contacts et le risque d’échauffements non homogène constituent des problèmes à résoudre.

Au point de soudure (environ 1450°C ), les bords du tube ouvert sont pressés l’un contre l’autre par des galets de serrage. Il s’ensuit un soudage par pression à chaud. Les bords du tube sont comprimés, cela crée un bourrelet qui est supprimés à l’extérieur, et éventuellement à l’intérieur, au moyen d’un racleur alors que le tube est encore chaud. Dans certains cas, le soudage est suivi d’un refroidissement .

Le tube est en suite calibré, un façonnage à froid lui donnant alors ces dimensions exactes, et enfin débité à la longueur voulue ( Figure I-9 ).

Figure I-9.( a ,b ). Tubes soudés par induction

a b

31 I-14.2.Chauffage par induction magnétique

Le chauffage par induction est une application directe de deux lois physiques: la loi de Lenz et l’effet Joule. Toute substance conductrice de l’électricité plongée dans un champ magnétique variable (crée par une bobine inductrice ou introducteur) est le siège de courants électriques induits ou courants de Foucault; ces derniers dissipent de la chaleur par effet joule dans la substance où ils ont pris naissance.

L’introducteur et le tube forment un transformateur avec l’inducteur jouant le rôle de bobinage primaire et le tube le secondaire à une seule spire, les fréquences dans ce cas varient souvent de 200 à 500kHz.

Afin de transmettre la plus grande partie de l’énergie à la pièce à traiter plusieurs paramètres sont à prendre en considération :

-La disposition respective des introducteurs et des pièces (couplage- longueurs respectives), la fréquence d’alimentation et l’effet de peau, qui caractérisent la répartition des courants induits dans la pièce, car plus la fréquence augmente plus les courants induits se concentrent en surface: cette notation fondamentale est déterminée par la profondeur de pénétration encore appelle épaisseur de peau,

-Les propriétés magnétiques électriques et thermiques des pièces à chauffer variant pour la plupart avec la température,

Le type d’inducteur ( géométrie du conducteur technologique ,Figure I-10 ) .

Figure I-10. Inducteurs Mono et Multi spires [30] .

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32 I-15. Le traitement thermique de recuit

Les traitements de recuit présentent une grande diversités, certains d’eux sont mis en œuvre pour éliminer les hétérogénéités structurales et chimiques dans les pièces brutes de fonderie ou de forge, et d’autres sont utilisés pour obtenir des structures dont les caractéristiques mécaniques répondent à la manière la plus satisfaisante à l’utilisation dans l’industrie .