David Gailey

Faire face aux dures réalités de notre économie actuelle peut être un défi.  Dans un secteur où chaque centime compte, il est extrêmement important que les responsables, les ingénieurs et les soudeurs examinent tous les processus pour déterminer où se trouvent les économies potentielles et mettre en œuvre les changements nécessaires le plus rapidement possible.  L'examen de l'équipement de gaz des applications de soudage peut permettre de réaliser d'importantes économies avec un investissement minime.  En outre, une analyse minutieuse de l'équipement de gaz de protection peut apporter de grandes récompenses.

Connaissez votre procédé

Tout d'abord, il faut bien connaître le procédé.  Quelle quantité de gaz est nécessaire pour produire une soudure adéquate ?  De nombreux procédés de soudage sont extrêmement gaspilleurs lorsqu'il s'agit de régler les débits de gaz de protection.   Le coût du gaz de protection est l'un des éléments les plus coûteux de tout procédé de soudage. Est-il difficile pour les soudeurs de régler des débits supérieurs aux besoins ou aux recommandations ?  La plupart des fabricants d'équipements proposent des équipements ou des accessoires de contrôle du débit qui peuvent être réglés à une limite maximale de sorte que des débits excessifs ne puissent pas être utilisés.

En outre, des pressions et des débits de gaz de protection trop élevés rendent le gaz turbulent, attirant les oxydes et les nitrures dans la soudure. La plupart des soudeurs et des ingénieurs d'application en soudage ne connaissent pas encore les dispositifs d'économie de gaz inerte disponibles sur le marché, tels que le Harris Inert Gas Guard^® (IGG), qui permet d'économiser du gaz en éliminant le pic de gaz associé à chaque pression sur la gâchette.  Ces dispositifs existent depuis au moins 20 ans, mais ils ne semblent jamais faire l'objet d'une grande attention, jusqu'à ce qu'il y ait une crise de réduction des coûts ou un ralentissement économique, et que l'on cherche à éliminer les gaspillages et à mettre en évidence les coûts cachés.

Comment cela fonctionne-t-il

Leur principe de fonctionnement est très simple : réduire la pression de la ligne pour éliminer la poussée de gaz causée par l'augmentation de la pression lorsque le processus est inactif.  La plupart des équipements de contrôle du débit utilisés avec les gaz de protection, qu'ils proviennent d'une bouteille ou d'un système en vrac, sont conçus pour fonctionner à une pression d'entrée nominale d'environ 20 à 30 psig.  Les applications utilisant du dioxyde de carbone pur peuvent fonctionner à des pressions allant jusqu'à 50 psig.  Cela signifie que chaque fois que la torche de soudage est activée, il y a une pression initiale de 20 à 30 ou 50 psig au niveau de la buse de soudage.  Cette pression statique élevée entraîne la sortie d'une grande quantité de gaz de la buse lorsque la gâchette de la torche est actionnée.

Pour avoir une idée plus quantitative de ce phénomène, supposons ce qui suit : 1) le processus de soudage nécessite 35 scfh d'argon, 2) le débitmètre installé en amont et relié à la machine à souder a une pression d'étalonnage de 20 psig.  À travers un diffuseur de gaz typique, à ces paramètres, les débits initiaux peuvent facilement atteindre ou même dépasser 180 scfh d'argon.  Bien que le débit diminue rapidement au fur et à mesure que la pression de la ligne descend vers les conditions atmosphériques, cela représente toujours plus de 5 fois le débit nécessaire pour l'application de soudage.  Cela se produit à chaque pression sur la gâchette.  Il n'est pas rare que certaines applications aient 200 à 300 déclenchements par heure, ce qui augmente de façon exponentielle la quantité de gaz gaspillé.

Obtenez les chiffres

Certains calculs sont nécessaires pour comprendre et réaliser l'ampleur des économies de gaz potentielles.  Le groupe Harris Products a lancé un programme en ligne pour identifier les paramètres importants et faciliter le calcul des pertes de gaz de protection.

Ce programme est disponible ici. Les utilisateurs devront recueillir certaines informations avant de commencer. Le programme exige que l'utilisateur saisisse les éléments suivants:

1. Le diamètre intérieur et la longueur du tuyau ou du tube qui va du débitmètre au dévidoir
2. L'accumulation de pression statique ; il s'agit généralement de la pression imprimée sur le débitmètre à bille et à tube.  Elle ne sera normalement pas supérieure à 50 psig (pour les régulateurs à débitmètre, une mesure physique peut être nécessaire)
3. Quelle est la pression dans la conduite pendant que le gaz s'écoule ? On peut supposer que cette pression est très faible, de l'ordre de 3 ou 4 psig
4. Combien de déclenchements par heure, approximativement, dans le procédé ?
5. Le coût de 100 pieds cubes de gaz de protection (au moment de la rédaction de cet article, l'argon était vendu au détail 21,33 $ les 100 pieds cubes par un fournisseur local)

Le programme de Harris donne à l'utilisateur une estimation de la quantité de gaz gaspillée pour un poste de soudage.  Ce calculateur peut être utilisé pour chaque poste afin d'obtenir une image plus claire de la quantité de gaz perdue dans l'ensemble de l'installation.  À titre d'exemple, voyez les variables suivantes avec les économies annuelles estimées si un économiseur de gaz Harris (#3000328) est utilisé..

