Généralités ( notions de base sur le soudage à l'arc) - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Généralités ( notions de base sur le soudage à l'arc)

Avant d'aborder l'étude qui traite du poste de soudage à l'arc avec électrode enrobée, vous effectuerez un survol rapide de certaines notions qui vous serviront tout au long de ce cours.

Ces notions portent sur:

  • l'électricité,

 

  • l'arc électrique,
  • le principe du soudage à l'arc avec électrode enrobée,
  • les applications et les limites du procédé.
1. Notions d'électricité

Le soudage à l'arc électrique fait intervenir un courant électrique, il est indispensable d'expliquer l'origine de l'électricité et certaines notions concernant :

  • la tension électrique,
  • la source d'électricité,
  • le courant électrique,
  • la tension à circuit ouvert,
  • la tension à circuit fermé.

Origine de l'électricité :

Les corps qui nous entourent sont constitués:

  • De particules infiniment petites, invisibles à l'œil nu et qu'on appelle des molécules.
  • Ces dernières sont constituées, à leur tour, de particules encore infiniment plus petites, appelées atomes.
  • L'atome, que vous pouvez voir à la figure suivante, est composé d'un noyau portant une charge positive et autour duquel gravitent des électrons portant une charge négative.

Structure de l'atome :

Il existe une force d'attraction qui s'exerce entre les charges négatives (-) de l'atome, qui sont les électrons, et la charge positive (+) de l'atome, qui est le noyau.

Cette force d'attraction diminue avec la distance, ce qui fait que les électrons les plus éloignés du noyau sont moins attirés par ce dernier et peuvent quitter l'atome. Ces électrons sont appelés des électrons libres.

Le déplacement de ces électrons libres engendre l'électricité.

Tension électrique et différence de potentiel :

La tension électrique est un surplus d'électrons libres que l'on peut comparer à un gaz sous pression dans un contenant. Elle s'exprime en volt (V).

La différence de potentiel, c'est la différence de tension électrique entre deux points.

Elle est comparable à une différence de pression entre l'amont et l'aval d'une pompe hydraulique.

2. Source d'électricité

Tout dispositif capable de créer une tension électrique ou une différence de potentiel entre deux bornes est appelé "source d'électricité".

La pile d'une lampe de poche est, par exemple, une source d'électricité.

Dans cette source d'électricité, montrée à la figure suivante, un surplus d'électrons libres est créé à une borne et un manque d'électrons à l'autre borne.

Pile :

La borne qui possède un excès d'électrons est un pôle négatif :

  • sa charge et sa polarité sont négatives.

La borne présentant un manque d'électrons est un pôle positif :

  • sa charge et sa polarité sont positives.

Les autres sources d'électricité sont basées sur les mêmes principes.

Conducteur et isolant :

  • Un conducteur est un corps constitué d'atomes possédant des électrons libres.
  • Un corps isolant possède des atomes dont les électrons sont fortement attirés par la charge positive des noyaux.

Un conducteur :

A la figure suivante, l'atome de cuivre possède un électron libre relativement éloigné du noyau.

  • le cuivre est un très bon conducteur d'électricité.
  • la majorité des fils électriques sont en cuivre.

Atome de cuivre :

Un corps isolant:

La figure suivante vous montre l'atome d'un corps isolant.

Cet atome ne possède pas d'électrons libres. Par exemple, l'air et le caoutchouc sont des isolants.

Atome d'un corps isolant :

Courant électrique :

Dans un circuit électrique constitué d'une source d'électricité et d'un fil conducteur, le courant électrique est défini comme étant:

  • le déplacement ordonné d'électrons libres dans le fil conducteur de la borne négative vers la borne positive.

Un tel circuit est représenté à la figure suivante.

Circuit électrique :


Par convention, le sens du courant électrique est l'inverse de celui du déplacement des électrons libres.

La présence d'une différence de potentiel entre les bornes d'une source d'électricité est indispensable à la création d'un courant électrique.

Notez aussi que les corps conducteurs offrent une très faible résistance au passage du courant, tandis que les corps isolants offrent une résistance très importante au passage du courant.

Courant continu :

Le courant continu est un courant électrique où les électrons circulent toujours dans le même sens :

  • Les bornes (pôles) de la source d'électricité conservent leur polarité lors du passage du courant.
  • La pile d'une lampe de poche, par exemple, génère un courant continu.

Courant alternatif :

Le courant alternatif est un courant électrique où les électrons circulent en suivant un mouvement de va-et-vient entre les bornes de la source d'électricité :

  • les bornes de la source ne conservent pas leur polarité.
  • Les bornes changent de polarité tour à tour et dans un ordre régulier.

Par exemple, le courant électrique utilisé dans nos maisons est un courant alternatif.

  • Il a une fréquence égale à 50 hertz (Hz), c'est-à-dire que les électrons font 50 aller-retour par seconde entre les bornes de la source d'électricité.
  • le courant change de sens 100 fois par seconde.

