Les innovations se succèdent dans les équipements de soudage

l'art d'avoir plusieurs cordes à son arc

Dans le soudage par fusion, la soudure est réalisée par l'intermédiaire d'un changement vers un stade liquide sous l'influence de la chaleur. Ce procédé résulte du fait que les équipements de soudage fournissent la tension nécessaire et l'intensité correspondante, souvent très puissante. Ces appareils ont évolué au fil des ans pour répondre aux demandes de plus en plus spécifiques et aux exigences de plus en plus strictes. Les innovations dans le domaine de l'électrotechnique, de la numérisation et de la robotisation ont permis de nombreux progrès en matière de besoins en énergie, de vitesse de soudage, de consommation d'énergie, de fiabilité, de flexibilité et de durée de vie.

 

alimentation électrique

Dans le soudage électrique (à l'arc), la chaleur nécessaire provient d'un arc électrique émis entre l'électrode et le matériau à souder. En règle générale, pour le réglage optimal du courant et pour le type d'électrode de soudage, il faut savoir que plus l'électrode de soudage est épaisse, plus la quantité de courant nécessaire est importante. Le poste de soudage fournit le courant pour la tension requise, soit environ 45 V AC ou 70 V DC. Les appareils conventionnels sont équipés d'un transformateur à cet effet. Il permet de fournir une tension secondaire d'environ 45 V, nécessaire pour créer un arc de soudage à l'aide d'une électrode. La chaleur qui en résulte fait fusionner les métaux.

Au milieu des années 1990, un poste à souder avec onduleur a été introduit. Grâce à l'électronique de puissance, un courant pulsé est généré directement à partir de courant alternatif à haute fréquence pour le poste à souder : la fréquence du réseau de 50 Hz est transformée en une fréquence pouvant atteindre 100 kHz. Le courant de soudage à commutation électronique assure un courant de processus stable et permet de contrôler l'arc pendant le soudage. Si l'arc menace de s'éteindre en raison d'une trop grande distance entre l'électrode et la pièce, le courant est automatiquement augmenté. Le soudage à l'arc pulsé est devenu possible grâce en partie aux sources d'énergie à onduleur, voir le soudage MIG/MAG.

 

 

Techniques

Soudage à l'arc à l'électrode enrobée

Dans ce processus, un arc est créé entre l'âme de l'électrode et la pièce à souder. Les équipements de soudage avec un onduleur fonctionnent avec du courant continu (DC), ceux avec un transformateur conventionnel, redresseur ou non, avec du courant alternatif (AC). Bien que cette technique de soudage soit polyvalente, elle n'est pas très rapide - il faut à chaque fois insérer une nouvelle électrode et retirer les scories - et elle est également difficile à automatiser. Comme la technique est presque exclusivement manuelle, les machines à souder correspondantes sont aujourd'hui légères et compactes.

Soudage à fil fourré sans gaz

Ici, l'électrode de soudage est un fil creux contenant une fine poudre de soudage composée de substances qui forment des gaz de protection dans le bain de soudure pendant le processus de chauffe/fusion. Le laitier qui se solidifie rapidement et qui est facilement amovible réduit les projections et les jets, ce qui permet de travailler à des ampérages relativement élevés. Comme il est possible de travailler à une tension inférieure, l'apport de chaleur est plus faible que lors du soudage avec un fil plein, tandis que la vitesse de soudage est comparativement élevée, tout comme la qualité du cordon. En outre, le choix des matériaux de remplissage ne cesse de s'accroître, ce qui offre des possibilités supplémentaires. Comme aucun gaz de protection n'est utilisé, les machines à souder associées sont idéales pour les conditions venteuses. Les fils fourrés peuvent être soudés avec un gaz de protection, mais la technique relève alors du soudage MIG/MAG.

 

Soudage MIG/MAG ou soudage semi-automatique

Ici, l'arc est créé entre la pièce et un métal d'apport en fusion qui est continuellement déchargé. Dans le soudage MIG, le gaz de protection est inerte (argon, hélium ou un mélange des deux), dans le soudage MAG, on utilise des gaz actifs, par exemple un mélange de CO₂ et d'argon ou du CO₂ pur. Cette technique est largement utilisée en raison de sa polyvalence, de sa grande flexibilité, de sa précipitation et de sa vitesse de soudage.

