Soudage en bout par élément chauffant Procédures d`assemblage

Soudage en bout par élément chauffant
Procédures d’assemblage et guide de
qualification
BULLETIN TECHNIQUE
1.
INTRODUCTION
Les procédures décrites dans le présent document visent les produits des gammes Sclairpipe et WehoGas d’Uponor
Infra.
2.
PORTÉE
Ce document présente les procédures d’assemblage de raccords et de tuyaux en polyéthylène par soudage en bout
par élément chauffant, aussi appelé « fusion bout à bout ».
Les matériaux jugés compatibles avec ces procédures d’assemblage par fusion possèdent un indice de fluage
nominal entre 0,05 et 0,25 g/10 min (190 °C/2,16 kg) ou un indice de fluage sous forte charge entre 6 et 17 g/10 min
3
(190 °C/21,6 kg), et une densité nominale entre 0,936 et 0,958 g/cm .
3.
APERÇU
La méthode d’assemblage par soudage en bout par élément chauffant consiste à préparer les surfaces de contact, à
les faire fondre au moyen d’une plaque chauffante, à retirer la plaque, puis à joindre les surfaces fondues en y
appliquant une pression. À mesure que les matériaux en fusion refroidissent, ils se mélangent et forment un joint
monolithe permanent. Les procédures de fusion d’Uponor Infra exigent des outils et de l’équipement précis en
fonction de la taille des tuyaux et des raccords à assembler.
•
Le soudage en bout par élément chauffant sert à créer des joints bout à bout entre des raccords et des
tuyaux à extrémités lisses ou « soudées en bout » possédant le même diamètre extérieur et une épaisseur
1
de paroi semblable .
N.B. : Ce document vise seulement le volet fusion de l’installation. Pour en savoir plus sur la disposition adéquate
des tuyaux, consulter les normes ASTM D2321 et D2774.
4.
RÉGLEMENTATION SUR L’ASSEMBLAGE DE TUYAUX DE GAZ
4.1. Réglementation américaine
Lorsque suivies pour l’assemblage de raccords et de tuyaux de gaz en polyéthylène d’Uponor Infra, les procédures
d’assemblage par fusion d’Uponor Infra sont conformes aux règlements du département des Transports des ÉtatsUnis selon lesquels :
•
chaque joint d’une canalisation de gaz doit être fait conformément à des procédures écrites, dont l’efficacité
à produire des joints solides et étanches aux gaz a été éprouvée par des essais ou l’usage (CFR 49,
partie 192, § 192.273(b));
•
les procédures écrites pour le soudage en bout par élément chauffant d’une canalisation de gaz en
polyéthylène doivent être éprouvées avant leur utilisation par l’exécution des essais requis sur des joints
modèles (CFR 49, partie 192, §192.283(a));
1
L’expression « épaisseur de paroi semblable » signifie que les extrémités des tuyaux ou des raccords à assembler
par soudage en bout par élément chauffant sont séparés d’au plus un rapport normal de dimension (SDR) (p. ex.,
une extrémité à SDR de 9.0 et une à SDR de 11.0).
Bulletin technique – 1
•
toute personne faisant des joints sur une canalisation de gaz en polyéthylène doit posséder les
compétences requises selon les procédures écrites de l’exploitant (CFR 49, partie 192, §192.285(a));
•
l’exploitant de la canalisation de gaz doit veiller à ce que toute personne affectée à la création ou à la
vérification des joints possède les compétences requises (CFR 49, partie 192, §192.285(d) et § 192.287).
L’objectif de ce bulletin technique est d’aider le personnel chargé de l’assemblage par fusion des produits d’Uponor
Infra à répondre aux exigences de l’entreprise ou du client, du règlement CFR 49, partie 192, §192.285, et de tout
autre code ou règlement d’État ou local quant aux compétences requises pour mener à bien une telle opération.
MISE EN GARDE – Les produits de canalisation en polyéthylène d’Uponor Infra ne peuvent être assemblés avec des
adhésifs ou de la colle à solvant organique. Les techniques de soudage à l’air chaud (gaz chaud), de soudage par
extrusion et de filetage des tuyaux ne sont pas recommandées pour l’assemblage de canalisations sous pression.
4.2. Réglementation canadienne
Lorsque suivies pour l’assemblage de raccords et de tuyaux de gaz en polyéthylène d’Uponor Infra, les procédures
d’assemblage par fusion d’Uponor Infra sont conformes aux normes de l’Association canadienne de normalisation
(CSA).
5.
•
Selon la CSA, les joints unissant des tuyaux en polyéthylène doivent être conçus et installés pour résister
aux forces longitudinales causées par la contraction des tuyaux ou par des charges externes (CSA Z662-15,
12.7.13.2).
•
Selon la CSA, les joints unissant des tuyaux en polyéthylène doivent être faits par des personnes qui
possèdent les compétences requises selon les procédures applicables (CSA Z662-15, 12.7.3).
