Le soufflage à l'arc peut causer un certain nombre de problèmes de soudage, y compris des projections excessives, une fusion incomplète, une porosité et une qualité inférieure. Qu'est-ce que c'est et comment peut-on l'empêcher? Dans cet article, nous examinerons le soufflage à l'arc et discuterons des moyens de dépanner et d'éliminer ce phénomène pour créer une meilleure soudure.

Le soufflage à l'arc se produit dans le soudage à l'arc CC lorsque le courant d'arc ne suit pas le chemin le plus court entre l'électrode et la pièce à usiner et est dévié vers l'avant ou vers l'arrière par rapport au sens de déplacement ou, moins fréquemment, d'un côté.

Tout d'abord, examinons certains des termes associés au coup d'arc. Le contre-soufflage se produit lors du soudage vers la connexion de la pièce, ou l'extrémité d'un joint, ou dans un coin. Le soufflage vers l'avant se produit lors du soudage loin de la connexion de la pièce ou à l'extrémité de départ du joint. Le soufflage vers l'avant peut être particulièrement gênant avec les électrodes de poudre de fer SMAW, ou d'autres électrodes qui produisent de grandes couvertures de laitier, où l'effet est de faire glisser le laitier lourd ou le cratère vers l'avant et sous l'arc.

Coup d'arc magnétique
Le coup d'arc magnétique est causé par une condition déséquilibrée dans le champ magnétique entourant l'arc. Cette condition de déséquilibre résulte du fait que, dans la plupart des cas, l'arc sera plus éloigné d'une extrémité du joint qu'une autre et sera à des distances variables de la connexion de la pièce. Un déséquilibre existe également en raison du changement de direction du courant lorsqu'il s'écoule de l'électrode, à travers l'arc et dans et à travers la pièce à usiner.

Visualiser un champ magnétique
Pour comprendre le coup d'arc, il est utile de visualiser un champ magnétique. La figure 3-37 montre un courant continu traversant un conducteur (qui pourrait être une électrode ou le flux de plasma entre une électrode et un joint de soudure). Autour du conducteur, un champ magnétique, ou flux, est mis en place avec des lignes de force qui peuvent être représentées par des cercles concentriques dans des plans à angle droit par rapport à la direction du courant. Ces lignes de force circulaires diminuent en intensité à mesure qu'elles s'éloignent du conducteur électrique.

Les champs de flux concentriques resteront circulaires lorsqu'ils peuvent rester dans un milieu suffisamment expansif pour les contenir jusqu'à ce qu'ils diminuent à pratiquement rien. Mais si le support change (comme de la plaque d'acier à l'air), les lignes de force circulaires sont déformées et ont tendance à se concentrer dans l'acier où elles rencontrent moins de résistance. À une limite entre les bords d'une plaque d'acier et l'air, il y a une compression des lignes de flux magnétique, provoquant une déformation dans les lignes circulaires de force. Cette compression peut entraîner une forte concentration de flux derrière ou devant un arc de soudage. L'arc a alors tendance à se déplacer dans la direction qui soulagerait la compression et rétablirait l'équilibre du champ magnétique. Il s'éloigne du côté de la concentration du flux magnétique. Ce virage est observé comme un coup d'arc.

La figure 3-38 illustre l'écrasement et la distorsion des champs de flux au début et à la fin d'une soudure en continu. Au départ, les lignes de flux magnétique sont concentrées derrière l'électrode. L'arc essaie de compenser ce déséquilibre en avançant, ce qui crée un coup d'arc vers l'avant. Lorsque l'électrode s'approche de la fin de la couture, la compression est en avant de l'arc, avec un mouvement résultant de l'arc vers l'arrière, et le développement d'un contre-coup. Au milieu d'une couture dans deux éléments de même largeur, le champ magnétique serait symétrique et il n'y aurait pas de coup d'arc en arrière ou en avant. Mais, si un membre devait être large et l'autre étroit, un coup latéral pourrait se produire au milieu de la soudure.

