Mode de transfert de métal dans GMAW, FCAW et SMAW

Mode de transfert de métal dans GMAW

Dans GMAW, le mécanisme par lequel le métal en fusion à l’extrémité du fil-électrode est transféré à la pièce a un effet significatif sur les caractéristiques de la soudure. Pendant le soudage, différentes forces sont appliquées à l’extrémité du fil d’apport, au bain de soudure et à l’arc, ce qui influence le transfert de métal de l’extrémité de l’électrode dans le bain de soudure et le profil de soudure de dépôt final. La figure 1 montre les forces les plus importantes.

La force de pincement est une force électromagnétique qui s’applique sur chaque conducteur porteur de courant et croît proportionnellement au carré du courant de soudage et diminue proportionnellement au carré de la section transversale du fil d’apport de soudage. Cependant, cette force n’est pas importante et ne peut devenir efficace que si l’extrémité du fil est semi-solide ou liquide. Lors du soudage à faible courant, la force de pincement n’est pas assez importante pour affecter de manière significative la formation de gouttes, mais affecte les grosses gouttes transférées au bain de fusion.

Différents modes de transfert de métal en GMAW ou MIG MAG

Résumé du mode de transfert de métal dans GMAW

Transfert de court-circuit (Dip)

Le métal n’est transféré de l’électrode à la pièce que pendant une période où l’électrode est en contact avec le bain de fusion. Il n’y a pas de transfert de métal à travers l’espace d’arc pendant le soudage. Ce mode se produit avec une tension de 16-24V, un gaz de protection avec moins de 80% d’argon et un courant inférieur à 200A, l’alimentation du fil peut être réglée de sorte que l’extrémité du fil touche le bain de soudure et court-circuite le système, transfert par immersion. Ces courts-circuits peuvent avoir lieu 20 à 200 fois par seconde. Pendant le court-circuit, le fil chauffe rapidement et fusionne de sorte que le métal en fusion est transféré dans la piscine après quoi l’arc est rétabli. Ce rallumage s’accompagne de projections mais le réglage de l’inductance du système peut donner un certain contrôle sur celles-ci.

Caractéristiques (Avantages & inconvénients)

1. Le transfert par court-circuit se produit dans les plages de courant et de tension les plus basses, ce qui entraîne un faible apport de chaleur de soudage.
2. Il est généralement utilisé avec du fil d’apport de plus petit diamètre et produit un bain de soudure relativement petit et facilement contrôlable qui convient bien au soudage hors position et à l’assemblage de sections minces (de l’ordre de 0,8 mm à 3,2 mm).
3. Convient pour le soudage des racines dans les joints bout à bout et la racine ouverte pour les joints en T à pénétration complète, remplissant les grandes ouvertures des racines.
4. Petite distorsion de la plaque.
5. Faible fluidité de soudure.
6. Cependant, le faible apport de chaleur rend le transfert en court-circuit sensible aux défauts de fusion incomplète (chevauchement à froid), en particulier lors du soudage de sections épaisses ou lors de soudures multipasses.
7. Ce mode est exclu dans AWS D1.1 lors de l’utilisation d’un WPS pré-qualifié avec GMAW-S.

Transfert globulaire

Dans GMAW, une variation de l’extension de l’électrode peut entraîner un transfert de pulvérisation vers une forme globulaire. Le transfert globulaire se produit à des niveaux de courant et de tension plus élevés que le court-circuit et se caractérise par de grosses gouttes irrégulières de métal en fusion. Il est rarement utilisé car il crée une pénétration irrégulière et un contour de cordon de soudure irrégulier qui favorise la formation de défauts. Étant donné que la force de gravité est critique pour le détachement et le transfert des gouttes, le transfert globulaire est généralement limité au soudage à plat.

Lorsque de l’hélium, du CO2 ou des mélanges d’argon de ces gaz (taux de CO2 supérieurs à 20 %) sont utilisés comme gaz de protection, le transfert par pulvérisation ne se produit pas. Le point d’anode ne se développe pas, il reste donc une petite zone sur l’extrémité du fil. La fusion du fil commence mais, avec la petite tache d’anode restant sous la gouttelette, il n’y a pas d’impact direct d’électrons sur l’extérieur du fil. La goutte grossit donc par conduction jusqu’à ce que sa taille impose qu’elle se détache et tombe dans le bain de fusion principalement sous l’action de la gravité. La grave perturbation de l’arc au cours de ce processus et la chute d’un gros globule dans le bain de fusion provoquent des projections très importantes.

Caractéristiques (Avantages & inconvénients)

1. Transfert de métal irrégulier.
2. Apport de chaleur moyen.
3. Taux de dépôt moyen.
4. Risque de projections.
5. Ne convient pas au soudage en position

Transfert de pulvérisation

Sous argon lorsque la tension est suffisamment élevée, >25V pour un fil de 1 mm de diamètre et que la vitesse d’alimentation du fil est ajustée pour donner plus de 250A, l’arc de soudage brûle en continu, le métal fond du fil et passe à travers l’arc dans une série de petits gouttelettes, appelé transfert par pulvérisation. La taille des gouttelettes est généralement d’environ 0,5 à 1 fois le diamètre du fil et l’arc brûle de manière stable tandis que le transfert de métal devient presque continu. 2% d’oxygène est parfois ajouté au gaz de protection argon pour le transfert par pulvérisation. Ce gaz diatomique se dissocie puis se recombine à l’anode créant plus de chaleur et donnant une stabilité à l’arc à des courants plus faibles. 5% de CO2 a également un effet similaire mais si un CO2 supérieur à 20% de CO2 est utilisé, les conditions de pulvérisation ne peuvent pas être établies.

