Informations Générales Sur Le Cintrage à L’induction

Les produits en acier sont utilisés dans presque toutes les applications d’ingénierie, car les produits en acier ont des propriétés mécaniques extrêmes. De plus, la terre possède d’abondantes mines de fer et il existe également de nombreuses usines qui produisent de l’acier brut. Il en résulte une grande quantité de produits en acier qui doivent être façonnés sous différentes formes. De plus, l’utilisation de divers procédés permet de produire des pièces en acier de différentes formes. Le procédé de cintrage par induction est la méthode la plus courante pour fabriquer les longs coudes en acier. Ce procédé utilise des bobines où l’électricité circule sur les fils et crée une induction au centre des bobines. Ces quantités élevées d’électricité sur les bobines entraînent également des chaleurs extrêmes au centre des bobines. Le processus de cintrage par induction utilise essentiellement des inducteurs pour chauffer localement les pièces en acier. La forme et l’angle de cintrage souhaités des pièces en acier sont maintenus par un bras à rayon fixe. Lorsque la pièce en acier atteint la température souhaitée (entre 900 et 1100 degrés Celcius), les pièces en acier sortent de la bobine tandis que le bras fixe cintre l’endroit chaud de l’acier. Les procédés de cintrage par induction sont utilisables pour diverses applications. Les produits de cintrage sont généralement utilisés dans la pétrochimie, la chimie, la construction navale, la construction et la production d’énergie. Presque tous les types d’acier peuvent être façonnés à l’aide de machines de cintrage par induction. Les aciers les plus utilisés dans les applications de cintrage par induction peuvent être classés comme suit : les aciers au carbone (faiblement alliés, fortement alliés), les aciers inoxydables (austénitiques, martensitiques, ferritiques, duplex) et les aciers alliés spéciaux. Veuillez cliquer sur le lien ci-dessous pour plus d’informations sur les cintrages à induction à chaud.

Pourquoi le cintrage à l’induction

En comparaison avec les autres procédés de façonnage, le cintrage par induction présente quelques avantages, qui sont brièvement exposés ci-dessous;

• Le procédé de cintrage par induction est très rentable. Les cintrages peuvent être fabriqués plus rapidement que les composants standard qui nécessitent un soudage supplémentaire pour l’assemblage.
• Des cintrages de plus grand rayon peuvent être utilisés à la place des coudes. Cela réduit l’usure et le frottement et diminue considérablement la capacité de la pompe.
• L’utilisation de composants à cintrage par induction réduit les besoins en applications de soudage.
• Les pièces de cintrage n’ont pas de poutres de soudure aux tangentes. Celles-ci augmentent fortement l’homogénéité de l’acier, ce qui améliore considérablement les propriétés mécaniques.
• La nécessité de procéder à des essais non destructifs est réduite par l’utilisation du cintrage par induction. Cela permet également de réduire le coût total

• Les éléments de cintrage sont généralement plus résistants que les coudes car les épaisseurs de paroi des éléments de cintrage sont homogènes et presque égales en tout point.
• Il n’est pas nécessaire d’utiliser des lubrifiants car le cintrage par induction est un processus propre
• Aucun matériau supplémentaire ou de remplissage n’est nécessaire pendant le processus. Le procédé de cintrage par induction n’utilise que le tube droit.

Propriétés attendues d’un cintrage de haute qualité

• Lors du cintrage par induction, la désignation d’un angle et d’un rayon de cintrage précis est très importante
• L’amincissement des parois et l’ovalisation de l’acier brut doivent être maintenus à des valeurs minimales
• La température pendant le processus doit être correctement contrôlée car la température de trempage affecte directement les propriétés mécaniques
• La transition entre les zones de cintrage et les zones droites doit se faire en douceur
• Les conditions du processus doivent être organisées selon les normes appropriées de cintrage par induction

Fig1. Induction bending of a pipe. Retrieved from: Induction bending. (2020). 18 March 2020, https://www.rohrbiegewerk.de/en/production-process/induction-bending.html

Le processus de cintrage à l’induction

Le procédé de cintrage par induction est une méthode de fabrication presque entièrement automatisée. L’acier brut droit (tube ou brame) est chauffé en particulier et forcé par un bras pour obtenir la forme souhaitée. Une bobine d’induction chauffe les régions locales de l’acier. Les séquences de chauffage et de refroidissement des zones particulières sont extrêmement importantes, simplement parce que ces régions agissent comme des pièces traitées thermiquement et que les propriétés mécaniques de ces régions peuvent être modifiées. Autour de la bobine d’induction, un courant alternatif circule. Ce courant alternatif induit un potentiel autour de la région de l’acier et crée un courant de Foucault dans cette région. La loi de Faraday sur l’induction stipule que lorsque le champ magnétique d’un matériau conducteur change, un courant électrique circulaire se produit et ce courant est appelé courant de Foucault. Le courant de Foucault crée un champ magnétique secondaire qui est perpendiculaire au champ magnétique initial. Lorsque le courant de Foucault passe à travers un matériau conducteur, il crée de la chaleur en raison de la résistance du conducteur. C’est pourquoi les régions locales des tubes d’acier sont chauffées selon ce principe.

