Barres de 100 mètres soudées au laser pour aimants de fusion
Les conducteurs d’un aimant de fusion sont gainés dans un profil en acier qui doit s’étendre sur un kilomètre sans joint transversal, ce qui relève de la fabrication bien avant la physique. En collaboration avec le Swiss Plasma Center de l’EPFL, membre du consortium EUROfusion, Montanstahl a entrepris de démontrer la faisabilité industrielle du soudage laser longitudinal sur un tel profil, constitué de deux coquilles en acier inoxydable 316L soudées simultanément des deux côtés. Trois barres de 100 mètres ont été produites pour tester l’intégrité structurelle du joint et la répétabilité du procédé.
Une étude de faisabilité pour un profil d’un kilomètre
Le projet s’inscrit dans le programme de recherche et développement mené par le Swiss Plasma Center de l’EPFL en tant que membre du consortium EUROfusion, dont les travaux visent à développer les supraconducteurs des aimants du futur réacteur de fusion DEMO Tokamak. L’objectif spécifique était de démontrer la faisabilité technique et industrielle du soudage laser longitudinal sur un profil d’un kilomètre de long, formé de deux coquilles en acier inoxydable 316L soudées simultanément sur les deux côtés. La raison de cette exigence est qu’un câble supraconducteur est tiré dans sa gaine sur toute sa longueur : toute interruption du profil devient donc une discontinuité dans l’aimant. Pour valider l’approche, Montanstahl a soudé trois profils de 100 mètres chacun, en se concentrant sur l’intégrité structurelle du joint soudé et sur la répétabilité du procédé, la question qui détermine si un résultat de laboratoire peut devenir une chaîne d’approvisionnement pour la production d’énergie.
Quatre problèmes qui n’apparaissent qu’à cette longueur
Chaque difficulté de ce projet est familière, mais l’échelle la rend inhabituelle. La première était le laminage à chaud d’une forme en U très précise dans des barres de 100 mètres, destinées à être ensuite soudées au laser, le plan fixant la section à trois dixièmes de millimètre près sur une hauteur de 63 mm et une largeur de 28,8 mm. La deuxième était la manutention et le transport de barres de cette longueur en toute sécurité et sous contrôle, car une section de 100 mètres fléchit sous son propre poids et peut être endommagée simplement en étant déplacée. La troisième était l’alignement précis des deux coquilles sur toute la longueur, car un désalignement d’une fraction de millimètre en un point produit localement un cordon défectueux même si tout le reste est correct. La quatrième était de garantir une soudure constante à pleine pénétration, de haute qualité du début à la fin, qui conditionne à la fois l’intégrité structurelle de la gaine et la répétabilité que le programme devait prouver.
Contexte d’application
Montanstahl est parti des coquilles elles-mêmes, en produisant les barres par laminage de précision, qui a fourni la géométrie exacte et la précision dimensionnelle requises sans qu’il soit nécessaire d’étirer les sections à froid, supprimant ainsi une opération qui aurait été peu praticable à cette longueur. Les profils ont ensuite été soudés selon la spécification du projet, des guides sur mesure maintenant les deux coquilles parfaitement alignées à leur entrée dans la zone de soudage, de sorte que la position du joint est contrôlée en continu plutôt que réglée une seule fois au départ. Un contrôle par ultrasons en ligne a surveillé le cordon tout au long du processus, rendant la qualité et la répétabilité mesurables sur les 100 mètres complets au lieu d’être déduites d’échantillons, une approche cohérente avec la gestion de la qualité de Montanstahl. L’essai a prouvé que des profils inox de cette longueur peuvent être soudés de manière fiable, ouvrant la voie à des applications industrielles dans la technologie de fusion. Les sections de ce type sont développées en tant que profils spéciaux, avec des détails dans les Q&A techniques.