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Le procédé de soudage à l'ARC E.E. / MMA / SMAW / 111

Publié: le 04/02/2019 à 16:01 Dernière mise à jour: le 04/02/2019 à 16:01 Par: Dominique ADMIN Nombre de vues: 3950
Le procédé de soudage à l'arc à l'électrode enrobée (Pour info : MMA (Metal Manual Arc)) est l'un des procédés de soudage les plus utilisés pour les travaux de la maison par les particuliers, dans les ateliers et principalement sur les chantiers par les professionnels.
Cet article technique décrit les principes essentiels de ce procédé de soudage à l'arc électrique.

1 - Définition du procédé de soudage à l'arc avec éléctrodes enrobées


Le soudage à l'arc à l'électrode enrobée (SAEE / MMA / SMAW /111) est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre l'âme métallique de l'électrode et la pièce à souder. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre simultanément et très localement la pièce à assembler, l'âme métallique de l'électrode et l'enrobage pour constituer le bain de fusion et après refroidissement le cordon de soudure recouvert d'un laitier protecteur qui se détache plus ou moins facilement. L'enrobage de l'électrode fond avec un léger retard par rapport à l'âme métallique.
Un générateur électrique fournit le courant continu ou alternatif avec une intensité variant de 30 à 400 ampères en fonction de différents paramètres comme le diamètre de l'électrode, la nature de l'enrobage, la position de soudage, le type d'assemblage, la dimension et la nuance des pièces à assembler. La tension à vide du générateur (Uo) doit être supérieure à la tension d'amorçage (surtout en courant alternatif). Sa valeur doit être comprise entre 40 et 80 volts.

2 - Principe du procédé de soudage à l'arc avec électrodes enrobées

L'électrode enrobée est placée et serrée sur la pince porte-électrode relié sur l'une des bornes électriques de sortie du poste de soudage.
Le connecteur de pièce est reliée au générateur et est placée sur la pièce à souder. L'amorçage de l'arc est réalisée en frottant l'extrémité généralement graphitée de l'électrode sur la pièce et en écartant de quelques millimètres le bout de l'électrode lorsque l'arc jaillit. Ensuite il faut entretenir cet arc électrique afin d'éviter la rupture d'arc en veillant à maintenir une distance constante la plus faible possible entre le bout de l'électrode et la pièce à souder.

3 - Définition de l'électrode enrobée

L'électrode est constituée de deux parties distinctes :
L'âme : partie métallique cylindrique placée au centre de l'électrode. Son rôle principal est de conduire le courant électrique et d'apporter le métal déposé de la soudure.
L'enrobage : partie extérieure cylindrique de l'électrode. Il participe à la protection du bain de fusion de l'oxydation par l'air ambiant en générant une atmosphère gazeuse entourant le métal en fusion. L'enrobage dépose, lors de sa fusion, un laitier protecteur sur le dessus du cordon de soudure. Ce laitier protège le bain de fusion de l'oxydation et d'un refroidissement trop rapide. L'enrobage a un rôle électrique, assure la stabilité et la continuité de l'arc par son action ionisante. L'enrobage a un rôle métallurgique, il permet d'apporter les éléments chimiques spéciaux d'addition nécessaires. Sa composition chimique et physique est très complexe.


Le diamètre de l'électrode enrobée varie de Ø 1,6 à Ø 8 mm.
Plus le diamètre est faible et plus la difficulté de soudage est grande.
La longueur totale est comprise entre 250 et 500 mm. Certaines électrodes peuvent atteindrent 1 mètre pour des applications spécifiques (soudage automatique à l'arc électrique avec électrodes enrobées).

