Qu'est-ce que le soudage à l'arc sous protection (SMAW) ? 👨‍🏭

Introduction

Le soudage à l'arc à électrode enrobée est un processus qui produit une coalescence entre les métaux en les chauffant et en les faisant fondre avec un arc électrique établi entre la pointe d'une électrode enrobée et la surface du métal de base au niveau du joint à souder.

Comment fonctionne le processus

Le métal fondu de l'électrode est transféré à travers l'arc électrique vers le bain de fusion du métal de base, formant ainsi le métal fondu.

Un laitier liquide de densité inférieure à celle du métal liquide, formé à partir du revêtement de l'électrode et des impuretés du métal de base, surmonte le bain de fusion le protégeant de la contamination atmosphérique.

Une fois solidifié, ce laitier contrôlera la vitesse de refroidissement du métal fondu déjà solidifié. Le métal d'apport provient de l'âme métallique de l'électrode (fil) et du revêtement qui, dans certains cas, est constitué de poudre de fer et d'éléments d'alliage.

Le soudage à la baguette est l'un des procédés de soudage les plus utilisés de tout ce dont nous parlerons, en raison de la simplicité de l'équipement, de la qualité des soudures et du faible coût des équipements et des consommables.

Il a une grande flexibilité et soude la plupart des métaux sur une large gamme d'épaisseurs. Dernièrement, il a perdu du terrain par rapport à d'autres procédés en raison d'une productivité plus faible (il faut plus de temps pour terminer une soudure dans ce procédé qu'avec FCAW par exemple).

Le soudage avec ce procédé peut être effectué presque n'importe où et dans des conditions extrêmes. Le soudage à l'électrode enrobée est largement utilisé dans la fabrication industrielle, la structure métallique pour les bâtiments, la construction navale, les voitures, les camions, les vannes et autres assemblages soudés.

L'inconvénient majeur de ce procédé est sa faible productivité, qui est principalement due à la nécessité de remplacer les électrodes.

Avantages et inconvénients

Avantages	Désavantages
C'est un processus polyvalent, car il s'adapte à des matériaux de différentes épaisseurs et dans n'importe quelle position de travail.	Il s'agit d'un processus manuel, dépendant de la compétence du soudeur, qui implique moins de contrôle des paramètres de soudage, tels que le courant de soudage.
L'équipement nécessaire est relativement peu coûteux.
Son utilisation est indiquée aussi bien à l'intérieur de l'usine que sur le terrain.	Comparé à d'autres procédés, il a une faible productivité, en raison de son faible taux de dépôt et de son faible taux d'occupation du soudeur (temps d'ouverture de l'arc par le temps total de soudage), qui est d'environ 40 %.
Actuellement utilisé dans les industries navale, ferroviaire, automobile, de la métallurgie et de la construction.
Il est largement utilisé pour souder l'acier au carbone, l'acier faiblement allié, l'acier inoxydable, la fonte, l'aluminium, le cuivre, le nickel, etc.
Les métaux à bas point de fusion tels que Pb, Sn, Zn, et les métaux réfractaires ou très réactifs tels que Ti et Zr ne sont pas soudables par électrode enrobée.	Génère un grand volume de gaz et de fumées pendant le processus.

Poste à souder

Comme le montre la figure ci-dessous, l'équipement se compose d'une source d'alimentation, de câbles de connexion, d'un porte-électrode, d'une pince (connecteur de terre) et de l'électrode.

Source d'énergie

La source d'alimentation peut être en courant continu (générateurs ou redresseur) ou en courant alternatif (transformateur).

Les sources de courant continu peuvent être :

1 - Les groupes électrogènes, généralement utilisés pour les travaux sur les chantiers de construction, en particulier lorsqu'une alimentation électrique adéquate n'est pas disponible.
2 - Les transformateurs-redresseurs, qui sont avantageux par rapport aux générateurs en raison du moindre coût d'exploitation et de maintenance, avec un fonctionnement plus silencieux.

Dans le cas du courant continu, la polarité doit être choisie selon les exigences du service :

a) Courant continu - polarité directe (DC-), l'électrode est connectée au pôle négatif de la machine et il y a un taux de dépôt plus faible et des profondeurs de pénétration plus grandes.
b) Courant continu – polarité inversée (DC+), l'électrode positive et la partie négative. Avec cette configuration, une pénétration plus faible et des taux de fusion d'électrode plus élevés sont obtenus.
c) Courant alternatif (AC) - la polarité alternant avec chaque inversion de courant. Avec ce type de configuration, la géométrie du cordon sera intermédiaire à celle obtenue en CC+ et CC-

Astuce : Le signe de courant continu fait toujours référence à l'endroit où l'électrode est connectée. Certains préfèrent même l'appeler électrode positive ou électrode négative.

