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Encyclopédie

Alimentation Electrique dans le Procédé de Soudage

L’alimentation électrique pour le soudage provient de différentes sources : soit elle est intégrée dans la machine de soudure, soit elle provient d’un poste à souder. En fonction de la technique de soudage utilisée, ceux-ci diffuseront un courant électrique différent :

 

- Le courant continu: La plupart des postes à souder nouvelle génération génèrent ce type de courant (inverters). Le courant continu à polarité négative (ou directe) est utilisé pour les soudages TIG et plasma de la plupart des métaux. Au contraire, les soudages à l’arc avec électrode enrobée, MIG/MAG nécessiteront un courant continu à polarité positive (ou inverse).

- Le courant alternatif: Les postes à souder à transformateurs statiques génèrent du courant alternatif. Certains procédés de soudage à l’arc ne sont pas compatibles avec ce courant.

-Le courant pulsé : le courant pulsé est un courant continu qui connaît des pulsations d’intensité et de fréquences qui permet de maîtriser l’énergie apportée à la pièce lors de la pénétration.

 

Le choix de l’alimentation électrique dépendra aussi de la température que la source d’électricité est capable d’atteindre. Par exemple, pour le soudage d’acier, la température doit atteindre 1500°C afin que le métal entre en fusion, alors que l’aluminium entre en fusion dès 660°C.

 

Les postes à souder sont aussi utiles pour le brasage ou soudo-brasage. Avec cette technique, la température à atteindre doit être celle du point de fusion du métal d’apport.

 

Brasage

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Le brasage (ou brasure) consiste à assembler de façon permanente deux pièces grâce à l’ajout d’un métal d’apport, évitant ainsi l’utilisation de pièces d’union telles que les agrafes ou les rivets. Contrairement au soudage ou au soudo-brasage, ce métal d’apport n’entre pas en fusion avec le métal des pièces à assembler, c’est le métal d’apport en fusion seul qui effectuera la fixation des éléments à joindre.

Presque tous les métaux peuvent être brasés, si leur température de point de fusion ne dépasse pas celle du métal d’apport.

Les appareils les plus communément utilisés pour le brasage sont les postes à souder gaz, les chalumeaux et les lampes à souder pour des brasures dites « à la flamme » tandis que les brasures « au fer chauffant » nécessitent un fer à souder ou une station de soudage.

 

Onduleurs

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Les postes à souder onduleurs (ou inverters) sont utilisés pour transformer une source de courant continu en courant alternatif, qui est ensuite injecté dans un circuit électrique. Ils s’opposent donc aux redresseurs. Les onduleurs sont appréciés pour leur faible encombrement et leur facilité de transport.

 

On distingue plusieurs types d’onduleurs : les onduleurs de tension, ceux de courant, et les onduleurs autonomes et non autonomes:

-Les onduleurs autonomes

Les onduleurs autonomes permettent d’obtenir une tension de fréquence fixe ou ajustable par l’utilisateur, et n’a pas besoin de source de courant en entrée pour fonctionner.

 

-Les onduleurs non autonomes

Les onduleurs non autonomes ont besoin d’un réseau électrique pour fonctionner.

 

Soudage à l'Electrode Enrobée

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Le soudage à l'électrode enrobée(ou MMA)consiste à créer un arc électrique qui passe entre l’élément à souder et l’électrode afin de chauffer intensément puis faire fondre les bords des pièces à souder. En fondant, l’âme métallique de l’électrode fait office de métal d’apport, alors que l’enrobage formera le laitier, qui protègera le bain de fusion contre l’oxygène de l’air ambiant. Il suffit de l’enlever par piquage quand la soudure s’est refroidie.

L’enrobage de l’électrode peut être :

-Rutile : composé principalement d’oxyde de titane,

-Basique : carbonates de calcium, alliages et spathfluor,

-Acides : oxydes de fer, manganèse et desoxydants,

-Oxydant : Oxydes de fer, silices et silicates,

-Cellulosique : matières organiques et cellulose.

 

Selon le type d’électrode choisie, le courant sera soit alternatif soit continu. Par exemple, les électrodes basiques nécessitent une source de courant continue.

