"Le système fonctionne à merveille", déclare Elliott, "j'attribue cela à la belle finition du fil et à la vitesse à laquelle le système d'alimentation et le dévidoir peuvent contrôler le processus."

Les navires en aluminium font leur entrée dans la flotte de la marine américaine. Si les réparations des navires à coque en acier sur l'eau ne sont pas nouvelles, travailler avec de l'aluminium présente des défis bien plus grands. La cale sèche ne faciliterait-elle pas le processus de soudage de l’aluminium? Oui, mais avec une portée mondiale, les navires de la marine américaine peuvent se trouver à presque n'importe quel endroit du monde et les cales sèches sont rarement à proximité.

En outre, le processus de mise en cale sèche nuit au calendrier de déploiement complexe de la marine et, en tant que machine de guerre, la marine et ses navires doivent être prêts et en position à tout moment. Le coût est une autre considération, car la mise en cale sèche est beaucoup plus coûteuse que de garder le navire à l'eau lors de l'entretien et des réparations.

La cale sèche étant actuellement la seule option pour la réparation par soudure des navires à coque en aluminium, la Marine est à la recherche de nouvelles solutions. Il en a peut-être trouvé une avec une nouvelle technique prometteuse: le soudage sous-marin aluminium gaz-métal-arc (GMAW) dans une chambre hyperbare.

Phoenix International effectue des tests à Bayou Vista, en Louisiane, pour le compte de la marine, avec un auditeur tiers validant les résultats. En fin de compte, les procédures de Phoenix International doivent passer trois tests de soudure hyperbare sur aluminium: alliage 5083 soudé sur lui-même, alliage 5083 soudé sur un alliage de la série 6000; et un alliage de la série 6000 soudé à une autre série 6000. Le projet bénéficie d'une aide considérable de l'équipement et des consommables fournis par Lincoln Electric Co. à Cleveland et soutenu par le support technique de Lincoln Electric.

Issu du sentiment d'urgence
Les navires de combat littoral de la marine américaine entièrement en aluminium (LCS-2) ont commencé à entrer en service en 2009, créant un besoin urgent de développer un procédé de soudage sous-marin de l'aluminium fiable et certifié.

"Le soudage à la baguette, ou soudage à l'arc blindé-métal, ne fonctionne pas bien sur l'aluminium, nous avons donc dû développer une procédure GMAW pour effectuer des réparations sous-marines de soudage d'aluminium en chambre sèche", explique Justin Pollack, programme d'élevage de navires sous-marins / soudage sous-marin directeur du Naval Sea Systems Command, et superviseur du sauvetage et de la plongée pour l'US Navy.

Phoenix International, basé à Largo, dans le Maryland, et titulaire du contrat de services de plongée de la marine depuis 15 ans, développe un nouveau processus avec la marine depuis plus de deux ans, avec des essais de procédure en cours. Lincoln a travaillé en étroite collaboration avec Phoenix International sur ce projet, fournissant une soudeuse Power Wave® S350 et un dévidoir Power Feed® 25M, ainsi que Lincoln Electric SuperGlaze® 5556 3/64 pouces. fil de diamètre. La soudeuse Power Wave et le chargeur Power Feed sont situés au-dessus de la surface de l'eau sur terre, connectés à un pistolet de soudage push-pull avec un câble de pistolet de 50 pieds situé à 24 pieds sous l'eau dans une chambre hyperbare.

Le soudage sous-marin de l'aluminium, une proposition difficile
L'aluminium est généralement considéré comme beaucoup plus difficile à souder que l'acier. Par exemple, la conductivité thermique élevée de l’aluminium et son point de fusion bas peuvent facilement entraîner des problèmes de brûlure et de gauchissement si les procédures appropriées ne sont pas suivies. La conductivité thermique élevée de l’aluminium signifie que le matériau a tendance à agir comme un dissipateur thermique, ce qui rend la fusion et la pénétration plus difficiles.

En termes de composition chimique, l'aluminium a une solubilité maximale élevée pour les atomes d'hydrogène sous forme liquide et une faible solubilité au point de solidification. Cela signifie que même une petite quantité d'hydrogène dissoute dans le métal de soudure liquide aura tendance à s'échapper lorsque l'aluminium se solidifie et que la porosité est susceptible de se produire - une grande source de préoccupation pendant le processus de soudage.

