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Quelques procédés de soudage à l'arc utilisés dans l'industrie
Les quatre procédés de soudage à l'arc SMAW, GMAW, SAW et GTAW ainsi que les procédés FCAW et MCAW (non traités ici) sont les plus couramment utilisés. À eux seuls, ils permettent de déposer la presque totalité du métal de soudure et de rechargement dans l'industrie de la fabrication soudée. Voici un bref résumé de leurs caractéristiques essentielles.
Soudage à l'arc avec électrodes enrobées (procédé SMAW)
C'est en 1907 que l'on fabriqua la première électrode enrobée. Bien qu'il soit possible, dans certaines conditions, de souder avec une électrode nue, l'enrobage a initialement été conçu pour favoriser l'amorçage et la stabilité de l'arc. Plus tard, il a été utilisé pour apporter des améliorations d'ordre métallurgique.
En effet, l'enrobage en fondant simultanément avec l'âme métallique, par le gaz et le laitier qu'il produit, protège le métal à tous les instants, c'est-à-dire pendant son transfert dans l'arc, au niveau du bain de fusion et pendant son refroidissement (voir figure 1).
En fonction de la nature de leur enrobage, les électrodes peuvent être fondues soit avec du courant continu, soit avec du courant alternatif.
Le soudage à l'arc avec électrodes enrobées (procédé SMAW) s'applique principalement aux aciers de construction non alliés, pour des épaisseurs en général supérieures ou égales à 1,5 mm et pour des diamètres d'électrode compris entre 1,5 et 6,3 mm.
Il existe plusieurs types d'enrobage couvrant les besoins de tous les secteurs industriels et donnant des propriétés mécaniques et des conditions opératoires différentes.
On distingue notamment les électrodes à enrobage oxydant et acide utilisées pour les petits travaux à exécuter à plat. Les électrodes à enrobage rutile et basique sont de loin les plus employées pour leur maniabilité en toutes positions. Les électrodes basiques déposent un métal de haute qualité les destinant tout particulièrement aux constructions performantes (voir figure 2). Enfin, les électrodes à enrobage cellulosique permettent un soudage rapide en verticale descendante qui trouve une application de choix dans le soudage des oléoducs et des gazoducs. Procédé manuel, le soudage ou le rechargement à l'arc avec électrodes enrobées n'est que rarement automatisé.
Soudage à l'arc sous gaz avec électrode
de tungstène
Le procédé TIG (abréviation de Tungstène Inerte Gas) a vu le jour aux États-Unis en 1924 et n'a réellement pris son essor aux U.S.A. et en Angleterre que durant la dernière guerre.
C'est un procédé de soudage à l'arc dans lequel l'arc éclate au sein d'une atmosphère neutre (argon ou hélium) entre la pièce à souder et une électrode métallique non fusible (tungstène pur ou allié de thorium, zirconium etc.) (voir figure 3).
Utilisé de façon courante dans les industries aéronautiques, alimentaires, chimiques ou pétrochimiques, le procédé TIG permet le soudage des aciers inoxydables, de l'aluminium, du cuivre, du titane, et de leurs alliages, sur des épaisseurs comprises généralement entre 0,5 et 8 mm (voir figure 4). De préférence utilisé en atelier, le soudage TIG peut également être employé sur le chantier en prenant soin de limiter les courants d'air qui chassent le gaz de protection, ce qui occasionne des défauts par manque de protection.
Le soudage se fait en courant continu pour les métaux " lourds ", aciers et titane par exemple (le pôle négatif du générateur relié à l'électrode), et en courant alternatif pour les métaux légers, aluminium par exemple, pour tirer profit du décapage électronique obtenu avec ce type de courant.
La simplicité des paramètres et la faible usure de l'électrode ont permis la mise au point d'installations automatiques pour le soudage en toutes positions.
Soudage à l'arc sous gaz avec fil plein
L'emploi d'un fil électrode fusible nu remplaçant l'électrode réfractaire a augmenté la productivité et a donné naissance au procédé GMAW ou MIG-MAG. On utilise le terme MIG lorsque l'atmosphère de protection est inerte (argon, hélium) et MAG lorsqu'elle est active (CO2 pur) ou activée (mélange argon-CO2) (voir figure 5).
Le procédé GMAW s'applique au soudage des métaux ferreux et non ferreux.
Les principaux gaz ou mélanges de gaz utilisés sont :
En soudage GMAW, la fusion du fil ou plus exactement le transfert du métal dans l'arc peut se faire de trois manières :
Le régime " courts-circuits " n'est obtenu qu'avec des atmosphères actives ou activées et est utilisé pour les fines épaisseurs (0,5 à 6 mm), pour les passes de pénétration et tous les travaux en positions.
La pulvérisation axiale, qui n'est possible qu'avec des atmosphères inertes ou activées (mélanges argon-CO2), est destinée au soudage à plat des métaux non ferreux et des aciers faiblement ou fortement alliés sur des épaisseurs supérieures à 6 mm (voir figure 6).
Le régime en grosses gouttes est obtenu avec tous les gaz et est utilisé quand, pour une opération donnée, il n'est pas possible de travailler en courts-circuits.
Il est très important de bien connaître les avantages, les inconvénients et les possibilités des trois modes de transfert qui ont chacun leurs applications et conditionnent fortement la qualité des soudures, tant du point de vue opératoire, que métallurgique.
Soudage à l'arc submergé
Ce procédé mis au point aux États-Unis arriva en Europe en 1935 et apporta un mode de soudage à la mesure des constructions de l'industrie lourde.
La source de chaleur est un arc électrique qui jaillit entre un fil d'électrode nu (diamètre 1,2 à 6 mm), alimenté soit en courant continu, soit en courant alternatif, et la pièce à souder, sous un lit de flux en poudre. L'alimentation en flux est assurée séparément par une goulotte placée en avant du fil, alors que l'excès de flux est récupéré en arrière par un aspirateur.
À l'amorçage, l'arc éclate au sein de la poudre. Il se crée alors une cavité remplie de gaz (CO et CO2) qui est entourée de flux fondu. Ce dernier étant conducteur, une partie de l'énergie est transmise au bain par effet joule. Comme avec les électrodes enrobées, le laitier protège le bain de fusion et la soudure pendant son refroidissement (voir figure 7).
Le courant continu plus généralement utilisé ne cède la place au courant alternatif que dans le cas où les intensités de soudage dépassent environ 600 A et notamment, évite les inconvénients et déboires causés par le soufflage magnétique.
Le soudage à l'arc submergé s'applique principalement au soudage des aciers. Par exemple, il autorise, grâce aux énergies élevées, l'assemblage bout à bout en une seule passe de 15 mm d'acier sur bords jointifs soutenus, ou 50 mm en deux passes opposées sur bords jointifs chanfreinés (voir figure 8). De façon générale, il n'est utilisé que pour le soudage d'épaisseur supérieure à 5 mm.
Du fait que l'arc n'est pas visible, le
soudage à l'arc submergé est surtout utilisé en automatique,
rarement en semi-automatique. Convenant bien sur le chantier à
cause du flux recouvrant le bain et de l'absence de rayonnement,
il a de nombreuses applications en construction navale,
d'appareils à pression, de poutres, de tubes de gros diamètre et
également en rechargement où le fil peut être double (arc
tandem) ou même remplacé par un feuillard de diverses largeurs.
Photos et texte d'après le document " Procédés de soudage, série A " par A. Thiriot , de la série des " Aides visuelles à la formation " des Publications du Soudage et ses Applications. Représentant exclusif ISQ.
Vous pouvez joindre M. Claude Michel, de l'Institut de Soudage du Québec au
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