Câbles de soudage

Ils sont utilisés pour connecter le porte-électrode et la pince à la source d'alimentation. Ils doivent être souples pour permettre une manipulation aisée. Ils font partie du circuit de soudure et sont constitués de plusieurs fils de cuivre enroulés ensemble et protégés par un revêtement isolant et souple. Les câbles doivent être maintenus non enroulés et sans épissure.

Porte-électrode

Le porte-électrode est utilisé pour fixer et alimenter l'électrode. Une fixation correcte et une bonne isolation des câbles sont indispensables pour minimiser les risques de chocs. Les griffes doivent toujours être en bon état, afin d'éviter les problèmes de surchauffe et de mauvaise fixation des électrodes, qui peuvent se détacher lors du soudage.

Pince (connecteur de terre)

C'est un dispositif pour connecter le câble de masse à la pièce à souder.

Consommables – électrodes

L'électrode enrobée se compose de :

• Électrode ("L'âme")
• enrobage

L'électrode établit l'arc et fournit le métal d'apport pour le soudage.

Le revêtement de l'électrode a les fonctions suivantes pendant le processus de soudage : Fonctions électriques, physiques et métallurgiques.

Isolation électrique et fonction d'ionisation

a) Isolation - isole le noyau de l'électrode en évitant les ouvertures d'arc latérales, en dirigeant l'arc vers le lieu d'intérêt. Par exemple lors du soudage de chanfreins étroits difficiles d'accès, pour éviter que l'arc ne se forme dans des positions indésirables.
b) Ionisation – Le revêtement contient des silicates de Na et de K qui ionisent l'atmosphère de l'arc. Cela facilite le passage du courant électrique, créant un arc électrique stable.

Fonctions physiques et mécaniques

a) Ils fournissent des gaz pour la formation d'une atmosphère protectrice des gouttelettes métalliques contre l'action de l'hydrogène dans l'atmosphère.
b) Le revêtement fond puis se solidifie sur le cordon de soudure en formant un laitier de matériau non métallique, protège le cordon de soudure de l'oxydation par l'atmosphère normale pendant le refroidissement de la soudure.
c) Assure le contrôle de la vitesse de refroidissement et contribue à la finition du cordon :

But métallurgique

a) Introduit des éléments d'alliage dans le métal fondu, modifiant ses propriétés de soudure. D'autres éléments chimiques sont également ajoutés dans le but de scorifier les impuretés, de désoxyder, etc. (ex : Mn, Si)

Les électrodes enrobées sont classées selon les spécifications AWS (American Welding Society). Les spécifications commerciales des électrodes enrobées se trouvent dans les spécifications AWS de la série AWS A5 (Ex. : AWS A5.1)

Caractéristiques et utilisations

Il est important pour un inspecteur en soudage de se rappeler que le procédé de soudage à l'électrode enrobée comporte de nombreuses variables à prendre en compte. Par exemple, il peut être utilisé dans une grande variété de configurations de joints trouvées dans le soudage industriel et dans une grande variété de combinaisons de métaux de base et de métaux d'apport.

Parfois, plusieurs types d'électrodes sont utilisés pour une soudure spécifique. Un inspecteur en soudage doit avoir une connaissance approfondie des spécifications des consommables utilisés pour le travail afin de savoir comment et quelles variables affectent la qualité de la soudure.

Le procédé de soudage à l'électrode enrobée permet de souder dans toutes les positions. Il peut également être utilisé pour le soudage de la plupart des aciers et de certains métaux non ferreux, ainsi que pour le dépôt de métal d'apport afin d'obtenir certaines propriétés ou dimensions.
Offre la possibilité de souder du métal de base dans une plage de 2 mm à 200 mm, en fonction des exigences de chauffage ou de contrôle de la distorsion et de l'utilisation.

Le contrôle de l'énergie de soudage (apport de chaleur) pendant le fonctionnement est un facteur pertinent dans certains matériaux, tels que les aciers trempés et revenus, les aciers inoxydables et les aciers faiblement alliés contenant du molybdène, étant également d'une grande importance pour les applications à basse température.

Un contrôle inadéquat de l'énergie de soudage pendant l'opération de soudage, le cas échéant, peut facilement provoquer une fissuration ou une perte des propriétés primaires du métal de base, comme une perte de résistance à la corrosion dans les aciers inoxydables ou même une baisse de la capacité d'absorption d'énergie.

Le taux de dépôt de ce procédé est faible par rapport aux autres procédés à alimentation continue. La vitesse de dépôt varie de 1 à 5 kg/h et dépend de l'électrode choisie.

