Tuyaux en acier et processus de fabrication

Introduction

L'avènement de la technologie des laminoirs et son développement au cours de la première moitié du XIXe siècle ont également marqué la fabrication industrielle de tubes et de tuyaux. Initialement, des bandes de tôle laminées étaient formées en une section circulaire par des arrangements d'entonnoirs ou des rouleaux, puis soudées bout à bout ou par recouvrement dans la même chaleur (procédé de soudage par forge).

Vers la fin du siècle, divers procédés sont devenus disponibles pour la fabrication de tubes et tuyaux sans soudure, les volumes de production augmentant rapidement sur une période relativement courte. Malgré l'application d'autres procédés de soudage, le développement continu et l'amélioration des techniques sans soudure ont conduit à l'exclusion presque totale des tubes soudés du marché, de sorte que les tubes et tuyaux sans soudure ont dominé jusqu'à la Seconde Guerre mondiale.

Au cours de la période suivante, les résultats de la recherche dans le domaine de la technologie du soudage ont conduit à un essor du tube soudé, avec pour conséquence un travail de développement florissant et une large diffusion de nombreux procédés de soudage de tubes. Actuellement, environ deux tiers de la production mondiale de tubes en acier sont réalisés par des procédés de soudage. Cependant, sur ce chiffre, environ un quart prend la forme de tubes de canalisation dits de grand diamètre, dont les dimensions se situent en dehors de celles qui sont économiquement viables dans la fabrication de tubes et de tuyaux sans soudure.

Le commentaire allemand est génial… j'espère que vous comprenez ce que dit et montre l'orateur (- :

Tubes et tuyaux sans soudure

Les principaux procédés de fabrication de tubes sans soudure ont vu le jour vers la fin du XIXe siècle. À mesure que les brevets et les droits de propriété expiraient, les différents développements parallèles initialement poursuivis sont devenus moins distincts et leurs étapes de formation individuelles ont été fusionnées dans de nouveaux processus. Aujourd’hui, l’état de la technique s’est développé à tel point que les procédés modernes et performants suivants sont privilégiés :

Le processus de laminage continu au mandrin et le processus au banc de poussée dans la gamme de tailles d'env. Diamètre extérieur de 21 à 178 mm.

Le broyeur à bouchons multicages (MPM) avec barre de mandrin flottante contrôlée (contrainte) et le procédé de broyeur à bouchons dans la gamme de tailles d'env. Diamètre extérieur de 140 à 406 mm.

Le procédé de perçage à rouleaux croisés et de laminage de pèlerins dans la gamme de tailles d'env. Diamètre extérieur de 250 à 660 mm.

Processus de broyeur à mandrin

Dans le processus de broyage à mandrin, un rond solide (billette) est utilisé. Il est chauffé dans un four à sole tournante puis percé par un perceur. La billette percée ou la coque creuse est laminée par un broyeur à mandrin pour réduire le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi qui forme un tube mère de plusieurs longueurs. Le tube mère est réchauffé et réduit davantage aux dimensions spécifiées par le réducteur d'étirement. Le tube est ensuite refroidi, coupé, redressé et soumis à des processus de finition et d'inspection avant expédition.

*Remarque : les processus marqués d'un astérisque sont des spécifications et/ou des exigences client menées.

Processus de broyage à bouchons Mannesmann

Processus Plug Mill, un rond solide (billette) est utilisé. Il est chauffé uniformément dans le four à sole tournante puis percé par un perceur Mannesmann. La billette percée ou la coque creuse est réduite en diamètre extérieur et en épaisseur de paroi. Le tube laminé est bruni simultanément à l'intérieur et à l'extérieur par une enrouleuse. Le tube enroulé est ensuite dimensionné par un broyeur à calibrage aux dimensions spécifiées. A partir de cette étape le tube passe par le lisseur. Ce processus complète le travail à chaud du tube. Le tube (appelé tube mère) après finition et inspection, devient un produit fini.

Tube et tuyau soudés

Depuis qu'il est devenu possible de fabriquer des bandes et des plaques, les gens ont constamment essayé de plier le matériau et de relier ses bords afin de fabriquer des tubes et des tuyaux. Cela a conduit au développement du procédé de soudage le plus ancien, celui du soudage à la forge, qui remonte à plus de 150 ans.

En 1825, le marchand britannique de ferronnerie James Whitehouse obtint un brevet pour la fabrication de tuyaux soudés. Le processus consistait à forger des plaques de métal individuelles sur un mandrin pour produire un tuyau à joint ouvert, puis à chauffer les bords correspondants du joint ouvert et à les souder en les pressant ensemble mécaniquement dans un banc d'étirage.

La technologie a évolué au point où des bandes pouvaient être formées et soudées en un seul passage dans un four de soudage. Le développement de ce concept de soudage bout à bout culmine en 1931 avec le procédé Fretz-Moon conçu par l'Américain J. Moon et son collègue allemand Fretz.

Les lignes de soudage utilisant ce procédé fonctionnent encore aujourd'hui avec succès dans la fabrication de tubes jusqu'à un diamètre extérieur d'env. 114 millimètres. Outre cette technique de soudage à chaud sous pression, dans laquelle la bande est chauffée dans un four jusqu'à la température de soudage, plusieurs autres procédés ont été mis au point par l'Américain E. Thomson entre les années 1886 et 1890 permettant de souder électriquement les métaux. La base en était la propriété découverte par James P. Joule selon laquelle le passage d'un courant électrique à travers un conducteur provoque son échauffement en raison de sa résistance électrique.

En 1898, la Standard Tool Company, aux États-Unis, a obtenu un brevet couvrant l'application du soudage par résistance électrique à la fabrication de tubes et de tuyaux. La production de tubes et tuyaux soudés par résistance électrique a connu un essor considérable aux États-Unis, et bien plus tard en Allemagne, suite à la création de laminoirs à bandes chaudes en continu pour la production de la matière première en vrac nécessaire à la fabrication à grande échelle. Pendant la Seconde Guerre mondiale, un procédé de soudage à l'arc sous argon a été inventé – toujours aux États-Unis – qui a permis de souder efficacement le magnésium dans la construction aéronautique.

Suite à cette évolution, divers procédés de soudage sous protection gazeuse ont été développés, principalement pour la production de tubes en acier inoxydable. Suite aux développements considérables survenus dans le secteur de l'énergie au cours des 30 dernières années et à la construction de grandes installations qui en ont résulté. -capacité de conduites longue distance, le procédé de soudage à l'arc submergé a acquis une position de prééminence pour le soudage de tubes de canalisation d'un diamètre supérieur à env. 500 mm.

Usine de tubes à souder électrique

La bande d'acier en bobine, qui a été refendue à la largeur requise à partir d'une bande large, est façonnée par une série de rouleaux de formage en une coque de plusieurs longueurs. Les bords longitudinaux sont assemblés en continu par soudage par résistance/induction à haute fréquence.
La soudure de la coque de plusieurs longueurs est ensuite traitée électriquement, dimensionnée et coupée aux longueurs spécifiées par une machine de tronçonnage volante. Le tuyau coupé est redressé et équarri aux deux extrémités.
Ces opérations sont suivies d'un contrôle par ultrasons ou d'essais hydrostatiques.