Le soudage à l'arc est une compétence fondamentale dans le domaine de la fabrication et de la réparation métallique, permettant de réaliser des assemblages durables entre pièces métalliques. Cette technique utilise un arc électrique pour chauffer et fusionner les métaux, se distinguant ainsi du soudage MIG et TIG, qui emploient respectivement un fil continu et une électrode non consommable. Le pistolet de soudure à l'arc, un outil indispensable dans de nombreux secteurs, offre une rapidité d'exécution et une précision inégalée, particulièrement dans l'assemblage de tôles.
Les Bases du Soudage à l'Arc
Le soudage à l'arc est une technique permettant de réaliser des assemblages durables entre pièces métalliques. Les postes à souder à l'arc génèrent une chaleur intense et localisée en créant un arc électrique entre la pièce à souder et une électrode. La température très élevée de l’arc permet, par exemple, la fusion des bords de la soudure et d’un métal d’apport, qui peut se présenter sous forme de baguette ou de fil. Pour débuter, il est essentiel de connaître les types d'électrodes et les réglages de l'appareil à souder. Chaque électrode et réglage est spécifique à un type de métal ou une épaisseur donnée. Les techniques de soudage à l'arc peuvent varier selon le type de joint et la position de soudage.
Comment Fonctionne la Soudure à l’Arc ?
L’élément principal de ce procédé de soudage est l’électrode enrobée. La température est portée au point de fusion au moyen d’un arc électrique. Pour créer un arc électrique, une pince de masse est reliée à la pièce à souder et une électrode enrobée est fixée à une pince porte électrode. Lorsque l’électrode est proche de la pièce, un court-circuit est créé et l’arc électrique se forme. La chaleur dégagée fait fondre l’électrode et la pièce à souder. L’enrobage de l’électrode fond pendant le soudage et protège le bain de soudure et l’arc de l’air extérieur, libérant des gaz et des laitiers. Le laitier est éliminé après le refroidissement du bain de soudure.
Les Différents Types de Soudage à l'Arc
Il existe plusieurs types de soudage à l'arc, chacun ayant ses spécificités et applications :
Soudage MMA (Manual Metal Arc) ou Soudage à l'Électrode Enrobée : Le métal d'apport est transféré par un arc électrique jaillissant entre l'âme de l'électrode enrobée et la pièce. Une partie des constituants de l'électrode est volatilisée, contribuant à créer l'atmosphère dans laquelle l'arc jaillit. L'enrobage fondu, de faible densité recouvre le bain de fusion formant le laitier qui protège le métal déposé pendant et après la solidification.
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Soudage TIG (Tungsten Inert Gas) : Un arc électrique est établi entre une électrode non fusible en tungstène et la pièce à souder. L'électrode, le métal d'apport en cours de fusion, le bain de fusion et les zones avoisinantes sont protégés contre l'action de l'oxygène et de l'azote de l'air par une atmosphère de gaz neutre, généralement de l'argon. Par commodité, ce procédé est désigné sous le nom de TIG, initiales des mots anglais "Tungsten Inert Gas".
Soudage MIG/MAG : Les procédés de soudage MIG MAG mettent en oeuvre un arc sous une protection gazeuse. L'électrode est fusible et sert de métal d'apport. L'électrode, le métal transféré dans l'arc et le bain de fusion sont protégés de l'air ambiant par un flux de gaz qui est inerte dans le cas du soudage MIG et actif dans le cas du soudage MAG. Cette définition explique les noms MIG, de l'anglais "Métal Inert Gas", et MAG "Metal Active Gas". En soudage manuel, ces produits sont appelés "semi-automatiques" parce que le fil est dévidé automatiquement dès l'amorçage de l'arc. La soudure MAG (Metal Active Gas) quant à elle, nécessite un gaz actif (mélange Argon/Co²) pour souder des aciers au carbone.
Soudure par Points : Un Type Spécifique de Soudure à l'Arc
La soudure par point est une méthode de soudage électrique par résistance qui repose sur le principe de l'effet Joule. Ce phénomène thermique se produit lorsque le courant électrique traverse un métal conducteur, créant une résistance électrique. Deux électrodes de cuivre non fusibles exercent une pression sur les pièces métalliques à assembler, puis un courant de très forte intensité (de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d'ampères) est envoyé à travers ces pièces.
