Dossier Soudage Greta 1 - gazaile.ulm.free.frgazaile.ulm.free.fr/public/outil/Dossier_Soudage.pdf · ‐ Acquérir des connaissances sur les différents types de soudage utilisé

Module soudage

Objectifs

‐ Acquérir des connaissances sur les différents types de soudage utilisé : ‐ Soudage à l’arc ‐ soudage oxyacéthylénique. ‐ Choisir et régler le matériel ‐ Réaliser correctement et en sécurité des petits travaux de soudage

Sommaire

Les assemblages thermiques ‐ Différents procédés de soudage

Soudage aux gaz ‐ Généralités soudage aux gaz ‐ Sécurité en soudage aux gaz ‐ Le soudage oxyacéthylénique

Soudage à l’arc ‐ Généralités sur le soudage à l’arc électrique ‐ Sécurité sur le soudage à l’arc électrique ‐ La protection du corps contre le soudage à l’arc ‐ Soudage avec électrode enrobée ‐ MIG / MAG ‐ TIG ‐ Soudage par résistance par points ‐ Les principaux défauts de soudure

Divers ‐ Le contrôle en soudage ‐ Effet du refroidissement ‐ Représentation symbolique des soudures ‐ Structure de la matière

Le Soudage

A) Généralités sur le soudage :

Définition : C'est un procédé d'assemblage permanent de 2 ou plusieurs pièces par fusion localisée du métal.

Principe :

Deux cas :

La soudure Autogène : Le métal qui compose le joint est de même nature que les pièces à souder La soudure Hétérogène : Le métal qui compose le joint est de nature différente des pièces à souder B) Principaux procédés de soudage :

1) le soudage au gaz ( au chalumeau ) :

C’est un procédé de soudure par fusion où la chaleur de soudure est produite par la combustion de gaz. La composition oxygène‐acétylène ( oxyacétylénique ) est aujourd’hui presque exclusivement employée. L’emploi de flux décapants permet de combattre l’oxydation en cours de soudage. Ce procédé se subdivise comme suit :

‐ sans flamme auxiliaire. ‐ avec flamme auxiliaire réductrice.

Flamme oxyacétylénique résultant de la combustion d’un volume d’acétylène ( gaz combustible ) pour deux volumes et demi d’oxygène ( comburant )

Source d'énergie

Chaleur FUSION Métal d'apport

Pièce 2

Pièce 1

On notera qu’une trop forte proportion d’oxygène entraîne une chaleur plus importante mais le risque d’oxydation augmente.

Schéma d’un chalumeau soudeur

Exemples d'applications : Son aspect économique et sa rapidité d'exécution font que ce procédé est beaucoup employé par les artisans.

2) le soudage à l’arc :

C’est un procédé de soudure par fusion où la chaleur est produite par un arc électrique, formé entre le métal de base et l’électrode, ou entre deux ou plusieurs électrodes. Le contact puis le léger éloignement de l’électrode par rapport aux pièces provoque l’arc électrique. L’électrode est constituée d’un métal dont les caractéristiques mécaniques, chimiques et physiques sont très proches du métal des deux pièces à souder.

Principe de la soudure à l’arc électrique

Le soudage à l’arc électrique comprend plusieurs techniques :

‐ Soudage à l’électrode enrobée :

L’électrode, dirigée manuellement est fusible et fournit le métal d’apport. L’enrobage assure un rôle protecteur et son épaisseur permet de jouer sur la forme du cordon, concave ou convexe ( voir schéma précédant ).

‐ Soudage MIG ( Metal Inert Gas ) :

Encore appelé semi‐auto, il est très adapté à la petite industrie : facile d’emploi ; arc visible ; pas de laitier ; grande vitesse de soudage ; temps de formation réduit. Il utilise une électrode fusible ( fil se déroulant automatiquement ) travaillant en atmosphère inerte ( gaz protecteur : argon, argon + hélium, etc.) afin de protéger le bain de fusion.

‐ Soudage MAG ( Metal Active Gas ) :

Variante du MIG utilisant un mélange de gaz carbonique CO2 et d’argon adaptée au soudage des aciers de construction au carbone.

Principe des soudages MIG et MAG

‐ Soudage TIG ( Tungsten Inert Gas ) :

Variante des précédents, plus productive et utilisant une électrode réfractaire ou non fusible en tungstène. Le métal d’apport est amené manuellement ( baguette ) ou automatiquement (fil déroulé). Il convient bien aux faibles épaisseurs ( 0.20 à 3 mm ) et peut aussi s’utiliser sans métal d’apport et remplacer le soudage par points (voir soudage par résistance ).

Principe du soudage TIG

Exemples d'applications :

Ce procédé est très utilisé dans l'industrie, car son procédé de fusion entraîne moins de déformations que le chalumeau. Il est employé dans la construction mécano‐soudée, la chaudronnerie, les charpentes métalliques, les chantiers navales, l'industrie automobile, le nucléaire, l'aérospatiale.

3) le soudage par résistance :

Les pièces à assembler sont maintenues en contact par un effort de compression puis soudées par recouvrement ou bout à bout sans métal d’apport. La fusion est provoquée par effet Joule : courant de forte intensité ( I > 2000 A ) sous basse tension. Après coupure du courant, l’effort de compression «forge» la soudure.

De nombreux procédés de soudure par résistance existent, nous allons voir le plus caractéristiques : le soudage par points. Très utilisé en grande et petite série, rapide, il est réalisé entre deux électrodes. La fusion se produit à la frontière entre les deux pièces à souder.

Principe du soudage par points

Il existe de nombreuses variantes à cette technique de soudage tel que le soudage par molette qui est une variante du précédant, ici les électrodes sont remplacées par des molettes tournantes ce qui permet un soudage continu ou discontinu très rapide.

Principe du soudage par molette


Ce procédé est très utilisé en grande et petite série, il est aussi très rapide. Il est utilisé dans de très nombreux domaines : l'industrie automobile, aéronautique, aérospatiale, nucléaire, électrique et électronique, les appareils ménagers, le mobilier métallique, les armatures en fils, le soudage en bout de barre, de profilés, de pièces tubulaires, de tôles, etc...

4) le soudage par friction :

Une des deux pièces à assembler est entraînée en rotation ( fig. 1 ). Les deux pièces sont mises en contact par un effort axial déterminé ( fig. 2 ). Par frottement les pièces s’échauffent de part et d’autre du plan de joint ( V = 100 m/min. ). Un bourrelet commence à se former ( fig. 3 ). Après un brusque arrêt de la pièce en rotation, l’effort axial est augmenté ( fig. 4 ). C’est la phase de forgeage de la soudure qui se traduit par la formation d’un bourrelet très caractéristique. On élimine ensuite ce bourrelet par usinage.

Différentes étapes du soudage par friction

On notera qu’il est préférable de souder deux pièces de même section.


Utilisé dans les mécanismes nécessitants une grande résistance (arbres de boites de vitesses, leviers sur axes, goujons sur moyeu de poids lourds, rallonges de forets, queues de soupapes...)

5) le soudage au fer :

Ce procédé de soudage est employé majoritairement dans l’industrie électronique pour les petites soudures. On utilise un fer qui fait office de résistance ce qui produit la chaleur nécessaire à la fusion du métal d’apport souvent l’étain.

Soudage au fer


Ce soudage n'est employé que dans l'électronique pour le soudage de composants, il est employé aussi bien dans l'industrie (soudage à la vague) que par les artisans (manuellement).

C) Principales règles de tracé :

Règle 1 : Souder des épaisseurs aussi voisines que possible. Si les épaisseurs sont nettement différentes, préparer les pièces comme sur le schéma suivant.

Règle 2 : Placer la soudure dans les zones les moins sollicitées. Eviter, en particulier, les sollicitations en flexion et en torsion.

Règle 3 : Penser aux déformations engendrées par les dilatations locales lors du soudage. Eviter en particulier les soudures d’angle sur pièces prismatiques.

Règle 4 : Afin d’augmenter la longévité des outils, éviter d’usiner une soudure.

Règle 5 : Eviter les masses de soudure et veiller à une bonne conception des renforts. Pour une construction fortement sollicitée, on supprime les amorces de rupture en effectuant un cordon de soudure.

Règle 6 : Veiller aux possibilités d’accès du soudeur, du chalumeau ou des électrodes. A vérifier notamment dans le cas des soudures en X ou avec reprise à l’envers.

Règle 7 : Prévoir des formes qui permettent le positionnement des pièces à souder ou à défaut, concevoir un montage de soudage. Règle 8 : Songer à des surépaisseurs pour l'usinage éventuel des faces après soudage (déformations).

Soudage aux gaz

Définition : Soudage avec énergie thermochimique 1. Liste des pièces détachées composant un chalumeau

Rep 1 : Robinet de gaz complet Rep 2 : Robinet oxygène complet Rep 3 : Olives + écrous à droite et à gauche Rep 4 : Becs Rep 5 : Mélanger + injecteur Rep 6 : Lance complète + bague Rep 7 : Lances malléables Rep 8 : Lances malléables rétreintes Rep 9 : Lance complète + injecteur 2. Principe

La chaleur est fournie par une flamme obtenue à partir de deux gaz, l’un carburant (acétyléne), l’autre comburant (oxygène), mélangés dans un chalumeau dans des proportions variables. La chaleur est transmise aux pièces par convection est rayonnement. Structure d’une flamme : 3. Paramètres

a. température de la flamme

La température de la flamme conditionne la vitesse de soudage. Elle dépend :

‐ de la nature du mélange, ‐ du rapport de consommation.

b. puissance spécifique

La température de la flamme et le débit de gaz caractérisent la puissance spécifique de celle‐ci. Le débit est fonction du matériau (point de fusion, conductibilité thermique, chaleur spécifique) et de l’épaisseur. Les valeurs appropriées concernant le débit de gaz (cas de la flamme oxyacétylénique) sont indiquées dans les tableaux ci‐dessous.

Consommation épaisseur (mm) Buse (l/h) Ø fil (mm) C₂H₂ (l/m) O₂ (l/m)

1 100 2 8.5 10 1.5 140 2 19 22 Soudage à plat 2 200 3 35 42 1 70 1.5 6 7 Soudage angle

extérieur 2 140 2 20 24 1 140 2 12 14 Soudage angle

intérieur 2 250 3 42 50 0.8 70 3 3.6 1 100 5 6 1.2 100 7.5 9 1.5 140 11 13

Soudage à plat sans métal d’apport

2 200 18 22 Soudage montant (à double cordon)

2 100 2 26 31

Pressions (en bar) Epaisseurs à souder (en mm)

Litrages des becs (en l/h) Oxygène acétylène

0.5 à 0.6 1 1.5 2.5 3 4 5

63 100 160 250 315 400 500

1 à 1.5

0.200 A

0.500

c. métal d’apport Le métal d’apport est de même nature que le métal de base. Il contient de surcroît un agent désoxydant (silicium et manganèse). d. flux Dans le cas des alliages légers et cuivreux, il est nécessaire d’employer un flux afin de renforcer l’action protectrice de la flamme.

e. méthodes de soudage

(4) (3) a) Soudage en corniche a) Soudage à gauche b) Soudage au plafond b) Soudage demi‐montant c) Soudage en angle intérieur c) Soudage en montant d) Soudage en angle extérieur d) Soudage en montant (avec 2 chalumeaux)

e. Température d’une flamme

La température d’une flamme varie, en fonction de la nature du mélange.

1. Acétylène, 2. Hydrogène, 3. Gaz de ville, 4. Propane

f. Maintien en position

Le pointage commence vers le milieu de la ligne de soudure et se poursuit alternativement à gauche et à droite. L’exécution préalable d’un talon de soudure est indispensable pour éviter tout risque de fissuration (T) talon de soudure.

Le montage de soudage doit assurer l’alignement des bords sans affecter le cycle thermique. Cette remarque détermine le choix des formes et dimensions ainsi que du matériau.

g. Mode opératoire

Généralités :

Principe de travail et de positionnement du chalumeau :

‐ L’angle d’inclinaison du chalumeau est de 45° par rapport au joint d’assemblage. ‐ Le métal d’apport qui précède le chalumeau est incliné de 45° par rapport au cordon. ‐ Le mouvement d’avance du chalumeau, de la droite vers la gauche, est le plus régulier possible

en maintenant le dard de la flamme à 2mm seulement de la surface de la pièce. ‐ Pendant les opérations de pointage et de soudage on veillera à ne pas sortir le métal d’apport de

la flamme de manière à éviter son oxydation par l’air ambiant.

