4 consommables importants du soudage à l'arc
Cet article met en lumière les quatre consommables importants du soudage à l'arc. Les consommables sont les suivants: - 1. Électrodes enrobées 2. Baguettes et fils de soudage 3. Flux de soudage 4. Gaz de protection.
Consommable # 1. Electrodes enrobées:
Presque toutes les soudures à usage général sont effectuées par soudage à l'arc avec un métal blindé utilisant des électrodes revêtues. Les électrodes revêtues sont constituées du fil d'âme recouvert d'un matériau de revêtement. Le fil central utilisé pour les électrodes est conforme à certaines normes nationales ou internationales qui spécifient le calibre du fil, la composition du matériau, les règles de réception, etc.
Les électrodes pour le soudage à l'arc manuel et automatique des aciers à faible et moyen carbone ainsi que des aciers faiblement alliés sont principalement fabriquées à partir d'acier à 012% de carbone.
Le diamètre du fil d'âme pour les électrodes varie généralement entre 3, 15 et 12, 50 mm, les diamètres standards intermédiaires étant de 4, 00, 5, 00, 6, 30, 8, 00 et 10, 00 mm. La longueur de ces électrodes revêtues varie entre 350 et 450 mm avec une partie nue (sans revêtement) comprise entre 20 et 30 mm, d'où elle est maintenue dans un porte-électrode.
Les compositions chimiques des fils-conducteurs pour les aciers à faible et moyenne teneur en carbone sont données dans le tableau 5.1A et pour les fils-électrodes en acier doux dans le tableau 5.1B:
Consommable # 2. Baguettes de soudage et fils:
Les fils et les baguettes de soudage nus sont utilisés en longueurs courtes d'environ 1 mètre ou en rouleaux dans des bobines. Alors que des longueurs courtes sont utilisées pour des processus tels que le soudage GTAW et le soudage à l'arc au plasma, dans lesquels elles ne font pas partie du circuit de soudage, des fils longs sont utilisées pour des processus tels que GMAW et SAW lorsqu'une partie du fil conduit le courant lorsqu'un fil de soudure fait partie du circuit électrique, il est appelé une électrode de soudage, sinon il est appelé une baguette de soudage.
La plupart des fils utilisés pour le soudage d’aciers de construction contiennent généralement 0-10% de carbone et 0-35 à 0-60% de manganèse. D'autres ont augmenté la teneur en manganèse. Certains autres types ont augmenté les quantités de carbone, de manganèse et de silicium.
Un excès de silicium dans le fil de soudage provoque des éclaboussures importantes, une formation de gaz dans le bain de soudure et des matériaux non métalliques dans le métal fondu. La teneur maximale en silicium autorisée est donc de 0 à 95%.
Les teneurs en impuretés nocives telles que le soufre et le phosphore ne doivent pas dépasser 0 à 04% chacune. Dans certains fils, en particulier ceux utilisés pour le soudage des aciers alliés, la quantité maximale de soufre et de phosphore autorisée est de 0 à 03% chacun.
La gamme de diamètre de fil va de 0-5 à 2-5 mm avec 0-5, 0-6, 0-8, 0-9, 1-0, 1-2, 1-6, 2-0, 2- Des fils de 4 et 2-5 mm de diamètre sont normalement disponibles. Les machines à souder utilisent des fils continus dans les bobines. En fonction du diamètre du fil, une bobine peut peser entre 5 et 500 kg et mesurer 150 à 1000 mm de diamètre.
Les fils à souder sont généralement recouverts de cuivre pour éviter la rouille et pour améliorer la récupération du courant dans le tube de contact. Ils facilitent également le tirage des fils dans les matrices. Pour éviter les effets nocifs et le pelage du revêtement de cuivre, il est généralement très fin et la quantité maximale de cuivre est spécifiée à 0-4% en poids du fil.
Outre les aciers à faible teneur en carbone, des fils de soudure sont également produits à partir d'aciers inoxydables, d'aluminium et de ses alliages, d'alliages de nickel, d'alliages de magnésium, d'alliages de titane et d'alliages de cuivre.
Les fils de soudure sont disponibles à la fois sous forme solide et tubulaire, cette dernière contient du flux.
Spécifications pour les fils pleins et les tiges :
Plusieurs systèmes sont utilisés pour spécifier des électrodes ou des baguettes de soudage. La spécification AWS est l'un des systèmes de codification bien connus. Il se compose d’un préfixe ou de lettres suivies de deux chiffres et de la lettre S, puis d’un suffixe qui peut être un chiffre, une lettre ou les deux.
L’identification AWS des électrodes et des baguettes en acier au carbone nu pour le soudage à l’arc sous protection gazeuse peut être expliquée en considérant un code, par exemple ER - 70S-1
ER - Le préfixe indique une électrode ou une baguette de soudage
70 - indique une résistance minimale à la traction après soudure de 70 000 psi (5 000 N / mm 2 )
S - indique une électrode solide ou une tige
1 …… .. 6— Le suffixe indique une analyse chimique ou un autre facteur d'utilisation, par exemple 1 indique 0-07% de carbone et 0-30% de silicium.
Tous ces fils et tiges sont normalement conçus pour une polarité profonde et la plupart d'entre eux sont conçus pour être utilisés avec du CO2 comme gaz de protection.
Le système AWS adopté pour identifier les fils d'acier au carbone nus solides destinés au soudage à l'arc sous flux est le suivant:
Il est précédé de la lettre E pour indiquer une électrode. Ceci est suivi d'une lettre L ou M ou H pour indiquer le niveau de manganèse; L signifie faible, M moyen et H haute teneur en manganèse. Viennent ensuite un ou deux chiffres représentant la quantité moyenne de carbone en centièmes de pourcentage. Par exemple, 8 signifie 0 08% de carbone. La lettre suffixe K est utilisée pour indiquer une teneur en silicium supérieure à 0, 05%.
