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Soudage à l'arc électrique

Dans le soudage à l'arc électrique, l'énergie nécessaire pour la fusion des pièces à souder et pour la réalisation de l’assemblage est obtenue par un arc électrique. Cet arc est généré entre une électrode et la pièce à souder, sous une atmosphère de protection, qui peut être gazeuse (Gas Metal Arc Welding - GMAW, TIG, Plasma) ou générée par un flux (Stick electrode, Submerged Arc Welding - SAW).

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La stabilité de l’arc et un bon choix de paramètres électriques sont cruciaux pour obtenir un cordon de soudage de qualité. Air Liquide, leader mondial des gaz pour les applications industrielles, vous explique ce que vous devez savoir sur les procédés de soudage à l'arc électrique.

Qu'est-ce qu'un arc électrique ?

L'arc électrique est établi lorsqu'une énergie suffisamment haute est obtenue pour ioniser l'atmosphère de gaz et générer un plasma gazeux entre les 2 électrodes. Au moment où ledit plasma est généré, un flux électrique est créé entre le pôle positif et le négatif.

L'arc électrique est un phénomène physique extrêmement complexe, où se mêlent ionisation et recombinaison des gaz, transmission de chaleur, phénomènes électromagnétiques, ainsi que l'influence des caractéristiques de la conductivité thermique et électrique en fonction de la température des gaz utilisés.

La température atteinte jusqu'à 3 500 ºC, et on peut distinguer les zones suivantes :

L’arc électrique : un plasma s'établit entre les deux électrodes. C'est une zone très chaude de particules ionisées. 90 % du courant passe par cette zone.
Enveloppe ionisée : Zone de transition entre le coeur de l'arc et l'atmosphère ambiante où les particules sont partiellement ionisées. La température à l'intérieur de cette zone est encore importante.
Gaz chauds : les gaz environnants sont chauffés par le transfert de chaleur des deux zones précédentes.

Soudage à l'arc électrique

Pour simplifier, on peut considérer cette soudure comme un circuit électrique où une tension (V) est appliquée entre les bornes d'un générateur, et lorsque l'arc électrique est généré le circuit est fermé. L'intensité de soudage (I) sera déterminée par la tension appliquée (V) et l'ensemble des résistances électriques des équipements : Câble de soudage, câble et mise à la terre, stick-out, arc électrique.

La polarité varie selon le procédé de soudage, puisque le courant d'électrons s'établit du pôle négatif (cathode) au pôle positif de l'anode :

Polarité inversée : Le soudeur connecte la torche au pôle positif (anode) du dispositif de soudage.
- Soudage à l'arc électrique avec électrode consommable : Dans ce cas, l'électrode est le fil lui-même ou le fil de soudure qui doit fondre en même temps que le métal de base :
  - Soudure GMAW (MIG, MAG) : L'arc électrique est généré sous une atmosphère de protection gazeuse qui peut être inerte (MIG) ou active (MAG).
  - Soudage à l'électrode : L'arc électrique est généré sous une atmosphère de protection locale créée par l’enrobage.
  - Soudage à l'arc submergé (SAW) : L'arc électrique est généré sous la protection locale du flux de soudage.
Polarité directe : Le soudeur relie la torche au pôle négatif (cathode). Le flux d'électrons est dirigé vers le métal de base.
- Soudage à l'arc électrique TIG avec électrode en tungstène (non consommable) : Dans ce cas l'électrode est en tungstène (matériau au point de fusion élevé) non fusible.
  - Soudage TIG : L'arc électrique est généré sous une atmosphère de protection de gaz inerte.
  - Soudage plasma : L'arc électrique est généré sous une atmosphère de protection de gaz inerte
Courant alternatif
- Dans le cas du soudage d’Aluminium en TIG, un courant alternatif est appliqué. En effet le bombardement d’électron au niveau de la tôle, résultat de la polarité directe usuelle en TIG, n’est pas suffisant pour briser la couche d’alumine.