Accrochage :

‐ Le pointage consiste à réaliser des cordons de soudures de quelques mm de long pour maintenir les pièces en position lors du soudage (éviter les surépaisseurs).

‐ Maintenir entre les bords un écartement constant sensiblement égal à e/2. ‐ Les points sont exécutés de façon alternative en partant du centre du joint d’assemblage. ‐ La distance entre chaque point est d’environ 20 à 30 fois l’épaisseur de la pièce à souder.

Précautions :

‐ Pour éviter la fissuration du cordon de soudure, il est nécessaire de réaliser un talon avant d’effectuer la soudure proprement dite.

‐ Pour exécuter le talon, démarrer un cordon en pleine tôle à environ 50 mm du bord en se dirigeant vers ce bord.

‐ Retourner ensuite la tôle pour réaliser la soudure proprement dite, en chevauchant le talon sur 8 à 10 mm.

4. Réglage de la flamme

Flamme réductrice, dite normale ;

Alimentation de la buse en volumes égaux d’oxygènes et d’acétylène. La zone réductrice protège le bain de fusion des oxydes métalliques pouvant se former au cours du soudage.

Flamme oxydante ;

Avec excédent d’oxygène, plus chaude que la flamme normale ; convient au soudage du laiton, de la fonte et haut soudo‐brassage des aciers galvanisés en créant des oxydes de zinc moins volatiles que le zinc lui même.

Flamme carburante ;

Avec excédent d’acétylène, moins chaude que la flamme normale ; convient au soudage de l’aluminium et de ses alliages.

5. Incidents de fonctionnement

Dard irrégulier :

‐ Buse déformée. ‐ La remplacer.

Dard dévié :

‐ Obstruction partielle de la buse par des particules d’oxyde. ‐ Nettoyer la buse en la frottant sur un morceau de bois ou à l’aide d’une aiguille en cuivre.

Déréglage de la flamme (causes) :

‐ Diminution de la pression de l’un ou des deux gaz. Claquements (causes) :

‐ Mauvais état du chalumeau. ‐ Obstruction de l’orifice de la buse (particule d’oxyde). ‐ Pression trop basse. ‐ Echauffement de la buse (fer l’acétylène, laisser l’oxygène ouvert et refroidir le chalumeau). ‐ Buse détériorée. Feu interne au chalumeau (causes) :

‐ Echauffement excessif de la buse. ‐ Mauvais montage des tuyaux. ‐ Etat défectueux du chalumeau.

Important : ‐ Pour éviter les flammèches noires à l’allumage, ouvrir d’abord légèrement l’oxygène puis

l’acétylène. ‐ Ne jamais laisser un chalumeau ouvert et non allumé, surtout au‐dessus d’un récipient vide. ‐ Ferme les bouteilles en cas d’arrêt prolongé.

h. détendeur

Compte tenu de l’écart entre la pression à la sortie de la bouteille (150 bars) et la pression d’utilisation (0.2 à 2 bars), il est nécessaire d’interposer un régulateur dans le circuit de distribution. Le détendeur comporte une membrane tendue par un ressort qui commande l’obturation d’un orifice relié à la haute pression. En modifiant la tension du ressort on obtient la pression adéquate indiquée par un manomètre.

i. domaine d’application Matière : Le soudage oxyacétylénique convient particulièrement aux aciers non alliés. On peut également souder les laitons, les alliages d’aluminium. Forme : La fig 5 ci‐dessous présente les joints couramment utilisés. Convient parfaitement pour la jonction des tuyauteries. Dimensions : Applicable à des épaisseurs inférieures à 2 mm. Tolérances : Etant donné la propagation de la chaleur dans le métal de base, ce procédé donne lieu à des déformations sensibles. La zone affectée thermiquement est nettement plus importante qu’en soudage électrique à l’arc.

6. Conclusion

Bien que concurrencé par le soudage électrique à l’arc sous atmosphère, le soudage aux gaz est très utilisé pour les métaux en feuilles de faible épaisseur. Du fait que la zone affectée thermiquement est plus importante qu’en soudage électrique à l’arc, la vitesse de refroidissement est plus lente et le risque de trempe est peu probable. Signalons les autres applications importantes de la flamme (chauffage, découpage).

Sécurité en soudage au gaz

1. Les risques et leurs conséquences Flamme, chaleur, rayonnement de la flamme ou de la pièce : ‐ Incendie, explosion : brûlures. ‐ Effet sur l’œil : éblouissement, fatigue de la vue, conjonctivite, cataracte professionnelle. Projection de particules : ‐ Particules incandescentes émises lors du soudage, particules émises au cours des travaux de

piquage de pièces soudées : brûlures ou lésions, notamment de l’œil. Inhalation ou ingestion de gaz ou fumées incommodes, insalubres ou toxiques : ‐ Intoxication des voies digestives ou respiratoires. Chute des pièces, des bouteilles ou de l’opérateur : ‐ Chocs et blessures. Causes des accidents les plus fréquents.

‐ Vêtements facilement inflammables (nylon souillé par des corps gras). ‐ Absence de lunettes de protection. ‐ Mauvais stabilité des pièces sur la table de soudage. ‐ Chalumeau mal réglé : retour de flamme. ‐ Chalumeau allumé gardé en main lors d’opérations autres que celles de soudage. 2. Attitude préventive Avant le travail : ‐ Mettre un vêtement de travail ajusté, non flottant, ainsi qu’une coiffe en tissu aussi peu

inflammable que possible, dépourvus de plis ou de revers, (coton ignifugé par exemple), et des chaussures de sécurité à coquilles d’acier.

‐ S’équiper de lunettes et des gants de protection. ‐ Dégager puis aménager l’aire de travail (fixation des bouteilles sur le support, des pièces sur la

table de soudage, mise en place du porte‐chalumeau). ‐ Mettre en marche le dispositif d’aspiration des fumées de soudage. ‐ Régler la pression d’utilisation (détendeurs). Pendant le travail : ‐ Garder en permanence les équipements de protection individuelle. ‐ Veiller à la stabilité des pièces à souder sur la table de soudage. ‐ Eviter des gestes néfastes avec le chalumeau allumé.

Après le travail : ‐ Fermer les robinets du chalumeau, des détendeurs et des bouteilles. ‐ Ranger le poste de soudage. ‐ Nettoyer l’aire de travail.

Soudage à l’arc électrique

L’expression soudage électrique à l’arc recouvre tout un ensemble de procédés de soudage par fusion généralement avec métal d’apport, dans lesquels l’énergie nécessaire est électro‐thermique, produite par un arc électrique. I. Généralités L’arc électrique est une décharge entre deux électrodes. Les électrons, provenant de la cathode incandescente, Bombardent l’anode à grande vitesse. Les électrons heurtent les atomes du milieu ambiant, provoquant une forte élévation de température (dans la mesure ou la différence de potentiel est suffisante) permettant de fondre les métaux en présence. On distingue deux déplacements de particules : ‐ les électrons issus de la cathode et bombardant l’anode (V = 100 m/s), ‐ les ions positifs issus de l’anode se dirigeant vers la cathode (V = 1 m/s) et la maintenant

incandescente.

II. Principe de soudage électrique à l’arc

En soudage électrique à l’arc, l’énergie calorifique est produite par un arc jaillissant entre une électrode et les pièces à assembler. Le métal d’apport est constitué par l’électrode elle‐même ou par une baguette indépendante.

III. Transfert du métal

Le fait que l’on puisse souder dans différentes positions laisse supposer que la pesanteur n’est pas la seule force agissant lors du transfert du métal d’apport. Plusieurs forces apparaissent dans l’arc électrique :

‐ la tension superficielle du métal en fusion, ‐ le plasma d’arc, ‐ l’effet de pincement électromagnétique, ‐ la vaporisation. Chacune de ces forces évolue différemment en fonction des paramètres du soudage :

‐ caractéristiques du courant, ‐ longueur de l’arc, ‐ milieu ambiant, ‐ type et diamètre de l’électrode.

Parmi les modes de transfert les plus courants, on a :

‐ transfert par court‐circuit ‐ transfert par pulvérisation axiale ‐ transfert en vol libre

IV. Influence de l’intensité du courant D’une manière générale :

‐ si l’intensité est élevée, on obtient une fusion rapide du métal d’apport avec, toutefois, des projections,

‐ si l’intensité est faible, la pénétration est insuffisante.

V. Equilibre du bain de soudage Le bain de soudage est soumis à diverses actions :

‐ la masse du métal en fusion, ‐ la tension superficielle, ‐ la force de l’arc, ‐ l’énergie cinétique des particules transférées. VI. Classification Les procédés de soudage électrique à l’arc se distinguent : ‐ par la nature de l’électrode, ‐ par le type de protection du bain de soudage vis‐à‐vis du milieu ambiant. VII. Matériel de soudage :

La structure générale d’un poste de soudage électrique à l’arc comprend : ‐ la source de courant, ‐ les organes de commande, ‐ l’outillage de soudage : porte‐électrode ou torche, ‐ éventuellement la source de gaz ou de flux. VIII. Identification d’un poste de soudage Tout poste de soudage comporte une plaque signalétique sur laquelle sont mentionnées les données relatives à l'exploitation. Parmi les caractéristiques concernant les postes de soudage, nous retiendrons :

• Le facteur de marche. Il s’agit en fait du régime d’utilisation, c’est‐à‐dire du temps pendant lequel le poste peut débiter une intensité donnée, sans échauffement excessif. Quand on dit qu’un poste débite 200 A à 70% multihoraire, cela signifie qu’il peut fonctionner normalement 3.5 min toutes les 5 min.

• La tension : ‐ A vide : celle que l’on mesure aux bornes secondaires du poste de soudage en circuit ouvert. Elle

doit être suffisante pour que l’amorçage de l’arc soit possible. ‐ En charge : celle que l’on mesure entre électrode et pièce, en régime de fonctionnement.

• L’intensité : ‐ De soudage : celle fournie par le poste en régime de fonctionnement normal.

La protection du corps contre le soudage à l’arc

I. Introduction Le soudage à l’arc représente des risques lorsque les précautions élémentaires de sécurité ne sont pas respectées.

Les origines de ces risques sont : ‐ le courant électrique, ‐ les rayonnements (lumière et chaleur provenant de l’arc électrique), ‐ les projections de particules incandescentes, ‐ les poussières, ‐ les gaz toxiques, ‐ les contacts ou chocs avec des pièces chaudes ou coupantes.

II. Les risques et leurs conséquences Arc, rayonnement et chaleur de l’arc ou des pièces à souder :

‐ Incendie : brûlures, ‐ Effet sur l’œil : " coup d’arc ", éblouissement, fatigue de la vue, conjonctivite, cataracte

professionnelle. Courant électrique :

‐ Electrisation, électrocution. Projection de particules :

‐ Particules incandescentes au cours du soudage, particules lors des travaux de piquage sur les pièces soudées : brûlures ou lésions notamment de l’œil.

Chute des pièces ou de l’opérateur :

‐ Chocs et blessures. Inhalation ou ingestion de gaz ou fumées incommodes, insalubres ou toxiques :

‐ Intoxication des voies respiratoires ou digestives.

III. Causes des accidents les plus fréquents :

. Opacité non appropriée du filtre de soudage, des casques ou des masques.

. Casques ou masques en mauvais état.

. Absence de casques, masques, lunettes (masques ou lunettes pour les aides‐soudeurs).

. Vêtements inflammables (en nylon souillé par des corps gras, par exemple).

. Porte électrode en mauvais état.

. Non respect des règles de sécurité relatives à l’utilisation du matériel électrique (isolement).

IV. La protection du corps Le soudage à l’arc expose le corps humain à un certain nombre de risques. Chaque zone du corps encourt des risques particuliers.

# Les yeux, le visage, le cou sont soumis à 3 sortes de dangers :

‐ les rayonnements visibles, invisibles, ultraviolets et infrarouges, ‐ les fumées toxiques ou nocives, ‐ les projections de particules.

# Les mains sont exposées à 3 sortes de risques, elles peuvent être :

‐ brûlées, ‐ atteintes de coupures, ‐ traversées par un courant électrique (c’est l’électrocution).

# Le système nerveux

Le cerveau commande l’ensemble du système nerveux. Ces cellules sont abîmées très rapidement en cas d’arrêt de la respiration par électrocution. Les risques d’électrocution sont d’autant plus importants que l’intensité est élevée.