Le succès du processus de soudage à l'électrode enrobée dépend en grande partie de la compétence et de la technique du soudeur, car toutes les manipulations de soudage sont effectuées par le soudeur. Il y a quatre éléments que le soudeur doit pouvoir contrôler :

• Longueur de l'arc (varie entre 0,5 et 1,1 du diamètre de l'électrode enrobée). En termes simples, nous pouvons considérer la distance entre la pointe de l'électrode et la pièce.
• Déplacement de l'électrode et angle de travail.
• Vitesse de déplacement des électrodes.
• Techniques de dépôt de passes (passe étroite ou oscillante).
• Courant électrique.

Préparation et nettoyage des joints

Les pièces à souder doivent être exemptes d'huile, de graisse, de rouille, de peinture, de résidus d'examen par liquide pénétrant, de sable et de suie de préchauffage des gaz, en bande d'au moins 20 mm de chaque côté des bords et démagnétisées.

Après chaque passage, le laitier produit doit être éliminé. L'élimination partielle du laitier produit des cordons de soudure avec des inclusions d'oxyde, compromettant les propriétés mécaniques du joint soudé. L'absence de nettoyage entre passes génère le fameux défaut « inclusion de laitier ».

Paramètres usuels pour le soudage des aciers

Le tableau ci-dessous montre un exemple de paramètres typiques par diamètre pour l'électrode enrobée Type 7018. L'électrode 7018 est la plus couramment utilisée dans les travaux responsables, cependant, consultez un spécialiste en soudage pour l'électrode et les paramètres les plus économiques et les plus productifs à utiliser. Ton travail.

Discontinuités induites par le processus

La soudure obtenue par soudage à l'arc avec électrode plaquée peut contenir presque tous les types de discontinuités. La liste ci-dessous répertorie certaines des discontinuités les plus courantes qui peuvent être rencontrées lorsque ce processus est utilisé.

Porosité

En général, il est causé par l'utilisation de techniques incorrectes (grande longueur d'arc ou vitesse de soudage élevée), par l'utilisation d'un métal de base sans nettoyage adéquat ou par une électrode humide.

La porosité groupée se produit parfois à l'ouverture et à la fermeture de l'arc. La technique de soudage avec une petite passe arrière, juste après le début de l'opération de soudage, permet au soudeur de refondre la zone au début de la passe, libérant son gaz et évitant ainsi ce type de discontinuité. La porosité vermiforme est généralement causée par l'utilisation d'une électrode humide.

Inclusions

Ils sont causés par une mauvaise manipulation de l'électrode et un mauvais nettoyage entre les passages. C'est un problème prévisible, en cas de conception inadéquate en termes d'accès au joint à souder ou même avec de petits angles de biseau.

Manque de fusion

Résultats d'une mauvaise technique de soudage : soudage rapide, préparation inadéquate du joint ou du matériau, courant trop faible.

Manque de pénétration

Résultats d'une mauvaise technique de soudage ; soudure rapide, mauvaise préparation du joint ou du matériau, courant trop faible et diamètre d'électrode trop grand.

Concavité et chevauchement

Elles sont dues à des erreurs (négligence) du soudeur.

Fissures dans la gorge et fissures dans la racine

Lorsqu'ils apparaissent, ils exigent, pour être évités, des changements de technique de soudage ou des changements de matériaux.

Fissure interlamellaire

Cette discontinuité n'est pas caractérisée comme un défaut du soudeur. Elle se produit lorsque le métal de base, ne supportant pas les fortes tensions générées par la contraction de la soudure, dans le sens de l'épaisseur, se fissure sous forme de marches, situées dans des plans parallèles au sens de laminage.

A titre indicatif, certains ingénieurs précisent un essai de traction en « Z » pour évaluer la résistance de ce matériau à ce type de fissuration.

Fissures en marge et craquelures sous le bourrelet

Ce sont des fissures, comme nous le verrons, dues à la fissuration à froid. Ils surviennent un certain temps après la réalisation de la soudure et peuvent donc ne pas être détectés par une inspection effectuée immédiatement après l'opération de soudage. Ils se produisent normalement lorsque l'hydrogène est piégé dans la soudure.

Comme exemple de sources d'hydrogène, on peut citer : une humidité de l'air élevée, des électrodes humides, des surfaces sales.

Cet hydrogène, associé à une microstructure fragile et à un niveau de contrainte résiduelle suffisamment élevé, contribue à l'apparition de ce type de fissures.

Undercut (ressemble à une morsure)

Haut ampérage (courant), partie très chaude.

Conditions de protection environnementale et individuelle

Le soudage ne doit pas être effectué en présence de pluie et de vent, sauf si le joint à souder est correctement protégé.

L'arc électrique émet des rayonnements visibles et ultraviolets en plus des projections et des gaz nocifs. Pour ces raisons, le soudeur doit être correctement protégé, en utilisant des filtres, des gants, des vêtements de protection, des verres de sécurité et effectuer le soudage dans des endroits bien ventilés.

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