 

Le poste de soudage à l’arc est relié à la pièce à souder par un câble, et un autre câble le relie au porte-électrode sur lequel se fixe l’électrode qui créera l’arc électrique. Les postes à souder à l'électrode sont souvent appelés poste à souder à l'arc. Pourtant les postes à souder TIG, MIG ou MAG, sont aussi des postes à souder à l'arc, même si le procédé est différent.

 

Soudage MIG/MAG

Le soudage MIG/MAG est un procédé de soudage semi-automatique utilise la chaleur d’un arc électrique pour chauffer le métal à souder et le métal d’apport (fil fourré ou fil plein) jusqu’à atteindre leur point de fusion. Le processus se passe sous protection gazeuse, afin de protéger le bain de fusion de l’oxydation :

-MIG : c’est un gaz inerte (Argon ou Hélium) qui est propulsé,

-MAG : c’est un gaz actif qui est utilisé (mélange Argon/CO2 ou Argon/oxygène).

Le choix du gaz dépendra de la méthode de soudage recherchée.

 

Les postes à souder MIG/MAG sont généralement équipés d’un dévidoir de fil continu.

 

Soudage TIG

Le soudage TIG nécessite des transformateurs électriques qui multiplient l’intensité du courant en créant un court-circuit, dans le but de créer un arc électrique entre une électrode non fusible au tungstène et les éléments à assembler. Ce procédé permet le soudage des principaux métaux : acier, aluminium, inox...

Le gaz utilisé pour le soudage TIG est obligatoirement un gaz inerte, comme l‘indique le nom de ce procédé de soudage : Tungsten Inert Gas.

L’argon est le gaz le plus commun, mais il peut être combiné à de l’hélium afin de décupler l’énergie de l’arc, et accélérer le processus de soudage. Remplacer l’hélium par de l’hydrogène permetd’obtenir encore plus de performances, car l’hydrogène facilite la pénétration de la fusion. Enfin, l’argon et l’azote combinés sont utilisés pour le soudage d’aciers complexes.

 

Un poste à souder TIG complet comporte : le poste à souder, une bouteille de gaz, un cordon de raccordement qui relie la source électrique et le gaz à la torche, et enfin la torche de soudage.

 

 

 

Soudage

Le soudage (ou la soudure) est une opération consistant à assembler 2 (ou plus) éléments de manière permanente, tout en assurant la continuité entre ces éléments. L’assemblage se fait soit par chauffage, soit par pression, soit par les 2 combinés, et avec ou sans produit d’apport.

Le choix du procédé de soudage dépend de plusieurs facteurs :

-L'épaisseur du matériau à souder

-Le lieu du soudage: Les soudages à l’arc submergé et MAG sont plus adaptés pour l'atelier. Le procédé MMA quant à lui, peut être utilisé sur chantier.

-L'accès au joint. : L'équipement de soudage et la torche ou la tête de soudage doivent pouvoir atteindre la surface à souder.

-La position de soudage : Les soudages SAW et MAG avec transfert par pulvérisation ne conviennent pas pour du soudage vertical ou en position plafond. Le procédé MAG avec transfert par grosses gouttes est acceptable pour du soudage vertical ou en position plafond, mais le procédé MMA reste le plus adapté pour des travaux en position plafond, en particulier sur chantier.

-La composition de l'acier : Les aciers qui contiennent peu de carbone nécessitent des niveaux de préchauffage plus faibles.

-Le coût.

 

Redresseurs (de Courant Electrique)

Un redresseur est un convertisseur de courant qui permet d'alimenter une charge de type continue réglable à partir d'une source de courant alternatif. La tension est constante quelque soit la charge.

Soudage à la Flamme

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Le chalumeau portatif permet de souder « à la flamme », c'est-à-dire en apportant une flamme directement sur les éléments à souder.

Les chalumeaux utilisent la combustion simultanée de deux gaz : l’acétylène ou le propane et l’oxygène. L’oxygène est utilisé comme carburant tandis que l’acétylène ou le propane seront des combustibles produisant une flamme après allumage de la torche. Dans le cas d’un mélange oxygène+ acétylène, il est aussi possible d’utiliser le chalumeau pour des opérations d’oxycoupage.

 

Arc Electrique

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Un arc électrique est un courant électrique visible dans une matière isolante comme le gaz et qui permet la fusion nécessaire au soudage à l’arc.