# Les poumons sont exposés à l’action des fumées de soudages des gaz, des poussières qui proviennent :

‐ des produits de volatilisations des électrodes, ‐ du métal des pièces à souder, ‐ des solvants ayant servi au dégraissage des pièces et subsistant sur celles‐ci, ‐ du traitement de surface des pièces à souder, ‐ des revêtements qu’elles peuvent avoir reçus (enduit, peintures...), ‐ des gaz de protection ou de leurs produits de décomposition.

Nota : Plus l’intensité du courant de soudage est élevée, et plus l’émission de fumées est importante.

Liste des gaz dangereux pour les poumons :

‐ l’oxyde de fer, ‐ les fluorures, ‐ les oxydes de plomb, ‐ l’oxyde de cadmium, ‐ l’oxyde de zinc, ‐ l’oxyde de manganèse, ‐ l’anhydride carbonique, ‐ l’oxyde de carbone, ‐ les vapeurs nitreuses, ‐ l’ozone.

# Les pieds peuvent, en cours de travail être :

‐ heurtés (pièces fixées de travers), ‐ brûlés (par projection à haute température de particules), ‐ traversés par un courant électrique favorisé par un sol humide. ‐

V. Attitude préventive #Avant le travail :

‐ Mettre un vêtement de travail ajusté, non flottant, ainsi qu’une coiffe en tissu aussi peu inflammable que possible, dépourvus de plis ou de revers, (coton ignifugé par exemple), et des chaussures de sécurité à coquilles d’aciers.

‐ S’équiper des protecteurs individuels mis à disposition : casque ou masque, gants, tablier en cuir, guêtres.

‐ Dégager, puis aménager l’aire de travail, (fixation des pièces à souder sur la table de soudage ou le positionneur, mise en place du support de pistolet et des panneaux de protection).

‐ Mettre en marche le dispositif d’aspiration du gaz et des fumées de soudage.

#Pendant le travail :

‐ Garder en permanence les équipements de protection individuelle au cours des travaux. ‐ Veiller à stabilité des pièces à souder sur la table de soudage ou le positionneur.

#Après le travail :

‐ Ranger le poste de soudage, arrêter le dispositif d’aspiration, nettoyer l’aire de travail.

Soudage avec électrode enrobée

1. Principe

Procédé manuel dans lequel l’arc jaillit entre une électrode fusible et les pièces à souder. L’électrode est composée d’une tige métallique de faible longueur, enrobée de flux. Schéma :

L’arc jaillit entre une électrode fusible et les pièces à souder, assurent le transfert et la projection du métal d’apport. L’enrobage forme un laitier qui recouvre le cordon de soudure en fin d’opération.

2. Dimension de l’électrode

Ø ± 0.03 (mm) 1.25 1.6 2 – 2.5 3.15 – 4 – 5 – 6.3 – 8 ‐ 10

L ± 2 (mm) 150 ‐ 200 200 ‐ 250 350 350 ‐ 450

La norme A 81‐301 définit les caractéristiques dimensionnelles des électrodes métalliques enrobées destinées au soudage électrique à l’arc des aciers non alliés ou faiblement alliés.

2.1Rôle de l’enrobage

L’enrobage assure trois rôles fondamentaux :

a) Rôle électrique : ‐ L’enrobage contient des éléments qui favorisent pendant la fusion l’ionisation de la colonne d’arc

entre la pièce et l’électrode, et la stabilité de l’arc. b) Rôle physique et mécanique : ‐ L’enrobage étant plus réfractaire que l’âme, il se crée un cratère à l’extrémité de l’électrode qui

permet de diriger l’arc électrique en particulier pour le soudage en position. ‐ C’est également lui qui, transformé en laitier, soutient le métal fondu en place en particulier

dans le soudage en position (viscosité, refroidissement et solidification plus rapide). c) Rôle métallurgique : ‐ De par sa composition, l’enrobage protège l’arc électrique et le bain de fusion de l’action de l’air

ambiant en dégageant des gaz protecteurs et par la combustion d’éléments d’addition avides en oxygènes.

‐ Il protège également, « après sa transformation en laitier », le bain de fusion et le cordon de soudure de l’action de l’air ambiant et en ralentit le refroidissement.

‐ Les éléments en ferro‐alliages qu’il contient améliorent les caractéristiques métallurgiques et mécaniques du joint de soudure.

‐ Il améliore éventuellement le rendement du dépôt de métal par l’addition de poudre de fer ou autres métaux (de 115 à 200 % pour les électrodes à haut rendement).

2.2Les différents types d’enrobages Différents types d’enrobages sont actuellement disponibles ; ils sont désignés par leur lettre initiale : ‐ R : rutile ‐ B : basique ‐ C : cellulosique ‐ O : oxydant ‐ A : acide ‐ V ou S : autres types ou spéciaux Pour retenir facilement ces lettres utilisez ce terme mnémotechnique : « COBRA »

Enrobage Constituants Caractéristiques Domaines d’utilisation

Rutile

Principalement composé de : ‐ bioxyde de titane TIO2 ‐ cellulose ‐ ferro‐alliages FeMn ‐ spath fluor ‐ silicate de fer

Caractéristiques : ‐ facile à utiliser ‐ tension d’amorçage faible

Uo≥45 volts‐pôle ‐ fusion douce ‐ bonnes caractéristiques

mécaniques ‐ soudage en toutes positions ‐ enrobage généralement

semi‐épais ou épais

Serrurerie, charpente légère, menuiserie métallique, entretien, chantier.

Basique

‐ carbonate de chaux, de calcium ou de potassium

‐ ferro‐alliages Mn, Ti, Cr, Si ‐ spath fluor ‐ silicates ‐ poudre de fer pour les

électrodes

‐ excellentes caractéristiques mécaniques

‐ très bonne protection du bain de fusion

‐ soudage en toutes positions sauf vertical descendant PG

‐ tension d’amorçage forte U >60 volts‐pôle

‐ taux d’hydrogène très faible ‐ étuvage indispensable

Soudage des aciers au carbone et faiblement alliés, assemblages de haute qualité soumis à des sollicitations mécaniques importantes, structures spatiales, chaudières, construction navale, mécano‐soudure.

Cellulosique

‐ cellulose ‐ bioxyde de titane TiO2 ‐ silicate ‐ ferro‐alliages ‐ aluminium

‐ particulièrement réservé au soudage en vertical descendant PG

‐ enrobage mince et très volatile qui laisse peu de laitier

‐ tension d’amorçage Uo≥50 volts‐pôle

‐ bonnes caractéristiques mécaniques

‐ demande une intensité légèrement plus forte qu’en rutile

L’enrobage cellulosique est spécialement élaboré pour le soudage en position et plus particulièrement en PG de tôlerie, tuyauterie, chantier et serrurerie. Quand l’esthétique et la finesse du cordon sont nécessaires : ferronnerie, serrurerie, menuiserie métallique.

Oxydant

‐ oxyde de fer ‐ oxyde de Mn, Ti

‐ uniquement réservé au travail à plat

‐ bonne apparence du cordon ‐ tension d’amorçage Uo≥45

volts‐pôle

Réservé aux travaux de tôlerie, serrurerie, il est de moins en moins utilisé.

Acide

‐ oxyde de fer ‐ oxyde de Mn ‐ Mn, Si ‐ Ferro‐alliages

‐ très bon rendement 160 à 200 %

‐ soudage en « PA » ou « PB » ‐ cordon de bel aspect ‐ tension d’amorçage Uo≥60

volts‐pôle + ou – ‐ étuvage nécessaire

Soudage à plat BW, PA et en angle FW, PB, de tôlerie type de construction navale et grosse chaudronnerie. Uniquement sur aciers non alliés ou faiblement alliés.

3. Intensité

L’intensité dépend : # du diamètre de l’électrode : I = 50 x (Ø‐1)

# de l’épaisseur de l’enrobage :

Ø D Enrobage mince Enrobage semi‐épais Enrobage épais 1.6 25 A 30 35 2 40 50 55 2.5 60 70 75 3.15 95 105 115 4 130 150 160 5 175 190 200 6.3 230 250 275

Chaque type d’enrobage (pour un diamètre donné) nécessite une intensité comprise entre l’intensité minimale (instabilité de l’arc) et l’intensité maximale (échauffement excessif de l’électrode). Le tableau ci‐dessus donne des valeurs moyennes. I en A.

# de l’épaisseur des pièces à souder :

e Ø 1.6 Ø 2 Ø 2.5 Ø 3.15 Ø 4 Ø 5 Ø 6.3

1 25 2 35 45 55 3 60 70 90 5 90 110 130 160 6 120 140 160 8 125 150 170 12 130 170 200 250 15 180 210 270 25 200 230 320 50 250 350 80 250 350 100 250 350

L’intensité est fonction de la masse des pièces à souder. Leur épaisseur e caractérise assez bien cette notion. Les valeurs ci‐dessus sont valables pour le soudage à plat des aciers non alliés. I en A.

4. Tension

Comme nous l’avons noté précédemment, la tension dépend de l’intensité ; elle est donnée par la formule :

U = 0,04 I +20

5. Forme du joint

# Grosso modo, la section d’un joint obtenu par soudage à l’électrode enrobée est triangulaire. Cette forme peut découler naturellement des positions respectives des pièces, à assembler.

# Lorsque les pièces se représentent bout à bout, il est nécessaire d’adapter la forme des surfaces limitant le joint, en fonction de l’épaisseur.

e Préparation Symbole

2 à 4 mm

J = e/2

II

4 à 25

0<J<2

V

4 à 25

1 < J <2

Y

25 à 50

2.5 < J < 4

U

9 à 30

2 < J < 3

X

> 30

2 < J < 3

< 2

J = 0

II

Les indications ci‐dessus concernent le soudage à plat et supposent l’utilisation d’électrodes courantes. Les électrodes à forte pénétration permettent de repousser les limites supérieures.

# ou de la position de soudage.

6. Trajectoire de l’électrode

Suivant les dimensions du cordon et la position de soudage on adopte les trajectoires suivantes :

‐ trajectoire simple (fig : 6.a). L’électrode se déplace longitudinalement, dans le sens de la soudure, ‐ trajectoire composée (fig : 6.b). L’électrode se déplace longitudinalement ; plus un va‐et‐vient

transversal, ‐ trajectoire triangulaire. En position verticale on remplit le chanfrein par dépôt suivant des

tranches (fig : 6.c). ‐

a) Trajectoire simple. Réalisation d’un faible cordon.

b) Trajectoire composée. Réalisation d’un cordon large. c) Trajectoire triangulaire. Le sommet du triangle est légèrement plus haut pour faciliter

l’évacuation du laitier.

7. Forme du cordon

Dans le cas particulier du soudage en angle, la forme du cordon est influencée par le type d’électrode et la vitesse de soudage.

On peut classer les cordons d’après la forme de leur surface libre. a) Concave, b) Convexe, c) Plat. Au plan de la résistance, le cordon concave donne d’excellents résultats. Dans les trois cas, la cote L constitue l’élément dimensionnel prépondérant.

8. Position de l’électrode

D’une manière générale l’électrode est située dans le plan de symétrie du joint. Elle est inclinée d’environ 70° par rapport à l’axe longitudinal du joint. La distance électrode/pièce est d’environ le diamètre de l’âme. Toute fois dans le soudage en position (verticale) on doit tenir compte de la pesanteur et modifier en conséquence.

a) Soudage à plat. Notons que l’électrode se déplace de gauche à droite.

b) Soudage vertical montant.

c) Soudage vertical descendant.

9. Vitesse de soudage

La vitesse de soudage dépend principalement du rendement de l’électrode (rapport entre la masse de métal déposé et la masse de l’âme métallique utilisée).

10. Conclusion

Le soudage avec électrodes enrobées est l’un des procédés les plus employés. L’application de l’enrobage sur le fil métallique est réalisée par filage ; ce procédé permet d’obtenir une épaisseur régulière et par conséquent une fusion uniforme. Les diamètres des électrodes sont compris entre 2.5 et 6.3 mm ; les longueurs dépendant des diamètres varient de 225 à 450 mm.

D’une manière générale on adopte les petits diamètres de la gamme pour la soudage en position ainsi que pour les passes à fond de chanfrein.

La position de l’électrode est conditionnée :

‐ par l’orientation de l’arc afin de favoriser le transfert du métal vers le joint, ‐ par la visibilité du caractère pendant toute l’opération.

A chaque reprise du cordon, il faut éliminer soigneusement le laitier qui risque d’être inclus dans le bain.

Le soudage avec électrodes enrobées nécessite peu d’investissements. Par contre, la qualification de l’opérateur constitue l’atout essentiel dans la réalisation de joints difficiles à obtenir par d’autres procédés.

