On ne le répètera sans doute jamais assez, la préparation des tubes est essentielle afin d’obtenir une soudure de qualité. Le soudage Tube sur Plaque ne faisant pas exception, il est donc très important de ne pas négliger cette étape.
Il existe trois phases dans les problématiques de jonction Tube sur Plaque :
- La préparation des tubes
- La préparation de la plaque
- La liaison entre tube et plaque : positionnement-soudure et dudgeonnage dans cet ordre là
Comme dans l’approche classique des problématiques de tuyauterie, préparation puis soudure, le monde des échangeurs amène des situations souvent plus complexes.
La préparation des tubes
La coupe :
La préparation est un élément essentiel puisqu’elle facilite et revêt même un caractère obligatoire pour pouvoir répéter des jonctions de qualité. La coupe doit être parfaitement perpendiculaire et sans bavure puisqu’il s’agit ensuite de passer ce tube dans la plaque. Une coupe orbitale est, dans ce cas, fortement recommandée notamment lorsqu’il n’est pas nécessaire d’ajuster la longueur des tubes.
La qualité des tubes, les tolérances d’ovalisation et de variation d’épaisseurs est évidemment primordiale également.
Dans le cas où un ajustement de la longueur est nécessaire, la coupe orbitale est tout de même à conseiller pour sa qualité « sans bavure » afin de pouvoir faciliter le passage des tubes dans la plaque.
La mise en sur-longueur ou arasage :
Dans ce cas il s’agit, après le passage du tube sur la plaque, de venir avec une machine à dresser à préhension intérieure, de ramener le dépassement tube-plaque à la bonne valeur de façon répétitive. En effet, sur des grandes longueurs un positionnement précis peut être difficile.
La préparation des plaques
Les plaques sont réalisées en usinage et donc les trous ont une tolérance très précise. L’extrémité du trou peut être chanfreiné avant la liaison soudée pour assurer dans les cas extrêmes (températures-pression) une meilleure tenue de la liaison. Dans ce cas, la soudure sera effectuée avec fil et nécessitera une approche multi-passes.
Le positionnement du tube dans la plaque
Selon les exigences des applications ce positionnement peut être de plusieurs types comme illustré ci-dessous :
Ce positionnement du tube sur la plaque est une conséquence de l’application et des contraintes que l’échangeur tubulaire doit supporter. C’est le fabriquant de l’échangeur qui détermine en conception ce positionnement. Ce dernier influence à la fois la préparation niveau plaque et à la fois le positionnement du tube.
Il est donc important de considérer les éléments suivants :
- Comment rendre le positionnement répétable ?
- Comment ajuster le tube, élément brut avec de fortes tolérances sur la plaque qui elle est usinée avec des tolérances précises et maîtrisées ?
- Dans le cas d’une liaison soudée, comment faire en sorte que le tube soit centré dans la plaque ?
Comment laisser échapper les gaz de soudure pour éviter les cratères liés à l’évacuation de ces gaz ?
Nous allons ici prendre exemple sur une configuration type ou l’extrémité du tube est alignée avec la plaque.
Dans cet exemple, nous considérons 3 étapes essentielles pour une liaison de type soudée :
- Le centrage
- Le soudage
- Le dudgeonnage après soudage
Le centrage :
Cette étape est souvent négligée mais permet une répétabilité parfaite et évite des défauts de soudage qui peuvent avoir de lourdes conséquences, le principal défaut étant qu’en cas de jeu entre le tube et la plaque celui-ci se retrouve accumulé en fin de soudure jusqu’à créer des défauts de fusion ou des trous.
En quoi consiste ce centrage (différent d’un dugeonnage) ?
Voici en exagéré la configuration de l’assemblage avant soudage :
S’il existe un jeu trop important entre le tube et la plaque - et il en faut un pour pouvoir passer le tube dans la plaque - lors du soudage automatique, ce jeu va s’agrandir potentiellement et le bain peut perdre la jonction tube et plaque. Ou même l’énergie pourra se concentrer trop sur le tube et ne fusionner que le tube et pas la plaque.
Remarque : ce phénomène est moins nocif lorsque l’on soude en TIG manuel puisque l’opérateur peut tenir compte de l’espace qui existe car il le voit et ajuster la position de son électrode voir même godiller pour amener le bain de la plaque sur le tube.
En soudage TIG orbital, l’électrode tourne sur un cercle réglé au départ et ne peut pas s’adapter au jeu qui existe.
Pour pallier ce problème, il faut centrer le tube sur la plaque, ce qui signifie le déformer en bout pour le mettre en contact avec la plaque. Dans ce cas, le centrage garantie un jeu nul et un contact franc entre l’extrémité du tube et la plaque.
ATTENTION : On pourrait avoir le réflexe d’utiliser un moyen de dugeonnage pour mettre en contact le tube et la plaque et c’est une erreur à ne pas commettre. En effet, le dudgeonnage crée un contact surfacique sur une longueur trop importante et emprisonne les gaz de soudage, créant de phénomène de dégazage (explosion du bain lorsque le gaz s’échappe) donc un défaut de soudage.
Contrairement au dudgeonnage, le centrage crée un contact uniquement à l’extrémité et laisse donc les gaz s’échapper facilement du bain de soudure.
Pour centrer les tubes sur une plaque, il existe un outillage spécifique dont nous donnons ici un exemple et qui est trop souvent une opération négligée lors de la préparation avant soudure.
Nous montrons ici une version hydraulique d’une pistolet centreur de Marque TDA. Ce centreur permet de bien maîtriser la forme en bout aux différents types de positionnement tube versus plaque.
Une fois que la préparation garantie un contact entre tube et plaque et la capacité du bain de fusion d’évacuer les gaz, la soudure orbitale va être parfaitement répétable pour garantir une qualité optimale.
Nous n’oublions pas de ces approches que faire de la soudure tube-sur plaque est une opération série et qui nécessite donc une approche série de répétabilité des gestes et des résultats.
Le soudage orbital
Le soudage peut être effectué en TIG manuel ou en TIG orbital. La différence est significative puisqu’un opérateur peut piloter deux têtes de soudage orbitale en simultané ce qui augmente le rendement de soudage de façon significative comparé à une opération manuelle.
La soudure orbitale fait donc gagner du temps et également de la qualité de soudage. Toutes les soudures seront ainsi documentées pour assurer une traçabilité optimale du process de soudage. N’oublions pas ici que ces assemblages sont soudés car très sollicités par l’application client.
Le process de soudage orbital Tube sur Plaque est réalisé avec ou sans apport de fil selon les caractéristiques demandées.
La machine utilisée dans ces cas de figure est chez AXXAIR la SATP-80x illustrée ci-dessous :
Dudgeonnage :
Cette opération, lorsque le tube est soudé à la plaque, est faite après afin d’éviter des zones de rétention entre le tube et la plaque et donc une meilleure longévité du produit. L’opération consiste à déformer par roulage depuis l’intérieur du tube par expansion des rouleaux et rotation jusqu’au contact avec la plaque. Les machines à dudgeonner sont en général munies d’un réglage de couple pour une meilleure maîtrise de cette opération.
Nous retiendrons donc l’importance de la préparation à travers les différentes étapes : la préparation du tube, la préparation de la plaque, le positionnement tube dans la plaque, le centrage, l’opération de soudage orbital et enfin le dudgeonnage.
