Le soudage
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Soudage à l'arc électrique sous flux en poudre CODE ISO : 121
SUBMERGED ARC WELDING (SAW)
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Type d'opération |
Automatique ou semi automatique |
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Équipement |
Source de courant CA ou CC Boîte de contrôle, dévidoir de fil, alimentation en flux. Câbles et dispositif de mécanisation. |
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Coût de l'équipement |
Pour le soudage seulement de 4 600 à 12 000 euros, sans mécanisation. |
1. Principe du procédé
L'arc submergé est une technique de soudage à l'arc électrique avec électrode fusible sous flux électro-conducteur en poudre. L’arc est entretenu dans le laitier liquide provoquant de la fusion partielle du flux, celui-ci forme une couche de protection lors du refroidissement.
Le flux forme un laitier qui apporte notamment du manganèse et du silicium. Certains flux, agglomérés entre autres, enrichissent le cordon en éléments d'alliage: chrome, nickel.
Généralement, la vitesse de dévidage est asservie à la vitesse de fusion du fil électrode par l’intermédiaire de la caractéristique externe plongeante du générateur de soudage. Autrement, le fil plein, fil fourré ou le feuillard, est dévidé à vitesse constante, comme en MIG/MAG. Une version du procédé est utilisée avec un dispositif à fils multiples, à très haut rendement.
Le flux non fondu est aspiré et peut être réutilisé via un tamisage, il doit être étuvé afin de donner un métal avec une faible quantité d’hydrogène dans le métal fondu.
2. Caractéristiques du procédé :
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Gamme d'intensité |
240 à 2000 Ampères |
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Gamme de tension |
26 à 48 volts |
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Taux de dépôt |
7 à 30 kg/h |
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Gamme d'épaisseur |
De 3 mm mini à toutes épaisseurs |
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Types de joint |
bout à bout et angle |
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Positions de soudage |
à plat ou en corniche avec dispositif de soutien de flux |
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Mise en œuvre |
Nécessite des opérateurs compétents |
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Portabilité |
Généralement fixe en atelier |
3. Consommables :
Fil électrode de 1,6 à 6 mm de diamètre en bobines de 12,5 à 100 kg
Flux adapté : le couple fil, flux est défini pour les matériaux à souder.
4. Matériaux de base :
Aciers ou carbone, ou Nickel et aciers alliés inoxydables. Quelques alliages spéciaux pour les rechargements.
5. Applications :
Chaudronnerie lourde, appareils à pression de haute qualité ; réalisation de stockage, sphères, colonnes, bateaux et mécano soudures nécessitant une forte productivité, charpente métallique, Off-shore, rechargement cylindres de laminoirs, rechargement galets de tracteurs
6. Avantages :
Important taux de dépôt, très bon état de surface, arc protégé de l’oxydation, bonne compacité. Fiabilité de mécanisations utilisées pour l’automatisation.
7. Inconvénients :
Le joint à souder doit être d’une grande précision, le procédé n’est généralement pas utilisé pour les passes de pénétration, à moins de mettre en œuvre une latte-support, l’apport d’énergie mis en œuvre ne convient pas toujours pour soudure en mono passe.
8. Hygiène et sécurité :
Pas de rayonnement dangereux grâce à un arc non visible, pratiquement pas de fumée.
Prévoir l’aspiration des poussières du flux.
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Soudage à l'arc sous gaz inerte avec électrode de tungstène CODE ISO: 141
TUNGSTEN INERT GAS (TIG)
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Type d'opération |
Manuel ou mécanisé |
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Équipement |
Générateur spécifique en CA ou CC, torche de soudage. Alimentation en gaz : manodétenteur, débit-litre. Équipement de mécanisation : dévidoir de fil, vireur. |
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Coût de l'équipement |
De 2 000 à 9000 €, sans mécanisation, et options. |
1. Principe du procédé
Un arc est crée par un courant électrique entre l’électrode de tungstène et la pièce à souder dans une atmosphère protectrice inerte ; le gaz employé le plus souvent est soit de l’Argon, soit avec un mélange d’Argon et d’Hélium.
La caractéristique très plongeante permet une grande variation de longueur d'arc pour de faibles variations d'intensité.
Les générateurs utilisés sont des générateurs dont la courbe tension-intensité est de type plongeante, cela signifies que pour une variation de tension, donc variation de la hauteur d’arc, l'intensité va peu varier.
