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Qu'est ce que le procédé de soudage P.T.A. : Plasma à Arc Transféré

Publié: le 28/08/2012 à 16:24 Par: Dominique ADMIN
Le PLASMA A ARC TRANFERE (P.T.A.) est un procédé de revêtement ou de rechargement à l'arc comparable au soudage TIG sous protection de gaz inerte avec une électrode infusible (tungstène).
C?est un arc électrique rigide et énergétique obtenu grâce à une tuyère spéciale et à une protection par un gaz auxiliaire. Le jet plasma est constricté mécaniquement et pneumatiquement par la tuyère, ce qui permet d'obtenir une plus grande puissance spécifique de la colonne plasma, et donc des zones fondues très étroites.

1 - Définition du procédé



Le rechargement est réalisé à l'aide d'une torche spéciale à plasma avec introduction automatique de poudre métallique atomisée :


[*] soit à partir d'un arc électrique créé entre l'électrode infusible de tungstène (de Ø 2,0 mm à Ø 8,0 mm) et l'intérieur de la tuyère (arc non transféré ou soufflé)
[*] soit à partir d'un arc électrique créé entre l'électrode infusible de tungstène (de Ø 2,0 mm à Ø 8,0 mm) et la pièce à souder (arc transféré). Un arc pilote est utilisé pour l'amorçage d'un arc transféré.





Un diaphragme dénommé tuyère permet la constriction ou l'étranglement mécanique de l'arc électrique à travers un orifice calibré dans une colonne de gaz central ou plasmagène (Argon ou Argon + H2 ) qui génère une énergie calorifique très élevée. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre très localement la surface de la pièce à revêtir et la poudre métallique pour constituer le bain de fusion et après refroidissement le cordon de soudure. La poudre métallique atomisée (de 25 à 150 microns) est amenée automatiquement dans la torche de soudage à partir d'un distributeur de poudre (de 0,2 kg/h à 15 kg/h) par un jet d'argon pour fluidifier la poudre dans le bain de fusion. L'électrode de tungstène est protégé par un courant de gaz appelé gaz plasmagène (débit de 0,5 à 8 litres/minute) . Le bain de fusion est protégé de l'atmosphère externe par un cône invisible d'inertage de gaz de protection annulaire (débit de 10 à 30 litres/minute) de protection (Argon ou Argon + Hélium ou Argon + H2 ou Azote + H2 ). Un générateur électrique fournit le courant continu avec une intensité variant de 10 à 300 ampères pour le plasma en fonction de différents paramètres.

2 - Principe du procédé

La torche de soudage plasma est reliée pour la partie électrode infusible sur la borne électrique de sortie négative et pour la partie tuyère sur la borne positive du générateur de soudage à courant continu (caractéristiques externes statiques verticales). La prise de masse est reliée au générateur sur la borne positive et est placée sur la pièce à souder. Une alimentation en gaz de soudage plasmagène est branchée sur le poste par l'intermédiaire d'une bouteille et d'un détendeur / débitmètre. Une alimentation en gaz de soudage annulaire est branchée sur le poste par l'intermédiaire d'une bouteille et d'un détendeur / débitmètre. Un dispositif d'amorçage à haute fréquence permet l'amorçage de l'arc pilote à l'intérieur de la tuyère (arc non transféré ou soufflé). Lorsque l'opérateur actionne le bouton de soudage, l'arc pilote est transféré de l'électrode vers la pièce à souder permettant l'amorçage de l'arc de soudage entre l'électrode et la pièce.
Petit complément d'information :
Même si le rechargement PTA est un procédé de soudage automatisé, il peut être délicat à mettre en ?uvre, certains paramètres essentiels sont très importants :
- La hauteur d'arc (qui peut être piloté électroniquement)
- La granulométrie de la poudre atomisée
- L'étuvage de la poudre dans certains cas
- L'oscillation de la torche
- L'énergie
- La composition chimique
Les variations de ces paramètres auront des impacts importants sur le résultat à cause de la densité d'énergie importante de ce procédé. Prudence pour le rechargement dur.

3 - Avantages du procédé de rechargement



[*]Taux de dilution inférieur à 3 %
[*]Revêtement de pièce de 2 à 4 mm en une seule passe sans préparation
[*]Vitesse de rechargement de 2 Kg/h à 5 Kg/h selon l'alliage
[*]Travail rapide, fin et précis
[*]Très bonnes qualités de joint
[*]Très bonnes caractéristiques mécaniques
[*]Aspect de cordon très correct
[*]Largeur de cordon de pénétration faible



4 - Domaines d'application du P.T.A.



[*]Industrie nucléaire
[*]Industrie automobile
[*]Industrie des matières plastiques
[*]Industrie navale
[*]Industrie mécanique



5 - Installation P.T.A.


