Blog Soudage (MIG/MAG) - Métallurgie

Ce Blog Soudage a pour but de partager les évolutions sur les différents types de procédés de soudage et de rechargements (MIG-MAG/GMAW). Des informations sur la métallurgie du soudage et la soudabilité des métaux.

5) Procédés de soudage MIG/MAG/GMAW- Les "variantes" : MIG - Spray MOdal (Air Liquide) , Mig Double Pulse (ESAB, FRonius, KempPi, EWM, Migatronic, LIncoln, GYS, etc..), Dip Pulse MIG ( Panasonic)

Emile Layer 05 Avril 2022

L’alliage d’aluminium est largement utilisé dans une structure légère telle qu’un véhicule électrique (EV), un réservoir de produits chimiques de transport, l’aérospatiale, etc. Le procédé MIG est couramment utilisé pour le processus d’assemblage automatique. Le soudage avec des courants élevés peut créer des manques de fusion, des formes de porosités dans la soudure et également un accroissement des grains en ZAT. Les procédés multi-passes à faible courant de soudage et à faible taux de dépôt, le soudage TIG/GTAW ne répond pas à une productivité élevée.

Le procédé de soudage MIG à impulsion unique (P-MIG/GMAW) a été développé pour améliorer la capacité du procédé, le Pulse-MIG/GMAW fonctionne généralement à basse fréquence pour la génération d’impulsions.  La technologie de soudage MIG/GMAW à double impulsion (DP-MIG) a été développée pour améliorer la capacité du procédé de soudage de l’aluminium. 

L’étape d’impulsion peut être ajustée en modifiant une période de cycle de service pour obtenir la forme des gouttelettes de métal en mode impulsion et transfert pour la forme du cordon de soudure. Des paramètres optimisés qui peuvent permettre de limiter la formation de porosités  avec une fusion complète du joint, améliorer la durée de vie à la fatigue .

MIG - Spray-Modal

Le procédé de soudage MIG Spray-Modal de la société Lincoln Electric (Brevet Air Liquide Welding), Le Spray modulé prend en compte les paramètres influant du régime pulsé, avec comme premier objectif de réduire encore plus significativement le taux de porosités dans les cordons.

L’agitation du bain de fusion par application de variations importantes du courant de soudage en TIG ou MIG pulsé qui a pour conséquence, dans les 2 cas, un affinement de la microstructure du métal fondu, et conjointement un dégazage accéléré de l’hydrogène

Il repose sur le choix d’un régime Spray sur lequel on applique, au niveau générateur, une « modulation » de courant. Ce signal centré sur l’intensité moyenne du régime Spray, se distingue de celui d’un courant pulsé par ses effets, au niveau du détachement des gouttes

Dans le cas du MIG pulsé, il y a détachement d’une goutte par pulsation, en haut ou en bas de pulsation – dans le cas du MIG Spray modulé détachement de plusieurs gouttes en haut de modulation uniquement. Les variations de I courant base / I courant de crête sont donc plus importantes que celles du pulsé.

A l’inverse la fréquence est ici constante calée sur la vibration d’un bain de fusion et non dépendante de la vitesse fil. Ce signal induit, à fréquence constante, une amplitude de vibration plus importante probablement en résonance avec la vibration naturelle du bain. On doit s’attendre à un effet plus sensible sur le dégazage hydrogène du bain.

 

MIG - Double Pulse

Le procédé de soudage MIG Double Pulse (DP–GMAW) implique la modulation d’impulsions haute fréquence par une forme d’onde basse fréquence. Les avantages du DP-GMAW sont des coûts inférieurs et une meilleure adéquation pour les applications extérieures.

La technique DP-MIG-MAG/GMAW a plusieurs modes de fonctionnement. Une approche est la commutation à basse fréquence de la vitesse d’alimentation du fil et du courant de soudage, tandis qu’une autre approche est la commutation basse fréquence du taux de fusion à une vitesse d’alimentation en fil constante.

Dans ce mode de modulation, les basses fréquences sont utilisées pour moduler deux trains d’impulsions haute fréquence de grande amplitude.

Le courant haute fréquence facilite le transfert des gouttelettes, tandis que la modulation basse fréquence fait osciller le bain de fusion à l’aide de trains d’impulsions forts et faibles. Cela aide à éjecter rapidement l’hydrogène gazeux du bain de fusion et réduit ainsi la formation de pores dans la soudure.

