-Tuyaux d'acier soudés à haute fréquence et tuyaux d'acier soudés à l'arc submergé longitudinal – Une étude comparative sur les processus de fabrication, les performances et les scénarios d'application - Connaissances - Actualités

Dans la fabrication moderne de tubes en acier, les tubes soudés sont largement utilisés en raison de leur efficacité de production élevée et de leurs spécifications flexibles. Ils sont généralement divisés en deux principaux types de produits, en fonction des méthodes de soudage et des matières premières : les tubes en acier soudés à haute fréquence, produits à partir de bobines d'acier par soudage à haute fréquence ou par résistance, et les tubes en acier longitudinaux soudés à l'arc submergé, produits à partir de plaques d'acier par des procédés de formage et de soudage à l'arc submergé. Bien que les deux soient des tubes soudés, il existe des différences significatives entre eux en termes de processus de fabrication, de paramètres de performance et d'applications pratiques.

Cet article vise à fournir une comparaison complète entre les tubes en acier soudés à haute fréquence-et les tubes en acier soudés longitudinaux à l'arc submergé. Les principales différences sont analysées en termes de sources de matières premières, de processus de production, de caractéristiques de soudure, de performances mécaniques, de domaines d'application, de considérations de coûts et de limites. De plus, il expliquera quand donner la priorité à l’utilisation de tubes longitudinaux en acier soudés à l’arc submergé dans les projets d’ingénierie.

Produit à partir de-bobines d'acier laminées à chaud qui sont soumises au déroulement, au nivellement, au formage à froid et au soudage. En raison de l'utilisation de bandes d'acier continues, ce type de tuyau est plus adapté à la production de tuyaux à paroi plus fine-et de petit diamètre-. L'épaisseur de paroi typique est de 1 à 25 mm (ou environ 2 à 20 mm dans certaines références) et le diamètre varie généralement de 610 mm à 660 mm.

Fabriqué à partir de-tôles d'acier laminées à chaud. qui subissent le sertissage, le formage, le soudage, l'expansion et le redressage des bords. Les tôles d'acier permettent une plus grande variabilité de l'épaisseur et du diamètre des parois, y compris les tuyaux à paroi de grand-diamètre et d'épaisseur-. Les épaisseurs de paroi peuvent atteindre jusqu'à 40 mm, voire plus, et les diamètres sont limités par la largeur des plaques d'acier, ce qui permet d'utiliser des tuyaux de grand-diamètre.

Par conséquent, pour les applications nécessitant des tuyaux de grand diamètre ou à paroi -épaisse, les tuyaux longitudinaux soudés à l'arc submergé offrent des avantages inhérents.

Le flux de production comprend généralement : bobine laminée à chaud - → déroulement et nivellement → formage à froid → assemblage des cordons de soudure → dimensionnement/redressage/découpe → post-traitement si nécessaire.

La méthode de soudage utilisée est le soudage par résistance à haute fréquence (HFW/ERW), qui ne nécessite pas de matériau d'apport. Le soudage est effectué en chauffant les bords de la bande d'acier avec une résistance électrique et en appliquant une pression pour fusionner les bords ensemble. La composition du métal fondu est cohérente avec le matériau de base. Après soudage, le tube peut subir un recuit pour réduire les contraintes internes et améliorer les propriétés mécaniques.

Ce processus permet une fabrication continue à grande vitesse-, ce qui le rend adapté à la production en série de tuyaux standardisés de petite et moyenne taille-.

Le flux de production typique comprend : plaque d'acier → sertissage des bords → formage via le processus U-O ou J-C-O → soudage à l'arc submergé interne et externe → expansion/redressage → découpe → inspection et finition.

Grâce au soudage double-et à l'apport de chaleur contrôlé, la soudure atteint une pénétration totale, une densité élevée et une stabilité. L'expansion et le redressage après soudure garantissent l'uniformité du diamètre, de la rondeur, de l'épaisseur de la paroi et de la rectitude.

Comparé au soudage à haute-fréquence, le soudage à l'arc submergé nécessite un investissement en équipement plus élevé, des processus plus complexes et une efficacité de production inférieure, mais offre une stabilité supérieure et une applicabilité plus large.

En termes d'apport de chaleur, de profondeur de la zone affectée thermiquement (ZAT) et de densité d'énergie de soudage, il existe des différences notables :

Le soudage à haute-fréquence implique un chauffage et un collage rapides avec une faible pénétration de la chaleur. La profondeur de la ZAT est généralement comprise entre 0,1 et 0,3 mm.

Le soudage à l'arc submergé utilise le soudage par fusion à haute-température avec une durée de chauffage plus longue, produisant une ZAT plus profonde, généralement d'environ 3 à 5 mm.

Néanmoins, les tuyaux longitudinaux soudés à l'arc submergé bénéficient d'un soudage multi-passes, d'un post-traitement et de tests non-destructifs obligatoires, garantissant un contrôle des défauts, une réduction des contraintes résiduelles et une uniformité mécanique améliorée.

Les tuyaux soudés à haute-fréquence présentent une bonne cohérence métallurgique entre la soudure et le métal de base grâce à une fusion sans charge-. Lorsqu'un recuit post-soudage est appliqué, les propriétés mécaniques deviennent plus uniformes.

Bien que du fil de soudage soit utilisé, la qualité de la soudure peut être contrôlée avec précision. La forme du cordon de soudure est bien-formée et les processus de post-soudage tels que l'expansion et le redressage garantissent une bonne intégration entre la soudure et le matériau de base, répondant aux exigences de résistance et de pression.