Intensité du courant :

L'intensité du courant est la quantité d'électrons par seconde qui passent dans un circuit électrique.

Elle est mesurée en ampères (A).

Tension à circuit ouvert :

Un circuit ouvert, tel qu'il est montré partie a de la figure suivante, est un circuit dont les éléments ne sont pas liés les uns aux autres.

  • Il en résulte que, dans un tel circuit, le courant électrique ne circule pas.
  • La tension à circuit ouvert est la tension qui règne entre les bornes de la source d'électricité.

Circuit ouvert et circuit fermé :

Tension à circuit fermé :

Dès qu'on abaisse la lame de l'interrupteur dans le circuit représenté à la partie b de la figure 1.6, le circuit se ferme, le courant électrique circule:

  • la tension qui apparaît aux bornes de la source d'électricité est une tension à circuit fermé.
  • Sa valeur est plus faible que celle à circuit ouvert.

Arc électrique

Pour mieux comprendre le principe de l'arc électrique, prenez l'exemple d'un circuit électrique constitué :

  • d'une source d'électricité,
  • de deux fils conducteurs,
  • de deux électrodes en métal (deux tiges en métal)

L'électrode :

  • reliée à la borne positive de la source d'électricité est nommée "anode",
  • reliée à la borne négative est appelée "cathode".

Voyez ce circuit à la figure suivante.

Circuit avec électrodes et Arc électrique :

La distance qui sépare les deux électrodes est la longueur d'arc ; la chaleur produite par l'arc électrique provoque la fusion des deux électrodes.

Si l'on sépare davantage les deux électrodes, l'arc s'éteint. Pour faire jaillir et maintenir un arc électrique, il faut que le courant et la tension soient suffisants.

Principe du soudage à l'arc avec électrode enrobée :

Le soudage à l'arc avec électrode enrobée est un procédé de soudage autogène qui consiste à unir, avec une électrode de métal d'apport enrobée, deux pièces de métal de même nature en fusionnant leurs bords.

Cette fusion est obtenue grâce à la chaleur dégagée par un arc établi entre :

  •  l'électrode enrobée ;
  •  et la pièce de métal  dont la température est d'environ 3 500°C.

La fusion de l'électrode enrobée et du métal de base forme le bain de fusion qui, en se solidifiant, forme le cordon de soudure.

La fusion de l'enrobage dégage un gaz qui protège le bain de fusion de l'air ambiant et forme un laitier (dépôt vitreux) qui couvre le bain de fusion.

La figure suivante représente le principe de ce procédé.

Principe du procédé :

Champ d'application du soudage à l'arc :

Le soudage à l'arc avec électrode enrobée est utilisé pour souder une grande variété de métaux et d'alliages, tels que :

  • l'acier doux et les autres aciers au carbone,
  • les aciers alliés,
  • les aciers fortement alliés,
  • le cuivre et certains de ses alliages,
  • le nickel et ses alliages,
  • l'aluminium et certains de ses alliages,
  • les fontes.

Il est le procédé de soudage le plus employé pour construire :

  • des ponts,
  • des réservoirs sous pression,
  • des camions,
  • des trains,
  • des bateaux.

De plus, il est utilisé pour recharger des pièces métalliques usées ou cassées.

Limites du soudage à l'arc avec électrode enrobée :

Contrairement aux autres procédés de soudage, le soudage à l'arc avec électrode enrobée a ses limites :

- il ne se prête pas à l'automatisation ;

- il n'est pas utilisé pour souder les métaux et les alliages qui présentent une faible température de fusion, tels que l'étain, le plomb et le zinc ;

- le soudage de métaux et d'alliages non ferreux à l'aide de ce procédé donne des résultats inférieurs à ceux obtenus avec d'autres procédés ;

- ce procédé est déconseillé pour souder des tôles dont l'épaisseur est inférieure à 2 mm à cause des risques d'effondrement du bain de fusion.

En résumé sur les généralités :

A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants.

- La différence de potentiel est définie comme étant la différence de tension électrique entre deux points. Elle est comparable à une différence de pression entre l'amont et l'aval d'une pompe hydraulique.

- La source d'électricité est un dispositif capable de créer une différence de potentiel entre deux points.

- Le courant électrique est défini comme étant le déplacement ordonné d'électrons dans un conducteur d'électricité.

- Dans un courant continu, les électrons circulent toujours dans le même sens.

- Dans un courant alternatif, les électrons circulent en suivant un mouvement de va-et-vient entre les bornes de la source d'électricité.

- Dans un circuit ouvert, le courant électrique ne circule pas. La tension à circuit ouvert est la tension qui règne entre les bornes de la source d'électricité ou entre les bornes du circuit en question.

- Pour faire jaillir et maintenir un arc électrique, il faut que le courant et la tension soient suffisants.

- Le procédé de soudage à l'arc avec électrode enrobée est déconseillé pour le soudage des tôles dont l'épaisseur est inférieure à 2 mm.

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