Le soudage à l'arc est l'un des nombreux procédés de fusion pour assembler des métaux. En appliquant une chaleur intense, le métal au niveau du joint entre deux pièces est fondu et amené à se mélanger - directement, ou plus couramment, avec un métal d'apport fondu intermédiaire. Lors du refroidissement et de la solidification, une liaison métallurgique est créée. Étant donné que l'assemblage est un mélange de métaux, la soudure finale a potentiellement les mêmes propriétés de résistance que le métal des pièces. Ceci est en contraste frappant avec les processus d'assemblage sans fusion (c'est-à-dire le brasage, le brasage, etc.) dans lesquels les propriétés mécaniques et physiques des matériaux de base ne peuvent pas être dupliquées au niveau du joint.

Fig.1 Le circuit de soudage à l'arc de base

Dans le soudage à l'arc, la chaleur intense nécessaire pour faire fondre le métal est produite par un arc électrique. L'arc est formé entre le travail proprement dit et une électrode (bâton ou fil) qui est guidée manuellement ou mécaniquement le long du joint. L'électrode peut être soit une tige dans le but de simplement transporter le courant entre la pointe et l'ouvrage. Ou bien, il peut s'agir d'une tige ou d'un fil spécialement préparé qui non seulement conduit le courant, mais fond également et fournit du métal d'apport au joint. La plupart du soudage dans la fabrication de produits en acier utilise le deuxième type d'électrode.


Circuit de soudage de base
Le circuit de soudage à l'arc de base est illustré à la Fig. 1. Une source d'alimentation CA ou CC, équipée de toutes les commandes nécessaires, est connectée par un câble de travail à la pièce et par un câble «chaud» à un porte-électrode de certains type, qui établit un contact électrique avec l'électrode de soudage.

Un arc est créé à travers l'espace lorsque le circuit sous tension et la pointe de l'électrode touchent la pièce et sont retirés, tout en étant toujours en contact étroit.

L'arc produit une température d'environ 6500 ° F à l'extrémité. Cette chaleur fait fondre à la fois le métal de base et l'électrode, produisant un bassin de métal fondu parfois appelé «cratère». Le cratère se solidifie derrière l'électrode lors de son déplacement le long de l'articulation. Le résultat est un lien de fusion.


Blindage d'arc
Cependant, joindre des métaux nécessite plus que de déplacer une électrode le long d'un joint. Les métaux à haute température ont tendance à réagir chimiquement avec les éléments de l'air - oxygène et azote. Lorsque le métal dans la piscine fondue entre en contact avec l'air, des oxydes et des nitrures se forment qui détruisent la résistance et la ténacité du joint de soudure. Par conséquent, de nombreux procédés de soudage à l'arc fournissent certains moyens de couvrir l'arc et la piscine fondue avec un écran protecteur de gaz, de vapeur ou de laitier. C'est ce qu'on appelle le blindage d'arc. Ce blindage empêche ou minimise le contact du métal fondu avec l'air. Le blindage peut également améliorer la soudure. Un exemple est un flux granulaire, qui ajoute en fait des désoxydants à la soudure.

La figure 2 montre comment le revêtement sur une électrode revêtue (bâton) fournit un écran gazeux autour de l'arc et un revêtement de laitier sur le dépôt de soudure à chaud.

La figure 2 illustre le blindage de l'arc de soudage et de la piscine fondue avec une électrode Stick. Le revêtement extrudé sur la tige métallique d'apport, fournit un gaz de protection au point de contact tandis que le laitier protège la soudure fraîche de l'air.

L'arc lui-même est un phénomène très complexe. Une compréhension approfondie de la physique de l'arc est de peu de valeur pour le soudeur, mais une certaine connaissance de ses caractéristiques générales peut être utile.


Nature de l'arc
Un arc est un courant électrique circulant entre deux électrodes à travers une colonne de gaz ionisé. Une cathode chargée négativement et une anode chargée positivement créent la chaleur intense de l'arc de soudage. Les ions négatifs et positifs sont rebondis l'un sur l'autre dans la colonne de plasma à une vitesse accélérée.

En soudage, l'arc fournit non seulement la chaleur nécessaire pour faire fondre l'électrode et le métal de base, mais dans certaines conditions doit également fournir les moyens pour transporter le métal fondu de la pointe de l'électrode à l'ouvrage. Plusieurs mécanismes de transfert de métal existent. Deux (parmi tant d'autres) exemples incluent:

1. Surface Tension Transfer® - une goutte de métal fondu touche la piscine de métal fondu et y est attirée par la tension superficielle
2. Arc de pulvérisation - la goutte est éjectée du métal fondu à l'extrémité de l'électrode par une pincée électrique la propulsant vers la piscine fondue (idéal pour le soudage en hauteur)

Si une électrode est consommable, la pointe fond sous la chaleur de l'arc et les gouttelettes fondues sont détachées et transportées vers le travail à travers la colonne d'arc. Tout système de soudage à l'arc dans lequel l'électrode est fondue pour faire partie de la soudure est décrit comme un arc métallique. Dans le soudage au carbone ou au tungstène (TIG), il n'y a pas de gouttelettes fondues à forcer à travers l'espace et sur la pièce. Le métal d'apport est fondu dans le joint à partir d'une tige ou d'un fil séparé.

Une plus grande partie de la chaleur développée par l'arc est transférée au bain de fusion avec des électrodes consommables. Cela produit des rendements thermiques plus élevés et des zones affectées thermiquement plus étroites.

Puisqu'il doit y avoir un chemin ionisé pour conduire l'électricité à travers un espace, la simple mise en marche du courant de soudage avec une électrode électriquement froide posée dessus ne déclenchera pas l'arc. L'arc doit être allumé. Ceci est provoqué soit par la fourniture d'une tension initiale suffisamment élevée pour provoquer une décharge, soit par le contact de l'électrode avec le travail, puis en la retirant lorsque la zone de contact se réchauffe.

Le soudage à l'arc peut être effectué en courant continu (CC) avec l'électrode soit en courant positif, soit en courant négatif ou en courant alternatif (CA). Le choix du courant et de la polarité dépend du processus, du type d'électrode, de l'atmosphère de l'arc et du métal à souder.

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