Mode opératoire

1. Soudage à plat • Pour épaisseur de 1 à 4 mm :

‐ écartement des bords e/2 ‐ pointage tous les 20 à 30 épaisseurs avec une légère surintensité ‐ polarité – en rutile et + en basique ‐ arc court

• Pour épaisseur de 5 à 15 mm :

Chanfrein en V avec ou sans reprise à l’envers ‐ talon du chanfrein 1.5 à 3 mm ‐ jeu de 2 à 3 mm ‐ le jeu doit être contrôlé après le pointage ‐ pointage tous les 30 à 40 épaisseurs ‐ les points doivent être pénétrés comme s’il s’agissait d’un cordon de soudure ‐ anticiper les déformations dues au retrait, avant le soudage ‐ polarité, ‐ en rutile, ‐ en basique pour la pénétration et + en basique pour le remplissage ‐ arc court

• Précautions Dans le cas d’assemblage simple il est souvent utile d’anticiper les déformations en prévoyant une pré‐déformation qui permet de retrouver la forme voulue de la pièce après soudage.

2.Soudage en angle intérieur • Pour petites et moyennes épaisseurs de 2 à 12 mm ‐ pas d’écartement des bords : les pièces sont au contact ‐ pointage tous les 25 à 30 épaisseurs, alterné des deux côtés avec une surintensité ‐ Intensité supérieure de 20 % environ par rapport au soudage à plat ‐ Polarité – en rutile et + en basique ‐ Le plan de déplacement de l’électrode est légèrement inférieur au plan bissecteur ‐ L’inclinaison de l’électrode dans le plan de travail est de 60 à 70° ‐ L’arc est maintenu court

3. Soudage en angle extérieur • Pour petites et moyennes épaisseurs de 3 à 12 mm ‐ les éléments sont montés carre à carre :

‐ au contact pour les petites épaisseurs, ‐ avec un léger jeu (1 à 2mm) pour les moyennes épaisseurs.

‐ pointage tous les 20 à 30 épaisseurs ‐ intensité inférieure de 10% environ par rapport au soudage à plat ‐ polarité – en rutile et + en basique ‐ maintenir l’électrode dans le plan bissecteur ‐ l’inclinaison de l’électrode dans le plan est de 70 à 80°

• Ne pas utiliser si le joint est soumis à des efforts de flexion angulaire

4. Soudage en corniche • Pour les petites épaisseurs de 2 à 4mm ‐ sur bords droits ‐ jeu = e/2 ‐ pointage tous les 20 à 30 épaisseurs ‐ intensité inférieure de 10% par rapport à soudage à plat ‐ polarité – en rutile et + en basique ‐ maintenir l’électrode dans un plan de travail légèrement sous l’horizontale

• Pour les moyennes épaisseurs de 4 à 12mm ‐ préparation généralement dissymétrique du joint

‐ chanfrein du bas 15° ‐ chanfrein du haut 35 à 40°

‐ talon de 2 à 3mm ‐ jeu de 2à 3mm ‐ pointage tous les 30 épaisseurs ‐ intensité inférieure de 10% par rapport au soudage à plat ‐ éviter le travail avec des électrodes de gros diamètre ‐ polarité – en rutile, ‐ en basique 1er passe et + en basique remplissage ‐ maintenir un arc très court ‐ éviter les passes trop bombées qui peuvent amener des inclusions dans les passes suivantes

5. Soudage en montant • Pour les moyennes et fortes épaisseurs de 4 à 12 mm ‐ rarement utilisé sur des épaisseurs inférieures à 4 mm ‐ chanfrein en V, ouverture environ 60 à 70° ‐ pointage tous les 20 à 30 épaisseurs ‐ talon de 2 mm ‐ jeu de 2 à 3 mm ‐ intensité inférieure de 15 à 20% par rapport au soudage à plat, en veillant à maintenir un bain de

fusion fluide pour éviter les inclusions ‐ polarité – en rutile et + en basique • En passe de pénétration, l’électrode est située dans le plan bissecteur du joint ; le travail

s’effectue avec un léger balancement transversal. ‐ l’inclinaison est légèrement négative en 1er passe et devient pratiquement perpendiculaire pour

les passes suivantes. ‐ Pendant les passes de remplissage veiller à marquer un léger temps d’arrêt de chaque côté du

cordon pour éviter les caniveaux

6. Soudage en montant Le soudage des tubes s’exécute sur tubes de moyens ou gros diamètres 60 à 250 mm et d’épaisseur = 4 mm Deux possibilités sont développées • Tube tournant, axe horizontal Le travail est assimilé à une soudure à plat ou en demi‐montant ‐ bords chanfreinés en V ‐ talon de 1.5 à 2 mm ‐ jeu mini 2.5 mm même pour les faibles épaisseurs ‐ pointage variant en fonction du diamètre :

‐ 3 points pour les petits diamètres, jusqu’à 8 ou 10 points pour les gros diamètres ‐ intensité légèrement inférieure au soudage à plat du fait de la concentration de la chaleur

• Tube fixe, axe horizontal Le travail s’effectue symétriquement, en deux temps, de chaque côté du tube ‐ successivement dans les positions plafond, montante, demi‐montante et à plat ‐ le point de départ du cordon se situe en arrière de l’axe inférieur du tube ; il est ensuite meulé

pour la reprise ‐ l’intensité est inférieure de 10 à 15% par rapport au soudage à plat ‐ maintenir un arc très court ‐ la position de l’électrode varie au cours du travail en fonction de l’inclinaison du cordon

PROCEDE MAG 135 – MIG 131

Installation type :

Dispositif commun à tous les postes :

a) Protection du soudeur g) Câble de masse et prise b) Gaz h) Dévidoir de fil c) Détendeur / Débitmètre i) Câble de torche d) Alimentation primaire j) Torche e) Mise sous tension k) Affichage des paramètres f) Faisceau de liaison l) Bobine de fil

Équipements et accessoires :

• Un masque avec verres teintés spéciaux numéros 12 à 15 • Une combinaison de soudeur et gants en cuir souple • Une brosse métallique • Une meuleuse d'angle électrique ou pneumatique pour les reprises. • Des écrans ou rideaux de protection • Une ventilation efficace dans les endroits confinés

Quelques définitions :

MIG : Metal Inert Gas : gaz "neutre" pour souder les aciers fortement alliés et les métaux non‐ferreux.

MAG : Metal Activ Gas : gaz "actif" pour souder les aciers faiblement alliés.

Gaz neutres : Argon (gaz de base des mélanges) et Hélium (en mélange).

Gaz actifs : Dioxyde de carbone (CO2) ,Oxygène (O2) ,et plus rarement Hydrogène (H2).

Un gaz devient actif lorsque son degré d'oxydation est supérieur à 2.

Comment déterminer le degré d'oxydation d'un mélange gazeux ?

On peut utiliser les valeurs suivantes : 1% d'O2 = 1 degré d'oxydation.

1% de CO2 = 0,5 degré d'oxydation.

Transfert du métal :

Les régimes de transfert du métal :

Régime court‐circuit (Short arc)

Intensité moyenne : 50 à 150 ampères.

Épaisseur des pièces : 0,5 à 2 mm.

Les gouttes de métal fondu ne se détachent du fil qu'après avoir touché la pièce : c'est à ce moment qu'il y a "court‐circuit".

L'intensité (< 200 A) et la tension d'arc (14 à 20 V) sont faibles. L'arc est court et instable. Le métal est déposé par grosses gouttes dans le bain de fusion par une succession de courts‐circuits (de 50 à 200 par seconde) entre le fil et le bain de fusion. Cette méthode de transfert permet une bonne maîtrise des passes de pénétration. Il y a des projections de métal sur les abords des pièces soudées. Il est indispensable de disposer d'une self ou inductance (amortisseur électrique) pour favoriser la stabilité de l'arc et réduire les projections de gouttes de métal sur les abords des tôles à souder. Le bout du tube contact doit être sorti d'environ 5 à 10 mm à l'extérieur de la buse en passe de pénétration. Le tube contact est placé au niveau de la buse pour les autres passes (remplissage et finition).

• Utilisé pour les passes de pénétration • Utilisé pour le soudage de tôles minces

• Utilisé pour le soudage en position

En transfert par court‐circuit ou short arc, le bout du tube contact doit être sorti d'environ 5 à 10 mm à l'extérieur de la buse pour la passe de pénétration. La partie de fil libre ou stick‐out doit être d'environ 5 mm. L'inclinaison de la torche par rapport à la pièce est comprise entre 65° et 70°.

Régime globulaire et pulsé

Intensité moyenne : 150 à 300 ampères.

Épaisseur des pièces : 2 à 6 mm.

Globulaire : de grosses gouttes de métal se détache du fil avant de toucher la pièce avec une fréquence peu élevée ce qui provoque des projections importantes (cordon de mauvais aspect, encrassement des buses...).

• Utilisé pour les passes de remplissage • Utilisé pour le soudage de tôles épaisses • Utilisé pour le soudage à plat

Pulsé : avec des postes de soudages adaptés (mais encore assez cher), on réduit le diamètre des gouttes, leur nombre augmente et elles sont mieux dirigées. Ce mode de transfert remplace avantageusement le globulaire et peut même se substituer au régime court‐circuit si nécessaire.

Régime pulvérisation axiale (Spray‐arc)

Intensité moyenne > à 300 ampères.

Épaisseur des pièces > à 6 mm.

De fines et nombreuses gouttes de métal sont transférées dans l'arc de manière régulière et précise : les cordons de soudures obtenus sont de très bonne qualité.

• Utilisé pour les passes de remplissage et finition • Utilisé pour le soudage de tôles épaisses • Utilisé pour le soudage à plat

En transfert par pulvérisation axiale ou spray‐arc, le bout du tube contact doit être arasant à l'intérieur de la buse. La partie de fil libre ou stick‐out doit être d'environ 20 mm. L'inclinaison de la torche est comprise entre 75° et 85°.

Choix des régimes d'arc en fonction du gaz de soudage :

Régime / Gaz CO2 Argon + CO2 Argon pur

Court‐circuit OUI OUI NON

Globulaire OUI OUI OUI

Pulvérisation NON OUI OUI

Les gaz de soudage en soudage MAG :

GAZ DE PROTECTION POUR LES ACIERS CARBONE

Composition Nouvelles couleur d'ogive

Ancienne couleur d'ogive

Avantages Inconvénients

GAZ PUR

CO2

Bon marché. Faible sensibilité à la rouille. Bonne aptitude sur les tôles oxydées. Soudage en position. Peu de projections en régime court‐circuit. Pénétration importante.

Aspect de cordon médiocre. Oxydation du cordon en surface. Réglages délicats.

MÉLANGES BINAIRES

ARGON + CO2

Réglages relativement faciles. Bon mouillage du cordon. Bain plus chaud. Mélange le plus couramment employé.

Prix de revient plus élevé. Sensibilité à l'humidité et à la rouille.

ARGON + O2

L'oxygène améliore le mouillage. Peu de projections.

Soudage à plat uniquement.

MÉLANGES TERNAIRES

ARGON + CO2 + O2

Gaz polyvalent. Prix de revient plus élevé.

Influence du gaz de soudage sur la pénétration :

Influence des paramètres de soudage MAG fil plein sur la soudure :

INFLUENCE DES PARAMÈTRES DE SOUDAGE

Paramètres Valeur Largeur Pénétration Surépaisseur

Intensité de soudage

Vitesse de dévidage du fil

Tension de soudage

Longueur terminale

Vitesse de soudage

Soudage torche tirée

Soudage torche poussée

Influence de la hauteur d'arc :

La hauteur d'arc détermine la valeur de la tension en Volts et la largeur du cordon de soudure. Plus la hauteur d'arc est grande, plus la tension est élevée et plus le cordon est large.

La partie terminale ou stick‐out est la distance déterminée entre l'extrémité de l'arc et le tube contact. La longueur de fil libre doit être suffisante pour éviter un échauffement excessif du tube contact. Le fil libre ne doit pas être trop long afin d'éviter l'échauffement du fil par effet joule. Lorsque la partie terminale augmente, le taux de dépôt s'accroît

Les deux sens de déplacement de la torche de soudage :

SOUDAGE EN POUSSANT / TORCHE POUSSÉE / A GAUCHE

Avantages / Inconvénients Représentation graphique

La tôle est bien préchauffée par l'arc (amélioration du mouillage). Le bain de fusion est en arrière de l'arc. La vision du bain de fusion est totale. La surépaisseur du cordon est moins importante que par la méthode torche tirée. La pénétration est moins prononcée que par la méthode en tirant. Le mouillage est très satisfaisant. Le cordon s'étale en largeur.

