Le laminage de tôles devient vertical pour les fabricants de réservoirs

Jan 05, 2024

FIGURE 1. Pendant le cycle de laminage dans un système vertical alimenté par bobine, le bord d'attaque "s'enroule" devant les rouleaux de cintrage. Le bord de fuite nouvellement coupé est ensuite poussé vers le bord d'attaque, cloué et soudé pour créer la coque roulée.

Tout le monde dans la fabrication de métaux connaît probablement la machine à rouler, qu'il s'agisse de la géométrie à pincement initial, à double pincement à trois rouleaux, à géométrie de translation à trois rouleaux ou à quatre rouleaux. Chacun a ses limites et ses avantages, mais ils partagent également un trait commun : ils roulent les tôles et les plaques en position horizontale.

Une approche moins familière consiste à rouler dans une orientation verticale. Comme d'autres méthodes, le roulement vertical comporte son propre ensemble de limitations et d'avantages. Les avantages répondent presque toujours à au moins un des deux défis. L'un concerne les effets de la gravité sur la pièce pendant le laminage et l'autre implique une manipulation inefficace des matériaux. L'amélioration des deux améliore le flux de travail et, en fin de compte, la compétitivité d'un fabricant.

La technologie de laminage vertical n'est pas nouvelle. Ses racines remontent à une poignée de systèmes personnalisés construits dans les années 1970. Dans les années 1990, certains fabricants de machines proposaient des rouleuses verticales comme gammes de produits régulières. La technologie a été adoptée par diverses industries, en particulier dans le domaine de la production de réservoirs.

Les réservoirs et récipients courants souvent produits verticalement comprennent ceux utilisés dans les industries alimentaires et des boissons, laitières, vinicoles, brassicoles et pharmaceutiques ; Réservoirs API pour le stockage du pétrole ; et réservoirs soudés pour le stockage agricole ou de l'eau. Le laminage vertical réduit considérablement la manutention des matériaux ; produit généralement une courbure de meilleure qualité ; et alimente plus efficacement la prochaine étape de production pour l'ajustement, l'alignement et le soudage.

Un autre avantage entre en jeu dans les situations où la capacité de stockage des matériaux est limitée. Le stockage vertical de plaques ou de feuilles nécessite beaucoup moins de pieds carrés que les plaques ou les feuilles stockées à plat.

Considérez un atelier qui roule une coque (ou "course") d'un réservoir de grand diamètre sur un rouleau horizontal. Après le laminage, les opérateurs soudent par points, abaissent le cadre latéral, puis glissent la coque laminée. Étant donné que la coque mince s'incline sous son propre poids, la coque doit soit être soutenue par des raidisseurs ou des stabilisateurs, soit pivotée en position verticale.

Une telle quantité exorbitante de manipulations - faire passer la plaque d'une position horizontale dans un rouleau horizontal uniquement pour la retirer et la faire basculer pour l'empiler après le laminage - peut créer toutes sortes de maux de tête de production. En roulant verticalement, un magasin élimine tous les processus de manutention intermédiaires. La feuille ou la plaque est alimentée et enroulée verticalement, clouée, puis soulevée dans l'orientation verticale jusqu'à l'opération suivante. Enroulée verticalement, la coque du char ne combat pas la gravité, elle ne s'affaisse donc pas sous son propre poids.

Certains laminages verticaux se produisent sur des machines à quatre rouleaux, en particulier pour les réservoirs de plus petit diamètre (généralement d'un diamètre inférieur à 8 pieds) qui seront envoyés en aval et travaillés dans l'orientation verticale. Le système à quatre rouleaux permet de relaminer pour éliminer la section plate non pliée (où le rouleau saisit la plaque), qui peut être plus prononcée sur les coques de petit diamètre.

La plupart des laminages verticaux pour réservoirs sont effectués avec des machines à trois rouleaux à double pincement, alimentées par des flans de tôle ou directement à partir d'une bobine (méthode de plus en plus courante). Dans ces configurations, les opérateurs utilisent des jauges de rayon ou des gabarits pour mesurer le rayon de la coque. Ils ajustent le rouleau de cintrage lorsqu'il entre en contact avec le bord d'attaque de la bobine, puis ajustent à nouveau lorsque la bobine continue d'alimenter le matériau. Au fur et à mesure que la bobine continue d'avancer vers son intérieur étroitement enroulé, le retour élastique du matériau augmente et les opérateurs déplacent les rouleaux pour induire plus de flexion pour compenser.

