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Nov 20, 2023

Faire passer le soudage de l'aluminium au niveau supérieur

Un soudeur utilise le soudage à l'arc sous gaz tungstène sur un cadre en aluminium. Un automatisé

Un soudeur utilise le soudage à l'arc sous gaz tungstène sur un cadre en aluminium. Un système de stockage et de récupération automatisé, en arrière-plan, alimente le stock de feuilles et de plaques pour la découpe au laser. Les pièces passent au pliage, puis à la suite de l'opération.

Un collage encadré est accroché au mur près d'un bureau occupé par Matt Marty, président de CMC de Géorgie et petit-fils du fondateur de l'entreprise. Le fabricant est en affaires depuis plus d'un siècle et le collage montre le travail de l'entreprise au fil des ans. Une image montre une cabine fabriquée sur mesure pour une grue des années 1940. À ce moment-là, le fabricant était déjà en affaires depuis plus de 30 ans.

Aujourd'hui, l'entreprise de 60 employés fabrique une variété de travaux, y compris des pièces pour les tondeuses commerciales (pensez aux terrains de golf et aux gazonnières) ainsi que de l'équipement d'emballage et des pièces spécialisées pour les champs pétrolifères. Cela dit, les cabines personnalisées représentent toujours une part importante des revenus de CMC.

"Nous nous situons dans la partie à faible volume de l'activité des taxis personnalisés", a déclaré Marty, ajoutant que ses commandes de pain et de beurre impliquent cinq à huit taxis par mois. La prochaine fois que vous montez à bord d'un avion, vérifiez les véhicules - pour le carburant, la manutention des bagages, le dégivrage et d'autres fins spéciales - qui circulent sur le tarmac. Il y a de fortes chances que certains des taxis de ces véhicules viennent de CMC. D'autres cabines sont destinées aux véhicules conçus pour les chantiers d'entretien des chemins de fer, les chariots élévateurs spécialisés, l'exploitation minière, la sécurité et la construction.

La niche de CMC est dans l'équipement de niche. Les véhicules spécialisés fabriqués par l'entreprise dans les années 1940 et 1950 ont demandé beaucoup de planification, tout comme les produits de la gamme de travail actuelle du fabricant. Mais la façon dont les produits sont fabriqués aujourd'hui - avec l'automatisation du découpage, le formage rationalisé et une planification des processus de soudage incroyablement détaillée - aurait probablement fait tourner la tête du fondateur de l'entreprise.

Lorsque le grand-père de Marty a lancé Chicago Manufacturing Co. (CMC) en 1910, la ville comptait plus de chevaux que de voitures. Au cours des premières décennies de l'atelier, les employés fabriquaient des chauffe-eau pour voitures (technologie de pointe du début des années 1900). Au milieu des années 1950, l'entreprise était déjà un acteur établi sur le marché des cabines de véhicules spécialisés.

Dans sa jeunesse, Marty s'est rappelé avoir vu des tôliers tracer des lignes de coupe, cisailler des pièces à la bonne taille, poinçonner avec un poinçon à poste unique, puis former sur un frein mécanique. "Ils pouvaient aussi faire beaucoup de travail de rayon", se souvient Marty, ajoutant que l'atelier produisait une pléthore de contours et de cônes compliqués, tous documentés d'une manière inhabituelle.

"Toutes les impressions techniques ont été dessinées en taille réelle, réalisées sur de grandes tables au bureau", a déclaré Marty. Ce n'étaient pas des plans typiques avec des vues isométriques. "Les trois vues étaient superposées, dessinées dans des couleurs différentes sur le même morceau de papier."

Marty secoua la tête et gloussa. "Ils étaient si difficiles à lire et je ne les ai jamais vraiment compris", a-t-il déclaré, ajoutant que ceux qui travaillaient avec eux pouvaient bien sûr les comprendre. Pour ceux qui ont appris à les lire, les dessins ont donné une vue complète de ce qui pourrait être un travail très complexe, peut-être un signe avant-coureur de certaines des nombreuses fabrications avec lesquelles les employés de l'entreprise travaillent aujourd'hui.

