Introduction
L'arc submergé est le procédé de soudage à l'arc électrique avec des électrodes consommables, dans lequel l'arc électrique et le bain de soudure sont protégés de l'environnement par les produits résultant de la combustion d'un flux ajouté indépendamment de l'électrode. Il peut être utilisé comme électrode : fil plein, fil tubulaire ou ruban.
Détails du processus
Le soudage à l'arc submergé (SAW) joint les métaux en les chauffant et en les faisant fondre avec un arc électrique (ou des arcs) établis entre une électrode nue (ou plusieurs électrodes) et le métal de base.L'arc est submergé (recouvert) par une couche de matériau granulaire fusible appelé fondant ; le régime de fusion est donc mixte : par effet joule (c'est-à-dire thermique) et par arc électrique.
Des dispositifs automatiques assurent l'alimentation de l'électrode (ou des électrodes) à une vitesse convenable de manière à ce que leurs extrémités plongent constamment dans le bain de flux fondu.
Le mouvement de la tête de soudage par rapport à la pièce à usiner fait avancer pas à pas le bain de soudure, qui est toujours recouvert et protégé par un laitier formé par le flux fondu et les impuretés. La figure ci-dessous illustre ce processus.
Avantages du procédé :
- Soudures de haute qualité.
- Taux de dépôt et vitesse de déplacement extrêmement élevés.
- Aucun arc de soudage visible, minimisant les exigences de protection.
- Peu ou pas de fumée.
- Peut utiliser plusieurs fils (facultatif).
Une utilité du procédé de soudage à l'arc submergé est le soudage de tôles d'acier épaisses, par exemple, des récipients sous pression, des réservoirs, des tuyaux et des poutres de grand diamètre.
Des précautions doivent être prises avec le séchage et l'entretien des flux de séchage pour éviter d'introduire de l'hydrogène dans la soudure.
Le flux qui n'a pas été utilisé peut être réutilisé mais il y a des critères. Le premier est évidemment qu'il n'a pas fusionné (ou n'a pas été utilisé). La seconde est qu'il y a des limites au nombre de fois que le flux peut être utilisé car plus il y a de réutilisation, plus il y a de contamination par l'humidité (par exemple).
Poste à souder
Le soudage à l'arc submergé est un processus normalement automatique et peut être trouvé comme semi-automatique, dans lequel l'alimentation du consommable et la longueur de l'arc sont contrôlées par le dévidoir de fil ou de ruban et la source d'alimentation.Dans le procédé automatique, un mécanisme d'avance déplace la tête de soudage le long de la pièce et, normalement, un système de récupération du flux granulaire non utilisé. Dans le soudage des raccords cylindriques, la tête de soudage reste fixe et l'ensemble se déplace à travers des positionneurs pivotants.
- Une tension variable provenant d'un générateur ou d'un redresseur CC.
- Une tension continue provenant d'un générateur ou d'un redresseur CC.
- Un transformateur AC.
Les sources d'alimentation fournissent des courants de travail élevés. La plupart des soudures sont effectuées dans une plage de 350 à 2000A. Le soudage à courant continu permet un meilleur contrôle de la forme de la passe de soudure, de la profondeur de pénétration et de la vitesse de soudage.
Le soudage à courant continu s'effectue normalement avec une polarité inversée (électrode positive, DC+). Le courant alternatif a l'avantage de réduire le soufflage magnétique (déviation de l'arc de son trajet normal dû aux forces magnétiques).
Les flux pour le soudage à l'arc submergé modifient également la composition chimique de la soudure et influencent ses propriétés mécaniques. Les caractéristiques de flux sont similaires aux revêtements utilisés dans le procédé de soudage à l'arc à électrode enrobée.
Les différents types de flux sont listés ci-dessous :
- Fondu;
- Agglutiné;
- Mélange mécanique.
La possibilité qu'offre le procédé d'utiliser plusieurs combinaisons fil-flux, car les deux sont individuelles, donne au procédé une grande flexibilité pour obtenir les propriétés souhaitées pour la soudure.
Contrôle de processus
Les observations suivantes sont importantes pour maîtriser la technique de soudage à l'arc submergé :- Plus l'intensité du courant (I) est élevée, plus la pénétration est importante ;
- Plus la tension (V) est grande, plus la longueur de l'arc est grande et par conséquent plus la largeur de la passe est grande ;
- Plus le stick out (distance entre l'électrode et la pièce) est important, plus la vitesse de dépôt est élevée ;
- Plus la vitesse de soudage est élevée, plus la pénétration est faible et plus la largeur de passe est petite ;
- Plus le diamètre de l'électrode est petit, plus la pénétration est grande ;
- Courant continu, polarité inversée (DC+) produit un taux de dépôt plus faible et une pénétration plus élevée.
Caractéristiques et utilisations
Le soudage à l'arc submergé peut être utilisé pour de nombreuses applications industrielles, notamment la fabrication de navires, la fabrication d'éléments structuraux, les récipients sous pression, etc. Le procédé peut être utilisé pour souder des sections minces ainsi que des sections épaisses (de 5 mm à plus de 200 mm).Le procédé est principalement utilisé dans les aciers au carbone, faiblement alliés et inoxydables.
Ne convient pas à tous les métaux et alliages.
Voici quelques-unes des différentes classes de métaux de base qui peuvent être soudés par ce procédé :
- Acier au carbone jusqu'à 0,29% C.
- Aciers au carbone traités thermiquement (normalisés ou trempés – trempés).
- Aciers faiblement alliés, trempés et revenus, limite d'élasticité jusqu'à 700 Mpa (100 000 psi).
- Aciers au chrome-molybdène (1/2% à 9%Cr et 1/2% à 1% Mo).