Selon le mode de transfert, on distingue :

-Le court-circuit (ou arc court ou short arc) est la méthode de soudage la plus utilisée. Elle convient particulièrement au soudage MIG/MAG de faibles épaisseurs.

-L’arc intermédiaire est adapté au soudage MAG des tôles d’une épaisseur moyenne. Les courts-circuits sont discontinus et le transfert du métal se fait par grosses gouttes.

-Le soudage en spray (fusion en pluie) permet d’éviter les projections, d’augmenter la vitesse de soudage et assure la stabilité de l’arc. Les gouttes sont fines et le transfert se fait sans court-circuit. Il est adapté au soudage MIG/MAG à plat des tôles assez épaisses.

-L’arc long est utilisé sur des tôles épaisses, en soudage MAG à haute puissance. Il crée de grosses gouttes et beaucoup de projections.

-L’arc pulsé avec lequel une goutte de métal en fusion se détache à chaque pulsation du courant, sans court-circuit. Il permet de souder en MIG/MAG ou à l’arc avec électrode enrobée avec des fils plus épais, et particulièrement ceux en aluminium. Comparé aux autres types d’arcs, l’arc pulsé est celui qui fait le moins de projections. De plus, il combine les avantages du soudage en court-circuit et ceux du soudage en spray : l’arc est stable et le soudage ne nécessite qu’un faible courant.

 

Facteur de Marche

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Le facteur de marche est une norme qui indique la charge admissible calculée sur 10 minutes à température ambiante de 40°C. Ce facteur peut être plus élevé lorsque le poste à souder est utilisé à température normale. Un facteur de marche de 60 % signifie que le temps d'arc est de 6 minutes et le temps de pause de 4 minutes.

 

Défauts de Soudage

Les défauts les plus courants en soudage sont les suivants :

-Effondrements et trous : La fusion est excessive, ou la vitesse de soudage est trop lente, ce qui crée l’effondrement du bain de fusion, allant parfois jusqu’à percer la soudure.

-Inclusions : Le cordon de soudure est « pollué » par un ou plusieurs corps étrangers.

-Manque de fusion : les métaux n’entrent pas en fusion car les pièces sont sales, ou l’énergie de soudage est trop faible par rapport à la vitesse de soudage.

-Caniveaux :Ce sont des irrégularités dans la soudure, dues à unetrop grande vitesse de soudage, un courant trop fort ou une mauvaise longueur d’arc.

-Porosité, soufflures : La soudure est creuse à certains endroits. Cela s’expliquepar une mauvaise protection gazeuse, ou parce que fils ne sont pas parfaitement propres, ou encore car l’arc est trop long.

-Fissurations : ce sont les défauts de soudure les plus courants. Il en existe 2 types : les fissurations à chaud, qui se produisent pendant le refroidissement du bain de fusion, et les fissurations à froid, qui apparaissent parfois longtemps après que la soudure ait été effectuée. Les premières sont le résultat de l’utilisation d’un cordon trop petit, ou de salissures dans la soudure. Les fissurations à froid sont dues à une incompatibilité entre le métal d’apport et le métal à souder, ou des tensions internes.

-Projections : Ce sont des éclaboussures de métal en fusion qui viennent salir la pièce. Pour les éviter, il faut diminuer le courant et/ou la longueur de l’arc électrique.

 

Soudage MIG Pulsé et Double Pulsé

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Le soudage MIG pulsé est une technique de soudage semi-automatique ou automatique où le courant produit par le générateur varie, imposant une forme d’onde bien précisependant la soudure.

Cette technique permet de minimiser les risques de déformations car l’énergie dégagée est plus faible. Ainsi, le soudage MIG Pulsé est adapté aux tôles minces (2.5mm d’épaisseur).

 

Soudage Plasma

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Le soudage plasma est une méthode de soudage à l’arc réalisée sous protection par gaz inerte (argon pur, argon+hélium, argon+ azote, argon+ hydrogène), et avec une électrode en tungstène (non fusible). L’ajout d’un métal d’apport n’est pas forcément nécessaire.

Cette méthode peut atteindre une température de 10000°C, ce qui lui permet de souder les aciers noirs et l’inox mais pas l’aluminium.