4 - Classification des enrobages des électrode enrobées

Acide ou A (à base d'oxyde de fer et de ferro-alliages)
Basique ou B (à base de carbonate de calcium et de fluor de calcium)
Cellulosique ou C (à base de cellulose)
Oxydant ou O (à base d'oxyde de fer et de ferro-alliages)
Rutile ou R (à base d'oxyde de titane)
Haut rendement ou RR (à base de poudre métallique)
Spécial ou S
Les électrodes enrobées utilisées sont couramment :
Rutiles pour les travaux courants.
Basiques pour tous les travaux de sécurité (appareils à pression)
Cellulosiques pour les soudures à forte pénétration en position descendante

5 - Étuvage des électrodes enrobées

Les électrodes à enrobage basique et rutilo-basiques doivent être étuvées dans un four-étuve à 300° Celsius pendant 2 heures. Après étuvage, les électrodes à enrobage basique et rutilo-basiques doivent être conservées à une température de 120° Celsius dans des étuves portatives sur le lieu de soudage. Les autres types d'électrodes à enrobage rutile, cellulosique et acide sont conservées dans un local chauffé avec une humidité relative inférieure à 60%.
Un nouveau système de fabrication et d'emballage sous vide permet d'obtenir des électrodes à enrobage basique à très faible taux d'humidité qui ne nécessitent aucun étuvage avant utilisation.(SAFDRY ou VACPAC)


6 - Paramètres de soudage par diamètre des électrode enrobées

Lorsque l'intensité est trop faible, il y a collage de l'électrode enrobée sur la pièce à souder, la fusion est molle et la pénétration est faible, l'amorçage est difficile, une instabilité de l'arc et une mauvaise compacité du métal déposé (présence de défaut type soufflure et inclusion de laitier)
Lorsque l'intensité est trop forte, vous constatez des projections importantes au abord du joint, des écoulements de métal lors du soudage en position.

Intensité moyenne de soudage pour la position à plat
Ø électrode Enrobage mince Enrobage semi-épais Enrobage épais Enrobage R% 110 / 130
Ø 1,6 mm 25 A 30 A 35 A
Ø 2,0 mm 40 A 50 A 55 A
Ø 2,5 mm 60 A 70 A 75 A 80 A
Ø 3,2 mm 90 A 100 A 110 A 115 A
Ø 4,0 mm 130 A 150 A 160 A 170 A
Ø 5,0 mm 170 A 190 A 200 A 220 A

Le réglage de l'intensité appliquée à l'électrode dépend :

[*]du diamètre de l'électrode (voir tableau ci-dessus)
[*]de la nature de l'âme de l'électrode
[*]de la nuance des pièces à assembler
[*]de la position de soudage
[*]du type d'assemblage rencontré
[*]de l'épaisseur des pièces à souder


Intensité moyenne de soudage pour la position à plat
Epaisseur Ø 1,6 mm Ø 2,0 mm Ø 2,5 mm Ø 3,2 mm Ø 4,0 mm Ø 5,0 mm
2 mm 30 A 45 A
3 mm 60 A 70 A 90 A
4 mm 80 A 100 A 120 A
5 mm 90 A 110 A 130 A 160 A
6 mm 90 A 120 A 140 A 160 A
8 mm 90 A 125 A 150 A 170 A
10 mm 130 A 160 A 190 A
12 mm 130 A 170 A 190 A
15 mm 130 A 170 A 200 A
20 mm 190 A 220 A

7 - Formules de calcul pour déterminer les paramètres par diamètre des électrode enrobées

Calcul de l'intensité de soudage :
L'intensité de soudage est donnée par la formule suivante :
I= 50 x (e-1) avec e : Ø de l'électrode

Electrode Ø2.5 mm :
I= 50 x (2.5-1) = 75 A

Electrode Ø3.15 mm :
I= 50 x (3.15-1) = 107.5 A

Calcul de la tension de soudage :
La tension de soudage est donnée par la formule suivante :
U= 20 + (0.04 x I)

Electrode Ø2.5 mm :
U= 20 + (0.04 x 75) = 23 V

Electrode Ø3.15 mm :
U= 20 + (0.04 x 107.5) = 24.3 V

Calcul de l'énergie de soudage :
L'énergie de soudage est donnée par la formule suivante :
E= (60xUxI)/(1000xVs) avec Vs la vitesse d'avance

Pour un soudage à l'arc avec électrode enrobée avec une vitesse de soudage Vs :
Vs = 20 cm/min

