Soudage de boîtes en fer-blanc

1. Introduction

1. Brève description de l’importance du soudage dans la fabrication des boîtes de conserve.
2. Mentionner les types de boîtes de conserve (deux ou trois pièces) et leur importance dans l’industrie de la conserve.

Le soudage est un processus essentiel dans la fabrication des boîtes de conserve, en particulier pour les boîtes trois pièces, qui sont couramment utilisées dans l’industrie de la mise en conserve du poisson. Ces boîtes sont fabriquées à partir d’une feuille de fer-blanc rectangulaire qui est roulée en cylindre et reliée par un joint vertical soudé. Deux extrémités s’ajoutent à cette section cylindrique : le fond ou la base et le couvercle. Le couvercle est placé après avoir rempli le contenu de la conserverie. L’assemblage du couvercle et du fond au corps de la boîte se fait par un processus connu sous le nom de double scellement, qui est crucial pour le bon fonctionnement du récipient, car une mauvaise exécution de ce processus peut entraîner la perte de l’étanchéité du récipient et la contamination possible de l’aliment emballé après le traitement.

Le soudage électrique, apparu dans les années 1960, est une méthode qui fournit de l’énergie sous forme de courant électrique pour générer la chaleur nécessaire à la fusion des pièces métalliques à assembler, sans nécessiter d’alliage. Cette avancée technologique a été cruciale pour améliorer la production de boîtes trois pièces, telles que celles utilisées pour les boissons et les conserves, et a été rapidement adoptée par l’industrie en raison de son efficacité.

En résumé, le scellage est une étape fondamentale de la fabrication des boîtes de conserve qui garantit l’intégrité et l’étanchéité du contenant, protégeant ainsi le contenu des facteurs externes et empêchant sa détérioration. Ceci est particulièrement important dans l’industrie de la conserve, où la qualité et la sécurité de l’emballage sont primordiales pour la conservation du poisson et d’autres aliments.

• Histoire et chronologie

2. L’évolution historique du soudage des boîtes de conserve, en soulignant les étapes importantes telles que l’introduction du procédé de soudage électrique dans les années 1960.

Le soudage des boîtes est un élément essentiel de l’industrie de l’emballage métallique, et son développement a marqué des avancées technologiques significatives tout au long de l’histoire. L’une des étapes les plus importantes dans l’évolution du soudage des boîtes a été l’introduction du soudage électrique dans les années 1960. À cette époque, deux procédés de soudage non alliés différents ont été mis au point, tous deux destinés à assembler les bords latéraux des boîtes de conserve en trois parties.

Le procédé de soudage électrique est basé sur l’application d’une certaine quantité d’énergie en un certain temps sur les zones à assembler. Cette énergie, fournie sous forme de courant électrique, est transformée en chaleur capable de faire fondre les pièces métalliques à souder. Continental Can a été le premier à introduire une technique connue sous le nom de « Conoweld ».

Une autre avancée importante a été réalisée en 1975 avec le système de soudage par trempage de fil (WIMA). Cette technique implique l’utilisation d’un fil de cuivre étiré et aplati, augmentant la surface de contact dans la zone de soudure et produisant un joint plus solide et plus adapté avec une largeur de recouvrement de seulement 1 mm. Soudronic a développé l’utilisation de ce fil de cuivre comme électrode intermédiaire entre le serti de la boîte et les meules de soudure en cuivre, ce qui a permis de résoudre le problème de la contamination de la surface de l’électrode et d’améliorer la qualité de la soudure.

Ces progrès ont permis aux fabricants de canettes de produire des récipients à joint latéral non allié destinés à l’industrie alimentaire et à d’autres applications exigeantes, marquant ainsi un changement important dans la fabrication des canettes et améliorant l’efficacité et la qualité du processus de jointage.

En ce qui concerne les avantages de chaque technologie :

Conoweld:

• Avantages : il a permis de produire des boîtes avec un procédé de soudage sans alliage, adapté à l’industrie alimentaire et à d’autres applications exigeantes.

WIMA:

• Avantages : Le soudage au fil profilé améliore la qualité de la soudure en empêchant la contamination de l’électrode et en augmentant la surface de contact dans la zone de soudure. En outre, les déchets de fils de cuivre peuvent être recyclés, ce qui constitue un avantage économique.

Ces technologies ont représenté des avancées significatives dans la fabrication des boîtes de conserve et ont amélioré l’efficacité et la qualité du processus de soudage dans l’industrie.

