Fabrication de réservoirs sous pression et d’échangeurs de chaleur en aluminium

Novelty Steel fournit des services de fabrication de réservoirs sous pression et d’échangeurs de chaleur en aluminium depuis ses installations de production en Turquie.

 

1. Propriétés de l’aluminium

Les alliages d’aluminium offrent une combinaison de propriétés qui les rend très recherchés pour de nombreuses applications industrielles.

• Résistance à la corrosion : Les alliages d’aluminium présentent une grande résistance à la corrosion dans l’air, l’eau et de nombreux environnements chimiques.
• Non-toxicité : Sans danger pour les applications alimentaires, les boissons et les produits pharmaceutiques.
• Incolore : Ne provoque pas de décoloration au contact de produits chimiques ou d’autres matériaux.
• Écologiques : Les produits de corrosion des alliages d’aluminium ne sont pas nocifs pour l’environnement, ce qui les rend respectueux de l’environnement.
• Facilité de fabrication et d’assemblage : Les alliages d’aluminium peuvent être facilement fabriqués et assemblés à l’aide de la plupart des procédés d’assemblage des métaux, offrant ainsi une grande polyvalence en matière de fabrication.
• Propriétés cryogéniques : Les alliages d’aluminium présentent des résistances ultimes et des limites d’élasticité plus élevées à des températures cryogéniques (−350 °F à −450 °F ou −212 °C à −268 °C) par rapport à la température ambiante, ce qui les rend adaptés aux applications cryogéniques.
• Autres propriétés : Les alliages d’aluminium possèdent également une conductivité électrique élevée, une réflectivité élevée et sont non magnétiques, ce qui assure la stabilité de l’arc dans certaines applications.

2. L’Aluminium pour les Applications de Réservoirs Sous Pression et d’Échangeurs de Chaleur

L’aluminium est un matériau fréquemment utilisé pour la fabrication de réservoirs sous pression et d’échangeurs de chaleur en raison des avantages suivants :

• Légèreté et Résistance Spécifique Élevée : Les alliages d’aluminium offrent une combinaison de légèreté et de résistance spécifique élevée, ce qui les rend adaptés aux échangeurs de chaleur compacts et économiques par rapport aux matériaux traditionnels en cuivre et en laiton.
• Haute Conductivité Thermique : Bien que n’étant pas aussi élevée que celle du cuivre pur, les alliages d’aluminium possèdent néanmoins une conductivité thermique élevée, ce qui les rend efficaces pour les applications de transfert de chaleur.
• Haute Résistance à la Corrosion : Les alliages d’aluminium présentent une résistance élevée à la corrosion atmosphérique ainsi qu’à divers environnements, y compris l’eau douce, l’eau salée et de nombreux produits chimiques.
• Formabilité : Les alliages d’aluminium peuvent être formés, à chaud ou à froid, en diverses formes, tubes et motifs d’ailettes, offrant une polyvalence de conception.
• Capacité d’Assemblage : Les alliages d’aluminium peuvent être assemblés par soudage, brasage fort et brasage tendre.
• Protection Contre la Corrosion : Les produits plaqués aluminium peuvent protéger contre la corrosion par piqûres des alliages de base.
• Propriétés Cryogéniques : L’aluminium maintient sa résistance, sa ductilité et sa haute conductivité thermique même à des températures inférieures à zéro, ce qui le rend adapté aux applications cryogéniques telles que les échangeurs de chaleur.
• Hygiénique et Non-Toxique : Les alliages d’aluminium possèdent des qualités hygiéniques et non toxiques, ce qui les rend adaptés aux applications impliquant des aliments et des boissons.
• Amagnétique et Antidéflagrant (ou Sans Étincelle) : Les alliages d’aluminium sont amagnétiques et antidéflagrants (sans production d’étincelles), offrant des avantages de sécurité dans certaines applications.
• Disponibilité et Coût Modéré : Les alliages d’aluminium sont disponibles sous diverses formes de produits et offrent un coût modéré par rapport à certains autres matériaux.

D’autre part, l’aluminium et ses alliages connaissent une baisse rapide de leur résistance lorsqu’ils sont exposés à des températures dépassant 100∘C. De plus, l’aluminium n’offre pas le même niveau de résistance au feu que certains autres matériaux. Par conséquent, il est généralement évité pour les applications d’échangeurs de chaleur à fluide de procédé (PFHE) fonctionnant à des températures supérieures à 150∘C, en particulier dans les services à haute pression.

De plus, l’aluminium est vulnérable aux dommages causés par une manipulation brutale, des vibrations excessives et des contraintes localisées non relâchées. Ces facteurs peuvent compromettre l’intégrité structurelle des composants en aluminium et entraîner une défaillance prématurée ou des performances réduites.

3. Fabrication de Réservoirs Sous Pression et d’Échangeurs de Chaleur en Aluminium

Les alliages d’aluminium peuvent être assemblés en utilisant une variété de procédés de soudage par fusion et à l’état solide, ainsi que des méthodes de brasage fort et tendre. Le soudage par fusion est généralement effectué à l’aide de procédés tels que le soudage à l’arc sous protection gazeuse avec fil-électrode fusible (GMAW), le soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode de tungstène (GTAW), le soudage à l’arc avec fil fourré (FCAW), le soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW), le soudage par points par résistance et le soudage à la molette par résistance. Pour les applications spécialisées, les méthodes de soudage au plasma et par faisceau d’électrons peuvent également être utilisées.