Dans la conception des paramètres d’impulsions de courant pour le soudage à double impulsion, différents modes de transfert peuvent être utilisé pour commuter les courants d’impulsions fortes et faibles. Nommément soudage sous gaz inerte métallique à impulsions rectangulaires (DP-MIG) et soudage MIG à impulsions trapézoïdales (TP-MIG).

 

DIP-Pulse MIG

Le procédé DIP-Pulse MIG  de la société Panasonic (HD-Pulse-Hyper Dip Pulse) convient aux matériaux en acier de 3 mm ou plus épais, les aciers inoxydables , les alliages d’aluminium. . 

Le procédé Dip Pulse MIG est doté d’une intelligence artificielle qui permet de fournir de faibles projections, une apparence de cordon propre et des niveaux de pénétration très flexibles, un taux de dépôt plus important grâce à l’utilisation d’un mélange de courants de soudage en court-circuit et pulsés.

Le mode d’impulsion hybride fournit un arc pointu concentré pour une pénétration profonde avec de l’acier au carbone et de l’acier inoxydable ou une pénétration peu profonde, un soudage par cordon étroit avec de l’aluminium.

Le Dip Pulse/HD-Pulse comprend une séquence à arc court, il dispose d’une technologie de réduction des projections éprouvée avec le procédé SP-MAG.

Dotés d’un affichage numérique sur le panneau avant pour une utilisation facile, les nouveaux systèmes utilisent un processeur à grande vitesse, une méthode CDM (Current Detect Masking) améliorée qui fournit un démarrage d’arc extrêmement stable et rapide.

 

4) Les Sources DE Courant de soudage Modernes / Procédés MIG-MAG (GMAW)

Emile Layer – 31 Mars 2022

4.1) Introduction

Les sources de courant de soudage modernes peuvent inclure un hacheur à commande électronique analogique ou un onduleur. Cette technologie a élargi la gamme de réglages de la source d’alimentation, rendant le procédé MIG-MAG (GMAW) adapté aux applications robotiques, et a permis la numérisation, la rétroaction, le contrôle intelligent et en temps réel du processus de soudage.

L’onduleur est une amélioration clé de la source d’alimentation moderne, compte tenu de sa réponse très rapide à la rétroaction numérique. Le contrôle électronique et numérique permet de récupérer les paramètres de soudage et améliore ainsi le contrôle de la précision de l’arc. Dans les années 1990, les développements de la technologie informatique ont permis la conception d’une forme d’onde spéciale visant à améliorer la synchronisation de l’arc et le dépôt de métal.

Dans le procédé MIG-MAG (GMAW), le dépôt de métal dépend fortement du contrôle du courant et de la tension. En 1976, l’Institut international du soudage (IIW) a proposé la première classification du transfert de métal, qui a été publiée plus tard.. Comme l’innovation a apporté de nouveaux processus de contrôle, une révision de la classification a été entreprise et le transfert de métal naturel, le transfert contrôlé et les techniques d’exploitation étendues ont été incluses (Distance/ Tube Contact /Pièce – CTWD).

Cependant, les éléments du nouveau concept de classification se chevauchent avec la régulation du mélange et du débit de gaz de protection, et l’intégration d’algorithmes pour optimiser les variables détectées sur la pointe et le bain de soudure. Un problème clé reste l’inclusion de la nouvelle approche MIG-MAG (GMAW), avec acquisition de données pour établir convergence et divergence, permettant ainsi le développement de nouvelles perspectives.

La précision et la flexibilité du contrôle de la machine sont réalisées sous forme de sélections variées dans le réglage et la récupération des informations de soudage, avec un impact significatif sur l’économie et la fiabilité du service de soudage.

Le document est divisé en trois sections. La première section est les parties 2 à 5 qui présentent les nouveaux procédés de soudage GMAW basés sur l’approche adoptée. Dans la régulation avancée des sources d’alimentation, les sources d’alimentation bénéficient d’améliorations de la commande numérique et d’un logiciel mis à niveau, qui permet de surveiller chaque aspect de l’arc. Le court-circuit est prévisible et peut être réglé à un moment précis. De plus, le transfert de matière fondue peut être géré de manière à minimiser les projections.

