La soudure à l’arc est le type générique de plusieurs méthodes et principes de soudage utilisant l’arc électrique pour élever la température des métaux à souder jusqu’au point de fusion.
Principe de la soudure à l’électrode enrobée
Le principe de la soudure à l’arc tient dans le principe de l’élévation de température au point de fusion par l’utilisation d’un arc électrique.
C’est l’échauffement créé par la résistivité des métaux parcourus par l’électricité qui élève la température au point de soudure jusqu’à celle requise pour la fusion du métal et de l’électrode fusible.
Le poste à souder délivre un courant électrique (alternatif ou continu).
- La pièce à souder est reliée à un pôle et sur le second pôle c’est une électrode qui transporte le courant électrique. L’opérateur manœuvre le porte-électrode pour amener l’électrode à frôler la surface de la pièce à souder.
- L’arc électrique qui se créé provoque l’échauffement du métal de la pièce à souder et la fonte de l’électrode enrobée.
Une électrode enrobée est composée d’une âme métallique recouverte d’un enrobage qui formera le laitier.
Le diamètre et la longueur d’une électrode sont définis par les dimensions de son âme.
L’enrobage de l’électrode en fondant sous l’arc électrique participe à la formation d’un laitier protecteur sur le cordon de soudure. Le laitier assure la protection contre l’oxygène de l’air ambiant durant le refroidissement du bain de fusion.
Une fois la soudure refroidie, le laitier sera ôté par piquage à l’aide d’un marteau à piquer.
Le matériel de soudure à l’électrode enrobée
Le matériel de soudure à l’électrode enrobée se compose d’un poste à souder à l’arc qui est un générateur électrique relié par un câble à la pièce à souder et par un autre au porte-électrode sur lequel est fixée l’électrode soudure amenant l’arc électrique près de la pièce à souder.
L’ électrode soudure est une électrode enrobée qui peut être soit un fil à souder enrobé, soit des électrodes enrobées de différents métaux, tailles et enrobages selon le métal à souder.
On distingue notamment l’enrobage :
- Rutile (R ou RR) : L’enrobage est composé en grande partie d’oxyde de titane (le rutile) ou de composés dérivés, avec des alliages ferreux et des silicates pour affiner le métal.
- Basique : (B) : L’enrobage contient en grande quantité des carbonates de calcium, des alliages et du fondant (spathfluor) abaissant la température de fusion.
- Acides (A) : L’enrobage contient des oxydes de fer et de manganèse ainsi que des désoxydants.
- Oxydant : (O) : L’enrobage contient des oxydes de fer, de silice et de silicates pour un bel aspect de finition en soudage.
- Cellulosique © : L’addition de cellulose et de matières organiques produit lors de la chauffe une abondance de gaz dont le souffle améliore la pénétration.
Les déclinaisons de la soudure à l’électrode enrobée
Par la possibilité d’assembler des aciers de toutes nuances et de toutes compositions ainsi qu’en raison des excellentes caractéristiques mécaniques des dépôts issus de l’enrobage, la soudure à l’électrode enrobée permet le soudage de toutes les épaisseurs d’acier dans toutes les positions de soudage en mono-cordon ou en passages multiples.
Il suffit de choisir le bon enrobage selon le métal à souder, le diamètre de l’électrode enrobée et l’intensité du courant électrique de soudage.
- Lorsque l’intensité de courant est trop faible, il y a collage de l’électrode enrobée sur la pièce à souder.
- La fusion est molle, la pénétration est faible et l’amorçage difficile.
- Il y a une instabilité de l’arc provoquant une mauvaise compacité du métal déposé avec des défauts et des incrustations du laitier dans la soudure.
- Lorsque l’intensité de courant est trop forte, il se produit d’importantes projections aux abords du joint et des écoulements de métal lors du soudage en position verticale.
Intensité du courant (A) par rapport au diamètre de l’électrode (Ø) et à l’épaisseur de la pièce
| Épaisseur | Électrode | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 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 | |||
La pratique de la soudure à l’électrode enrobée
ou soudure à poste MMA (Manual Metal Arc).
La méthode
Après mise en œuvre du matériel, la soudure à l’arc à l’électrode enrobée doit se faire après amorçage de l’arc électrique.
L’amorçage est fait par frottements légers de l’électrode sous tension sur une pièce martyre (raccordée électriquement à la pièce à souder) et jamais sur la pièce à souder ni sur la pince de masse. L’amorçage est nécessaire pour échauffer l’électrode et former le cratère dans l’âme de la en faisant fondre l’enrobage.
La hauteur de l’électrode par rapport à la pièce à souder est d’environ une fois son diamètre.
- Un bon rapprochement de l’électrode provoque un arc stable au crépitement sec et la lumière est intense sans qu’on y distingue l’étincelle de l’arc électrique.
- Une trop grande distance entre l’électrode et la pièce à souder se traduit par un arc électrique instable au bruit sourd et visuellement l’arc apparaît comme une flamme.
L’orientation de l’électrode et son positionnement doivent être contrôlés en permanence :
- L’électrode doit être maintenue bien au-dessus du chanfrein qui reçoit le cordon de soudure afin de chauffer uniformément les deux lèvres à souder.
- L’électrode doit être inclinée de 60 à 80° par rapport à l’avance du cordon afin que l’enrobage forme le laitier à l’avant de la soudure et non à l’arrière ce qui inclurait du laitier dans le cordon.
La soudure à l’arc à l’électrode enrobée requiert des techniques pour savoir comment souder et connaître les précautions : protection soudure.
Le matériel
Les électrodes enrobées :
- L’utilisation des électrodes rutile (R ou RR) et acides (A) est possible avec un poste à souder en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC) en polarité directe.
- Les autres électrodes sont utilisées avec un poste à souder en courant continu (CC) en polarité inverse.
- En courant continu (CC) avec une polarité directe, la prise de masse est branchée à la borne positive et l’électrode, à la borne négative.
- Les électrons circulent de l’électrode vers la pièce à souder et frappent sa surface avec une grande vitesse, concentrant ainsi la chaleur sur le joint.
- Les ions de gaz inerte sont à ce moment dirigés vers l’électrode négative à une vitesse relativement lente.
- Le courant continu avec une polarité directe ne contribue donc pas à nettoyer la surface des métaux des oxydes présents.
- En courant continu (CC) avec une polarité inversée, l’électrode est branchée à la borne positive et la prise de masse, à la borne négative.
- Dans ce cas, c’est l’électrode qui reçoit la plus grande proportion de chaleur et non la pièce.
- Avec la polarité inversée, la pièce demeure relativement froide comparativement au soudage avec la polarité normale; il en résulte une pénétration peu profonde.
- De plus, la polarité inversée a un effet nettoyant sur certains métaux tels que le magnésium, le béryllium et le cuivre.
- En effet, les ions de gaz inerte brisent le film d’oxydes en frappant la surface de la pièce à grande vitesse. Il en résulte un effet de nettoyage du bain de fusion.
- Le soudage en courant alternatif (CA) réunit les caractéristiques du soudage à l’aide de courant continu avec polarité inversée et avec polarité normale.
- Ainsi, pendant l’alternance positive, il y a un fort effet de nettoyage du bain de fusion.
- Durant l’alternance négative, la chaleur est plus concentrée dans le bain de fusion, ce qui a pour effet d’augmenter la pénétration.