Exemples :
EL8 - Faible teneur en manganèse (0-30 - 0-55%), teneur moyenne en carbone de 0-08%, 0-05% de silicium
EL8K - (0-30 - 0-55)% Mn, 0-08% C, (0-10-0-20)% Si
EM12 - (0-85 - 1-25%) Mn, (0-09 - 0-15)% C, 0-05% de Si
EH 14 - (1-75 -2-25)% Mn, (0-10 - 0-18)% C, 0-05% de Si
Certains de ces fils ont une composition très similaire à celle utilisée pour le soudage à l'arc sous gaz métal.
Électrodes tubulaires ou fils fourrés:
Le fil fourré est constitué d'une gaine métallique qui renferme un noyau de flux. Le flux contenu dans l’électrode remplit essentiellement les mêmes fonctions que le revêtement d’une électrode enrobée, c’est-à-dire qu’il agit en tant que désoxydant, agent de formation de laitier, stabilisateur d’arc, et peut aussi bien servir d’éléments d’alliage et de gaz de protection.
L’introduction du fil fourré à fondant a deux raisons principales: à la différence du fil plein, il n’est pas nécessairement nécessaire de disposer de billettes d’acier de composition spécifique pour sa fabrication, car elle peut être produite à partir de bandes de matériau souhaité; il est également plus facile à utiliser, en particulier pour le soudage de tubes posés en position fixe.
Les fils fourrés, dans leur forme actuelle, ont été introduits en 1956 aux États-Unis. Au début, la bande contenant le flux a été ramenée au diamètre requis par pliage, mais des développements ultérieurs ont abouti à un tube métallique sans soudure autour du noyau qui contient le flux. Les fils fourrés de différentes configurations sont disponibles, dont certains sont illustrés à la Fig. 5.1.
Des fils initialement à flux ont été produits avec un diamètre de 3, 2 mm, mais ils sont maintenant disponibles jusqu’à 11 mm de diamètre.
Des fils fourrés typiques sont utilisés avec du CO2 comme gaz de protection, avec un flux contenant les constituants et les éléments d'alliage formant les scories. Dans de nombreux cas, les fils contiennent également de la poudre de fer, des fils insérés ou des bandes métalliques partiellement conductrices.
Le diamètre du fil est normalement compris entre 1 et 4 mm, le flux constituant généralement entre 5 et 25% en poids du fil total, ce qui donne une efficacité de dépôt de 85 à 95%.
Types de fils fourrés:
La plupart des fils fourrés disponibles pour le soudage des aciers au carbone sont du type rutile, le TiO 2 (dioxyde de titane) constituant le principal constituant des scories. Ces fils permettent une soudure relativement peu projetée et produisent des soudures à surface lisse et à scories facilement enlevables.
Les fils fourrés du type de base, cependant, sont plus populaires. Les constituants des scories qui forment ces fils sont le fluorure de calcium, la pierre à chaux, les carbonates et les oxydes alcalino-terreux. Utilisés avec des courants faibles, ces fils produisent plus de projections, cependant avec des courants plus élevés, le transfert de métal est lisse avec peu de projections. Avec les aciers au carbone, les fils de base donnent des soudures avec une meilleure résistance aux chocs que les électrodes rutiles. Une autre caractéristique frappante du métal de soudure obtenu en utilisant des fils fourrés à flux de base est son insensibilité au recuit de relaxation des contraintes. Après un recuit à environ 600 ° C, la chute redoutée de la résistance au choc n’a pas lieu.
Alors que la teneur en hydrogène du métal fondu dans les électrodes enrobées basiques, même après séchage complet avant utilisation, est de 3 ml / 100 g de métal fondu, elle peut être aussi faible que 1 à 2 ml / 100 g de métal fondu pour le flux. fils fourrés.
Il existe deux types principaux de fils d'électrodes à noyau de flux, à savoir les fils à une et plusieurs pistes. Le premier donne des teneurs en manganèse et en silicium relativement élevées dans le métal fondu par rapport au second. De plus, les fils fourrés peuvent être blindés contre les gaz ou auto-protégés (pas de protection externe contre les gaz), c’est-à-dire qu’ils sont protégés par les gaz produits par la décomposition et la vaporisation de la partie centrale du flux. Dans ce dernier cas, le laitier en fusion protège la gouttelette tout au long du transfert de métal.
Les fils fourrés à blindage CO 2 et auto-blindé sont de plus en plus utilisés principalement pour le soudage d’aciers de plus de 12 mm d’épaisseur. Leur principal attrait est la possibilité de déposer du métal de manière continue et très rapide à l’aide de systèmes de soudage semi-automatiques. L’utilisation de GMAW avec un mélange gazeux riche en argon pour les aciers de soudage, dont l’épaisseur est inférieure à 12 mm, a augmenté simultanément. Le principal avantage de ce procédé réside dans la combinaison d’une vitesse de soudage élevée, d’une bonne finition et d’un minimum de projections et de scories.
Le système de codage permettant d'identifier les fils fourrés suit le même schéma que celui utilisé pour les fils pleins GMAW, mais il est spécifique aux électrodes tubulaires.
Prenons par exemple E60T - 7
Ici,
E - Indique une électrode.
60 - Indique 420 000 N / mm (60 000 psi) comme résistance minimale à la traction telle que soudée.
T - Indique une électrode tubulaire, fabriquée ou à noyau fondant.
7 - Un suffixe compris entre 1 et 8 indique la chimie du métal déposé, le gaz de protection et le facteur d'utilisation.
Parmi les spécifications les plus populaires figurent le type rutile (E70T - 1 & E70T - 2), le type auto - blindé (E70T - 4) et le type de base (E70T - 5).