•
Selon la CSA, les joints par fusion doivent être faits conformément aux procédures écrites, dont la validité a
été attestée par des essais. Les outils de fusion à commande thermostatique ou électrique doivent être
conçus et utilisés spécifiquement pour le soudage en bout par élément chauffant. De plus, l’application
directe de chaleur au moyen d’un chalumeau ou une flamme nue est interdite (CSA Z662-15, 12.7.8.1).
•
Selon la CSA, les joints par fusion ne doivent pas unir des tuyaux en polyéthylène de classes différentes, à
moins que leur compatibilité soit certifiée par les fabricants ou éprouvée par des essais (CSA Z662-15,
12.7.8).
•
Selon l’Alberta Energy and Utilities Board, la consignation des paramètres de fusion utilisés pour chaque
joint doit se faire au moyen d’un enregistreur de données automatisé. De plus, les joints doivent être
marqués individuellement de façon permanente pour que les données enregistrées pour chacun d’eux
puissent être retrouvées à tout moment pendant la durée de vie des tuyaux (directive 077).
PRÉCAUTIONS
5.1. Électricité statique
Un tuyau en polyéthylène ne conduit pas facilement l’électricité. Toutefois, une charge d’électricité statique peut se
former sur les surfaces intérieure et extérieure et y rester jusqu’à ce qu’un outil, une personne ou tout autre objet relié
à la terre soit suffisamment proche du tuyau pour absorber la charge électrique.
Le retrait de la charge d’électricité statique sur une partie de la surface du tuyau n’aura aucune incidence sur les
autres zones chargées, car l’électricité statique ne se déplace pas facilement d’une zone à l’autre. De plus, il n’est
pas possible d’évacuer la charge électrique d’un tuyau en polyéthylène en y attachant des fils de mise à la terre.
Bulletin technique – 2
AVERTISSEMENT – Risque d’incendie ou d’explosion : L’électricité statique peut enflammer un gaz inflammable ou
des poussières combustibles dans l’air.
Une décharge d’électricité statique sur une personne, un outil ou un objet relié à la terre près de la surface du tuyau
peut produire une étincelle ou un courant électrique capable d’enflammer un gaz inflammable ou des poussières
combustibles dans l’air et ainsi causer un incendie ou une explosion.
•
Dans le cas d’un service de distribution de gaz, l’électricité statique constitue un risque pour la sécurité. S’il
y a possibilité de présence simultanée de charges statiques et d’un mélange d’air et de gaz inflammable (p.
ex. pendant la réparation d’une fuite, l’application d’une pression sur un tuyau ouvert, la purge ou la création
d’un joint), il convient de prendre les précautions nécessaires pour éviter que des arcs électriques se
2
forment . Suivre les procédures opérationnelles (du service de distribution, de l’entrepreneur, de l’exploitant
du gazoduc, etc.) de sécurité et de contrôle en matière d’électricité statique, notamment celles visant le
déchargement d’électricité statique et les exigences de protection individuelle.
•
Suivre les étapes pour décharger l’électricité statique de la surface d’un tuyau de gaz en polyéthylène.
Parmi celles-ci, il y a le déversement d’un liquide antistatique conducteur ou d’une solution d’eau et de
savon sur toute la surface exposée du tuyau, qu’il faudra ensuite couvrir ou envelopper d’une toile
d’emballage mouillée, d’un polyfilm conducteur ou d’un ruban conducteur mouillé. Il faudra aussi verser à
l’occasion de la solution antistatique sur la surface enveloppée pour qu’elle reste mouillée. La pellicule (toile
ou polyfilm) ou le ruban devra être adéquatement relié à la terre, par exemple au moyen d’une tige
métallique plantée dans le sol.
•
Les étapes d’élimination de la charge sur la surface extérieure n’ont aucun effet sur la surface intérieure du
tuyau. Une décharge d’électricité statique pourrait donc survenir pendant diverses opérations comme la
purge par pression, la ventilation ou la coupe. Il est important d’ajouter une mise à la terre aux outils et
d’éliminer toute source potentielle de combustion, si applicable.
•
L’équipement de sécurité adéquat doit être utilisé.
•
Ne pas utiliser de tuyaux en polyéthylène pour le transport du grain sec ou du charbon, car une décharge
d’électricité statique pourrait enflammer les poussières combustibles dans l’air et causer une explosion ou
un incendie.
5.2. Outils électriques
AVERTISSEMENT – Risque d’incendie ou d’explosion : Il se peut que les outils électriques ou l’équipement de fusion
ne soient pas antidéflagrants; ils pourraient donc entraîner la combustion d’un gaz inflammable ou de poussières
combustibles dans l’air.
NE PAS utiliser d’appareils électriques n’étant pas antidéflagrants si l’air risque de contenir un gaz inflammable ou
des poussières combustibles. En cas de présence potentielle d’un mélange d’air et de gaz inflammable, suivre toutes
les procédures de sécurité de l’exploitant de la canalisation de gaz (entreprise responsable du gazoduc ou du service
de distribution, et entrepreneur) concernant l’utilisation d’équipement et d’outils électriques.