Des générateurs exploitent les courants pulsés pour améliorer :
· La réduction d’apport en énergie
· Le meilleur taux profondeur-largeur dans le cas d'épaisseurs importantes
· La stabilité de l’arc
· L’uniformité de la racine
· La soudabilité en position critique
· La déformation de la pièce à souder
Des séquenceurs sont également disponibles afin gérer les phases de pré-chauffage, post-chauffage, monté et descente de courant ; avec la possibilité de générer des paramètres de soudage programmés.
Le procédé se caractérise par un apport en énergie modérés
L'absence de laitier et la nature inerte du gaz oblige à protéger l'envers des soudures pendant l'exécution des premières passes.
2. Caractéristiques du procédé :
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Gamme d'intensité |
4 à 400 A |
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Gamme de tension |
5 à 30 v |
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Taux de dépôt |
0,2 à 0.6 kg/h avec métal d’apport manuel |
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Gamme d'épaisseur |
0,1 mm à 6,0 mm en manuel |
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Types de joint |
tout type |
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Positions de soudage |
toutes positions |
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Mise en œuvre |
Simple |
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Portabilité |
Variable suivant générateur |
3. Consommables :
Fils électrodes conditionnés en baguettes ou bobines de 0,6 à 4,0 mm de diamètre.
Gaz en bouteille de 1, 4, 7, 10 m3, des mélanges spéciaux sont disponibles suivant les matériaux à souder.
4. Matériaux de base :
La majorité des métaux peuvent être soudés par ce procédé : base fer, nickel, alu, cuivre, inox, titane.
5. Applications :
Les applications vont du nucléaire, aéronautique, aérospatiale, aux travaux de tuyauterie, la réalisation de produits alimentaires, la chaudronnerie d'acier inoxydable, la carrosserie, les pièces en alliages légers.
6. Avantages :
Utilisable pour tous matériaux soudables,
Très haute qualité de compacité et d'aspect,
Très utilisé en première passe de pénétration,
Large gamme d'épaisseurs à souder,
Simple d'emploi,
Peu de fumées,
Soudage dans toutes les positions
Procédé automatisable.
7. Inconvénients :
Demande une protection au vent du poste de travail
Obligation d'opérateurs qualifiés
Plus lent que les procédés MIG-MAG
8. Hygiène et sécurité :
Arc visible chaud de 3 000 °C à 5 000 °C.
Émission d'ultraviolet : implique la protection des opérateurs.
Nocivités des électrodes en tungstène thorié.
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Soudage par résistance : par point, à la molette, par brossage CODE ISO = 21, 22, 23
SPOT WELDING, SEAM WELDING, PROJECTION WELDING
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Type d'opération
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Positionnement manuel ou automatique des pièces. Cycle de soudage automatique
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Équipement
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Transformateur, Boîtier de contrôle du cycle, électrodes en cuivre ou alliages de cuivre, refroidies par eau, vérin d'application d'effort |
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Coût de l'équipement |
Variable de 15 000 à 150 000 € |
1. Principe du procédé
Un courant amené par deux électrodes (ou molettes) d’une matière de faible résistance, cuivre ou alliage de cuivre, traverse les pièces à assembler sous une faible tension, ce qui provoque un fort échauffement localisé par effet Joule entre les pièces, constituant un bain de fusion.
Un effort est appliquée entre les deux électrodes afin de forgé les pièces en fusion et confine le bain de fusion contre l’oxydation de l'atmosphère.
Le soudage à la molette avec un positionnement pas à pas ou avec un mouvement entre les deux électrodes permet de réaliser des séries de points discontinus ou continus.
Les paramètres de soudage font intervenir simultanément : l'intensité du courant de soudage et l'intensité de l'effort exercés au moment du soudage
Le cycle de soudage se compose de 5 phases, l’accostage, le préchauffage, le soudage, le post-soudage, et le maintien. Le courant traverse les pièces lors des phases de préchauffage, soudage et post-soudage.
