Top 7 des variables de GMAW

Cet article met en lumière les sept principales variables de la soudure à l'arc au gaz et au métal (GMAW). Les variables sont les suivantes: 1. Tension de l'arc 2. Débit d'alimentation du fil 3. Vitesse de déplacement 4. Détachement d'électrode 5. Angle d'électrode par rapport au travail 6. Position de soudage 7. Taille de l'électrode.

Variable n ° 1. Tension de l'arc:

Lorsque la source d’alimentation est plate, la tension de l’arc est contrôlée principalement par le réglage de la tension de circuit ouvert (OCV). Une petite différence entre la valeur réelle de la tension de l’arc et la valeur de consigne de l’OCV est due à la chute de tension dans le câble et la légère chute dans le VI caractéristique de la source d'énergie elle-même. La variation de la tension de l'arc avec la modification de l'OCV est illustrée à la Fig. 10.3.

La modification de la tension de l'arc entraîne une modification de la longueur de l'arc et affecte directement la largeur de la perle. Le changement de tension d'arc affecte non seulement les dimensions extérieures du cordon, mais également la microstructure, voire le succès ou l'échec de l'opération, en affectant le mode de transfert du métal.

Lorsque la tension de l'arc est trop basse, le transfert de métal s'effectue soit en mode de court-circuit (à faible vitesse d'alimentation du fil), soit par transfert par immersion (à une vitesse élevée de fil d'alimentation). Un tel mode de transfert de métal rend le processus efficace pour une utilisation en soudage en position et se déroule normalement à une température de métal inférieure avec une perte moindre d'éléments d'alliage.

Variable n ° 2. Taux d’alimentation en fil:

Pour une source d'alimentation à caractéristique plate, le courant de soudage varie en fonction de la variation du taux d'alimentation du fil. Une relation généralisée entre les deux est illustrée à la Fig. 10.4. La figure montre que la relation est linéaire à faible vitesse d'alimentation. Toutefois, à mesure que la vitesse du fil augmente, en particulier pour les fils de petit diamètre, la courbe du taux de fusion devient non linéaire.

Ceci est normalement attribué à un réchauffement accru de la résistance, qui est lui-même accru avec l'augmentation du débit d'alimentation du fil. Pour le même débit de fil, l'augmentation du diamètre du fil nécessite une demande accrue de courant de soudage. Une augmentation du courant de soudage, avec d'autres variables restant constantes, entraîne une augmentation de la profondeur de pénétration et de la largeur de la soudure, une augmentation de la vitesse de dépôt et une augmentation de la taille du cordon de soudure pour une section transversale donnée.

Variable # 3. Vitesse de déplacement:

La pénétration de la soudure est maximale à une vitesse de soudage particulière et diminue à mesure que la vitesse varie d'une manière ou d'une autre. Cependant, la diminution de la vitesse s'accompagne d'une augmentation de la largeur tandis que l'augmentation de la vitesse se traduit par des billes plus étroites. La diminution de la pénétration avec la réduction de la vitesse est due à un glissement excessif du métal en fusion dans le bain de soudure, ce qui conduit à un bain de soudure moins profond.

Ainsi, l'augmentation de l'apport de chaleur par unité de longueur due à la réduction de la vitesse se traduit par une largeur de soudure accrue et l'inverse est vrai pour l'augmentation de la vitesse de soudage. Une vitesse de soudage excessivement élevée peut également être accompagnée d'une sous-coupe due à un métal insuffisant pour remplir la zone fondue par l'arc.

Variable n ° 4. Élimination de l'électrode:

La distance entre l'extrémité inférieure du tube de contact et l'extrémité du fil d'électrode en saillie, comme indiqué à la Fig. 10.5, est connue sous le nom de blocage d'électrode. C'est un paramètre de soudage important pour le contrôle de la vitesse de dépôt et de la géométrie du cordon. Avec l'augmentation de l'adhérence, sa résistance électrique augmente, ce qui entraîne un préchauffage du fil, ce qui réduit les besoins en courant à un débit d'alimentation du fil donné. Un collage trop long entraîne un dépôt excessif de métal avec une faible chaleur d'arc, ce qui conduit à une pénétration peu profonde et à une forme de talon peu satisfaisante.