Outre les fils fourrés de base en acier au carbone, des fils fourrés en acier faiblement allié ont également été développés, qui permettent de produire un métal de soudure adapté à la plupart des aciers et à des exigences techniques variées. Les fils fourrés alliés au nickel, au molybdène et au chrome peuvent être utilisés pour souder des aciers de construction à grains fins de haute résistance, qu'il était auparavant souhaitable de souder avec des électrodes et des flux de base.
La technologie des fils fourrés a incité les utilisateurs à passer du procédé CO 2 à fil plein au procédé FCC pour différents avantages. Le processus est beaucoup plus rapide, plus simple et plus économique que le soudage à l'arc sous flux, avec une productivité plus élevée dans certaines applications, par exemple dans la construction navale. Des fils tubulaires ou fourrés sont également utilisés pour les applications de surfaçage et SAW.
Un fil fourré dans lequel le flux a été remplacé par des poudres de métal est utilisé avec un gaz de protection riche en argon pour déposer le métal à souder à des vitesses très élevées dans des tôles d'acier de 5 à 60 mm d'épaisseur. Ils ont de bonnes propriétés mécaniques, sont pratiquement sans éclaboussures et ont une faible teneur en laitier. La fumée est également faible et l'élimination des scories entre les cycles n'est pas nécessaire.
Le fil fourré Le soudage MIG combine les meilleures caractéristiques de la technologie de protection contre les gaz inertes et de la technologie à coeur de flux. Le fil plein est remplacé par un fil fourré dans lequel le noyau est constitué de poudres métalliques et de désoxydants au lieu des fondants normaux de formation de laitier. Lorsque ce fil est déposé sous un gaz de protection constitué d'argon avec un faible pourcentage de CO 2, les soudures sont pratiquement identiques aux soudures MIG mais avec des vitesses de dépôt plus élevées associées aux fils fourrés.
Les fils fourrés sont généralement fabriqués avec un diamètre de 1, 6 mm et sont conçus pour le soudage toutes positions avec un pourcentage de récupération supérieur lorsqu’ils sont utilisés avec un gaz riche en argon et ne produisent pratiquement pas de laitier. Le pourcentage de récupération qui est défini comme le rapport entre le poids du métal déposé et le poids des consommables utilisés multiplié par 100 varie d'un processus à l'autre, comme indiqué dans le tableau 5.3.
Consommable # 3. Flux de soudure:
Le flux est un aspect essentiel du procédé de soudage à l’arc submergé et répond aux objectifs suivants:
1. La partie du fondant qui flotte flotte comme une couverture liquide sur le métal en fusion, le protège des effets néfastes de l’atmosphère environnante, réduisant ainsi la capture d’oxygène et d’azote.
La teneur en azote du métal soudé permet de se faire une idée de l'efficacité d'un fondant pour protéger le bain de soudure de la contamination atmosphérique. Lors du soudage avec des électrodes nues, la teneur en azote du métal fondu peut atteindre 0-18%. Les électrodes à couche épaisse maintiennent le chiffre à 0-026% alors que dans SAW, le dépôt de soudure contient au maximum 0 005% d'azote.
2. Il agit comme un bon isolant et concentre la chaleur dans une zone de soudure relativement petite. Il améliore donc la fusion du métal en fusion provenant de l'électrode de soudure et du matériau de base.
3. Il agit comme un nettoyant pour le métal fondu, absorbe les impuretés et ajoute des éléments d'alliage tels que le manganèse et le silicium.
4. En raison du flux, le métal fondu est non seulement propre, mais également plus dense et présente donc d'excellentes propriétés physiques.
5. La couche de flux améliore l'efficacité du processus en réduisant les pertes par éclaboussures et les brûlures, inévitables avec un arc ouvert ordinaire.
Composition et classification chimique des flux SAW:
Les constituants des fondants sont essentiellement des matières premières d'origine géologique à base de silice, de silicates, de calcaire, d'argile, d'oxydes, de fluorures et d'autres minéraux. Beaucoup de constituants d'un fondant n'améliorent pas beaucoup ses propriétés mais sont principalement présents sous forme de résidus; toutefois, dans une certaine mesure, ils peuvent influer sur son comportement physique et chimique.
Généralement, un flux SAW est constitué de quartz (SiO 2 ), de hausmanile (Mn 3 O 4 ), de corindon (Al 2 O 3 ), de périclase (MgO), de calcite (CaCO 3 ), de fluorite (CaF 2 ), de calcaire (CaO), zircone (ZrO 2 ), cryolite (Na 3 AlF 6 ), dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 ), ferro-silicium (FeSi 2 ), magnésite (MgCO 3 ), rhodénite (MnSi0 3 ), rutile (TiO 2 ), la wellastonite (CaSiO 3 ), le zircon (ZrSiO 4 ), ainsi que les oxydes de baryum, de sodium, de potassium et de fer, à savoir BaO, Na 2 O, K 2 O et FeO. Il peut être constitué de tous ces éléments ou de certains d’entre eux dans les proportions souhaitées. Chaque élément induit des caractéristiques différentes dans le flux de soudage; ainsi, la manipulation de leurs proportions permet au flux de répondre aux exigences.
En fonction de la quantité de différents constituants, un fondant peut être acide, basique ou neutre.
Ces caractéristiques sont déterminées par le BASICITY INDICE (BI) du fondant défini comme le rapport des oxydes basiques aux oxydes acides, à savoir:
Un fondant est considéré comme acide si BI <1, neutre pour BI compris entre 1-0 et 1-5, basique pour BI compris entre 1, 5 et 2, 5 et très basique pour BI supérieur à 2, 5.