[LIST=1]
[*]Un générateur de courant continu (caractéristiques externes statiques verticales).
[*]Un coffret de commande ou automate
[*]Une potence ou banc de raboutage
[*]Une torche de soudage plasma (avec refroidissement)avec câble conducteur
[*]Un distributeur sophistiqué de poudre métallique avec injection de gaz inerte
[*]Une régulation de la tension d'arc
[*]Un dispositif sophistiqué d'évanouissement d'arc
[*]Un groupe réfrigérant à circuit fermé pour le refroidissement de la torche
[*]Une bouteille de gaz plasmagène avec détendeur/débitmètre et boyaux d'alimentation
[*]Une bouteille de gaz annulaire avec détendeur/débitmètre et boyaux d'alimentation


6 - Définition des températures d'un arc plasma




7 - Différents types d'électrodes infusibles



[*]Tungstène thorié (0,5 à 4 % thorium - couleur d'extrémité rouge )
[*]Tungstène cérié (0,5 à 4% cérium)



8 - L'affûtage de l'électrode infusible pour le plasma

La préparation géométrique de la pointe de l'électrode infusible est une variable importante.
L'affûtage est exécuté à l'aide d'une meuleuse à grain fin (réservé à cet usage) avec récupération des poussières. L'affûtage de l'électrode est réalisé
par un cône avec un angle compris entre 30 et 60 degrés. Les stries d'usinage ou de meulage doivent être dans le sens longitudinal de l'électrode.
La pointe d'extrémité du cône doit être adoucie pour supporter les densités de courant.



9 - Les gaz de protection utilisés en P.T.A.

GAZ DE PROTECTION ENDROIT POUR LE P.T.A.
Composition Ancienne couleur d'ogive Nouvelle couleur d'ogive Description
GAZ PUR
ARGON

Utilisable dans la grande majorité des applications de soudage TIG.
MÉLANGES BINAIRES
ARGON + 20 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Polyvalence / Performance. Coût relativement important
ARGON + 1 à 3 % AZOTE

Utilisable sur les aciers duplex et super-duplex (austéno-ferritique).
ARGON + 2 à 10% HYDROGÈNE

Utilisable en TIG automatique avec les inox austénitiques - Bain de fusion plus chaud - Meilleur mouillage - Vitesse d'avance plus élevée - Pénétration améliorée.
A interdire sur les aciers inoxydables martensitiques et les matériaux sensibles à l'oxydation à chaud (titane, zirconium, tantale).


Nota important :
Les gaz utilisés en soudage ne sont pas toxiques. Toutefois à concentration élevée, ils n'entretiennent pas la vie.
Ne travaillez jamais dans un local fermé ou une enceinte confinée non ventilée.

10 - Quelques liens Internet utiles
Qu'est ce que le procédé de soudage arc plasma / PAW (procédé 15) ?
Qu'est ce que le procédé de soudage micro-plasma / PAW (procédé 15) ?
Comment choisir le détendeur-débitmètre de gaz de soudage ?
Quelles sont les électrodes réfractaires de tungstène pour le soudage TIG et le PLASMA ?
Comment choisir les verres filtrants teintés selon le procédé de soudage et l'intensité de soudage ?


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Par: Dominique ADMIN

Commentaires (3)

25/09/2012 13:46:07 - duobus
Petit complément d'information :
Même si le rechargement PTA est un procédé de soudage automatisé, il peut être délicat à mettre en ?uvre, certains paramètres essentiels sont très importants :
- La hauteur d'arc (qui peut être piloté électroniquement)
- La granulométrie de la poudre atomisée
- L'étuvage de la poudre dans certains cas
- L'oscillation de la torche
- L'énergie
- La composition chimique
Les variations de ces paramètres auront des impacts importants sur le résultat à cause de la densité d'énergie importante de ce procédé. Prudence pour le rechargement dur.

25/09/2012 20:31:12 - BLONDIN2170
Bonsoir,

Ayant piloté durant plusieurs années ce procédé chez un "grand" du rechargement, je peux dire que lorsqu'on est au top des paramètres, la qualité métallurgique et visuel est au rendez vous ! C'était un vrai plaisir de travailler avec ces machines pour recharger des pièces du type vis d'extrusion par exemple assisté d'oscillateurs MILLER.
Cordialement,
BLONDIN2170

26/09/2012 08:16:00 - duobus
BLONDIN2170,

Je suis tout à fait d'accord avec toi! C'est un procédé assez complexe et très intéressant! Effectivement si les paramètres sont optimums, c'est un régal!! J'ai vraiment apprécié travailler sur ces machines également! Pour ma part, c'était en robinetterie avec des alliages de Cobalt (style Stellite gr6/12/21) et de Nickel (Colmonoy gr4/5).
(en plus je vois "localisation : LOIRE 42", on n'était peut-être pas si loin :-))

Salutations

*Duobus*