• Principes de base du soudage électrique

3. Principes physiques régissant le soudage électrique.
4. Description du processus d’apport d’énergie et de sa transformation en chaleur pour la fusion des métaux.

Le soudage par résistance électrique est un procédé utilisé pour assembler des métaux par fusion, et peut être réalisé avec ou sans matériau d’apport. Ce type de soudage est basé sur la génération de chaleur due à la résistance des matériaux au passage d’un courant électrique de forte intensité.

La chaleur générée lors du soudage est fonction de la résistance des matériaux et des contacts (R), de l’intensité du courant électrique (I) et du temps pendant lequel le courant circule (t), selon la loi de Joule. La formule mathématique décrivant cette relation est W = R x I^2 x t, où W est l’énergie thermique dissipée en joules, I est le courant en ampères, R est la résistance en ohms et t est le temps en secondes.

La configuration de base du soudage par résistance comprend deux électrodes qui appliquent une force (F) sur les métaux à souder. Entre-temps, un courant électrique traverse les métaux pendant un certain temps, générant la chaleur nécessaire pour faire fondre les métaux et, sous l’effet de la pression exercée, les lier entre eux.

La température de fusion de l’étain, l’un des composants du fer blanc, est de 232°C, tandis que la température de fusion de l’acier de base est de 1200-1300°C. Lors du brasage, l’étain fond rapidement et peut se déposer sur les électrodes, augmentant ainsi la résistance de contact. Pour éviter ce problème et maintenir l’efficacité du processus, un fil de cuivre est utilisé entre les poulies pour transporter la virole, évacuer l’étain et dissiper une partie de la chaleur générée.

• Matériaux et revêtements

4. Description des matériaux utilisés dans la fabrication des boîtes de conserve, tels que le fer blanc et l’acier chromé électrodéposé (TFS).
5. Importance de la passivation et poids de l’étamage.

Le fer-blanc est un matériau traditionnellement utilisé dans la fabrication d’emballages métalliques, notamment pour les denrées alimentaires. Il se compose d’une base en acier recouverte d’une fine couche d’étain. Cette couche d’étain est importante car elle offre une résistance à la corrosion et convient à la soudure électrique, qui est essentielle pour la fabrication des boîtes de conserve. Le poids de la couche d’étain varie généralement de 2,8 à 11,2 g/m2, par incréments de 2,8 g/m2. Pour les boîtes non revêtues, le poids est généralement de 8,4 g/m2 ou 11,2 g/m2. L’étain contribue également à la protection électrochimique de toutes les zones exposées de la base en acier.

D’autre part, le TFS, ou acier sans étain, également connu sous le nom de tôle chromée, est apparu comme une alternative au fer-blanc en réponse à la hausse du prix de l’étain et aux inquiétudes concernant l’épuisement de ses sources. Le TFS a un support en acier de base et est protégé par un revêtement de chrome et d’oxyde de chrome appliqué sur les deux faces. Ce revêtement est obtenu par dépôt électrochimique à partir de solutions d’acide chromique. Bien que l’épaisseur de la couche de revêtement soit beaucoup plus faible que celle du fer blanc, elle offre une grande uniformité et la surface de métal ferreux exposée dans les pores est plus petite que dans le fer blanc.

La passivation est un prétraitement crucial appliqué au fer-blanc et au TFS pour améliorer leur résistance à la corrosion. Ce processus implique la création d’une couche protectrice qui diminue la réactivité du métal et donc sa tendance à la corrosion. Dans le cas du fer-blanc, la passivation est assurée par un film de passivation, tandis que dans le cas du TFS, on utilise un revêtement mixte composé de chrome et d’oxyde de chrome.

Le vernissage est un autre procédé qui peut être appliqué à ces matériaux pour réduire davantage le risque de corrosion. Cependant, l’utilisation de revêtements laqués n’est pas toujours possible ou rentable, et leur application dépend du produit que la boîte contiendra et des conditions de stockage auxquelles elle sera soumise.

5. Équipements et machines
   • Réglages initiaux et entretien de l’équipement pour assurer la qualité du soudage.

Dans le processus de soudage, un réglage et un entretien corrects de l’équipement sont essentiels pour garantir la qualité de la soudure. Il s’agit notamment de

1. Régler le courant et la force de soudage pour obtenir une fusion correcte du métal sans provoquer de brûlures ou de piqûres.
2. Gardez toutes les parties du poste de soudage propres, car l’accumulation de saletés ou de débris peut nuire à la qualité du processus. Cela comprend le nettoyage de la poussière électrostatique, le nettoyage du distributeur de laque et le nettoyage des roues de soudage.
3. Vérifier et ajuster la géométrie de la soudure, comme le chevauchement, et meuler le profil des poulies de la soudure pour garantir un joint cohérent et solide.
4. Assurer un dégagement efficace de la ligne en cas de modification des ordres de production ou de changement d’équipe.