Sélections dans le réglage et la récupération des informations de soudage, avec un impact significatif à la fois sur l’économie et la fiabilité du service de soudage. Le document est divisé en trois sections. La première section est les parties 2 à 5 qui présentent les nouveaux procédés de soudage GMAW basés sur l’approche adoptée. La deuxième section est la partie 6 qui donne une comparaison des nouveaux procédés de soudage GMAW avec le procédé GMAW conventionnel, et la dernière section est la partie 7 qui résume les conclusions de cet article.

4.2) RÉGULATION AVANCÉE DE LA SOURCE D’ALIMENTATION

Dans la régulation avancée des sources d’alimentation, les sources d’alimentation bénéficient d’améliorations de la commande numérique et d’un logiciel mis à niveau, ce qui permet de surveiller chaque aspect de l’arc. Le court-circuit est prévisible et peut être réglé à un moment précis. De plus, le transfert de matière fondue peut être géré de manière à minimiser les projections.

3) Procédés de soudage MIG/MAG/GMAW- Les "variantes" :
- Rapid Arc, AC MIG, Rapid Weld MIG, SP-MAG, Micro-MIG, ColdMIG, SuperPuls MIG-MAG, 
- IAC-MIG avec "Intelligent Control Arc", Pulvérisation Pulsée Modifiée, Narrow Gap-MAG, etc...)

Emile Layer - 31 Mars 2022

Rapid ARC-MAG

Le procédé de soudage Rapid Arc – MAG de la société Lincoln Electric est un procédé MIG- MAG (GMAW) avec un courant pulsé combiné avec un arc court, conçue pour augmenter la productivité en réduisant le temps de cycle en semi-automatique, robotique et automatisation.

Contrairement au soudage traditionnel par impulsions, RapidArc fournit une excellente stabilité de l’arc (longueur d’arc plus courte), avec une réduction des projections, permettant une importante augmentation de la vitesse de déplacement de la torche.

La combinaison de courant pulsé avec un transfert de métal à arc court, RapidArc est adapté aux grandes vitesses, soudage d’acier au carbone à faibles projections, avec fil plein et des fils fourrés .

AC-MIG

Le procédé de soudage AC-MIG de la société japonaise OTC-Daihen, utilise un onduleur numérique AC/MIG Pulse Inverter  pour effectuer un soudage à faible apport d’énergie.

L’innovation a été étendue, des applications robotiques aux applications manuelles en améliorant la stabilité de l’arc à faible courant, permettant le soudage de l’aluminium, de l’acier doux et de l’acier de construction.

Le ratio de polarité (EN) a un effet significatif sur le taux de fusion du fil dans le MIG à impulsion AC (courant de soudage). Il comprend un logiciel avec un algorithme capable de faire varier ce ratio. Celui ci est divisé en deux zones ; le courant de base maintient l’arc à la polarité changeante et l’impulsion contrôle la pénétration.

 

Rapid Weld-MIG

Le procédé Rapid Weld – MIG  de la société Closs produit un arc de pulvérisation MIG/MAG concentré à haute capacité et offre des avantages partout où des profondeurs de pénétration élevées et une fusion racine sûre sont requises.

Rapid Weld est un procédé spray-arc à hautes performances. La régulation spéciale génère un arc stable très focalisé avec une pression de l’arc élevée.

Cette opération à un bouton qui permet de modéliser spécifiquement le profil de pénétration a obtenir. En raison du très petit angle d’ouverture, vous pouvez réduise le matériau de remplissage et le gaz de protection.

Vous obtenez des fusions complètes grâce à la pénétration profonde, Temps de soudure minimisés grâce à un nombre réduit de couches a déposer

SP-MAG

Le procédé de soudage SP- MAG de la société Panasonic (super-imposition) est un court-circuit d’arc modifié breveté par Panasonic.

SP-MAG vise à surmonter les limites des processus conventionnels de court-circuit et de tension constante (CV), tels que les projections, la faible vitesse et la faible énergie. La super-imposition (SP) stabilise le déclenchement du court-circuit et le ré allumage de l’arc.

L’hyper-stabilisation (HS) empêche un deuxième court-circuit. Des expériences réussies ont été réalisées dans l’industrie automobile pour étudier les paramètres de soudage du procédé robotique MAG. L’épaisseur des pièces variait de 1,2 à 3,0 mm.

