TP Soudage [PDF]

Zitiervorschau

soudage

Sommaire :

1

I

Introduction.........................................................................................................................4

II

Objectifs du TP...................................................................................................................5

III

Technologie de soudage......................................................................................................5 1)

Soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée.......................................................5 a)

Principe.....................................................................................................................5

b)

Composition d'une installation de soudage..............................................................6

c)

Constitution d'une électrode classique......................................................................6

d)

Intensité de soudage..................................................................................................7

e)

Démarche à suivre pour ce type de soudage.............................................................7

f)

Quelques photos prises pendant le TP..........................................................................7

2)

Soudage semi-automatique (MIG-MAG)....................................................................8 a)

Principe.....................................................................................................................8

b)

Paramètres et aspect du soudage MIG-MAG...........................................................9

c)

Composition de la torche de soudure.......................................................................9

d)

La distance de la torche à la tôle.............................................................................10

e)

Le voltage...............................................................................................................10

f)

Sens de soudage.........................................................................................................10

g)

Choix du gaz de soudage........................................................................................11

h)

Différence entre le MIG et le MAG.......................................................................12

i)

Quelques photos prises lors du TP.............................................................................12

3)

Soudage TIG..............................................................................................................13 a)Principe et définition de la soudure TIG........................................................................13 b) Gaz utilisés en procédé TIG.........................................................................................13 c)

Alimentation électrique dans ce procédé de soudage.............................................14

d)

Paramètres ayant une influence sur la soudure TIG...............................................14

IV Equipements individuels de protection du soudeur..........................................................14

Figure 1 : Soudage à l'arc............................................................................................................6 Figure 2 : Electrode enrobée.......................................................................................................6 Figure 3 : Exemples de tôles soudées.........................................................................................7 Figure 4 : Lot d'électrodes enrobées...........................................................................................8 Figure 5 : Outils de nettoyage.....................................................................................................8 Figure 6 : Unité de soudage........................................................................................................8 Figure 7 : Soudage semi-automatique.........................................................................................9 Figure 8 : Torche de soudage MIG-MAG..................................................................................9 Figure 9 : Soudage en poussant................................................................................................11 Figure 10 : Soudage en tirant....................................................................................................11 Figure 11 : Tôles soudées par le MAG.....................................................................................12 Figure 12 : Buse de soudage.....................................................................................................12 Figure 13 : Poste de soudage MAG..........................................................................................12 Figure 14 : Constitution d’une installation TIG........................................................................13 Figure 15 : Masque à main de soudage.....................................................................................15 Figure 16 : Cagoule automatique et gants de protection...........................................................15

I Introduction : Le soudage est un moyen d'assemblage permanent. Il a pour objet d'assurer la continuité de la matière à assembler, ce qui permet par exemple, pour un montage électrique, d'assurer la continuité du courant. Il est utilisé pour des réalisations rapides, et lorsqu'il permet un gain de temps par rapport à un usinage. Il existe 3 types de soudures : 

La soudure homogène : les métaux de base ou éventuellement le métal d’apport sont de même nature.



La soudure hétérogène de type A : association de métaux de base de même nature avec un métal d’apport d’une autre nature.



La soudure hétérogène de type B : les métaux de base et le métal d’apport sont de nature différentes.

Pendant le soudage, l’opérateur se trouve face à quelques risques qu’il doit en rendre en considération, parmi ces risques on peut trouver : Pendant les opérations de préparation : 

Manutention des pièces : coupure par les bords tranchants, écrasement, troubles musculo-squelettiques.



Meulage : blessure par la meule en action, projection de grains de meule (en particulier vers les yeux), gerbe d'étincelles (brûlures, incendie), rupture de la meule.



Inertage : asphyxie.

Pendant l’opération de soudage : 

La chaleur : risque de brûlure, risque d'incendie.



La luminosité : aveuglement momentané, et pour certains procédés dégageant une grande quantité d'ultraviolets (arc électrique), photokératite (coup d'arc) et brûlures de la peau de type « coup de soleil ».



Le dégagement de vapeurs métalliques toxiques.



Le risque lié au matériel : bouteilles de gaz sous pression, courant à haute tension.