Cela peut également conduire à un arc instable avec une faible maniabilité. Un dépassement trop court risque de provoquer un retour de flamme pouvant endommager le tube de contact, une longueur d'arc excessive et même une interruption du processus. Le collant est généralement maintenu entre 5 et 15 mm pour un transfert en court-circuit et entre 16 et 25 mm pour d'autres types de transfert de métal.

La distance buse-à-travail (NWD) est également importante pour contrôler la forme et la qualité du cordon. Un NWD trop court endommage la buse de gaz par un chauffage excessif, tandis qu'un NWD trop long affecte l'efficacité du gaz de protection. La distance normale buse-à-travail doit être approximativement 1 à 1 à 5 fois supérieure au diamètre intérieur de la buse à gaz utilisée.

Variable # 5. Angle électrode-travail:

La position dans laquelle un pistolet de soudage est maintenu par rapport au sens de déplacement peut affecter considérablement la géométrie du cordon. En soudage automatique, le pistolet est généralement tenu perpendiculairement à la pièce. Cependant, lors du soudage semi-automatique, le pistolet est maintenu soit en position de revers, soit en position de soudage de face, comme indiqué à la Fig. 10.6; Cela aide le soudeur à voir le bain de soudure et à le manœuvrer selon les besoins.

La position de soudage à l’avant donne un soudage avec une pénétration peu profonde mais un cordon plus large. La soudure à l'envers donne une soudure étroite et plutôt pointue avec une pénétration profonde. Le soudage à l'envers est la position la plus souvent utilisée avec un angle d'électrode au travail compris entre 60 et 85 degrés. Bien qu’un angle d’environ 75 ° soit la position la plus populaire, il est rapporté qu’un angle de 65 ° donne le maximum de pénétration, un arc stable et le moins de projections possible.

Pour les soudures d'angle, le pistolet GMAW est maintenu de manière à placer l'électrode également inclinée par rapport aux deux surfaces de travail. Ensuite, la position du revers est adoptée avec un angle de 75 ° à 85 ° avec le sens du soudage.

Bien que la pénétration et la largeur du cordon puissent être considérablement manipulées en changeant l'électrode de la position initiale au revers, cette méthode n'est pas considérée comme un moyen approprié de contrôler la géométrie du cordon, mais une manipulation de la tension de l'arc et du courant de soudage. Les effets qualitatifs de l'angle d'électrode sur le travail sur la géométrie des billes sont présentés à la Fig. 10.7.

Variable # 6. Position de soudage :

La géométrie du cordon de soudure est également affectée par la position dans laquelle la pièce est maintenue par rapport au pistolet de soudage. La position de soudage à plat ou à plat donne la forme de cordon la plus satisfaisante et tous les modes de transfert de métal peuvent être utilisés efficacement. Cependant, les postes de soudage en hauteur et verticaux exigent que le transfert de métal soit par pulvérisation ou en mode de court-circuit.

Il est recommandé d’utiliser un fil d’électrode de diamètre 1-2 mm pour ces positions, faute de quoi la taille du bain de soudure devient trop grande pour pouvoir être contrôlée facilement. La taille des perles est également généralement petite dans ces positions. Le soudage vertical abaissé est généralement utilisé pour souder les tôles en position verticale, tandis que le soudage vertical en hauteur est plus répandu pour le soudage des joints circonférentiels dans les tuyaux.

Variable # 7. Taille de l'électrode:

Chaque taille de fil d'électrode a une limite exploitable dans laquelle elle peut être utilisée efficacement. Un courant de soudage inférieur à la plage optimale entraîne un manque de fusion et un courant plus élevé entraîne une augmentation des projections, une porosité et une apparence médiocre du cordon.