Le processus de transfert de pont contrôlé (CBT) est un processus de court-circuit modifié. Le processus détecte l’effet de pincement et fait chuter rapidement le courant .

MICRO-MIG

Le procédé MICRO-MIG de la société SKS Welding est un transfert de métal en fusion assisté mécaniquement situé entre la forme d’onde pulsée. Un taux de dépôt élevé sans augmenter la fréquence, avec moins de projections et un apport d’énergie moindre.

La figure montre une forme d’onde typique du procédé Micro MIG. Une séquence d’impulsions crée le bain de fusion et fixe indirectement la vitesse de dépôt. La dernière impulsion crée une goutte de fil fondu.

Dans le transfert des gouttelettes, le fil est alimenté avec un faible courant jusqu’à ce qu’il touche la pièce, puis la direction du fil change. Le dévidoir est inversé (vers l’avant) et une nouvelle séquence d’impulsions démarre.

Le procédé Micro MIG permet d’obtenir des propriétés mécaniques et un aspect visuel acceptable, avec très peu de défauts.

 

ColdMIG

Le procédé ColdMIG de la société MERKLE est un processus d’arc court modifié activé par l’utilisation d’un logiciel pour surveiller la forme d’onde. Le processus se caractérise par l’optimisation de la forme d’onde de tension et d’intensité.

La figure montre un court-circuit classique et la courbe de Cold MIG (TM). La période de court-circuit est considérablement réduite par rapport à un court-circuit classique, ce qui donne une nouvelle courbe à la forme d’onde dans cette section, pour la tension ainsi que la forme d’onde de courant.

L’augmentation du courant pendant la rétreinte est plus rapide et une chute rapide se produit lors de la rupture du métal en fusion aux extrémités de l’électrode

SuperPuls -MIG-MAG

Le procédé de soudage SuperPuls MIG MAG de la société ESAB, techniquement un transfert par pulvérisation pulsée modifiée. Il permet de surmonter les limites inhérentes dans le transfert par court-circuit MAG et le transfert classique par pulvérisation.

Avec les courants pulsés, l’arc entre dans un pic élevé de courant qui favorise le transfert de métal et un faible courant de fond.

En faisant varier l’amplitude, la durée et fréquence du pic et du bruit de fond actuel, le système peut plus efficacement contrôler l’apport de chaleur tout en assurant une excellente la fusion.

Ce processus MIG MAG SuperPuls réduit les projections, avec peu ou pas de nettoyage après soudage, il favorise également des vitesses de déplacement plus rapides et permet le soudage toutes positions et l’utilisation de fils de plus grand diamètre sur une large gamme d’épaisseurs de métal.

Narrow Gap MAG

Le procédé Narrow Gap MAG de la société CLOSS,  une variante de procédé de soudage MIG-MAG automatisé utilisant des robots. Le procédé offre une efficacité économique particulière pour le soudage  de composants à parois épaisses.

La préparation habituelle en V est remplacée par un espace étroit avec des flancs parallèles et une largeur de fente de seulement 20 mm même dans le cas d’une épaisseur de paroi de 300 mm. Le taux de dépôt du procédé à l’arc MIG/MAG peut aller jusqu’à 10 kg/h (acier).

Le fonctionnement du procédé de soudage à joint étroit CLOOS est entièrement automatique. Tous les paramètres de trajectoire et de soudage  sont stockés dans les programmes du contrôleur QIROX®.

La tête de soudage contient un entraînement de pivot à commande de position avec un angle de rotation de 360°. Un galet d’entraînement intégré dans la tête garantit un dévidage uniforme et fiable du fil, même en cas de temps de soudage. En combinaison avec le robot, une variété de capteurs des systèmes sont disponibles pour la correction de trajectoire

IAC MIG-MAG

Le procédé MIG-MAG-IAC « Intelligent Arc Control » de la société Migatronic. Le procédé de soudage est équipée de fonctions de contrôle d’arc. Il mesure et ajuste les paramètres pendant le soudage avec un délai minimum afin que les bons paramètres soient réglés.

Le procédé de soudage Migatronic est équipé de fonctions de Contrôle d’Arc Intelligent (IAC) et répétition de séquence. Selon le fabricant ces fonctions améliorent considérablement le processus de soudage en stabilisant l’arc. Cela conduit à un apport de chaleur plus faible, la réduction des déformations et l’amélioration de la qualité de la soudure.