II Objectifs du TP :  Connaitre les différentes technologies du procédé de soudage et leurs principes.  Réaliser le paramétrage nécessaire aux opérations de soudage.  Se familiariser avec la réalisation des cordons de soudure par les différents postes de soudage au sein de l’atelier du génie mécanique (soudage à l’arc à électrode enrobée et le soudage semi-automatique MAG).

III

Technologie de soudage :

1) Soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée : a) Principe : Le soudage à l'arc à l'électrode enrobée (SAEE ou MMA), soudage manuel ou soudage à la baguette, est l'un des procédés de soudage les plus utilisés. Lorsque l'on approche l'électrode enrobée des pièces à assembler, il se crée un arc électrique qui dégage un fort effet calorifique provoquant la fusion de l'électrode. Le poste à souder délivre un courant électrique (alternatif ou continu). 

La pièce à souder est reliée à un pôle et sur le second pôle c'est une électrode qui transporte le courant électrique. L'opérateur manœuvre le porte-électrode pour amener l'électrode à frôler la surface de la pièce à souder.



L'arc électrique qui se créé provoque l'échauffement du métal de la pièce à souder et la fonte de l'électrode enrobée.

Une électrode enrobée est composée d'une âme métallique recouverte d'un enrobage qui formera le laitier. Le diamètre et la longueur d'une électrode sont définis par les dimensions de son âme. L'enrobage de l'électrode en fondant sous l'arc électrique participe à la formation d'un laitier protecteur sur le cordon de soudure. Le laitier assure la protection contre l'oxygène de l'air ambiant durant le refroidissement du bain de fusion. Une fois la soudure refroidie, le laitier sera ôté par piquage à l'aide d'un marteau à piquer.

Figure 1 : Soudage à l'arc b) Composition d'une installation de soudage : 

Une source de courant : Générateur à courant continu (20A < I < 500A) à intensité constante.



Une tension à vide supérieur à 85 volts. Si la tension à vide est trop faible, l'amorçage sera difficile, ou impossible.



Une pince porte-électrode



Un câble de masse

c) Constitution d'une électrode classique : L’âme : fil métallique plein, de nature voisine du métal de base (acier non-alliés et inoxydable), exception pour le soudage des fontes (âme en Nickel). L’enrobage : entoure l'âme sur toute la longueur excepté la partie terminale pour assurer un bon contact électrique avec le porte-électrode. L'extrémité opposée est meulée pour permettre le court-circuit avec la pièce et faciliter ainsi l'amorçage. Il est constitué de matières minérales ou organiques.

Figure 2 : Electrode enrobée

d) Intensité de soudage Pour connaître l'intensité de soudage à utiliser, il suffit d'appliquer cette formule : I = 50 x (ᴓ de l'électrode - 1) Au contraire, si l'on veut connaître le diamètre de l'électrode : ∅ électrode = I/50 + 1 e) Démarche à suivre pour ce type de soudage : 

Choisir le diamètre de l'électrode et son type selon le matériau à souder.



Placez la partie dénudée de votre électrode dans le porte-électrode.



Amorçage par frottement sur le support de la pièce à souder.



Éloignez ensuite l'électrode de la pièce à souder de 4 à 5 mm pour provoquer l'arc électrique.



Rapprochez finalement l'électrode à 2 ou 3 mm de la pièce pour faire votre soudure à l'arc et suivez constamment la fonte de l'électrode qui dépose le métal d'apport.



En fondant, la distance entre l'électrode et la zone de soudure s'allonge et vous devez constamment maintenir le bon écartement.

 La soudure à l'électrode enrobée se fait en tirant la baguette vers soi, selon un angle d'environ 60°. La vitesse de soudage doit être adaptée de façon à ce que le ruban de soudure soit d'une épaisseur d'une fois et demie à deux fois le diamètre de l'électrode. f) Quelques photos prises pendant le TP :

Figure 3 : Exemples de tôles soudées

Figure 4 : Lot

Figure 5 : Outils de nettoyage

d'électrodes enrobées

Figure 6 : Unité de soudage

2) Soudage semi-automatique (MIG-MAG) : a) Principe : Proche du soudage à l’électrode enrobée, ce procédé se distingue par le recours à un fil continu et fusible qui remplit la fonction d’électrode. Il est couramment désigné par “semiautomatique” ou MIG-MAG dans l’univers industriel. L’arc, exclusivement alimenté en courant continu, jaillit entre l’extrémité du fil fusible (pôle “+”) et les pièces à souder (pôle “-”). Le dévidage du fil à vitesse constante détermine l’intensité fournie par le poste à souder. Les densités de courant sont très élevées.