- Aciers inoxydables austénitiques.
- Nickel et lignes de Nickel.
Par ce procédé, des soudures bout à bout, des soudures d'angle, des soudures en bouchon peuvent être réalisées, ainsi que des dépôts de surface sur le métal de base (revêtement).
Lors du soudage de joints bout à bout à racine ouverte, un joint en cuivre est utilisé pour supporter le métal en fusion. Au lieu d'un joint en cuivre, il est possible d'utiliser une soudure de racine TIG pour résister à la chaleur de l'arc submergé.
Dans le soudage de revêtement pour conférer les propriétés souhaitées à une surface, par exemple la résistance à la corrosion ou à l'érosion, le métal d'apport utilisé est normalement un ruban. Le taux de dépôt peut varier de 5,0 kg/h, en utilisant des procédés semi-automatiques, à un maximum d'environ 85 kg/h, en utilisant des procédés automatiques à plusieurs arcs conjugués.
Préparation et nettoyage du joint
Le nettoyage du joint et l'alignement de la machine avec le joint sont particulièrement importants dans le soudage à l'arc submergé.En ce qui concerne le nettoyage, toute contamination résiduelle non éliminée peut entraîner de la porosité et des inclusions. Ainsi, pour le soudage à l'arc submergé, toutes les recommandations faites pour le soudage à l'électrode enrobée prévalent, à savoir :
- Les pièces à souder doivent être exemptes d'huile, de graisse, de rouille, de résidus d'examen par liquide pénétrant, de sable et de suie de préchauffage des gaz, en une bande d'au moins 20 mm de chaque côté des bords, et démagnétisées.
- Les irrégularités et les scories de l'oxycoupage doivent être éliminées, au minimum, par meulage.
- Les dépôts de carbone, de scories et de cuivre résultant de la coupe à l'électrode de carbone doivent être éliminés.
- Un alignement machine/joint incorrect entraîne un manque de pénétration et un manque de fusion à la racine. Si la soudure est très restreinte, des fissures peuvent également survenir en raison d'un désalignement.
Discontinuités induites par le processus
En soudage à l'arc submergé, comme le soudage avec électrode enrobée, presque tous les types de discontinuité peuvent se produire, du moins les plus courants. L'inspecteur en soudage doit prêter attention à certains aspects principaux :Manque de fusion
Elle peut se produire dans le cas d'un cordon épais exécuté en une seule passe ou dans des soudures très rapides, c'est-à-dire dans des cas de faible énergie de soudage.Manque de pénétration
Comme je l'ai déjà mentionné, le manque de pénétration, lorsqu'il se produit, est dû à un mauvais alignement de la machine à souder avec le joint à souder.Inclusion de scories
Cela peut se produire lorsque l'élimination du laitier dans le soudage multipasse n'est pas parfaite. Il faut veiller à ce que tout le laitier soit enlevé, sachant qu'il y a des régions où cette opération est plus difficile : la région entre les passes et celle entre la passe et la face du chanfrein exécuté dans le métal de base.Saper
Ils se produisent avec une certaine fréquence dans le soudage à l'arc submergé, lorsque le soudage se déroule rapidement et lorsque le courant est très élevé.Porosité
Il se produit fréquemment, ayant comme principales causes la grande vitesse d'avance de la machine et le refroidissement rapide de la soudure. Ce sont des bulles de gaz emprisonnées sous le laitier. Nous pouvons éliminer la porosité en modifiant la granulation (moins de fines) ou la composition du flux.D'autres moyens d'éviter la porosité sont : un nettoyage adéquat du joint, une réduction de la vitesse d'avancement de la machine, l'utilisation de fils à teneur en désoxydant plus élevée et une hauteur d'écoulement adéquate.
Fissure
Dans le soudage à l'arc submergé, des fissures peuvent se produire à des températures élevées ou à des températures basses. Les fissures de cratère se produisent normalement dans le soudage à l'arc submergé, à moins que l'opérateur n'ait une technique de remplissage de cratère parfaite.En pratique, on utilise des plaques annexes (languettes d'enfilage et d'enfilage) pour éloigner le début et la fin de l'opération de soudage des pièces en cours de soudage.
Les fissures de bord et les fissures de racine se produisent souvent quelque temps après l'opération de soudage et sont dans ce cas dues à l'hydrogène. Souvent, la cause est l'humidité dans le cours d'eau.
Doubles laminages, dalles et couvercles en métaux non communs
Peut entraîner des fissures lors du soudage à l'arc submergé. De telles discontinuités se présentent sous la forme d'entailles qui tendent à initier des fissures dans le métal fondu. Les doubles tôles associées à des contraintes de soudage élevées peuvent entraîner des fissures interlamellaires.Conditions de protection personnelle
Avec l'arc submergé (invisible car en dessous du flux) le soudage s'effectue normalement sans fumées, projections et autres désagréments couramment rencontrés dans les autres procédés de soudage à l'arc électrique.Par conséquent, nous n'avons pas besoin de masques et d'autres dispositifs de protection autres que des lunettes de sécurité. Ils doivent être assombris pour se protéger contre l'éblouissement dans le cas où un arc démarre par inadvertance sans flux de couverture.
Le soudage à l'arc submergé peut produire des fumées et des gaz toxiques. Il est toujours conseillé de veiller à ce qu'il y ait une ventilation adéquate du poste de soudage, en particulier dans le cas de zones confinées.
L'opérateur et les autres personnes impliquées dans le fonctionnement de l'équipement de soudage doivent être familiarisés avec les instructions d'utilisation du fabricant. Une attention particulière doit être accordée aux informations de précaution contenues dans le manuel d'utilisation.
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