Technique de soudage à l'arc sous protection gazeuse MAG (1)

La technique du soudage à l'arc sous protection gazeuse MAG diffère de celle suivie en soudage à l'arc avec électrodes enrobées.

Ceci est dû au fait que les composantes d'un poste MAG sont complètement différentes de celles d'un poste de soudage à l'arc avec électrodes enrobées.

La technique du soudage à l'arc sous protection gazeuse MAG présentée dans cette étude consiste à effectuer correctement les actions suivantes :

- choisir les électrodes et les gaz protecteurs,

- régler les paramètres de soudage,

- préparer les bords du joint,

- souder des plaques en position à plat.

En soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode fusible, le bain de fusion est protégé soit par un gaz inerte (comme l'argon), soit par un gaz actif (comme le gaz carbonique).

Ces gaz sont utilisés à l'état pur ou mélangés à d'autres gaz.

Rôles du gaz protecteur

Le gaz protecteur à l'état pur ou à l'état de mélange joue plusieurs rôles :

• rôle de protection,
• rôle électrique,
• rôle métallurgique.

1-Rôle de protection :

Le gaz, en sortant de la torche, forme une enveloppe gazeuse autour de l'arc qui protège le bain de fusion et les gouttes du métal en fusion contre l'humidité et l'oxygène de l'air, comme vous pouvez voir à la figure suivante.

Enveloppe gazeuse autour de l'arc :

2-Rôle électrique :

Contrairement à l'enrobage de l'électrode dans le procédé à l'arc avec électrodes enrobées, le gaz protecteur facilite l'amorce, la stabilité et le maintien de l'arc.

3-Rôle métallurgique-chimique :

Le degré de réaction entre le gaz protecteur et le métal en fusion varie avec la nature du gaz :

• Les gaz inertes, comme l'argon, ne réagissent pas chimiquement avec le métal fondu, ce qui donne des soudures saines et exemptes des porosités.
• Les gaz actifs, tels que le gaz carbonique et le mélange argon-gaz carbonique, réagissent chimiquement avec le métal, causant des porosités et des oxydes dans le cordon de soudure.

Pour remédier à ce problème, on utilise un fil-électrode contenant des éléments d'alliages désoxydants, tels que le manganèse (Mn), le silicium (Si) et l'aluminium (Al).

Choix des gaz :

Le choix des gaz dépend de :

• la nature du métal à souder,
• de la position de soudage,
• de la forme du joint,
• de l'apparence du cordon de soudure,
• des propriétés mécaniques désirées du cordon de soudure. 

Les deux principaux gaz utilisés pour souder l'acier doux sont le gaz carbonique et le mélange gaz carbonique-argon.

Gaz carbonique

L'utilisation du gaz carbonique en MAG :

• donne lieu à une pénétration importante, ce qui permet le soudage des pièces épaisses ou moyennes à de grandes vitesses de soudage,
• représente une économie d'argent en raison du faible coût de ce gaz.

Par ailleurs, l'utilisation du gaz carbonique comme gaz protecteur produit beaucoup de projections et de porosités dans le cordon de soudure parce que c'est un gaz actif qui réagit chimiquement avec le métal en fusion.

Mélange argon-gaz carbonique

Il existe plusieurs types de mélanges sur le marché. Les plus utilisés sont les mélanges suivants :

•  75 % Ar - 25 % CO₂ ;
•  25 % Ar - 75 % CO₂.

Chacun de ces mélanges possède ses caractéristiques.

• Plus le pourcentage du gaz carbonique est important dans ce mélange, plus la pénétration et les projections sont importantes ; par contre, le coût du gaz devient moins élevé.
• L'addition de l'argon au gaz carbonique améliore l'apparence et les propriétés mécaniques du cordon, diminue les projections et la pénétration et augmente le coût du gaz. 

La figure suivante vous montre le profil de pénétration obtenu avec le gaz carbonique, l'argon et le mélange gaz carbonique-argon.

