Forces affectant le transfert de métal
Cet article met en lumière les quatre forces principales qui affectent le transfert de métal. Les forces sont les suivantes: 1. Gravité (F g ) 2. Tension superficielle (F s ) 3. Effet de pincement électromagnétique (F p ) 4. Force de traînée (F d ).
Force n ° 1. Gravité (F g ) :
La gravité est une force de détachement lorsque l'électrode est dirigée vers le bas, comme dans le soudage descendant, et une force de retenue lorsqu'elle est dirigée vers le haut, comme dans le soudage vertical.
Numériquement, il est égal au poids de la gouttelette fondue détachable et est exprimé par:
Force n ° 2. Tension superficielle (F s ):
La tension superficielle tend à retenir la gouttelette fondue à la pointe de l'électrode et son ampleur au moment du détachement de la gouttelette sous son propre poids est donnée par l'expression:
f (r / c) est une fonction complexe ayant une valeur comprise entre 0, 6 et 1, 0 en fonction de la relation entre r et c.
Pour les métaux communs, une valeur approximative de la fonction peut être calculée à partir des relations suivantes:
où r est en cm.
En variante, F s est considéré comme étant proportionnel à la masse de la goutte de taille maximale (m h ) suspendue à la pointe de l'électrode avant le détachement, c'est-à-dire
F s = m h . g… .. (6.6)
Cependant, il est beaucoup plus facile de déterminer la masse de la partie de la gouttelette qui se détache (m d ) et il existe une relation empirique entre m d et m h .
De plus, m d / m h peut être tracé en fonction de r / c, à savoir:
Force n ° 3. Effet de pincement électromagnétique (F p ):
Lorsque le courant électrique est conduit par un conducteur conique, tel que l’arc de soudage, des forces axiales sont exercées sur celui-ci, qui sont dirigées de la petite section vers la plus grande. Ceci aboutit à la mise en place d’un jet de plasma à condition que le courant soit d’une intensité suffisante. De plus, lorsqu'un conducteur de courant est sous l'influence de son propre champ magnétique, des forces de contraction radiales se développent qui produisent une pression à l'intérieur du conducteur. L'effet combiné de ces forces est la force de détachement agissant sur la gouttelette fondue au niveau de la lèvre de l'électrode et est appelé effet de pincement.
Cet effet de pincement peut également s'expliquer par le fait qu'un courant électrique circulant dans le même sens dans des conducteurs parallèles crée une force attractive entre eux. Si l'on considère qu'une électrode est constituée d'un certain nombre de conducteurs cylindriques de diamètres variables, l'un à l'intérieur de l'autre, alors, sur la base du flux de courant dans des conducteurs parallèles, une force de contraction est exercée sur l'électrode.
Cette force n'a guère de conséquence sur l'électrode solide mais a une influence considérable sur le détachement de la gouttelette fondue de la pointe de l'électrode et est appelée force de Lorentz ou force de pincement électromagnétique.
Cette force à une distance donnée r de l'axe de l'électrode est donnée par l'expression:
D'après l'équation 6.9, il est évident que les pressions maximale et minimale exercées par l'effet de pincement électromagnétique seront au niveau de l'axe du conducteur et de la surface ayant respectivement les amplitudes suivantes:
Ainsi, il existe une force de pincement électromagnétique nette sur la gouttelette, qui tend à la détacher de la pointe de l'électrode.
L'ampleur de cette force peut être déterminée comme suit:
Force n ° 4. Force de traînée (F d ):
Une force de traînée due au flux de gaz autour de la goutte aide à détacher la gouttelette de la pointe de l'électrode. L'ampleur de cette force peut être affectée par la quantité de gaz dans le GMAW ou, dans une moindre mesure, par la quantité de gaz produite par les revêtements dans le SMAW. En fonction du type de transfert de métal, le jet de plasma peut également compléter la traînée sur la gouttelette. Les rôles joués par différentes forces pour détacher l'arc de gouttelettes fondues sont illustrés à la Fig. 6.1.
Pour déterminer l'amplitude des différentes forces agissant sur la gouttelette, il s'avère très pratique de le faire dans le cas du soudage plasma-MIG, car l'arc plasma et l'arc MIG sont séparés et peuvent être contrôlés indépendamment l'un de l'autre.
Avec cet agencement, il est possible de faire varier le courant de filière dans le fil de soudage MIG, ce qui permet de faire varier les forces électromagnétiques agissant sur la gouttelette de zéro au maximum pouvant être atteint. Il est également possible de faire varier la force de traînée sur la gouttelette en faisant varier la vitesse d'écoulement du plasma.
La force de tension superficielle, F s, peut être déterminée en mesurant la masse de la gouttelette à courant nul sans écoulement de gaz. La force électromotrice peut être obtenue en mesurant d’abord la masse de la gouttelette individuelle en fonction du flux de gaz avec le courant traversant le fil.
Les forces électromotrices F p, peuvent ensuite être obtenues à partir des données pour I 0:
F p = F s - (F g + F d ) ………. (6.13)
Cette force électromotrice est négative pour une faible valeur du courant, mais au-dessus de 25 A environ, elle augmente plus ou moins proportionnellement au courant.
En fonction de la force nette agissant sur la gouttelette en fonction de la magnitude du courant de soudage, de la tension superficielle, de la force de traînée, du rôle de la gravité et de la longueur de l'arc, un mode de transfert de métal particulier est obtenu, déterminant la qualité de la soudure.