Le court-circuit électrique qui se produit au point de contact des deux pièces métalliques provoque la fusion du métal en une à deux secondes, avec un temps de passage du courant électrique de seulement quelques dixièmes de seconde. Cette technique est une forme de soudure à l'arc, utilisant le principe de la soudure par résistance à électrode non fusible. L'élévation de température nécessaire à la fusion du métal est réalisée par un arc électrique, combiné à une forte pression mécanique.
Fonctionnement du Pistolet de Soudure par Point
Le pistolet de soudure par point est conçu pour réaliser des soudures précises et localisées. Voici les étapes clés de son fonctionnement :
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- Préparation des pièces : Les tôles à souder doivent être propres et exemptes de peinture, de rouille ou de toute autre contamination.
- Positionnement des électrodes : Les électrodes du pistolet sont placées de part et d'autre des tôles à l'endroit précis où la soudure doit être réalisée.
- Application de la pression : Une pression est appliquée par les électrodes pour maintenir les tôles fermement en contact. La force de serrage peut être ajustée en fonction de l'épaisseur et du type de matériau.
- Passage du courant électrique : Un courant électrique de forte intensité est envoyé à travers les électrodes et les tôles, créant une chaleur intense au point de contact.
- Fusion du métal : La chaleur générée provoque la fusion du métal, créant une soudure solide et durable.
- Refroidissement et libération : Le courant est interrompu et la pression est maintenue pendant un court instant pour permettre au métal de refroidir et de se solidifier.
Types de Machines à Souder par Point
On distingue principalement deux types de machines à souder par point :
Machine à Souder par Résistance : Ces machines sont généralement des installations fixes d'atelier, composées d'une pince hydraulique ou mécanique pour assurer la pression, associée à un générateur électrique de forte puissance. Elles sont particulièrement adaptées aux travaux de série et aux soudures de tôles plus épaisses, comme celles utilisées en carrosserie.
Pince à Souder par Point : Il s'agit d'une pince hydraulique portable reliée au générateur par des câbles souples et des flexibles hydrauliques. Elle offre une plus grande flexibilité et est idéale pour les travaux nécessitant un accès difficile ou une manipulation aisée. Les pinces à souder par point sont souvent équipées de réglages automatiques du temps et du courant de pointage, en fonction de l'épaisseur du matériau. Elles peuvent fonctionner en continu ou par pulsations, et disposent d'embouts de soudage remplaçables.
Exemples de Modèles de Pistolets de Soudure par Point
Voici quelques exemples de modèles disponibles sur le marché :
Soudeuse par point portative Modular 230V monophasé de TELWIN : Idéale pour l'assemblage de tôles fines en acier doux, elle permet de souder des tôles de 0,6 + 0,6 mm jusqu'à 2,0 + 2,0 mm. Elle propose un mode de pointage continu ou par pulsations, adapté aux différents types de tôles.
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Poste à souder par point TELWIN Digital Spotter 9000 : Ce modèle permet le soudage individuel et continu des tôles en acier, en inox et des tôles galvanisées en mode pulsé. Son écran numérique multifonction permet la régulation automatique des paramètres de pointage en fonction de l'outil choisi et de l'épaisseur de la tôle.
Pistolet de soudage par points ELMAG 2,5 kVA, modèle 7902 : À commande manuelle, avec une capacité de soudage de fil d'acier max. de 8 + 8mm.
Poste de soudage par point PORTASPOT 230 : Conçu pour la production en atelier industriel, ce système électroportatif est idéal pour l'assemblage de tôles fines en acier doux, comme le mobilier métallique ou la restauration d'anciens véhicules. Il est doté d'une interface intuitive gérée par microprocesseur, permettant une utilisation très aisée. Il permet de souder des tôles de 0.6 + 0.6mm à 2.0 + 2.0mm et offre un fonctionnement en pointage continu ou par pulsations.
Caractéristiques Techniques et Réglages
Les caractéristiques techniques d'un pistolet de soudure par point peuvent varier en fonction du modèle et du fabricant. Il est crucial de bien préparer le matériel, en s'assurant que le matériau à souder est propre et bien positionné. L'utilisation d'une pince à épiler peut être utile pour fixer les petites pièces.