Certains des flux classés sur la base des considérations ci-dessus sont donnés dans le tableau 5.4:
Rôles des ingrédients de flux:
1. Silice (SiO 2 ):
C'est un oxyde acide qui constitue le principal gradient de tous les flux de SAW. Il fournit la viscosité et la capacité de transport de courant nécessaires au flux à l'état fondu. Plus la teneur en SiO 2 est élevée, plus la viscosité et la capacité de charge du flux sont élevées. Il améliore la décollabilité des scories, avec pour conséquence un bel aspect du cordon de soudure sans dégagement, même à 1000A. Toutefois, SiO 2 entraîne une perte d'agents désoxydants et provoque la diffusion de silicium dans le métal fondu, ce qui entraîne des propriétés mécaniques inférieures, notamment en ce qui concerne la résistance aux chocs.
Le flux de SiO 2 varie de 25 à 55% en poids. Mais les flux contenant plus de 40% de SiO 2 montrent une oxydation rapide des éléments d'alliage et une augmentation des quantités d'inclusion non métallique dans le métal fondu, ce qui entraîne une réduction de la ténacité du métal fondu.
SiO 2 diminue le rapport largeur / pénétration du cordon de soudure. Cela diminue également la stabilité de l'arc.
2. Oxyde de manganèse (MnO):
Cela conduit à un alliage de manganèse au métal fondu et améliore ses propriétés sous zéro.
Le MnO favorise des vitesses de soudage plus élevées et une pénétration plus profonde. Il diminue la sensibilité à la porosité à la rouille mais diminue également la capacité de charge et la viscosité du courant. MnO, cependant, améliore la stabilité de l'arc.
3. Rutile (TiO 2 ):
C'est un oxyde chimiquement neutre. Il donne un avantage métallurgique par la formation de ferrite aciculaire due au raffinage du grain. Il améliore la stabilité de l’arc et les propriétés d’impact.
4. Oxyde d'aluminium (Al 2 O 3 ):
Il améliore également les propriétés d’impact du métal fondu dues au raffinage (raffinage du grain et formation de ferrite aciculaire). Cependant, il diminue la stabilité de l’arc et la viscosité et permet une pénétration moyenne.
5. Zircone (ZrO 2 ):
Il élimine les éléments nocifs tels que l'oxygène, l'azote, le soufre et le phosphore. Cependant, il agit principalement comme élément de raffinage du grain et favorise la formation de ferrite aciculaire.
6. bore, vanadium et niobium:
Ces éléments sont responsables du raffinage du grain dans le métal fondu mais, lorsqu'ils sont en excès, entraînent un durcissement par précipitation.
7. Calcaire (CaO):
C'est l'un des principaux constituants du flux en termes de stabilité et de fluidité de l'arc. Le CaO est un oxyde très stable, de base. Il diminue la viscosité et rend le flux très sensible à l'humidité. Ce caractère hygroscopique conduit à la porosité du cordon de soudure.
CaO élimine le soufre et le phosphore et augmente la résistance au choc du métal soudé. Cependant, il donne une pénétration très peu profonde et augmente la tendance à la sous-cotation.
8. Fluorure de calcium (CaF 2 ):
Il augmente la fluidité du métal en fusion et conduit au transfert par pulvérisation. Il aide à éliminer l'hydrogène dissous de l'acier au métal en fusion en formant du fluorure d'hydrogène pour lequel l'acier n'a aucune affinité.
9. Carbonate de calcium (CaCO 3 ):
Il réduit la viscosité et rend le flux plus basique. Il évite l'absorption d'humidité.
10. Désoxydants (Al, Mn, Ti, Si):
Ces éléments en flux aident à éliminer l'oxygène du métal fondu en raison de leur plus grande affinité pour l'oxygène que celle des autres éléments. En dehors de cela, Al, Ti et Mn améliorent également les propriétés mécaniques du métal fondu grâce au raffinage du grain.
11. Oxyde de sodium (Na 2 O) et oxyde de potassium (K 2 O):
Ce sont des éléments à faible potentiel d'ionisation et sont les constituants les plus instables d'un flux. Ils se vaporisent et se diffusent dans la cavité de l'arc, fournissant des vapeurs à faible potentiel d'ionisation au voisinage de l'arc, améliorant ainsi la stabilité de l'arc.
Les objectifs principaux des différents composants d’un arc de flux sont d’atteindre la stabilité de l’arc, la fluidité désirée du flux fondu et une décollabilité facile du laitier solidifié après le soudage.
En ce qui concerne la stabilité de l’arc, le CaF 2 l’ altère, bien que son addition soit essentielle pour contrôler la porosité. Il est donc impératif de trouver un équilibre entre ces exigences contradictoires. Les éléments qui améliorent la stabilité de l’arc incluent le potassium, le sodium et le calcium. Par son effet sur la stabilité de l'arc, la composition d'un flux influe directement sur la mise en forme du cordon de soudure.
Une quantité excessive de CaF 2 ou de SiO 2 dans le flux nuira à la stabilité de l’arc et à la mise en forme appropriée de la soudure. La soudure résultante sera étroite, avec une pénétration excessive parce que l’arc devient court et moins maniable. D'autre part, la présence de gradients tels que CaO, Na 2 O, K 2 O rend l'arc long et flexible, et la soudure résultante est large et de pénétration normale.
Des quantités excessives de CaF 2 et de SiO 2 ne sont pas souhaitables, car elles génèrent des fluorures toxiques, du monoxyde de carbone (CO) et du pentoxyde d'azote, de sorte que leur contenu doit être contrôlé en permanence dans l'atmosphère de l'atelier de soudage.
La fluidité d'un fondant à l'état fondu est également un facteur affectant la forme d'une soudure. Un flux dont la fluidité à l'état fondu varie beaucoup avec la température est appelé flux court et un flux dont la fluidité reste plus ou moins constante est appelé flux long, comme le montre la Fig. 5.2. Les flux longs produisent des ondulations grossières sur la soudure et des flux courts, des ondulations fines.
