Règles et technologies de soudage des métaux

Le soudage est une méthode de jonction de pièces à partir d’un matériau homogène: plastique avec plastique, métal avec métal. Lors du soudage, les surfaces en contact fondent ou se contractent étroitement. Dans la zone de contact est la fusion de deux matériaux en un. Le résultat est une forte liaison étanche des deux surfaces.

Le soudage est une combinaison de pièces fabriquées à partir du même matériau pour former un seul et même modèle.

La soudure du métal en fusion est utilisée pour une connexion hermétique de qualité de pièces critiques: éléments de canalisation, carrosserie de voiture (bus, avion), murs et portails de garage en métal, supports de barres horizontales de sport, connexion de renforcement à l'intérieur d'un mur en béton, etc. Quels types de soudage utilisent la technologie de soudage moderne? Comment le soudage des métaux est-il effectué correctement?

Types de soudure de surfaces métalliques

Le soudage des métaux peut être réalisé avec la fusion des surfaces de contact ou avec leur compression. Dans ce cas, les processus de soudage sont appelés:

• soudage par fusion (ou fusion);
• soudage par déformation plastique.

Classification des principaux types de soudage.

La liaison par déformation peut être réalisée avec ou sans préchauffage. La déformation de surfaces sans chauffage est appelée soudage à froid. Avec une compression dense, les atomes de différents matériaux sont proches et forment des liaisons interatomiques. La connexion de surface se produit.

Pendant le soudage par fusion, les surfaces de jonction sont localement chauffées et fondues. Souvent, un troisième matériau (de charge) est utilisé, qui fond et comble le vide entre deux métaux. En même temps, des liaisons interatomiques entre le matériau principal et l'additif (électrode fondue) sont formées dans le liquide en fusion. Après refroidissement et solidification, une soudure solide est formée.

Le chauffage local des pièces à souder peut être effectué par courant électrique ou par gaz brûlant. En conséquence, selon le procédé de chauffage local, le soudage est divisé en deux types:

• électrique (y compris électroslag, electrofluid, laser);
• gaz

Les noms sont déterminés par la source de chaleur utilisée. L'électricité peut fonctionner à la fois directement et indirectement. En utilisation directe, l’énergie électrique chauffe l’électrode de charge et le métal en raison du passage de courant ou de la présence d’un arc électrique. En utilisation indirecte, diverses énergies issues de l’action de l’électricité fonctionnent: l’énergie des scories fondues traversées par le courant, l’énergie des électrons dans un champ électrique, le faisceau laser qui se produit lors de l’application de l’électricité.

Types de classification de soudage électrique.

Le soudage des surfaces métalliques peut être effectué en mode manuel ou automatique. Certains types de joints soudés ne sont possibles qu'avec l'utilisation de l'automatisation (par exemple, électroslag ou couture), d'autres sont disponibles pour les appareils de soudage manuels.

Le soudage électrique est représenté par deux méthodes:

• arc électrique;
• contact électrique.

Voyons plus en détail comment se produit l’assemblage des surfaces lors du soudage à l’arc et par contact.

Soudage à l'arc électrique des métaux et électrocontact

Travail à l'arc électrique

Ce type de soudage utilise pour chauffer la chaleur d'un arc électrique. L'arc formé entre les surfaces métalliques est un plasma. L'interaction des surfaces métalliques avec le plasma provoque leur chauffage et leur fusion.

Le principe de fonctionnement du soudage à l'arc électrique.

Le soudage à l'arc électrique peut être effectué à l'aide d'une électrode consommable ou de son type non consommable (graphite, charbon, tungstène). L'électrode de fusion est à la fois l'agent causal de l'arc électrique et le fournisseur du métal d'apport. Avec une électrode non consommable, une tige est utilisée pour exciter l'arc, qui ne fond pas. Le matériau de remplissage est introduit séparément dans la zone de soudage. Lorsque l'arc est brûlé, l'additif fond et les bords des pièces, le bain liquide résultant forme un joint après la solidification.

