Technique du soudage à l'arc avec électrode enrobée - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Technique du soudage à l'arc avec électrode enrobée

 Technique du soudage à l'arc avec électrode enrobée

La réussite d'un travail de qualité dépend largement de la technique utilisée.

La technique du soudage à l'arc avec électrode enrobée consiste à réaliser correctement les gestes et vérifications suivants : 

- choisir les électrodes,

- souder des pièces en position à plat,

- pointer des pièces en position horizontale, verticale et au plafond.

- vérifier visuellement des cordons de soudure,

- recharger des surfaces planes et cylindriques,

- dégager des bagues de roulements à billes, des goujons et des forets cassés.

Types et positions de joints soudés

Les principaux types de joints soudés sont les suivants :

  • le joint bout à bout ;
  • le joint à recouvrement ;
  • le joint à angle extérieur ;
  • le joint à angle intérieur, en "T".

Ces joints sont montrés à la figure 1.31.

Figure 1.31   Principaux types de joints.

Ils peuvent être exécutés dans diverses positions :

  • à plat,
  • horizontale,
  • verticale;
  • et au plafond.

Ces positions sont représentées à la figure 1.32.

Figure 1.32   Principales positions de soudage.

Finalement, pour rafraîchir votre mémoire, voyez, au tableau de la figure 1.33, un bref rappel des symboles de soudage de base les plus utilisés dans l'industrie.

Figure 1.33   Symboles de soudage.

 

Électrodes enrobées

L'électrode enrobée est constituée:

d'une tige métallique appelée "âme" recouverte d'un enrobage.

Ces deux parties, l'enrobage et la tige métallique, jouent plusieurs rôles:

  • assurer la formation de l'arc;
  • l'élaboration et la protection du bain de fusion,
  • tout en donnant au cordon de soudure un bel aspect et des propriétés mécaniques intéressantes.

Rôles de l'âme métallique

L'âme métallique de l'électrode assure:

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

Rôles de l'enrobage

L'enrobage est constitué d'un mélange de différentes substances chimiques qui jouent plusieurs rôles :

  • électrique,
  • métallurgique,
  • mécanique.

1- Rôle électrique

Les éléments chimiques de l'enrobage facilitent l'amorçage, la stabilité et le maintien de l'arc.

2- Rôle métallurgique

En fondant, l'enrobage apporte des éléments d'alliage indispensables à la formation d'une soudure saine et de qualité.

De plus, après sa fusion, l'enrobage forme un liquide plus léger que le métal en fusion ; il surnage, formant ainsi une couche protectrice qui isole le bain de fusion de l'air ambiant, tout en donnant au cordon de soudure un bel aspect.

En se solidifiant, le liquide en question forme un dépôt vitreux et dur à la surface du cordon. Ce dépôt, qu'on appelle laitier, doit être enlevé à l'aide d'un marteau à piquer une fois la soudure achevée.

3- Rôle mécanique

L'épaisseur de l'enrobage influence la forme du cordon de soudure, comme le montre la figure 1.34.

Figure 1.34   Forme du cordon en fonction de l'épaisseur de l'enrobage.

Dans le cas d'une électrode à enrobage très épais, l'âme métallique fond plus rapidement que l'enrobage, formant ainsi un cratère relativement profond, comme à la figure 1.34.

La formation de ce cratère permet aux soudeurs d'appuyer le bout de l'électrode sur la pièce lors de l'exécution de la soudure et, par conséquent, d'améliorer l'aspect du cordon.

 

Classification des électrodes enrobées

 

Principaux types d'enrobages

Les enrobages des électrodes utilisées pour souder l'acier doux sont classés selon la nature chimique des substances constituant l'enrobage:

  • enrobage cellulosique,
  • enrobage rutile,
  • enrobage basique ,
  • enrobage acide.

Enrobage cellulosique

Les électrodes à enrobage cellulosique produisent, après leur fusion:

  • une soudure dont les propriétés mécaniques sont bonnes,
  • un laitier qui se détache facilement,
  • un cordon d'aspect grossier;
  • une bonne pénétration.

Ce type d'électrode est faiblement influencé par l'humidité.

Enrobage rutile

Les électrodes à enrobage rutile offre:

  • une soudure de bel aspect,
  • de bonnes propriétés mécaniques.

Enrobage basique

Les électrodes à enrobage basique produisent, après leur fusion:

une soudure dont les propriétés mécaniques sont très bonnes,

  • un laitier qui se détache facilement,
  • un cordon de bel aspect,
  • une pénétration moyenne.