5.3. Protection contre les efforts de cisaillement et de flexion
Il est nécessaire d’ajouter un manchon protecteur et un remblai compact bien positionné à la prise lorsqu’une
conduite secondaire ou de branchement souterraine en polyéthylène est unie à une conduite principale par un
raccord, comme une selle de renforcement (principale ou secondaire) ou un raccord de taraudage en T. Des
mesures de protection sont requises pour tous les types de prises, en plastique ou non, notamment les prises
mécaniques et celles faites par fusion ou électrofusion. Un manchon protecteur et un remblai compact bien
positionné sont habituellement utilisés conjointement; néanmoins, qu’il y ait un manchon protecteur ou non, la zone
2
Voir le manuel AGA Plastic Pipe Manual For Gas Service de l’American Gas Association.
Bulletin technique – 3
de la prise doit être entourée d’un remblai compact bien positionné, qui protégera le tuyau en polyéthylène contre les
efforts de cisaillement et de flexion.
Pour en savoir plus sur la protection contre les efforts de cisaillement et de flexion aux prises et aux points où un
tuyau en polyéthylène pénètre une structure ou traverse (entrée ou sortie) une gaine, consulter la norme
ASTM D2774 sur l’installation souterraine de canalisation sous pression en thermoplastique.
5.4. Perméabilité aux hydrocarbures liquides
Les hydrocarbures liquides peuvent traverser (solvater) le tuyau en polyéthylène. Ce transfert peut se produire si des
hydrocarbures liquides sont présents dans le tuyau ou dans la terre l’entourant ou si des condensats d’hydrocarbures
se forment dans les gazoducs. Tous les types d’hydrocarbures liquides (aromatique, paraffinique, etc.) ont une action
similaire, et leur effet sur les différentes résines de tuyaux en polyéthylène est essentiellement le même.
MISE EN GARDE – Si des hydrocarbures liquides ont traversé un tuyau en polyéthylène, il est déconseillé de faire
un assemblage par fusion ou électrofusion, car les hydrocarbures liquides seront extraits au moment de la chauffe et
contamineront le joint. Dans ces cas, il convient plutôt d’utiliser des méthodes d’assemblage mécanique appropriées.
Si la surface du tuyau présente un aspect rugueux, une texture abrasive, des bulles ou des picots après l’application
d’un fer à fusion, c’est signe d’une contamination aux hydrocarbures liquides; une décoloration ou une odeur de
combustible hydrocarboné sont aussi des signes de contamination.
Les produits d’assemblage mécanique (raccords, composants, etc.) doivent être installés conformément aux
directives du fabricant. D’ailleurs, c’est lui qui détermine les capacités des produits et leur compatibilité avec les
tuyaux en polyéthylène. Consulter le fabricant pour obtenir ces directives.
5.5. Fuite aux joints par fusion
AVERTISSEMENT – Les joints par fusion faits correctement ne fuient pas. Dans une conduite sous pression, une
fuite à un joint par fusion peut précéder de quelques instants une séparation catastrophique, qui causera un violent et
dangereux mouvement des tuyaux ou des pièces de même que l’échappement du contenu. Ne jamais s’approcher
d’une conduite sous pression ni essayer de la réparer ou d’en arrêter la fuite avant sa mise hors pression. Les joints
par fusion défectueux doivent être coupés, puis refaits.
5.6. Manipulation
Les tuyaux en polyéthylène sont robustes, mais ne sont pas à l’abri des dommages. Une manipulation inadéquate ou
abusive peut causer un bris des tuyaux, compromettre la performance du système et entraîner des risques de
blessures ou de dommages matériels. Le déchargement et le transport des tuyaux en polyéthylène doivent se faire
avec un équipement de manutention et de levage approprié. Utiliser des élingues en tissu, et non des chaînes ou des
câbles métalliques. Ne pas faire rouler ou tomber les tuyaux du camion. Ne pas les rouler sur des roches pointues ou
des objets abrasifs. Entreposer les tuyaux pour réduire les risques de dommages mécaniques.
5.7. Fusion par temps froid
Par temps froid, le polyéthylène devient moins résistant aux impacts et moins flexible. Il faut donc manipuler les
tuyaux avec grand soin. Si le mercure est très bas, éviter tout impact vif; par exemple, ne pas laisser tomber le tuyau
d’une hauteur normalement modérée. Un tuyau froid est aussi plus difficile à plier et à dérouler. Par mauvais temps
et surtout par grand vent, le travail de fusion doit être protégé de façon à bloquer les précipitations, comme la
poudrerie, et à éviter une perte de chaleur trop importante due au refroidissement éolien.
Enlever le givre, la glace et la neige des surfaces intérieures et extérieures des zones à assembler. Les surfaces
doivent être propres et sèches avant la fusion.
Les raccords et les tuyaux en polyéthylène se contractent légèrement sous l’effet du froid. La plupart des instruments
de soudage en bout par élément chauffant prennent en compte cette réduction de diamètre.