Dans certains processus technologiques, la connexion des surfaces se fait sans dépôt de matériau de remplissage, uniquement en mélangeant les deux métaux de base. Produisez donc une électrode de soudage en tungstène.

Si un arc électrique ne brûle pas librement, mais est comprimé par une torche à plasma et que le plasma d'un gaz ionisé y est insufflé, ce type de soudage est appelé plasma. La température et la puissance du soudage au plasma sont plus élevées car, lors de la compression de l'arc, une température de combustion plus élevée est atteinte, ce qui permet le soudage de métaux réfractaires (niobium, molybdène, tantale). Le gaz plasmagène constitue également un moyen de protection pour les métaux assemblés.

Protection du métal en fusion et alliage par contact électrique

Schéma de soudage électrocontact.

Si, pendant la combustion à l'arc, les surfaces métalliques protègent de l'oxydation par le gaz ou le vide, un tel joint est appelé soudage dans un environnement protecteur. Une protection est nécessaire pour le soudage de métaux chimiquement actifs (zirconium, aluminium), pièces critiques en alliages alliés. La protection de la soudure avec d'autres substances est possible: flux, laitier, fil fourré. En conséquence, les méthodes de soudage utilisées ont été nommées: soudage à l'arc sous flux, soudage sous laitier, sous vide. Tout ceci est une variante de la méthode de l’arc électrique, utilisant un environnement de protection différent pour empêcher l’oxydation de la masse fondue, modifier sa composition chimique et la perte des propriétés du joint soudé.

Le soudage électrique utilise la chaleur générée au point de contact entre les deux surfaces à souder. De cette manière, on effectue un soudage par points: les pièces sont pressées les unes contre les autres jusqu'à ce qu'elles se touchent en plusieurs points. Les points de contact seront des points de résistance maximale et un échauffement maximal de la surface. En raison de ce chauffage, les éléments métalliques sont fondus et joints aux points de contact.

Technologie de soudage à l'arc électrique

Le principe de connexion et de fonctionnement du soudage à l'arc électrique.

La technologie de soudage des métaux à l’arc électrique consiste en une série d’actions permettant d’organiser le travail de la machine à souder et d’effectuer directement le soudage.

La préparation consiste à installer un inverseur de soudage, à sélectionner les électrodes et à réaliser le biseau nécessaire du bord (préparation de la surface).

Une fois la machine à souder installée sur le site de soudage, le fil de contact est fixé à l’aide d’un «crocodile» (conception du terminal de connexion) sur l’une des surfaces en métal de contact. La machine à souder est allumée et son courant est réglé par le régulateur de courant. La force du courant dépend de la taille de l'électrode et de l'épaisseur des pièces à souder. Pour une électrode de 3 mm de diamètre, le courant doit correspondre à 80-100 A.

Si la surface du métal est peinte ou oxydée pour former une couche de rouille, vous devez la rayer avec une brosse métallique pour assurer un bon contact dans le joint.

Le type de connexion des surfaces de contact est déterminé:

• joint bout à bout
• chevauchement;
• angulaire;
• tavrovoe;
• fin.

Types de joints soudés et coutures.

Examinons plus en détail les caractéristiques de soudage de différents types de joints. Le joint bout à bout nécessite souvent une préparation préalable des bords des surfaces à souder: les chanfreins sont réalisés le long de leurs bords. Les chanfreins en forme de V sont réalisés le long des bords des feuilles d’une épaisseur de 5 à 15 mm, les chanfreins en forme de X - sur des feuilles d’une épaisseur supérieure à 15 mm. Le retrait du bord en forme de V au niveau de la jonction des surfaces permet d’obtenir un évidement utilisé pour le soudage. Les bords en forme de X suggèrent la présence de rainures et la mise en place de soudures des deux côtés du joint.

Les joints en coin et en T peuvent également être réalisés avec des chanfreins (avec surface de coupe) ou sans biseaux et sans découpage (en fonction de l'épaisseur de la section soudée).