Enrobage acide

L'introduction de poudre de fer dans l'enrobage des électrodes:

  • augmente la qualité du métal déposé,
  • facilite le détachement du laitier,
  • produit un arc plus stable.

Conservation des électrodes

En raison de la composition chimique de l'enrobage et de sa structure poreuse, les enrobages d'électrodes absorbent plus ou moins l'humidité présente dans l'air ambiant.

Cette humidité, sous l'action de la chaleur de l'arc:

  • dégage des gaz causant des porosités dans le cordon de soudure, ce qui affaiblit la résistance mécanique du cordon,
  • provoque la détérioration de l'enrobage.

Pour remédier à ce problème, les électrodes doivent être conservées dans un lieu sec ou dans des fours spécialement conçus pour entreposer les électrodes.

Voyez, à la figure 1.35, un four à électrodes.

Figure 1.35   Four à électrodes.

Les enrobages sont affectés par l'humidité selon des degrés qui varient d'un type d'enrobage à l'autre, d'où la nécessité de les sécher ou de les entreposer à des températures différentes.

  • Les électrodes à enrobage cellulosique sont peu affectées par l'humidité et leur enrobage doit être à un degré d'humidité bien déterminé avant son utilisation. Elles ne doivent pas être utilisées quand elles sont très sèches ou trop humides. Dans ce dernier cas, il faut les sécher dans un four à une température n'excédant pas 80°C, parce qu'une température élevée de séchage risque de détruire l'enrobage.
  • Les électrodes à enrobage basique sont fortement affectées par l'humidité parce que leur enrobage absorbe facilement celle-ci. Elles doivent être séchées dans un four à une température de 300 à 400°C pendant environ deux heures, puis entreposées à une température de 120 à 150°C jusqu'à leur utilisation.
  • Les électrodes à enrobage rutile doivent être entreposées dans un four à une température se situant entre 90 et 120°C.

Les températures de séchage et d'entreposage mentionnées ci-dessus sont données à titre indicatif. Les températures exactes sont spécifiées sur la boîte d'électrodes.

Toutes les électrodes ont été conditionnées et livrées dans des boîtes à l'épreuve de l'humidité, elles peuvent donc être utilisées telles quelles et n'ont pas besoin d'être séchées. Une fois que la boîte d'électrodes est ouverte, l'enrobage des électrodes s'expose à l'humidité présente dans l'air ambiant.

Le taux d'absorption de l'humidité par l'enrobage varie:

  • en fonction de la durée d'exposition,
  • du degré d'humidité de l'air ambiant,
  • du type d'enrobage.

 On peut construire un four pour entreposer les électrodes. Il suffit de fabriquer une boîte métallique avec une porte sur le devant, dans laquelle on place une lampe électrique de 100 watts. En gardant la lampe allumée, on fait sécher les électrodes.

Qualités et défauts des électrodes

Une électrode doit posséder les qualités suivantes :

diamètre uniforme de l'âme métallique et de l'enrobage ;

composition chimique uniforme de l'âme métallique et de l'enrobage ;

enrobage exempt d'humidité et de fissures.

Ces qualités permettent:

  • une fusion uniforme et sans projection de l'électrode,
  • la formation d'un cordon de soudure exempt de porosités et dont les propriétés mécaniques sont homogènes.

Les défauts des électrodes se produisent:

  • soit lors de leur fabrication,
  • soit lors d'un stockage mal conditionné.

Les principaux défauts des électrodes sont les suivants :

  • diamètre irrégulier de l'âme métallique et de l'enrobage ;
  • composition chimique irrégulière de l'enrobage ;
  • enrobage fissuré dû à un chauffage excessif ou à une mauvaise manipulation des électrodes ou des boîtes d'électrodes ;
  • enrobage humide;
  • enrobage excentré sur l'âme.

Choix des électrodes

Le choix des électrodes dépend surtout:

  • 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 électrodes en acier doux ayant des propriétés mécaniques supérieures ou égales à celles du métal de base.

Il est imprudent de choisir une électrode dont les propriétés mécaniques sont inférieures à celles du métal de base.

Les autres critères de choix d'une électrode sont les suivants :

- le type de courant disponible ;

- la position de soudage ;

- l'aspect du cordon de soudure ;

- le prix de revient de l'électrode.

Nettoyage des joints à souder

Le nettoyage des joints à souder, lorsqu'il est bien effectué, contribue largement à la réussite d'une soudure de qualité.

