Les électrodes enrobées

Suite du chapitre 4 de l’ouvrage de Jean MATON qui traite du soudage manuel à l’arc avec électrode enrobée…

Vous pouvez aussi consulter le cours précédent qui traite de l’énergie de soudage, l’hygiène et la sécurité pendant le soudage ou le sommaire . Dans cette nouvelle partie nous allons parler plus particulièrement des électrodes enrobées, de leur composition, différents types…

• 1. L’âme
• –2. L’enrobage (revêtement)
• –3. Nature de l’enrobage
• –4. Rendement d’une électrode (R)
• –5. Electrodes à haut rendement (RR)
• –6. Electrodes à forte pénétration
• –7. Choix de l’électrode (Première approximation)

4.5.1 Caractéristiques des électrodes enrobées:

Les électrodes sont constituées de deux parties distinctes.

1. L’âme : C’est la partie métallique cylindrique placée au centre de l’électrode. Son rôle principal est de conduire le courant électrique, en apportant le métal déposé de la soudure avec une légère avance par rapport à l’enrobage. Sa matière est fonction du métal de base à souder (pour les aciers au carbone, l’âme est en acier doux)

2. L’enrobage (revêtement): C’est la partie extérieure cylindrique des électrodes et la plus importante, en offrant de nombreuses fonctions et en participant à la protection du bain de fusion de l’oxydation par l’air ambiant en général une atmosphère gazeuse entourant le métal en fusion. Il contient, en outre, des matériaux pouvant dépurer le matériel de base ainsi que des éléments pouvant contribuer à la formation d’alliage dans la fusion. Le choix du revêtement est donc très important et dépend des caractéristiques que doit présenter la fusion. Le revêtement peut aussi contenir des métaux d’apport en poudre afin d’augmenter la quantité de matériel déposé et donc la vitesse de soudage, comme c’est cas pour des électrodes dites à haut-rendement.

L’enrobage étant constitué d’un mélange de différentes substances chimiques jouent plusieurs rôles: Electriques; métallurgiques; mécaniques.

a) Rôle électrique: Les éléments chimiques de l’enrobage facilitent l’amorçage, la stabilité et le maintien de l’arc.
b) Rôle métallurgique: En fondant, l’enrobage apporte les éléments d’alliage indispensables à la formation d’une soudure saine et de qualité. De plus, après sa fusion, l’enrobage forme un liquide plus léger que le métal en fusion qui surnage en formant une couche protectrice isolant le bain de fusion de l’air ambiant, tout en donnant au cordon de soudure un bel aspect.

En se solidifiant, le liquide en question forme un dépôt vitreux et dur à la surface du cordon que l’on appelle ” laitier “. Celui-ci doit être enlevé à l’aide d’un marteau à piquer, une fois la soudure achevée (Fig 4-24).

c) Rôle mécanique : L’épaisseur de l’enrobage influence la forme du cordon de soudure (Fig 4-25 ). Dans le cas d’une électrode très épaisse, l’âme métallique fond plus rapidement que l’enrobage, formant ainsi un cratère assez profond, ce qui permet, au soudeur, d’appuyer le bout de l’électrode sur la pièce lors de l’exécution de la soudure afin d’améliorer l’aspect du cordon (phénomène associé au PINCH EFFECT). L’enrobage peut être mince, moyen, épais ou très épais (Fig 4-25).

• a) Basique (symbole B): A base de carbonates de calcium ou de magnésium mélangés à des ferro-alliages et à du spathfluor ou cryolithe afin d’abaisser le point de fusion des carbonates. Leur action est bénéfique du laitier sur les propriétés mécaniques du dépôt par élimination du soufre et du phosphore.

  Inconvénient : L’enrobage absorbe l’humidité ( hygroscopique ) très facilement ce qui se traduit par des soufflures et la présence d’hydrogène dans le métal déposé ce qui produit un effet fragilisant.

  Les électrodes doivent être conservées dans un endroit sec et de toute façon, être étuvées dans un four à 350°C durant 2 h.

• Excellente résistance à la fissuration à chaud et à froid.
• Son laitier visqueux permet le soudage en toutes positions.
• Ces électrodes sont généralement utilisées en courant continu, en polarité inverse, mais peuvent l’être aussi en courant alternatif avec une tension à vide supérieure à 60 V.

  Elles sont largement utilisées pour le soudage des appareils et des canalisations soumis à des conditions de service sévères (industries chimiques ou pétrochimiques par exemple).