Bulletin technique – 4
Il se peut que le temps nécessaire pour atteindre la fonte adéquate soit supérieur par temps froid.
•
Garder la température de surface recommandée pour l’outil de chauffe. Ne pas l’augmenter.
•
Ne pas appliquer de pression pendant les étapes de chauffe qui n’en requièrent pas.
•
Ne pas augmenter la pression d’assemblage.
•
Pour le soudage en bout par élément chauffant, c’est la taille du cordon de soudure qui détermine le temps
de chauffe; la procédure est donc automatiquement modulée si le tuyau est froid, car il faudra plus de temps
pour obtenir un cordon de la bonne taille.
Pour en savoir plus sur la fusion par temps froid, consulter la norme ASTM F2620 concernant la pratique standard
pour l’assemblage par fusion des raccords et des tuyaux en polyéthylène.
5.8.
Facteurs clés pour une fusion de qualité
Pour obtenir une fusion de qualité, il faut utiliser l’équipement et les outils appropriés, et suivre toutes les étapes de la
procédure dans le bon ordre. La procédure de fusion comprend la préparation et l’alignement des surfaces, la
chauffe des surfaces de contact jusqu’à l’obtention de la consistance de fonte adéquate, l’assemblage sous pression
des surfaces et le refroidissement du joint sous pression. Les défauts de fusion sont causés par l’utilisation
d’équipement inadéquat ou défectueux, l’omission d’étapes ou l’exécution des étapes dans le mauvais ordre. Une
fusion faite de manière inappropriée peut être dangereuse.
Les connaissances et compétences requises pour les opérations de fusion (savoir quoi faire et à quoi s’attendre et
détecter les problèmes potentiels) s’acquièrent par la formation et l’expérience. Une personne inexpérimentée ou
n’ayant pas reçu une formation adéquate pourrait faire un mauvais travail de fusion et s’exposer, et exposer d’autres
personnes, à des dangers. Selon la réglementation fédérale en matière de sécurité, toute personne appelée à faire
des joints sur un gazoduc doit posséder les compétences requises conformément aux procédures de fusion de
l’exploitant du gazoduc (voir section Réglementation sur l’assemblage de tuyaux de gaz).
Voici les facteurs clés pour obtenir une fusion de qualité.
•
L’équipement et les outils de fusion doivent être en bon état et adéquats pour le travail effectué.
Chaque procédure de fusion requiert un équipement et des outils bien précis pour assurer un travail de qualité.
L’utilisation d’un équipement ou d’outils mal entretenus, endommagés ou inadéquats pourrait nuire aux résultats de
fusion et s’avérer dangereuse. N’utiliser que l’équipement et les outils propres au travail à réaliser. Ne pas utiliser un
équipement ou des outils défectueux ou inadéquats. Suivre les directives d’entretien du fabricant de l’équipement.
•
L’opérateur qui réalise la fusion doit savoir utiliser les outils et l’équipement et connaître la procédure de
fusion.
L’opérateur doit posséder une excellente connaissance des outils et de l’équipement. Une mauvaise utilisation des
outils et de l’équipement ou le non-respect de la séquence d’utilisation peut produire une fusion de piètre qualité, qui
serait alors potentiellement dangereuse. L’opérateur doit apprendre à utiliser l’équipement et suivre les directives du
fabricant.
•
Les surfaces des tuyaux et des raccords doivent être propres et préparées adéquatement.
Les surfaces sales, contaminées ou mal préparées qui ne s’unissent pas bien donnent inévitablement lieu à une
fusion de mauvaise qualité. Nettoyer et préparer les surfaces avant l’assemblage. Si les surfaces sont de nouveau
contaminées, répéter l’étape de nettoyage.
•
Les faces des outils de chauffe doivent être propres, en bon état et à la bonne température de surface.
Bulletin technique – 5
Les faces des outils de chauffe sont recouvertes d’un enduit antiadhésif qui se décolle facilement du polyéthylène
fondu, sans laisser de résidus. Si les faces sont sales ou contaminées, la qualité de la fusion pourrait s’en ressentir.
De plus, si les enduits sont endommagés, le matériau fondu pourrait y rester collé. Pour nettoyer les faces des outils
de chauffe, n’utiliser que des instruments en bois et des essuie-tout ou des linges en fibres non synthétiques (coton)
propres et secs. Ne jamais utiliser de produits chimiques ou d’instruments en métal sur les faces des outils de
chauffe.
La température recommandée correspond à la température des faces en contact avec le tuyau ou le raccord
assemblé, et non à la température indiquée sur le thermomètre de l’outil de chauffe. Utiliser un pyromètre ou un
thermomètre à infrarouge pour vérifier l’uniformité de la chaleur sur les deux faces de contact de l’outil. (Les crayons
thermosensibles ne sont pas recommandés. S’ils sont tout de même utilisés, ils ne doivent jamais être appliqués
directement sur une surface en contact avec le tuyau ou le raccord.) Une chaleur non uniforme peut révéler un outil
de chauffe défectueux. Le thermomètre de l’outil de chauffe mesure la température interne, qui est habituellement
supérieure à la température de surface. On pourra tout de même s’y fier pour vérifier que l’outil maintient bien la
température : au moment de faire la vérification à l’aide d’un pyromètre ou d’un thermomètre à infrarouge, noter la
valeur inscrite sur le thermomètre de l’outil de chauffe. Par la suite, jeter un œil au thermomètre de l’outil de chauffe
avant chaque fusion pour s’assurer que la température est maintenue correctement. Une température inadéquate ou
non uniforme pourrait nuire à la qualité de la fusion.