Electrode Ø 2.5 mm :
E= (60x23x75)/(1000x20) = 5.175 kJ/cm

Electrode Ø 3.15 mm :
E= (60x24.3x107.5)/(1000x20) = 7.84 kJ/cm

8 - Vitesse et énergie de soudage par diamètre des électrode enrobées


Vitesse et énergie de soudage ou apport de chaleur pour la position à plat
Apport de chaleur Ø 2,5 mm (80A x 22,5V) Ø 3,2 mm (120A x 23V) Ø 4,0 mm (160A x 24V) Ø 5,0 mm (210A x 25V)
6 kJ / cm 18 cm/min
8 kJ / cm 13,5 cm/min 20,7 cm/min
10 kJ / cm 10,8 cm/min 16,6 cm/min 23 cm/min
12 kJ / cm 9,0 cm/min 13,8 cm/min 19,2 cm/min 26,25 cm/min
14 kJ / cm 7,7 cm/min 11,8 cm/min 16,4 cm/min 22,5 cm/min
16 kJ / cm 6,75 cm / min 10,35 cm/min 14,4 cm/min 19,7 cm/min
18 kJ / cm 9,2 cm/min 12,8 cm/min 17,5 cm/min
20 kJ / cm 11,5 cm/min 15,75 cm/min
25 kJ / cm 9,2 cm/min 12,6 cm/min
30 kJ / cm 10,5 cm/min

9 - La courbe de caractéristique plongeante de l'intensité et de la tension

Les générateurs de soudage à l'arc à l'électrode enrobée sont à caractéristiques plongeantes, c'est à dire que lorsque la hauteur de l'arc électrique est modifiée (par le mouvement de l'électrode par le soudeur), l'intensité du courant est modifiée très faiblement.L'intensité du courant de soudage diminue lorsque la longueur d'arc augmente.
Inversement, lorsque la longueur d'arc diminue, l'intensité augmente.


10 - La polarité de l'électrode enrobée

Les passes de pénétration (non reprises à l'envers) réalisées à l'électrode enrobée à enrobage basique B avec un générateur à courant continu sont généralement effectuées avec la polarité négative à la pince porte électrode. La polarité négative à l'électrode enrobée est souvent utilisée pour les enrobages de type rutiles quelque soit le type d'assemblage. Selon le type d'enrobage, la pénétration peut être plus importante que la polarité positive à l'électrode.



[*]La fiche du câble de la pince porte-électrode est raccordée à la borne(-)
[*]La fiche du câble de la pince de masse ou connecteur de pièce est raccordée à la borne (+)



Les passes de remplissage et de finition réalisées à l'électrode enrobée avec enrobage basique B avec un générateur à courant continu sont généralement effectuées avec la polarité positive à l'électrode.

[*]La fiche du câble de la pince porte-électrode est raccordée à la borne(+)
[*]La fiche du câble de la pince de masse ou connecteur de pièce est raccordée à la borne (-)


Polarité directe courant continu : DC-
c’est à dire pôle négatif à l’électrode pour les électrodes à enrobage acide et enrobage semi-volatile avec moins de 10% de cellulose, la polarité directe est utilisée pour la première passe de racine car elle favorise le contrôle du bain ainsi que la pénétration.

DC-


[*] électrodes rutiles
[*] Basiques en passe de racine (chanfreins)


DC- => bain plus maniable - Passe de pénétration en Basique

Polarité inverse courant continu : DC+
c’est a dire pôle positive à l’électrode pour les électrodes à enrobage basique et les enrobages à haute teneur en matières cellulosique.

DC+


[*]électrodes Inox toujours DC+, pour ne pas trop chauffer la pièce
[*]électrodes cellulosiques
[*]Basiques


DC+ => rendement plus élevé - Passe de remplissage en Basique

11 - Les différents transferts du métal dans l'arc de soudage

Le transfert du métal dans l'arc est la manière dont les gouttes de métal à l'état liquide se détachent de l'âme de l'électrode pour aller plonger dans le bain de fusion.
Le transfert d'arc se fait toujours de l'électrode vers la pièce quelques soient la nature du courant (alternatif ou continu), la polarité de l"électrode en courant continu (positive ou négative), l'intensité appliquée et la position de soudage utilisée.
Nous pouvons distinguer trois types de transfert de métal dans l'arc suivant la nature de l'enrobage :

Le transfert par court-circuit :La fusion est globulaire mais la goutte pendante touche le bain de fusion avant de se décrocher de l'âme de l'électrode produisant un écoulement du métal à l'état liquide.