Si un flux a une faible fluidité à la température de solidification du métal fondu, la surface de la soudure sera rugueuse, avec une multitude de crêtes et de creux. Le laitier adhère facilement à une telle surface et est très difficile à éliminer.
Des quantités excessives de SiO 2, MnO et FeO rendent également le laitier difficile à détacher, ce qui nuit au taux de soudage, en particulier lors du soudage multipasse.
En outre, les flux ne doivent pas former trop de poussière, car cela pourrait provoquer une silicose (une maladie pulmonaire causée par la présence de poussières contenant de la silice). Par précaution, toute manipulation de flux doit être mécanisée.
Classification physique des flux SAW:
Les flux pour le soudage à l’arc submergé sont granulés à une taille contrôlée et peuvent être l’un des deux types principaux, à savoir:
(i) flux fondus.
(ii) flux agglomérés.
(i) Flux fondus:
Les flux les plus couramment utilisés sont les flux fondus. Ils sont fabriqués à partir de minéraux comme le sable (SiO 2 ), le minerai de manganèse (MnSiO 3 ), la dolomite (CaMg (CO 3 ) 2 ), la craie (CaCO 3 ), etc. Comme son nom l'indique, un fondu fondu est préparé par fusion du des gradients supérieurs au four et granulés en fonction des besoins. Il est exempt d'humidité et n'est pas hygroscopique.
La raison pour la fusion des ingrédients est que le broyage et le mélange mécanique des gradients ne permettent pas de produire une masse homogène. Les grains des divers minéraux diffèrent par leur densité et se séparent les uns des autres lors de la manipulation. Cette séparation modifie inévitablement la composition du mélange et le flux ne remplit pas sa fonction.
Les aciers à faible teneur en carbone sont le plus souvent soudés avec des fondants fondus.
Certains des flux fondus bien connus sont disponibles en deux tailles de grain. La taille plus grossière est destinée aux machines de soudage à l'arc automatique et la taille plus fine aux machines SAW portables semi-automatiques. Dans le premier cas, le grain est compris entre 3-0 et 0-355 mm et dans le dernier entre 1-6 et 0-25 mm. En apparence, les grains sont des particules transparentes allant du jaune au brun rougeâtre. La composition nominale de l'un de ces flux est,
Un autre flux fondu disponible est également très peu différent de celui ci-dessus. Les deux sont préparés à partir de sable contenant au moins 97% de silice et de minerai de manganèse contenant au moins 50% de manganèse et ne contenant pas plus de 0-2% de phosphore; spath fluor portant 75% de CaF 2 et pas plus de 0, 2% de soufre; magnésite caustique avec au moins 87% d'oxyde de magnésium; et des matériaux porteurs de carbone pour désoxyder le flux lors de sa fusion, par exemple le charbon de bois, l'anthracite, le coke, la sciure de bois, etc.
(ii) flux agglomérés:
Qui comprennent également les fondants en céramique, sont préparés en mélangeant ensemble les gradients et en liant les grains avec du verre soluble (silicate de sodium). Ces flux contiennent des ferro-alliages (ferro-manganèse, ferro-silicium et ferro-titane) et fournissent une teneur élevée en silicium, manganèse et autres éléments d'alliage dans le métal fondu.
Un de ces flux à partir duquel toutes les autres classifications peuvent être obtenues en introduisant des additions d'alliage a la composition pondérale suivante:
Avec cette composition, on peut obtenir un métal de soudure fortement allié avec un fil d'électrode à faible teneur en carbone.
L'inconvénient des disques en céramique est qu'ils absorbent facilement l'humidité et que leurs grains ont une résistance mécanique inférieure, ce qui empêche l'utilisation du flux.
Les fondants en céramique doivent être stockés dans des récipients hermétiquement fermés et revendiqués avant utilisation. Pour éviter la formation de poussière, ils ne doivent jamais être stockés ou transportés dans des sacs souples.
Les facteurs qui déterminent l'efficacité d'un fondant dans la réalisation des fonctions souhaitées sont la profondeur et la largeur du lit de fondant, ainsi que la taille et la forme des grains de fondant. Normalement, le fondant doit avoir une profondeur minimale de 40 mm et une largeur de 30 à 40 mm supérieure à celle du joint. Une profondeur ou une largeur inadéquate du lit de flux exposera la zone à l'air, ce qui aura pour effet que le métal en fusion captera de l'azote et que la ductilité du métal fondu sera réduite. Ceci est également vrai pour les fondants à grains grossiers. Pour la même raison, les flux vitreux sont meilleurs que ceux de type ponce.
Lors du soudage à l'arc avec électrodes enrobées lourdes, le métal de soudure est allié aux ferro-alliages inclus dans le revêtement. De ce fait, un métal de soudure fortement allié peut être obtenu même avec un fil d'électrode ordinaire à faible teneur en carbone. Les flux fondus les plus couramment utilisés ne contiennent toutefois pas de ferro-alliages et les seuls éléments d'alliage sont le silicium et le manganèse.
La quantité de Si et de Mn captée par le métal fondu dépend des conditions de soudage, de l'analyse du flux ainsi que de celle de l'électrode et du métal de base utilisé. Les chiffres habituels sont de 0-1 à 0-3% de silicium et de 0-1 à 0-4% de manganèse.
Le tableau 5.5 indique la proportion approximative de divers constituants principaux de fondants fabriqués par un grand producteur britannique et leurs effets sur la composition du métal fondu pour un fil d'apport donné.
Spécification pour les flux SAW:
Conformément au système de codage AWS, les flux SAW sont spécifiés en fonction des propriétés mécaniques du métal fondu pour un fil d'électrode spécifique.
Le flux est identifié par un système de spécification spécial qui utilise le préfixe F pour désigner le flux. Le chiffre suivant indique la résistance minimale à la traction du métal de soudure, par 100 NSI (70 N / mm 2 ). Le chiffre ou le code de lettre suivant indique la température la plus basse à laquelle la résistance au choc du métal soudé sera égale ou supérieure à 27 J (20 ft-Ib).
