Soudage à l'arc sous gaz - Gas metal arc welding

Soudage à l'arc gaz-métal Soudage "Mig"

Le soudage à l'arc gaz-métal ( GMAW ), parfois désigné par ses sous-types de gaz inerte métallique ( MIG ) et de gaz actif métallique ( MAG ) est un procédé de soudage dans lequel un arc électrique se forme entre un fil- électrode MIG consommable et le ou les métaux de la pièce. , qui chauffe le(s) métal(x) de la pièce, les faisant fondre (fondre et se joindre). Avec le fil-électrode, un gaz de protection alimente le pistolet de soudage, ce qui protège le processus de la contamination atmosphérique.

Le processus peut être semi-automatique ou automatique. Une source d'alimentation à tension constante et à courant continu est le plus souvent utilisée avec le GMAW, mais des systèmes à courant constant , ainsi qu'un courant alternatif , peuvent être utilisés. Il existe quatre méthodes principales de transfert de métal dans GMAW, appelées globulaire, court-circuit, pulvérisation et pulvérisation pulsée, chacune ayant des propriétés distinctes et les avantages et limitations correspondants.

Développé à l'origine dans les années 1940 pour le soudage de l' aluminium et d'autres matériaux non ferreux , le GMAW a rapidement été appliqué aux aciers car il offrait un temps de soudage plus rapide par rapport aux autres procédés de soudage. Le coût du gaz inerte a limité son utilisation dans les aciers jusqu'à plusieurs années plus tard, lorsque l'utilisation de gaz semi-inertes tels que le dioxyde de carbone est devenue courante. Des développements ultérieurs au cours des années 1950 et 1960 ont donné au processus une plus grande polyvalence et, par conséquent, il est devenu un processus industriel très utilisé. Aujourd'hui, GMAW est le procédé de soudage industriel le plus courant, préféré pour sa polyvalence, sa vitesse et la relative facilité d'adaptation du procédé à l'automatisation robotique. Contrairement aux procédés de soudage qui n'utilisent pas de gaz de protection, tels que le soudage à l'arc métallique blindé , il est rarement utilisé à l'extérieur ou dans d'autres zones d'air en mouvement. Un processus connexe, le soudage à l'arc fourré , n'utilise souvent pas de gaz de protection, mais utilise à la place un fil d'électrode creux et rempli de flux .

Développement

Les principes du soudage à l'arc sous gaz ont commencé à être compris au début du XIXe siècle, après que Humphry Davy ait découvert les arcs électriques pulsés courts en 1800. Vasily Petrov a produit indépendamment l' arc électrique continu en 1802 (suivi par Davy après 1808). Ce n'est que dans les années 1880 que la technologie s'est développée dans le but d'un usage industriel. Au début, les électrodes de carbone étaient utilisées dans le soudage à l'arc au carbone . En 1890, les électrodes métalliques avaient été inventées par Nikolay Slavyanov et CL Coffin . En 1920, un des premiers prédécesseurs de GMAW a été inventé par PO Nobel de General Electric . Il utilisait un courant continu avec un fil d'électrode nu et une tension d'arc pour réguler le taux d'alimentation. Il n'a pas utilisé de gaz de protection pour protéger la soudure, car les développements dans les atmosphères de soudage n'ont eu lieu que plus tard dans la décennie. En 1926, un autre précurseur de GMAW a été publié, mais il n'était pas adapté à une utilisation pratique.

En 1948, GMAW a été développé par le Battelle Memorial Institute . Il utilisait une électrode de plus petit diamètre et une source d'alimentation à tension constante développée par HE Kennedy . Il offrait un taux de dépôt élevé, mais le coût élevé des gaz inertes limitait son utilisation aux matériaux non ferreux et empêchait les économies de coûts. En 1953, l'utilisation du dioxyde de carbone comme atmosphère de soudage a été développée, et il a rapidement gagné en popularité dans GMAW, car il a rendu l'acier de soudage plus économique. En 1958 et 1959, la variante à arc court du GMAW a été lancée, ce qui a augmenté la polyvalence du soudage et rendu possible le soudage de matériaux minces tout en s'appuyant sur des fils électrodes plus petits et des alimentations plus avancées. Il est rapidement devenu la variante GMAW la plus populaire.

La variation de transfert d'arc de pulvérisation a été développée au début des années 1960, lorsque les expérimentateurs ont ajouté de petites quantités d'oxygène aux gaz inertes. Plus récemment, le courant pulsé a été appliqué, donnant naissance à une nouvelle méthode appelée variation d'arc de pulvérisation pulsée.

