Le procédé Tandem MIG ™ à deux fils continue de gagner en popularité comme moyen d'augmenter la production dans les applications de soudage à l'arc automatisé. Le processus suit les tendances établies au début de l'industrie du soudage consistant à réduire les coûts de soudage en développant des processus bifilaires pour une plus grande productivité. Les premiers développements du soudage à fils multiples se sont concentrés sur le procédé à l'arc submergé. La disponibilité de sources d'alimentation à onduleur de haute puissance et de la Waveform Control Technology ™ a permis le soudage bifilaire en utilisant le procédé MIG (GMAW).

Depuis l'introduction du Tandem MIG au début des années 90, la base installée estimée de systèmes MIG double fil (GMAW) est passée à plus de 1 000 unités dans le monde. La majorité des systèmes installés ont remplacé les processus monofilaires qui avaient été poussés à l'extrême haut de la plage de fonctionnement utilisable dans le but d'améliorer la productivité et de réduire les coûts en déposant autant de métal que possible dans les plus brefs délais. Tandem MIG étend la plage de productivité de soudage au-delà de ce qui est possible avec les procédés conventionnels à un fil. Une comparaison des taux de dépôt de métal de soudure des procédés monofilaires populaires avec ceux du Tandem MIG démontre les gains de production possibles associés au procédé Tandem MIG.

Fondamentaux du processus
Le procédé Tandem MIG utilise deux électrodes en fil isolées électriquement placées en ligne, l'une derrière l'autre, dans le sens du soudage. La première électrode est appelée électrode de plomb et la seconde électrode en ligne est appelée électrode de traînée. L'espacement entre les deux fils est généralement inférieur à ½ pouce de sorte que les deux arcs de soudage se dirigent vers une flaque de soudure commune. La fonction du fil conducteur est de générer la majorité de la pénétration de la plaque de base, tandis que le fil de traînée remplit la fonction de contrôler la flaque de soudure pour le contour du cordon, le mouillage des bords et l'ajout au taux global de dépôt de métal de soudure.

Le processus fonctionne mieux avec un fil de plomb de grand diamètre et un fil de traînée de petit diamètre. Le fil conducteur plus gros peut représenter jusqu'à 65% du taux de dépôt total, tout en offrant une plus grande pénétration. Le fil de soudage de traînée plus petit est concentré sur le bord de traînée de la flaque de soudure. Le fil de traînée est généralement plus petit en diamètre et consomme donc moins de courant. Cela aide à contrôler la flaque de soudure partagée et aide à la garder fraîche.

Un compromis courant consiste à spécifier que les fils de soudage de plomb et de piste ont le même diamètre pour satisfaire les contraintes d'inventaire ou parce que le sens de soudage doit être inversé quelque part sur la soudure. Un fonctionnement satisfaisant peut être obtenu avec ce compromis mais la vitesse de déplacement maximale est limitée et la robustesse du procédé est réduite.

Tandem MIG dépend d'un logiciel de contrôle de source d'alimentation spécialisé qui facilite le fonctionnement stable de deux arcs de soudage indépendants travaillant à proximité. La source d'alimentation doit être contrôlée pour stabiliser les influences électromagnétiques perturbatrices qui provoquent une instabilité sévère lorsque deux arcs de soudage à courant continu (CC) non régulés sont exploités rapprochés.

Dans le mode de fonctionnement standard, l'arc principal est programmé pour un mode de tension constante positive Tandem MIG DC et le chemin pour un fonctionnement dans un mode d'impulsion positive Tandem MIG DC. L'arc de plomb à tension constante est souhaitable pour maximiser la pénétration et la vitesse de déplacement. L'arc de traînée pulsée d'entrée de chaleur plus faible contribue à minimiser les éventuelles interférences d'arc électromagnétique entre les deux arcs, ainsi qu'à refroidir et à contrôler la flaque de soudure fondue commune qui est générée.

La combinaison du câble de tension constante (CV) et de la configuration de chemin d'impulsions MIG en tandem offre une large plage de fonctionnement. Les procédures d'arc avant et arrière peuvent être modifiées indépendamment pour atteindre un équilibre entre la pénétration et le remplissage.

Une deuxième configuration potentielle nécessite de faire fonctionner à la fois les fils de soudage de plomb et de piste en mode d'impulsion Tandem MIG. Cette configuration est généralement utilisée pour gérer l'apport total de chaleur de procédé sur des matériaux de faible épaisseur et d'autres applications sensibles à la chaleur. Cette configuration nécessite une synchronisation de la fréquence d'impulsion des deux électrodes de sorte que le pic de chaque impulsion sur l'un des arcs se produise pendant le fond de l'autre arc.