2. Caractéristiques du procédé :
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Gamme d'intensité |
100 à 500 000 A |
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Voltage |
4 à 30 v |
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Durée de cycle |
0,1 à 3 s/cycle |
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Gamme d'épaisseur |
0,01 à 10 mm |
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Pression entre électrode |
7 à 70 MN/m2 |
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Types de joint |
point ou joint continu |
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Positions de soudage |
toutes |
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Mise en œuvre |
aisée |
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Portabilité |
Généralement fixe en atelier |
3. Consommables :
Remplacement ou usinage des électrodes après 10 000 points environ, pour le soudage par points. Les alliages de cuivre offrent un bon compromis entre faible résistance électrique et tenue à l'usure.
4. Matériaux de base :
Grande gamme de matériaux, même revêtements spécifiques.
5. Applications :
Fabrications légères telles que carrosserie de machines domestiques ou de véhicules de transport : automobiles, aviation. Mais aussi appareillages sous pression comme les compresseurs hermétiques.
6. Avantages généraux :
Très grande productivité
Consommables peu coûteux pour des applications classiques
Opérateur avec faible qualification
L’énergie de soudage est très localisée et permet de réduire les déformations.
Travail possible avec des tôles de faible épaisseur
7. Inconvénients :
Le soudage par bossage est pénalisé par une exposition à la corrosion, même avec un revêtement après soudage.
La conception est limitée par la dimension de l'équipement, toutes les formes et de dimensions ne sont pas envisageables.
Le soudage par résistance est sensible, les paramètres doivent-être sous contrôle, pour éviter les dérives, on met en place des appareillages d’enregistrement pour surveiller les paramètres fondamentaux.
8. Hygiène et sécurité :
Pas d’émission d’UV, et infrarouge
Nuisance magnétique
Retour ... / Module soudage par résistance
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Soudage à l'arc électrique avec électrode enrobée, CODE ISO : 111
SMAW = Shielded Metal Arc Welding
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Type d'opération |
Manuel |
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Équipement |
Source de courant CA ou CC, câbles et porte électrode |
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Coût de l’équipement |
200 à 2 500 € |
1. Principe du procédé
Le soudage à l’arc à l’électrode enrobée est le plus vulgarisé des procédés de soudure. L'arc est crée et maintenu entre l'âme métallique de l’électrode enrobée et les pièces à assembler. Un générateur électrique fournit le courant continu ou alternatif nécessaire à la fusion de l’électrode. Le cordon de soudure est obtenu par solidification du bain de fusion, recouvert d'un laitier protecteur qui se détache plus ou moins facilement.
L'enrobage est constitué d’une poudre participe à la protection du bain de fusion de l'oxydation par l'air ambiant en générant une atmosphère gazeuse entourant le métal en fusion.
L’enrobage contribue à l'amorçage et la stabilité de l'arc, en fondant en même temps que l'âme de l'électrode, il protège par dégagement d’un gaz ionisé, le métal fondu lors du transfert dans l'arc. De plus, le laitier participe à l'affinage du bain de fusion en y apportant, des éléments d'addition, recouvre la zone fondue et ainsi ralentie la vitesse de refroidissement.
Les principaux types d'enrobage sont :
| - Acide ou A | |
| - Basique ou B(bas hydrogène) | |
| - Cellulosique ou C | |
| - Oxydant ou O | |
| - Rutile ou R | |
| - Spécial ou S |
Les électrodes basiques doivent impérativement être étuvées afin que le bain de fusion soit exempt d’hydrogène.
Les performances des électrodes en termes de maniabilité, positions possibles, pénétration, sont fonction du type et de l'enrobage.
2. Caractéristiques du procédé :
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Gamme d'intensité |
60 à 300 A |
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Gamme de tension |
20 à 30 volts |
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Taux de dépôt |
0,2 à 1,2 kg/h |
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Gamme d'épaisseur |
2 mm mini à toutes épaisseurs |
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Types de joint |
tous types |
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Positions de soudage |
toutes positions en fonction de l'enrobage |
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Mise en œuvre |
aisée |
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Portabilité |
bonne |
3. Consommables :
Électrodes de Ø 1,5 à Ø 8,0 mm et L = 150 à 250 mm
4. Matériaux de base :
Généralement réservé aux bases acier et nickel. Toutefois, il existe des électrodes spéciales pour d'autres matériaux : Cu, alliages d'alu.
5. Applications
Constructions de tous types et mécano soudure bateau, offshore, raffinerie, réparations et rechargement de surface.
6. Avantages :
Équipement peu coûteux, utilisable dans les accès difficiles : tuyauterie,échangeur, chaudière...