GMAW est l'une des méthodes de soudage les plus populaires, en particulier dans les environnements industriels. Il est largement utilisé par l'industrie de la tôle et l'industrie automobile. Là, la méthode est souvent utilisée pour le soudage par points à l' arc , remplaçant le rivetage ou le soudage par points par résistance . Il est également populaire pour le soudage automatisé , où les robots manipulent les pièces et le pistolet de soudage pour accélérer la fabrication. GMAW peut être difficile à bien exécuter à l'extérieur, car les courants d'air peuvent dissiper le gaz de protection et permettre aux contaminants de pénétrer dans la soudure; le soudage à l'arc fourré est mieux adapté à une utilisation en extérieur comme dans la construction. De même, l'utilisation par GMAW d'un gaz de protection ne se prête pas au soudage sous-marin , qui est plus couramment effectué via le soudage à l'arc sur métal blindé , le soudage à l'arc fourré ou le soudage à l'arc au gaz tungstène .

Équipement

Pour effectuer le soudage à l'arc sous gaz, l'équipement de base nécessaire est un pistolet de soudage, une unité d'alimentation en fil, une alimentation électrique de soudage , un fil d' électrode de soudage et une alimentation en gaz de protection .

Pistolet de soudage et dévidoir

Image en coupe de la buse de la torche GMAW. (1) Manche de torche, (2) Diélectrique phénolique moulé (illustré en blanc) et insert d'écrou métallique fileté (jaune), (3) Diffuseur de gaz de protection, (4) Pointe de contact, (5) Face de sortie de la buse

GMAW sur acier inoxydable

Poste de soudage au gaz inerte métallique (MIG)

Le pistolet de soudage GMAW typique comporte un certain nombre de pièces clés : un interrupteur de commande, un tube de contact, un câble d'alimentation, une buse de gaz, un conduit et une doublure d'électrode et un tuyau de gaz. L'interrupteur de commande, ou la gâchette, lorsqu'il est enfoncé par l'opérateur, initie l'alimentation du fil, l'alimentation électrique et le flux de gaz de protection, provoquant l'amorçage d'un arc électrique. La pointe de contact, normalement en cuivre et parfois traitée chimiquement pour réduire les projections, est connectée à la source d'alimentation de soudage via le câble d'alimentation et transmet l'énergie électrique à l'électrode tout en la dirigeant vers la zone de soudage. Il doit être solidement fixé et correctement dimensionné, puisqu'il doit laisser passer l'électrode tout en maintenant le contact électrique. Sur le chemin de la pointe de contact, le fil est protégé et guidé par le conduit d'électrode et la doublure, qui aident à empêcher le flambage et à maintenir une alimentation de fil ininterrompue. La buse à gaz dirige le gaz de protection uniformément dans la zone de soudage. Un débit irrégulier peut ne pas protéger adéquatement la zone de soudure. Des buses plus grandes fournissent un plus grand débit de gaz de protection, ce qui est utile pour les opérations de soudage à courant élevé qui développent un plus grand bain de fusion en fusion. Un tuyau de gaz provenant des réservoirs de gaz de protection fournit le gaz à la buse. Parfois, un tuyau d'eau est également intégré au pistolet de soudage, refroidissant le pistolet lors d'opérations à haute température.

L'unité d'alimentation en fil fournit l'électrode à la pièce, la faisant passer à travers le conduit et jusqu'à la pointe de contact. La plupart des modèles fournissent le fil à une vitesse d'avance constante, mais les machines plus avancées peuvent faire varier la vitesse d'avance en fonction de la longueur de l'arc et de la tension. Certains dévidoirs peuvent atteindre des vitesses d'avance allant jusqu'à 30 m/min (1200 in/min), mais les vitesses d'avance pour le GMAW semi-automatique vont généralement de 2 à 10 m/min (75 – 400 in/min).

Style d'outil

Le porte-électrode le plus courant est un porte-électrode semi-automatique refroidi par air. L'air comprimé y circule pour maintenir des températures modérées. Il est utilisé avec des niveaux de courant inférieurs pour le soudage de joints à recouvrement ou bout à bout . Le deuxième type de porte-électrode le plus courant est le semi-automatique refroidi à l'eau, où la seule différence est que l'eau remplace l'air. Il utilise des niveaux de courant plus élevés pour le soudage des joints en T ou en coin. Le troisième type de support typique est un support d'électrode automatique refroidi à l'eau, qui est généralement utilisé avec un équipement automatisé.