Figure 7 : Soudage semi-automatique b) Paramètres et aspect du soudage MIG-MAG : Les paramètres importants du soudage semi-automatique sont :      

La vitesse d’alimentation du fil. Le diamètre du fil. Le voltage La distance entre la torche et la tôle. La vitesse de déplacement de la torche. La position de la torche.

La variation de ces paramètres influe principalement sur les aspects de soudage suivants :  

La taille et la forme du cordon de soudure. La pénétration du métal d’apport dans le métal de base (métal à souder)

c) Composition de la torche de soudure :

Figure 8 : Torche de soudage MIG-MAG

d)

La distance de la torche à la tôle :

Dans la soudure MIG-MAG, un arc électrique est créé entre le fil qui sort de la torche, faisant fonction d'électrode (pole +) et la tôle (pole -). La distance "torche à tôle" est la distance comprise entre le point de sortie du fil de la torche et la tôle soudée. En éloignant la torche de la tôle, on diminue l'ampérage, donc la pénétration, et vice-versa, c'est pourquoi l'opérateur s'efforce habituellement de garder une distance constante tout au long du soudage, de l’ordre de 1cm à 1.5cm. Une trop grande distance génère une température d'arc insuffisante et trop de métal est déposé sur le cordon, occasionnant des soudures bombées et peu pénétrantes, ainsi qu'une mauvaise stabilité de l'arc. e)

Le voltage :

Le voltage contrôle la longueur de l'arc électrique. Les postes MIG-MAG ont tous un bouton de réglage du voltage, en complément du bouton de vitesse d'alimentation du fil. Pour un courant donné (déterminé par la vitesse d'alimentation du fil et la distance de la torche à la tôle), il existe une valeur optimale de voltage. Par rapport à cette valeur souhaitée, un voltage faible ou trop élevée mène à une mauvaise pénétration. Le voltage a également une influence sur l'apparence du cordon de soudure : en augmentant le voltage, on aplatit et élargit le cordon de soudure. f) Sens de soudage :  Soudage en poussant : La tôle est bien préchauffée par l'arc (amélioration du mouillage). Le bain de fusion est en arrière de l'arc. La vision du bain de fusion est totale. La surépaisseur du cordon est moins importante que par la méthode torche tirée. La pénétration est moins prononcée que par la méthode en tirant. Le mouillage est très satisfaisant. Le cordon s'étale en largeur.

Figure 9 : Soudage en poussant  Soudage en tirant : Le bain de fusion est très chaud, très fluide et difficile à maintenir. Le mouillage est moins bon que par la méthode en poussant. Le cordon de soudure est bombé. La pénétration du bain est importante. La vision du bain de fusion est masquée par la buse de soudage. Cette méthode est utilisée pour le transfert d'arc par pulvérisation avec une grande vitesse de soudage.

Figure 10 : Soudage en tirant g) Choix du gaz de soudage : Le choix du gaz de soudage se fera en fonction du régime de soudage choisi. Par exemple : pour un régime en court-circuit, on choisira de préférence une protection gazeuse de CO² ou Argon + CO². Mais on évitera l’Argon pur.

Pour un régime par transfert globulaire, qui est un régime intermédiaire on pourra utiliser les 3 gaz. Pour un régime à pulvérisation axiale, on évitera le CO², en préférant l’Argon pur et le mélange Argon + CO². h) Différence entre le MIG et le MAG : La différence entre les deux procédés tient à la composition du gaz. Le procédé MIG « Metal Inert Gas » utilise un gaz neutre qui ne réagit pas avec le métal fondu (argon ou argon + hélium), contrairement au procédé MAG « Metal Active Gas » (mélange d'argon et de dioxyde de carbone ou dioxygène en proportions variables selon les métaux à souder). i) Quelques photos prises lors du TP :