Échauffement localisé conduisant à une déformation réduite.
7. Inconvénients :
Nécessite des opérateurs qualifiés et formés. Procédé peu productif surtout pour retirer le laitier.
8. Hygiène et sécurité :
Arc visible émettant des radiations UV et infrarouges, température de 3000 °C à 5000 °C
Tension à vide supérieure à 70 V quand le circuit est ouvert, attention au risque d’électrisation dans une atmosphère humide.
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Soudage sous atmosphère inerte ou active
CODE ISO : 131-135
(GMAW = Gas Metal Arc Welding / Metal Inert - Active Gas = MIG-MAG)
| Type d'opération: |
Manuel - semi automatique ou automatique |
| Équipement : |
générateur, torche de soudage, alimentation de gaz avec manodétenteur et débit litre, moto-dévidoir de fil, câbles, mécanisations et automatisations |
| Coût de l'équipement : |
1 000 à 20 000 €, sans la mécanisation et l’automatisation |
Le procédé MIG ou MAG utilise un fil électrode fusible nu. La protection du bain de fusion est réalisée avec de l'argon pur ou additionnée d'une faible quantité d'autres gaz pour fluidifier l'acier et faciliter son transfert dans l'arc.
Le moto-dévidoir amène le fil dans le tube contact à une vitesse déterminée et constante, à une vitesse de fil donnée correspond une intensité délivrée par le générateur qui maintient le voltage sélectionné par un mode appelé autorégulation de l'arc.
Le procédé propose au moins 3 types de modes de transferts du fil, en fonction des paramètres d'alimentation de l'arc : le transfert par pulvérisation est un spray de métal, le transfert globulaire se présente sous forme de gouttelettes, et le transfert par courts-circuits dépose de grosses gouttes dans le bain de fusion.
Le procédé MAG se distingue par l’ajout du gaz carbonique dont le rôle est de réaliser une atmosphère active, oxydo-réductrice. Le transfert du métal dans ce cas se fait essentiellement par pulvérisation axial.
2. Caractéristiques du procédé
| Gamme d'intensité : |
Gamme étendue, différents type de transfert |
| Gamme de tension : |
Suivant caractéristiques du générateur |
| Taux de dépôt : |
De 0,7 à 6 kg/h |
| Gamme d'é paisseur : | De > 0,5 mm à 30 mm |
| Types de joint : | Tout type |
| Positions de soudage : | Toutes positions suivant le type de transfert et type du fil. |
| Mise en œuvre : | Aisée, maintenance minutieuse |
| Portabilité : |
Variable suivant matériel |
3. Consommables :
Fil électrode plein ou fourré de 0,6 à 2,4 mm en bobine de 0,5 à 12,5 kg, ou bien en fut de 350 kg. La composition du fil est sélectionnée en fonction des matériaux à souder.
Gaine fil, galets, faisceau de torche, diffuseur, tube contact, buse.
Gaz en bouteille de 7 m3 de composition variable. Des réseaux de gaz reliés à des cadres de bouteilles sont installés dans les entreprises spécialisées dans le soudage.
4. Matériaux de base :
Bases acier doux, titane, nickel, Cu, alu et tout matériau soudable.
5. Applications
Toutes applications de chaudronnerie, charpente, ouvrage d’art, automobiles ; également offshore, stockage, tuyauterie, …
Le soudage MAG ou MIG est largement utilisé dans les applications robotiques, car ça flexibilité lui permet une totale automatisation.
6. Avantages :
Peu de projection, pratiquement pas de laitier et un bon taux de dépôt, deux fois le procédé avec électrode enrobée. L’emploi de solution de soudage mécanisée réduit les reprises, ainsi que les travaux de finitions.
7. Inconvénient :
Risque de collage en particulier en procédé fil fin non pulsé en mode court-circuit.
8. Hygiène et sécurité :
L’arc visible émet des radiations à haute température : 3 500 °C à 7 500 °C, cela nécessite des équipements de protection en manuel et une cartérisation pour les systèmes automatiques. Fumée abondante avec le procédé fil fourré, notamment sans gaz.
9. Procédés similaires
fourré sans gaz : CODE ISO 114
fil fourré avec gaz actif : CODE ISO 136
fil fourré avec gaz inerte : CODE ISO 137