Qu’est-ce que le rechargement par soudure ? Définition, applications et avantages.

Le rechargement par soudure ou placage est un mode opératoire de soudage spécifique, qui sert à prolonger la durée de vie des composants et des installations dans l’industrie. Une couche de protection supplémentaire est nécessaire pour éviter des conséquences fatales, surtout lorsque les composants sont exposés à des conditions extrêmes telles que des températures élevées, de la pression ou des produits chimiques agressifs.

Pourquoi le rechargement par soudure est-il si important ?

En particulier dans l’industrie du pétrole et du gaz, le rechargement par soudure joue un rôle clé. De grandes quantités de pétrole lourd se déversent régulièrement dans nos océans en raison de fuites dans les oléoducs. Ces fuites sont également dangereuses dans les conduites de gaz, car les gaz inflammables peuvent provoquer des incendies, voire des explosions, au contact d’une source d’inflammation comme l’oxygène. L’« œil de feu » dans le golfe du Mexique en est un triste exemple. En 2021, une fuite de gaz dans un oléoduc a engendré un incendie sous-marin dévastateur à 150 mètres de la plate-forme de forage du site pétrolier de Ku-Maloob-Zaap.

Une chose est sûre : lorsqu’il s’agit de protéger des oléoducs et d’autres installations critiques, il ne faut pas hésiter à recourir à des mesures offrant une protection supplémentaire. Le rechargement par soudure limite les points faibles potentiellement dangereux. La couche de protection supplémentaire réduit manifestement le risque de fuites, ce qui permet de prévenir non seulement les dommages économiques, mais aussi les dommages causés à l’environnement.

Le rechargement par soudure : un talent multiple pour le traitement des surfaces

La placage n’est cependant pas seulement utile dans l’industrie du pétrole et du gaz, mais également dans la construction de centrales thermiques, pour protéger les parois à membranes ainsi que les surfaces de chauffe des cloisons des substances nocives agressives : par exemple dans les usines d’incinération de déchets et les centrales à biomasse, où les composants métalliques sont fortement sollicités par des teneurs élevées en soufre et en halogène.

Le rechargement par soudure est donc toujours requis lorsqu’il faut améliorer les propriétés de surface de manière ciblée, qu’il s’agisse d’augmenter la résistance à l’usure et à la corrosion ou de réparer des composants de façon économique et efficace, sans avoir à remplacer le composant entier.

Plus que « souder par dessus »

Se dire qu’il suffit de « souder par dessus et ça tiendra » n’est pas suffisant pour le placage. Pour pouvoir résister aux sollicitations extrêmes, les couches de métal doivent être solidement liées au matériau de base. Ce process est très complexe et demande un réglage précis des paramètres de soudage, afin de ne pas risquer de perdre des composants coûteux.

En pratique, les rechargements par soudure sont donc majoritairement réalisés de façon automatisée avec les process de soudage TIG à fil chaud (TIG-HD) ou Cold Metal Transfer (CMT). Le facteur de qualité déterminant est ce qu’on appelle le taux de dilution. Ce dernier correspond à la quantité de matériau de base de la pièce à souder qui se mélange avec le matériau déposé. Un faible taux de dilution est nécessaire, pour que le matériau déposé conserve les propriétés spécifiques souhaitées, par exemple sa résistance à la corrosion.

Les techniques de rechargement par soudure en détail

Le rechargement par soudure consiste à créer un volume sous la forme d’une couche de revêtement à l’aide de matériaux d’apport tels que du fil ou de la poudre. Pour ce faire, des alliages spéciaux sont utilisés comme l’Alloy 50 et 625, le CrMo 910 ou l’Inconel 625. Il en résulte un avantage essentiel du revêtement de surface : l’acier conventionnel peut être combiné à des alliages de première qualité, ce qui rend le placage particulièrement rentable.

En raison des exigences de sécurité extrêmement élevées, c’est le soudage TIG à fil chaud qui est principalement utilisé dans l’industrie du pétrole et du gaz. Le rechargement laser et le rechargement par plasma sous poudre sont cependant également des méthodes couramment utilisées. De manière générale, il n’est pas possible de déterminer lequel de ces modes opératoires est le mieux adapté, car chacun d’entre eux apporte son lot d’avantages spécifiques, lesquels doivent être considérés en fonction du matériau, de la taille de la pièce et des exigences.