5.9. Avant de commencer
•
Vérifier si les tuyaux et les raccords présentent des coupures, des rainures, des rayures profondes ou
d’autres dommages délétères. Les produits endommagés ne doivent pas être utilisés.
•
Il est normal d’observer un resserrement ou une striction aux extrémités des tuyaux. Toutefois, il pourrait
être nécessaire de retirer cette section si seulement un des tuyaux à assembler présente un resserrement
de l’extrémité. S’assurer que le resserrement ne cause pas un désalignement excessif des parois.
•
Aux extrémités du tuyau, retirer tout dommage sur la surface qui pourrait compromettre l’assemblage ou
nuire à la bonne utilisation de l’équipement ou des outils de fusion.
•
S’assurer que l’équipement et les outils appropriés sont sur place, en bon état et chargés ou remplis de
carburant.
•
S’assurer que les surfaces des tuyaux et des raccords où seront utilisés l’équipement et les outils sont
propres et sèches. Utiliser des essuie-tout ou des linges en fibres non synthétiques (coton) PROPRES et
secs pour enlever la poussière, la neige, l’eau ou tout autre contaminant.
•
Protéger l’équipement de fusion et les surfaces des intempéries et du vent. Il pourrait être nécessaire
d’ériger un abri temporaire au-dessus de la zone de travail et de l’équipement de fusion.
•
Éliminer la tension dans la conduite avant de faire les joints.
Pour l’assemblage de tuyaux en rouleau, on peut éliminer la tension en créant une courbe en S à l’extrémité des
tuyaux. Dans certains cas, il faudra laisser le temps au tuyau de s’égaliser à la température ambiante. Les tuyaux
installés par tirage doivent reposer plusieurs heures pour que les effets de la contrainte de traction disparaissent.
•
Vérifier que les tuyaux sont bien alignés avant de faire les joints.
AVERTISSEMENT – Danger de collision : Ne pas plier le tuyau pour l’aligner lorsqu’il est dans les colliers de fusion
ouverts. Le tuyau pourrait en sortir violemment et causer des blessures ou des dommages matériels. Le tuyau doit
être aligné avant d’être placé dans l’équipement de soudage en bout par élément chauffant.
Bulletin technique – 6
•
Faire des fusions d’essai.
Une fusion d’essai, de préférence faite en début de journée, permet de vérifier si la procédure de fusion et la
configuration de l’équipement sont adéquates pour les conditions sur le site. Laisser la fusion d’essai refroidir
complètement avant de couper une bande dans le tuyau et de la mettre à l’épreuve en la pliant jusqu’à ce que les
bouts se touchent. La figure 1 indique les dimensions de la bande-échantillon pour le test de pliage selon la norme
ASTM F2620, pour les tuyaux à paroi d’une épaisseur de 25 mm (1 po) ou moins. Il est recommandé d’effectuer un
essai de pliage de tout le tuyau pour les parois de plus de 25 mm (1 po).
Figure 1 : ASTM F2620 – Bandes-échantillons pour le test de pliage
Pour le test de pliage, les bandes-échantillons peuvent être pliées vers l’arrière ou soumises à une torsion de 180°.
Si la bande se brise au point de fusion, c’est signe que l’on n’a pas déterminé les conditions appropriées pour la
réalisation d’une fusion acceptable. Il s’agit d’une vérification « qualitative » seulement; l’opérateur ou le technicien
doit donc posséder une expérience suffisante pour être en mesure de bien évaluer la qualité de la soudure par
fusion.
6.
SOUDAGE EN BOUT PAR ÉLÉMENT CHAUFFANT
6.1. Configuration des paramètres
Température de surface de l’outil de chauffe : 218 °C ± 14 °C (425 °F ± 25 °F)
Les faces de l’outil de chauffe doivent atteindre la température adéquate avant que l’on puisse procéder à la fusion :
tous les points sur les deux faces qui seront en contact avec l’extrémité du tuyau ou du raccord doivent être à la
température requise (voir la plage de température permise). La différence de température entre deux points ne doit
pas dépasser 11 °C (20 °F) pour l’équipement destiné aux tuyaux de moins de 450 mm (18 po) de diamètre ou 19 °C
Bulletin technique – 7
(35 °F) pour l’équipement destiné aux tuyaux plus larges. Pour les tuyaux à paroi épaisse (épaisseur de paroi ≥
38 mm [1,5 po]), il est préférable que la température soit dans la moitié inférieure de la plage de température
permise.
