Dans les pays industrialisés dotés d'industries de fabrication d'équipements de pointe, environ 50 % de la valeur totale de la production provient des entreprises liées au soudage. Afin d'améliorer leur compétitivité, les fabricants exigent une efficacité de production accrue et des coûts de production réduits. Pour améliorer l'efficacité du soudage, diverses approches sont mises en œuvre, telles que l'utilisation de paramètres de soudage spécifiques.soudage hybrideLe soudage multifil ou multiarc, et l'utilisation de fils de soudage améliorés, sont désormais possibles. Ces procédés de soudage avancés ont considérablement amélioré l'efficacité de la production, se sont largement répandus et ont apporté d'importantes contributions à…faire progresser la technologie du soudage.

Avec l'avènement du XXIe siècle et le développement rapide des sciences et des technologies, le soudage à haute efficacité a suscité un intérêt croissant et est devenu une tendance majeure dans la recherche et l'application des technologies de soudage, tant au niveau national qu'international. Auparavant, le soudage à haute efficacité était principalement axé sur l'amélioration des matériaux de soudage. Ces dernières années, l'amélioration de l'automatisation du soudage a favorisé le développement de cette technologie, notamment le soudage à grande vitesse.soudage à taux de dépôt élevéest devenue la voie de développement future. La « technologie de soudage à haute efficacité » désigne essentiellement un ensemble de technologies telles que le soudage à grande vitesse, le soudage à taux de dépôt élevé et le soudage à haut rendement.

(1) Approches pour améliorer l'efficacité du soudage

L'amélioration de l'efficacité de la production de soudage comprend deux aspects : le soudage à taux de dépôt élevé, visant à augmenter la vitesse de fusion des matériaux de soudage, qui nécessite de fondre davantage de matériaux de soudage par unité de temps, principalement utilisé pour le soudage de tôles épaisses, avec un taux de dépôt pouvant atteindre 30 kg/h ; et le soudage à grande vitesse, visant à augmenter la vitesse de soudage, dont le principe de base est d'augmenter le courant de soudage tout en augmentant la vitesse de soudage pour maintenir l'apport de chaleur de soudage à peu près constant, principalement utilisé pour le soudage de tôles minces, avec une vitesse de soudage environ 3 à 8 fois supérieure à celle du soudage ordinaire sous protection gazeuse CO₂.

Au vu de la situation actuelle en matière de recherche, de développement et d'application à la production, les approches suivantes permettent d'améliorer l'efficacité de la production de soudage :

• Améliorer la vitesse maximale de fusion du fil grâce à différentes combinaisons de gaz de protection afin d'augmenter le taux de dépôt de soudure.
• Utiliser des sources de chaleur hybrides pour améliorer l'efficacité du soudage, telles que le soudage hybride laser-arc, le soudage hybride laser-arc plasma, etc.
• Adoptez l'alimentation multifil ou l'alimentation en fil chaud pour améliorer l'efficacité de la production de soudage, comme le soudage à double fil (ou multifil) sous protection gazeuse, le soudage à l'arc submergé multifil, le soudage à fil chaud sous protection gazeuse, etc.
• Utiliser les propriétés chimiques uniques des éléments actifs pour améliorer la capacité de pénétration de l'arc, réduire la taille de la section transversale de la soudure et améliorer l'efficacité du soudage, comme le soudage A-TIG, le procédé A-Laser, etc.
• Réduire la taille de la rainure permet de diminuer la section transversale de la soudure et de réduire la quantité de métal déposé, comme dans le cas du soudage à faible écartement.
• Adoptez des formes d'onde de sortie spécifiques pour les sources d'alimentation de soudage afin d'augmenter la vitesse de soudage.

Actuellement, la définition internationale deSoudage MAG (Metal Active Gas) à haute efficacité(Voir DVS n° 0909-1) : pour un fil de 1,2 mm de diamètre, le soudage MAG avec une vitesse d’alimentation du fil supérieure à 15 m/min ou un débit de dépôt supérieur à 8 kg/h est qualifié de soudage MAG à haut rendement. Le débit de dépôt de certains procédés de soudage MAG à haut rendement peut atteindre 20 kg/h.

(2) Matériaux de soudage MAG à haute efficacité

Actuellement, parmi les moyens d'améliorer l'efficacité de dépôt en soudage MAG, le plus répandu consiste à remplacer les fils pleins par des fils fourrés. L'utilisation de fils fourrés contenant de la poudre de fer permet d'accroître l'efficacité de dépôt de plus de 50 % par rapport aux fils pleins. De plus, l'ajustement de la composition du gaz de protection peut améliorer significativement l'efficacité de dépôt du fil.