Le transfert en vol libre :Des gouttes de métal de diamètre équivalent à celui de l'âme de l'électrode se détachent de celle-ci et transitent suivant des trajectoires diverses vers le bain de fusion.


Le transfert par pulvérisation :De nombreuses gouttes, de diamètre varié, se détachent de l'électrode de manière désordonnée


12 - Les différents types de générateurs de soudage

Les générateurs de soudage transforment le courant du réseau (tension élevée et faible intensité) en courant de soudage (tension relativement faible et intensité élevée). Ils permettent un réglage de l'intensité du courant de soudage.

Les différents types de postes de soudage ou générateurs sont :

[*]Les transformateurs statiques monophasés qui fournissent du
courant alternatif à 50 hertz. Ces postes sont les plus économiques du
marché et les plus simples.
[*]Les transformateurs statiques monophasés ou triphasés à redresseur
(pont de diodes, thyristors ou transistors) qui fournissent du courant
continu. Les bornes électriques de sortie sont repérées par les signes
conventionnels (+) et (-).
[*]Les groupes rotatifs à changeur de fréquence. Ils se composent
d'un moteur entraînant une génératrice à courant alternatif de 150 à
450 Hertz.
[*]Les transformateurs rotatifs à redresseur qui fournissent un
courant continu redressé.



13
- Le croquis didactique du procédé de soudage 111



14 - Installation de soudage à l'arc à l'électrode enrobée



[LIST=1]
[*]Un générateur de courant (poste de soudage)
[*]Une pince porte-électrode avec câble conducteur
[*]Une pince de masse ou connecteur de pièce avec câble conducteur
[*]Une étuve portative pour les électrodes basiques
[*]Un masque avec verres teintés spéciaux de 11 à 13
[*]Une combinaison de soudeur et gants en cuir souple
[*]Un marteau à piquer et une brosse métallique
[*]Une meuleuse d'angle électrique
[*]Des écrans ou rideaux de protection
[*]Une ventilation dans les endroits confinés



15
- Quelques préparations de joints


QUELQUES PRÉPARATIONS DE JOINTS
Epaisseur en mm Fourchette d'intensité Ø électrode Préparation
De 1,0 à 2,5 mm 30 à 60 ampères Ø 1,6 mm
De 2,0 à 4,0 mm 50 à 90 ampères Ø 2,0 à 3,2 mm
De 4,0 à 20 mm 60 à 200 ampères Ø 2,5 à 5,0 mm
De 4,0 à 20 mm 70 à 200 ampères Ø 2,5 à 5,0 mm
De 8,0 à 30 mm 80 à 200 ampères Ø 3,2 à 5,0 mm


16 - Les défauts rencontrés lors du soudage à l'arc avec électrode enrobée


TABLEAU DES DÉFAUTS RENCONTRES
DÉFAUTS RENCONTRES ORIGINES PROBABLES SOLUTION A ADOPTER
Morsures
et caniveaux le long du cordon de soudure
Mauvais balancement de l'électrode Intensité de soudage trop élevée Vitesse de soudage trop rapide Tôles insuffisamment
blanchies
Insister sur les bords du chanfrein lors du soudage. Vérifier les paramètres de soudage. Nettoyer correctement les rives.
Cordon trop bombé ou cordon
trop creux
Vitesse de soudage inadaptée et intensité mal réglée. Vérifier vos valeurs de soudage et faites
varier les deux paramètres lors du soudage.
Manque de pénétration Diamètre de l'électrode trop grosse en
première passe. Préparation des chanfreins inadaptée. Jeu d'écartement
entre les deux pièces trop faible ou non constant. Entraînement du
soudeur insuffisant.
Soufflures dans la soudure Causes multiples : Pièces humides ou
sales. Électrodes non étuvées donc humides. Arc trop long lors du
soudage. Intensité trop faible.
Sécher et dégraisser les pièces à assembler. Étuver les électrodes basiques dans un four à 300° C pendant au moins 1 heure. Étuver les électrodes rutiles dans un four à 100° C pendant au moins 1 heure. Réduire la distance électrode/pièce lors du soudage.
Projections sur les bords des pièces Intensité trop forte. Mauvais raccordement de le connecteur de pièce. Électrodes non étuvées Adapter l'intensité du courant au diamètre de l'électrode. Étuver les électrodes basiques dans un four à 300° C pendant au moins 1 heure. Étuver les électrodes rutiles dans un four à 100° C pendant au moins 1 heure.
Rougissement important de l'électrode Intensité trop élevée. Arc trop long lors du soudage. Adapter l'intensité du courant au diamètre de l'électrode. Réduire la distance électrode/pièce lors du soudage.