Source de courant

La plupart des applications de soudage à l'arc sous gaz utilisent une alimentation à tension constante. En conséquence, tout changement dans la longueur de l'arc (qui est directement lié à la tension) entraîne une grande variation de l'apport de chaleur et du courant. Une longueur d'arc plus courte provoque un apport de chaleur beaucoup plus important, ce qui fait fondre le fil-électrode plus rapidement et restaure ainsi la longueur d'arc d'origine. Cela aide les opérateurs à maintenir une longueur d'arc constante même lors du soudage manuel avec des pistolets de soudage à main. Pour obtenir un effet similaire, une source d'alimentation à courant constant est parfois utilisée en combinaison avec un dévidoir à arc commandé en tension. Dans ce cas, une modification de la longueur de l'arc fait ajuster la vitesse d'alimentation du fil pour maintenir une longueur d'arc relativement constante. Dans de rares circonstances, une source d'alimentation à courant constant et une unité de débit de fil constant peuvent être couplées, en particulier pour le soudage de métaux à haute conductivité thermique, tels que l'aluminium. Cela donne à l'opérateur un contrôle supplémentaire sur l'apport de chaleur dans la soudure, mais nécessite des compétences importantes pour réussir.

Le courant alternatif est rarement utilisé avec GMAW; à la place, un courant continu est utilisé et l'électrode est généralement chargée positivement. Étant donné que l' anode a tendance à avoir une plus grande concentration de chaleur, cela entraîne une fusion plus rapide du fil d'alimentation, ce qui augmente la pénétration de la soudure et la vitesse de soudage. La polarité ne peut être inversée que lorsque des fils d'électrode à revêtement émissif spécial sont utilisés, mais comme ils ne sont pas populaires, une électrode chargée négativement est rarement utilisée.

Électrode

L'électrode est un fil d' alliage métallique, appelé fil MIG, dont le choix, l'alliage et la taille sont principalement basés sur la composition du métal à souder, la variation du procédé utilisé, la conception du joint et les conditions de surface du matériau. La sélection des électrodes influence grandement les propriétés mécaniques de la soudure et est un facteur clé de la qualité de la soudure. En général, le métal fondu fini doit avoir des propriétés mécaniques similaires à celles du matériau de base sans défauts tels que discontinuités, contaminants entraînés ou porosité dans la soudure. Pour atteindre ces objectifs, il existe une grande variété d'électrodes. Toutes les électrodes disponibles dans le commerce contiennent des métaux désoxydants tels que le silicium , le manganèse , le titane et l' aluminium en petits pourcentages pour aider à prévenir la porosité à l'oxygène. Certains contiennent des métaux dénitrifiants comme le titane et le zirconium pour éviter la porosité à l'azote. Selon la variation du processus et le matériau de base à souder, les diamètres des électrodes utilisées dans GMAW vont généralement de 0,7 à 2,4 mm (0,028 à 0,095 in), mais peuvent atteindre 4 mm (0,16 in). Les électrodes les plus petites, généralement jusqu'à 1,14 mm (0,045 in), sont associées au processus de transfert de métal en court-circuit, tandis que les électrodes en mode de processus de transfert par pulvérisation les plus courantes mesurent généralement au moins 0,9 mm (0,035 in).

Gaz de protection

Schéma de circuit GMAW. (1) Torche de soudage, (2) Pièce à usiner, (3) Source d'alimentation, (4) Dévidoir, (5) Source d'électrode, (6) Alimentation en gaz de protection.

Les gaz de protection sont nécessaires pour le soudage à l'arc sous gaz pour protéger la zone de soudage des gaz atmosphériques tels que l' azote et l' oxygène , qui peuvent provoquer des défauts de fusion, de la porosité et une fragilisation du métal soudé s'ils entrent en contact avec l'électrode, l'arc ou le soudage métal. Ce problème est commun à tous les procédés de soudage à l'arc ; par exemple, dans l'ancien procédé de soudage à l'arc blindé (SMAW), l'électrode est recouverte d'un flux solide qui dégage un nuage protecteur de dioxyde de carbone lorsqu'il est fondu par l'arc. Dans GMAW, cependant, le fil d'électrode n'a pas de revêtement de flux et un gaz de protection séparé est utilisé pour protéger la soudure. Cela élimine le laitier, le résidu dur du flux qui s'accumule après le soudage et doit être écaillé pour révéler la soudure terminée.