Les connexions en forme de T et angulaires vous permettent de connecter des pièces d’épaisseurs différentes. La position de l'électrode doit être plus verticale à la surface, qui a une plus grande épaisseur.

Electrodes de soudage: types et sélection

L'électrode à souder est une tige métallique recouverte d'un revêtement. La composition de revêtement est conçue pour protéger le métal fondu de la combustion au cours de l'oxydation. Le flux déplace l'oxygène du métal en fusion, ce qui empêche l'oxydation, et dégage un gaz protecteur, qui empêche également l'oxydation. La composition du revêtement comprend les composants suivants:

Le schéma de l'électrode à souder: 1 - tige; 2 - section de transition; 3 - revêtement; Extrémité à 4 broches sans revêtement; L est la longueur de l'électrode; D est le diamètre du revêtement; d est le diamètre nominal de la tige; l est la longueur de l'extrémité dénudée

• stabilisateurs d'allumage et de combustion (potassium, sodium, calcium);
• protection contre le laitier (spar, silice);
• formation de gaz (farine de bois et amidon);
• composés de raffinage (pour l'élimination et la liaison du soufre et du phosphore, des impuretés nuisibles au soudage du métal);
• éléments d'alliage (si le joint requiert des propriétés spéciales);
• des liants (verre liquide).

Les électrodes disponibles dans le commerce ont un diamètre de 2,5 à 12 mm et, pour le soudage manuel, les électrodes de 3 mm sont les plus utilisées.

Le choix du diamètre de l'électrode est déterminé par l'épaisseur des surfaces à souder, la profondeur de pénétration requise. Il existe des tableaux donnant les valeurs recommandées pour les diamètres des électrodes en fonction de l'épaisseur des surfaces à fondre. Vous devez savoir qu'une petite réduction du diamètre de l'électrode est possible, tout en augmentant le temps nécessaire pour exécuter le processus. L'électrode de plus petit diamètre permet de mieux contrôler le processus, ce qui est important pour un soudeur débutant. Une électrode plus mince peut être déplacée plus lentement, ce qui est important dans le processus d'apprentissage.

Caractéristiques du soudage à l'arc: définition et signification

Avant le soudage, les caractéristiques optimales du procédé de soudage sont déterminées:

Tableau de sélection du courant pour le soudage.

1. Intensité actuelle (réglable sur le poste de soudage). Le courant est déterminé par le diamètre de l'électrode et le matériau de son revêtement, l'emplacement du joint (verticalement ou horizontalement), l'épaisseur du matériau. Plus le matériau est épais, plus le courant nécessaire pour chauffer la pénétration est important. Un courant insuffisant ne fait pas complètement fondre la section transversale du joint en raison d'un manque de pénétration. Trop de courant entraînera une fusion trop rapide de l'électrode lorsque le métal de base n'est pas encore fondu. La valeur de courant recommandée est indiquée sur l'emballage de l'électrode.
2. Propriétés actuelles (polarité et genre). La plupart des appareils de soudage utilisent du courant continu, celui-ci étant converti à partir du redresseur intégré à l'appareil. À courant constant, le flux d'électrons se déplace dans une direction (spécifiée par la polarité). La polarité de soudage détermine la direction du flux d'électrons. Les polarités existantes sont exprimées dans la connexion de l'électrode et de la pièce:

• une ligne droite - un détail à "+" et une électrode à "-";
• l'inverse est le détail à "-", l'électrode à "+". En raison du mouvement des électrons du "moins" au "plus", plus de chaleur est générée au pôle positif du "+" que au négatif "-". Par conséquent, le pôle positif est placé sur l'élément qui nécessite un chauffage plus important: fonte, acier de 5 mm d'épaisseur ou plus. Ainsi, la polarité directe permet une pénétration profonde. Lors du raccordement de pièces à paroi mince et de feuilles, une polarité inverse est appliquée.