• Les fils pleins conviennent aux diamètres de 1,0 à 1,2 mm. Les fils trop fins sont difficiles à adapter à une alimentation rapide en raison d'une rigidité insuffisante ; quant aux fils d'un diamètre supérieur à 1,2 mm, il est difficile d'obtenir un transfert d'arc rotatif stable, même sous un courant élevé.
• Les fils fourrés peuvent avoir un diamètre de 1,2 à 1,6 mm. Les fils fourrés métalliques et les fils fourrés à laitier permettent un soudage MAG haute performance avec des paramètres de soudage étendus. En particulier, pour les fils fourrés métalliques, grâce à leur taux de remplissage élevé en poudre métallique (jusqu'à 45 %), un fil de 1,6 mm de diamètre, soumis à un courant de soudage de 380 A et une tension de 38 V, peut atteindre une vitesse de fusion de 9,6 kg/h.

Le transfert de gouttelettes des fils fourrés est similaire à celui des fils pleins. Les fils fourrés peuvent être soudés par projection conventionnelle ou par transfert par court-circuit à grande vitesse, mais ne permettent pas le soudage par arc rotatif. La vitesse d'alimentation maximale des fils fourrés rutile peut atteindre 30 m/min, tandis que celle des fils fourrés classiques est d'environ 45 m/min, avec un débit de fusion pouvant atteindre 20 kg/h.

(3) Types de transfert de gouttelettes en soudage MAG à haut rendement

En soudage MAG conventionnel, lorsque le courant de soudage augmente, le mode de transfert des gouttelettes évolue : transfert par court-circuit, transfert globulaire, puis transfert par pulvérisation. Pour garantir une bonne formation de soudure, le courant limite pour le transfert par pulvérisation est d'environ 400 A.

En soudage MAG à haute vitesse de dépôt, grâce à une utilisation optimale des propriétés physiques des gaz de protection multicomposants et à une augmentation appropriée de l'allongement du fil, la vitesse de fusion du fil peut être considérablement accrue dans la plage de courant et de tension élevés du soudage MAG non conventionnel. Simultanément, la morphologie de transfert des gouttelettes subit également des modifications importantes. Ses principales formes sont : le transfert par pulvérisation ordinaire, le transfert par court-circuit à grande vitesse, le transfert par pulvérisation rotative et le transfert par pulvérisation à grande vitesse.

• Arc de transfert par pulvérisation ordinaire: Dans le domaine desoudage à grande vitesse, la vitesse d'alimentation du fil de l'arc de transfert par pulvérisation est de l'ordre de 15 à 20 m/min.
• Arc de transfert de court-circuit à grande vitesseUn arc de transfert par court-circuit à haute vitesse est obtenu en réduisant la tension de soudage et en augmentant l'allongement à sec, pour une vitesse d'alimentation du fil comprise entre 15 et 20 m/min. L'allongement à sec atteignant 40 mm, l'extrémité du fil s'assouplit et se met à tourner, avec un décalage de 1 à 2 mm par rapport à son axe. Cette rotation induit un transfert par court-circuit périodique de part et d'autre de la soudure.
• arc de transfert de pulvérisation rotatifUn arc tournant se forme lorsque l'extrémité du fil est ramollie par un courant élevé et déviée par la force de l'arc. Pour les fils de 1 à 2 mm de diamètre, la vitesse d'alimentation doit atteindre au moins 25 m/min, et le courant de soudage minimal équivalent est d'environ 450 A. L'écart total de l'extrémité libre du fil par rapport à son axe est de plusieurs millimètres et est observable à l'œil nu pendant le soudage.
• Arc de transfert de pulvérisation à grande vitesseCe procédé se caractérise par un transfert axial de gouttelettes, avec une vitesse d'alimentation du fil supérieure à 20 m/min, la taille des gouttelettes étant approximativement égale au diamètre du fil. Comparé au transfert gouttelette par gouttelette dans l'arc, ce procédé offre le meilleur résultat. Le processus de séparation des gouttelettes se répète de manière identique, et un faisceau de plasma étroit, concentré et intense est caractéristique de l'arc de transfert par pulvérisation à haute vitesse. Lorsque l'extrémité du fil ramolli descend, la longueur de l'arc diminue et la colonne de plasma s'élargit, formant ainsi un pont liquide entre la gouttelette fondue et l'extrémité du fil. Ce pont liquide est continuellement comprimé par la force de contraction électromagnétique, ce qui élargit l'arc. Lorsque le pont entre l'extrémité du fil et la gouttelette devient suffisamment petit, du plasma se forme autour de celui-ci. Au moment où le pont se rompt, l'arc de transfert par pulvérisation à haute vitesse se rallume, reformant un jet de plasma étroit et concentré. Dans le cas de l'arc de transfert par pulvérisation à haute vitesse, en raison de la profondeur de pénétration mais de la faible largeur de l'arc, la racine de la soudure n'est pas complètement remplie de métal en fusion.