Le retour élastique varie selon les propriétés du matériau et le type de bobine. Le diamètre intérieur (ID) de la bobine est important. Toutes choses étant égales par ailleurs, une bobine avec un 20 pouces. ID est enroulé plus serré et présente un retour élastique plus important que la même bobine enroulée à un 26 pouces. IDENTIFIANT.

FIGURE 2. Le laminage vertical fait désormais partie intégrante de nombreuses installations de réservoirs de stockage sur le terrain. En utilisant une grue, le processus commence généralement par les couches supérieures et progresse vers les couches inférieures. Remarquez le cordon de soudure vertical unique sur les rangs supérieurs.

Notez cependant que le laminage vertical des réservoirs est très différent du laminage de tôles fortes sur un rouleau horizontal. Pour ce dernier, l'opérateur travaille pour s'assurer que les bords de la plaque s'emboîtent précisément à la fin du cycle de laminage. Les tôles épaisses laminées à un diamètre serré ne sont pas retravaillées facilement.

Lors de la formation d'une coque de réservoir avec un rouleau vertical alimenté par bobine, l'opérateur ne peut pas faire se rejoindre les bords à la fin du cycle de laminage car, bien sûr, la tôle provient directement de la bobine. Pendant le laminage, la feuille a un bord d'attaque, mais elle n'aura pas de bord de fuite tant qu'elle n'aura pas été coupée de la bobine. Dans le cas de ces systèmes, la bobine est enroulée sur un cercle complet devant les rouleaux de cintrage réels, puis coupée après l'achèvement (voir Figure 1). Après cela, le bord de fuite nouvellement coupé est poussé vers le bord d'attaque, cloué, puis soudé pour créer la coque roulée.

Le prépliage et le relaminage dans la plupart des configurations alimentées par bobine ne sont pas efficaces, ce qui signifie qu'ils ont des sections de chute (analogues aux sections plates non pliées dans le laminage non alimenté par bobine) à partir du bord d'attaque et de fuite qui sont généralement mis au rebut. Cela dit, de nombreuses opérations considèrent la ferraille comme un petit prix à payer pour toute l'efficacité de manutention que le rouleau vertical leur procure.

Malgré tout, certaines exploitations souhaitent tirer le meilleur parti du matériau dont elles disposent, c'est pourquoi elles optent pour l'intégration d'un système de nivellement à rouleaux. Ceux-ci ressemblent aux niveleurs à quatre rouleaux hauts trouvés sur les lignes de traitement des bobines, juste retournés sur le côté. Les configurations courantes incluent des niveleurs à sept et 12 rouleaux qui utilisent une combinaison de rouleaux de ralenti, de redressement et de cintrage. Les niveleurs minimisent non seulement les sections de chute mises au rebut pour chaque coque, mais augmentent également la flexibilité du système ; c'est-à-dire que le système peut produire non seulement des composants laminés, mais également des flans plats et nivelés.

La technologie de nivellement ne peut pas reproduire les résultats des systèmes de nivellement expansifs utilisés par les centres de service, mais elle peut produire un matériau suffisamment plat pour être découpé au laser ou au plasma. Cela signifie que le fabricant peut utiliser le matériau enroulé à la fois pour les opérations de laminage vertical et de coupe à plat.

Imaginez qu'un opérateur laminant une coquille pour une section de réservoir reçoive une commande pour un lot d'ébauches destinées à la table de découpe plasma. Après avoir roulé la coquille et l'avoir envoyée en aval, il configure le système pour que la planeuse n'alimente pas directement les rouleaux verticaux. Au lieu de cela, le niveleur alimente un matériau plat qui peut être coupé à la longueur souhaitée, créant une ébauche plate pour la découpe au plasma.

Après avoir découpé un lot d'ébauches, l'opérateur reconfigure le système pour reprendre le roulement des coques de réservoir. Et parce qu'il roule un matériau nivelé, la variabilité du matériau (y compris les différents niveaux de retour élastique) est moins problématique.