Ces tirages uniques en taille réelle ne sont bien sûr pas utilisés aujourd'hui. Au fil des décennies, CMC a adopté des logiciels de conception comme ProE et SolidWorks. Aujourd'hui, l'entreprise utilise TruTops pour ses systèmes de découpage TRUMPF et ses presses plieuses, simulant hors ligne les programmes de freinage. Les sources d'alimentation de soudage OTC DAIHEN de la société peuvent stocker 100 réglages de soudage distincts, adaptant les tensions et les intensités pour divers travaux. CMC a adopté la numérisation de la fabrication métallique, du découpage au soudage, mais le cœur de l'opération réside toujours dans le soudage et l'assemblage, où les fabrications complexes nécessitent une attention extraordinaire aux détails.

L'ingénieur en soudage Jason Smith, inspecteur et éducateur en soudage certifié (CWI/CWE), a été embauché en septembre 2021 pour renforcer le jeu de soudage de l'aluminium de CMC. Il a souligné une ébauche en aluminium parsemée de gravures, fabriquée par le laser TRUMPF à semi-conducteurs de 8 kW de l'entreprise qu'il a installé en 2021. Ces ébauches devaient devenir les « peaux » fabriquées de cabines spécialisées pour les véhicules d'entretien ferroviaire. Il devait être envoyé à une entreprise du Sud-Est, qui à son tour les enverra à un client final en Europe.

(De gauche à droite) Matt Marty, président, et Jason Smith, ingénieur en soudage, ont dirigé les efforts de CMC pour augmenter la capacité de fabrication et de soudage de l'aluminium des opérations. L'atelier est désormais certifié EN 15085-2, une norme européenne pour le soudage de véhicules et de composants ferroviaires.

"Si nous devions disposer tout cela à la main", a déclaré Smith, pointant vers ces emplacements de soudure gravés au laser, "cela aurait été un cauchemar."

En 1981, CMC a ouvert une usine à Winder, en Géorgie, au nord-ouest d'Atlanta. Six ans plus tard, CMC a fermé son bureau de Chicago et a tout déménagé en Géorgie.

Le père de Marty est décédé en 1989, après quoi Marty a repris l'entreprise, maintenant connue sous le nom de CMC of Georgia. En 2007, la boutique a déménagé dans une usine à Toccoa, une petite ville située à l'extrême nord-est de l'État. Le déménagement était stratégique pour plusieurs raisons. Tout d'abord, bien que la région soit pittoresque, au milieu des montagnes de la Géorgie du Nord, elle a aussi une longue histoire de fabrication. Les 115 000 pieds carrés. L'usine dans laquelle CMC s'est installé était auparavant occupée par un fabricant d'équipements de traitement des déchets. Deuxièmement, l'usine a donné à CMC l'aménagement ouvert et l'espace de pont roulant dont elle avait besoin pour augmenter ses capacités de fabrication. Les travailleurs de l'installation de Winder ont passé trop de temps à attendre que les grandes fabrications soient déplacées d'une station à l'autre. Aujourd'hui, le travail suit un schéma de flux simple, les matières premières entrant à l'extrémité de l'usine et les produits finis étant préparés pour l'expédition à l'extrémité proche, à côté du bureau. Quatre grues de 20 tonnes et 18 grues à flèche aident tout le monde à continuer de travailler.

Toujours en 2007, CMC a investi dans son système de stockage et de récupération automatisé STOPA, qui alimentait deux lasers TRUMPF. "Nous ne voulions pas que notre matériel soit stocké partout", a déclaré Marty, "ne sachant pas ce que nous avions et ne pouvant pas aller de l'avant. Nous pouvons couper et stocker des pièces dans le STOPA, et nous pouvons les retirer au fur et à mesure que nous en avons besoin."

L'utilisation de la technologie par l'entreprise a évolué ces dernières années, en particulier après avoir investi dans le laser à semi-conducteurs de 8 kW. La nouvelle machine a tellement de capacité que l'entreprise n'a plus besoin de faire fonctionner le laser pendant la nuit, et la coupe à l'avance n'est plus aussi critique qu'avant. L'inventaire en direct reste le plus grand avantage du système ; en quelques clics de souris, le magasin peut voir de quel matériel il dispose et ce qu'il doit commander.

Marchant dans l'atelier, Marty a souligné certains des travaux supplémentaires en cours (WIP), des signes révélateurs de problèmes de chaîne d'approvisionnement que trop de fabricants ont rencontrés au cours des dernières années. CMC n'a pas eu de problèmes pour obtenir des matières premières, mais obtenir certains composants et fournitures achetés a été un défi.