Fig2. The principle of induction heating. Retrieved from: Principle of High-frequency Induction Heater Unit | Micro Joining Equipment | NIPPON AVIONICS CO., LTD. (2020). 18 March 2020, http://www.avio.co.jp/english/products/assem/principle/highfrequency/index.html

Lors du processus de cintrage par induction, la largeur de la zone de cintrage doit être correctement contrôlée, sinon le corps cintré peut se déformer excessivement et cela peut provoquer des fissures ou des défauts. La température induite sur la région locale est contrôlée en permanence et maintenue à une valeur constante (au-dessus de la ligne A-Cémentite 3). Cette valeur constante permet d’obtenir une structure austénitique dans le corps cintré. Un bras pivotant force l’acier brut (tuyau ou dalle) et ce forçage mécanique entraîne le cintrage de l’acier brut. Le bras pivotant est fixé au corps en acier et la force de cintrage agit sur le corps puisque la pièce en acier (tube ou brame) est poussée à travers la bobine d’induction par une presse hydraulique.

Le cintrage de la pièce en acier provoque une déformation plastique extrême du matériau. Le bras pivotant force la pièce en acier et la cintre. Par conséquent, l’épaisseur de la paroi intérieure et l’épaisseur de la paroi extérieure de l’acier changent. L’épaisseur de la paroi intérieure augmente en raison des forces de compression. Contrairement à l’épaisseur de la paroi intérieure, l’épaisseur de la paroi extérieure diminue en raison de la tension excessive. Le rayon de cintrage du bras pivotant détermine le taux d’augmentation et de diminution de l’épaisseur de la paroi. Ainsi, la modification de l’épaisseur de la paroi doit être correctement prise en compte avant la fabrication.

Traitement thermique après cintrage

Le procédé de cintrage par induction utilise le chauffage local de l’acier brut de départ. Le chauffage local de la pièce d’acier peut modifier les propriétés mécaniques de l’acier puisque la microstructure de l’acier change. Afin d’obtenir une microstructure homogène dans les pièces en acier, un traitement thermique après cintrage est couramment utilisé. Le processus de traitement thermique des cintrages couvre généralement les périodes de trempage de chauffage et de refroidissement. La période de chauffage maintient une répartition égale des phases sur l’acier tandis que la période de refroidissement détermine la microstructure finale de l’acier.

Fig3. Heat treatment of bend pipes. Retrieved from: Heat treatment. (2020). 19 March 2020, https://www.rohrbiegewerk.de/en/production-process/heat-treatment.html

            Les méthodes courantes de traitement thermique peuvent être classées

            Normalisation: La méthode de normalisation est couramment utilisée pour les aciers au carbone tels que l’ASTM A106 Gr.B. ou l’ASTM A333 Gr.6. Le traitement thermique de normalisation comprend le chauffage de la pièce en acier à une température déterminée et le refroidissement de la pièce en acier à la température ambiante par refroidissement à l’air.

            Normaliser et tempérer: Cette méthode est utilisée de manière pratique pour l’acier qui comprend une quantité élevée de chrome, comme les normes ASTM A335 P11 et P22. Une méthode de normalisation similaire est utilisée pour la pièce en acier. Ensuite, la pièce en acier est chauffée à une température inférieure à la température de normalisation et refroidie à nouveau à la température ambiante.

            Trempe et revenu: Pour obtenir une dureté et une limite d’élasticité élevées, la pièce en acier est d’abord refroidie rapidement à une température déterminée, puis trempée. Cette méthode de traitement thermique est généralement utilisée pour les aciers de qualité API 5L X65. La pièce en acier est rapidement refroidie (trempée) dans différents types de milieux. Ce refroidissement rapide garantit une grande dureté. Pour obtenir une résistance optimale, l’acier est trempé à une température déterminée. Le processus de revenu adoucit l’acier mais augmente la ténacité de l’acier. Après le revenu, la pièce en acier est refroidie à température ambiante dans le milieu ambiant.

            Recuit de solution : Cette méthode est le plus souvent utilisée pour les aciers inoxydables et les aciers duplex. La pièce en acier est chauffée à des températures élevées. Ensuite, la pièce en acier est rapidement refroidie.