Profil du cordon en fonction du gaz protecteur :

N'essayer pas d'utiliser un collecteur en Y pour obtenir un mélange de deux gaz protecteurs provenant de deux bouteilles différentes. Il se peut que les gaz atteignent la sortie de la torche avant de se mélanger adéquatement et, par conséquent, que les gaz ne remplissent pas leur rôle comme s'ils étaient mélangés dans la même bouteille avant d'arriver dans la torche.

En soudage semi-automatique, le fil-électrode :

• assure le passage du courant de soudage et la création de l'arc.
• sert de métal d'apport qui, en fondant, apporte les éléments d'alliage nécessaires à l'élaboration du bain de fusion pour donner au joint soudé les propriétés mécaniques désirées.

Le choix des fils-électrodes dépend :

• de la nature du métal à souder,
• du type de travail à effectuer,
• des propriétés mécaniques recherchées.

Pour souder l'acier doux, on utilise des fils-électrodes en acier doux ayant des propriétés mécaniques supérieures ou égales à celles du métal de base.

Pour souder des pièces en acier doux rouillées ou de qualité médiocre, ou pour souder avec le gaz carbonique comme gaz protecteur, il est indispensable d'utiliser un fil-électrode contenant des éléments d'alliage désoxydants, tels que le manganèse (Mn), le silicium (Si) et l'aluminium (Al).

La présence de ces éléments dans le bain de fusion combat la formation des oxydes qui affaiblissent les propriétés mécaniques du joint soudé.

Réaliser un cordon de soudure avec le procédé semi-automatique consiste à former un bain de fusion et à le faire progresser de façon continue.

Le bain de fusion est obtenu grâce à la fusion du fil-électrode et du métal de base.

Exécution d'un cordon de soudure :

Avant d'exécuter un cordon de soudure sur une pièce métallique, assurez-vous que cette dernière est exempte de toute matière grasse, de rouille ou de peinture.

Pour exécuter un cordon de soudure, procédez comme suit.

- Déposez une plaque en acier doux à plat sur la table de soudage.

Exécution d'un cordon de soudure :

Attention :

Dans le cas d'utilisation d'un fil-électrode riche en éléments désoxydants, un nettoyage à l'aide d'un marteau à piquer suivi d'un brossage peut s'avérer nécessaire.

Comme on l'a mentionné auparavant, avec le procédé semi-automatique, un réglage inadéquat des paramètres conduit au "collage" du métal déposé.

Les principaux paramètres à régler d'une manière judicieuse sont les suivants :

• la tension,
• la vitesse d'alimentation du fil-électrode,
• la longueur terminale du fil-électrode,
• l'angle d'inclinaison de la torche,
• la vitesse de déplacement de la torche.

Tension d'arc :

La tension d'arc est la tension qui règne entre le bout du fil-électrode et la pièce à souder pendant que l'arc est établi.

Elle est presque égale à la tension affichée par le cadran de la machine de soudage, mais elle est plus faible que la tension nécessaire à l'amorce de l'arc, comme vous pouvez voir à la figure suivante.

Tension d'arc :

Une tension d'arc supérieure à la normale :

• augmente la largeur du cordon,
• la pénétration,
• mais elle diminue la surépaisseur du cordon.

Vitesse d'alimentation du fil-électrode :

Comme on l'a mentionné auparavant, le réglage de la vitesse du fil-électrode est aussi le réglage du courant de soudage. Plus la vitesse du fil-électrode augmente, plus l'intensité du courant de soudage augmente.

Une intensité du courant supérieure à la normale augmente la largeur et la surépaisseur du cordon ainsi que la pénétration.

Dans le cas où vous ne possédez pas le guide des paramètres du fabricant, référez-vous aux indications suivantes pour régler la vitesse du fil-électrode.

- Si le fil-électrode heurte de manière régulière la pièce à souder et que les projections sont importantes, c'est que la vitesse d'alimentation du fil-électrode est supérieure à la normale.

- Si l'arc émet un bourdonnement et que de grosses gouttes de métal en fusion se forment au bout du fil-électrode, c'est que la vitesse du fil-électrode est inférieure à la normale.