Une fois les surfaces de contact adéquatement chauffées, il faut les assembler et former le joint. La force à appliquer
pour cette opération correspond à la pression nécessaire pour que le cordon de soudure roule par-dessus la surface
extérieure du tuyau. On détermine cette force par observation.
Pressions interfaciales
Pression d’entraînement
Variable
Pression de contact
172 ± 35 kPa (30 ± 5 psi)
Pression d’assemblage
172 à 620 kPa (25 à 90 psi) pour les tuyaux à paroi de < 38 mm (1,5 po)
172 à 345 kPa (25 à 50 psi) pour les tuyaux à paroi de ≥ 38 mm (1,5 po)
La pression interfaciale requise sert au calcul de la pression hydraulique pour un appareil hydraulique de soudage en
bout par élément chauffant ou au calcul de la force appliquée (mesurée avec une clé dynamométrique) pour un
appareil manuel. La pression interfaciale varie selon qu’il s’agit ou non d’un tuyau à paroi « épaisse » (38 mm [1,5 po]
et plus). Les paramètres de pression hydraulique pour l’assemblage par fusion sont calculés selon le type d’appareil
de soudage en bout par élément chauffant utilisé et selon le diamètre extérieur et le rapport de dimension (DR) du
tuyau.
Voici la formule servant à calculer la pression hydraulique (HP) requise pour un appareil de soudage en bout par
élément chauffant :
OD
=
diamètre extérieur (po)
ID
=
diamètre intérieur (po)
IP
=
pression interfaciale (psi)
PA
=
section transversale du piston (po )
DP
=
pression d’entraînement (psi)
2
Dans le cas d’appareils hydrauliques, les valeurs suivantes sont nécessaires pour déterminer la pression hydraulique
à régler : pression interfaciale, superficie de la surface de fusion, taille du chariot cylindrique de l’appareil, pression
d’entraînement interne et, au besoin, pression nécessaire pour combattre la résistance d’entraînement externe. La
pression d’entraînement peut d’ailleurs être calculée à partir des directives du fabricant de l’appareil.
La pression manométrique pour l’appareil hydraulique d’assemblage par fusion et la pression interfaciale sont deux
réalités différentes!
Pour chaque joint par fusion, la force/pression d’entraînement du système doit être mesurée pour que la bonne
valeur compensatoire soit ajoutée à la force de fusion. Dans la plupart des cas, l’entraînement du système
correspond à l’entraînement des composants hydrauliques de l’appareil, pour lequel le fabricant fournira une
force/pression recommandée. Toutefois, pour être certain que cette valeur n’a pas changé après l’installation du
Bulletin technique – 8
système (p. ex., en raison d’une inclinaison du sol ou de la longueur du tuyau à déplacer), il convient de mesurer la
force/pression d’entraînement selon la procédure suivante :
Ajuster lentement la commande hydraulique de l’appareil vers le haut, ou augmenter lentement l’effort de
serrage pour un appareil manuel, jusqu’à ce que le chariot bouge. La pression d’entraînement du système
correspond à la pression manométrique nécessaire pour faire bouger le chariot sur un appareil de fusion
hydraulique, tandis que la force d’entraînement du système correspond à la force ou à l’effort de serrage
nécessaire pour faire bouger le chariot sur un appareil de fusion manuel. Répéter cette opération pour
valider la valeur trouvée.
Pour le soudage en bout par élément chauffant, le désalignement (haut-bas) du diamètre extérieur des tuyaux ne doit
pas dépasser 10 % de l’épaisseur de paroi minimale. Il est aussi possible d’unir par fusion des tuyaux de DR
différents, à condition qu’ils soient séparés d’au plus un rapport normal de dimension (SDR). La même règle de
désalignement s’applique, mais la valeur de 10 % est calculée selon le tuyau possédant la paroi la plus mince.
6.2. Procédure
6.2.1. Installation
Nettoyer l’intérieur et l’extérieur des extrémités des composants à assembler (tuyau ou raccord) en les essuyant avec
un essuie-tout ou un linge non pelucheux sec et propre. Enlever tout contaminant. Aligner les composants à l’appareil
et les placer dans les colliers, puis fermer ces derniers. Ne pas forcer les tuyaux pour les aligner lorsqu’ils sont dans
les colliers ouverts de l’appareil de fusion. (Si des tuyaux en rouleau sont utilisés, placer les tuyaux en S de chaque
côté de l’appareil, si possible, pour corriger la forme courbée donnée au tuyau par le rouleau et ainsi faciliter
l’assemblage.) Les extrémités des composants doivent dépasser suffisamment des colliers pour permettre un
surfaçage complet. Rapprocher les extrémités, puis vérifier leur alignement et l’ajuster au besoin en augmentant le
serrage sur l’élément le plus haut.