Le choix d'un gaz de protection dépend de plusieurs facteurs, notamment du type de matériau à souder et de la variation du procédé utilisé. Les gaz inertes purs tels que l' argon et l' hélium ne sont utilisés que pour le soudage des métaux non ferreux ; avec l'acier, ils n'assurent pas une pénétration adéquate de la soudure (argon) ou provoquent un arc erratique et favorisent les projections (avec l'hélium). Le dioxyde de carbone pur , d'autre part, permet des soudures à pénétration profonde mais encourage la formation d'oxyde, ce qui affecte négativement les propriétés mécaniques de la soudure. Son faible coût en fait un choix intéressant, mais en raison de la réactivité du plasma d'arc, les projections sont inévitables et le soudage de matériaux minces est difficile. En conséquence, l'argon et le dioxyde de carbone sont fréquemment mélangés dans un mélange de 75 %/25% à 90%/10%. Généralement, en court-circuit GMAW, une teneur plus élevée en dioxyde de carbone augmente la chaleur et l'énergie de soudage lorsque tous les autres paramètres de soudage (volts, courant, type d'électrode et diamètre) sont maintenus identiques. Lorsque la teneur en dioxyde de carbone augmente de plus de 20 %, le transfert par pulvérisation GMAW devient de plus en plus problématique, en particulier avec des diamètres d'électrode plus petits.

L'argon est aussi couramment mélangé avec d'autres gaz, l'oxygène, l'hélium, l' hydrogène et l'azote. L'ajout de jusqu'à 5% d'oxygène (comme les concentrations plus élevées de dioxyde de carbone mentionnées ci-dessus) peut être utile pour le soudage de l'acier inoxydable, cependant, dans la plupart des applications, le dioxyde de carbone est préféré. L'augmentation de l'oxygène fait que le gaz de protection oxyde l'électrode, ce qui peut entraîner une porosité dans le dépôt si l'électrode ne contient pas suffisamment de désoxydants. Un excès d'oxygène, en particulier lorsqu'il est utilisé dans une application pour laquelle il n'est pas prescrit, peut entraîner une fragilité dans la zone affectée par la chaleur. Les mélanges argon-hélium sont extrêmement inertes et peuvent être utilisés sur des matériaux non ferreux. Une concentration d'hélium de 50 à 75 % augmente la tension requise et augmente la chaleur dans l'arc, en raison de la température d'ionisation plus élevée de l'hélium. De l'hydrogène est parfois ajouté à l'argon en petites concentrations (jusqu'à environ 5 %) pour le soudage de pièces en nickel et en acier inoxydable épais. À des concentrations plus élevées (jusqu'à 25 % d'hydrogène), il peut être utilisé pour le soudage de matériaux conducteurs tels que le cuivre. Cependant, il ne doit pas être utilisé sur l'acier, l'aluminium ou le magnésium car il peut provoquer de la porosité et une fragilisation par l'hydrogène .

Des mélanges de gaz de protection de trois gaz ou plus sont également disponibles. Des mélanges d'argon, de dioxyde de carbone et d'oxygène sont commercialisés pour le soudage des aciers. D'autres mélanges ajoutent une petite quantité d'hélium aux combinaisons argon-oxygène. Ces mélanges sont censés permettre des tensions d'arc et une vitesse de soudage plus élevées. L'hélium sert aussi parfois de gaz de base, avec de petites quantités d'argon et de dioxyde de carbone ajoutées. Cependant, parce qu'il est moins dense que l'air, l'hélium est moins efficace pour protéger la soudure que l'argon, qui est plus dense que l'air. Cela peut également entraîner des problèmes de stabilité et de pénétration de l'arc, ainsi qu'une augmentation des projections, en raison de son plasma d'arc beaucoup plus énergétique. L'hélium est également sensiblement plus cher que les autres gaz de protection. D'autres mélanges de gaz spécialisés et souvent exclusifs revendiquent des avantages encore plus importants pour des applications spécifiques.

Bien qu'il soit toxique, des traces d' oxyde nitrique peuvent être utilisées pour empêcher la formation d' ozone encore plus gênant dans l'arc.