Le réglage des paramètres, tels que le temps de pointage et le courant, doit être ajusté en fonction de l'épaisseur et du type de matériau à souder. Certains modèles, comme le PORTASPOT 230, offrent un réglage synergique qui définit automatiquement ces paramètres.
L'application d'une pression constante et uniforme sur les électrodes est essentielle pour assurer un bon contact entre les tôles. La technique de soudage consiste à placer le pistolet sur le matériau à souder et à appuyer doucement sur l'interrupteur à pédale pour terminer le soudage.
En termes de maintenance, les postes à souder par points ne nécessitent généralement pas d'entretien important (graissage à vie). Cependant, il est important de vérifier régulièrement l'état des électrodes et de les remplacer si nécessaire.
Applications de la Soudure par Point
La soudure par point est largement utilisée dans de nombreux secteurs industriels :
Construction automobile : Elle est essentielle pour assembler les tôles de la carrosserie, avec en moyenne 4 000 points de soudure nécessaires pour assembler une voiture.
Fabrication de mobilier métallique : Elle permet d'assembler rapidement et efficacement les différentes pièces des meubles en métal.
Restauration de véhicules anciens : Elle est utilisée pour réparer et restaurer les tôles endommagées des voitures de collection.
Fabrication industrielle : Elle est employée dans la production en série de nombreux produits métalliques.
Avantages et Inconvénients de la Soudure par Point
Comme toute technique, la soudure par point présente des avantages et des inconvénients :
Avantages :
- Rapidité : La soudure par point est une technique rapide, permettant d'assembler les pièces en quelques secondes.
- Précision : Elle permet de réaliser des soudures très localisées, minimisant la déformation des tôles.
- Efficacité : Elle est idéale pour l'assemblage de tôles fines et de matériaux similaires.
- Facilité d'utilisation : Les modèles modernes sont souvent dotés d'interfaces intuitives et de réglages automatiques, facilitant leur utilisation.
Inconvénients :
- Coût : L'investissement initial dans un poste à souder par points peut être élevé.
- Limitation d'épaisseur : Elle est principalement adaptée aux tôles fines et aux matériaux similaires.
- Préparation : Les tôles doivent être propres et exemptes de contamination pour assurer une bonne soudure.
Les Électrodes Enrobées : Un Élément Clé du Soudage MMA
L’élément principal du procédé de soudage à l’arc est l’électrode. L’âme est constituée d’une baguette métallique conductrice et sert de métal d’apport. L’enrobage forme un laitier protecteur et fond avec un léger retard après l’âme.
Les buts de l’enrobage :
- Protéger le bain de fusion
- Stabiliser l’arc
- Façonner la superficie de la soudure
- Faciliter l’élimination des laitiers
- Ajouter de l’alliage, des substances anti-oxydantes ou de la poudre de fer pour améliorer le rendement
- Assurer une correcte pénétration
Les types d’électrodes enrobées :
Les électrodes sont réparties en différents groupes en fonction de la composition chimique du laitier. On distingue 5 groupes :
- Électrodes rutiles
- Électrodes basiques
- Électrodes acides
- Électrodes cellulosiques
- Électrodes de pénétration
Les électrodes les plus couramment utilisées dans le domaine du bricolage sont les électrodes rutiles et les électrodes basiques.
- L’électrode rutile : est universelle et produit une belle soudure. On peut souder en toutes les positions en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC).
- L’électrode basique : produit des soudures très résistantes et convient au soudage en toutes les positions en courant continu (CC). Au contraire de l’électrode rutile, l’électrode basique demande plus d’expérience.
Réglage du Poste à Souder à l’Arc (MMA)
Dans la plupart des cas, les informations nécessaires pour régler l’intensité du poste à souder se trouvent déjà dans la boîte des électrodes. Toutefois, il existe une formule très simple qui nous aide à régler l’ampérage du poste de soudure à l’arc.
L’intensité est réglée en fonction du diamètre de l’électrode selon la formule suivante :
Diamètre de l’électrode x 40A + 10A
À titre d’exemple, nous appliquons cette formule à une électrode de 2,5 mm :
2,5 x 40 = 100
100 + 10 = 110
Ainsi, pour une électrode de 2,5 mm, nous nous orientons vers une intensité de 100 à 110 A.