 

Il existe 2 sortes de soudage plasma : par arc soufflé (ou non transféré) ou transféré. Dans les 2 cas, l’utilisation d’une torche spécialement adaptée au soudage plasma est indispensable.

-Soudage plasma à arc soufflé : l’arc électrique se crée entre l’électrode et l’intérieur de la tuyère d’alimentation en gaz.

-Soudage plasma à arc transféré (PAT) : l’arc électrique se crée entre l’électrode et l’élément à souder.

 

Le choix du gaz doit être adapté au procédé de soudage

Ecrit par LINDE FRANCE  |  linde-france-s.a.

Le soudage est une méthode d'assemblage utilisée depuis des siècles. On dénombre aujourd'hui une centaine de méthodes de soudage utilisées dans les différents secteurs de l'industrie. L'utilisation de gaz industriels (purs ou mélanges) pour optimiser les procédés de soudage date des années 40 et 50. Depuis cette époque, les procédés de soudage utilisant du gaz se sont développés au point d'appartenir aujourd'hui à la catégorie prédominante parmi les différentes méthodes de soudage.

Le MIG, le MAG, le TIG et le plasma comptent parmi les méthodes majeures de soudage à l’arc sous flux gazeux. Le soudage MAG est la méthode préférée pour les aciers non-alliés normaux, bien qu'il puisse également s'appliquer aux aciers inoxydables et autres matériaux.

De nombreuses innovations en matière de soudage ont vu le jour dans les années 80 et 90. Parmi celles-ci : le soudage laser, le soudage tandem, et le soudage laser hybride.

Une connaissance approfondie des "propriétés internes" des composants du gaz  et de leurs interactions dans des mélanges spécifiques est indispensable pour une bonne utilisation des gaz de soudage dans des applications particulières. L'arc de soudage lui-même, outil extrêmement efficace mais complexe, est principalement constitué de différentes quantités de gaz ionisé et de vapeur métallique. Cela signifie que les propriétés physiques du gaz ont un impact direct et immédiat sur l'arc. De plus, les gaz de process se trouvent en contact avec le métal chaud, zone hautement réactive, dans laquelle les effets chimiques et métallurgiques des gaz jouent également un rôle important.

Soudage autogène et oxycoupage

Ecrit par LINDE FRANCE  |  linde-france-s.a.

Le point commun entre tous les processus autogènes est que la source de chaleur est une flamme générée par la combustion d'un gaz avec de l'oxygène ou de l'air. Cette flamme doit pouvoir produire une chaleur ciblée et très concentrée. La chaleur requise détermine la combinaison gaz/oxygène qui doit être choisie.

Soudage autogène

Le soudage autogène consiste à assembler, sous l'effet de la chaleur, deux pièces de métal en un tout. La chaleur est obtenue par la combustion d'acétylène avec de l'oxygène. Cela génère un bain de fusion, qui forme un joint –avec ou sans matériau d'apport– entre les deux pièces de métal.

Oxycoupage

L'oxycoupage consiste tout d'abord à porter la pièce à découper à la température d'amorçage au moyen d'une flamme de préchauffage, après quoi l'oxygène de coupe projeté au centre de la buse démarre et entretient le processus d'oxydation. La vitesse de débit du jet d'oxygène de coupe permet de chasser les scories de la saignée. L'oxycoupage n'est possible que pour des matériaux dont les scories ont une température de fusion inférieure à celle du matériau lui-même.

Soudage TIG

Ecrit par LINDE FRANCE  |  linde-france-s.a.

Le soudage TIG consiste à chauffer le matériau à souder grâce à la chaleur d'un arc électrique qui jaillit entre une électrode réfractaire de tungstène et la pièce à travailler. Un gaz inerte protège l'électrode de tungstène et le bain de fusion contre les effets nocifs de l'air ambiant.

C’est la nature du matériau à souder qui détermine si l'on soude en courant continu (pôle négatif à l'électrode) ou en courant alternatif. La quantité de matériau d'apport étant indépendante du courant de soudage, le bain de fusion est parfaitement maîtrisable et le procédé peut s'appliquer à toutes les positions de soudage.

Les gaz de protection jouent un rôle essentiel dans la protection du processus de soudage, de même que la transmission ciblée de chaleur, de sorte que l’argon et des mélanges à l’argon sont utilisés ici.