La sychronisation implique que les arcs de tête et de piste doivent fonctionner à la même fréquence (ou à des fréquences qui sont un multiple entier les unes des autres). L'exigence impose des contraintes d'exploitation strictes et le processus doit être appliqué avec soin.

• Encore une fois, les procédures de tête et de piste doivent être programmées pour fonctionner aux mêmes fréquences ou à des multiples entiers les unes des autres.
• Pour augmenter ou diminuer le dépôt, les vitesses de dévidage du fil d'avance et de traînée doivent être modifiées ensemble. Cela réduit le degré d'indépendance entre la pénétration et le remplissage
• La régulation de la tension d'arc ne peut pas être obtenue en faisant varier dynamiquement la fréquence

Configuration de l'équipement
L'équipement Tandem MIG est configuré pour fournir un contrôle de paramètre individuel pour chacun des deux arcs de soudage séparés et isolés électriquement. Cela nécessite un appairage de tous les équipements; deux sources d'alimentation à onduleur haute vitesse spécialement conçues, deux entraînements de fil, deux sources de gain de fil de soudage distinctes et une torche de soudage Tandem MIG. Les sources d'alimentation utilisées pour ce processus reposent sur une commande numérique rapide et un logiciel spécifique Tandem MIG. Les paramètres de soudage sont définis au niveau de la source d'alimentation via une communication numérique à partir d'un contrôleur logique programmable (PLC) associé à une cellule de travail d'automatisation dure dédiée ou par un contrôleur de robot.

La torche Tandem MIG est un composant essentiel du système, conçu avec un alignement et un espacement spécifiques des pointes de contact pour obtenir un contrôle d'arc approprié. En raison de la nécessité de résister aux demandes d'ampérage élevé et de cycles de production à cycle de service élevé, les torches sont généralement évaluées en termes de courant total circulant dans les deux fils. Cette cote est généralement comprise entre 600 et 1200 ampères. De plus, le courant maximum pour chaque fil est spécifié. Cette cote est généralement comprise entre 400 et 800 ampères. Un exemple de configuration d'équipement d'automatisation matérielle serait:

Avantages du processus
Les avantages de production accrus du procédé Tandem MIG ont été utilisés pour:

• Justifier le coût des équipements d'automatisation
• Améliorer la rentabilité de l'automatisation existante
• Réduire les coûts d'investissement initiaux des nouvelles lignes de production en réduisant le nombre de postes de soudage requis
• Raccourcissez les délais de récupération associés à la nouvelle automatisation du soudage.

Le procédé Tandem MIG a une large plage de fonctionnement qui peut être généralement segmentée en deux catégories traitant du soudage de tôles à grande vitesse et du soudage de tôles lourdes. Sur la tôle, le processus est souvent utilisé à des vitesses de déplacement supérieures à 100 IPM sur un matériau de faible épaisseur (0,040 à 0,100 pouce). Sur les matériaux de calibre épais, les taux de dépôt de métal de soudure dépassant 35 lb / h. sont possibles.

Applications à grande vitesse de déplacement
La possibilité de répartir le courant de soudage total sur deux fils de soudage séparés offre des avantages uniques pour le soudage à grande vitesse. Lorsqu'elles sont poussées à augmenter les vitesses de déplacement sur des composants métalliques de faible épaisseur dans des industries telles que l'automobile, la fabrication de réservoirs et la fabrication de tôles en général, les opérations de soudage sont confrontées à un ou deux problèmes de qualité, soit la brûlure soit l'absence de caractéristiques de suivi du métal de soudure.

Le processus Tandem résout ces deux problèmes de limitation de vitesse. La capacité de distribuer le courant de soudage nécessaire sur deux fils de soudage permet au fil de sortie de générer la pénétration nécessaire tandis que le fil de traînée se déplace sur le bord arrière de la flaque de soudure créant un remplissage supplémentaire. En outre, le fil de traînée agit comme une force supplémentaire qui pousse la flaque d'eau pour de meilleures capacités de suivi et de mouillage. Ce comportement d'arc de traînée dans la flaque de soudure partagée offre d'excellentes caractéristiques de remplissage des espaces. Les capacités améliorées de remplissage des espaces sont d'une valeur particulière pour les industries traitant de grands volumes de pièces embouties ou formées.

Le système utilise un logiciel de détection tactile du robot pour localiser le joint de soudure et l'option logicielle de suivi des joints à travers l'arc (T.A.S.T.) pour un suivi en temps réel. Le système de soudage en tandem à une vitesse moyenne de 60 ipm a été installé pour remplacer un ancien système robotique monofilaire qui mesurait en moyenne 24 ipm. La vitesse de soudage globale a été augmentée de 150%.