Le soudage par impulsion est une variante du soudage MIG/MAG. Un courant de base constant maintient l'arc de soudage, tandis qu'un courant pulsé fait fondre le fil d'apport, ce qui fait tomber des gouttelettes dans le bain de soudure. La fonction d'impulsion permet au poste à souder de pulser entre le courant de base et le courant de crête. La fréquence d'impulsion est le nombre de fois par seconde où le courant de base se transforme en courant d'impulsion ; elle est réglable individuellement.

Soudage à l'arc submergé

Dans ce processus, de la poudre est versée sur la plaque, dont la composition est similaire à celle du revêtement de l'électrode couverte. Partiellement fondue, la poudre assure une protection gazeuse et un laitier apparaît qui protège la soudure. Le SAW nécessite un équipement de soudage relativement coûteux, qui peut supporter des ampérages extrêmement élevés, et permet une bonne précipitation, de grandes profondeurs de soudage et une vitesse de soudage élevée. Ces équipements de soudage sont utilisés dans la construction de citernes, de navires, de grandes machines et de pièces pour les éoliennes, entre autres.

 

Soudage TIG

Ici, l'arc est créé entre une électrode en tungstène non fusible et la pièce. Le blindage est assuré par un gaz inerte, généralement de l'argon, parfois un mélange argon-hélium. Les machines à souder correspondantes garantissent un processus de soudage sans projections, ce qui permet d'obtenir un cordon propre et de haute qualité (pas d'excès de scories, pas de nettoyage ultérieur nécessaire). Cependant, la vitesse de soudage est considérablement plus faible que celle du soudage MIG/MAG. Le soudage TIG AC convient à l'aluminium, au magnésium et à leurs alliages ; le soudage TIG DC à l'acier, à l'acier inoxydable, au cuivre et au titane, entre autres.

Directive relative à l'écoconception

La directive relative à l'écoconception mérite d'être mentionnée à cet égard. Elle entrera en vigueur le 1er janvier 2023 et stipule que la puissance en mode 'à vide' ou 'veillie' ne pourra pas dépasser 50W à partir de cette date. Concrètement, cela signifie qu'à partir de cette date, les appareils conventionnels équipés d'un transformateur abaisseur et d'onduleurs ou de choppers secondaires ne seront plus autorisés.

La directive sur l'écoconception entre en vigueur le 1er janvier 2023 et stipule qu'à partir de cette date, la puissance dans les différents modes 'à vide' ou 'veille' ne peut dépasser 50W

Tendances et évolutions

Numérisation

Un signal électronique est soumis à des fluctuations. Comme le bruit est amplifié lorsque le signal est amplifié, il n'est pas possible de corriger la perte de signal et la distorsion. En revanche, dans la technologie numérique, le signal original est converti en un flux de bits (zéros et uns), de sorte que le bruit peut être facilement séparé du signal original. En outre, le courant peut être contrôlé de manière beaucoup plus précise car les sources de courant sont contrôlées par des microprocesseurs. Cela implique moins de perte d'énergie par génération de chaleur, ce qui profite à la fois aux propriétés mécaniques de la soudure et à sa résistance à la corrosion.

Bon nombre des améliorations récentes ont été apportées par des logiciels. En voici quelques exemples :

• Surveillance des paramètres de soudage en temps réel, où un petit émetteur et des capteurs sur la machine à souder enregistrent le courant de soudage, la tension, la vitesse d'avance et d'alimentation du fil, le débit de gaz et le temps de combustion. Si l'une de ces valeurs limites est dépassée, une alarme est déclenchée.
• Technologie de forme d'onde avancée permettant de sélectionner le programme de soudage le plus approprié à partir d'un ensemble prédéfini de paramètres de soudage. En ajustant davantage les paramètres pertinents, le programme peut être adapté à l'opération de soudage en cours.

La numérisation a aussi pour autre avantage de simplifier considérablement l'émission des rapports.

