Présentation
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 287 citée dans cet article a été remplacée pour sa partie 6 de mars 2010 par la norme NF EN 287-6 (A88-110-6) "Épreuve de qualification des soudeurs - Soudage par fusion - Partie 6 : Fontes " Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1804 (mai 2018).
Auteur(s)
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Roland CAZES : Ingénieur de l’École Supérieure d’Electricité - ex‐Directeur des Recherches, Société Sciaky
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleINTRODUCTION
Bernandos (1887) puis Kjellberg (1914) ont été les tout premiers à utiliser le pouvoir de fusion d’un arc électrique en vue de réaliser la soudure des métaux. L’énergie est fournie par un banc d’accumulateurs et le soudage s’exécute au moyen d’une électrode qui va fondre au fur et à mesure, puis va se solidifier en un dépôt qui s’associe intimement au métal des pièces en formant une liaison continue. Le procédé se développe essentiellement grâce à la mise au point d’une électrode enrobée en cellulose qui, du fait de sa vaporisation formant écran de protection, réalise l’impérative condition, pour obtenir des soudures saines, de soustraire les métaux en fusion à l’action de l’air. Les principes fondamentaux de tous les procédés de soudage à l’arc par électrode fusible sont dès lors posés, de même que dans une certaine mesure le principe des procédés à électrode réfractaire.
On réalise ainsi que les phénomènes qui se déroulent dans un bain de soudure par fusion à l’arc relèvent de la fonderie, par opposition à ceux relevant de la forge.
L’avènement des différents procédés fondés sur l’arc se déroule ensuite pas à pas de façon logique :
-
l’enrobage devient minéral et mieux contrôlable ;
-
l’âme métallique de l’électrode en tronçons limités devient un fil continu avec un enrobage amené directement sous forme de poudre ;
-
l’enrobage est remplacé par un apport gazeux plus facile d’emploi ;
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l’électrode peut également être réfractaire.
Ces modifications débouchent sur les quatre procédés fondamentaux qui forment aujourd’hui la panoplie de base du soudage à l’arc.
Seront exposées dans le présent article les lois électriques et thermiques de l’arc, communes à ces quatre procédés, puis développés pour chacun d’eux et quelques‐unes de leurs variantes, les principes et les caractéristiques les plus importantes. La compréhension de ces bases rendra évidentes les particularités présidant à leurs applications spécifiques et à leur mise en œuvre. L’exposé suit l’ordre historique, au demeurant logique du point de vue théorique et pratique, d’apparition des procédés ; on pourra alors comprendre sans difficulté d’autres classifications. Les différentes façons de mettre en pratique les procédés examinés relevant de principes communs ou voisins sont évoqués dans un paragraphe en l’article.
Le lecteur pourra également se reporter à l’article pour les différents procédés de soudage.
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Mise en œuvre du soudage à l’arc6. Procédés dérivés
6.1 Soudage au plasma
Caractères principaux :
Électrode : tige de tungstène non fusible.
Protections : gaz inerte.
Nature du courant : alternatif ou continu.
Apport de métal : pas d’apport ou apport séparé.
Le soudage au plasma (SP) dérive du procédé TIG en ce qu’il met en œuvre une torche particulière qui a pour effet de transformer un arc TIG à ionisation dite libre en un arc constricté ou rigide, concentré sur son axe, très directif et peu sensible à la présence de la pièce.
-
Le principe est donné sur la figure 27 en comparaison avec le TIG classique.
La torche comporte une électrode supplémentaire formant un orifice calibré dont l’effet de paroi froide amène précisément la constriction de la colonne ionisée établie entre l’électrode de tungstène et la pièce. Cette disposition nécessite d’amener un gaz dit plasmagène qui s’écoule par l’orifice et dont le débit et la pression jouent un rôle primordial, ainsi que d’appliquer entre l’électrode et l’orifice un courant continu, d’intensité limitée, sous la forme d’un arc pilote.
Une fois l’arc pilote amorcé, la mise en marche de la torche et l’apparition de l’arc plasma proprement dit s’effectuent simplement par la fermeture du contacteur du générateur principal, de caractéristiques secondaires identiques à celle d’un générateur TIG normal.
L’ensemble reçoit en outre un flux gazeux de protection globale de la torche et du bain de fusion.
La constriction de la colonne ionisée a pour effet de réduire notablement ses dimensions transversales, ce qui accroît la densité de courant, augmente le taux et la tension d’ionisation donc la température (de 5 000 à 10 000 oC), et finalement la puissance spécifique à la pièce qui passe de 102 à 104 W/cm2. L’augmentation importante de cette puissance a pour conséquence l’apparition sur la pièce d’un flux de chaleur capable d’y provoquer l’apparition de ce qu’il est convenu d’appeler un trou de serrure (key hole ), traduisant le pouvoir pénétrant obtenu. C’est ce pouvoir...
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