Il est primordial de souligner que la préparation des tubes est essentielle pour obtenir une soudure de qualité. Il en va de même pour le soudage tube sur plaque tubulaire, il est donc très important de ne pas négliger cette étape.

Il existe trois phases dans le processus de soudage des tubes sur les plaques tubulaires où des problèmes peuvent survenir :

1. La préparation des tubes
2. La préparation de la plaque tubulaire
3. La connexion entre le tube et la plaque tubulaire : position de soudage et dudgeonnage des tubes (dans cet ordre)

Tout comme avec l'approche classique du travail des tubes – préparation d'abord, soudage ensuite – le monde des échangeurs crée souvent des situations plus complexes.

La préparation des tubes

La coupe :

La préparation est une étape essentielle, car elle facilite les opérations suivantes. Elle est même obligatoire si l'on souhaite reproduire la qualité des assemblages. La coupe doit être parfaitement perpendiculaire et sans bavures, car l'étape suivante exige que le tube traverse la plaque tubulaire. Une coupe orbitale est fortement recommandée dans ce cas, surtout s'il n'y a pas besoin d'ajuster la longueur des tubes.

La qualité des tubes, les tolérances d'ovalisation et la variation des épaisseurs sont évidemment aussi d'une importance majeure.

Si un ajustement de la longueur est nécessaire, la coupe orbitale des tubes est toujours recommandée pour la qualité « sans bavure » afin de garantir un passage facile des tubes à travers la plaque tubulaire.

Surplus de longueur ou dressage :

Dans ce cas, une fois que le tube a traversé la plaque tubulaire, on utilise une machine à équerrer dotée d'une pince interne pour ramener à plusieurs reprises le débord de la plaque tubulaire à la valeur souhaitée. En effet, sur de grandes longueurs, un positionnement précis peut s'avérer difficile.

La préparation de la plaque tubulaire

Les plaques tubulaires sont usinées et les trous sont donc très précis. L'extrémité du trou peut être chanfreinée avant le soudage pour assurer une connexion plus solide dans des circonstances extrêmes (température-pression). Dans de tels cas, le soudage sera réalisé avec du fil d'apport et nécessitera une approche multi-passes.

Le positionnement des tubes dans la plaque tubulaire

Selon les exigences des applications, le positionnement diffère. Les types possibles sont illustrés ci-dessous :

Le positionnement du tube sur la plaque tubulaire dépend de l'application prévue et des contraintes auxquelles l' échangeur de chaleur sera soumis. Le fabricant de l' échangeur de chaleur détermine le positionnement lors du processus de conception. Cela influence à la fois la préparation de la plaque tubulaire et le positionnement du tube.

Il est donc important de prendre en compte les aspects suivants :

1. Comment le positionnement peut-il être rendu répétable ?
2. Comment le tube, un élément brut avec de nombreuses variations possibles, peut-il être ajusté à la plaque tubulaire, qui est fabriquée avec précision et dans des limites contrôlées ?
3. Si la connexion est soudée, comment s'assurer que le tube est centré dans la plaque tubulaire ?

Quelle est la meilleure façon de libérer les gaz de soudage pour éviter les cratères liés à l'évacuation de ces gaz ?

Regardons une configuration typique où l'extrémité du tube est alignée avec la plaque tubulaire.

Dans cet exemple, 3 étapes sont essentielles pour une connexion soudée :

1. Le centrage
2. La soudure
3. Le dudgeonnage après soudure

Centrage :

Cette étape est souvent négligée, mais elle permet une répétabilité parfaite et évite les défauts de soudure qui peuvent entraîner de graves conséquences. La principale situation où un défaut peut survenir est lorsqu'il y a un jeu entre le tube et la plaque tubulaire. Cela se produit souvent vers la fin du processus de soudage et peut créer des défauts de fusion ou des trous.

Qu'est-ce que le centrage exactement (par opposition au dudgeonnage) ?