Ce code est le suivant:
Ce chiffre de code est suivi d'un tiret, suivi de la lettre E pour désigner une électrode. Il est suivi d’une lettre indiquant le niveau de manganèse: L pour faible (0-30 - 0-60%), M pour moyen (0-85 -1-40%) et H pour fort (1-75 - 2-25%) de manganèse. Vient ensuite un nombre représentant la quantité moyenne de carbone exprimée en points ou en centièmes de pour cent.
Par exemple, F74-EM12 indiquerait un flux SAW ayant les caractéristiques suivantes:
F - flux
7 - métal soudé ayant une résistance à la traction minimale de 500 N / mm 2 (70 000 psi)
4 - soudure avec une résistance aux chocs de 27 J à -40 ° C
E - avec le fil de remplissage comme électrode
M - Manganèse de métal de soudure de niveau moyen, soit 0-85 à 1-40%
Teneur en carbone du métal de 12 - soudure de 0-12%.
Les flux de soudage par glissement électrolytique (ESW) sont similaires aux flux SAW mais sont plus souvent du type fondu. «Le flux de filière doit rester complètement à l’état fondu pour conduire l’électricité afin de faire fonctionner le procédé ESW. Le flux fondu fournit la résistance nécessaire au flux de courant pour le maintenir à la température souhaitée.
Le flux fournit également des éléments pour purifier et désoxyder le métal soudé et le protège des effets néfastes de l'azote et de l'oxygène atmosphériques. Le flux à l'état fondu doit avoir une densité inférieure à celle de l'acier pour le maintenir à flot au-dessus du métal en fusion.
Consommable # 4. Gaz de protection:
Les principaux gaz de protection utilisés pour le soudage à l'arc sous gaz de tungstène, le soudage à l'arc sous métal au gaz et le soudage à l'arc au plasma sont l'argon, l'hélium et le dioxyde de carbone. Outre ces atomes d'azote, l'oxygène, l'hydrogène et leurs mélanges avec les trois premiers gaz sont également utilisés pour obtenir la configuration de cordon et les propriétés du métal soudé souhaitées.
Ces gaz de protection peuvent être classés en deux groupes, à savoir:
une. Des gaz inertes tels que (i) l'argon et (ii) l'hélium,
b. Les gaz qui se dissolvent dans et réagissent avec le métal, par exemple, CO 2, O 2, H 2 et N 2 .
Argon:
Il s'agit d'un gaz non combustible et non explosif obtenu à partir de l'air obtenu par réfrigération et fractionnement en profondeur, dans lequel il est présent dans une proportion de 9, 3 x 10. Il est environ 23% plus lourd que l'air.
En règle générale, l'argon est commercialisé en trois qualités, par exemple A, B et C, contenant respectivement 0-01, 0-04 et 0-1% d'impuretés. Argon commercial contient 16-7% d'impuretés. Pour les travaux de soudage de haute qualité, la pureté de l'argon requise est d'environ 99 à 995%.
L'argon est non toxique mais peut provoquer l'asphyxie dans les espaces confinés en remplaçant l'air.
L'argon est stocké et expédié dans des bouteilles en acier standard dans une suite gazeuse. Les bouteilles d'argon pur sont peintes en noir en bas et en blanc, sur lesquelles sont gravés les mots «Argon pur». Dans une bouteille, le gaz est maintenu sous une pression de 150 atmosphères (environ 15 N / mm 2 environ), une fois complètement rempli.
Un cylindre standard de 40 litres contient 6 mètres cubes (6000 litres) d'argon. À partir d’un cylindre, l’argon est acheminé jusqu’au point de soudure par l’intermédiaire d’un régulateur de pression fixé à la valve située dans le col du cylindre. Le régulateur de pression ramène la pression du gaz au chiffre requis pour le soudage (généralement inférieur à 0, 5 atmosphère) et maintient également la pression de travail constante, quelle que soit la pression dans le cylindre. Les régulateurs de pression des bouteilles d'argon sont peints en noir.
Le débit d'argon est mesuré à l'aide d'un débitmètre appelé rotomètre qui est fixé au régulateur.
Les utilisations spécifiques de différentes qualités d’argon pour le soudage sont énumérées ci-dessous:
Grade A:
L'argon de catégorie A (pur à 99-99% ou plus) est utilisé pour le soudage de métaux rares et actifs, ainsi que pour le soudage de composants en autres matériaux, au stade final de la fabrication.
Catégorie B:
L'argon de catégorie B (99-96% Pure) est utilisé pour le soudage d'alliages à base d'aluminium et de magnésium.
Grade C:
Grade C L'argon (pur à 99-9%) est utilisé pour le soudage d'aciers inoxydables et d'autres aciers fortement alliés.
Hélium:
L'hélium est un gaz rare. Il est présent dans l'atmosphère à raison de seulement 0-52 x 10 -3 %. De plus, l'hélium est présent jusqu'à 10% dans le gaz naturel. Il résulte également de la désintégration de certains éléments radioactifs et se retrouve dans certains minéraux d'uranium.
En raison de son coût élevé, l'hélium est un gaz inerte comparativement moins utilisé.
C'est un gaz léger ne pesant que 1/7 de celui de l'air. Cela complique la protection du bain de soudure et entraîne une consommation accrue de gaz.
L'hélium est vendu en deux qualités. Le grade I est pur à 99-6-99-7% et le grade II à 98-5-99-5%. Il est stocké et expédié à l'état gazeux dans des bouteilles standard sous une pression de 15 MPa (150 atomes). Helium I commercial est stocké dans des cylindres peints en brun et ne portant aucune inscription. Commercial Helium II est conservé dans des cylindres peints en brun et portant le mot «Helium» au pochoir avec de la peinture blanche.