Comprendre l'effet du retour du courant de soudage à travers la pièce
Un autre phénomène de "compression" résulte du retour du courant vers la connexion de la pièce à l'intérieur de la pièce. Comme le montre la figure 3-39, un flux magnétique est également établi par le courant électrique traversant la pièce à usiner jusqu'au fil de la pièce à usiner. La ligne épaisse représente le trajet du courant de soudage tandis que les lignes légères représentent le champ magnétique créé par le courant. Lorsque le courant change de direction ou fait tourner le coin de l'arc à la pièce, une concentration de flux se produit à x, ce qui fait souffler l'arc, comme indiqué, loin de la connexion de la pièce.

Le mouvement de l'arc du fait de cet effet se combinera avec le mouvement résultant de la concentration précédemment décrite pour donner le coup d'arc observé. L'effet du courant de retour peut diminuer ou augmenter le coup d'arc causé par le flux magnétique de l'arc. En fait, le contrôle de la direction du courant de retour est un moyen de contrôler le soufflage à l'arc, particulièrement utile avec les procédés de soudage automatiques.

Sur la figure 3-40 (a), le câble de la pièce à usiner est connecté à l'extrémité de départ de la couture et le flux résultant du retour du courant de soudage dans la pièce est derrière l'arc. Le mouvement d'arc résultant serait vers l'avant. Vers la fin de la couture, cependant, le mouvement de l'arc vers l'avant diminuerait le coup d'arc total en annulant une partie du coup arrière résultant de la concentration du flux de l'arc à l'extrémité de la pièce, voir la Figure 3-41 (a). . Sur la figure 3-40 (b), le câble de travail est connecté à l'extrémité de finition de la couture, ce qui entraîne un contre-soufflage. Ici, cela augmenterait le contre-coup du flux d'arc à la fin de la soudure.

La combinaison de flux magnétiques «pressés» est illustrée à la figure 3-41 (b). Une connexion de pièce à la fin de la soudure, cependant, peut être ce dont le soudeur a besoin pour réduire le soufflage avant excessif au début de la soudure.

Etant donné que l'effet du courant de soudage qui revient à travers la pièce à travailler est moins puissant que les concentrations de flux magnétique dérivé de l'arc aux extrémités des pièces, le positionnement de la connexion de la pièce n'est que modérément efficace pour contrôler le soufflage de l'arc. D'autres mesures doivent également être utilisées pour réduire les difficultés causées par le soufflage à l'arc lors du soudage.

Autres domaines problématiques

Joints d'angle et bout à bout avec rainures en V profondes
Où est-ce que le coup d'arc est un problème? On le rencontre également dans les coins des soudures d'angle et dans les joints de soudure qui utilisent des préparations de soudure profondes. La cause est exactement la même que lors du soudage d'un joint droit - les concentrations de lignes de flux magnétique et le mouvement de l'arc pour soulager ces concentrations. Les figures 3-42 et 3-43 illustrent des situations dans lesquelles le soufflage d'arc avec un courant continu est susceptible de poser un problème.

Courants élevés
Il y a moins de soufflage d'arc avec un courant faible qu'avec un courant élevé. Pourquoi? Parce que l'intensité du champ magnétique à une distance donnée du conducteur de courant électrique est proportionnelle au carré du courant de soudage. Habituellement, de graves problèmes de soufflage à l'arc ne se produisent pas lors du soudage à l'électrode collée avec du courant continu jusqu'à environ 250 ampères (mais ce n'est pas un paramètre exact car l'ajustement et la géométrie des joints pourraient avoir une influence majeure).

Courants DC
L'utilisation de courant alternatif réduit considérablement le soufflage de l'arc. L'inversion rapide du courant induit des courants de Foucault dans le métal de base, et les champs créés par les courants de Foucault réduisent considérablement la force des champs magnétiques qui provoquent le soufflage de l'arc.

Matériaux magnétiquement sensibles
Certains matériaux, comme les aciers au nickel à 9%, ont une perméabilité magnétique très élevée et sont très facilement magnétisés par des champs magnétiques externes, tels que ceux des lignes électriques, etc. Ces matériaux peuvent être très difficiles à souder en raison du coup d'arc produit par le champs magnétiques dans le matériau. Ces champs sont facilement détectés et mesurés par des compteurs Gauss portables bon marché. Les champs supérieurs à 20 Gauss sont généralement suffisants pour causer des problèmes de soudage.