17 - Vos questions en relation avec cet article sur le forum du site

Vous avez la possibilité de poser vos différentes questions sur le forum technique de ce site.
Le lien du forum est le suivant :
Les novices, les néophytes et les bricoleurs


18 - Quelques liens Internet utiles

Quelles sont les méthodes applicables au soudage à l'arc avec électrodes enrobées
Comment amorcer un arc électrique en MMA avec une électrode enrobée ?
Comment faire l'estimation du coût financier total d'une opération de soudage ?
Comment lire l'étiquette sur un paquet ou étui d'électrodes enrobées ?
Qu'est-ce qu'une électrode enrobée de type rutile ?
Quelles sont les méthodes applicables au soudage à l'arc avec électrodes enrobées (111 / MMA /SMAW) ?
Les électrodes enrobées pour le soudage : leurs caractéristiques et leurs choix.
Comment choisir son poste de soudage ARC à l'électrode enrobée / MMA ?
Quelles sont les technologie du soudage à l'arc avec électrodes enrobées (111 / MMA / SMAW) selon les positions ?
Barème pour la détermination du nombre d'électrodes enrobées en angle intérieur


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Par: Dominique ADMIN

Commentaires (15)

16/02/2013 15:01:41 - claudebrouwer
Bonjour,
Comment faire pour imprimer votre article ?

16/02/2013 17:43:57 - Dominique ADMIN
Bonjour,

Ce n'est pas prévu sur ce site !
Le logiciel VBulletin ne prévoit pas la fonction d'impression des articles.
Il faut utiliser la fonction impression de votre navigateur.

Cordialement,

10/12/2013 23:17:17 - jean-sebastien
je fais présentement un diplôme d'étude professionnelle.demain j'ai mon examen théorique en s.m.a.w.J'ai beaucoup apprécier les information de cette article qui résume super bien la base théorique du sujet merci.

12/12/2013 05:44:19 - puetpuet84
Merci je ne savais pas qu on pouvez avoir plusieurs mode de transfert

28/12/2013 08:15:24 - loulac
quand je tape sur mon clavier je fais de la prose sans le savoir, quand je soude à l'arc je dois faire du E.E. ou du/ MMA ou du SMAW ou du 111. Pourrait-on trouver quelque part la définition de ces termes ? merci

28/12/2013 08:26:45 - loulac
Comment faire pour imprimer l'article ?

On a beaucoup de chance avec Dominique, un simple copier-coller sur Word, le texte passe et les tableaux sont conservés !

les caractères imprimés en rouge m'ont donné la réponse à la question précédente

28/12/2013 12:38:03 - Dominique ADMIN
Bonjour loulac,

Vous n'avez certainement pas fouillé le glossaire du site
http://www.soudeurs.com/glossaire/1-soudage/

Vous trouverez pas mal de définitions recherchées.
Maintenant il peut manquer des définitions que vous pouvez me communiquer afin de les ajouter.
Merci.

Cordialement,

28/12/2013 16:27:36 - loulac
Merci pour l'info sur le glossaire. Quand on va chez les pros on doit faire l'effort d'apprendre leur langage !

