Chapitre 4 : Le soudage à l'arc avec éléctrodes enrobées. (111)

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1 Chapitre 4 : Le soudage à l'arc avec éléctrodes enrobées. (111) 1 - Définition du procédé de soudage 111 Le soudage 111 est réalisé à partir d'un arc électrique entre l'âme métallique de l'électrode et la pièce à souder. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre localement la pièce à assembler, l'âme métallique de l'électrode et l'enrobage. Après refroidissement le cordon de soudure recouvert d'un laitier se forme sur le joint de soudage. 2 - Principe du procédé de soudage à l'arc avec électrodes enrobées L'électrode enrobée est placée et serrée sur la pince porte-électrode relié sur l'une des bornes électriques de sortie du poste de soudage. La pince de masse est reliée au générateur et est placée sur la pièce à souder. L'amorçage de l'arc est réalisée en frottant l'extrémité généralement graphitée de l'électrode sur la pièce et en écartant de quelques millimètres le bout de l'électrode lorsque l'arc jaillit. Ensuite il faut entretenir cet arc électrique afin d'éviter la rupture d'arc en veillant à maintenir une distance constante la plus faible possible entre le bout de l'électrode et la pièce à souder.

2 3 - Le croquis didactique du procédé de soudage Installation de soudage à l'arc à l'électrode enrobée 1. Un générateur de courant (poste de soudage) 2. Une pince porte-électrode avec câble conducteur 3. Une pince de masse avec câble conducteur 4. Une étuve portative pour les électrodes basiques 5. Un masque avec verres teintés spéciaux de 11 à Une combinaison de soudeur et gants en cuir souple 7. Un marteau à piquer et une brosse métallique 8. Une meuleuse d'angle électrique 9. Des écrans ou rideaux de protection 10. Une ventilation dans les endroits confinés 5 - Définition de l'électrode enrobée Le diamètre de l'électrode enrobée varie de Ø 1,6 à Ø 8 mm. La longueur totale est comprise entre 250 et 500 mm. Certaines électrodes peuvent atteindrent 1 mètre pour des applications spécifiques (soudage automatique à l'arc électrique avec électrodes enrobées). L'électrode est constituée de trois parties distinctes : l âme, l enrobage, le bout graphité. L'âme : partie métallique cylindrique placée au centre de l'électrode. Son rôle principal est de conduire le courant électrique et d'apporter le métal déposé de la soudure. L'enrobage : partie extérieure cylindrique de l'électrode. Il participe à la protection du bain de fusion de l'oxydation par l'air ambiant en générant une atmosphère gazeuse entourant le métal en fusion. L'enrobage dépose, lors de sa fusion, un laitier protecteur sur le dessus du cordon de soudure. Ce laitier protège le bain de fusion de l'oxydation et d'un refroidissement trop rapide.

3 Les trois rôles de l'enrobage sont: Électrique : Favorise l'amorçage et la stabilité de l'arc Mécanique : Contribue à l'orientation et la stabilité de l'arc grâce au cratère qui se forme à l extrémité de l électrode pendant le soudage. Métallurgique : Protège le bain de fusion contre l'oxydation de l'air Le bout graphité : qui permet un amorçage en douceur de l électrode. 6 - Classification des enrobages des électrode enrobées Enrobage Acide ou A: Cet enrobage contient du ferromanganèse, de l'oxyde de fer et de l'oxyde de manganèse. Le laitier est très fluide et abondant. Cet enrobage convient pour le soudage à plat et en gouttière. Il convient mal au soudage en position. La soudabilité du métal de base doit être bonne sinon le métal constituant le joint est sensible à la fissuration à chaud. Enrobage Basique ou B: Cet enrobage contient principalement du carbonate de calcium. Il fournit un laitier calcaire dont l'effet désulfurant est favorable au soudage des aciers ferriques diminue le risque de fissuration à chaud du métal déposé. La majeure partie de ces électrodes fonctionnent en courant continu avec une polarité inverse (+ à l'électrode). Certaines peuvent fonctionner en courant alternatif à condition d'utiliser un générateur de soudage avec une tension à vide suffisamment élevée Uo > 60 V. Enrobage Cellulosique ou C: L'enrobage contient une grande quantité de substances organiques comme la cellulose. Il donne peu de laitier mais un souffle à forte teneur en CO2. Celui-ci favorise le soudage rapide en position descendante et améliore la pénétration. Comme pour les électrodes basiques, les cellulosiques fonctionnent en courant continu en polarité inverse. La tension à vide doit être au moins égale à 60 Volts. Enrobage Oxydant ou O: L'enrobage contient principalement des oxydes de fer et des oxydes de manganèse. Il correspond à des électrodes faciles à amorcer avec un laitier en général auto-détachable. Il s'utilise en courant continu ou alternatif pour des travaux ordinaires sur aciers doux. Les caractéristiques mécaniques du métal déposé étant très médiocres, il ne supporte aucune déformation de l'assemblage à chaud ou à froid

4 Enrobage Rutile ou R Il contient une quantité importante d'oxyde de titane. C est l électrode la plus utilisé en construction et réparation. Le laitier obtenu s'élimine facilement. Il permet de souder aisément en toutes positions en courant continu ou alternatif. Les caractéristiques du métal déposé sont bonnes lorsque les aciers de base sont de bonnes qualités et ont des teneurs en carbone ainsi qu'en soufre limitées. Haut rendement ou RR : Cet électrode contient de la poudre de fer dans son enrobage ce qui lui permet d avoir un dépôt de métal d apport de + ou %. Elle est utilisée en rechargement et remplissage de joints important. Spécial ou S : soudage des aciers inoxydables, des fontes et des aluminium. 7 - Étuvage des électrodes enrobées Les électrodes à enrobage basique et rutilo-basiques doivent être étuvées dans un four étuve à 300 Celsius pendant 2 heures. Après étuvage, les électrodes à enrobage basique et rutilo-basiques doivent être conservées à une température de 120 Celsius dans des étuves portatives sur le lieu de soudage. Les autres types d'électrodes à enrobage rutile, cellulosique et acide sont conservées dans un local chauffé avec une humidité relative inférieure à 60%. Un nouveau système de fabrication et d'emballage sous vide permet d'obtenir des électrodes à enrobage basique à très faible taux d'humidité qui ne nécessitent aucun étuvage avant utilisation. 8 Décodage d une étiquette sur un paquet d électrode

5 9 Les genres et les positions de soudage.