Le soudage au gaz (oxygaz) est une option pour les applications où une résistance élevée et des soudures de qualité supérieure ne sont pas critiques pour le service prévu. Cependant, il convient de noter que la protection par flux n’est pas adaptée au soudage de l’aluminium, car le flux a tendance à corroder le métal et à produire des projections (éclaboussures), ce qui peut compromettre l’intégrité de la soudure.

3.1 Préparation de la Surface

Les méthodes suivantes peuvent être utilisées pour nettoyer efficacement les surfaces en aluminium :

• Dégraissage par Solvant : Cela implique d’essuyer, de pulvériser ou de plonger les surfaces en aluminium dans des solvants pour éliminer l’huile, la graisse, la saleté et les particules détachées. Le dégraissage à la vapeur est également une méthode efficace pour éliminer les contaminants.
• Nettoyage Mécanique : L’élimination des oxydes peut être réalisée par des moyens mécaniques tels que le brossage avec une brosse métallique en acier inoxydable, le limage, le fraisage, le frottement avec de la laine d’acier, le ponçage ou le rabotage rotatif. Ces méthodes aident à éliminer les oxydes de surface et autres impuretés.
• Nettoyage Chimique : Des procédés de nettoyage chimique peuvent également être utilisés pour éliminer les contaminants des surfaces en aluminium. Ces méthodes impliquent généralement l’utilisation de solutions chimiques spécifiques ou de nettoyants adaptés pour dissoudre et éliminer les contaminants particuliers présents sur la surface.

3.2 Coupe et Pliage

L’aluminium peut être coupé à la taille et à la forme souhaitées et ses bords préparés à l’aide d’une variété d’outils et de méthodes de travail des métaux. Cependant, le coupage oxygaz n’est pas adapté à l’aluminium. Lors du pliage de l’aluminium et de ses alliages, il faut faire preuve de prudence pour éviter les rayures et les dommages mécaniques en raison de leur faible dureté.

Il est crucial d’éviter d’introduire du fer et d’autres inclusions métalliques étrangères dans les surfaces en aluminium. Pour ce faire, les plaques peuvent être recouvertes de plastique ou de feuilles de papier, et du papier peut être collé sur les rouleaux ou une feuille de panneau dur peut être insérée entre la plaque et les rouleaux. Lors de la manipulation de grandes tôles ou plaques, des ventouses de levage peuvent être utilisées pour les soulever en toute sécurité sans causer de dommages.

3.3 Soudage

Préchauffage : Le préchauffage est généralement évité, car les propriétés et la métallurgie de l’aluminium souffrent presque toujours d’une chaleur élevée.

Vitesse de Soudage : Contrairement à l’acier, l’aluminium possède une conductivité thermique élevée, ce qui impose l’utilisation de réglages d’ampérage et de tension plus élevés, ainsi que des vitesses de soudage plus rapides. Si la vitesse de soudage est trop lente, cela peut entraîner un perçage excessif, en particulier lors du travail avec de la tôle d’aluminium de faible épaisseur. Le soudage de l’aluminium nécessite une approche « chaude et rapide » (hot and fast).

Fil de Soudage : Sélectionnez un fil d’apport en aluminium dont la température de fusion est similaire à celle du métal de base.

Métaux d’Apport de Soudage : Les baguettes et électrodes de soudage en aluminium sont couramment utilisées dans les méthodes de soudage à l’arc au tungstène sous protection gazeuse, à l’arc métallique sous protection gazeuse et au gaz oxyfuel. Lors du choix du matériau d’apport en aluminium, tenez compte d’aspects tels que la facilité de soudage, la résistance à la corrosion, la durabilité aux hautes températures, la réponse aux traitements anodiques, l’amélioration de la résistance ou de la ductilité, et le risque réduit de fissuration à chaud. Optez pour un matériau d’apport avec un alliage plus élevé par rapport au métal de base. Pour obtenir les propriétés de métal soudé souhaitées, assurez-vous que les matériaux d’apport sont exempts de gaz, d’inclusions non métalliques et d’impuretés de surface. Stockez le fil de soudage dans un endroit sec à des températures constantes et gardez-le couvert pour maintenir sa qualité.

Méthodes de Soudage :

• GTAW (TIG) : Le procédé de soudage à l’arc au tungstène sous protection gazeuse (GTAW/TIG) répond efficacement à deux défis clés associés au soudage de l’aluminium : sa conductivité thermique élevée et la présence d’un film d’oxyde d’aluminium en surface. En concentrant une chaleur substantielle, le GTAW élimine efficacement la couche d’oxyde réfractaire et fait fondre rapidement le métal de base, ce qui donne des soudures lisses et de haute qualité, exemptes de projections. En raison de la conductivité thermique élevée de l’aluminium, il a tendance à éloigner la chaleur de l’arc. Par conséquent, avant d’ajouter du métal d’apport au bain de fusion, le soudeur doit faire une pause pour permettre à l’arc de nettoyer le métal de base et de s’assurer qu’il atteint la température requise.
• GMAW (MIG/MAG) : Le soudage à l’arc métallique sous protection gazeuse (GMAW/MIG/MAG) est probablement la méthode privilégiée pour souder l’aluminium dans des sections plus lourdes par rapport au soudage à l’arc au tungstène sous protection gazeuse (GTAW). Il offre des taux de production significativement plus élevés que le GTAW. La combinaison d’une densité de courant plus élevée et d’un transfert de chaleur efficace dans l’arc permet une pénétration profonde, des vitesses de soudage rapides, une distorsion minimale du métal de base et une excellente résistance mécanique.

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