Maîtriser le soudage orbital : outils de formation essentiels pour la main-d'œuvre future

Formation au soudage orbital : outils pour la main-d'œuvre soudeuse émergente

Jason Miller, Soudage

Trouver des soudeurs qualifiés devient difficile et le sera encore plus dans un avenir proche. Selon l'American Welding Society (AWS), plus de la moitié de la main-d'œuvre soudeuse existante approche de la retraite ; l'âge moyen d'un soudeur est de 55 ans. D'ici 2020, le pays pourrait manquer jusqu'à 291 000 soudeurs.

Un moyen de pallier cette pénurie est les systèmes automatisés, qui produisent plus de travail avec moins de gens. Depuis son introduction dans les années 1960, le soudage orbital automatique GTAW (TIG) a gagné en popularité dans diverses industries où l'intégrité d'étanchéité maximale, la haute performance ou l'ultra-propreté sont primordiales. Les systèmes de soudage orbital automatisés améliorent la capacité de l'opérateur à réaliser des soudures contrôlées, répétables, de haute qualité et bien documentées. L'avantage clé du GTAW est son contrôle précis de l'apport de chaleur, faisant du soudage orbital l'un des procédés préférés pour assembler des métaux à parois minces et souder près de composants sensibles à la chaleur.

Cependant, le soudage orbital automatisé ne diminue pas le besoin d'une main-d'œuvre soudeuse éduquée et bien formée. Une machine automatique ne nie pas le besoin d'expertise humaine. Arguablement, l'automatisation nécessite encore plus de formation, pas moins. Les opérateurs de soudage doivent encore posséder toutes les connaissances de base : compositions des matériaux, métallurgie, mise en place, gaz de purge (protection arrière) et de protection, puissances et tensions, dynamique du bain de soudure, taille d'électrode et configurations de pointe. Mais ils doivent en plus comprendre comment le système automatisé fonctionne, comment il réagira à différentes entrées, et quelle documentation exiger des fournisseurs de matériaux.

Considérations pour la formation au soudage orbital

Le marché offre une gamme de programmes de formation pour opérateurs de machines GTAW automatiques. Certains durent deux jours, d'autres jusqu'à une semaine. Si les longs programmes peuvent interrompre les opérations, les bénéfices à long terme l'emportent sur les désavantages temporaires.

Lors de la sélection d'un programme, recherchez la spécificité et le détail techniques, ainsi que des opportunités d'apprentissage pratique. Examinez les supports de formation et évaluez leur qualité pour s'assurer qu'ils répondent aux besoins spécifiques de votre équipe. Par exemple, les bons programmes formeront vos opérateurs pour les situations où la composition des deux métaux soudés est dissemblable.

Le niveau d'expertise de l'instructeur est aussi important que le contenu. Cherchez des programmes enseignés par des instructeurs certifiés et faites vos recherches. Une seule mauvaise soudure peut entraîner une perte matérielle préjudiciable – coûtant plus qu'un programme de formation de qualité.

Les étudiants doivent apprendre que l'objectif du soudage automatique est de produire des niveaux de courant de soudure précis et répétables à chaque cycle. Les bons programmes expliquent le processus de technologie de soudage orbital – principes de fonctionnement, avantages, limitations, problèmes et variables. Pour préparer les stagiaires à l'équipement qu'ils devront maîtriser, les instructeurs doivent couvrir en profondeur les sources d'alimentation.

Comprendre les gaz dans le processus de soudage orbital

Gaz de protection

Lors de l'évaluation des programmes de formation, regardez la part d'instruction consacrée aux gaz de protection et l'importance de la purge. Les stagiaires doivent apprendre comment les gaz de protection protègent l'électrode et le métal de soudure fondu de la contamination atmosphérique. Les gaz les plus courants pour la protection en GTAW sont l'argon, l'hélium, et leurs mélanges – généralement pour applications spéciales.

Les soudeurs doivent connaître le ratio préféré hélium/argon. Le facteur principal influençant l'efficacité de protection est la densité du gaz. L'argon, 1,33 fois plus dense que l'air, couvre efficacement la zone de soudure et déplace l'atmosphère. L'hélium a une densité plus faible et tend à monter au lieu de s'écouler vers la zone de travail. Pour produire une protection équivalente, le débit d'hélium doit être deux à trois fois celui de l'argon.

Les gaz de protection peuvent affecter les propriétés métallurgiques de certains matériaux. Généralement, l'arc est plus calme et stable sous argon que sous d'autres gaz. Les coûts unitaires plus bas et les besoins de débit plus faibles de l'argon en font le choix préféré. Avoir la connaissance pour faire un bon jugement dans le choix du gaz de protection est critique.