SOUDAGE EN TIRANT / TORCHE TIRÉE / A DROITE

Avantages / Inconvénients Représentation graphique

Le bain de fusion est très chaud, très fluide et difficile à maintenir. Le mouillage est moins bon que par la méthode en poussant. Le cordon de soudure est bombé. La pénétration du bain est importante. La vision du bain de fusion est masqué par la buse de soudage. Cette méthode est utilisée pour le transfert d'arc par pulvérisation avec une grande vitesse de soudage.

Les fils pour acier carbone

Les fils pour aciers carbone non alliés ou faiblement allié sont pleins, tréfilés et calibrés dans des diamètres de Ø 0,6 mm à Ø 2,4 mm. Ils sont conditionnés en bobine de 15 à 20 kilogrammes ou en fûts (pour la robotique). Ils sont recouverts d'une pellicule de cuivre pour éviter l'oxydation surfacique et permettre un bon passage électrique avec le tube contact de la torche lors du soudage. Ils sont composés principalement de carbone (C : 0,06 à 0,08 %), manganèse (Mn : 1,0 à 1,5 %), silicium (Si : 0,6 à 0,9 %), soufre (S : 0,025 %) et phosphore (P : 0,025 %).

La densité de courant dans un fil :

La densité de courant dans un fil est le nombre d'ampères par millimètre carré de section du fil.

Exemple :

L'intensité de 150 Ampères passe dans un fil de Ø 0,8 mm puis dans un fil de Ø 1,6 mm

Fil Ø 0,8 mm Fil Ø 1,6 mm

Section : 0,4 x 0,4 x 3,14 = 0,5 mm2 Section : 0,8 x 0,8 x 3,14 = 2,0 mm2

Densité : 150 A : 0,5 mm2 = 300 A/mm2 Densité : 150 A : 2,0 mm2 = 75 A/mm2

L'apport calorifique sur la pièce sera plus important avec le fil de Ø 0,8 mm. Pour une intensité de soudage égale, il est préférable de choisir le fil de diamètre supérieur.

Choix du diamètre de fil de soudage :

Diamètre du fil en mm Gamme d'intensité applicable Type de soudage

Ø 0,6 mm 40 à 100 A Carrosserie automobile

Ø 0,8 mm 60 à 180 A Tuyauterie faible épaisseur

Ø 1,0 mm 100 à 300 A Toutes positions passe de pénétration

Ø 1,2 mm 150 à 350 A A partir de 8 mm d'épaisseur

Ø 1,6 mm 200 à 700 A A partir de 12 mm d'épaisseur

Choix de la tension d'arc suivant le diamètre de fil de soudage :

Diamètre du fil en mm Type de transfert Valeur de tension en

Volts

Ø 0,6 mm Court circuit 16 à 17 Volts

Ø 0,6 mm Grosses gouttes 17 à 21 Volts

Ø 0,6 mm Pulvérisation axiale 21 à 24 Volts













Choix de l'intensité de soudage :

Intensité = (Tension ‐ 14) x 20

Tension = 14 + (0,05 x Intensité)

Abaque de réglage

PROCEDE TIG 141

Installation type :

TIG: Tungsten Inert Gas

GTAW : Gas Tungsten Arc Weldings

Équipements et accessoires :

• Un générateur de courant continu ou alternatif (principalement pour l'aluminium). • Un groupe réfrigérant à circuit fermé (lors d'utilisation à forte intensité) • Une bouteille de gaz avec détendeur/débitmètre et boyaux d'alimentation • Une torche de soudage (avec ou sans refroidissement) avec câble conducteur • Une pince de masse avec câble conducteur • Un masque avec verres teintés spéciaux numéros 10 à 13 • Une combinaison de soudeur et gants en cuir souple • Une brosse métallique • Une meuleuse d'angle électrique ou pneumatique pour les reprises. • Des écrans ou rideaux de protection • Une ventilation efficace dans les endroits confinés

Transfert du métal

Pré gaz : Purge les canalisations avant soudage.

Rampe de montée : Permet une montée progressive du courant de soudage.

Évanouissement de l'arc : Évite le cratère en fin de soudage et les risque de fissuration (surtout sur alliages légers).

Post gaz : Protection de la pièce et de l'électrode.

Définition :

Procédé à l'arc sous protection de gaz inerte avec une électrode infusible (tungstène).

Principe : Le soudage est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre l'électrode infusible de tungstène (de Ø 1,0 mm à Ø 8,0 mm) et la pièce à souder. Le métal d'apport (baguette de fil dressé de Ø 0,8 mm à Ø 4,0 mm) est amené manuellement ou automatiquement avec un dévidoir motorisé (bobine de fil de Ø 0,8 mm à Ø 2,0 mm) dans le bain de fusion. Le bain de fusion est protégé de l'atmosphère externe par un cône invisible de gaz inerte (de 5 à 25 litres/minute) de protection Argon (ou Argon + Hélium ou Argon + H2 pour les procédés automatiques.

Les électrodes

Différents types d'électrodes infusibles pour le soudage TIG :

• Tungstène pur (couleur d'extrémité verte) : soudage en courant alternatif des alliages légers.

• Tungstène thorié (0,5 à 4 % thorium ‐ couleur d'extrémité rouge) : soudage en courant continu des aciers et inox.

… et aussi tungstène cérié (0,5 à 4% cérium ‐ couleur d'extrémité grise ) : soudage en courant continu des aciers et inox et tungstène zirconié (0,5 à 4% zirconium ‐ moins utilisées blanc ou brun)

Lors du soudage, l'électrode de tungstène doit continuellement être protégée par de l' argon jusqu'à son refroidissement complet afin d'éviter sa détérioration. La polarité de l'électrode est toujours négative en courant continu : polarité directe.

Électrodes de tungstène et gaz de protection

Type de métal Épaisseur Type de courant Électrode Gaz de protection

Toutes Alternatif (CA) Pure ou au zirconium

Argon ou argon‐hélium

Épais seulement CC P Directe Thoriée Argon ou argon‐

hélium Aluminium

Mince seulement CC P Inverse Thoriée ou au zirconium

Argon

Toutes CC P Directe Thoriée Argon ou argon‐

hélium Cuivre, alliages de cuivre

Mince seulement Alternatif (CA) Pure ou au zirconium

Argon

Toutes Alternatif (CA) Pure ou au zirconium

Argon Alliages de magnésium

Mince seulement CC P Inverse Thoriée ou au zirconium

Argon

Nickel, alliages de nickel

Toutes CC P Directe Thoriée Argon

Carbone, acier faiblement allié


hélium


Argon


hélium Acier inoxydable


Argon ou argon‐hydrogène

Titane Toutes CC P Directe Thoriée Argon

• Courant continu avec électrode positive : Courant Continu Polarité Inverse • Courant continu avec électrode négative : Courant Continu Polarité Directe • Courant alternatif : CA.

L'affûtage de l'électrode infusible pour le soudage TIG :

La préparation géométrique de la pointe de l'électrode infusible est une variable importante. L'affûtage est exécuté à l'aide d'une meuleuse à grain fin avec récupération des poussières.

L'affûtage de l'électrode est réalisé par un cône avec un angle compris entre 30 et 60 degrés. Les stries d'usinage ou de meulage doivent être dans le sens longitudinal de l'électrode.

Hauteur de la pointe 1,5 à 3 fois le diamètre de l’électrode.

La pointe d'extrémité du cône doit être adoucie pour supporter les densités de courant.

On peut parfois faire un petit méplat au bout de l'électrode, d'environ le tiers du diamètre de l'électrode, pour augmenter son pouvoir émissif (capacité d'émettre des électrons) et concentrer la colonne de l'arc.

Règle générale : plus l'angle est petit (plus l'électrode est pointue), plus la pénétration est large et peu profonde.

Pour souder avec du courant alternatif ou du courant continu avec polarité inversée (CCPI), le bout de l'électrode doit être hémisphérique.

Pour obtenir un tel profil, on utilise un branchement CCPI, on amorce un arc sur une plaque assez épaisse pour absorber la chaleur qui sera générée et on maintient une intensité assez élevée pour faire fondre l'extrémité de l'électrode.

Avec une électrode au zirconium, la boule se forme automatiquement lorsqu'on utilise du courant alternatif avec haute fréquence. Une fois fondu, le bout de l'électrode conserve sa forme hémisphérique, ce qui produit un arc stable.

CCPI : + à l’électrode.

CCPN : ‐ à l’électrode.

CA : courant alternatif.

Choix du diamètre d’électrode :

COURANT CONTINU (polarité directe)

Ø électrode Tungstène purTungstène thorié

Ø 1,0 mm 10 à 70 A 10 à 80 A

Ø 1,6 mm 50 à 100 A 50 à 120 A

Ø 2,0 mm 80 à 160 A 80 à 190 A

Ø 2,4 mm 100 à 200 A 100 à 240 A

Ø 3,2 mm 140 à 260 A 140 à 300 A

COURANT ALTERNATIF

Ø électrode Tungstène pur Tungstène thorié

Ø 1,0 mm 10 à 50 A 20 à 70 A

Ø 1,6 mm 40 à 80 A 50 à 100 A

Ø 2,0 mm 60 à 110 A 70 à 180 A

Ø 2,4 mm 80 à 150 A 90 à 200 A

Ø 3,2 mm 100 à 200 A 150 à 250 A

Les torches et les buses

Choix des torches :

La torche a trois fonctions:

• Maintenir l'électrode de tungstène. • Canaliser le gaz de protection. • Assurer la continuité du courant pendant le soudage.

Le procédé TIG dégage beaucoup de chaleur, les torches doivent être refroidies. Lorsque le soudage requiert une faible intensité de courant, c'est le gaz qui circule dans le boyau où se trouve le câble du courant de soudage qui aide à refroidir la torche. Toutefois, lorsqu'un courant élevé est exigé, soit entre 150 et 500 A, c'est un liquide qui refroidit la torche et le câble de soudage.

Choix des buses de torche : Céramique (couleur rose foncé et brun clair), Alumine (couleur rose) et Corindon (couleur blanche)

Fourchette d'intensité Fourchette de diamètre interne

Moins de 70 ampères de Ø 5 à Ø 9 mm

De 70 ampères à 150 ampères de Ø 9 à Ø 11 mm




Le métal d’apport

Métal d’apport :

Le procédé TIG peut s'appliquer avec ou sans métal d'apport, selon le type de joint et le métal à souder. Ainsi, il est souvent possible de fusionner des pièces minces sans avoir recours à une baguette d'apport. C'est le cas des joints à bords relevés, des joints d'angle extérieur et des joints à recouvrement. Cependant, le métal d'apport est indispensable pour souder des pièces épaisses.

Choix du métal d’apport : La composition des baguettes d'apport doit se rapprocher le plus possible à celle du métal de base de façon que le mélange soit homogène. Les baguettes de métal d’apport utilisées doivent être spécifiques au soudage TIG : les baguettes d'apport en acier recouvertes d'une couche de cuivre et utilisées en soudage oxyacétylénique sont déconseillées parce qu'elles entraînent l'inclusion

Diamètre Épaisseur à souder

2 0.5 à 2

3 2 à 5

4 5 à 8

4 ou 5 8 à 12

5 ou 6 12 ou plus

d'impuretés.

Le métal d'apport ainsi que le métal de base se mélangent durant le soudage, et leur composition a une influence directe sur la qualité de la soudure. Aussi, il est nécessaire de bien nettoyer les baguettes et le métal de base afin qu'il n'y ait aucune contamination.

Les gaz de soudage:

Composition Ancienne couleur d'ogive

Nouvelle couleur d'ogive

Description

GAZ PUR

ARGON

Utilisable dans la grande majorité des applications de soudage TIG.

MÉLANGES BINAIRES

ARGON + 20 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Polyvalence / Performance. Coût important

ARGON + 1 à 3 % AZOTE

Utilisable sur les aciers duplex (austéno‐ferritique).

L'utilisation d'un gaz de protection inerte à l'envers du bain de fusion est obligatoire et techniquement impérative sur les matériaux comme les aciers inoxydables, les bases nickel, le titane, le zirconium. (rochage sur les inoxydables et pollution par les gaz H, O et N pour les matériaux très réactifs à l'air).

Réglages :

L'épaisseur des pièces détermine l'intensité du courant à utiliser, le diamètre de l'électrode et le diamètre de la baguette d'apport, le cas échéant. De manière générale, on calcule de 35 à 50 A par millimètre d'épaisseur.