Pour ce qui concerne le diamètre de l’électrode à utiliser, il est choisi en fonction de l’épaisseur à souder.
Matériel Nécessaire pour le Soudage à l'Arc (MMA)
Comme mentionné précédemment, le matériel nécessaire est très minimal et les coûts sont faibles. Pour le soudage à l’arc, vous aurez besoin du matériel suivant :
- Un poste à souder MMA
- Une pince porte-électrode
- Une pince de masse
- Électrodes enrobées
- Un marteau à piquer
- Une brosse
Pour les débutants, un poste à souder à l’arc inverter doté des fonctions Arc-Force, Anti-Stick et Hotstart est fortement recommandé.
Sécurité et Équipements de Protection Individuelle (EPI)
La sécurité est primordiale en soudage à l'arc, tout comme en soudage MIG et TIG. Tous travaux de soudure doivent être réalisés dans un endroit ventilé et à l’abri de produits inflammables pour éviter le risque d’incendie provoqué par d’éventuelles projections. Il est crucial de choisir l'équipement approprié. Les soudeuses à l'arc varient en fonction de leur puissance et de leurs fonctionnalités, tout comme les soudeuses MIG ou TIG.
Le matériel nécessaire à la soudure à l’arc comprend naturellement les EPI (équipements de protection individuelle). Afin d’éviter une grave inflammation de la cornée causée par les rayonnements UV, n’oubliez jamais de mettre un masque automatique de soudure.
Vêtements : Optez pour des vêtements en tissus ininflammables, ajustés, à manches longues, exempts de plis, afin qu’ils vous protègent des radiations de l’arc électrique et des projections de particules incandescentes. Portez-les fermés et exempts de matières inflammables imprégnées (tâches de graisse, solvants, carburants). Complétez-les d’un tablier en basane, ou équivalent, et d’un casque de protection, ou, à défaut, d’une coiffe incombustible.
Gants de Protection : Choisissez des gants de protection adaptés pour les soudeurs et au procédé de soudage (NF EN 12477 - gants de protection pour soudeurs / NF EN 407 - Gants de protection contre les risques thermiques).
Chaussures / Bottes de Sécurité : Les chaussures et bottes sont choisies selon les travaux réalisés et leurs conditions de réalisation (NF EN ISO 20345 - NF EN ISO 20346).
Protection des Yeux et du Visage : Cagoule de soudeur, masque de soudeur et lunettes de protection : l'écran constitué de matériaux ininflammables comporte une fenêtre équipée d’un filtre oculaire protégeant des rayonnements lumineux émis. Choisissez l’opacité du filtre en fonction du procédé de soudage et de l’intensité du courant de soudage (NF EN 169). Pour les travaux de pointage, le soudeur a la possibilité de porter des lunettes dotées de filtres d’opacité (NF EN 169). Il peut également être équipé d’un casque avec filtres à cristaux liquides dont l’obscurcissement est commandé par l’allumage de l’arc.
Protections Auditives : Outre un environnement bruyant, le soudage à l’arc peut occasionner une émission sonore dont le niveau peut atteindre 85 dB(A) pour certains procédés.
Le port de protecteurs individuels contre le bruit (PICB) est recommandé à partir de 80 dB(A) et indispensable à partir de 85 dB(A). Choisissez le type de protection selon l’atténuation acoustique souhaitée (normes NF EN 352-1 - Serre-tête, NF EN 352-2 - Bouchons d’oreilles, NF EN 352-3 - Serre-tête monté sur casque de protection).
Appareil de Protection Respiratoire : Dans les locaux, en complément de la protection collective si elle n’est pas suffisante, le soudeur et toute personne à proximité doit porter un appareil de protection respiratoire. Le type d’équipement le plus adapté est la cagoule de soudage à adduction d'air (NF EN 14593-1 - NF EN 14594). Les appareils de type masque à cartouche filtrante nécessitent d’adapter le type de cartouche aux poussières/aérosols (P3), fumées et gaz émis.
Polarité Directe et Inverse
Le courant de sortie d’un générateur à courant continu (DC), générateur typique pour les soudeurs à onduleur, offre fondamentalement deux options de branchement. Dans ce cas, nous parlons du branchement à polarité directe et du branchement à polarité inverse.
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