• Problèmes et solutions en soudage

6. Discussion des problèmes courants de soudage.
7. Stratégies de prévention et de résolution de ces problèmes.

Le soudage par résistance, qui est une méthode couramment utilisée dans l’industrie métallurgique, peut être à l’origine d’un certain nombre de problèmes qui affectent la qualité de la soudure. Certains des principaux défauts de soudage et leurs causes possibles sont présentés ci-dessous :

1. Soudure à froid: ce défaut se produit lorsqu’une chaleur insuffisante est atteinte pour faire fondre correctement les matériaux, ce qui se traduit par un joint faible. Les causes peuvent être un courant insuffisant, une force d’électrode inadéquate ou un temps de soudage trop court.
2. Soudage à chaud: Se produit lorsque la chaleur générée est excessive, ce qui peut entraîner des déformations ou des trous dans les matériaux. Cela peut être dû à un courant trop élevé, à un temps de soudage prolongé ou à une pression incorrecte de l’électrode.
3. Extrusion irrégulière: il s’agit d’une incohérence dans la forme de la soudure, qui peut être due à une mauvaise géométrie des poulies de soudure ou à une pression inégale au cours du processus.
4. Chevauchement conique: Défaut qui se manifeste par un chevauchement inégal des bords de la feuille, qui peut être dû à un mauvais réglage de la machine ou à une alimentation inadéquate des corps dans les poulies.
5. Extrémité déformée: se réfère à une déformation à l’extrémité de la soudure, qui peut être le résultat d’un mauvais réglage de la couronne de calibrage.
6. Court-circuit avec le fil: Ce problème survient lorsqu’il y a un contact indésirable entre le fil et une partie de la machine, ce qui peut entraîner une interruption du processus de soudage.
7. Contamination de la soudure: la présence de saletés ou de particules étrangères dans la zone de soudure peut entraîner une mauvaise qualité du joint.
8. Queues de poisson et embouts jumelés: il s’agit de défauts spécifiques qui peuvent être liés à la position et à la vitesse du convoyeur de sortie ou à des réglages incorrects dans le processus de soudage.
9. Bourrelet de soudure par points froids: indique les zones où le soudage n’a pas été effectué correctement, peut-être en raison d’un courant insuffisant ou d’une résistance de contact excessive.
10. Oxydation de la soudure : peut être causée par une exposition excessive à l’air pendant le processus de soudage, entraînant la formation de rouille dans le joint soudé.

7. Protection contre le soudage
   • Méthodes de protection de la soudure, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur, contre les attaques du produit contenu et de l’environnement.
   • Passage de l’application de vernis liquide à des techniques plus modernes et moins polluantes.

Afin de protéger le soudage des conteneurs métalliques, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur, contre les attaques du produit contenu et de l’environnement, une technique a d’abord été développée, basée sur l’application d’un vernis liquide immédiatement après le soudage. Ce vernis était appliqué à l’aide d’un rouleau de feutre imprégné ou par pulvérisation à l’aide d’un petit pistolet, puis durci dans un four linéaire. Toutefois, cette technique nécessite de diluer le vernis avec un solvant pour obtenir la bonne viscosité et requiert des équipements auxiliaires pour réduire la contamination de l’environnement, ce qui n’a pas toujours été fait de manière efficace.

Au fil du temps, cette technique a été remplacée par des méthodes plus modernes et moins polluantes. L’une des avancées dans ce domaine a été l’utilisation de poudres électrostatiques, qui permettent une application plus contrôlée et réduisent la pollution de l’environnement. La poudre électrostatique est liée à la soudure par un processus impliquant une charge électrique de la poudre, ce qui améliore l’efficacité de l’application et minimise les déchets de matériaux. En outre, il est recommandé de refroidir la soudure avant et après l’application de la laque afin d’améliorer l’adhérence et d’accroître la flexibilité de la laque, respectivement, ce qui est nécessaire pour les opérations de bordage et de bourrelet.

Pour la protection extérieure de la soudure, des vernis sont appliqués pour protéger de l’humidité et de l’environnement, et des tests de contrôle sont effectués pour garantir la qualité de l’application, comme le test d’absorption d’eau.