Tubes soudés à haute-fréquence
Fabriqués par formage à froid et par soudage de bobines, ils offrent une bonne précision pour les tuyaux de petit à moyen diamètre et d'épaisseur à paroi moyenne-à-faible-. Cependant, l'uniformité, la rondeur et la rectitude de l'épaisseur de paroi peuvent être légèrement inférieures à celles des tuyaux soudés à l'arc submergé, en particulier dans l'ingénierie de haute-précision.

Tubes soudés longitudinaux à l'arc submergé
En raison de la haute précision du formage et du redressage, ainsi que des processus de post-expansion/correction, il présente une excellente précision dimensionnelle. Ceci est particulièrement avantageux pour les pipelines de grand-diamètre et haute-pression et les applications nécessitant des raccords serrés et des connexions à brides.

En raison de son matériau en tôle d'acier, de son processus de soudage stable et de sa capacité à contrôler l'épaisseur et le diamètre de la paroi, le tuyau soudé longitudinal à l'arc submergé fonctionne parfaitement dans les canalisations à haute-pression, à grand-diamètre et à paroi épaisse-. Il est idéal pour transporter du pétrole, du gaz naturel, de l'eau à haute-pression, de la vapeur et d'autres fluides à haute-pression. Il fonctionne également bien dans des environnements difficiles comme les basses températures, les environnements marins et les conditions géologiques complexes.

Les tuyaux soudés à haute-fréquence sont plus adaptés aux systèmes à moyenne- à basse-pression et aux tuyaux de petit à moyen-diamètre. Ce type de tuyau est plus approprié pour les projets sensibles au coût et à la vitesse, tels que les canalisations municipales, les systèmes d'eau généraux, le transport général de liquides et les canalisations industrielles.

Le tableau ci-dessous résume les principales différences entre les deux types de tuyaux soudés.

Catégorie	Tuyaux en acier soudés à haute-fréquence	Tuyau d'acier soudé longitudinal à l'arc submergé
Matières premières	Bobine d'acier-laminée à chaud	Tôle d'acier-laminée à chaud
Épaisseur de paroi	1 à 25 mm (commun 2 à 20 mm)	Jusqu'à ~40 mm ou plus
Plage de diamètre	Petit à moyen (inférieur ou égal à 660 mm)	Moyen à grand (en fonction de la largeur de la plaque)
Méthode de soudage	Soudage par résistance à haute fréquence sans apport	Soudage à l'arc submergé avec apport
Composition du métal soudé	Identique au métal de base	Déterminé par les paramètres de remplissage et de soudage
Zone affectée par la chaleur-	Peu profond (0,1 à 0,3 mm)	Plus profond (3 à 5 mm), contrôlé par le processus
Efficacité de production/coût	Haute efficacité, faible coût	Efficacité inférieure, coût plus élevé
Stabilité dimensionnelle	Modéré	Excellent
Capacité de pression	Convient aux pressions faibles à moyennes	Convient aux moyennes et hautes pressions
Applications typiques	Eau municipale, tuyauterie générale, usage structurel	Oléoducs et gazoducs, offshore, systèmes à haute-pression
Commodité d'approvisionnement	Largement disponible	Des exigences plus élevées pour les fournisseurs

Sur la base de l’analyse ci-dessus, les tuyaux longitudinaux soudés à l’arc submergé sont recommandés dans les situations suivantes :

Tels que les pipelines de pétrole, de gaz naturel, de vapeur ou de produits chimiques nécessitant un grand diamètre et une paroi épaisse.

Y compris les environnements offshore,-mer profonds, à basse-température ou corrosifs.

Tels que les fondations de ponts, les plates-formes offshore, les appareils sous pression, les colonnes structurelles ou les connexions de pipelines précises.

Travaux d’infrastructure majeurs où la fiabilité, la sécurité et la longue durée de vie sont essentielles.

Si les tubes soudés longitudinaux à l’arc submergé excellent en termes de performances, ils présentent également des défis :

• Coûts d'équipement et de production plus élevés
• Efficacité de production inférieure par rapport aux tubes soudés à haute-fréquence.
• Délais de livraison plus longs pour les dimensions spéciales
• Moins rentable-pour les applications à faible-demande

Par conséquent, la sélection doit être basée sur la pression, l’environnement, les exigences de performance, le budget et le calendrier d’approvisionnement.

Les tubes en acier soudés à haute fréquence et les tubes en acier soudés à l'arc submergé longitudinaux ont chacun des processus de fabrication, des caractéristiques de performances et des scénarios d'application distincts. Le premier est idéal pour les diamètres petits à moyens, les systèmes à pression moyenne- à basse-et les projets axés sur les coûts-. Ce dernier offre des performances inégalées dans les environnements de grand-diamètre, à haute-pression, à paroi épaisse-et difficiles, avec une qualité de soudure et une précision dimensionnelle supérieures.

Pour les concepteurs techniques, les acheteurs et les entrepreneurs, le choix du type approprié de tuyaux en acier nécessite d'évaluer les considérations de sécurité, de durabilité, d'économie, d'installation et de maintenance. Lorsque la fiabilité et les performances structurelles sont primordiales, les tubes longitudinaux en acier soudés à l'arc submergé restent le choix le plus robuste et le plus fiable.