Le débit souhaitable du flux de gaz de protection dépend principalement de la géométrie de la soudure, de la vitesse, du courant, du type de gaz et du mode de transfert du métal. Le soudage de surfaces planes nécessite un débit plus élevé que le soudage de matériaux rainurés, car le gaz se disperse plus rapidement. Des vitesses de soudage plus rapides, en général, signifient que plus de gaz doit être fourni pour fournir une couverture adéquate. De plus, un courant plus élevé nécessite un débit plus important, et généralement, plus d'hélium est nécessaire pour fournir une couverture adéquate que si l'argon est utilisé. Peut-être plus important encore, les quatre variantes principales du GMAW ont des exigences différentes en matière de débit de gaz de protection - pour les petits bassins de soudure des modes de pulvérisation en court-circuit et pulsé, environ 10  L /min (20 pi ³ / h ) sont généralement appropriés, tandis que pour le globulaire transfert, environ 15 L/min (30 pi ³ /h) est préférable. La variation de transfert de pulvérisation nécessite normalement un débit de gaz de protection plus important en raison de son apport de chaleur plus élevé et donc de son plus grand bain de soudure. Les débits de gaz types sont d'environ 20 à 25 L/min (40 à 50 pi ³ /h).

Impression 3D basée sur GMAW

GMAW a également été utilisé comme méthode peu coûteuse pour imprimer en 3D des objets métalliques. Diverses imprimantes 3D open source ont été développées pour utiliser GMAW. De tels composants fabriqués à partir d'aluminium rivalisent avec les composants fabriqués plus traditionnellement sur le plan de la résistance mécanique. En formant une mauvaise soudure sur la première couche, les pièces imprimées en 3-D GMAW peuvent être retirées du substrat avec un marteau.

Opération

Zone de soudure GMAW. (1) Sens de déplacement, (2) Tube de contact, (3) Électrode, (4) Gaz de protection, (5) Métal fondu fondu, (6) Métal fondu solidifié, (7) Pièce à usiner.

Pour la plupart de ses applications, le soudage à l'arc sous gaz est un processus de soudage assez simple à apprendre qui ne nécessite pas plus d'une semaine ou deux pour maîtriser la technique de soudage de base. Même lorsque le soudage est effectué par des opérateurs bien formés, la qualité du soudage peut fluctuer car elle dépend d'un certain nombre de facteurs externes. Tous les GMAW sont dangereux, bien que peut-être moins que certaines autres méthodes de soudage, telles que le soudage à l'arc avec un métal blindé .

Technique

La technique de base de GMAW est simple, la plupart des individus étant capables d'atteindre une compétence raisonnable en quelques semaines, en supposant une formation appropriée et une pratique suffisante. Comme une grande partie du processus est automatisée, GMAW soulage le soudeur (opérateur) de la charge de maintenir une longueur d'arc précise, ainsi que d'alimenter le métal d'apport dans le bain de fusion, des opérations coordonnées qui sont requises dans d'autres processus de soudage manuels, tels que blindé arc métallique. GMAW exige seulement que le soudeur guide le pistolet avec une position et une orientation appropriées le long de la zone à souder, ainsi qu'un nettoyage périodique de la buse de gaz du pistolet pour éliminer l'accumulation de projections. Une compétence supplémentaire consiste à savoir comment régler la soudeuse afin que la tension, le débit d'alimentation du fil et le débit de gaz soient corrects pour les matériaux à souder et la taille du fil utilisé.

Le maintien d' une pointe au travail la distance contact relativement constant (le bâton à la distance) est important. Une distance de dépassement excessive peut provoquer la fonte prématurée du fil-électrode, provoquant un arc de pulvérisation, et peut également entraîner une dispersion rapide du gaz de protection, dégradant la qualité de la soudure. En revanche, un dépassement insuffisant peut augmenter la vitesse à laquelle les projections s'accumulent à l'intérieur de la buse du pistolet et, dans des cas extrêmes, peut endommager la pointe de contact du pistolet. La distance de dépassement varie pour les différents procédés et applications de soudage GMAW.

L'orientation du pistolet par rapport à la soudure est également importante. Il doit être tenu de manière à diviser l'angle entre les pièces ; c'est-à-dire à 45 degrés pour une soudure d'angle et à 90 degrés pour souder une surface plane. L'angle de déplacement, ou angle d'attaque, est l'angle du canon par rapport à la direction de déplacement, et il doit généralement rester approximativement vertical. Cependant, l'angle souhaitable change quelque peu en fonction du type de gaz de protection utilisé - avec des gaz inertes purs, le bas de la torche est souvent légèrement en avant de la section supérieure, tandis que l'inverse est vrai lorsque l'atmosphère de soudage est du dioxyde de carbone.