La taille de l'électrode affecte également la pénétration et la largeur de la soudure en ce que, pour le même courant, un fil de diamètre inférieur donne une pénétration plus profonde, tandis que des perles plus larges avec une pénétration peu profonde sont obtenues avec des fils de plus grand diamètre.

Cependant, dans l’ensemble, il existe une tendance à utiliser des fils de diamètre inférieur pour les raisons suivantes:

(i) réglage rapide de la longueur de l'arc,

(ii) Mode de transfert de métal par pulvérisation,

(iii) facile à mettre en file d'attente, et

(iv) Efficacité accrue des dépôts.

Lorsque la longueur de l'arc est modifiée en raison d'un changement de position par inadvertance de la main de la soudeuse ou de la vitesse d'avancement du fil, la tension de l'arc change également, dans la mesure où la chute de colonne change, comme illustré à la figure 10.8.

La tension dans l'arc entraîne la modification du courant d'arc, comme illustré à la Fig.10.9. C'est évident

que ce changement de courant d'arc est bien plus important pour une source d'alimentation avec une caractéristique VI plate que pour une caractéristique VI pendante. Maintenant, le taux de fusion ou d'allumage d'une électrode dépend du courant de soudage consommé, comme le montre la figure 10.10, qui montre également que plus le fil de l'électrode est mince, plus la plage de taux d'alimentation du fil couvert est large. En d'autres termes, pour un changement de courant égal, le changement du taux de combustion est beaucoup plus important pour les fils fins que pour les fils épais, ce qui explique pourquoi la longueur de l'arc est corrigée plus rapidement pour les fils fins que pour les fils épais.

Pour le même courant de soudage, la densité de courant obtenue pour un fil fin est beaucoup plus élevée que pour un fil épais, comme illustré à la Fig. 10.11. L'effet combiné de la tension d'arc (ou de la longueur d'arc) et du courant sur le mode de transfert du métal est illustré à la Fig. 10.12.

Le résultat évident est que le mode de pulvérisation du transfert de métal peut être réalisé avec un courant beaucoup plus faible et avec une source d'alimentation d'une capacité de courant plus faible. Cela conduit à un meilleur contrôle du soudage en position et à des soudures de meilleure qualité.

Bien que la discussion qui précède soit valable en règle générale, mais pour obtenir une image complète du mode de transfert du métal, il est essentiel de connaître l’effet du gaz de protection sur le matériau du fil d’alimentation. Par exemple, malgré les meilleurs efforts avec un fil le plus mince possible, il est presque impossible d'obtenir un mode de pulvérisation par transfert de métal avec du CO2 comme gaz de protection.

Le nombre de gouttelettes transférées du fil d'électrode au pool de soudure, appelé fréquence de transfert de gouttelettes, détermine souvent la forme et la qualité de la soudure; moins de 20 gouttelettes par seconde sont généralement considérées comme non satisfaisantes. La figure 10.13 montre l'effet de certaines des combinaisons gaz-métal couramment utilisées sur la fréquence de transfert de gouttelettes dans GMAW.

L'efficacité de dépôt du procédé GMAW s'améliore également avec l'utilisation de fils plus minces, comme le montre la figure 10.14. Les courbes décrivent spécifiquement les performances du GMAW en utilisant du CO ₂ comme gaz de protection.

Les fils plus minces sont également faciles à bobiner et à manipuler, bien que le taux d’alimentation augmente considérablement avec la diminution du diamètre du fil.

Malgré un certain nombre d'avantages liés à l'utilisation de fils minces, il convient de garder à l'esprit que le problème d'alimentation augmente considérablement avec la diminution du diamètre et que la plage de courant de soudage, sur laquelle un fil peut être utilisé, se réduit. En outre, les fils de plus petit diamètre sont plus coûteux en poids. Ainsi, pour chaque application, il existe une taille de fil définie qui garantit un coût de soudure minimum.