30/12/2013 09:21:43 - loulac
Je nuance mon message précédent : s'il y a des croquis le copier coller se complique un peu. Faire printscreen, copier sur Paint, sélectionner le tableau, clic copier. Ensuite sélectionner tout, effacer, diminuer les dimensions de la page blanche , copier pour cadrer le tableau au bon format. Ensuite copier sur word.

Les perfectionnistes pourront copier coller le texte directement sur word, modifier la taille de la police à leur gré, copier les croquis en passant par Paint, accoler texte et croquis.

Ceci pour le tableau préparation des joints par exemple. A propos je n'ai pas vu d'indication sur l'intervalle entre les pièces à respecter, je vais chercher, c'est sûrement quelque part.

24/02/2014 06:42:08 - linuxjca
Bonjour,

J'ai une petite question suite lecture d'un pdf de ESAB ( http://www.soudure.fr/files/Guide%20pratique%20du%20soudeur%20MMA.pdf )

A la page 49 on peut y lire ceci :

Toutefois le décapage du laitier n’est pas une obligation, pour cela la reprise doit être exécuté sur le laitier encore chaud, ( nous voyons ici l’intérêt, de souder à une seule main, pour que le changement s’opère plus vite.)

Je l'ai vu faire dans une vidéo et cela m'avait un peu choqué.
Est-ce vrai ?
Et de combien de temps ( ± ) dispose-t-on pour le changement de baguette ?
Le risque d'inclusion de laitier n'est-il pas élevé ?

D'avance merci.

Cordialement,

Juan

24/02/2014 11:46:52 - Dominique ADMIN
Bonjour linuxjca,

Personnellement, en 35 ans dans les métiers du soudage je n'ai jamais vu un professionnel du soudage laisser le laitier dans le joint avant de refaire une couche que ce soit à l'arc à l'électrode enrobée (111), en MAG avec fil fourré rutile (136) ou en automatique sous flux solide (121).
Le risque d'inclusions de laitier est bien trop grand.
De plus si vous ne supprimez pas le laitier vous êtes incapable de faire votre contrôle visuel et encore moins votre profilage de passes ou de couche en cas de profil bombé !
Il est vrai que je travaille dans un secteur d'activité très sensible qui fait réaliser systématiquement des contrôles non destructifs sur chaque soudure !

Cordialement,

24/02/2014 17:28:18 - linuxjca
Envoyé par Dominique
Bonjour linuxjca,

Personnellement, en 35 ans dans les métiers du soudage je n'ai jamais vu un professionnel du soudage laisser le laitier dans le joint avant de refaire une couche que ce soit à l'arc à l'électrode enrobée (111), en MAG avec fil fourré rutile (136) ou en automatique sous flux solide (121).
Le risque d'inclusions de laitier est bien trop grand.
De plus si vous ne supprimez pas le laitier vous êtes incapable de faire votre contrôle visuel et encore moins votre profilage de passes ou de couche en cas de profil bombé !
Il est vrai que je travaille dans un secteur d'activité très sensible qui fait réaliser systématiquement des contrôles non destructifs sur chaque soudure !

Cordialement,


Bonjour Dominique,
Cela me semble plus logique en effet, je suis réconforté dans mon jugement :o
Voici la vidéo qui m'a interpellé : Welding Home Study Course from The Welders Lens - Video Dailymotion
Mais même si les électrodes sont des cellulosiques, je pense qu'un coup de brosse s'impose avant de reprendre le
travail !

Merci Dominique.

Cordialement,

Juan Carlos

27/01/2019 20:33:57 - grandviala
bonsoir à tous

suis je seul ici en 2019 ??

voila je soude depuis 1 an au mma, du 2mm et je viens de tester avec éléctrode rutile 2,5 à la place du 2 et bien mes soudures sont bien plus belles !!

des explications ?

merci

27/01/2019 21:16:21 - marco29
Bonsoir,
je le fait aussi comme vous, à la 2,5 et ça marche bien mieux qu'avec le 2. Si les bords des profilés sont bien jointifs,vous pouvez même utiliser la 3,2.(avec quelques essais pour trouver la bonne intensité bien sûr)
Cordialement.

25/06/2019 12:51:40 - silex
Bonjour et merci pour cet article, je vais digérer les infos. Merci