6.2.2. Surfaçage
Placer l’outil de surfaçage entre les extrémités des deux composants, puis l’activer afin d’obtenir des surfaces de
contact lisses, propres et égales. Un bon surfaçage produira des bandes continues sur toute la circonférence des
deux extrémités. Vérifier que c’est le cas. Poursuivre le surfaçage jusqu’à ce qu’il y ait une distance minimale entre
les colliers fixes et mobiles. Certains appareils sont équipés de butée de surfaçage, auquel cas il suffit d’effectuer un
surfaçage jusqu’à ce point. Retirer l’outil de surfaçage, puis enlever les copeaux et les résidus de tuyau sur les
extrémités. Ne pas toucher les extrémités des composants après le surfaçage.
6.2.3. Alignement
Rapprocher les extrémités des composants, vérifier leur alignement et s’assurer qu’elles ne glisseront pas sous la
pression de fusion. Les deux extrémités doivent être en contact sur toute la circonférence, sans écart visible, et les
diamètres extérieurs doivent être alignés (désalignement permis selon la limite fixée à la section 6.1). Si l’un des
composants est plus haut, serrer davantage le collier qui l’entoure. Ne pas desserrer le collier du composant le plus
bas, sans quoi le composant pourrait glisser pendant la fusion. Faire un nouveau surfaçage si l’alignement est
corrigé.
6.2.4. Fonte
Vérifier que l’outil de chauffe maintient la bonne température (voir section 5.8). Insérer l’outil de chauffe entre les
extrémités des composants, puis placer les extrémités contre l’outil. Appliquer une pression modérée (appelée
« pression de contact ») au premier contact pour s’assurer que celui-ci est complet. Maintenir la pression de contact
brièvement, puis réduire à la pression d’entraînement sans que les extrémités se séparent. Relâcher la pression de
contact au premier signe d’une fonte complète sur toute la circonférence des extrémités. La procédure de
relâchement de la pression dans le cylindre hydraulique qui génère la pression interfaciale varie en fonction de
l’appareil. Consulter la procédure suggérée par le fabricant pour s’assurer que seule la pression d’entraînement est
appliquée au moment de maintenir la chauffe. Garder les extrémités contre l’outil de chauffe en appliquant seulement
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la pression d’entraînement. Un cordon de polyéthylène fondu se formera le long de l’outil de chauffe sur chacune des
extrémités des deux composants. Lorsque les cordons de soudure sont de la bonne taille (voir tableau 1), écarter
rapidement les extrémités et retirer l’outil de chauffe.
Pendant la chauffe, les cordons de soudure se formeront contre la face de l’outil de chauffe. Ils pourraient aussi se
courber et s’éloigner légèrement de la face, mais s’ils s’en éloignent trop, c’est probablement signe qu’une trop
grande pression est appliquée.
Tableau 1 : Taille du cordon de soudure en fonction de la taille du tuyau
Diamètre extérieur du tuyau [mm (po)]
Taille de cordon minimale [mm (po)]
(mesurée à partir de la plaque chauffante)
< 60 (2,37)
1 (1/32)
≥ 60 (2,37) ≤ 89 (3,5)
1,5 (1/16)
> 89 (3,5) ≤ 219 (8,62)
5 (3/16)
> 219 (8,62) ≤ 324 (12,75)
6 (1/4)
> 324 (12,75) ≤ 610 (24)
10 (3/8)
> 610 (24) ≤ 900 (36)
11 (7/16)
> 900 (36) ≤ 1 625 (65)
14 (9/16)
6.2.5. Assemblage
Tout de suite après avoir retiré l’outil de chauffe, inspecter rapidement les extrémités : elles devraient être plates,
lisses et complètement fondues. Si elles conviennent, joindre immédiatement les extrémités dans un mouvement
continu et y appliquer la pression d’assemblage appropriée. Ne pas frapper les extrémités ensemble. Une
augmentation progressive jusqu’à la pression d’assemblage visée est préférable, si l’équipement le permet. Appliquer
une pression suffisante pour que chaque cordon roule par-dessus la surface extérieure du tuyau.
Une surface de fonte concave n’est pas acceptable (voir figure 2); c’est signe qu’une trop grande pression a été
appliquée pendant la chauffe. Dans pareil cas, ne pas continuer la procédure. Laisser refroidir les extrémités et
recommencer.
Figure 2 – Surface inacceptable d’allure concave
Une pression d’assemblage correcte produira un double cordon, roulé pardessus la surface extérieure des deux extrémités.
6.2.6. Fixation
Maintenir la pression d’assemblage sur les extrémités jusqu’à ce que le joint ait refroidi. Celui-ci sera suffisamment
refroidi et pourra être manipulé avec soin lorsque le double cordon ne sera plus chaud au toucher. Prévoir un temps
de refroidissement d’environ 30 à 90 secondes par pouce de diamètre du tuyau. Ne pas essayer de réduire le temps
de refroidissement en versant de l’eau sur le tuyau, en y appliquant des linges humides ou en usant d’une autre
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méthode du genre. Éviter toute tâche de tirage, d’installation, d’essai de pression et de manipulation rude pendant au
3
moins 30 minutes après le refroidissement . Plus la paroi du tuyau est épaisse, plus le temps de refroidissement sera
long.