Dans la plupart des secteurs de la fabrication industrielle et structurelle, les fabricants visent à augmenter la quantité de fabrication en atelier pour simplifier et rationaliser la fabrication et l'installation sur site. Cependant, pour la fabrication de grands réservoirs et de structures massives similaires, cette règle ne s'applique pas, principalement en raison des incroyables défis de manipulation des matériaux que ce travail crée.

Utilisés sur le chantier, les rouleaux verticaux alimentés par bobine simplifient la manutention des matériaux et rationalisent l'ensemble du processus de fabrication du réservoir (voir la figure 2). Il est beaucoup plus facile de transporter une bobine de métal sur un chantier qu'une série d'énormes sections roulées dans l'atelier. De plus, le laminage sur site signifie que même les réservoirs de plus grand diamètre peuvent être fabriqués avec un seul joint soudé verticalement.

Apporter des niveleurs sur site peut rendre l'opération sur site encore plus flexible. Il s'agit d'une option courante pour la production de réservoirs sur le terrain où la capacité supplémentaire permet à un fabricant d'utiliser un matériau de bobine redressé pour construire des ponts ou des fonds de réservoir sur site, éliminant ainsi le transport entre l'atelier et le lieu de travail.

FIGURE 3. Certains rouleaux verticaux sont intégrés aux systèmes de production de réservoirs sur site. Les vérins soulèvent les parcours précédemment roulés vers le haut, éliminant ainsi le besoin d'une grue.

Certaines opérations sur le terrain ont des rouleaux verticaux intégrés dans un système plus vaste, comprenant des unités de découpe et de soudage utilisées conjointement avec des vérins de levage uniques, ce qui élimine le besoin d'une grue sur site (voir Figure 3).

L'ensemble du réservoir est construit de haut en bas, mais le processus commence au niveau du sol. Voici comment cela fonctionne : le matériau de la bobine ou de la plaque se déplace à travers un rouleau vertical, positionné à quelques centimètres de l'endroit où la paroi du réservoir se tiendra sur le terrain. La paroi est ensuite introduite dans des guides qui transportent la feuille lorsqu'elle avance sur toute la circonférence du réservoir. Le rouleau vertical s'arrête, les extrémités sont coupées et une seule couture verticale est collée et soudée. Les composants de la nervure de raidissement sont ensuite soudés à la coque. Ensuite, les vérins soulèvent la coque enroulée vers le haut. Le processus se répète pour la coque suivante en dessous.

La soudure circonférentielle est réalisée entre les deux sections laminées, après quoi les composants de la toiture du réservoir sont fabriqués en place, tandis que la structure est encore proche du sol, avec seulement les deux coques supérieures fabriquées. Une fois le toit terminé, les vérins soulèvent toute la structure pour la coque suivante, et le processus se poursuit, le tout sans grue.

Lorsque l'opération atteint les cours les plus bas, une plaque plus épaisse entre en jeu. Certains producteurs de réservoirs de terrain utilisent des plaques de 3/8 à 1 po d'épaisseur, voire plus lourdes dans certains cas. Les plaques ne se présentent pas sous forme de bobine, bien sûr, et ne peuvent être que si longues, de sorte que ces sections inférieures auront plusieurs cordons de soudure verticaux qui relient les sections de plaques laminées. Quoi qu'il en soit, avec une machine verticale sur site sur le terrain, le matériau en plaque peut être déchargé une seule fois et roulé sur site pour être utilisé directement dans la construction du réservoir.

De tels systèmes de construction de réservoirs incarnent l'efficacité de la manutention des matériaux rendue possible (au moins en partie) par le laminage vertical. Bien sûr, comme toute technologie, le laminage vertical n'est pas idéal pour toutes les applications. Son adéquation dépend de l'efficacité de la manipulation qu'il crée.

Considérez un fabricant qui installe un rouleau vertical non alimenté par bobine pour un mélange de travaux, dont la majorité sont des coques de diamètre serré qui nécessitent un prépliage (pliage des bords d'attaque et de fuite de la pièce pour minimiser le plat non plié). Ces travaux sont théoriquement réalisables sur un rouleau vertical, mais le prépliage est beaucoup plus fastidieux dans l'orientation verticale. Dans la plupart des cas, le laminage vertical d'un grand nombre de travaux nécessitant un prépliage n'est tout simplement pas efficace.