Voici une configuration exagérée de l'assemblage avant soudage :

S'il y a trop d'espace entre le tube et la plaque tubulaire – ne vous méprenez pas, un léger jeu est nécessaire pour insérer le tube dans la plaque tubulaire – lors du soudage automatique, cet espace peut potentiellement s'accroître et le bain de fusion risque de manquer le joint tube/plaque tubulaire. De plus, l'énergie peut être excessivement concentrée sur le tube et ne fusionner que le tube et non la plaque tubulaire.

Veuillez noter : ce problème est moins prononcé lors du soudage TIG manuel, car l'opérateur peut tenir compte du jeu existant tel qu'il le perçoit et ajuster la position de son électrode, ou même ramener le bain de fusion de la plaque tubulaire vers le tube.

En soudage TIG orbital, la rotation de l'électrode est pré-réglée et ne peut donc pas s'adapter au jeu existant.

Pour éviter ce problème, le tube doit être centré sur la plaque tubulaire, c'est-à-dire que le tube doit être déformé à son extrémité afin qu'il touche la plaque tubulaire. Le centrage garantit l'absence de jeu et un contact total entre l'extrémité du tube et la plaque tubulaire.

ATTENTION: Vous pourriez avoir le réflexe d'utiliser une méthode de dudgeonnage pour rapprocher le tube et la plaque tubulaire, mais c'est une erreur à ne pas commettre. En effet, cette méthode crée un contact de surface sur une très longue longueur et emprisonne les gaz de soudage, générant un phénomène de dégazage (explosion du bain de fusion lorsque le gaz s'échappe) et par conséquent un défaut de soudure.

Contrairement au dudgeonnage, le centrage crée un contact uniquement à l'extrémité et les gaz peuvent donc facilement s'échapper du bain de fusion.

Pour centrer les tubes sur une plaque tubulaire – une étape souvent négligée – il existe des outils spécifiques dont nous présenterons un exemple ici.

Ce que vous voyez ici est une version hydraulique d'une machine de centrage TDA. Elle permet de contrôler la forme à l'extrémité des différents types de positions tube sur plaque tubulaire.

Une fois que la préparation assure le contact entre la plaque tubulaire et le tube et que le bain de fusion peut évacuer les gaz, la soudure orbitale sera parfaitement répétable, garantissant ainsi une qualité optimale.

N'oublions pas que le soudage de plaques tubulaires est une opération en série et nécessite donc une approche sérielle de la répétabilité des actions et des résultats.

Soudage Orbital

Le soudage de tubes sur plaques tubulaires peut être réalisé soit par TIG manuel, soit par TIG orbital. La différence est significative car – comparé au soudage manuel – un seul opérateur peut piloter deux têtes de soudage orbitales simultanément, ce qui augmente considérablement la productivité de soudage.

Le soudage orbital permet donc de gagner du temps et d'améliorer la qualité de la soudure. Toutes les soudures sont documentées pour assurer une traçabilité optimale du processus de soudage. N'oublions pas que ces assemblages sont soudés car ils sont soumis à de fortes contraintes dans l'application du client.

Le soudage orbital d'un tube sur une plaque tubulaire est exécuté avec ou sans fil, selon les caractéristiques souhaitées.

La machine utilisée chez AXXAIR dans ces cas est la SATP-80x illustrée ci-dessous :

Dudgeonnage :

Cette opération, lorsque le tube a été soudé à la plaque tubulaire, est réalisée après, afin d'éviter les zones de rétention entre le tube et la plaque tubulaire, assurant ainsi une meilleure longévité du produit. Cette étape consiste en une déformation par roulage depuis l'intérieur du tube par expansion des rouleaux et rotation jusqu'à ce que le tube et la plaque tubulaire se touchent. Les dudgeonneuses sont généralement équipées d'une poignée dynamométrique pour un meilleur contrôle.

Nous souhaitons une fois de plus souligner l'importance de la préparation à toutes les étapes : la préparation du tube, la préparation de la plaque tubulaire, le positionnement du tube dans la plaque tubulaire, le centrage, le soudage orbital et enfin le dudgeonnage.