 

Robots et cobots

Et après la numérisation vient la robotisation, dans laquelle un robot (bras) commandé par ordinateur fonctionne de manière entièrement ou majoritairement indépendante. Les robots présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux humains : ils ont une vitesse de production élevée et constante et garantissent une qualité élevée et constante. Les robots de soudage sont les mieux adaptés au soudage par points et à l'arc ; dans cette dernière catégorie, le soudage MIG, MAG et TIG.

Un cobot - une contraction de 'robot collaboratif' - est généralement plus sûr qu'un robot, sera moins sujet à l'échec et convient aux petites et moyennes séries. Un cobot est capable de fonctionner pendant des dizaines de milliers d'heures en moyenne et offre une solution pour les applications et les processus exigeants - et comme le robot - pour reprendre des tâches ennuyeuses, sales et dangereux. Un dispositif de sécurité intégré garantit que le cobot s'arrête et/ou ralentit immédiatement lorsqu'il entre en contact avec un être humain.

Parmi les 'effets secondaires' agréables de la numérisation, on retiendra qu'il est beaucoup plus simple d'émettre des rapports

Critères

Afin de parvenir à la bonne combinaison de technique et d'équipement de soudage, il convient de se poser les questions suivantes :

• Quel matériau doit être soudé et à quelle vitesse ?
• Quelles sont les épaisseurs moyennes des soudures ?
• Quelle est la qualité de soudure requise et quelle est la finition souhaitée de la soudure ?
• Quelle tension secteur est disponible (1-230V ou 3-400V), quel ampérage est nécessaire (en règle générale, il faut une capacité de 40 ampères par millimètre d'acier) et qu'est-ce que cela implique pour la consommation d'énergie ?

Bien sûr, le prix de la machine est également important, mais chaque entreprise prendra ses propres décisions à ce sujet. Un autre critère qui ne doit pas être sous-estimé est la durée de vie prévue. Cela n'est pas seulement déterminé par l'environnement et les conditions de fonctionnement, mais aussi (fortement) par la qualité des composants électroniques. On ne peut pas faire grand-chose à ce sujet, mais pour la préservation du matériel de soudage, il est important de garder un œil sur des questions telles que l'usure et/ou l'endommagement ou la rupture de la connexion au câble d'alimentation électrique, la décharge de traction, l'état des interrupteurs et les dommages au boîtier.

Remerciements à : l'Institut Belge de la Soudure (I.B.S.), DWK, Esab et Lastek

Quelques notions importantes

- Classe de protection : indication du degré de protection d'un appareil contre l'eau et la saleté sous la forme d'un marquage IP (IP signifie International Protection Rating).
- Pénétration : la profondeur et la forme de la pénétration sont déterminées par le diamètre du bain, l'ampérage et la chaleur générée par unité de temps (U x l), la vitesse de fonctionnement et de refroidissement.
- Tension d'entrée : la tension du réseau qui alimente la machine, généralement monophasée 230V ou triphasée 400V.
- Capacité d'isolation : mesure de la température que l'isolation du transformateur peut supporter sans subir de dommages ; elle est contrôlée par un thermocontact.
- Tension de sortie : la quantité d'énergie produite par l'unité ; elle détermine à la fois la quantité de chaleur et la longueur de l'arc.
- Taux de fusion ou de fonte : la quantité de métal d'apport fondue dans un temps donné, exprimée en grammes par minute (g/min) ou en kilogrammes par heure (kg/h).

Quelques fonctions importantes

- Le réglage arc force augmente automatiquement la tension de l'arc dans les situations difficiles et empêche l'extinction de l'arc et le piégeage des scories dans le bain de soudure.
- Le démarrage à chaud stabilise immédiatement l'arc après l'allumage en augmentant brièvement l'amprage de soudage.
- Le taux de fonctionnement indique un pourcentage du temps pendant lequel une machine à souder peut souder en continu à un courant donné et à une température ambiante de 40 °C. Lorsque le taux de fonctionnement est de 60 % ou plus, le temps de soudage est le même que lorsque la machine est allumée. Avec un taux de fonctionnement de 60 % - le réglage le plus appliqué - cela correspond à 6 minutes sur 10.
- La fonction de synergie permet de régler une machine à souder à l'aide d'un seul bouton en sélectionnant, entre autres, l'épaisseur du matériau, et le pose à souder fait le reste.