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Le procédé de soudage à l'arc électrique de goujons métalliques (Procédé 781 et 783)

Publié: le 26/04/2017 à 16:23 Dernière mise à jour: le 26/04/2017 à 16:23 Par: Dominique ADMIN Nombre de vues: 318
Cet article technique aborde le soudage de goujons métalliques par fusion forgeage et par décharge de condensateurs.

1 - Définition du procédé


Le soudage à l'arc des goujons (lisses ou filetés)
est réalisé à partir d'un arc électrique créé entre
l'extrémité du goujon à souder et la pièce support
(tube ou tôle).
L'énergie calorifique de l'arc fait fondre localement
la pièce et l'extrémité du goujon.
Après extinction de l'arc, une action mécanique
(ressort précomprimé) plonge le goujon dans le bain
de fusion (forgeage) qui forme un bourrelet autour du goujon.
Toute l'opération de soudage est automatisée à partir d'une séquence programmée.
Le positionnement du goujon est réalisé manuellement avec un pistolet spécial
ou automatiquement avec une table de déplacement programmable (deux axes ou trois axes).




2 - Différents modes de soudage

2 - 1 - Soudage à l'arc de goujons par fusion forgeage

Soudage à l'arc de goujons par fusion et forgeage de Ø 3 à Ø 25 mm
Permet d'obtenir des soudures très résistantes et pénétrantes.
Une virole ou anneau en céramique (bague réfractaire) entoure le goujon pour maintenir, pour former et protéger le bain de fusion.
Un gaz de protection inerte (Argon ou Hélium) peut être utilisé en complément sur les matériaux réactifs à l'air ambiant.
La bague réfractaire protège le bain de fusion de l'air et elle assure le maintien du bain pendant son refroidissement.



2 - 2 - Soudage à l'arc de goujons par décharge de condensateur

Soudage de goujons de Ø 1 à Ø 10 mm par décharge de condensateur
Spécialement étudié pour les matériaux de faible épaisseur.
Évite les marques sur l'envers du support.
Le goujon est équipé d'une pointe à son extrémité.



3 - Installation pour le soudage à l'arc de goujons:

[LIST=1]
[*]Un générateur de courant continu
[*]Un pistolet spécial muni d'un trépied de positionnement manuel
[*]Une pince de masse avec câble conducteur
[*]Un boitier de commande et de contrôle des paramètres


4
- Cycle de soudage du procédé



5 - Avantages du procédé



[*]Procédé de soudage automatisable
[*]Procédé d'assemblage économique
[*]Soudage très rapide et cadencement élevé
[*]Soudage d'un seul côté
[*]Pas de préparation particulière
[*]Équipement facilement transportable
[*]Multiples formes de goujons (lisses, filetés, douilles, aiguilles, etc.)


6
- Contraintes du procédé



[*]Précision du positionnement difficile en manuel
[*]Faible possibilité de contrôle non destructif des soudures
[*]Dureté élevée en zone thermiquement affectée sur aciers susceptibles à la trempe


7
- Domaine d'application du procédé



[*]Soudage de goujons de 2 mm à 30 mm de diamètre
[*]Soudage de goujons en acier carbone ordinaire non allié
[*]Soudage de goujon en acier inoxydable avec protection gazeuse inerte
[*]Soudage de goujons en acier inoxydable réfractaire
[*]Soudage de goujons en aluminium et alliage d'aluminium avec protection gazeuse
[*]Soudage de goujons en cuivre et alliage de cuivre avec protection gazeuse


8
- Paramètres de soudage

8 - 1 - Intensité de soudage

Lors du soudage des aciers, le goujon est relié au pôle négatif et la pièce est reliée au pôle positif.
La polarité opposée s'est révélée efficace pour certains métaux, par exemple l'aluminium et ses alliages et le laiton.
L'intensité du courant de soudage est fonction du diamètre extérieur du goujon à souder.
La norme européenne NF EN ISO 14555 : 2007 précise des formules de calcul pour déterminer les paramètres de soudage selon le diamètre du goujon en soudage par fusion et forgeage.