Coup d'arc thermique
Nous avons déjà examiné la forme la plus courante de soufflage à l'arc, à l'arc magnétique, mais quelles autres formes un soudeur pourrait-il rencontrer? Le deuxième type est le soufflage à l'arc thermique. La physique de l'arc électrique nécessite un point chaud à la fois sur l'électrode et la plaque pour maintenir un flux continu de courant dans le courant d'arc. Au fur et à mesure que l'électrode avance le long du travail, l'arc aura tendance à prendre du retard. Ce retard naturel de l'arc est causé par la réticence de l'arc à se déplacer vers la plaque la plus froide. L'espace entre l'extrémité de l'électrode et la surface chaude du cratère fondu est ionisé et, par conséquent, est un chemin plus conducteur que de l'électrode à la plaque plus froide. Lorsque le soudage est effectué manuellement, la faible quantité de «contre-soufflage thermique» due au retard de l'arc n'est pas préjudiciable, mais cela peut devenir un problème avec les vitesses plus élevées du soudage automatique ou lorsque le contre-coup thermique est ajouté au contre-soufflage magnétique .

Coup d'arc avec plusieurs arcs
Certaines avancées récentes des procédés de soudage impliquent l'utilisation de plusieurs arcs de soudage pour une vitesse élevée et une productivité améliorée. Mais ce type de soudage peut également causer des problèmes de soufflage à l'arc. Plus précisément, lorsque deux arcs sont proches l'un de l'autre, leurs champs magnétiques réagissent pour provoquer un soufflage d'arc sur les deux arcs.

Lorsque deux arcs sont proches et ont des polarités opposées, comme sur la figure 3-44 (a), les champs magnétiques entre les arcs les font s'éloigner l'un de l'autre. Si les arcs sont de la même polarité, comme dans la figure 3-44 (b), les champs magnétiques entre les arcs s'opposent. Il en résulte un champ plus faible entre les arcs, provoquant le soufflage des arcs l'un vers l'autre.

Habituellement, lorsque deux arcs sont utilisés, il est suggéré que l'un soit CC et l'autre CA, comme illustré à la Figure 3-44 (c) .Dans ce cas, le champ de flux de l'arc CA s'inverse complètement pour chaque cycle, et le l'effet sur le champ DC est faible. En conséquence, très peu de soufflage d'arc se produit.

Un autre arrangement couramment utilisé est deux arcs AC. L'interférence de coup d'arc est ici évitée dans une large mesure en déphasant le courant d'un arc de 80 à 90 degrés par rapport à l'autre arc. Une connexion dite «Scott» accomplit cela automatiquement. Avec le déphasage, le courant et les champs magnétiques d'un arc atteignent un maximum lorsque le courant et les champs magnétiques de l'autre arc sont au minimum ou presque. En conséquence, il y a très peu de soufflage d'arc.

Comment réduire le coup d'arc
Tous les coups d'arc ne sont pas nuisibles. En fait, une petite quantité peut parfois être utilisée avantageusement pour aider à former la forme du cordon, contrôler le laitier fondu et contrôler la pénétration. Lorsque le soufflage à l'arc provoque ou contribue à des défauts tels que contre-dépouille, pénétration irrégulière, perles tordues, perles de largeur irrégulière, porosité, perles ondulées et éclaboussures excessives, il doit être contrôlé.