Les défis les plus importants, cependant, sont venus des commandes retardées. CMC commence une fabrication, puis freine en apprenant que d'autres entreprises de la chaîne d'approvisionnement ne peuvent pas obtenir les pièces dont elles ont besoin. Cela dit, Marty ne cherche pas à réduire WIP, du moins à ce stade, car cela permet au magasin de réagir rapidement lorsque les clients donnent le feu vert pour expédier.

"Nous cherchons à satisfaire les clients, c'est pourquoi nous avons plus de stocks", a expliqué Marty. Il a dit cela en pointant du doigt les racks de matières premières près du système STOPA. Pour s'assurer qu'il peut répondre à la demande des clients, CMC transporte également plus de matières premières.

Le STOPA livre les ébauches découpées à une table de déchargement adjacente au département de formage, qui comprend deux presses plieuses TRUMPF équipées de suiveurs de tôle et de grandes hauteurs ouvertes pour tenir compte des grandes brides. De nombreuses pièces émergent du découpage non seulement avec des emplacements de soudure gravés mais également une identification de pièce gravée.

Regardez en aval dans le soudage, la peinture et l'assemblage, et il est facile de voir pourquoi l'identification des pièces est si importante. CMC fabrique des pièces détachées et des sous-ensembles, mais la part du lion de ses revenus provient de grands assemblages impliquant des centaines de composants et (littéralement) des milliers d'emplacements de soudure.

Un laser à semi-conducteurs de 8 kW coupe 0,25 po. matériel destiné à un assemblage de cabine personnalisé.

De retour dans la salle de conférence de la réception, l'ingénieur en soudage Jason Smith montre une pile de papiers et passe à une page contenant des centaines de légendes pour les goujons à souder en aluminium. Et ce n'est qu'une page au milieu d'une pile épaisse. "Ce produit est un CPC2, qui nécessite une inspection visuelle à 100 %. Chaque soudure doit être inspectée visuellement, et il y a littéralement des milliers de soudures."

CPC2 fait référence à une classification des tâches qui dicte les exigences d'examen non destructif (END) telles que décrites dans la norme EN 15085-3, une norme européenne pour le soudage des véhicules et des composants ferroviaires.

Depuis qu'il a rejoint CMC l'année dernière, Smith a aidé l'entreprise à obtenir la certification selon la norme EN 15085, un exploit rare parmi les fabricants nord-américains. La norme fait passer les exigences de continuité des soudeurs au niveau supérieur. Par exemple, pour commencer un nouveau travail fabriqué selon la norme EN, un soudeur doit passer un test pour prouver qu'il peut effectuer les exigences de soudage spécifiques pour le travail à accomplir. "Pour maintenir leur qualification de soudeur, ils doivent effectuer un test applicable à cette qualification de soudeur tous les six mois", a déclaré Smith. "Ensuite, tous les deux ans, ils doivent refaire le test de soudure d'origine pour renouveler la qualification de soudeur.

"Si un travail nécessite une soudure bout à bout GMAW-P, le soudeur doit effectuer une soudure, la faire tester visuellement, radiographiquement, tester la rupture et subir un test de pliage à la fin", a poursuivi Smith. "S'il s'agit d'une soudure d'angle, vous effectuez un test de rupture de soudure d'angle et en coupez des échantillons pour la macro-gravure." Il a ajouté que les exigences en matière de tests de soudure varient en fonction des exigences du poste, mais toutes garantissent que "les soudeurs sont tenus responsables de leur technique et de leurs capacités".

Les procédures de soudage sont extrêmement détaillées. Au lieu de spécifier des plages pour, par exemple, des vitesses de déplacement, des volts et des ampérages acceptables, Smith effectue un calcul (comme spécifié dans la norme EN) pour chaque type de soudure, y compris le choix du procédé (comme le soudage à l'arc sous gaz pulsé, GMAW-P ou le soudage à l'arc sous gaz tungstène, GTAW), la tension, l'intensité et la vitesse de déplacement.

Aujourd'hui, Smith porte une variété de chapeaux, et l'un d'eux est enseignant. "La formation est dans ma colonne vertébrale", a-t-il déclaré. (Smith a passé plusieurs années en tant qu'instructeur de soudage au North Georgia Technical College.) Tout au long de la journée, Smith travaille avec des soudeurs, observant et améliorant leur technique, qui est devenue de plus en plus critique à mesure que les soudures deviennent plus difficiles.