Le mode de transfert par pulvérisation est caractérisé par un flux hautement dirigé de petites gouttelettes métalliques. C’est un processus d’apport de chaleur élevé avec des taux de dépôt relativement élevés qui est le plus efficace pour le soudage de sections épaisses de matériau. Cependant, il n’est surtout utile qu’en position à plat (1G, 1F, 2F ou PA & PB), et son apport calorifique élevé favorise la fissuration à chaud de la soudure et la formation de phases secondaires dans la microstructure qui peuvent compromettre les performances en service. Le pistolet de soudage refroidi à l’eau est toujours recommandé pour le soudage par transfert par pulvérisation et chaque fois que des courants de soudage plus élevés sont utilisés.

Caractéristiques (Avantages & inconvénients)

1. Transfert de métal en vol libre et aspect de surface de soudure lisse.
2. Apport de chaleur élevé.
3. Taux de dépôt élevé.
4. Arc lisse et stable.
5. Convient pour les passes de remplissage et les passes finales de soudage.
6. Utilisé sur les aciers d’une épaisseur supérieure à 6 mm et les alliages d’aluminium d’une épaisseur supérieure à 3 mm.

Mode pulsé

Le transfert par pulvérisation pulsée est une variante hautement contrôlée du transfert par pulvérisation, dans laquelle le courant de soudage alterne entre un courant de crête élevé, où se produit le transfert par pulvérisation, et un courant de fond plus faible. Il en résulte un procédé stable et à faible projection à un courant de soudage moyen nettement inférieur à celui du transfert par pulvérisation. La pulvérisation pulsée offre un apport de chaleur inférieur à celui du transfert par pulvérisation, mais est moins sensible aux défauts de fusion incomplète qui sont communs au transfert en court-circuit. Il est utile dans toutes les positions de soudage et pour une large gamme d’épaisseurs de matériaux.

L’impulsion du courant de soudage étend la plage d’opérations de transfert par pulvérisation bien en deçà de la transition naturelle du transfert par immersion au transfert par pulvérisation. Cela permet d’obtenir un transfert de pulvérisation fluide et sans éclaboussures à des courants moyens inférieurs au niveau de transition, par exemple 50-150A et à des apports de chaleur inférieurs. La pulsation a été introduite à l’origine pour le contrôle du transfert de métal en imposant un fonctionnement cyclique artificiel sur le système d’arc en appliquant alternativement des courants élevés et faibles.

Une forme d’onde d’impulsion typique et les principales variables de soudage par impulsion sont illustrées dans la figure ci-dessous. Un faible courant de fond (généralement 20-80A) est fourni pour maintenir l’arc, maintenir la pointe du fil fondue, donner des racines d’anode et de cathode stables et maintenir un courant moyen pendant le cycle. Le détachement des gouttelettes se produit pendant une impulsion de courant élevé à des niveaux de courant supérieurs au niveau de courant de transition. L’impulsion de courant génère des forces électromagnétiques très élevées, qui provoquent un fort effet de pincement sur le filament métallique supportant la gouttelette ; la gouttelette est détachée et est projetée à travers l’espace de l’arc. Le courant d’impulsion et la densité de courant doivent être suffisamment élevés pour garantir que le transfert par pulvérisation (non globulaire) se produise toujours afin que le soudage en position puisse être utilisé.Le transfert d’impulsions utilise des impulsions de courant pour tirer un seul globule de métal à travers l’espace de l’arc à une fréquence de 50 à 300 impulsions.

Caractéristiques (Avantages & inconvénients)

1. Mode de transfert de métal à faible apport de chaleur.
2. Éclaboussures très faibles.
3. Réduction du risque de manque de fusion par rapport au transfert par immersion grâce à un apport de chaleur contrôlé.
4. Contrôle du profil du cordon de soudure pour les pièces chargées dynamiquement.
5. Contrôle de processus/flexibilité pour contrôler les paramètres de soudage.
6. Permet d’utiliser des fils de plus gros diamètre, moins coûteux avec des plaques plus fines, plus faciles à alimenter (un avantage particulier pour le soudage de l’aluminium).

Qu’est-ce que la MIG synergique

Dans une source d’alimentation de soudage MIG/MAG normale, le soudeur doit régler la vitesse d’alimentation du fil (courant) et sélectionner une tension appropriée. Les deux variables dépendent du diamètre du fil et du gaz utilisé. Cela nécessite que le soudeur/opérateur connaisse la relation entre le courant et la tension pour obtenir de bons résultats de soudage.

Dans un poste de soudage MIG/MAG synergique (sans impulsion), il y a un cadran à un bouton qui définit la vitesse d’alimentation du fil. Le microprocesseur de l’équipement sélectionnera la tension optimale à partir d’une table de consultation (une courbe synergique) pour correspondre au courant donné. La courbe synergique a été développée pour donner les meilleurs réglages possibles pour un courant/vitesse de dévidage particulier.

Donc, maintenant, le soudeur n’est pas responsable de sélectionner la bonne tension. Un bouton de trim peut être utilisé, ce qui permet à l’utilisateur de diminuer ou d’augmenter la tension d’un petit pourcentage. L’action d’ajustement permet au soudeur d’effectuer de petites corrections de tension pour s’adapter aux variables de la pièce.