QUELQUES PRÉPARATIONS DE JOINTS POUR LE SOUDAGE TIG

Epaisseur en mm Fourchette d'intensité Ø métal d'apport Préparation

De 0,5 à 0,8 mm 10 à 25 ampères Sans

De 0,5 à 0,8 mm 10 à 25 ampères Sans

De 0,8 à 1,0 mm 20 à 40 ampères Sans ou Ø 1,0 mm

De 1,5 à 2,0 mm 30 à 60 ampères Ø 1,6 mm

De 2,0 à 3,0 mm 45 à 80 ampères Ø 1,6 à 2,0 mm



De 8,0 à 12 mm 90 à 180 ampères Ø 2,0 à 3,0 mm

De 8,0 à 12 mm 90 à 180 ampères Ø 2,0 à 3,0 mm

Pour des réglages plus fins, et pour déterminer les débits de gaz, utiliser les abaques constructeurs :

Annexe 1 : Paramètres SAF

Annexe 2 : Paramètres SANA

Pratique du soudage

Les caractéristiques d'un cordon de soudure TIG sont les suivantes:

• le profil du cordon est légèrement convexe; • sa surface est douce et régulière; • les stries sont régulièrement espacées; • les côtés du cordon sont bien fusionnés à la surface du métal de base.

Avant d'exécuter le soudage, les pièces doivent être nettoyées à l'aide d'une brosse d'acier, d'une lime ou d'un solvant.

Utiliser des outils spécifiques à chacun des matériaux.

Les électrodes doivent être préparées pour le soudage:

• pour le soudage avec du courant continu et une électrode négative, l'extrémité de l'électrode doit former un cône d'un angle compris entre 30 et 60°;

• pour le soudage avec du courant continu et une électrode positive ou du courant alternatif, le bout de l'électrode doit être hémisphérique.

La longueur libre de l'électrode doit être environ égale au diamètre de l' électrode , plus , si la géométrie du joint ne permet pas d’approcher suffisamment (par ex. : soudure en angle intérieur).

La purge sert à fournir une protection gazeuse supplémentaire au joint à souder. Elle s'effectue en utilisant l'argon ou un autre gaz inerte pour souffler l'air hors du joint, ce qui prévient l'oxydation du métal.

‐ On utilise la purge pour le soudage de joints sur plaques et pour effectuer les passes de pénétration sur les tuyaux.

‐ Les plaques de support utilisées pour la purge doivent avoir une rainure d'au moins 5 mm de profondeur.

‐ Pour effectuer une purge lors du soudage des aciers inoxydables, il faut utiliser une plaque de support en cuivre et l'argon comme gaz de purge.

‐ La purge des tuyaux de petit diamètre s'effectue simplement en soufflant le gaz de purge à l'intérieur durant le soudage.

‐ Pour purger des tuyaux de grand diamètre, on doit installer des barrages pour retenir le gaz de protection. Ces barrages sont généralement constitués de papier biodégradable et maintenus à l'aide de ruban adhésif spécial.

Les angles de la buse et de la baguette d'apport durant le soudage dépendent en grande partie du type de joint et de la position de soudage.

Dans tous les cas de soudage à l'aide du procédé TIG, le cordon s’effectue « en poussant ».

Positions de soudage :

Soudage d'un joint bout à bout en position à plat

Les angles nécessaires pour le soudage d'un joint bout à bout en position à plat. La torche et la baguette sont placées l'une en face de l'autre sur un même plan.

Soudage d'un joint d'angle intérieur en position horizontale

Les angles à maintenir lors de l'exécution d'une soudure d'angle intérieur

Soudage de joints en position verticale montante

Soudage de joints en « corniche » :

Soudage par résistance par points (procédé 21)

1. Définition du procédé : Les pièces à souder sont superposées et sont serrées localement entre deux électrodes en alliage de cuivre. L'ensemble pièces / électrodes est traversé par un courant de soudage qui provoque une élévation de température par effet Joule et la fusion localisée des deux pièces dans la zone de positionnement des deux électrodes.

2. Rappel d'électricité: Loi de Joule : Lorsqu'un courant électrique parcourt un conducteur, la quantité de chaleur dégagée est proportionnelle au carré de l'intensité du courant et au temps. W (en joules) = R (Ohm) x I2 (Ampères) x t (secondes) Résistance : La résistance d'un conducteur, à température ambiante, est : • Proportionnelle à sa longueur • Inversement proportionnelle à sa section • Fonction du matériau constitutif de l'âme du conducteur R (Ohm) = p (micro‐Ohm) x (L (cm) / S (cm2))

3. Installation pour le soudage par points :

1. Un transformateur de courant de soudage 2. Un dispositif de mise en pression des électrodes 3. Un dispositif de commande du cycle de soudage 4. Les différents types de transformateurs de soudage : • Les transformateurs monophasés

• Les transformateurs triphasés avec changement de fréquence • Les transformateurs triphasés avec redresseurs • Les transformateurs électrostatiques (décharge de condensateurs) 5. Les différents types de mise en pression des électrodes :

• La commande manuelle • La commande pneumatique • La commande hydraulique (eau ou huile) • La commande mécanique 6. Les avantages du procédé : • Rapidité d'exécution • Limitation des déformations • Absence de préparation des bords à souder • Possibilité d'automatisation 7. Les inconvénients du procédé : • Assemblage par recouvrement uniquement • Epaisseur soudée limitée à la puissance de la machine

8. Paramètres du procédé de soudage par points par résistance :

8 ‐1 ‐ Diamètre du point de soudure : Le diamètre du point de soudure est fonction des paramètres suivants : • de l'intensité du courant • du temps de passage du courant • de la section de contact des électrodes • de l'effort appliqué aux électrodes 8 ‐2 ‐ Diamètre de la pointe de l'électrode en cuivre : Le diamètre de contact de l'électrode doit être d'environ 2 fois l'épaisseur de la pièce à souder + 3 mm. Lorsque l'assemblage est réalisé sur des pièces d'épaisseurs différentes et de nuance identique, l'électrode la plus petite est placée sur la pièce d'épaisseur la plus mince. Lorsque l'assemblage est réalisé sur des pièces d'épaisseur égale et de nuances différentes, l'électrode la plus petite est placée sur la pièce dont la résistivité est la plus faible.

8 ‐3 ‐ Distance minimale entre le point de soudure et le bord de la pièce : La distance entre la rive de la pièce et le point de soudure doit être d'environ 2 fois l'épaisseur minimale + 4 mm pour éviter un éclatement du point de soudure sous l'effet de la pression hydrostatique du noyau en fusion. 8 ‐4 ‐ Distance minimale entre deux points de soudure : La distance entre deux points doit être d'environ 3 fois le diamètre du point de soudure pour éviter un shuntage du courant de soudage. Si la distance entre points est inférieure à 3 x Ø du point, il est nécessaire d'augmenter l'intensité pour compenser cet effet de shuntage.

8 ‐5 ‐ Quelques paramètres indicatifs pour le soudage par points :

PARAMÈTRES DE SOUDAGE RÉSISTANCE PAR POINTS

ACIERS NON ALLIES

Epaisseur Ø pointe Intensité Temps Pression

0,5 mm 4 mm 2 000 A 0,2 s 60 daN

0,5 mm 4 mm 4 000 A 0,04 s 150 daN

1,0 mm 5 mm 3 000 A 0,4 s 100 daN

1,0 mm 5 mm 8 000 A 0,1 s 250 daN

2,0 mm 7 mm 5 000 A 1,0 s 200 daN

2,0 mm 7 mm 14 000 A 0,3 s 500 daN

3,0 mm 9 mm 8 000 A 2,0 s 300 daN

3,0 mm 9 mm 19 000 A 0,6 s 800 daN

4,0 mm 11 mm 10 000 A 3,2 s 380 daN

4,0 mm 11 mm 24 000 A 0,9 s 1 250 daN

5,0 mm 13 mm 12 000 A 4,5 s 450 daN

5,0 mm 13 mm 28 000 A 1,4 s 1 700 daN

PARAMÈTRES DE SOUDAGE RÉSISTANCE PAR POINTS

ACIERS INOXYDABLES (Documentation SCIAKY)

Epaisseur Ø pointe Intensité Temps Pression

0,5 mm 4,0 mm 3 750 A 0,04 s 175 daN

0,8 mm 4,5 mm 6 000 A 0,10 s 300 daN

1,0 mm 5,0 mm 7 600 A 0,14 s 400 daN

1,5 mm 6,0 mm 11 000 A 0,20 s 650 daN

2,0 mm 7,0 mm 14 000 A 0,24 s 900 daN

2,5 mm 7,5 mm 16 000 A 0,28 s 1 200 daN

3,0 mm 8,5 mm 18 000 A 0,32 s 1 500 daN

9. Soudage par points multiples :

L'exécution simultanée de plusieurs points sans déplacement des pièces permet d'améliorer la productivité surtout lorsque le nombre de points à réaliser est important. Le courant parcourt successivement chaque couple d'électrodes

10. Quelques cycles de soudage :

Le cycle de soudage le plus fréquemment utilisé :

Le cycle de soudage avec variation de l'effort de compression :

Accostage : maintenir un bon contact entre les pièces à assembler. Soudage : le courant passe pendant un temps déterminé. Forgeage ou maintien : après soudage les pièces sont maintenues pendant la solidification du point. Temps mort : c’est l’intervalle de temps entre 2 cycles consécutifs. 11. Essais pour qualifier et contrôler le soudage par points :

Pour vérifier la qualité du soudage d'un point de soudure par résistance, plusieurs essais destructifs sont réalisés : • L'examen macrographique et/ou l'examen micrographique • La filiation de dureté sous cordon des aciers susceptibles à la trempe • L'essai de cisaillement • L'essai d'arrachement ou de déboutonnage • L'essai d'endurance ou de fatigue Cisaillement par traction : l’éprouvette représentant l’assemblage est mise en extension dans une machine de traction. Les points sont rompus par cisaillement.

Essai de déboutonnage : On sépare deux pièces par arrachement. Comme le noyau de soudure a une résistance au cisaillement supérieure à celle de la tôle on obtient un trou dans l’une des pièces. Essai de torsion : La valeur de l’angle de torsion est liée à la résilience de la soudure. Le point cassé permet de déterminer le diamètre de la zone fondue et sa texture.

Essai de torsion : La valeur de l’angle de torsion est liée à la résilience de la soudure. Le point cassé permet de déterminer le diamètre de la zone fondue et sa texture.

Les principaux défauts de soudure

NF EN 26250

Groupe 1 : FISSURES

FISSURATION A CHAUD: Elle est due à la présence de ségrégations. Au moment de la solidification, les impuretés seront rejetées dans l'axe du cordon qui pourra fissurer sous l'effet des contraintes.

Précautions:

• Eviter les joints étroits et profonds • Eviter le bridage • Modérer la vitesse d'avance • Utiliser des matériaux de bonne qualité.

FISSURATION A FROID: C'est un phénomène dû à la présence combinée de trois facteurs:

• Hydrogène • Contraintes • Structure métallurgique sensible

(trempe martensitique)

Ce type de fissure peut apparaître vers la fin du refroidissement (0° < 250°) ou de façon différée, plusieurs heures après l'exécution de la soudure.

.

Précautions:

• Pré et/ou post chauffage • Etuvage des électrodes.

Groupe 2 : CAVITES

RETASSURE: C'est une cavité qui se forme lors du retrait dû à la solidification. De tels défauts sont fréquents en fin de passe, et doivent être éliminés avant reprise.

SOUFFLURES: Elles sont constituées par des poches de gaz qui n'ont pu se dégazer lorsque le bain de fusion était liquide et restent occluses dans la masse du cordon. On notera qu'une soufflure débouchant en surface s'appelle une PIQURE.

Précautions:

• Décapage, dégraissage, séchage des bords . • Etuvage des électrodes . • Bon réglage de l'énergie de soudage.

Groupe 3 : INCLUSIONS SOLIDES

INCLUSION DE LAITIER: En soudage à l'arc à l'électrode enrobée, le laitier provient de la fusion des éléments non métalliques de l'enrobage. Celui‐ci étant moins dense que le métal fondu, doit normalement flotter à la surface. Lorsqu'il reste inclus dans le cordon, cela peut provenir:

• Chanfreins trop étroits • Mauvais décrassage entre passes • Choix de l'électrode • Mauvaise intensité.

INCLUSION METALLIQUE: Elle se produit surtout dans le cas du soudage TIG, lors d'un contact accidentel de l'électrode en tungstène avec le bain de fusion ou lorsque l'intensité de soudage trop forte vis à vis du diamètre de l'électrode provoque l'éclatement de la pointe.