6 10 - Paramètres de soudage par diamètre des électrode enrobées Lorsque l'intensité est trop faible, il y a collage de l'électrode enrobée sur la

7 pièce à souder, la fusion est molle et la pénétration est faible, l'amorçage est difficile. Lorsque l'intensité est trop forte, il y a des projections importantes aux abords du joint, des écoulements de métal lors du soudage en position. Le réglage de l'intensité appliquée à l'électrode dépend : 1. du diamètre de l âme de l électrode : Is augmente avec le diamètre de l âme de l électrode. 2. de la nature de l'âme de l'électrode : Is augmente avec l épaisseur de l enrobage. 3. de la nuance des pièces à assembler : acier faiblement ou fortement allié. 4. de la position de soudage : en règle générale l intensité varie comme suit : - en angle intérieur, + 15% - en angle extérieur, - 15 % - en descendant, + 15% - en montant, - 15 % - en corniche, + 10 % 5. de l épaisseur des pièces à souder : l Is augmente avec l épaisseur des pièces à souder. Intensité moyenne de soudage pour la position à plat. Epaisseur Ø 1,6 mm Ø 2,0 mm Ø 2,5 mm Ø 3,2 mm Ø 4,0 mm Ø 5,0 mm 3 mm 60 A 70 A 90 A 4 mm 80 A 100 A 120 A 5 mm 90 A 110 A 130 A 160 A 6 mm 90 A 120 A 140 A 160 A 8 mm 90 A 125 A 150 A 170 A 10 mm 130 A 160 A 190 A 12 mm 130 A 170 A 190 A 15 mm 130 A 170 A 200 A 20 mm 190 A 220 A En règle générale en soudage à plat on applique les règles suivantes:

8 1. Pour une électrode de diamètre de l âme inférieur à 3 mm. : Is = 30 A x le diamètre de l âme de l électrode 2. Pour une électrode de diamètre de l âme supérieur à 3 mm. : 11 - Les générateurs de soudage Fonctionnement Is = 40 A x le diamètre de l âme de l électrode Les générateurs de soudage transforment le courant du réseau (tension élevée et faible intensité) en courant de soudage (tension relativement faible et intensité élevée). Ils permettent un réglage de l'intensité du courant de soudage Raccordement Les types a) Les transformateurs statiques monophasés qui fournissent du courant alternatif à 50 hertz. Ces postes sont les plus économiques du marché et les plus simples.

9 b) Les transformateurs statiques monophasés ou triphasés à redresseur (pont de diodes, thyristors ou transistors) qui fournissent du courant continu. Les bornes électriques de sortie sont repérées par les signes conventionnels (+) et (-). c) Les transformateurs rotatifs alternatifs. Ils se composent d'un moteur entraînant une génératrice à courant alternatif de 150 à 450 Hertz. d) Les transformateurs rotatifs à redresseur qui fournissent un courant continu redressé La polarité de l'électrode enrobée

10 12-1- Répartition de la chaleur en courant alternatif Répartition de la chaleur en courant continu 12-3-Les Polarités

11 Les postes à redresseur (courant continu) permettent d obtenir une polarité négative (normale) ou positive à l électrode (inversée). Les passes de pénétration réalisées à l'électrode enrobée avec un générateur à courant continu sont généralement effectuées avec la polarité négative à l'électrode. La fiche du câble de la pince porte-électrode est raccordée à la borne(-) La fiche du câble de la pince de masse est raccordée à la borne (+) Les passes de remplissage et de finition réalisées à l'électrode enrobée avec un générateur à courant continu sont généralement effectuées avec la polarité positive à l'électrode. La fiche du câble de la pince porte-électrode est raccordée à la borne(+) La fiche du câble de la pince de masse est raccordée à la borne (-) Avantages et inconvénients Polarité + à l électrode Polarité - à l électrode Echauffement rapide de la pince porte électrode Moins de pénétration : passes de remplissage (rechargement) Echauffement moins important de la pince de masse. Plus de pénétration : passes de pénétration, pointage. 13 La plaque signalétique d un poste de soudage Poste à courant continu ou alternatif Modèle : type d appareil

12 N de série du fabriquant Circuit primaire Circuit secondaire Tension à l entré du 240 ou 400 Volts Tension à la sortie 28 Volts transformateur du transformateur Intensité du courant 32/16 A Capacité du poste 200 A Energie consommée par heure Puissance du transformateur 9,5 kw Facteur de marche (*) 15,5 kv A Tension à vide (**) 60 % 72 Volts (*) : un facteur de marche de 60 %, nous indique que l on peut souder 60/100 ème d heure ( = 36 minutes sans interruption) sans risque d échauffement et de coupure thermique du poste et ce au maximun de la capacité du poste.(200 A) (**) : La tension à vide est la tension mesurée aux bornes du circuit secondaire quand celui- ci est ouvert Quelques types de joints 1) bout à bout : 2) en vé : 3) en X : 4) en Y : 5) en ½ vé : 6) en ½ Y : 7)en U ou en tulipe : 8) en ½ U :