L’équipement de soudage à l’arc métallique blindé se compose généralement d’une alimentation de soudage à courant constant et d’une électrode, avec un porte-électrode, une pince de masse, et des câbles de soudage (également appelés fils de soudage) reliant les deux.
Alimentationdit
L’alimentation utilisée dans SMAW a une sortie de courant constante, garantissant que le courant (et donc la chaleur) reste relativement constant, même si la distance de l’arc et la tension changent. Ceci est important car la plupart des applications de SMAW sont manuelles, nécessitant qu’un opérateur tienne la torche. Il est difficile de maintenir une distance d’arc convenablement stable si une source d’alimentation à tension constante est utilisée à la place, car elle peut provoquer des variations de chaleur spectaculaires et rendre le soudage plus difficile. Cependant, comme le courant n’est pas maintenu absolument constant, les soudeurs qualifiés effectuant des soudures compliquées peuvent faire varier la longueur de l’arc pour provoquer des fluctuations mineures du courant.
La polarité préférée du système SMAW dépend principalement de l’électrode utilisée et des propriétés souhaitées de la soudure. Le courant continu avec une électrode chargée négativement (DCEN) provoque une accumulation de chaleur sur l’électrode, augmentant la vitesse de fusion de l’électrode et diminuant la profondeur de la soudure. Inverser la polarité de sorte que l’électrode soit chargée positivement (DCEP) et que la pièce soit chargée négativement augmente la pénétration de la soudure. Avec le courant alternatif, la polarité change plus de 100 fois par seconde, créant une répartition uniforme de la chaleur et assurant un équilibre entre la vitesse de fusion des électrodes et la pénétration.
Typiquement, l’équipement utilisé pour SMAW se compose d’un transformateur abaisseur et pour les modèles à courant continu, d’un redresseur, qui convertit le courant alternatif en courant continu. Étant donné que la puissance normalement fournie à la machine à souder est un courant alternatif haute tension, le transformateur de soudage est utilisé pour réduire la tension et augmenter le courant. En conséquence, au lieu de 220 V à 50 A, par exemple, la puissance fournie par le transformateur est d’environ 17-45 V à des courants allant jusqu’à 600 A. Un certain nombre de types de transformateurs différents peuvent être utilisés pour produire cet effet, y compris plusieurs machines à bobines et inverseurs, chacun utilisant une méthode différente pour manipuler le courant de soudage. Le type à bobines multiples ajuste le courant en faisant varier le nombre de tours dans la bobine (dans les transformateurs à prise) ou en faisant varier la distance entre les bobines primaire et secondaire (dans les transformateurs à bobine mobile ou à noyau mobile). Les onduleurs, plus petits et donc plus portables, utilisent des composants électroniques pour modifier les caractéristiques actuelles.
Les générateurs et alternateurs électriques sont fréquemment utilisés comme alimentations portatives pour le soudage, mais en raison de leur faible efficacité et de leurs coûts plus élevés, ils sont moins fréquemment utilisés dans l’industrie. La maintenance a également tendance à être plus difficile, en raison de la complexité de l’utilisation d’un moteur à combustion comme source d’énergie. Cependant, dans un sens, ils sont plus simples: l’utilisation d’un redresseur séparé n’est pas nécessaire car ils peuvent fournir du courant alternatif ou continu. Cependant, les unités motorisées sont plus pratiques dans les travaux sur le terrain où le soudage doit souvent être effectué à l’extérieur et dans des endroits où les soudeuses de type transformateur ne sont pas utilisables car il n’y a pas de source d’énergie disponible pour être transformée.
Dans certaines unités, l’alternateur est essentiellement le même que celui utilisé dans les groupes électrogènes portables utilisés pour alimenter le secteur, modifié pour produire un courant plus élevé à une tension plus faible mais toujours à la fréquence du réseau de 50 ou 60 Hz. Dans les unités de qualité supérieure, un alternateur avec plus de pôles est utilisé et fournit du courant à une fréquence plus élevée, telle que 400 Hz. La plus petite quantité de temps que la forme d’onde haute fréquence passe près de zéro facilite beaucoup la frappe et le maintien d’un arc stable qu’avec les ensembles de fréquences de réseau moins chers ou les unités alimentées par réseau.
ElectrodeEdit
Le choix de l’électrode pour SMAW dépend d’un certain nombre de facteurs, notamment le matériau de soudure, la position de soudage et la position de soudage souhaitée propriétés de soudure. L’électrode est revêtue d’un mélange métallique appelé flux, qui dégage des gaz lors de sa décomposition pour éviter la contamination de la soudure, introduit des désoxydants pour purifier la soudure, provoque la formation de scories de protection de la soudure, améliore la stabilité de l’arc et fournit des éléments d’alliage pour améliorer la qualité de la soudure. Les électrodes peuvent être divisées en trois groupes: celles conçues pour fondre rapidement sont appelées électrodes à « remplissage rapide », celles conçues pour se solidifier rapidement sont appelées électrodes à « gel rapide » et les électrodes intermédiaires portent le nom d’électrodes à « gel rapide » ou à « suivi rapide ». Les électrodes à remplissage rapide sont conçues pour fondre rapidement afin de maximiser la vitesse de soudage, tandis que les électrodes à gel rapide fournissent un métal d’apport qui se solidifie rapidement, ce qui permet de souder dans diverses positions en empêchant le bain de soudure de se déplacer de manière significative avant de se solidifier.