Groupe 4 : MANQUE DE FUSION ET DE PENETRATION

MANQUE DE FUSION: C'est un manque de liaison entre le métal de base et le métal déposé. Il constitue une entaille aiguë susceptible de jouer le rôle d'amorce pour une fissure de fatigue. Avec les procédés MIG ‐ MAG, les risques de collage sont importants.

Causes possibles:

• Mauvaise tenue de l'électrode • Intensité trop faible • Electrode de diamètre trop faible • Vitesse d'avance élevée • Mauvaise préparation.

MANQUE DE PENETRATION: Manque de fusion des 2 bords laissant subsister un intervalle entre les bords. Ce défaut est très dangereux car il réduit la section résistante du cordon et il se situe en racine du cordon où les concentrations de contraintes sont importantes. De plus, ce défaut est à l'origine d'entailles qui peuvent servir d'amorces de rupture par fatigue.

Causes possibles:

• Mauvaise préparation des bords • Energie de soudage insuffisante • Vitesse d'avance trop élevée • Reprise envers sans gougeage

préalable.

Groupe 5 : DEFAUTS DE FORME

CANIVEAUX: C'est un manque de métal en forme de sillon en bordure du cordon. Ils sont dus à un courant de soudage trop intense et à une technique opératoire défectueuse. Ils sont fréquents lors du soudage en position verticale lorsque l'électrode est animée d'un balancement à cadence trop rapide et ne comportant pas un temps d'arrêt de part et d'autre de la surépaisseur. Leur présence peut compromettre la résistance à la fatigue. On peut les atténuer, voire les supprimer par meulage suivi ou non d'un rechargement selon la profondeur du défaut. On appelle MORSURE un caniveau local.

SUREPAISSEUR OU CONVEXITE EXCESSIVE: L'excès de métal se raccorde à la surface de la tôle par un angle vif ou un recouvrement qui produit un effet d'entaille qui est toujours dangereux. L'origine du défaut est évidente: vitesse de soudage trop lente ou intensité trop forte. Suivant la nature des sollicitations et l'importance de la surépaisseur, on pourra se contenter de réduire son épaisseur par meulage ou au contraire l'araser totalement et éventuellement refaire le joint.

MANQUE D'EPAISSEUR: Lorsque le soudeur ne remplit pas complètement l'intervalle entre les bords à souder, la surface du cordon présente une forme de gouttière. Dans les soudures multipasses, il peut arriver que le soudeur manquant d'initiative n'ajoute pas de lui même la passe supplémentaire qui peut être nécessaire pour remplir le chanfrein.

EFFONDREMENT: C'est un affaissement du métal déposé dû à une fusion excessive. Il entraîne une mauvaise répartition des contraintes et un risque de rupture différé dans le temps.

EXCES DE PENETRATION:

Une préparation incorrecte, une intensité trop forte, un type d'électrode non approprié et une mauvaise manipulation de l'électrode peuvent être à l'origine de ce défaut. Un gougeage assez profond ( en raison d'un manque de fusion éventuel ), suivi d'une reprise à l'envers, permet de corriger un excés de pénétration.

DEFAUT D'ALIGNEMENT:

Une dénivellation provient d'un montage incorrect des éléments à assembler ou de la rupture du pointage avant soudage. Elle est assez fréquente lorsque l'on soude des tôles d'épaisseurs différentes. Dans ce cas, certains codes ou spécifications fixent la valeur de la pente des délardages qui permettent un raccordement progressif.

DEFORMATION ANGULAIRE: Elle peut avoir plusieurs origines:

• Contraintes de retrait après soudage • Défaut d'alignement • Mauvais formage des pièces.

TROU:

Ce défaut est provoqué par un bain de fusion trop important en position horizontale, au plafond ou un écartement des bords à souder excessif. Ce défaut est inacceptable car il compromet l'étanchéité de l'assemblage si cette qualité est requise et

également le comportement de celui‐ci en fatigue.

ROCHAGE:

Ce défaut est surtout rencontré lors du soudage des aciers inoxydables sous atmosphère inerte (TIG, MIG) lorsque la protection gazeuse n'est pas assurée correctement à l'envers du joint. Il s'agit d'une oxydation du bain de fusion ( oxydation du chrome ). Le ROCHAGE est également observé lors du soudage oxyacétylénique des aciers ordinaires effervescents lorsque la flamme est oxydante.

MAUVAISE REPRISE:

C'est une irrégularité locale de surface à l'endroit d'une reprise. Ce défaut doit être éliminé par meulage ou burinage afin d'améliorer l'état de surface de la soudure ( passe de finition ) ou éliminer la présence d'un manque de fusion.

Groupe 6 : DEFAUTS DIVERS

COUP D'ARC:

C'est une altération locale et superficielle du métal de base résultant d'un amorçage accidentel de l'arc au voisinage de la soudure. Même meulés, les coups d'arc sont des défauts graves qui blessent profondément le métal de base en altérant sa structure et font encourir des risques de fissuration.

PROJECTION ( ou PERLE ): Ce sont des éclaboussures de métal en fusion projetées sur la soudure ou le métal de base. On les rencontre:

• En soudage à l'arc ( intensité trop élevée, enrobage humide, soufflage magnétique ) • En MIG / MAG ( mauvais réglage de la longueur d'arc et de la vitesse ) • En TIG ( projection de tungstène )

Parmi les défauts divers, il faut citer les COUPS DE MEULE, COUPS DE BURIN, ou encore traits de scie que, par souci d'esthétique ou de camouflage, le soudeur effectue le long du cordon de soudure.

CAUSES PRINCIPALES:

Défauts:

• Cordon trop bombé • Fusion molle

Cause principale:

• Intensité trop Faible

Défauts:

• Cordon déformé et caniveaux

• Projections importantes

• Fusion Crépitante

Cause principale:

• Intensité trop forte

Défauts:

• Cordon trop gros • Effondrement des

cordons d'angle

Cause principale:

• Vitesse d'avance trop faible

Défauts:

• Largeur de cordon irrégulière

• Caniveaux • Fusion irrégulière

Cause principale:

• Vitesse d'avance trop rapide

Défauts:

• Cordon irrégulier • Stries très

prononcées

Cause principale:

• Arc trop court

Défauts:

• Cordon irrégulier • Projections

Cause principale:

• Arc trop long

Le contrôle en soudage

Les contrôles en soudage constituent une opération de la plus haute importance. Seuls sont habilités à les conduire : ‐ Les soudeurs eux‐mêmes, lorsqu’ils sont qualifiés selon la norme européenne EN 287, et qu’il

s’agit d’opérations directement liées à la procédure de soudage. ‐ Les opérateurs qualifiés par le C.O.F.R.E.N.D (comité français des essais non destructifs), selon

leur niveau.

1. Définitions des trois temps de contrôle

• Avant le soudage

L’opérateur doit s’assurer et vérifier si la pénétration est bien celle préconisée pour effectuer la soudure. ‐ préparation des bords

‐ jeu entre les parties à assembler ‐ type de soudage « procédé »

‐ Le numéro du lot des électrodes ou du métal d’apport à employer. (Un lot d’électrodes s’identifie par n° de coulée de l’acier constituant l’âme métallique ainsi que le type d’enrobage.)

‐ La température et la durée de l’étuvage des électrodes. ‐ La géométrie du chanfrein. ‐ Le réglage de la tension et de l’intensité de soudage du poste générateur. ‐ La température et l’étendue du préchauffage.

‐ position de soudage ‐ propreté générale du joint à souder

• Pendant le soudage Le soudeur par lui‐même peut modifier la position de la source d’énergie afin d’obtenir un dépôt de métal régulier, stable et proportionné, sans défaut apparent.

‐ Les conditions de stockage des électrodes pour éviter la reprise d’humidité de l’enrobage. ‐ La température entre les passes de soudage. ‐ La qualité de l’élimination du laitier. ‐ Les contrôles visuels ou par ressuage entre passes.

• Après le soudage

1. Les essais destructifs de caractérisation des éprouvettes : ‐ texture (pliage), traction, résilience, dureté, macro et micrographie.

2. Les essais non destructifs : ‐ ressuage, magnétoscopie, ultrasons, radiographie.

2. Défauts, causes et remèdes

Défauts Causes Remèdes

Projections : l’électrode crache en formant des gouttes plus ou moins volumineuses aux abords des la soudure.

Courant trop élevé. Electrode humide. Mauvaise prise de masse.

Régler l’intensité. Etuver les électrodes. Changer de place la prise de masse.

Mauvais aspect de la soudure : surface rugueuse, non brillante, cordon déformé, etc...

Electrodes humides. Mauvaise préparation du joint. Acier de base trop chargé en carbone.

Etuver les électrodes. La modifier. Choisir de préférence une électrode rutile de bonne qualité ou mieux une basique.

Soufflures dans la soudure : des trous, des manques de métal sont observés au sein de la soudure. Piqûres en surface des soudures.

Tôles humides ou oxydées, huile en surface. Tôles de base trop chargées en soufre ou en carbone : soudabilité

Sécher ou dégraisser, nettoyer les tôles. Utiliser une électrode basique. Etuver les électrodes,

difficile. Electrodes humides.

particulièrement les basiques.

Morsures et caniveaux le long de la soudure : des sillons plus ou moins réguliers répartis de part et d’autre de la soudure, diminuent l’épaisseur de l’assemblage et créent des amorces de rupture.

Intensité trop élevée. Tôles trop oxydées. Mauvais balancement de l’électrode : insister sur les bords de la soudure.

Remédier à ces causes en pensant toujours qu’une vitesse d’avance trop rapide favorise la formation de ces défauts. En soudage d’angle, la position de l’électrode joue un rôle important.

Manque de pénétration : la soudure n’est pas continue à l’envers.

Mauvaise préparation ou écartement insuffisant. Electrode trop grosse.

L’intensité étant bien réglée pour le diamètre choisi, ajuster l’écartement. Choisir un diamètre plus faible.

Inclusions de laitier : le laitier reste emprisonné entre les passes ou en surface.

Multiples : tôles oxydées, manque d’intensité, mauvaise préparation des couches ou mauvais piquage entre les passes.

Les tôles étant propres, les cordons plats, veiller surtout à ne pas créer d’angles, de caniveaux, où le laitier s’incruste. Sur les joints de haute sécurité meuler entre les passes.

Cordon trop bombé ou trop creux. Vitesse de soudage et intensité mal réglées.

Faire varier les deux paramètres.

Criques dans la soudure : une fissure se forme dans le métal déposé, lors du refroidissement, donc sous l’effet des retraits.

Complexes et nombreuses : acier trop dur (% en carbone élevé), épaisseur et retraits importants, manque de pénétration ou section de soudure insuffisante, température extérieure trop basse, électrodes humides, etc..

Dans l’ordre croissant des difficultés : choisir un diamètre supérieur ou diminuer la vitesse de soudage (augmentation du volume de métal déposé), choisir une électrode basique, préchauffer, changer de séquence de soudage (diminution des retraits).

3. Les essais non destructifs

• Visuels Ce contrôle s’opère essentiellement par le soudeur lui‐même. Il lui permet d’affiner ses réglages et de régler sa vitesse d’avance.

1 la présence de caniveaux 2 une sur‐épaisseur ou une sous‐épaisseur (gorge a) 3 un manque de pénétration

• D’étanchéité

Ce contrôle s’effectue par emplissage d’eau et montée en pression. Il permet en outre de vérifier la contenance du réservoir. La pression d’épreuve est de 1.5 à 2 fois la pression de service. Compte tenu du danger que cela représente, le contrôle à l’air comprimé ne peut s’opérer que pour des pressions inférieures à 3Mpa. Pour les petites capacités, lorsqu’il est recherché une étanchéité parfaite, le contrôle peut se faire en immergeant le réservoir, soumis à un vide poussé, dans une atmosphère d’hélium. Ce procédé ne permet pas de localiser la fuite.

• Par ressuage

Le ressuage consiste à badigeonner la soudure et son environnement d’un liquide très fluide et très peu volatil : « le rouge d′organol ». La grande fluidité de ce produit lui permet de pénétrer les micro‐fissures débouchantes. (1) Après un essuyage minutieux, la zone est recouverte de talc en suspension dans un aérosol. (2) Les résidus de rouge d’organol présents dans les fissures, apparaissent sous la forme d’auréoles rouges. (3)

• Fluorescence

La fluorescence s’effectue dans les mêmes conditions que le ressuage. Le rouge d’organol est remplacé par une encre fluorescente mise en évidence sous lumière ultraviolette.