1. La tension d'arc (ou longueur d'arc) est la distance maintenue entre l'extrémité de l'électrode et la surface métallique. Pour une électrode de diamètre 3 mm, la longueur d'arc recommandée est de 3,5 mm.

Comment se fait le soudage à l'arc: technologie

Début de soudage: séquence d'allumage d'arc

Méthodes d'allumage arc de soudage.

Pour créer un arc, une nouvelle électrode est insérée dans la pince et tapée sur une surface dure pour enlever le revêtement à son extrémité active. Sous le laitier est un additif métallique, le laitier lui-même sert d'isolant et ferme l'additif de l'inflammation. Après cela, la tige d'électrode est rapprochée de la surface métallique à une distance minimale possible de 3 à 5 mm, en évitant tout contact. Dans ce cas, l'électrode est maintenue à un angle avec la surface du métal en cours de soudage. La technologie de soudage des métaux avec une électrode régule l'angle d'inclinaison de l'électrode dans une plage de 60 à 70 ° C. Visuellement, cet angle est perçu comme presque vertical, avec un léger biais.

Pour allumer l'arc, l'électrode est frappée à la surface du métal, comme l'allumage d'une allumette sur une boîte de soufre.

Si l’électrode est trop proche de la surface métallique à souder, il se produira un collage et un court-circuit. Pour ceux qui commencent à cuisiner, l'électrode colle fréquemment. Avec l'acquisition de la compétence de l'emplacement correct de l'électrode au-dessus du métal, ne maintenez pas la distance de collage optimale. Une électrode adhérente peut être déchirée en l'inclinant dans l'autre sens ou en éteignant la machine à souder.

Si l'électrode colle trop souvent, il est possible que le courant ne soit pas assez élevé, il faut l'augmenter.

À la distance optimale optimale entre l'électrode et le point de soudure (environ 3 mm), un arc est formé avec une température d'environ 5 000 à 6 000 ° C. Après l’allumage de l’arc, l’électrode peut être légèrement soulevée de la surface de travail de quelques millimètres.

Transfert d'électrodes et piscine de soudure

Le schéma de la piscine de soudure.

Lorsque l'électrode et le matériau de base fondent, un pool de soudure est formé (un pool de métal en fusion).

L'électrode et l'arc ainsi que le bain soudé (zone de métal en fusion) se déplacent sans à-coup le long de la ligne de connexion. La vitesse de déplacement de l'électrode est déterminée par la vitesse de fusion du métal et par le changement de couleur. Le mouvement rapide de l'électrode est réalisé lors du travail avec des feuilles minces, chauffant rapidement et formant facilement un bain soudé. Une électrode au ralenti est appliquée sur des joints massifs épais.

La forme du mouvement de l'électrode (droite, zigzag, boucles) est déterminée par la largeur de la soudure et la profondeur de pénétration. L'électrode peut se déplacer droit avec une petite largeur de soudage. Il peut déplacer des boucles, en zigzag, si vous avez besoin de faire bouillir une largeur et une profondeur suffisantes de la connexion. Des variantes du mouvement de l'électrode sont illustrées à la figure 1.

Figure 1. Modes de mouvement de l'électrode.

La protubérance du joint après la solidification du bain de soudure est déterminée par la position de l'électrode pendant le soudage. Si l'électrode est située presque à la verticale, la couture sera lisse et la pénétration sera profonde. Une disposition plus inclinée de l'électrode forme une surface convexe du joint soudé et une réduction de la profondeur de pénétration. Si vous inclinez trop l'électrode, l'arc se trouve dans la direction du joint, ce qui rend le processus de soudage difficile à contrôler.

Pour un composé de haute qualité, le bain en fusion doit avoir des bords minces, être suffisamment liquide et se déplacer docilement derrière l'électrode.

Un bain dans un filtre de lumière (à travers un verre foncé) ressemble à une surface orange avec des rides. L'aspect du bain de couleur orange (une goutte de liquide fondu) peut être considéré comme un indicateur du mouvement ultérieur de l'électrode. C'est-à-dire que si une couleur orange apparaît, déplacez l'électrode de quelques millimètres plus loin.