L'hélium a le potentiel d'ionisation le plus élevé parmi tous les gaz de protection et, par conséquent, un arc de soudage peut être exploité à un potentiel beaucoup plus élevé que l'argon. Ainsi, un arc avec blindage à l'hélium produit une plus grande quantité de chaleur. En raison de son poids léger, l'hélium a tendance à s'éloigner de la zone de l'arc et à produire un bouclier inefficace à moins de maintenir des débits plus élevés.
Cependant, son poids léger est utile pour le soudage en hauteur. En raison du plus grand débit requis pour l'hélium, il est possible d'atteindre des vitesses de soudage plus élevées. Il est possible de souder environ 35 à 40% plus rapidement avec de l'hélium qu'avec de l'argon comme gaz de protection. Il est souvent utilisé pour le soudage à l'arc sous gaz tungstène, le soudage à l'arc sous gaz et les procédés de soudage MIG automatiques.
Gaz carbonique:
C'est un gaz incolore à l'odeur légèrement perceptible. Une fois dissous dans l'eau, il donne un goût acide. Il est environ 1, 5 limes plus lourd que l'air.
Sur le plan industriel, le CO 2 est préparé par calcination du coke ou de l'anthracite dans des foyers spécialement conçus pour les chaudières et en le captant à partir de sources naturelles. Il est également obtenu en tant que sous-produit de la fabrication d’ammoniac et de la fermentation de l’alcool.
Sous pression, le CO 2 devient un liquide qui, par refroidissement suffisant, se solidifie en une substance semblable à la neige (appelée neige carbonique) qui se vaporise à -57 ° C.
La neige carbonique et le CO2 gazeux utilisés dans le commerce sont obtenus à partir de CO2 liquide qui est un liquide incolore. Lorsqu'il est autorisé à se vaporiser à 0 ° C et à une pression normale (760 mm de Hg), un kg de CO2 produit 509 litres de CO2 gazeux.
Le CO 2 liquide est expédié dans des bouteilles en acier dans lesquelles il occupe 60 à 80% de l'espace total. Un cylindre standard de 40 litres contient 25 kg de liquide, ce qui correspond à environ 15 m3. de gaz sur évaporation. La pression du gaz dans le cylindre dépend de la température qui baisse au fur et à mesure que davantage de gaz est prélevé dans le cylindre.
Le CO 2 utilisé pour le soudage peut être de deux grades. La catégorie I doit contenir au moins 99-5% (en volume) de CO 2 pur et pas plus de 0-178 g / m 3 d’humidité. Les chiffres correspondants pour le grade II sont de 99-0% et de 0-515 g / m 3 .
Les caractéristiques de pénétration du CO 2 sont similaires à celles de l'hélium en raison des similitudes de poids des gaz. Le CO 2 utilisé pour le soudage doit être exempt d'humidité, car l'humidité libère de l'hydrogène, ce qui produit une porosité dans le métal fondu. Le CO 2 ayant une résistance électrique supérieure, le réglage du courant doit être supérieur de 20 à 30% à ceux utilisés avec l'argon et l'hélium.
Le CO 2 est considéré comme inerte à la température et à la pression normales. Cependant, à des températures élevées, il se dissocie dans une proportion allant de 20 à 30% en CO et O. Le CO est toxique et sa concentration de sécurité n'est que de 175 ppm (parties par million), contre 5000 ppm pour le CO 2 . Cela nécessite un système d'échappement efficace pour se protéger contre les effets néfastes du CO.
La caractéristique négative de la formation d'oxygène est qu'elle peut réduire la résistance nominale du métal. Un autre inconvénient majeur de l’utilisation du CO 2 est son extrême résistance au courant. En raison de cette résistance, la longueur de l'arc est sensible. Lorsque la longueur de l'arc est trop longue, il s'éteint plus facilement que lorsqu'un gaz inerte, comme l'argon ou l'hélium, est utilisé.
Des soudures défectueuses sont le plus souvent produites lors de l’utilisation de CO 2 dans la partie supérieure ou inférieure d’un cylindre. Cela est dû au fait que le gaz au sommet contient la plupart des impuretés (azote, oxygène et humidité), alors que l’eau peut en contenir. 150-200 g / cylindre s'accumule sous le CO 2 liquide au fond. Une fois que le CO 2 liquide a été complètement utilisé, le gaz sortant de la bouteille contiendra une humidité excessive.
Pour éviter les défauts dus aux impuretés dans le CO 2, il sera judicieux de laisser le CO 2 fraîchement livré se déposer pendant 15, 20 minutes et de libérer la partie supérieure du contenu dans l'atmosphère. Il est également judicieux de renverser un cylindre et de le laisser reposer dans cette position pendant environ 15 minutes. Après cette période, ouvrez la vanne avec précaution, toute l’eau du cylindre s’écoulera.
Lorsque le captage du CO 2 dépasse 1 000 litres / heure (dans les opérations de soudage en continu), il est conseillé à l'opérateur d'utiliser au moins deux bouteilles connectées en parallèle.
Lorsque de grandes quantités de CO 2 sont en cause, elles peuvent être expédiées dans des pétroliers et versées dans des évaporateurs. Le CO 2 peut également être expédié sous forme de neige carbonique et évaporé dans les locaux de l'utilisateur. Les principaux avantages de l’utilisation de CO 2 solide pour le soudage sont la grande pureté du gaz et une meilleure capacité de transport. Les briquettes de CO 2 solide, expédiées par un fournisseur, sont transformées en gaz dans des récipients spéciaux chauffés à l'électricité ou à l'eau chaude.
