Maîtriser la consommation de matériaux de soudage pour le contrôle des coûts

Les normes de consommation de matériau d'apport en soudage dans les applications industrielles pour les chaudières, les récipients sous pression et les structures métalliques constituent des éléments essentiels pour la comptabilité des coûts, la gestion des stocks et la planification de la production. Des pertes de matériaux et un contrôle inexact des coûts peuvent survenir lorsque la consommation de matériau d'apport dépasse ou se situe en dessous des estimations établies de manière significative.

Cet article présente la logique fondamentale de calcul, les formules normalisées et les tableaux pratiques de référence utilisés dans les procédés de soudage courants, vous aidant à maîtriser rapidement les méthodes précises de calcul de la consommation de matériau d'apport en soudage.

1. Logique de calcul fondamentale

Le calcul des quotas pour tous les procédés de soudage suit essentiellement le principe fondamental suivant : « volume théorique du métal d'apport + facteur de pertes du processus », à savoir :
Consommation réelle de produits consommables de soudage = volume théorique de métal d'apport soudé × (1 + facteur de perte du procédé)

Sous forme simplifiée :

Consommation d'électrodes de soudage (kg) = Poids du métal soudé × 1,7

Consommation de fil de soudage (kg) = Poids du métal soudé × 1,04

Consommation de flux en soudage à l'arc submergé (kg) = Consommation de fil × 1,7

Où :

Volume théorique du métal soudé = Surface de la section transversale de la soudure × Longueur de la soudure × Densité du matériau.

Le coefficient de perte du procédé tient compte des projections, de l'amorçage de l'arc, de l'extinction de l'arc, des résidus de laitier/flux, etc.

2. Formules standard pour les méthodes de soudage courantes

Les différentes méthodes de soudage (telles que le soudage manuel à l'arc, le soudage à l'arc submergé et le soudage TIG) ont des coefficients de perte et des méthodes de calcul différents. Les formules pour le soudage manuel à l'arc et le soudage TIG sont basées sur la norme GB 985, tandis que les dimensions des préparations de soudures pour le soudage à l'arc submergé suivent la norme GB 986, « Formes et dimensions de base des préparations de soudure à l'arc submergé », afin de garantir que le calcul du quota soit conforme aux normes nationales.

Définitions des paramètres de base (à obtenir à partir des plans / fiches de procédé)

Formule universelle pour le volume de remplissage théorique :

Remplissage = F × L × P × 10 ^-6 (Kg)

Tableau 1 : Formules de consommation de matériaux de soudage et coefficients de perte

Pour la consommation d'électrode :
La formule « Consommation d'électrode = 2 × Remplissage théorique » correspond à un facteur de perte de 20 % à 30 %. En pratique, cela signifie que la consommation réelle d'électrode est environ deux fois supérieure au métal déposé, ce qui donne une efficacité de dépôt de seulement 50 % à 60 %. Autrement dit, 1 kg d'électrodes produit environ 0,5 à 0,6 kg de métal de soudure. Le coefficient de consommation est calculé comme l'inverse de l'efficacité de dépôt : à 50 % d'efficacité, le coefficient est de 2,0 ; à 60 % d'efficacité, il tombe à environ 1,67.

Pour la consommation de flux :
La formule « Consommation de flux = 1,25 × Consommation de fil » met en évidence que les coefficients de consommation de flux ne sont pas fixes. Par exemple, le facteur couramment utilisé de 1,7 est une estimation prudente qui tient compte d'une récupération incomplète du flux, tandis que 1,25 reflète une condition idéale avec un recyclage efficace du flux. Dans certains cas, une méthode différente est utilisée, comme l'application d'un taux de consommation de flux fixe de 0,5 kg par mètre de soudure, comme indiqué dans le tableau 1.

Remarque spéciale : Conversion des matériaux de soudage
Si la méthode de soudage est temporairement modifiée pendant la production, le quota de consommation de matière peut être rapidement converti à l'aide des coefficients suivants :

Électrodes = 1,7 × Consommation de fil = 1,75 × Consommation de flux

Autrement dit, le rapport de conversion est :
Électrode : Fil de soudage à l'arc submergé : Flux = 1 : 0,6 : 0,9

3. Calcul de la section transversale de la soudure (F)

La section transversale de la soudure est souvent la partie la plus difficile du calcul précis. Voici les scénarios industriels courants :

Soudures d'angle (sans préparation, par exemple assemblages en T dans les structures métalliques) :

F=0,5xK ² (K=longueur de jambe)

Exemple : K = 6 mm → F = 18 mm².

Soudures bout à bout, préparation en I (tôles minces ≤ 6 mm) :
Exemple : δ = 5 mm, jeu de racine b = 2 mm → F = 10 mm².

Soudures bout à bout SAW, préparation en V (tôles moyennement épaisses) :
Exemple : t = 25 mm, b = 1 mm, c = 3 mm → F ≈ 276 mm².

Soudures de panneau SAW (sans préparation, tôles minces) :
Exemple : t = 10 mm, B = 20 mm, c = 3 mm → F = 90 mm².

4. Tableaux pratiques de référence

Si un calcul manuel n'est pas nécessaire, vous pouvez vous référer directement aux tableaux de consultation rapide suivants pour obtenir la consommation de matériaux de soudage par unité de longueur (1 m) ou par soudures, couvrant des procédés courants tels que le soudage à l'arc sous flux (SAW) et le soudage à l'arc avec électrode enrobée (SMAW).

Tableau 2 : Consommation pour soudures d'angle SMAW (Acier, P=7,85 g/cm³)

Tableau 3 : Consommation de soudure bout à bout au procédé SAW (δ = 10–30 mm, préparation de bord en V/X)

5. Conseils clés pour éviter les erreurs

Paramètres précis :
Vérifiez toujours l'angle d'ouverture, le fond de passe et l'écartement du fond de passe conformément à la norme GB 986. Incluez la longueur de départ/d'arrêt de l'arc (environ 10 mm chacune).

Étalonnage du coefficient de perte :
Effectuez des soudures d'essai et pesez le matériau restant afin d'ajuster précisément les taux de pertes réels. Pour le soudage manuel à l'arc (SMAW), effectuez les ajustements en fonction du niveau d'expérience du soudeur.

Matériaux spéciaux :
Pour l'acier inoxydable, l'aluminium ou les alliages, ajustez la densité en conséquence (par exemple, aluminium = 2,7 g/cm³).

Conclusion

Les normes de consommation de matériaux de soudage doivent être adaptées aux besoins spécifiques, car elles ne suivent pas un modèle universel. La combinaison de formules industrielles avec un étalonnage sur site donne les résultats les plus précis, bien que les coefficients et formules sectoriels fournissent des estimations fiables. Les fabricants qui comprennent ces calculs et effectuent des ajustements spécifiques à leur procédé atteindront une meilleure efficacité coûts grâce à la réduction des déchets et à une gestion optimisée des stocks.