Schéma de l'appareil et des principaux indicateurs du bassin de soudure.

En fin de pénétration, il est nécessaire d'augmenter la taille du bain de soudure. Pour ce faire, l'électrode doit être maintenue au-dessus de ce point pendant quelques secondes de plus.

En cas de pénétration de matériau, il est nécessaire de réduire la quantité de courant et de prendre une autre électrode (de diamètre inférieur). Les trous brûlés sont autorisés à refroidir, à faire tomber les scories, puis à brasser.

Après le soudage, vous devez frapper avec un marteau. Ceci enlèvera du tartre et vérifiera visuellement le joint soudé à la recherche de discontinuités ou d'une mauvaise pénétration.

Technologie de soudage par contact, couture et gaz des métaux

La technologie de soudage des métaux par contacts présente certaines particularités. Le courant est connecté aux pièces à souder, après quoi elles sont rapprochées. Des points de contact apparaissent le long de la surface du joint bout à bout dans lequel, pendant plusieurs secondes, le métal est chauffé avant de fondre. Après cela, le courant est coupé et les surfaces de contact sont pressées l'une contre l'autre, assurant ainsi un contact étroit avec les points de fusion.

Technologie de soudage à la molette.

Lorsque la soudure continue fonctionne à la machine à souder. Ce type de soudure permet d’obtenir une soudure homogène sur les longues surfaces de tôle. Dans l'appareil de soudage à la molette, des électrodes comportent des rouleaux rotatifs. Les feuilles de métal connectées passent entre elles.

La soudure au gaz utilise la chaleur pour oxyder les gaz combustibles à haut pouvoir calorifique, tels que l'acétylène, le propane ou le butane. Le gaz et l'oxygène sont mélangés à l'intérieur du brûleur d'où sort la flamme.

La soudure électrolytique est un type de soudure dans un environnement protecteur. Dans cette opération technologique, le laitier est un matériau de protection qui protège le métal en fusion du contact avec l'air. Ce type de soudage est effectué automatiquement.

Equipement: sélection de la machine à souder et des moyens de protection

Pour protéger vos yeux des brûlures lors du soudage, vous devez utiliser un masque avec un filtre anti-lumière.

Pour effectuer le soudage, une grande quantité de courant électrique est nécessaire pour alimenter l'électrode. Un appareil moderne fournissant un courant constant au site de soudage est appelé un onduleur. Les anciens modèles de machines à souder avaient une taille volumineuse et un poids considérable, les nouveaux onduleurs sont facilement transférés, ne causent pas d'affaissement du réseau (cet état se traduit par une perte de tension et le clignotement des ampoules dans l'immeuble ou dans la rue du secteur privé). De nombreux onduleurs modernes disposent d'une protection contre les courts-circuits. Lorsque l'électrode est bloquée, l'onduleur s'éteint automatiquement.

Inventaire de protection: un masque avec un filtre clair (verre foncé). Le filtre léger protège les yeux des brûlures. Sans lui, vous pouvez avoir des brûlures de la cornée à des degrés divers: des poumons, lorsqu'il y a une sensation de sable dans les yeux, aux graves, lorsqu'il est impossible de rétablir la vision.

La qualité de protection du filtre de lumière est déterminée par le nombre. Plus l'électrode est épaisse et plus le courant de soudage est important, plus un filtre de lumière est puissant pour protéger la vue.

Maîtrisant les subtilités du travail avec une machine à souder, en maintenant la distance correcte de l'arc, l'inclinaison de l'électrode forme les compétences du soudeur. Le professionnalisme est déterminé par la capacité à gérer le processus, à obtenir des surfaces de connexion de haute qualité.

Les inverseurs de soudage modernes permettent de maîtriser indépendamment l'art du soudeur et d'effectuer des travaux de soudage de ses propres mains.