Purge de gaz

Le succès des travaux de soudage orbital peut être grandement affecté par l'utilisation de techniques de purge de gaz appropriées, aussi appelées gaz de protection arrière. Beaucoup de soudeurs expérimentés ne comprennent pas l'importance de ce concept de base. Certains dans l'industrie considèrent la purge de gaz comme le talon d'Achille du soudage. Les programmes doivent enseigner les principes de purge, y compris comment calculer le temps de purge.

La sélection appropriée du gaz de purge, généralement l'argon, est la première étape. L'argon est disponible en divers niveaux de pureté ; choisir le bon niveau pour le résultat désiré est essentiel. Définir et régler le bon débit et pression à travers le tubage ou la tuyauterie et à travers le joint de soudure est l'une des étapes procédurales les plus importantes pour assurer un soudage réussi. Inversement, c'est l'un des domaines les plus probables de problèmes si mal géré. Une purge mal faite ou absente peut ruiner des systèmes de fabrication entiers. La pression interne aide à maintenir le cordon de soudure affleurant à la paroi intérieure des composants, tandis que le bon débit aide à maintenir le métal de soudure et la zone affectée par la chaleur propres.

Sélectionner des matériaux de qualité pour les soudures

Les soudures de qualité commencent par le matériau. Même le meilleur système de soudage orbital ne peut compenser un matériau médiocre pour fabriquer tubes, raccords ou autres composants. Une formation efficace sur les matériaux doit aborder les questions de composition et métallurgie, y compris comment la teneur en soufre affecte la qualité de soudure.

Il y a quatre principales familles de matériaux : aciers doux, alliages de nickel, métaux réfractaires et réactifs, et aciers inoxydables. Les stagiaires doivent apprendre à inspecter tous les matériaux entrants et certifications, ainsi qu'à évaluer la documentation.

Aciers doux

Pour les aciers doux, il est important de se rappeler que la qualité des soudures orbitales est fortement influencée par le contenu en impuretés du métal de base – quantités traces de soufre, phosphore, oxygène, etc. De plus, la fragilisation par l'hydrogène de ces alliages est un problème si contamination par hydrocarbures ou vapeur d'eau est présente.

Alliages de nickel

Les alliages de nickel offrent d'excellentes propriétés et sont idéaux pour applications fortement corrosives, mais peuvent être plus difficiles à souder en raison de leur sensibilité à la fissuration.

Métaux réfractaires et réactifs

Le soudage orbital est le procédé le plus utilisé pour joindre tubes et tuyaux en métaux réfractaires et réactifs. Les métaux réfractaires (molybdène, tantale, etc.) et réactifs (titane, zirconium, etc.) s'oxydent facilement à températures élevées sauf s'ils sont protégés par une couverture de gaz inerte. Pour ces métaux et alliages, le GTAW orbital peut fournir une haute concentration de chaleur, le meilleur contrôle de l'apport de chaleur, et la meilleure protection par gaz inerte de tout procédé de soudage à l'arc.

Aciers inoxydables

Les aciers inoxydables ont une excellente résistance à la corrosion grâce au minimum 10,5 % de chrome qui crée une couche d'oxide instantanée protégeant les autres éléments. Ces autres éléments définissent la microstructure comme austénite, ferrite, ou un mélange équilibré des deux dans l'acier inoxydable duplex. Les aciers inoxydables sont généralement considérés soudables, mais les différentes microstructures ont toutes des considérations différentes à adresser lors du soudage.

Teneur en soufre

Un autre facteur majeur en soudage orbital est la teneur en soufre des matériaux. Le soufre est souvent ajouté pour faciliter l'usinage et le formage. En soudage, le niveau de soufre peut changer la tension de surface du cordon, affectant le flux de chaleur et les caractéristiques de pénétration. Il est particulièrement critique que les stagiaires apprennent l'importance du différentiel de soufre entre les composants soudés. Tenter de souder des composants avec un différentiel significatif en soufre produira probablement un décalage du cordon vers le composant à plus faible teneur, risquant de faire manquer partiellement le joint.

Connaissance

La pénurie croissante de soudeurs affecte la fabrication mondiale de demain. Le soudage orbital automatique, qui peut produire plus avec moins de gens selon le travail, l'équipement et les compétences, peut aider à combattre le problème. L'idée fausse existe que l'automatisation élimine le besoin de formation, puisque la machine fait le soudage. Mais le contraire est vrai : une formation complète et à jour est plus essentielle que jamais. Ce n'est qu'à travers une formation de qualité enseignée par des instructeurs certifiés que les opérateurs d'équipements de soudage orbital peuvent acquérir les compétences complexes – au-delà de faire des connexions et effectuer des soudures – nécessaires pour répondre aux critères d'acceptation stricts de l'environnement de soudage d'aujourd'hui.

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