Alors que le soudage de l'aluminium sur la terre ferme pose un certain nombre de défis, le soudage dans un environnement sous-marin complique considérablement le processus. "La porosité est le problème majeur de l'aluminium", déclare Pollack.

Au début du développement d'une nouvelle procédure, les soudures d'aluminium effectuées sur la surface ont passé des tests aux rayons X, mais tout en effectuant le même processus dans l'eau, "nous obtenions une tonne de porosité", explique Pollack. «Nous avons réalisé que nous devons contrôler l'environnement. Les soudeurs travaillent autour de l'eau, donc l'humidité est un problème, et comme ils travaillent en profondeur, la pression est augmentée.

Ken Elliott, directeur du soudage pour Phoenix International, fait écho aux préoccupations concernant la pression. "Sous l'eau, un environnement sec tel qu'une chambre hyperbare a une pression élevée, et une pression élevée trouvera n'importe quel chemin vers la pression ambiante", dit-il. "L'environnement de l'habitat tente de s'échapper. Même à travers le petit espace entre le conduit de fil et le fil lui-même, la pression essaie de s'échapper à la surface, emportant des contaminants avec elle.

Compte tenu de la variation de pression, les impuretés dans l'atmosphère de l'habitat, y compris l'humidité, peuvent pénétrer dans la soudure, contaminant le cordon de soudure et conduisant à une porosité, ce qui affaiblira considérablement le joint de soudure. Au-delà de cela, le soudage sous-marin dans une chambre hyperbare présente ses propres défis.

"La chambre hyperbare, également connue sous le nom d'habitat, mesure environ six pieds de haut sur quatre pieds de large et cinq pieds de profondeur", explique Nathan Martin, soudeur / plongeur pour Phoenix International. "Nous soudons dans 23 pieds d'eau avec tout autour de nous qu'un soudeur normal aurait. Dans la chambre, nous avons une meilleure idée de la propreté de la zone de travail. Nous sommes couverts de tuyaux et de câbles et devons nous assurer que nous pouvons faire les mouvements corporels nécessaires pour souder confortablement, alors nous les pratiquons avant de souder réellement.

La soudeuse / plongeuse commerciale Whitney Ehrgott, collègue de Martin à Phoenix International, en convient et a également appris à compter sur les sens au-delà de la vue pour créer des soudures appropriées.

"Notre visibilité diminue lors du soudage sous l'eau, nous devons donc ressentir et entendre le processus, et ces sens accrus nous aident à créer de meilleures soudures."

Le bon processus, les bonnes procédures et l'équipement font toute la différence
Le processus et les procédures ont été soigneusement sélectionnés pour une répétabilité facile partout dans le monde. En conséquence, l'équipe a sélectionné des procédures utilisant 100% d'argon comme gaz de protection inerte. "L'un des objectifs du projet était de développer un moyen de réparer un navire en aluminium dans n'importe quel théâtre à travers le monde", explique Elliott. "Nous voulions donc un procédé de soudage qui fonctionnerait sans utiliser d'hélium dans le mélange gazeux. Si nous ne pouvons pas trouver le bon mélange de gaz (dans différentes régions, certains gaz peuvent ne pas être disponibles), nous ne pouvons pas réparer le navire. "

Selon Elliott, le processus avancé Power Mode ™ standard de la source d’alimentation Power Wave S350 de Lincoln Electric se prête à l’utilisation très simple d’un gaz inerte à 100% d’argon, tout en assurant une pénétration de soudure constante avec une tension d’entrée réduite. Le mode d'alimentation utilise une régulation à grande vitesse de la puissance de sortie pour fournir une réponse rapide aux changements de l'arc. Le résultat, selon les responsables de Lincoln Electric, est une amélioration des performances GMAW, y compris de faibles projections, un mouillage uniforme et constant des billes et une pénétration contrôlée. Il offrirait d'excellentes caractéristiques d'arc sur l'aluminium et d'autres alliages tels que le bronze au silicium et les alliages de nickel.

L'alimentation et le fil du pistolet de soudage, avec une distance d'alimentation dans cette application de 50 pieds du chargeur de fil, place une forte demande sur le chargeur de fil Power Feed 25M de Lincoln Electric et le fil SuperGlaze 5556 de 3/64 po de diamètre.



