Qu’est-ce que le soudage à l’arc – Méthodes et avantages – Définition

Le soudage est l’un des processus d’assemblage les plus courants, deux ou plusieurs pièces métalliques sont jointes pour former une seule pièce en utilisant une chaleur élevée pour faire fondre les pièces ensemble et en leur permettant de refroidir provoquant la fusion. Bien que ce concept soit facile à décrire, il n’est pas simple à mettre en œuvre. La rugosité de surface, les impuretés, les imperfections d’ajustement et les propriétés variées des matériaux à assembler compliquent le processus d’assemblage. Des métaux similaires et différents (soudage hétérogène) peuvent être soudés. La liaison d’assemblage est métallurgique (impliquant une certaine diffusion) plutôt que simplement mécanique, comme avec le rivetage et le boulonnage. Bien que le soudage soit considéré comme un procédé relativement nouveau tel qu’il est pratiqué aujourd’hui, ses origines remontent à l’Antiquité. Jusqu’à la fin du XIXe siècle, le seul procédé de soudage étaitle soudage à la forge, que les forgerons utilisaient depuis des millénaires pour assembler le fer et l’acier par chauffage et martelage. Aujourd’hui, il existe une variété de méthodes de soudage, y compris le soudage à l’arc et au gaz, ainsi que le brasage et le brasage. Bien que certaines parties de cette description ne s’appliquent pas au brasage, au soudage et au collage.

Soudage à l’arc

Les procédés de soudage à l’arc utilisent une alimentation électrique de soudage pour créer et maintenir un arc électrique entre une électrode et le matériau de base pour faire fondre les métaux au point de soudage. La chaleur intense produite par l’arc fait rapidement fondre une partie du métal de base, entraînant la formation d’une soudure. Cet arc électrique est d’environ 3590 °C en son centre. Le métal d’apport est ajouté dans la plupart des procédés de soudage pour augmenter le volume et la résistance du joint de soudure. Un bain de métal en fusion, composé de métal de base et de métal d’apport, se forme près de la pointe de l’électrode. Au fur et à mesure que l’électrode est déplacée le long du joint, le métal en fusion se solidifie dans son sillage.

L’alimentation de soudage peut utiliser du courant continu (CC) ou du courant alternatif (CA) et des électrodes consommables ou non consommables. La zone de soudage est parfois protégée par un certain type de gaz inerte ou semi-inerte, connu sous le nom de gaz de protection. Dans le soudage à l’arc, la longueur de l’arc est directement liée à la tension et la quantité d’apport de chaleur est liée au courant. La tension fournie par les compagnies d’électricité à des fins industrielles – 120 volts (V), 230V, 380V ou 480V est trop élevée pour être utilisée dans le soudage à l’arc. Par conséquent, la première fonction d’une source d’alimentation de soudage à l’arc est de réduire la tension d’entrée ou de ligne élevée à une plage de tension de sortie appropriée, de 20V à 80V. Les alimentations à courant constant sont le plus souvent utilisées pour les procédés de soudage manuels tels que le soudage à l’arc sous gaz tungstène et le soudage à l’arc sous protection métallique, car elles maintiennent un courant relativement constant même lorsque la tension varie. Ceci est important car dans le soudage manuel, il peut être difficile de maintenir l’électrode parfaitement stable et, par conséquent, la longueur de l’arc et donc la tension ont tendance à fluctuer.

Consommable – Électrode non consommable

Une tige d’électrode peut être consommable ou non consommable. Si l’électrode est en carbone ou en tungstène, la tige a pour seul but de transporter du courant pour entretenir l’arc électrique entre sa pointe et la pièce. Si une électrode non consommable est utilisée, et si le joint nécessite un ajout de métal d’apport, alors ce métal doit être fourni par une tige ou un fil de métal d’apport appliqué séparément. Pour une électrode consommable, l’arc peut être entretenu par une électrode, qui non seulement conduit le courant pour entretenir l’arc, mais fond également et fournit du métal d’apport au joint.

Soudage à l’arc sous protection métallique – SMAW

Le soudage à l’arc sous protection (SMAW) est l’un des types de soudage à l’arc les plus courants. Il est également connu sous le nom de soudage manuel à l’arc métallique (MMAW) ou soudage à la baguette. Le soudage à l’arc sous protection (SMAW) utilise une électrode constituée d’une tige de métal d’apport recouverte d’un flux qui protège la zone de soudure de l’oxydation et de la contamination en produisant du dioxyde de carbone (CO2) pendant le processus de soudage. Le métal d’apport utilisé dans les joncs doit être compatible avec le métal à souder, la composition est généralement proche de celle du métal de base. Le courant électrique est utilisé pour former un arc entre le matériau de base et la tige d’électrode consommable.

Le procédé SMAW est le plus simple, en termes d’exigences d’équipement. Il est également polyvalent et peut être réalisé avec un équipement relativement peu coûteux, ce qui le rend bien adapté aux travaux en atelier et sur le terrain. Un opérateur peut devenir raisonnablement compétent avec une formation modeste et peut atteindre la maîtrise avec l’expérience. La plupart des nouveaux soudeurs commencent comme «soudeurs à la baguette» et développent les compétences nécessaires grâce à la formation et à l’expérience. Les temps de soudage sont plutôt lents, car les électrodes consommables doivent être remplacées fréquemment et parce que le laitier, le résidu du flux, doit être ébréché après le soudage.

