Nous ne saurions trop insister sur le fait que la préparation des tubes est essentielle pour obtenir une soudure de qualité. Il en va de même pour le soudage entre les tubes et la plaque tubulaire ; il est donc très important de ne pas négliger cette étape.

Le processus de soudage des tubes aux plaques tubulaires comporte trois étapes au cours desquelles des problèmes peuvent survenir :

1. La préparation des tubes
2. La préparation de la plaque tubulaire
3. L'assemblage entre le tube et la plaque tubulaire : position de soudage et roulage du tube (dans cet ordre)

Tout comme dans l'approche classique du travail des tubes – la préparation d'abord, le soudage ensuite –, le domaine des échangeurs de chaleur présente souvent des situations plus complexes.

La préparation des tubes

The Cut :

La préparation est une étape essentielle, car elle facilite les opérations suivantes. Elle est même indispensable si l'on souhaite obtenir des joints de qualité constante. La coupe doit être parfaitement perpendiculaire et sans bavures, car l'étape suivante nécessite que le tube passe à travers la plaque tubulaire. Une coupe orbitale est vivement recommandée dans ce cas, surtout s'il n'est pas nécessaire d'ajuster la longueur des tubes.

La qualité des tubes, les tolérances d'ovalité et les variations d'épaisseur revêtent évidemment elles aussi une importance capitale.

Si un ajustement de la longueur s'avère nécessaire, il est tout de même recommandé de couper les tubes à la scie circulaire pour obtenir une finition « sans bavures », afin de garantir que les tubes s'insèrent facilement dans la plaque tubulaire.

Surlongueur ou rognage :

Dans ce cas, une fois que le tube a traversé la plaque tubulaire, on utilise une machine à redresser équipée 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, il peut être difficile d'obtenir un positionnement précis.

La préparation de la plaque tubulaire

Les plaques tubulaires sont usinées, ce qui garantit une grande précision des trous. L'extrémité du trou peut être chanfreinée avant la soudure afin d'assurer une liaison plus solide dans des conditions extrêmes (température et pression). Dans ce cas, la soudure sera réalisée à l'aide d'un fil d'apport et nécessitera plusieurs passes.

Le positionnement des tubes dans la plaque tubulaire

Le positionnement varie en fonction des exigences des applications. Les types possibles sont illustrés ci-dessous :

Le positionnement des tubes sur la plaque tubulaire dépend de l'application prévue et des contraintes auxquelles l'échangeur de chaleur sera soumis. C'est le fabricant de l'échangeur de chaleur qui détermine ce positionnement lors de la phase de conception. Cela influe à la fois sur la préparation de la plaque tubulaire et sur le positionnement des tubes.

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

1. Comment rendre le positionnement reproductible ?
2. Comment le tube, élément brut pouvant présenter de nombreuses variations, peut-il être ajusté à la plaque tubulaire, qui est fabriquée avec précision et dans des limites contrôlées ?
3. Si le raccord est soudé, comment s'assurer que le tube est bien centré dans la plaque tubulaire ?

Quelle est la meilleure façon d'évacuer les gaz de soudage afin d'éviter la formation de cratères liés à leur évacuation ?

Examinons une configuration classique dans laquelle l'extrémité du tube est alignée avec la plaque tubulaire.

Dans cet exemple, trois étapes sont indispensables pour réaliser un assemblage soudé :

1. Le centrage
2. La soudure
3. Le laminage après la soudure

Alignement au centre :

Cette étape est souvent négligée, mais elle garantit une répétabilité parfaite et permet d'éviter les défauts de soudure pouvant avoir de graves conséquences. C'est principalement lorsqu'il y a un jeu entre le tube et la plaque tubulaire qu'un défaut peut se produire. Cela se produit souvent vers la fin du processus de soudage et peut entraîner des défauts de fusion ou des trous.

Qu'est-ce que le centrage exactement (par opposition au roulage de tubes) ?

Voici une représentation schématique de l'assemblage avant soudage :

Si l'espace entre le tube et la plaque tubulaire est trop important – ne vous méprenez pas, il faut un peu de jeu pour pouvoir faire passer le tube à travers la plaque tubulaire –, cet espace risque de s'agrandir pendant le soudage automatique, et le bain de fusion pourrait ne pas atteindre le joint entre le tube et la plaque tubulaire. De plus, l'énergie pourrait se concentrer excessivement sur le tube et ne faire fondre que celui-ci, sans toucher la plaque tubulaire.

Remarque : ce problème est moins fréquent lors du soudage TIG manuel, car l'opérateur peut tenir compte de l'écart qu'il constate et ajuster la position de son électrode, voire prélever le bain de fusion de la plaque à tubes pour le transférer sur le tube.

Dans le soudage TIG orbital, la rotation de l'électrode est préréglée et ne peut donc pas s'adapter à l'écart existant.

Pour éviter ce problème, le tube doit être centré sur la plaque tubulaire ; par exemple, l'extrémité du tube doit être déformée de manière à ce qu'elle touche la plaque tubulaire. Le centrage garantit l'absence totale de jeu et un contact parfait entre l'extrémité du tube et la plaque tubulaire.

ATTENTION: Vous pourriez avoir le réflexe d'utiliser une méthode de roulage pour assembler le tube et la plaque tubulaire, mais c'est une erreur à éviter. En effet, cette méthode crée une surface de contact sur une très grande longueur et emprisonne les gaz de soudage, ce qui provoque un phénomène de dégazage (explosion du bain de fusion lorsque le gaz s'échappe) et, par conséquent, un défaut de soudure.

Contrairement au laminage de tubes, le centrage ne crée un contact qu'à l'extrémité, ce qui permet aux gaz de s'échapper facilement du bain de fusion.

Pour centrer les tubes sur une plaque tubulaire – une étape souvent négligée –, il existe des outils spécifiques, dont nous allons vous présenter 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 raccords tube-plaque.

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 reproductible, garantissant ainsi une qualité optimale.

N'oublions pas que le soudage des plaques tubulaires est une opération en série et qu'il nécessite donc une approche systématique pour garantir la répétabilité des actions et des résultats.

Soudage orbital

Le soudage de tubes sur des plaques tubulaires peut être réalisé soit par TIG manuel, soit par TIG orbital. La différence est notable car, contrairement au soudage manuel, un seul opérateur peut piloter simultanément deux têtes de soudage orbitales, ce qui augmente considérablement le rendement de soudage.

Le soudage orbital permet donc de gagner du temps et d'améliorer la qualité de la soudure. Toutes les soudures sont consignées afin de garantir 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 à une plaque tubulaire s'effectue avec ou sans fil, selon les caractéristiques souhaitées.

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

Laminage de tubes :

Cette opération, une fois le tube soudé à la plaque tubulaire, est effectuée par la suite afin d'éviter la formation de zones de retenue entre le tube et la plaque tubulaire, garantissant ainsi une meilleure longévité du produit. Cette étape consiste à déformer le tube par laminage depuis l'intérieur, grâce à l'expansion des rouleaux et à la rotation, jusqu'à ce que le tube et la plaque tubulaire entrent en contact. Les machines à laminer les tubes sont généralement équipées d'une poignée de couple pour un meilleur contrôle.

Nous tenons à souligner une nouvelle fois l'importance de la préparation à chaque étape : la préparation du tube, la préparation de la plaque tubulaire, le positionnement du tube dans la plaque tubulaire, le centrage, la soudure orbitale et enfin le laminage.