"Lincoln a fourni une véritable séparation de 100 pieds entre la source d'alimentation et le chargeur de fil", explique Elliott, "et en utilisant un pistolet push-pull de 50 pieds en plus de cela, nous pouvons obtenir une énorme séparation de l'endroit où nous devons brancher et alimentez l'arc réel. "

"De plus, nous n'avons pas connu de défaillance de fil en termes de poussée ou de tirage à travers un câble de canon de 50 pieds" poursuit Elliott." Un câble de canon de 50 pieds est essentiel pour réparer les navires dans l'eau, et 50 pieds est la distance extrême à laquelle vous pouvez pousser-tirer n'importe quel matériau mou comme l'aluminium.

Elliott rapporte que l'équipe a connu une alimentation en fil régulière, sans accumulation de crasse sur les rouleaux esclaves et sans usure excessive des pointes de contact à ressort qui représentent le dernier élément du circuit de soudage. Les fils d'aluminium Lincoln Electric SuperGlaze bénéficient d'une préparation de surface de fil exclusive pendant la fabrication, ce qui donne une surface extrêmement lisse qui résiste aux problèmes d'emmêlement courants au niveau du chargeur et au rasage du fil au niveau des rouleaux d'entraînement ou des pointes de contact.

Pour empêcher l'atmosphère de l'habitat, avec son humidité et d'autres contaminants, de contaminer les soudures, l'équipe de Phoenix a modifié certaines caractéristiques du système sans compromettre les performances de l'équipement et des consommables. Par exemple, rapporte Elliott, bien qu'il n'y ait aucun moyen d'empêcher complètement l'air de l'habitat et ses contaminants de pénétrer dans la zone de soudure, l'équipe a placé du matériel à divers points de connexion des conduits du système et des câbles de pistolet ou des fils de soudage encastrés pour éviter l'humidité indésirable.

"Le système fonctionne à merveille", déclare Elliott, "j'attribue cela à la belle finition du fil et à la vitesse à laquelle le système d'alimentation et le dévidoir peuvent contrôler le processus. Avec cette gamme, nous pouvons réaliser un push-pull de 50 pieds sans problème. Nous n'avons constaté aucun affaissement de la force de la colonne et n'avons eu aucun problème d'alimentation avec l'un des fils du câble prolongé du pistolet. "



La fiabilité stimule la prise de décision
Alors que les essais se terminent ce printemps, la fiabilité des équipements et des consommables a été notée par les responsables de la Marine et de Phoenix International.

"L'aluminium peut être soudé dans une chambre hyperbare, mais un équipement bas de gamme bon marché ne nous y mènera pas", explique Elliott. "Lincoln Electric a offert la meilleure expérience et le meilleur support technique que nous ayons vus depuis longtemps, et la machinerie est capable de supprimer certaines nuances de soudage de la formule. Les soudeurs peuvent se concentrer sur leurs profils de cordon au lieu de penser à ce qu'ils doivent faire parce que leurs machines ne le peuvent pas. Des facteurs tels que les commandes de tension et d'intensité, et la longueur de dépassement des fils entrent en jeu et les machines Lincoln Electric sont bien adaptées pour gérer cela et effectuer des soudures très techniques. Les sources de puissance de soudage avancées de Lincoln Electric Power Wave fonctionnent à des vitesses de commutation extrêmement rapides, permettant une réponse rapide aux conditions changeantes à l'arc.



Suite aux résultats prometteurs de cette recherche, la Marine a depuis acheté plusieurs sources d'énergie et dévidoirs Lincoln Electric pour améliorer et étendre son programme de soudage.



"L'opération que nous avons est assez robuste et nous avons besoin d'un équipement capable de fonctionner dans des environnements difficiles", déclare Pollack. En fait, selon Ehrgott, les machines fonctionnent 24 heures sur 24 depuis six mois sans problème.



"Nous avons initialement choisi Lincoln Electric parce que nous recherchions une entreprise qui pourrait aider à soutenir ce projet», poursuit Pollack. "Cela a imposé un risque à cette entreprise en ce sens qu'elle devrait nous laisser emprunter de l'équipement avant que nous l'achetions. Mais l'équipement et le service nous ont permis d'arriver là où nous en sommes aujourd'hui. Nous avons acheté plusieurs machines, y compris des sources d'alimentation et des dévidoirs. "

Elliott est d’accord avec l’évaluation de Pollack.

"L'équipement de soudage est un facteur important pour obtenir un travail reproductible, 100% de qualité aux rayons X de classe 1", dit-il. "La machinerie Lincoln Electric que nous avons choisie pour ce projet a offert cela à maintes reprises."