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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)
-
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 ;
-
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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Soudage à l’électrode enrobée1. Propriétés de l’arc de soudage
Un arc est une décharge électrique établie et entretenue dans un gaz entre deux électrodes reliées aux pôles d’un générateur et dégageant lumière et chaleur ; il forme une colonne ionisée conductrice qui répond à des lois physiques essentiellement :
-
électriques, reliant tension et courant, auxquelles se rattachent les caractéristiques et le fonctionnement des générateurs ;
-
thermiques auxquelles se rattachent les phénomènes de fusion.
L’arc électrique est la source de chaleur à la base d’un certain nombre de procédés de soudage s’appuyant sur :
-
ses effets thermiques aux électrodes : l’arc de soudage est un arc court entre une électrode, formant l’outil, et les pièces à souder portées localement à la température de fusion ;
-
les phénomènes de transfert de métal qui s’instaurent naturellement et simultanément de l’électrode, lorsqu’elle est fusible, à la pièce, formant un dépôt continu se diluant avec les bords à souder pour constituer après refroidissement la liaison métallique recherchée. Dans les procédés où l’électrode est réfractaire, il n’y a évidemment pas de transfert de métal électrode‐pièce.
1.1 Propriétés électriques
Lorsqu’un arc est amorcé et entretenu entre deux électrodes placées en regard, ou plus précisément entre une électrode et une pièce métallique reliées aux bornes d’un générateur approprié, on constate que le circuit est traversé par un courant I et qu’il apparaît aux bornes une tension U.
dans la normalisation en général, on affecte de l’indice 2 toutes les grandeurs relatives au circuit de soudage qui est toujours le secondaire d’un générateur et de l’indice 1 toutes les grandeurs relatives au primaire dudit générateur et se rapportant surtout aux questions de branchement. Dans la suite de l’exposé, les grandeurs seront donc exprimées conformément aux recommandations et affectées de l’indice 2. Ainsi, le courant et la tension d’un arc de soudage seront respectivement I 2 et U 2 .
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