Pour l'intensité de soudage, il est indiqué :
I (A) = 80 × d (Ø mm) ? pour des diamètres de goujons jusqu'à 16 mm environ.
Exemple : pour un diamètre 13 mm, il faut environ 1040 ampères.
I (A) = 90 × d (Ø mm) ? pour des diamètres de goujons supérieurs à 16 mm.

Exemple : pour un diamètre 22 mm, il faut environ 1980 ampères.

[*]de 50 à 4000 Ampères pour le soudage à l'arc
[*]de 40 000 µF à 180 000 µF pour le soudage par décharge de condensateur


8
- 2 - Le temps de soudage

Le temps de passage du courant de soudage est fonction du diamètre extérieur du goujon à souder ( de 1/100 seconde à 3 secondes)
La norme européenne NF EN ISO 14555 : 2007 précise des formules de calcul pour déterminer les paramètres de soudage selon le diamètre du goujon en soudage par fusion et forgeage.
Pour le temps de soudage, il est indiqué :
tw (s) = 0,02 × d (mm) ? pour des diamètres de goujons jusqu'à 12 mm environ.
Exemple : pour un diamètre 13 mm, il faut environ 0,26 secoonde.
tw (s) = 0,04 × d (mm) ? pour des diamètres de goujons supérieurs à 12 mm.
Exemple : pour un diamètre 22 mm, il faut environ 0,88 secoonde.
Mais un réglage précis des paramètres est nécessaire selon la nuance de matériau et la position de soudage.

8 - 3 - La levée et la plongée du goujon

Le réglage de la levée et de la plongée du goujon doit être ajusté avec précision sur le pistolet.

Diamètre du goujon Réglage
6 mm 1,5 mm
8 mm 1,5 à 2 mm
10 mm 2 mm
12 mm 2 à 2,5 mm
16 mm 2,5 à 3 mm
20 mm 4 à 5 mm

L'énergie de soudage est l'association de l'intensité appliquée et du temps de passage du courant.

[*]Énergie trop forte - cordon de soudure étranglé au niveau du goujon
[*]Énergie trop faible - cordon de soudure avec bourrelet très irrégulier

La force d'appui du ressort sur le goujon est réglable par un système de molette.

[*]Poussée trop forte - Bourrelet de soudure enroulé et expulsion du métal en fusion.
[*]Poussée trop faible - Insuffisance ou absence de bourrelet autour du goujon.


8
- 4 - La section des câbles électriques

Une section de câbles électriques de 50 mm2 est recommandée pour des goujons de diamètre inférieur ou égal à Ø 10 mm.
Une section d'au moins 70 mm2 est recommandée pour des goujons de diamètre supérieur à Ø 10 mm et inférieur ou égal à Ø 16 mm.
Une section de 120 mm2 est recommandée pour des goujons de diamètre supérieurs à Ø 16 mm.
Il convient de vérifier régulièrement le bon état des câbles et en particulier, de tous les points de connexion.