6.2.7. Inspection
Faire une inspection visuelle du joint et le comparer aux directives d’acceptabilité des cordons issus du soudage en
bout par élément chauffant (voir figure 3). La profondeur de la rainure en V entre les cordons ne doit pas dépasser la
moitié de la hauteur du cordon sur la surface du tuyau.
Figure 3 – Directives quant aux cordons issus du soudage en bout par élément
chauffant sur le diamètre extérieur, selon la norme ASTM F2620
•
Pour le soudage en bout par élément chauffant d’un tuyau à un raccord moulé, le cordon sur le raccord
pourrait être irrégulier, mais ce n’est pas un problème si le cordon sur le tuyau est adéquat.
•
Le cordon interne ne doit pas nécessairement rouler par-dessus la surface intérieure du tuyau.
3
Laisser le tuyau refroidir à la température ambiante s’il sera utilisé pour le forage directionnel ou pour toute autre
application où il sera soumis à un effort de tension important.
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•
Lorsque deux composants faits de types de polyéthylène différents sont assemblés par soudage en
bout par élément chauffant, il se peut que la taille des cordons de soudure soit inégale si l’indice de
fluage des matériaux n’est pas le même. Ce n’est pas un problème si les cordons sont d’une taille
adéquate.
Tableau 2 : Guide sur les cordons inadéquats issus du soudage en bout par élément chauffant
Observation
Cause possible
Double cordon trop large
Surchauffe; trop grande pression d’assemblage
Rainure en V du double cordon trop
profonde
Trop grande pression d’assemblage; chauffe trop courte;
pression appliquée pendant la chauffe
Dessus du cordon plat
Trop grande pression d’assemblage; surchauffe
Cordon de taille non uniforme autour du
tuyau
Désalignement; outil de chauffe défectueux; équipement
usé; surfaçage incomplet
Un cordon plus large que l’autre
Désalignement; glissement du composant dans le collier;
équipement usé; outil de chauffe défectueux; surfaçage
incomplet; matériaux différents (voir note ci-dessus)
Cordons trop petits
Chauffe trop courte; trop faible pression d’assemblage
Cordons non roulés par-dessus la surface
extérieure
Rainure en V peu profonde : chauffe trop courte et trop
faible pression d’assemblage
Rainure en V profonde : chauffe trop courte et trop grande
pression d’assemblage
Cordons trop larges
Chauffe trop longue
Extrémité extérieure du cordon d’allure
carrée
Pression appliquée pendant la chauffe
Surface du cordon de soudure qui présente
un aspect rugueux, une texture abrasive,
des bulles ou des picots
Contamination aux hydrocarbures
6.3. Procédure de qualification pour le soudage en bout par élément chauffant
6.3.1.
Faire un joint-échantillon. Les tuyaux assemblés doivent avoir une longueur d’au moins 150 mm (6 po) ou
15 fois l’épaisseur de paroi. Porter une attention particulière aux étapes d’assemblage réalisées pour
s’assurer que la bonne procédure est suivie.
6.3.2.
Faire une inspection visuelle du joint et le comparer à un modèle ou à une image de joint acceptable.
6.3.3.
Laisser le joint refroidir complètement, soit pendant au moins une heure.
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6.3.4.
Couper le joint sur le sens de la longueur du tuyau en trois bandes, ou plus, d’une largeur d’au moins
25 mm (1 po) ou 1,5 fois l’épaisseur de paroi.
6.3.5.
Faire une inspection visuelle du joint sur la bande découpée et le comparer à un modèle ou à une image de
joint acceptable. Il ne doit pas y avoir d’écart, de manquement, de désalignement ou de partie non soudée.
6.3.6.
Plier chaque bande jusqu’à ce que ses extrémités se touchent.
6.3.7.
Si le joint présente des défauts, le comparer à des images de joints inacceptables. Préparer un nouveau
joint-échantillon en suivant la procédure appropriée, puis reprendre le processus de qualification du début.
Figure 4 – Apparence acceptable
Qualification continue pour le soudage en bout par élément chauffant
L’Alberta Energy and Utilities Board a établi des exigences précises quant à la qualification continue des joints faits à
l’assemblage par fusion de PE 80 ou PE 100 (PEHD bimodal) selon la classification de l’ISO. Consulter la
directive 077 pour assurer le respect de ces exigences.
6.4. Fusions acceptables
•
Cordon double bien roulé par-dessus la surface extérieure
•
Bon alignement
Figure 5 – Fusion acceptable
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6.5. Fusions inacceptables
Figure 6 – Chauffe trop longue ou trop grande pression appliquée (cordon de soudure trop large)
Figure 7 – Désalignement (haut-bas) des tuyaux
Figure 8 – Surfaçage incomplet ou chauffe trop courte
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UI_Soudage en bout par élément chauffant – Procédure pour les tuyaux Sclairpipe et WehoGas. BT 0116. © Uponor, 2016. Créé au Canada.
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