• b) Cellulosique (symbole C): Contient de la cellulose dégageant un volume important de gaz réducteur. Sa forte teneur en hydrogène augmente la chaleur dégagée par l’arc d’où la forte pénétration de la zone fondue (électrodes à forte pénétration).
  Utilisation intéressante pour une passe de fond de chanfrein et pour un soudage rapide en position descendante. Le courant de soudage, compte tenu du peu de stabilité de l’arc, est généralement du courant continu en polarité inverse.

  Ces électrodes ne doivent pas être utilisées si elles sont trop sèches ou trop humides. Dans ce dernier cas, il faut les sécher dans un four à 80°C maxi.
  Exemples : Soudage des pipe-lines (gazoducs ou oléoducs).

• c) Rutiles (symbole R): Le rutile est de l’oxyde de titane, le métal fondu est calmé, donc sans dégagement gazeux pendant sa solidification. Ces électrodes sont d’une utilisation très générale, elles permettent de souder en toutes positions ( même en soudage descendant ), en courant continu, polarité directe ou en courant alternatif. Les cordons obtenus ont une belle présentation, la vitesse de soudage est bonne et le laitier facilement éliminable. Très bonnes caractéristiques mécaniques de l’assemblage à condition que les métaux de base soient de bonne qualité. La résilience est cependant un peu inférieure à celle obtenue avec des électrodes basiques. Les électrodes dont l’enrobage est de plus forte épaisseur
  (symbole RR) ont un laitier plus fluide et donnent de ce fait un cordon de bel aspect. On les utilise surtout pour des épaisseurs de pièces réduites.

• d) Acide (symbole A): A base d’oxyde de fer, d’oxyde de manganèse, d’oxyde de titane, de silice avec une proportion assez élevée de ferromanganèse ou autres désoxydants. Le laitier est très facile à détacher. Ces électrodes sont utilisées pour des soudures à plat en courant continu comme en courant alternatif avec des intensités relativement élevées et présentent de ce fait une bonne vitesse de fusion et une bonne pénétration. Elles présentent des risques de fissuration à chaud et sont actuellement très peu utilisées pour un travail de qualité. Cet enrobage ne supporte pas les températures de séchage élevées, ce qui comporte des risques d’humidité résiduelle et donc d’inclusion d’hydrogène dans la soudure.
• e) Oxydant (symbole O): Composé d’oxyde de fer avec ou sans oxyde de manganèse. Le laitier est compact et le bain de fusion est fluide. Ces électrodes sont utilisables en courant continu ou alternatif avec des tensions d’amorçage assez basses. Elles ne sont pratiquement plus utilisées actuellement.
• 4.Rendement d’une électrode (R)

  Exprimé par la relation R = (Poids métal déposé / Poids du métal fondu de l’âme) x 100

  Exemples :
  Basique => R ≈ 96%
  Cellulosique => R ≈ 85%
  Rutile => R ≈ 92%

• 5. Electrodes à haut rendement (RR): Basées sur le principe de l’augmentation du volume de métal déposé par unité de temps et d’énergie, elles se caractérisent par la présence d’un très grand pourcentage de poudre de fer dans l’enrobage. La masse de la poudre peut, dans certains cas, dépasser celui de l’âme. C’est ainsi qu’il existe des électrodes à 120% et jusqu’à 275% de rendement.

  Si le rendement est ≤ 150%, le soudage en position est possible (même en verticale descendante). Au-dessus soudage uniquement à plat. Attention de choisir un poste largement dimensionné, vu la forte tension de soudage (index faussé). En additionnant des éléments tels que Cr, Ni, Mn, Mo, … etc, on obtient des aciers plus ou moins fortement alliés.

• 6) Electrodes à forte pénétration: Basées sur le principe de réduction de volume de métal à déposer, elles fondent le métal en profondeur. L’enrobage est épais avec une teneur élevée en éléments volatils. Recommandation de l’ISO. Elles doivent permettre d’exécuter en 2 passes (une à l’endroit, l’autre à l’envers), un joint bords droits espacés de j ≤ 0,25 mm sur des tôles dont l’épaisseur doit être au moins égale à ( 2d + 2 mm ) ou d= diamètre de l’âme de l’électrode avec une intensité de 50% supérieure aux électrodes normales.

  Exemple : Electrode d = 5 mm donne une pénétration minimum de 5 mm + 1 mm soit 6 mm par passe.

  Comme pour les électrodes à haut rendement, le cratère profond est source de modification des indications portées sur le poste de soudage. Ne peuvent s’utiliser que sur des matériaux de bonne qualité.