Le soudage en position, c'est-à-dire le soudage de joints verticaux ou aériens, peut nécessiter l'utilisation d'une technique de tissage pour assurer un dépôt et une pénétration appropriés de la soudure. Lors du soudage en position, la gravité a tendance à faire sortir le métal en fusion de la flaque d'eau, ce qui entraîne des cratères et des sous-dépouilles, deux conditions qui produisent une soudure faible. Le tissage déplace constamment la zone de fusion afin de limiter la quantité de métal déposée en un point. La tension superficielle aide ensuite à maintenir le métal en fusion dans la flaque jusqu'à ce qu'il soit capable de se solidifier. Le développement des compétences en soudage en position demande une certaine expérience, mais est généralement rapidement maîtrisé.

Qualité

Deux des problèmes de qualité les plus répandus dans GMAW sont les scories et la porosité . Si elles ne sont pas contrôlées, elles peuvent conduire à des soudures plus faibles et moins ductiles . Les crasses sont un problème particulièrement courant dans les soudures GMAW en aluminium, provenant normalement de particules d'oxyde d'aluminium ou de nitrure d'aluminium présentes dans l'électrode ou les matériaux de base. Les électrodes et les pièces doivent être brossées avec une brosse métallique ou traitées chimiquement pour éliminer les oxydes sur la surface. Tout oxygène en contact avec le bain de fusion, qu'il provienne de l'atmosphère ou du gaz de protection, provoque également des crasses. Par conséquent, un débit suffisant de gaz de protection inertes est nécessaire et le soudage dans de l'air en mouvement doit être évité.

Dans GMAW, la principale cause de porosité est le piégeage de gaz dans le bain de fusion, qui se produit lorsque le métal se solidifie avant que le gaz ne s'échappe. Le gaz peut provenir d'impuretés dans le gaz de protection ou sur la pièce, ainsi que d'un arc trop long ou violent. Généralement, la quantité de gaz piégé est directement liée à la vitesse de refroidissement du bain de fusion. En raison de sa conductivité thermique plus élevée , les soudures en aluminium sont particulièrement sensibles à des vitesses de refroidissement plus élevées et donc à une porosité supplémentaire. Pour le réduire, la pièce et l'électrode doivent être propres, la vitesse de soudage diminuée et le courant réglé suffisamment haut pour fournir un apport de chaleur suffisant et un transfert de métal stable mais suffisamment bas pour que l'arc reste stable. Le préchauffage peut également aider à réduire la vitesse de refroidissement dans certains cas en réduisant le gradient de température entre la zone de soudure et le métal de base.

Sécurité

Le soudage à l'arc sous quelque forme que ce soit peut être dangereux si les précautions appropriées ne sont pas prises. Étant donné que GMAW utilise un arc électrique, les soudeurs doivent porter des vêtements de protection appropriés, y compris des gants épais et des vestes de protection à manches longues, afin de minimiser l'exposition à l'arc lui-même, ainsi qu'à la chaleur intense, aux étincelles et au métal chaud. Le rayonnement ultraviolet intense de l'arc peut causer des dommages semblables à des coups de soleil à la peau exposée, ainsi qu'une affection connue sous le nom d' arc oculaire , une inflammation de la cornée ou, en cas d'exposition prolongée, des dommages irréversibles à la rétine de l'œil . Soudage conventionnels casques contiennent des plaques frontales sombres pour empêcher cette exposition. Les nouveaux modèles de casques comportent une plaque frontale de type cristal liquide qui s'assombrit automatiquement lors de l'exposition à l'arc. Des rideaux de soudage transparents, constitués d'un film plastique en polychlorure de vinyle , sont souvent utilisés pour protéger les travailleurs à proximité et les passants de l'exposition à l'arc.

Les soudeurs sont souvent exposés à des gaz dangereux et à des particules en suspension dans l'air . GMAW produit de la fumée contenant des particules de divers types d' oxydes , et la taille des particules a tendance à influencer la toxicité des fumées. Les particules plus petites présentent un plus grand danger. Les concentrations de dioxyde de carbone et d' ozone peuvent s'avérer dangereuses si la ventilation est insuffisante. D'autres précautions consistent à éloigner les matières combustibles du lieu de travail et à avoir un extincteur fonctionnel à proximité.

Modes de transfert de métal

Les trois modes de transfert dans GMAW sont globulaire, court-circuit et pulvérisation. Il existe quelques variantes reconnues de ces trois modes de transfert, notamment le court-circuit modifié et la pulvérisation pulsée.