Soudage à l’arc sous gaz et métal – GMAW

Le soudage à l’arc sous gaz métallique (GMAW), également connu sous le nom de soudage au gaz inerte métallique ou soudage MIG, est un procédé de soudage à l’arc dans lequel l’électrode est un fil nu consommable et le blindage est réalisé en inondant l’arc d’un gaz inerte. Le soudage au gaz inerte métallique (MIG) diffère du procédé SMAW en ce que son électrode est un fil solide nu qui est alimenté en continu dans la zone de soudure et devient le métal d’apport au fur et à mesure qu’il est consommé. En revanche, les électrodes SMAW doivent être jetées lorsqu’elles atteignent une longueur minimale. Le soudage à l’arc sous gaz est largement utilisé dans les modes semi-automatique, machine et automatisé. L’écran à gaz doit fournir une protection complète, car même une petite quantité d’air entraîné peut contaminer le dépôt de soudure. A l’origine, seuls les gaz inertes tels que l’ argon et l’hélium ont été utilisés pour le blindage. Aujourd’hui, le dioxyde de carbone est également utilisé et peut être mélangé aux gaz inertes. Parce que GMAW est alimenté en fil en continu, l’électrode n’a pas besoin d’être remplacée à intervalles réguliers comme dans le cas de SMAW, ce qui rend ce processus adapté au soudage automatisé.

Un processus connexe, le soudage à l’arc avec fil fourré (FCAW), utilise un équipement similaire mais utilise un fil constitué d’une électrode en acier entourant un matériau de remplissage en poudre. Ce fil fourré est plus cher que le fil plein standard et peut générer des fumées et/ou des scories, mais il permet une vitesse de soudage encore plus élevée et une plus grande pénétration du métal.

Soudage à l’arc sous gaz tungstène – Soudage TIG

Le soudage à l’arc au tungstène au gaz, également connu sous le nom de soudage au gaz inerte au tungstène (TIG), est un procédé de soudage à l’arc qui utilise une électrode de tungstène non consommable et un gaz inerte pour la protection contre l’arc. Le GTAW peut être mis en œuvre avec ou sans métal d’apport. Lorsque du métal d’apport est utilisé, il est ajouté au bain de soudure à partir d’une tige ou d’un fil séparé. Les gaz de protection typiques utilisés sont l’argon, l’hélium ou un mélange de ces gaz. Le soudage TIG est particulièrement utile pour le soudage de matériaux minces, cette méthode se caractérise par un arc stable et des soudures de haute qualité, mais elle nécessite des compétences importantes de l’opérateur et ne peut être réalisée qu’à des vitesses relativement faibles. Étant donné que le procédé GTAW est un procédé de soudage très propre, il peut être utilisé pour souder des métaux réactifs, tels que le titane et le zirconium, l’aluminium et le magnésium.

Soudage à l’arc submergé

Le soudage à l’arc submergé (SAW) est une méthode de soudage de haute qualité, qui consiste à submerger l’arc de soudage sous un monticule de particules de flux granulaires (composé de chaux, silice, oxyde de manganèse, fluorure de calcium) au démarrage de l’arc. Un flux supplémentaire est continuellement ajouté devant l’électrode au fur et à mesure de la progression de la soudure. Le flux protège l’arc et le métal fondu de l’atmosphère ambiante, empêchant ainsi la formation d’oxydes. Le métal d’apport est obtenu principalement à partir d’un fil d’électrode qui est alimenté en continu à travers la couverture de flux dans l’arc et le bain de flux fondu. Cela augmente la qualité de l’arc, puisque les contaminants dans l’atmosphère sont bloqués par le flux. Le flux fondu devient du laitier, qui est un déchet et doit être éliminé après le soudage. Pendant le processus de soudage à l’arc submergé, tout le flux ne se transforme pas en laitier. Selon le procédé de soudage, 50 % à 90 % du flux peut être réutilisé.

Le soudage à l’arc submergé est normalement opéré en mode automatique ou mécanisé. Le soudage à l’arc submergé est idéal pour toute application impliquant des soudures longues et continues. La possibilité de souder facilement des plaques épaisses, parfois avec des configurations de joints simples, fait de SAW la méthode de choix pour souder des composants d’assemblages structurels volumineux et épais. Par exemple, une cuve de réacteur sous pression est une cuve cylindrique avec une tête inférieure hémisphérique et une tête supérieure à bride et joint. La tête inférieure est soudée à la coque cylindrique, qui se compose de plusieurs anneaux soudés ensemble par soudage à l’arc submergé avec un espace étroit. Le soudage à joint étroit offre deux avantages majeurs. Il s’agit d’une configuration de joint économique avec moins de volume de soudure à remplir par rapport aux autres configurations de joint et le joint convivial pour l’automatisation soudé avec un paramètre modéré limite les défauts de soudure et donne une soudure de haute qualité.

Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. Janvier 1993.
US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Soudage