Figure 11 : Tôles soudées par le MAG

Figure 13 : Poste de soudage MAG

Figure 12 : Buse de soudage

3) Soudage TIG : a) Principe et définition de la soudure TIG Lorsque le soudeur actionne la gâchette, celui-ci actionne d’une part la sortie du gaz, et en même temps, il ferme le circuit électrique qui permet le passage du courant. Si l’électrode tungstène est suffisamment proche d’une pièce en contact avec la masse, il se crée un arc électrique d’une énergie suffisante pour fondre la matière. Le soudeur apporte manuellement (ou automatiquement sur certaines installations) le métal d’apport (d’un diamètre d’environ 0,8 mm à 4 mm) pour le mélanger à la matière et ainsi grossir la partie fondue en créant le cordon de soudure. Le tout s’exécute sous protection gazeuse. La soudure TIG à la particularité d’être exécutée sous protection de gaz inerte avec une électrode non fusible et réfractaire (en tungstène). Ce procédé s’appelle Tungsten Inert Gas (TIG) ou Gas Tungsten Arc Welding

Figure 14 : Constitution d’une installation TIG (GTAW) aux USA, WIG en Allemagne. b) Gaz utilisés en procédé TIG  l’argon pur est le plus couramment utilisé en soudage TIG (bon amorçage de l’arc)

 l’hélium utilisé en complément à l’argon, l’arc développe une énergie plus importante

 l’hydrogène utilisé en addition avec l’argon permet lui aussi d’obtenir un arc plus énergétique, donc une vitesse de soudage améliorée. En outre, une pénétration plus importante est constatée ainsi qu’un aspect plus esthétique du cordon de soudure.  l’azote peut aussi être utilisé en complément à l’argon et en très petite quantité pour souder des aciers duplex. Utilisé aussi en protection envers. c) Alimentation électrique dans ce procédé de soudage En fonction des matériaux, des dimensions et des épaisseurs à souder, on pourra souder en courant continu à polarité directe, souder en courant pulsé, ou encore souder en courant alternatif :  le courant continu à polarité directe (pôle négatif à l’électrode) s’exécute pour le soudage de tous les métaux, y compris de l’aluminium (avec certaines précautions à prendre)  le courant pulsé, qui consiste à développer des périodes de hautes et de basses intensités, pour réduire le volume de métal fondu. Ceci facilite le travail en position et le soudage des faibles épaisseurs avec une meilleure régularité, surtout au niveau des pénétrations.  le courant alternatif est principalement utilisé pour le soudage des alliages d’aluminium. L’alternance de polarité craque ainsi la couche d’alumine réfractaire pour permettre ensuite la pénétration. d) Paramètres ayant une influence sur la soudure TIG  la vitesse de soudage (avance du soudeur)  le choix et le débit du gaz  le choix et le débit du métal d’apport  le choix, l’affûtage et le diamètre de l’électrode réfractaire  la position de soudage  la préparation  la dimension et la nature des matériaux à souder.

IV

Equipements individuels de protection du soudeur : Les principaux risques liés à cette activité sont chimiques (fumées de soudage) ; thermiques (chaleur dégagée par les procédés de soudage), oculaires (rayonnement émis), ou encore électriques. L’équipement de protection individuelle du soudeur comporte :



Un casque de soudeur ou casque à souder avec écran en matériau adapté (pour la soudure électrique) ou lunettes avec verre adéquat (pour la soudure au chalumeau). Eventuellement cagoule à souder.



Gants en cuir avec manchettes



Chaussures de sécurité et guêtres



Vêtements de travail (ensemble pantalon, veste, cagoule) en coton ignifugé ou textile technique ininflammable, tablier en cuir - Protection antibruit en fonction du niveau de bruit.

Les équipements individuels de protection sont complémentaires des dispositifs de protection collectives que l’on trouve dans les ateliers ou sur les chantiers. Quand cela est possible : Il faut mettre en place des précautions spécifiques telle : l’aspiration des fumées de soudage à la source. Ou encore la protection anti-UV du personnel par le biais d’écrans de soudage opaques de longueur suffisante pour la séparation des postes de travail.

Figure 15 : Masque à main de soudage

Figure 16 : Cagoule automatique et gants de protection