Globulaire

La GMAW avec transfert de métal globulaire est considérée comme la moins souhaitable des trois principales variantes de la GMAW, en raison de sa tendance à produire une chaleur élevée, une mauvaise surface de soudure et des projections. La méthode a été développée à l'origine comme un moyen rentable de souder l'acier à l'aide de GMAW, car cette variante utilise du dioxyde de carbone, un gaz de protection moins cher que l'argon. Son taux de dépôt élevé s'ajoutait à son avantage économique, permettant des vitesses de soudage allant jusqu'à 110 mm/s (250 in/min). Au fur et à mesure que la soudure est réalisée, une boule de métal en fusion provenant de l'électrode a tendance à s'accumuler à l'extrémité de l'électrode, souvent sous des formes irrégulières avec un diamètre plus grand que l'électrode elle-même. Lorsque la gouttelette se détache finalement par gravité ou par court-circuit, elle tombe sur la pièce à usiner, laissant une surface inégale et provoquant souvent des éclaboussures. En raison des grosses gouttelettes en fusion, le processus est généralement limité aux positions de soudage plates et horizontales, nécessite des pièces plus épaisses et donne un bain de soudure plus grand.

Court-circuit

D'autres développements dans le soudage de l'acier avec GMAW ont conduit à une variante connue sous le nom de transfert de court-circuit (SCT) ou GMAW à arc court, dans laquelle le courant est inférieur à celui de la méthode globulaire. En raison du courant plus faible, l'apport de chaleur pour la variation de l'arc court est considérablement réduit, ce qui permet de souder des matériaux plus minces tout en diminuant la quantité de distorsion et de contrainte résiduelle dans la zone de soudure. Comme dans le soudage globulaire, des gouttelettes fondues se forment sur la pointe de l'électrode, mais au lieu de tomber dans le bain de soudure, elles comblent l'écart entre l'électrode et le bain de soudure en raison de la vitesse d'alimentation du fil plus faible. Cela provoque un court-circuit et éteint l'arc, mais il est rapidement rallumé après que la tension superficielle du bain de soudure a retiré le cordon de métal en fusion de la pointe de l'électrode. Ce processus est répété environ 100 fois par seconde, ce qui rend l'arc constant à l'œil humain. Ce type de transfert de métal offre une meilleure qualité de soudure et moins de projections que la variation globulaire, et permet de souder dans toutes les positions, bien qu'avec un dépôt plus lent du matériau de soudure. Le réglage des paramètres du procédé de soudage (volts, ampères et vitesse d'alimentation du fil) dans une bande relativement étroite est essentiel pour maintenir un arc stable : généralement entre 100 et 200 ampères à 17 à 22 volts pour la plupart des applications. En outre, l'utilisation d'un transfert à arc court peut entraîner un manque de fusion et une pénétration insuffisante lors du soudage de matériaux plus épais, en raison de la faible énergie de l'arc et du gel rapide du bain de soudure. Comme la variante globulaire, il ne peut être utilisé que sur les métaux ferreux.

Transfert de métal à froid

Pour les matériaux minces, le transfert de métal à froid (CMT) est utilisé en réduisant le courant lorsqu'un court-circuit est enregistré, produisant de nombreuses gouttes par seconde. Le CMT peut être utilisé pour l'aluminium.

Vaporisateur

Transfert par pulvérisation GMAW a été la première méthode de transfert de métal utilisée dans GMAW, et bien adaptée au soudage de l'aluminium et de l'acier inoxydable tout en utilisant un gaz de protection inerte. Dans ce processus GMAW, le métal de l'électrode de soudure est rapidement passé le long de l'arc électrique stable de l'électrode à la pièce, éliminant essentiellement les projections et résultant en une finition de soudure de haute qualité. Au fur et à mesure que le courant et la tension augmentent au-delà de la plage de transfert de court-circuit, le transfert de métal de l'électrode de soudure passe des plus gros globules à travers de petites gouttelettes à un flux vaporisé aux énergies les plus élevées. Étant donné que cette variation de transfert par pulvérisation vaporisée du processus de soudage GMAW nécessite une tension et un courant plus élevés que le transfert de court-circuit, et en raison de l'apport de chaleur plus élevé et de la plus grande surface de bain de soudure (pour un diamètre d'électrode de soudage donné), il est généralement utilisé uniquement sur pièces d'une épaisseur supérieure à environ 6,4 mm (0,25 in).

De plus, en raison du grand bain de soudure, il est souvent limité aux positions de soudage à plat et horizontales et parfois également utilisé pour les soudures verticales. Il n'est généralement pas pratique pour les soudures de passe de fond. Lorsqu'une électrode plus petite est utilisée en conjonction avec un apport de chaleur plus faible, sa polyvalence augmente. Le taux de dépôt maximum pour l'arc de pulvérisation GMAW est relativement élevé - environ 600 mm/s (1500 in/min).