  Pour ces derniers types d’électrodes, l’enrobage peut être Rutile, Basique ou Acide.

  
  

  
  

  Remarques:Pour remédier aux problèmes d’humidité,les électrodes doivent être conservées dans un lieu sec ou dans un four spécialement conçu pour entreposer les électrodes (Fig 4-26). Toujours se référer aux prescriptions du fournisseur à porter sur le document DMOS.

  Le tableau Fig 4-27 résume les caractéristiques essentielles des électrodes enrobées.

• 7. Choix de l’électrode (Première approximation)

  
  

  En fonction de l’épaisseur des pièces on peut sélectionner (Fig 4-28):

  • a) Le diamètre d’électrode
  • b) L’intensité de soudage du poste de soudage en 1ère approximation.
  • c) L’intensité en fonction de la qualité de l’électrode

• Remarque : Il est conseillé au personnel de maîtrise de se procurer les fiches techniques, du métal d’apport, réalisés par le fabricant ou le fournisseur des électrodes (Fig 4-29)

  
  

  4.5.2 Normalisation des électrodes:

  Le but est de faire connaître l’ensemble des caractéristiques techniques et technologiques par la simple lecture d’une partie codée.

  
  

  e) Selon la classification AWS (American Welding Society) ASTM (American Society for Testing and Materials), outre le code du constructeur, chaque électrode est représentée par un symbole, comme indiqué sur l’exemple suivant : E 60 1 1
  E = électrode ; 60 = résistance minimale à la traction exprimée en livres par pouce carré;
  1 = toutes ; 2 = à plan et angle positionné
  1 = les courants de soudage peuvent être les suivants : 0 = continu en polarité positive pour électrodes Cellulosiques ; 1 = alternatif et continu ( pôle positif ); 2 = alternatif et continu ( pôle négatif );
  3 = alternatif et continu pour électrodes Rutiles; 4 = alternatif et continu pour électrodes à haut rendement au Rutile; 5 = continu en polarité positive pour électrodes Basiques; 6 = alternatif et continu pour électrodes Basiques; 7 = alternatif et continu ( tous pôles ) pour électrodes à haut rendement avec oxyde de fer; 8 = alternatif et continu ( pôle positif ) pour électrodes basiques à haut rendement.

  4.5.3 Soudage SMAW des matériaux:

  Pour une composition facilement identifiable d’aciers, il est possible d’utiliser des électrodes Rutiles afin d’avoir une grande facilité d’amorçage et de soudage, mais aussi pour un bel aspect du cordon.

  Dans la pratique, le soudage des aciers à teneur moyenne en carbone ou à teneur élevée ( > 0,25%) peut provoquer la formation de défauts de structure, il est alors conseillé d’utiliser des électrodes basiques en particulier pour le soudage de raccords d’épaisseurs moyenne à grandes afin d’obtenir un soudage de haute qualité avec une bonne résistance à la rupture. Le soudage des tubes en acier s’effectue au moyen d’électrodes cellulosiques lorsqu’une pénétration élevée. Le chanfreinage est toujours conseillé et l’angle doit permettre l’introduction quasi complète de l’électrode dans le chanfrein.
  En ce qui concerne les matériaux spécifiques, comme les aciers inoxydables, l’aluminium et ses alliages et la fonte les électrodes spécifiques sont requises (voir fournisseurs).
  Pour les aciers inoxydables, ils se soudent en courant continu (CC) avec polarité inverse, les électrodes spécifiques sont utilisées, se différenciant en fonction de la composition métallurgique du matériau à souder (taux variables de Cr et de Ni ).
  Pour l’aluminium et ses alliages, ils se soudent en courant continu (CC) avec une polarité inverse. Le poste de soudage doit être équipe d’une dynamique d’amorçage relativement élevée afin de garantir l’amorçage de l’ électrode. Des électrodes spécifiques sont également utilisées, se différenciant en fonction de la composition métallurgique du matériau à souder ( taux variables de Mg et de Si).
  Pour la fonte, elle se soude en courant continu (CC) avec une polarité inverse. La majorité des structures et organes mécaniques en fonte sont obtenues par fusion et le soudage est donc utilisé pour corriger, si nécessaire, les défauts de fusion et pour les réparations. Des électrodes spécifiques sont utilisées et le matériel de base doit être correctement chauffé avant l’utilisation.

  Vous pouvez aussi consulter le cours précédent qui traite de l’énergie de soudage, l’hygiène et la sécurité pendant le soudage , le suivant sur les amorçages et les dépots des électrodes ou le sommaire .