Autres gaz:
Généralement, Ar, He et CO 2 sont utilisés seuls ou en mélanges comme gaz de protection pour le soudage. Cependant, bien souvent, d'autres gaz, tels que 02, H2 et N2, sont ajoutés à ces gaz afin d'obtenir certaines formes et caractéristiques souhaitées pour les dépôts de soudure.
L'oxygène est un gaz actif incolore, inodore et sans goût qui se combine avec de nombreux éléments pour former des oxydes. En acier, il peut se combiner au carbone pour former du CO qui peut être piégé dans le métal soudé en cours de solidification et créer des pores ou des vides. Ce défaut est généralement surmonté par l’ajout de désoxydants tels que Mn et Si.
L'hydrogène est le gaz le plus léger présent dans l'atmosphère, atteignant 0 à 01%. De l’hydrogène ou des hydrocarbures présents sur le métal de base ou le fil d’alimentation peuvent également contenir de l’hydrogène dans l’atmosphère de l’arc. Il se dissout dans l'acier en fusion, mais sa solubilité dans l'acier à la température ambiante est très faible. Ainsi, l'hydrogène qui s'échappe se rend jusqu'aux limites des grains et peut provoquer des fissures. Il provoque également une fissuration sous le bourrelet dans la zone de charge.
L'azote est présent en abondance dans l'atmosphère. C'est un gaz incolore, inodore, non toxique et presque inerte. Il est soluble dans l’acier en fusion, mais sa solubilité dans l’acier à la température ambiante est très faible. Ainsi, il peut aussi causer des pores et des vides. En très petites quantités, les nitrites, s'ils sont formés, peuvent augmenter la résistance et la dureté de l'acier, mais en réduire la ductilité, ce qui peut provoquer des fissures. L'azote est parfois utilisé pour le soudage du cuivre car il produit un arc thermique. En raison de son faible coût, comparé à l'argon, il est souvent utilisé pour purger les tuyaux et les tubes en acier inoxydable.
Mélanges de gaz:
Les mélanges de gaz couramment utilisés dans les procédés de soudage à l'arc comprennent Ar-He, Ar-CO 2, Ar-O 2, Ar-H 2, Ar-CO 2 - O 2 et similaires.
Le rapport d'argon dans les mélanges Ar-He peut varier de 25 à 95% d'Ar. Toutefois, pour le soudage de l'aluminium, une combinaison souvent utilisée est un mélange d'Ar-75% He ou d'Ar-80% He. L'argon en tant que gaz de protection aide à éliminer les oxydes et offre également une certaine quantité de contrôle de la porosité sur le dépôt de soudure. L'hélium aide à donner une bonne configuration de billes. La plupart des métaux ferreux et non ferreux peuvent être soudés avec de l'hélium ou de l'argon, ou leurs mélanges. L'hélium est particulièrement utile pour souder des sections plus lourdes d'aluminium, de magnésium et de cuivre, ainsi que pour le soudage en hauteur.
Un mélange de CO 2 -75% d'Ar ou de CO, -SO 2 % d'Ar est très utilisé pour le soudage des aciers de construction et des aciers faiblement alliés. L'argon améliore les caractéristiques de transfert du métal et le CO 2 contribue à améliorer la forme et la rentabilité du cordon. Ces mélanges sont toutefois utilisés sur des sections d'aciers minces lorsque l'aspect des billes est important. Celles-ci se révèlent également utiles pour le soudage hors de position sur des tôles extrêmement minces.
On ajoute parfois de l’oxygène à l’argon afin d’améliorer la forme des billes lors du soudage des aciers à faible teneur en carbone. Une petite quantité d'oxygène ajoutée à l'argon produit des changements importants. Par exemple, il élargit le doigt de pénétration profonde au centre de la perle; il améliore également le contour du cordon et élimine la dépouille au bord de la soudure.
L'oxygène est normalement ajouté en quantités de 1%, 2% ou 5%. La quantité maximale d'oxygène utilisée pour les mélanges Ar-O 2 est de 5%. Des quantités plus élevées, si elles sont ajoutées, peuvent conduire à une porosité dans le métal soudé. Le but principal de l'ajout d'oxygène à l'argon est de former un oxyde de fer thermoionique sur la surface d'une électrode en acier, ce qui améliore son émissivité et rend la tache de cathode plus large et stable si l'électrode est rendue négative.
De l’hydrogène est parfois ajouté à l’argon mais sa quantité est limitée à 5% maximum. Normalement, les mélanges utilisés sont Ar-2% II ou Ar-4% H2. L'ajout d'hydrogène provoque une augmentation de la tension de l'arc, ce qui conduit à une chaleur plus élevée dans l'arc. Le mélange Ar-H2 ne doit pas être utilisé pour les aciers à faible teneur en carbone ou faiblement allié, car il pourrait entraîner un craquage de l'hydrogène, souvent appelé fragilisation par l'hydrogène. Il est principalement utilisé pour le soudage des alliages de nickel ou de nickel. Des sections lourdes d'aciers inoxydables sont également soudées avec ce mélange.
Un mélange de CO 2 - O 2 ou d’Ar-CO 2 - O 2 est également parfois utilisé pour le soudage d’aciers doux. Cela améliore le mode de transfert du métal et la forme de la perle. L'ajout d'oxygène entraîne un fonctionnement plus chaud de l'arc et évite ainsi un manque de fusion.
L'utilisation de chlore, en petites quantités, comme gaz de protection de l'aluminium améliore la stabilité de l'arc. De plus, l'oxyde nitrique en tant que très petit ajout (<0-03%) au gaz de protection pour le soudage de l'aluminium contribue à réduire la teneur en ozone dans la zone de soudure.
En général, la composition du gaz de protection pour le soudage à l'arc sous protection gazeuse de différents métaux et de leurs alliages peut être basée sur les indications du tableau 5.6. Les formes de billes obtenues avec différents gaz de protection sont illustrées à la figure 5.3.