- Si la vitesse du fil-électrode est normale, le son émis par l'arc est une sorte de pétillement doux et régulier.

Longueur terminale du fil-électrode :

La longueur terminale du fil-électrode est la longueur du fil-électrode qui dépasse le bout du tube contact, comme on le montre à la figure suivante.

Longueur terminale :

Une augmentation de la longueur terminale du fil-électrode diminue la pénétration et la surépaisseur, mais elle augmente la largeur du cordon.

Angle d'inclinaison de l'électrode :

Lors de l'exécution d'un cordon de soudure, les soudeurs doivent respecter l'angle d'inclinaison de l'électrode, qui dépend de la position et du type de joint à souder.

Si l'angle d'inclinaison par rapport à la verticale devient plus grand que 15° :

• la pénétration diminue,
• la largeur et la surépaisseur du cordon augmentent,
• l'arc devient instable et les projections augmentent.

Vitesse de déplacement de la torche :

La vitesse de déplacement de la torche dépend de l'épaisseur de la pièce à souder.

• Le soudage des pièces minces exige une vitesse de déplacement de la torche plus élevée que celle utilisée lors du soudage des pièces épaisses.
• Dans le cas de soudage des pièces épaisses ou minces, une vitesse de déplacement supérieure à la normale diminue: la pénétration, la largeur du cordon et la surépaisseur.

Qualités et défauts d'un cordon de soudure :

Les qualités et défauts d'un cordon de soudure exécuté avec le procédé semi-automatique sont presque les mêmes que ceux d'un cordon exécuté avec le procédé à l'arc avec électrodes enrobées , mais leur origine peut être différente.

Pour pouvoir identifier les qualités et défauts d'un cordon de soudure et leurs causes, en voici une brève description.

Les qualités d'un cordon de soudure se traduisent par :

• une largeur uniforme ;
• des stries régulières et arrondies ;
• une profondeur régulière ;
• une absence de projections, de porosités et de caniveaux.

Ces qualités sont obtenues grâce à un choix judicieux des paramètres de soudage:

• intensité du courant,
• tension de soudage,
• vitesse d'alimentation du fil-électrode, etc.

Les défauts, sont décrits comme suit :

- Une surépaisseur excessive est causée :

• par une vitesse du déplacement de la torche inférieure à la normale,
• une inclinaison incorrecte de la torche,
• ou par l'utilisation d'un fil-électrode de gros diamètre.

- Des porosités sont causées :

• par une protection inadéquate du bain de fusion (faible débit du gaz, écoulement turbulent, courant d'air, etc.),
• un nettoyage inadéquat de la surface de la pièce à souder,
• une inclinaison incorrecte de la torche,
• une longueur terminale du fil-électrode supérieure à la normale.

- Des projections sont causées par :

• l'utilisation du gaz carbonique pur comme gaz protecteur,
• un soufflage magnétique de l'arc,
• une vitesse d'alimentation du fil-électrode supérieure à la normale,
• la présence d'humidité dans le gaz de protection,
• la présence de saleté à la surface de la pièce à souder ou de celle du fil-électrode.

- Une pénétration excessive est causée par :

• une intensité du courant,
• une tension supérieures à la normale.

- Un cordon mince et bombé est causé par :

• une vitesse du déplacement de la torche supérieure à la normale.

- Un cordon épais et large est causé par:

• une vitesse du déplacement de la torche inférieure à la normale.

- Un cordon large et plat est causé par:

• une tension supérieure à la normale.

Lors du soudage, des éclaboussures du métal en fusion viennent se loger dans la buse de la torche. L'accumulation de gouttelettes de métal dans la buse rend l'écoulement du gaz protecteur turbulent.

Pour remédier à ce problème, il faut vaporiser un produit spécial à l'intérieur de la buse ou plonger cette dernière dans une pâte spéciale. Ceci empêche les gouttelettes de métal en fusion d'adhérer à la buse.