Cette opération consiste à débarrasser le joint et ses abords de toute saleté, telles que:

  • l'huile,
  • la graisse,
  • la peinture.

Ces éléments, sous l'action de la chaleur lors du soudage, dégagent des gaz causant des porosités dans le cordon de soudure, ce qui affaiblit la résistance mécanique de ce dernier.

Il est donc nécessaire de:

  • décaper le joint à souder à l'aide d'un solvant,
  • de le mettre à nu à l'aide d'un papier abrasif ou d'une meule.

 La présence de rouille ou d'une couche d'oxyde à la surface du joint à souder entrave la fusion normale du métal de base, empêchant ainsi l'obtention d'une soudure de qualité. Toute couche de rouille ou d'oxyde doit donc être enlevée à l'aide d'une meuleuse avant de procéder au soudage.

 Les solvants sont en général des produits inflammables et toxiques ; vous devez nettoyer les pièces dans un lieu aéré, loin des étincelles et des flammes. De plus, lors de la mise à nu des pièces à l'aide d'une meule, portez des lunettes de sécurité.

 Les bords des plaques et des tuyaux coupés à l'aide d'une cisaille ou une scie mécanique présentent des arêtes tranchantes. Pour ne pas vous blesser les mains lors de la manipulation de ces pièces, ébavurez les bords découpés à l'aide d'une lime, d'une meule ou d'une meuleuse portative. Durant cette opération, portez des gants et des lunettes de sécurité.

Cordon de soudure

Réaliser un cordon de soudure consiste à former un bain de fusion et à le faire progresser de façon continue.

Le bain de fusion est formé grâce à la fusion de l'électrode enrobée et du métal de base.

Exécution d'un cordon de soudure

Avant de réaliser un cordon de soudure sur une plaque en métal, 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.

 La prise de masse doit être fixée aussi près que possible du futur cordon de soudure. Si la prise de masse est fixée trop loin, les fuites de courant augmentent, causant ainsi la diminution du courant de soudage, tout en augmentant les risques d'un choc électrique.

 

 Ne jetez pas les bouts des électrodes par terre. Vous risquez de glisser sur eux. Jetez-les dans un récipient en métal destiné à cette fin.

Nettoyage du cordon de soudure

L'enrobage de l'électrode forme un dépôt vitreux et dur appelé "laitier" à la surface du cordon de soudure.

Pour enlever le laitier en question, vous procédez comme suit.

Relevez la visière du masque, tout en gardant ce dernier sur la tête.

- Piquez le cordon de soudure sur toute sa longueur à l'aide d'un marteau à piquer. Les petites pièces à souder doivent être maintenues lors de cette opération sinon elles tomberont.

- Une fois le laitier piqué, brossez vigoureusement le cordon afin d'éliminer toute trace du laitier même dans les interstices. Un brossage suivi d'un jet d'air sous pression donne de meilleurs résultats.

Dans le cas où le masque ne possède pas une visière relevable, il faut porter les lunettes de sécurité avant de procéder au nettoyage du laitier.

Paramètres de soudage

La réussite d'un cordon de soudure de qualité dépend de quatre principaux paramètres de soudage :

  • l'intensité de courant,
  • la longueur d'arc,
  • l'angle d'inclinaison de l'électrode,
  • la vitesse de déplacement.

Intensité de courant

Le réglage de l'intensité de courant dépend :

  • du type d'électrode et de son diamètre,
  • de la position de soudage,
  • du diamètre et de la longueur des câbles.

Une faible intensité donne un cordon irrégulier et entraîne un manque de pénétration et un arc instable qui a tendance à s'éteindre.

Une intensité supérieure à la normale donne un cordon large et plat et provoque des projections et une pénétration excessives.

Longueur d'arc

La longueur d'arc est la distance entre le bout de l'électrode et la surface de la pièce à souder.

Une longueur d'arc supérieure à la normale:

  • donne un cordon irrégulier et plat,
  • entraîne un arc instable,
  • des porosités,
  • des soufflures.

Une longueur d'arc inférieure à la normale:

  • donne un cordon avec des stries grossières et irrégulières;
  • entraîne un manque de pénétration;
  • donne un arc instable qui a tendance à s'éteindre.

Angle d'inclinaison de l'électrode

L'angle d'inclinaison de l'électrode dépend de la position de soudage et du type de joints à souder.