Méthodes d’essai pour les cintrages à induction

            La technique du cintrage par induction implique une déformation plastique excessive. Par conséquent, l’épaisseur des parois intérieures et extérieures peut changer. Une observation correcte de la fabrication et un examen détaillé du produit final sont nécessaires pour des produits de haute qualité. En bref, les méthodes d’essai peuvent être regroupées comme suit;

• L’inspection visuelle des extrados et des intrados doit être effectuée par des experts
• Les fissures ou défauts de surface doivent être contrôlés au moyen d’un test de ressuage ou d’un test de magnétoscopie
• Il faut vérifier l’homogénéité de l’épaisseur et de l’ovalité des parois
• Des tests de dureté doivent être effectués après le traitement thermique de cintrage
• Pour les contrôles complémentaires de la structure en acier, des essais métallographiques peuvent être utilisés

Considérations économiques sur le cintrage de l’induction

Es coûts de production pour le fabricant. Le cintrage par induction est le plus souvent utilisé pour la fabrication des tubes en acier. Les bobines de tubes conventionnelles sont les pièces les plus couramment utilisées dans les pipelines. Cependant, l’utilisation du cintrage par induction peut être bénéfique à la fois pour le vendeur et pour le demandeur.

Tableau 1. Comparaison des coûts entre les coudes d’induction et les tronçons de tuyauterie conventionnelles

Normes pour le cintrage à l’induction

Le processus de cintrage par induction comporte différentes étapes qui doivent être observées et contrôlées avec soin. Les experts peuvent utiliser des méthodes d’inspection visuelle, mais les autres paramètres de contrôle doivent respecter les normes appropriées. Les normes les plus classiques pour les cintrages par induction sont les normes ASME B16.49 et ISO 15590-1(en).  En outre, la norme ASME B16.49 couvre les normes ASME B31.4, B31.8 et B31.11

Ingénierie et approvisionnement de haute qualité

YENA Engineering propose différentes gammes de tubes en acier au carbone, en acier allié, en acier inoxydable, en acier basse et haute température, cintrés par induction à chaud, pour les industries de l’électricité, du pétrole et du gaz, de la construction et de la chimie. Nous sommes en mesure de cintrer des tuyaux conformément à la norme EN 15590-1 et aux spécifications techniques du client.

Nous fournissons une fabrication de précision et des tolérances dimensionnelles étroites en matière de réduction d’épaisseur de paroi, d’ovalisation, de rayon et d’angles de cintrage. Les installations de YENA peuvent cintrer des tubes sans soudure et des tubes soudés dans la gamme de rayons de cintrage 3D-10D.

Notre équipe de contrôle qualité expérimentée effectue des contrôles dimensionnels, des contrôles visuels et d’autres méthodes de contrôle non destructif sur les soudures et les matières premières. Toutes les méthodes de soudage sont effectuées selon des procédures approuvées et sont appliquées par des soudeurs certifiés. Toutes les étapes de l’achat, de la fabrication, des essais et de l’expédition sont documentées par notre équipe d’assurance qualité. Pour plus d’informations, consultez le site https://yenaengineering.nl/hot-induction-bends/

ou n’hésitez pas à nous contacter.

References

1. Induction Bends for Transportation and Distribution Systems – ASME B16.49. (2020). Retrieved 19 March 2020, from http://www.wermac.org/fittings/hot_induction_bends.html
2. Barnshaw, C. (2020). Induction bending: the state of the art. Retrieved 19 March 2020, from https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/tubepipefabrication/induction-bending-the-state-of-the-art
3. Induction bending. (2020). Retrieved 19 March 2020, from https://www.rohrbiegewerk.de/en/production-process/induction-bending.html
4. Inductive bends – Kraftanlagen. (2020). Retrieved 19 March 2020, from https://www.kraftanlagen.com/en/about-us/companies/finow-rohrsysteme-gmbh/scope-of-services/fabrication-processes/inductive-bends/
5. (2020). Retrieved 19 March 2020, from https://www.iso.org/obp/ui/fr/#iso:std:iso:15590:-1:ed-3:v1:en
6. Heat treatment. (2020). Retrieved 19 March 2020, from https://www.rohrbiegewerk.de/en/production-process/heat-treatment.html
7. Collie, G. J., Higgins, R. J., & Black, I. (2010). Modelling and Predicting the Deformed Geometry of Thick-Walled Pipes Subjected to Induction Bending. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 224(4), 177–189. doi:10.1243/14644207jmda314 
8. Barnshaws Induction Bending – an Advanced Metal Bending Process. (2020). Retrieved 19 March 2020, from https://www.barnshaws.com/services/induction-bending/detail
9. Muthmann, E., & Grimpe, F. (2006). FABRICATION OF HOT INDUCTION BENDS FROM LSAW LARGE DIAMETER PIPES MANUFACTURED FROM TMCP PLATE. Microalloyed Steels For The Oil & Gas Industry International Symposium, pp,2,4