Les mesures correctives possibles sont les suivantes:

• Si le courant continu est utilisé avec le procédé à arc métallique blindé - en particulier à des taux supérieurs à 250 ampères - un changement de courant alternatif peut éliminer les problèmes
• Maintenez un arc aussi court que possible pour aider la force de l'arc à contrer le coup de l'arc
• Réduire le courant de soudage - ce qui peut nécessiter une réduction de la vitesse de l'arc
• Inclinez l'électrode avec le travail opposé à la direction du soufflage de l'arc, comme illustré à la Figure 3-45
• Effectuer une soudure par points épais aux deux extrémités de la couture; appliquez fréquemment des points de soudure le long du joint, surtout si l'ajustement n'est pas serré
• Souder vers un point fort ou vers une soudure déjà réalisée
• Utilisez une technique de soudage en marche arrière, comme illustré à la figure 3-46
• Souder loin de la connexion de la pièce pour réduire le contre-coup; souder vers la connexion de la pièce pour réduire le souffle vers l'avant
• Avec des procédés où un laitier lourd est impliqué, une petite quantité de contre-soufflage peut être souhaitable; pour obtenir cela, souder vers la connexion de la pièce
• Wrap the work cable around the workpiece so that the current returning to the power supply passes through it in such a direction that the magnetic field set up  will tend to neutralize the magnetic field causing the arc blow

La direction du soufflage à l'arc peut être observée avec un processus à arc ouvert, mais avec le processus à arc submergé, il est plus difficile à diagnostiquer et doit être déterminé par le type de défaut de soudure.

Le coup arrière est indiqué par ce qui suit:

• Éclabousser
• Contre-dépouille, continue ou intermittente
• Perle étroite et haute, généralement avec dégagement
• Une augmentation de la pénétration
• Porosité de surface en fin de finition des soudures sur tôle

Le coup vers l'avant est indiqué par:

• Une perle large, de largeur irrégulière
• Perle ondulée
• Undercut, généralement intermittent
• Une diminution de la pénétration

Les effets de la fixation sur le coup d'arc

Une autre précaution dont l'opérateur de soudage doit être conscient avec le soufflage à l'arc est sa relation avec la fixation. Les montages en acier pour maintenir les pièces peuvent avoir un effet sur le champ magnétique autour de l'arc et sur le soufflage de l'arc et peuvent s'aimanter eux-mêmes avec le temps. Habituellement, la fixation ne pose aucun problème avec le soudage à l'électrode bâton lorsque le courant ne dépasse pas 250 ampères. Les luminaires destinés à être utilisés avec des courants plus élevés et avec un soudage mécanisé doivent être conçus avec des précautions prises de sorte qu'une situation favorisant le soufflage d'arc ne soit pas intégrée à l'appareil. Chaque dispositif de fixation peut nécessiter une étude spéciale pour déterminer le meilleur moyen d'empêcher le montage d'interférer avec les champs magnétiques.

Voici quelques points à noter:

• Les fixations pour souder le joint longitudinal des cylindres (voir Figure 3-47) doivent être conçues pour un dégagement minimum de 1 pouce entre la poutre de support et le travail. Les doigts ou barres de serrage qui maintiennent l'ouvrage doivent être non magnétiques. Ne fixez pas le câble de la pièce à la barre de sauvegarde en cuivre; faire le connexion de travail directement à la pièce si possible
• Abricate le luminaire en acier à faible teneur en carbone. Ceci afin d'éviter l'accumulation de magnétisme permanent dans l'appareil
• Le soudage vers l'extrémité fermée des appareils de type «cornet» réduit le contre-soufflage
• Concevez le luminaire suffisamment longtemps pour que les languettes d'extrémité puissent être utilisées si nécessaire
• N'utilisez pas une bande de cuivre insérée dans une barre d'acier pour un support, comme dans la Figure 3-48. La partie en acier de la barre de sauvegarde augmentera le coup d'arc
• Prévoir un serrage continu ou étroit des pièces à souder. Un serrage large et intermittent peut provoquer un écart entre les joints entre les points de serrage, entraînant un arc soufflé sur les espaces
• N'introduisez pas dans le luminaire de grandes masses d'acier sur un seul côté du joint. Contrepoids avec une masse similaire de l'autre côté

En comprenant la mécanique du soufflage à l'arc et comment le diagnostiquer correctement dans la soudure, les opérateurs devraient pouvoir l'éliminer de leurs applications et être en mesure de créer des soudures sans les problèmes normalement associés au soufflage à l'arc.