Lors du soudage, le soudeur doit respecter l'angle d'inclinaison de l'électrode selon la position et le type du joint à souder.

  • Si l'angle d'inclinaison n'est pas respecté, il est difficile pour le soudeur de bien surveiller le bain de fusion.
  • De plus, le métal et le laitier en fusion ont tendance à s'écouler à l'avant du bain de fusion, provoquant ainsi une faible pénétration.

Vitesse de déplacement de l'électrode

Une faible vitesse de déplacement donne un cordon:

  • épais,
  • large.

une vitesse de déplacement supérieure à la normale donne un cordon:

  • mince,
  • étroit,
  • et entraîne la formation de caniveaux.

Qualités et défauts d'un cordon de soudure

Les qualités d'un cordon de soudure bien exécuté sont les suivantes :

  • la largeur est uniforme ;
  • les stries sont régulières et arrondies ;
  • la profondeur du cordon est régulière ;
  • absence des projections, de porosités et de caniveaux.

Ces qualités sont dues à:

  • une intensité de courant,
  • une longueur d'arc,
  • une vitesse de déplacement,
  • une inclinaison de l'électrode adéquates.

Un cordon de soudure bien exécuté est représenté à la partie a de la figure 1.38.

Figure 1.38   Qualités et défauts d'un cordon de soudure.

Les défauts d'un cordon de soudure, représentés à la figure 1.38,sont définis par:

(b) : le cordon étroit et bombé dont les stries sont irrégulières est causé par une faible intensité de courant ;

(c) : le cordon large et plat avec des projections et une pénétration excessives est causé par une intensité supérieure à la normale ;

(d) : le cordon étroit et bombé dont les stries sont irrégulières et grossières est causé par une longueur d'arc inférieure à la normale ;

(e) : le cordon irrégulier et plat avec des projections et une faible pénétration est causé par une longueur d'arc supérieure à la normale ;

(f) : le cordon épais et large est dû à une vitesse trop lente ;

(g) : le cordon mince et bombé avec une faible pénétration est causé par une vitesse de déplacement de l'électrode supérieure à la normale ;

Cette description des qualités et des défauts d'un cordon vous permettra d'évaluer visuellement la qualité de ce dernier.

Pour réussir cette évaluation, un nettoyage du cordon de soudure à l'aide d'un marteau à piquer et d'une brosse métallique est indispensable.

Soufflage de l'arc

En exécutant une soudure, surtout avec un courant continu, l'arc devient quelquefois instable ;

les gouttelettes du métal en fusion se dirigent de tous les côtés et semblent être soufflées hors du bain de fusion. Ce phénomène s'appelle le soufflage de l'arc.

Si le soufflage de l'arc n'est pas contrôlé, il s'ensuit:

  • des difficultés relatives au maintien de l'arc,
  • des difficultés relatives au contrôle du bain de fusion,
  • des projections,
  • un manque de fusion,
  • des porosités,
  • une qualité de soudure inférieure.

Le soufflage de l'arc, tel qu'il est montré à la figure 1.39 se produit tout le long de la pièce à souder et surtout aux extrémités de cette dernière.

Pour remédier à ce problème, on procède comme suit.

Figure 1.39   Soufflage de l'arc.

- Lorsque c'est possible, on utilise pour souder le courant alternatif au lieu du courant continu.

- Lors du pointage des pièces, on fait des points de 15 mm de longueur tout le long du futur joint.

- On soude en direction d'un point de soudure ou d'une portion de soudure déjà faite, comme à la figure 1.40.

Figure 1.40   Séquence de soudage.

- On soude deux petites plaques aux deux extrémités du joint avant de commencer le soudage du joint. Ceci diminue le soufflage de l'arc aux bords de la pièce. Voyez ces deux petites plaques à la figure 1.41.

Figure 1.41   Petites plaques soudées aux extrémités.

- On soude toujours en s'éloignant de la prise de masse, comme à la figure 1.42.

Figure 1.42   Soudage en s'éloignant de la prise de masse.

- On ne doit pas souder dans un lieu exposé aux courants d'air.

Remettre le lieu de travail à l'ordre

Après avoir terminé votre travail:

vous devez toujours nettoyer votre lieu de travail,

  • y compris le plancher,
  • ranger les matériaux;
  • ranger les outils à leur place respective.

Cette démarche évitera les pertes de temps et les accidents.

Nettoyer les outils et l'équipement et en prendre soin fait aussi partie des fonctions et du professionnalisme en mécanique industrielle.

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