Le soudage TIG à fil chaud pour une précision maximale

TIG-HD est une évolution du process de soudage TIG conventionnel (soudage à l’arc en atmosphère inerte avec électrode tungstène). Un fil supplémentaire est préchauffé électriquement avant d’être introduit dans la zone de fusion. Cela entraîne une amélioration non négligeable du taux de dépôt et de l’efficacité du process de soudage, limitant ainsi les défauts tels que les fissures ou les déformations.

Au final, le process TIG-HD est polyvalent et permet d’obtenir un rechargement de haute qualité avec des soudures régulières, sans projections, qui répondent aux normes de sécurité les plus strictes. Seul inconvénient : le soudage TIG à fil chaud est très chronophage, surtout pour les grands composants ou la production en série.

Il est possible de contourner cet état de fait avec SpeedClad 2.0. Ce process de rechargement par soudure high-tech développé par Fronius permet d’atteindre des vitesses de soudage nettement plus élevées allant jusqu’à 110 cm/min avec seulement une électrode de forme spéciale et un fil d’apport. La torche de soudage fine permet en outre le rechargement de pièces de très petit diamètre intérieur à partir de 100 millimètres.

Un apport d’énergie réduit grâce à CMT

Alors que l’industrie du pétrole et du gaz travaille majoritairement avec le soudage TIG à fil chaud, de nombreuses entreprise de constructions de centrales thermiques misent plutôt sur le soudage MIG/MAG, à savoir le mode opératoire de soudage CMT, par exemple pour le rechargement de murs membranes ou d’autres composants. Il a pour avantage de recourir à une régulation des processus numérique, qui détecte automatiquement les courts-circuits, et de faciliter le détachement de la goutte par la rétractation du fil.

Ces mouvements d’avance et de rétractation du fil permettent de réduire la phase de fusion de l’arc électrique, ce qui diminue considérablement l’apport d’énergie. Il en résulte un rechargement par soudure presque sans projections sur une surface particulièrement lisse, avec des recouvrements par soudure en douceur et une épaisseur constante.

Le rechargement par soudure TIG facilité

Dans l’industrie de la sous-traitance, les entreprises de fabrication recourent volontiers aux cellules de placage, pour un environnement de soudage stable. À cet effet, la Fronius Compact Cladding Cell, abrégée en CCC, s’est avérée une solution puissante et rentable. Sur une surface de 6 m2, elle offre une capacité suffisante pour des géométries de pièces simples d’un diamètre maximal d’un mètre et d’une hauteur maximale de 1,9 mètre, avec un poids maximal de 2 500 kg. Elle est donc parfaitement adaptée au rechargement intérieur des soupapes.

La Compact Cladding Cell soude exclusivement avec le process TIG à fil chaud ou SpeedClad 2.0 pour une qualité optimale des soudures. Avec des fonctions telles que le porte-bobine ergonomique, l’écran tactile de 21 pouces et la visualisation du processus en temps réel, le rechargement est non seulement convivial, mais il est également facile à contrôler afin d’éviter les erreurs. Conçue de façon compacte, la CCC peut être déplacée facilement d’un lieu à l’autre à l’aide d’un chariot élévateur. Elle constitue ainsi une solution peu encombrante pour les petites entreprises de sous-traitance, permettant de prendre en charge les commandes de rechargement de l’industrie du pétrole et du gaz.

Un rechargement précis pour des pièces à géométries complexes

Pour les pièces plus grandes et plus complexes, les systèmes Endless Torch Rotation (ETR) se distinguent par une tête de soudage en rotation continue, qui permet de déterminer automatiquement la position de la torche dans l’espace 3D, et donc de réduire les temps de préparation. Les axes de déplacement synchronisés constituent un autre avantage. Ils entraînent un déplacement synchrone de la torche et du positionneur avec la pièce qui se trouve dessus.

La torche de soudage peut être maintenue dans une position optimale pour le placage et tout écoulement de la soudure est évité. Les géométries complexes peuvent ainsi être rechargées de façon automatisée. Équipés d’un écran tactile de 21 pouces, les systèmes ETR sont compatibles avec SpeedClad 2.0 et offrent une commande conviviale de même qu’une visualisation en temps réel, le tout, pour une plus grande productivité.

Bilan : le rechargement par soudure, une solution indispensable

Que ce soit avec des cellules de placage modernes ou des systèmes tels que le système ETR : le rechargement par soudure est et reste un mode opératoire indispensable, qui nous protège contre les défaillances dangereuses des matériaux dues à la corrosion et à l’abrasion. La grande diversité des process de placage modernes permet de trouver une solution optimale pour chaque application.

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