La composition du coeur d’électrode est généralement similaire et parfois identique à celle du matériau de base. Mais même s’il existe un certain nombre d’options réalisables, une légère différence dans la composition de l’alliage peut avoir un impact important sur les propriétés de la soudure résultante. Cela est particulièrement vrai des aciers alliés tels que les aciers HSLA. De même, des électrodes de compositions similaires à celles des matériaux de base sont souvent utilisées pour souder des matériaux non ferreux comme l’aluminium et le cuivre. Cependant, il est parfois souhaitable d’utiliser des électrodes avec des matériaux de base significativement différents du matériau de base. Par exemple, les électrodes en acier inoxydable sont parfois utilisées pour souder deux pièces en acier au carbone et sont souvent utilisées pour souder des pièces en acier inoxydable avec des pièces en acier au carbone.
Les revêtements d’électrodes peuvent être constitués d’un certain nombre de composés différents, notamment du rutile, du fluorure de calcium, de la cellulose et de la poudre de fer. Les électrodes rutiles, revêtues de 25% à 45% de TiO2, se caractérisent par une facilité d’utilisation et un bon aspect de la soudure résultante. Cependant, ils créent des soudures à haute teneur en hydrogène, favorisant la fragilisation et la fissuration. Les électrodes contenant du fluorure de calcium (CaF2), parfois appelées électrodes basiques ou à faible teneur en hydrogène, sont hygroscopiques et doivent être stockées dans des conditions sèches. Ils produisent des soudures solides, mais avec une surface de joint grossière et convexe. Les électrodes revêtues de cellulose, en particulier lorsqu’elles sont combinées avec du rutile, assurent une pénétration profonde de la soudure, mais en raison de leur teneur élevée en humidité, des procédures spéciales doivent être utilisées pour éviter un risque excessif de fissuration. Enfin, la poudre de fer est un additif de revêtement commun qui augmente la vitesse à laquelle l’électrode remplit le joint de soudure, jusqu’à deux fois plus vite.
Pour identifier les différentes électrodes, l’American Welding Society a mis en place un système qui attribue aux électrodes un numéro à quatre ou cinq chiffres. Les électrodes recouvertes en acier doux ou faiblement allié portent le préfixe E, suivi de leur numéro. Les deux ou trois premiers chiffres du nombre spécifient la résistance à la traction du métal de soudure, en milliers de livres par pouce carré (ksi). L’avant-dernier chiffre identifie généralement les positions de soudage autorisées avec l’électrode, en utilisant typiquement les valeurs 1 (électrodes normalement à congélation rapide, impliquant toutes les positions de soudage) et 2 (électrodes normalement à remplissage rapide, impliquant uniquement le soudage horizontal). Le courant de soudage et le type de revêtement d’électrode sont spécifiés par les deux derniers chiffres ensemble. Le cas échéant, un suffixe est utilisé pour désigner l’élément d’alliage apporté par l’électrode.
Les électrodes courantes comprennent l’E6010, une électrode à congélation rapide, toutes positions avec une résistance à la traction minimale de 60 ksi (410 MPa) qui est actionnée à l’aide de DCEP et fournit une pénétration de soudure profonde avec un arc puissant capable de brûler à travers la rouille légère ou les oxydes sur la pièce. E6011 est similaire sauf que son revêtement de flux lui permet d’être utilisé avec un courant alternatif en plus du DCEP. E7024 est une électrode à remplissage rapide, utilisée principalement pour réaliser des soudures d’angle plates ou horizontales en AC, DCEN ou DCEP. Des exemples d’électrodes de remplissage-gel sont les électrodes E6012, E6013 et E7014, qui offrent toutes un compromis entre des vitesses de soudage rapides et un soudage toutes positions.
variationsEdit
Bien que le SMAW soit presque exclusivement un procédé de soudage à l’arc manuel, il existe une variante de procédé notable, connue sous le nom de soudage par gravité ou soudage à l’arc par gravité. Il sert de version automatisée du procédé traditionnel de soudage à l’arc métallique blindé, utilisant un porte-électrode fixé à une barre inclinée sur toute la longueur de la soudure. Une fois démarré, le processus se poursuit jusqu’à ce que l’électrode soit épuisée, ce qui permet à l’opérateur de gérer plusieurs systèmes de soudage par gravité. Les électrodes utilisées (souvent E6027 ou E7024) sont revêtues fortement en flux et ont typiquement une longueur de 71 cm (28 po) et une épaisseur d’environ 6,35 mm (0,25 po). Comme dans le SMAW manuel, une alimentation de soudage à courant constant est utilisée, avec un courant continu à polarité négative ou un courant alternatif. En raison de l’augmentation de l’utilisation de procédés de soudage semi-automatiques tels que le soudage à l’arc fourré, la popularité du soudage par gravité a diminué car son avantage économique par rapport à de telles méthodes est souvent minime. D’autres méthodes liées au SMAW qui sont encore moins fréquemment utilisées incluent le soudage par pétard, une méthode automatique de fabrication de soudures bout à bout et d’angle, et le soudage par électrode massive, un procédé de soudage de gros composants ou structures pouvant déposer jusqu’à 27 kg (60 lb) de métal à souder par heure.