9 - Le tableau de paramètres de soudage de THOMAS WELDING

PARAMÈTRES DE SOUDAGE DE GOUJONS PAR FUSION ET FORGEAGE THOMAS WELDING SYSTEMS
Ø GOUJON
Ø STUD
COURANT
CURRENT
TEMPS
TIME
LEVÉE
LIFT
DÉPASSEMENT
PROTUSION
3 mm 200 A 200 ms 3 mm 6 mm
4 mm 250 A 220 ms 3 mm 6 mm
5 mm 300 A 240 ms 3 mm 4 mm
6 mm 400 A 250 ms 3 mm 3 mm
8 mm 550 A 300 ms 3 mm 3 mm
10 mm 700 A 350 ms 3 mm 3 mm
12 mm 900 A 450 ms 3 mm 3 mm
13 mm 1100 A 500 ms 3 mm 3 mm
14 mm 1150 A 550 ms 3 mm 4 mm
16 mm 1400 A 600 ms 4 mm 4 mm
18 mm 1600 A 750 ms 4 mm 4 mm
19 mm 1700 A 750 ms 4 mm 4 mm
20 mm 1700 A 850 ms 5 mm 4.5 mm
22 mm 2000 A 900 ms 5 mm 4.5 mm
24 mm 2200 A 950 ms 6 mm 4.5 mm
25 mm 2300 A 1000 ms 6 mm 5 mm
26 mm 2400 A 1200 ms 6 mm 5 mm


10 - Le tableau de paramètres de soudage de KÖCO

PARAMÈTRES DE SOUDAGE DE GOUJONS PAR FUSION ET FORGEAGE
AVEC PISTOLET KÖCO K22 ET BAGUE CERAMIQUE

KÖCO
Ø GOUJON
Ø STUD
Ø BOLZEN
COURANT
CURRENT
STROM
TEMPS
TIME
ZEIT
LEVÉE
LIFT
HUB
DÉPASSEMENT
PROTUSION
ÜBERSTAND
4 mm 250 A 100 ms 1,5 mm 2,5 mm
5 mm 330 A 150 ms 1,5 mm 2,5 mm
6 mm 350 A 120 ms 1,5 mm 4,0 mm
8 mm 460 A 170 ms 1,5 mm 3,0 mm
10 mm 580 A 270 ms 1,5 mm 3,0 mm
12 mm 770 A 300 ms 2,0 mm 3,5 mm
16 mm 1100 A 450 ms 2,5 mm 4,0 mm


11 - Les défauts de soudage rencontrés

Le contrôle des soudures de goujons est principalement réalisé par un examen visuel.

DÉFAUTS DE SOUDAGE RENCONTRES
Croquis Défaut Origine(s) Remède(s)

Absence ou faiblesse du bourrelet périphérique

[*]Dépassement insuffisant du goujon

[*]problème d'amorçage


[*]Vérifier le dépassement du goujon

[*]Vérifier le réglage de l'amorçage


Bourrelet déporté, irrégulier, discontinu

[*]Soufflage magnétique
[*]Défaut de perpendicularité goujon/pièce


[*]Améliorer la liaison de la masse
[*]Régler la position du pistolet


Bourrelet enroulé sur le goujon avec projections

[*]Poussée trop forte du goujon dans le bain de fusion
[*]Volume de bain de fusion trop faible


[*]Diminuer le dépassement du goujon



12 - Quelques photographies de soudage de goujon









13 - Quelques macrographies de soudage de goujon




14 - Les liens Internet utiles




15 - Vos commentaires et vos réactions

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Par: Dominique ADMIN

Commentaires (4)

26/04/2017 14:12:27 - aymericpadel
Merci Dominique pour ces infos,
Voila le résultat

IMG-1994.JPG

26/04/2017 16:25:47 - Dominique ADMIN
Bonjour aymericpadel,

Merci pour la photo de vos goujons
Je me suis permis de placer votre photo dans l'article

Bien cordialement,

14/12/2018 17:02:09 - McBerger
Un grand MERCI Dominique ! Encore un excellent travail de synthèse et de clarté !

Je vais dés lundi essayer ces différents paramètres pour le soudage arc fusion forgeage de goujon fileté M8 inox et acier.

Cordialement

15/12/2018 05:14:54 - Dominique ADMIN
Bonjour McBerger

Veuillez SVP prendre les paramètres indiqués comme une base de départ
Vous vous apercevrez que suivant le matériau et le matériel les intensités et temps de fusion peuvent différer des abaques
Vous nous indiquerez SVP vos paramètres après mise au point et une photo du résultat.
Merci.
Dominique