• Longueur du tuyau - 12 pieds
• Diamètre intérieur du tuyau - 3/16"
• Pression statique de la ligne - 20 psig
• Pression de la ligne d'écoulement - 3 psig
• Nombre de déclenchements par heure - 175
• Coût de 100 pieds cubes de gaz - 21,33 $
• Économies annuelles = 218,76
  
  Installation typique avec régulateur de débitmètre Harris et garde de gaz inerte installé sur la sortie.

Le coût de détail de l'économiseur de gaz Harris est nettement inférieur aux économies annuelles estimées et, pour ces paramètres, il permettra d'obtenir un taux de rendement moyen d'environ 115 % par poste de soudage sur trois ans.  Le programme du calculateur ne tient pas compte des fuites dans le système ou des entrées variables qui ne sont pas obtenues avec précision.  Les fuites de gaz dans une grande installation de tuyauterie peuvent être nombreuses et passent le plus souvent inaperçues ou ignorées jusqu'à ce que les coûts du gaz soient évalués et que des efforts pour réduire les coûts soient explorés.

Méfiez-vous des fabricants qui commercialisent de petits orifices restreints en ligne comme économiseurs de gaz de protection.  Ces dispositifs n'entraînent qu'une chute de pression à travers l'orifice.  Dans des conditions statiques, les pressions continueront de monter plus haut que nécessaire et les économies de gaz réalisées ne seront que symboliques.  De plus, si ces dispositifs ne sont pas installés au bon endroit, il se peut qu'il n'y ait pas d'économies de gaz appréciables.  La seule façon d'éliminer efficacement le coup de gaz de protection est d'introduire un dispositif de régulation de pression dans le système de gaz.

Tout revoir

Après avoir répondu au besoin immédiat d'économiser du gaz de protection dans chaque poste de soudage, les responsables et les ingénieurs doivent ensuite se pencher sur les déficiences de l'ensemble de l'installation. L'équipement de gaz comprimé, comme les débitmètres, les régulateurs, les tuyaux, les raccords rapides, etc., qui sont couramment utilisés pour contrôler la pression et le débit des gaz de protection dans les procédés GMAW et GTAW, peut également être une source de fuite de gaz s'il n'est pas entretenu et remplacé à intervalles réguliers.  Des procédures de maintenance préventive doivent également être mises en place pour s'assurer que l'équipement n'est pas utilisé au-delà de sa durée de vie prévue.  Contactez le fabricant pour savoir à quelle fréquence l'équipement doit être inspecté et/ou remplacé.

Pendant combien de temps les équipements de contrôle de pression et de débit de gaz doivent-ils fonctionner correctement dans des conditions de service normales ? Qu'est-ce qui est considéré comme un environnement de service difficile ?  Quels tests doivent être inclus dans les tableaux de maintenance préventive ?  Ce sont des questions que les consommateurs posent constamment aux fabricants concernant l'entretien et la durée de vie des équipements à gaz comprimé.  Malheureusement, les réponses sont variées et quelque peu compliquées.

Prenons le cas du client "A".  Ce client utilise une bouteille d'argon par mois et met le débitmètre sous pression une fois par semaine pour souder pendant environ 20 minutes à l'intérieur d'un bâtiment où la température, l'humidité et d'autres facteurs environnementaux sont contrôlés.  Ce détendeur peut durer 10 ans ou plus sans qu'il soit nécessaire de remettre à neuf ou de remplacer des composants majeurs.  En fait, le groupe Harris Products entend souvent parler de clients qui utilisent le même détendeur Harris depuis les années 1940 sans aucun problème, mais il s'agit de cas extrêmes.  Comparez cela avec le client "B" qui utilise un régulateur de débitmètre à argon/dioxyde de carbone plusieurs heures par jour sur une plate-forme pétrolière au large de la côte du Golfe du Mississippi.  En raison de l'air salé et de l'environnement difficile à l'intérieur et autour d'une plate-forme pétrolière, ce régulateur peut nécessiter une révision majeure ou être remplacé en trois mois seulement.  Les applications des équipements de gaz comprimé étant très variées, leur durée de vie est variable et proportionnelle au service de gaz et à l'environnement dans lequel l'appareil est utilisé.

Tous les systèmes de gaz comprimé, y compris les canalisations, les équipements, les tuyaux et tous les raccords, doivent être régulièrement vérifiés pour détecter les fuites afin de garantir l'intégrité du système.  Pour les débitmètres, les régulateurs, les tuyaux et les raccords, les détecteurs de fuites liquides disponibles dans le commerce sont les plus efficaces pour vérifier toute fuite de gaz dans l'atmosphère.  Pour les pipelines, il peut être plus pratique d'effectuer un test de ligne statique avec un manomètre à différents points pour déterminer s'il existe des fuites.  Le point le plus important est que ces systèmes de gaz ne peuvent pas être ignorés et sont souvent la cause de coûts excessifs de gaz de protection.  Les tests d'étanchéité des régulateurs de gaz et des tuyaux devraient être effectués à chaque installation ou, au moins, deux fois par semaine, tandis que les tests sur les canalisations devraient être effectués une fois par mois.

Des économies sur le gaz de protection peuvent être réalisées si ces mesures sont appliquées et si des programmes pratiques de maintenance préventive sont mis en place.

David Gailey est responsable des produits spécialisés pour le groupe Harris Products, une société de Lincoln Electric. Il travaille pour Harris depuis 27 ans et a été président du comité des appareils à gaz industriels de la CGA.