Outre les problèmes de manutention des matériaux, les fabricants intègrent un roulement vertical pour éviter de lutter contre la gravité (encore une fois, pour éviter la courbure de grandes coques non supportées). Mais si une opération consiste uniquement à rouler une plaque suffisamment solide pour conserver sa forme tout au long du laminage, rouler cette plaque verticalement a moins de sens.

De même, les travaux asymétriques (ellipses et autres formes inhabituelles) sont souvent mieux formés sur des rouleaux horizontaux avec, si nécessaire, des supports suspendus. Dans ces cas, les supports font plus qu'empêcher l'affaissement induit par la gravité ; ils guident le travail tout au long du cycle de laminage et aident à maintenir la forme asymétrique de la pièce. Les défis liés à la manipulation d'un tel travail dans une orientation verticale élimineraient probablement tout avantage du roulement vertical.

La même réflexion s'applique au roulement de cône. Le roulement d'un cône repose sur le frottement entre les rouleaux et différentes quantités de pression d'une extrémité du rouleau à l'autre. Faites rouler un cône verticalement et la gravité ajoute encore plus de complications. Des cas uniques peuvent exister, mais à toutes fins utiles, le roulement vertical du cône n'est tout simplement pas pratique.

L'utilisation verticale de machines géométriques à translation à trois rouleaux n'est généralement pas non plus pratique. Dans ces machines, les deux rouleaux inférieurs se déplacent côte à côte dans les deux sens ; le rouleau supérieur peut s'ajuster de haut en bas. Les réglages permettent à ces machines de plier des géométries complexes et de laminer une gamme d'épaisseurs de matériaux. Dans la plupart des cas, ces avantages ne seraient pas améliorés en roulant dans l'orientation verticale.

Lors du choix d'un rouleau de plaque, il est important de rechercher soigneusement et minutieusement et de prendre en compte l'utilisation de production prévue de la machine. Les rouleaux de plaque verticaux ont une fonction plus limitée que les rouleaux horizontaux traditionnels, mais offrent des avantages critiques dans l'application appropriée.

Par rapport à leurs cousins ​​horizontaux, les rouleaux de plaques verticaux ont généralement des caractéristiques de conception, de fonctionnement et de construction plus basiques. De plus, les rouleaux sont souvent surdimensionnés pour l'application, ce qui élimine le besoin d'incorporer le bombage (et les effets de barillet ou de sablier dans la pièce qui se produisent lorsque le bombage n'est pas réglé correctement pour le travail à accomplir). Lorsqu'ils sont couplés à un dérouleur, ils forment un matériau mince pour l'intégralité d'un réservoir d'atelier qui ne dépasse généralement pas 21 pieds 6 pouces de diamètre. Les couches supérieures de réservoirs érigés sur le terrain de diamètre beaucoup plus grand peuvent n'avoir qu'un seul cordon de soudure vertical, par opposition à trois ou plus avec la production de plaques.

Encore une fois, le plus grand avantage du roulement vertical vient lorsqu'un réservoir ou un navire doit être construit dans une orientation verticale en raison de l'effet de la gravité sur un matériau plus mince (par exemple, jusqu'à 1/4 ou 5/16 po). Produire horizontalement obligerait à utiliser des anneaux de rigidification ou de stabilisation pour maintenir le rond de la pièce laminée.

Le véritable avantage du rouleau vertical réside dans l'efficacité de la manutention. Moins un obus doit être manipulé, moins il y a de risques de dommages et de retouches. Considérez les réservoirs en acier inoxydable actuellement très demandés par l'industrie pharmaceutique plus active que jamais. Une manipulation brutale peut entraîner des problèmes esthétiques ou, pire encore, casser la couche de passivation et créer un produit contaminé. Un rouleau vertical, fonctionnant de concert avec des systèmes de découpe, de soudage et de finition, peut réduire la manipulation et les risques de contamination. Lorsque cela se produit, un fabricant peut en récolter les bénéfices.