Applications à taux de dépôt élevé
Comme illustré dans le graphique précédent, le procédé Tandem MIG peut en moyenne représenter une augmentation de 30 à 80% du potentiel de dépôt par rapport aux procédés conventionnels à un seul fil.

Le procédé Tandem MIG utilise généralement des électrodes de petit diamètre. Lorsque des courants de soudage plus élevés sont appliqués aux électrodes de petit diamètre (0,035 à 0,062 pouce), la vitesse de fusion des électrodes augmente de manière exponentielle. La vitesse de fusion de l'électrode résultante pour une consommation de courant donnée est plus élevée pour le Tandem MIG que celle d'une seule électrode de grand diamètre. Ce potentiel de vitesse de fusion plus élevé et ce plus faible consommation d'ampérage offrent des avantages uniques pour l'industrie de la fabrication de plaques lourdes. Le taux de dépôt élevé fournit évidemment les moyens d'améliorer le débit de production. L'apport de chaleur plus faible peut être utilisé efficacement pour réduire la distorsion de la plaque et le temps entre les passes lors du contrôle de la température entre passes sur des soudures multi-passes. Le procédé est capable de produire des soudures de qualité aux rayons X avec d'excellentes propriétés mécaniques.

Capacités de remplissage d'espaces Tandem MIG. Soudures effectuées à une vitesse de déplacement de 100 ipm sur un matériau de 0,100 pouces Les panneaux latéraux du camion sont soudés avec un robot Tandem MIG.

Retour sur investissement
Le procédé Tandem MIG est conçu pour être utilisé sur des cellules de soudage automatisées ou des lignes automatisées. L'automatisation d'hôte commune est soit une cellule de travail durement automatisée dotée de fonctions de mouvement dédiées, soit une cellule robotique avec un mouvement flexible et programmable. L'investissement dans ces lignes de production à grand volume est généralement une dépense d'investissement importante qui nécessite une analyse détaillée et une justification des coûts. Le temps partiel étage à étage, y compris la vitesse de soudage en tant que composant critique, joue un rôle important pour déterminer si un projet peut être justifié par les coûts. Par rapport aux processus monofilaires, les capacités de vitesse de déplacement plus élevées de Tandem MIG peuvent aider à réduire les coûts justifiant des dépenses en capital plus importantes et à accélérer les périodes de récupération des équipements.

Tandem MIG a contribué à réduire le coût des nouvelles lignes de production en répondant aux besoins de production avec moins de postes de soudage. Ceci est particulièrement vrai pour les lignes de production à grand volume produisant des composants automobiles ou des pièces similaires où l'outillage et l'équipement de manutention de pièces constituent une part importante des coûts d'installation initiaux. Le coût de l'outillage hydraulique et de l'équipement de manutention peut être réduit en utilisant moins de postes de soudage en fonction du débit par poste plus élevé du Tandem MIG. De plus, les frais d'entretien et de maintenance des jeux d'outils en double pour garantir des dimensions de pièce cohérentes sont minimisés.

Plaques de renfort de camion soudées avec Tandem MIG automatisé. Les traversins de 8 pieds de long nécessitent une soudure d'angle de 5/16 pouces placée des deux côtés d'un élément de support vertical de 3/8 pouces. Tandem MIG a pu augmenter sa production de 5 à 6 unités par jour à 25 unités par jour. Le procédé utilise deux fils de soudage de 0,045 dia déposant 28 lb. par heure. La production a augmenté de plus de 300%.

Les cellules de production soudant de gros composants doivent être justifiées en fonction du coût d'une manière différente en fonction du temps de soudage et non du nombre de pièces. L'industrie de l'équipement lourd, qui a été la première à adopter le processus Tandem MIG, utilise généralement de grandes cellules de travail robotiques comprenant des positionneurs coûteux pour gérer les soudures volumineuses et lourdes qui prennent souvent deux heures ou plus à souder. La plupart des soudures doivent être placées en position plate ou horizontale. Cela nécessite l'utilisation de grands positionneurs et rend difficile l'utilisation de plusieurs robots par cellule. Le Tandem MIG a été utilisé à plusieurs reprises pour remplacer le soudage des systèmes robotiques à un fil à des taux de dépôt moyens de l'ordre de 15 à 20 lb / h. avec Tandem MIG fonctionnant dans la plage de 28 à 34 lb / h.

L'augmentation du taux de dépôt de métal de soudure a été utilisée pour justifier le coût d'achat de nouveaux postes de travail plus sophistiqués sur le plan technique.

Tandem MIG continue de bénéficier à un certain nombre d'industries, des entreprises de soudage de composants automobiles en tôle mince aux entreprises effectuant le soudage multipasse de gros équipements de terrassement et de plates-formes de forage offshore.