Pulvérisation pulsée

Variante du mode de transfert par pulvérisation, la pulvérisation pulsée est basée sur les principes du transfert par pulvérisation, mais utilise un courant pulsé pour faire fondre le fil d'apport et permettre à une petite gouttelette fondue de tomber à chaque impulsion. Les impulsions permettent de réduire le courant moyen, diminuant l'apport de chaleur global et diminuant ainsi la taille du bain de soudure et de la zone affectée thermiquement tout en permettant de souder des pièces minces. L'impulsion fournit un arc stable et aucune projection, car aucun court-circuit n'a lieu. Cela rend également le processus adapté à presque tous les métaux, et un fil d'électrode plus épais peut également être utilisé. Le bain de soudure plus petit confère à la variation une plus grande polyvalence, permettant de souder dans toutes les positions. En comparaison avec le GMAW à arc court, cette méthode a une vitesse maximale un peu plus lente (85 mm/s ou 200 in/min) et le processus nécessite également que le gaz de protection soit principalement de l'argon avec une faible concentration en dioxyde de carbone. De plus, il nécessite une source d'alimentation spéciale capable de fournir des impulsions de courant avec une fréquence comprise entre 30 et 400 impulsions par seconde. Cependant, la méthode a gagné en popularité, car elle nécessite un apport de chaleur inférieur et peut être utilisée pour souder des pièces minces, ainsi que des matériaux non ferreux.

Comparaison avec le soudage à l'arc avec fil fourré

Le soudage à fil fourré , auto- blindé ou sans gaz a été développé pour plus de simplicité et de portabilité. Cela évite le système de gaz du GMAW conventionnel et utilise un fil fourré contenant un flux solide. Ce flux se vaporise pendant le soudage et produit un panache de gaz de protection. Bien que décrit comme un « flux », ce composé a peu d'activité et agit principalement comme un bouclier inerte. Le fil est d'un diamètre légèrement supérieur à celui d'une soudure à protection gazeuse comparable, pour laisser de la place au flux. Le plus petit disponible est de 0,8 mm de diamètre, contre 0,6 mm pour le fil plein. La vapeur de bouclier est légèrement active, plutôt qu'inerte, donc le processus est toujours MAGS mais pas MIG (bouclier de gaz inerte). Cela limite le processus à l'acier et non à l'aluminium.

Ces machines sans gaz fonctionnent en tant que DCEN, plutôt que DCEP habituellement utilisé pour le fil solide GMAW. DCEP, ou DC Electrode Positive, transforme le fil de soudage dans l' anode chargée positivement , qui est le côté le plus chaud de l'arc. À condition qu'il soit commutable de DCEN à DCEP, un dévidoir sous protection gazeuse peut également être utilisé pour le fil fourré.

Le fil fourré est considéré comme présentant certains avantages pour le soudage extérieur sur site, car le panache de gaz de protection est moins susceptible d'être emporté par le vent que le gaz de protection d'une buse conventionnelle. Un léger inconvénient est que, comme pour le soudage SMAW (à la baguette), il peut y avoir un certain flux déposé sur le cordon de soudure, nécessitant un processus de nettoyage plus important entre les passes.

Les machines à souder fourrées sont les plus populaires au niveau des amateurs, car les machines sont légèrement plus simples mais principalement parce qu'elles évitent le coût de la fourniture de gaz de protection, soit via une bouteille louée, soit avec le coût élevé des bouteilles jetables.

Voir également

• Soudage à l'arc fourré
• Liste des procédés de soudage

Les références

Bibliographie

Lectures complémentaires

• Blunt, Jane ; Balchin, Nigel C. (2002). Santé et sécurité dans le soudage et les procédés connexes . Cambridge, Royaume-Uni : Woodhead. ISBN 978-1-85573-538-5.
• Hicks, John (1999). Conception de joints soudés . Presse industrielle. ISBN 978-0-8311-3130-2.
• Minnick, William H. (2007). Manuel de soudage à l'arc sous gaz et métal . Parc Tinley : Goodheart–Willcox . ISBN 978-1-59070-866-8.
• Tendances de la recherche sur le soudage . Parc des matériaux, Ohio : ASM International. 2003. ISBN 978-0-87170-780-2.

Liens externes

• Manuel de processus ESAB
• Sujets OSHA sur la sécurité et la santé - Soudage, coupage et brasage
• Taux de formation de fumée dans le soudage à l'arc sous gaz - article de recherche du 1999 Welding Journal