Le talc est remplacé par un renforçateur à base de silice.

• Magnétoscopie

La magnétoscopie consiste à enduire une pièce d’une encre chargée en poudre de fer et à créer un champ magnétique perpendiculaire au défaut probable. Si la pièce (ferromagnétique) est homogène, la poudre de fer restera répartie uniformément. A l’endroit d’un défaut, les lignes d’induction étant déviées, il se produit une concentration de poudre de fer, que ce défaut soit débouchant ou non.

‐ un électro‐aimant classique (1) ‐ une bobine d’induction créant un courant de Foucault (2)

• Les ultrasons U.S.

La méthode consiste à mettre un signal ultra‐sonore, émis par un palpeur, sous un angle d’incidence, dans une pièce perméable aux ultrasons et d’en recueillir l’onde réfléchie. Si les U.S. ne rencontrent aucun obstacle, ils atteindront la face inférieure de la pièce et se réfléchiront suivant un angle de réflexion égal à l’angle d’incidence.(1) Si le U.S. rencontrent un défaut sur leur parcours, celui‐ci constituera une surface réfléchissante et le palpeur recueillera deux ondes réfléchies. (2) Tous les palpeurs sont émetteurs‐récepteurs.

• Le non destructif

Le non destructif est le plus employé en raison du fait qu’il ne remet pas en cause l’ouvrage et permet de vérifier, de rectifier l’état du cordon tant sur le plan interne qu’externe.

4.Les essais destructifs

Le destructif est employé pour attester du bon choix des paramètres de soudage. Il permet d’homologuer le procédé. Il comprend des essais mécaniques prélevés dans une éprouvette.

• Implantation des éprouvettes

(1) Eprouvette prismatique de traction d’une largeur de 20mm sur toute l’épaisseur de l’assemblage.

(2) Eprouvette cylindrique de traction, longueur 120mm, Ø10. Elle est prélevée au tiers de l’épaisseur.

(3) Eprouvettes de pliage endroit et envers, largeur 50mm, épaisseur de l’assemblage. (4) Eprouvettes de pliage de côté, épaisseur 10mm, largeur égale à l’épaisseur de l’assemblage. (5) Eprouvettes de résilience. La section normalisée est de 10x10mm. Elle peut être de 10x7.5 ou

10x5 selon l’épaisseur de l’assemblage. (6) Eprouvette de macrographie, micrographie et dureté.

• Essai de texture (pliage) L’essai de pliage doit être conduit jusqu’à un angle de 120°.

• Résilience Cet essai consiste à déterminer la résistance aux chocs ou résilience des métaux. Il s’agit dans cet essai de rompre une éprouvette entaillée et de mesurer l’énergie absorbée.

Le prélèvement des éprouvettes varie selon l’épaisseur de l’assemblage :

a = à mi‐épaisseur pour e≤50,

a =au tiers supérieur pour 50<e≤80,

a = au quart supérieur pour e>80

• Dureté L’essai a pour but de déterminer la dureté superficielle des métaux. Il consiste à imprimer dans le métal une bille de diamètre donné (Ø 10 ; 5 ; 2.5 et1), sous une charge déterminée et sans choc.

La mesure des duretés s’opère dans le métal de base (F1), dans le métal déposé (F2) et la zone affectée thermiquement Z.A.T. (F3)

• Essai de traction On soumet une éprouvette normalisée à un effort d’extension progressif, généralement jusqu’à la rupture et on détermine la ténacité et l’élasticité du matériau.

• Macrographie et micrographie La macrographie est un témoin de référence du nombre et de la répartition des passes pour juger de l’application des limites de validité fixées par la qualification du mode opératoire. Aucune fissure ni collage n’est accepté.

La micrographie ne doit pas révéler de structures anormales de trempe, de micro‐fissures ou de précipités pouvant nuire au bon comportement de l’acier dans le cas des aciers inoxydables.

Effets du refroidissement

Le refroidissement est une période très importante de l’opération de soudage dont le soudeur doit absolument se préoccuper. Une trop grande vitesse de refroidissement peut avoir des effets néfastes sur le résultat :

‐ Augmentation du niveau de contraintes dues à la dilatation et du retrait. ‐ Apparition d’îlots très dur, si la vitesse de refroidissement est supérieure à la vitesse

critique de trempe de l’acier, c’est à dire que l’on durci par endroit la pièce souder. (Sachant que plus l’acier est dur et plus il devient fragile)

Représentation symbolique des soudures

En soudage, il existe de nombreuses façon d’assemblées deux pièces. Le procédé utilisé, l’épaisseur, les problèmes de contraintes liés au soudage sont autant de données qui va falloir traduire de façon technique. Pour traduire les solutions techniques des normes de représentation symbolique des soudures sont mis en place (voir norme : NF EN 22553 – ISO 2553). 1. Symbolisation d’une soudure

Numéro Désignation 1 Ligne de repère

2 Ligne de référence

3 Ligne d’identification

4 Symbole de soudure

5 Symbole supplémentaire

6 Cotes principales relatives à la section transversale du cordon de soudure

7 Cotes relatives aux dimensions longitudinales du cordon de soudure

8 Indications complémentaires

2. Symboles élémentaires

Les symboles élémentaires permettent de déterminés le réglage du poste de soudage, le type de joint et la préparation des bords des pièces à réaliser.

3. Symboles supplémentaires

But : Ils peuvent compléter les symboles élémentaires pour caractériser la forme de la surface extérieure de la soudure.

4. Cotation des soudures

‐ A gauche du symbole, on trouve les cotes principales relatives à la section transversale. ‐ A droite du symbole, on trouve les cotes relatives aux dimensions longitudinales. ‐ L’absence d’indication après le symbole indique que la soudure est continue sur toute la

longueur des éléments soudés.

‐ Cas des soudures d’angle, il existe deux méthodes pour définir la section du cordon : ‐ Avec la valeur de la gorge du cordon. Placer la lettre a devant la valeur de la gorge du cordon.

‐ Avec la valeur du côté du cordon. Placer la lettre z devant la valeur du côté du cordon.

‐ Nota : z = a √‾2

5. Indications complémentaires

Des indications complémentaires peuvent être nécessaires pour la fournir des précisions sur la soudure.

• Soudures périphériques Lorsque la soudure doit être exécutée sur tout le pourtour d’une pièce, ajouter un symbole circulaire.

• Soudures faites sur chantier Lorsque la soudure doit être exécutée sur le chantier, ajouter un drapeau.

• Indication du procédé de soudage Lorsqu’il est nécessaire d’indiquer le procédé de soudage, ajouter un nombre inscrit entre deux branches d’une fourche terminant la ligne de référence.

6. Procédés de soudage

Les procédés de soudage sont indiqués par numéro (voir tableau ci‐dessous).

Structure de la matière

Les chimistes ont montré que les particules constituant la matière sont toutes formées à partir d’atomes.

I. L’atome a. La structure de l’atome

Il est constitué de deux parties :

‐ Le noyau contenant des neutrons (électriquement neutres) et des protons chargés positivement : le noyau est donc chargé positivement,

‐ Un cortège électronique formé d’électrons chargés négativement, et en mouvement autour du noyau.

b. Caractéristiques des particules formant l’atome

‐ La masse du proton et du neutron étant très supérieure à celle de l’électron, la masse de l’atome est très voisine de celle du noyau.

‐ La charge des protons et celle des électrons est également en valeur absolue. Le nombre de protons étant égal au nombre d’électrons, l’atome est électriquement neutre.

Caractéristiques des particules de l’atome.

‐ Masse (Kg) du proton : 1,67.10‐27 ‐ Masse (Kg) d’électron : 9,1.10‐31 ‐ Masse (Kg) du neutron : 1,67.10‐27 c. Symbole de l’atome

Tous les atomes sont différenciés par leurs symboles (ex : Fe pour le fer), mais aussi par leur numéro atomique ; Le numéro atomique Z d’un noyau est le nombre de protons que contient ce noyau. Le numéro atomique caractérise l’élément chimique. Le nombre de masse A d’un noyau est égal à la somme du nombre de protons et de neutrons qu’il contient. d. Les ions

Lorsqu’un atome ou un groupe d’atomes cède un ou plusieurs électrons à un autre corps, il se transforme en ion chargé positivement, appelé cation. Lorsqu’un atome ou un groupe d’atomes prend un ou plusieurs électrons à un autre corps, il se transforme en un ion chargé négativement, appelé anion. Un ion monoatomique est constitué d’un seul atome. Un ion polyatomique est constitué de plusieurs atomes Cette capture ou cette perte d’un ou plusieurs électrons ne modifie pas le noyau, seul le cortège électronique est modifié.

e. Structure du cortège électronique Les électrons d’un atome sont répartis en « couche ». Pour arracher chaque électron d’une même « couche », il faut fournir la même énergie. On dit que les électrons d’une « couche » ont le même niveau d’énergie.

Les électrons se répartissent en « couches » (ou niveaux d’énergie). Les « couches » (ou niveaux d’énergie) sont désignées par les lettres K, L, M, N, O.

Principe de remplissage :

Les électrons occupent d’abord la couche K qui peut contenir 2 électrons au maximum. Lorsque celle‐ci est saturée, les électrons se placent sur la couche L qui peut contenir 8 électrons au maximum. La couche M est saturée avec 18 électrons.

Structure électronique des atomes :

‐ Connaître la structure électronique d’un atome, c’est connaître la répartition de ses électrons sur les différents niveaux d’énergie.

‐ Les propriétés chimiques dépendent du nombre d’électrons sur la couche externe. ‐ Les électrons externes sont appelés électrons de valence.

f. Classification périodique

Elle est aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom du chimiste russe qui l’a établie.

Principe :

‐ Les éléments sont classés par numéros atomiques croissants. ‐ Les éléments dont les atomes ont le même nombre d’électrons sur leurs « couches externes »

sont disposés dans une même colonne et constituent une famille. ‐ Une nouvelle ligne du tableau (la période) est utilisée chaque fois que le remplissage fait

intervenir une nouvelle couche. Intérêt de la classification :

‐ Les gaz nobles (éléments de la dernière colonne de droite), qui ont tous une « couche externe » saturée, sont des éléments qui ne donnent pratiquement pas de réactions chimiques.

‐ Il existe donc une relation entre les propriétés chimiques et la place des éléments dans la classification : les corps simples dont les éléments sont placés dans une même colonne ont des propriétés chimiques voisines.

g. La règle de la stabilité Au cours des réactions chimiques, les atomes réagissent pour obtenir une structure électronique plus stable : celle du gaz noble le plus proche. Pour cela ils peuvent perdre ou gagner des électrons. Cette règle est aussi appelée règle de l’octet.

Exemple :

L’atome d’hydrogène (1 électron périphérique) a tendance à gagner un électron pour saturer sa « couche externe » et pour acquérir la structure électronique de l’hélium, gaz noble le plus proche dans la classification.

II. Les molécules a. Définition

Les molécules sont des groupes d’atomes liés entre eux. Les atomes étant électriquement neutres, la molécule est donc électriquement neutre.

b. Formule

Chaque molécule est représentée par une formule qui indique :

‐ le symbole des éléments présents dans la molécule, ‐ le nombre d’atomes de chaque élément

Ainsi la formule de la molécule d’eau H2O montre qu’elle contient :

‐ deux atomes d’hydrogène (le 2 est placé en bas et à droite de H), ‐ Un atome d’oxygène (le 1 ne se note pas).

c. Liaison entre les atomes ou interatomiques

Dans un atome isolé, les électrons sont soumis à l’influence d’un seul noyau, tandis que, dans les assemblages d’atomes qui constituent la matière, ils vont subir l’attraction de plusieurs noyaux. Ce sont donc les électrons qui relient les atomes entre eux. Ou plutôt la tendance d’un atome à vouloir capturer un électron (liaison covalente). Pour se rapprocher le plus possible du gaz parfait le plus proche de lui (voir : tableau de classification périodique).

Dans une molécule, un atome peut être lié à un ou plusieurs autres atomes par une ou plusieurs liaisons covalentes.

Une liaison covalente est formée par la mise en commun d’un, de deux, ou même de trois doublets d’électrons par les atomes liés.

III. Conclusion C’est ainsi que les atomes, éléments microscopiques forment la matière.

Documents

Dossier Soudage Greta 1 - gazaile.ulm.free.frgazaile.ulm.free.fr/public/outil/Dossier_Soudage.pdf · ‐ Acquérir des connaissances sur les différents types de soudage utilisé