Smith a souligné un travail impliquant un aluminium 6061-T6, 2 pouces de diamètre. tube carré avec un 0,25 po. paroi soudée à une peau en aluminium 5052-H32 de 0,080 po. À l'aide de GMAW-P, le soudeur a posé un cordon de limon dans l'orientation verticale vers le haut, le tout sans aucune trace de brûlure. La configuration intègre une plaque de support en acier inoxydable, utilisée pour un dissipateur de chaleur, mais une grande partie du succès dépend de la technique du soudeur. La vitesse de déplacement du soudeur doit être extrêmement constante avec le dépassement, l'angle du pistolet et l'entretoise, ce qui n'est pas une tâche facile pour souder verticalement. Même un tissage minuscule pourrait pousser la chaleur au-delà des limites acceptables, et le soudeur finirait par fondre.

Outre la formation, Smith agit en tant que coordinateur de la communication, en particulier pour certains des assemblages les plus complexes de l'entreprise, aidant à interpréter les dessins et à déplacer le personnel à travers des représentations 3D-CAD, désormais disponibles sur les postes de travail informatiques au sol.

Tout cela se traduit par un autre rôle joué par Smith : trouver des gains d'efficacité pour réduire le temps de fabrication global, en particulier pour les travaux certifiés selon la norme ferroviaire EN. Cette norme exige que les matériaux en aluminium soient certifiés et séparés ; Des panneaux « aluminium uniquement » peuvent être trouvés sur diverses pièces d'équipement dans toute l'usine. De plus, le personnel de contrôle de la qualité doit inspecter et signer à différentes étapes de la fabrication, un facteur qui régit la taille des lots qui découlent de la coupe et du pliage.

Auparavant, l'atelier faisait passer les pièces « au goutte-à-goutte » au contrôle qualité (CQ) au fur et à mesure qu'elles étaient finies. Après tout, il disposait d'un équipement de découpe et de pliage flexible qui permettait un changement rapide, et des lots plus petits signifiaient un meilleur flux, n'est-ce pas ? Pas nécessairement, surtout si l'on tient compte des ressources QC. Pour les travaux EN, le personnel de qualité doit vérifier que chaque pièce est coupée et pliée dans les limites de tolérance. Cela inclut les tolérances spécifiques aux pièces ainsi que les tolérances qui affectent les relations des pièces "parent-enfant" dans les assemblages plus grands.

Un opérateur laser surveille le système de découpe de 8 kW situé à côté du système de stockage et de récupération automatisé STOPA de l'entreprise.

"Maintenant, tout le matériel nécessaire [pour un assemblage] est coupé et prêt avant la fabrication, il n'y a donc pas de délai [au CQ]", a déclaré Smith, ajoutant que cela seul a permis de réduire de plusieurs semaines la production de certains produits de cabine de chemin de fer.

Marty est passé devant le système STOPA et a levé les yeux vers les tours. "Oui, nous avons eu un mauvais timing pour celui-là", en repensant au climat des affaires entre 2007 et 2009. Le magasin a installé le système en 2007 et a connu une croissance modérée en 2008 avant que le fond ne tombe en 2009. "Nous allions très bien jusqu'en octobre 2008, mais ensuite en 2009, tout s'est arrêté."

Marty a toutefois ajouté qu'il ne regrettait pas cet investissement. L'entreprise disposait des liquidités nécessaires pour traverser la Grande Récession et l'automatisation a aidé l'entreprise à reconstruire rapidement ses activités au cours des années suivantes.

Il en a été de même avec la récession pandémique de 2020. "Nous avons vu l'industrie du transport aérien s'arrêter", a-t-il déclaré. "Ainsi, tous les clients qui construisent des équipements de transport air/sol se sont également arrêtés." Mais comme toujours chez CMC, les affaires ont fini par reprendre et le manque de demande n'est plus un problème.

Le défi concerne maintenant la chaîne d'approvisionnement. Pourtant, comme avant, CMC n'a cessé d'avancer. Pour protéger les clients, il détient plus d'inventaire. Et le défi actuel n'a pas arrêté ses investissements continus dans le soudage de l'aluminium. Il espère également obtenir la certification ISO 9001 d'ici la fin de l'année.

"Notre entreprise est devenue beaucoup plus complexe au cours de la dernière année", a déclaré Marty, faisant référence à la montée en puissance du soudage de l'aluminium par CMC. "Ça va être une bonne chose pour nous." Il a ajouté que réussir à s'attaquer à une telle complexité donnera à CMC un avantage concurrentiel, et c'est là que réside l'opportunité.