Pendant l’opération de soudage, l’intensité de soudage et la tension sont contrôlées par le système de contrôle d’informations . Des résultats ont montré que ces fonctions « intelligentes – IAC » offrent des avantages pour le soudage des aciers, notamment en position verticale, pour le soudage de tôles minces, car ils stabilisent l’arc, réduisent l’énergie de soudage et ainsi améliore le contrôle du métal déposé par soudage.

2) La Métallurgie du Soudage - Soudabilité des Métaux

Emile Layer – 18 Février 2022

QUEL EST LE RÔLE DE LA MÉTALLURGIE ?

Le rôle principal de la métallurgie est-il de comprendre le fonctionnement métallurgique d’un matériau, ou encore, de savoir comment « façonner, ou faire évoluer » sa structure métallurgique, afin de maîtriser ses propriétés?.

QU’EST-CE QUI PEUT FAIRE VARIER LA STRUCTURE DES MATÉRIAUX ?

La structure métallurgique (donc les propriétés) des matériaux évolue principalement avec :
– la composition chimique (nature et quantité des éléments présents dans le matériau) ;
– le traitement thermique que le matériau reçoit lors de sa fabrication ; c’est à-dire de la façon précise avec laquelle il est chauffé puis refroidi au cours de sa mise en forme, ou après.
– la façon dont il est mis en forme ; on distinguera notamment les produits moulés et les produits mis en forme par déformation à chaud.

QUEL EST LE RÔLE DE LA MÉTALLURGIE DU SOUDAGE ?

Lors d’une opération de soudage, en terme métallurgique, tout est remis en question ; les structures des pièces à assembler tendent à évoluer lors du soudage. En effet, dans la plupart des cas, chauffés puis refroidis par la source de chaleur de soudage, les matériaux assemblés subissent un nouveau traitement thermique. De plus, s’il s’agit de soudage par fusion :
– d’une part, les matériaux assemblés peuvent prendre une nouvelle composition chimique s’ils sont mélangés à une composition chimique différente : celle du métal d’apport  etc..;

1) Soudage, Métallurgie et les Produits de Soudage

Emile Layer – 20 Février 2022

Rappels de Métallurgie

D’une manière tout à fait générale, les caractéristiques mécaniques d’un acier résultent de sa structure et de sa composition chimique. Pour une structure donnée, la composition chimique influence les propriétés mécaniques par l’effet des éléments en solution solide.

La structure de l’acier dépend, quant à elle, du traitement thermique mais aussi de la composition chimique qui détermine sa trempabilité. Ainsi, deux aciers de composition chimique différente ne conduiront pas à la même structure pour un même traitement thermique et auront donc des propriétés mécaniques différentes.
 

Aspect thermique du soudage

Les caractéristiques mécaniques d’un acier pouvant être profondément modifiées en jouant sur le traitement thermique de la même façon, les cycles thermiques engendrés par l’opération de soudage vont modifier les propriétés de l’acier dans la zone affectée thermiquement et vont conditionner celles de la zone fondue.

La zone fondue

Comme dans la zone affectée thermiquement, les propriétés mécaniques du métal fondu dépendent de sa structure et de sa composition chimique. S’il est aisé de définir une analyse chimique du métal fondu de manière à le rendre compatible avec les propriétés de traction du métal de base, il n’en est pas de même du point de vue de la ténacité. 

Les principaux défauts de soudage

Les défauts internes que sont les fissures à chaud, les fissures à froid, les fissures au réchauffage et les porosités.

Les critères qui permettent de les identifier et à montrer les mécanismes de formation afin d’en déduire les précautions à prendre pour les éviter ou les remèdes à apporter lorsque les problèmes apparaissent.

Les aciers inoxydables, Caractéristiques générales

Le Fer, le Chrome et le Nickel sont les éléments fondamentaux des aciers inoxydables. Ils sont équilibrés en fonction des conditions particulières de corrosion ou des impératifs de caractéristiques mécaniques à haute température.

II en est de même du Molybdène qui présente une influence bénéfique sur la résistance à la corrosion en milieu sulfurique ou en présence de chlorures.

Les assemblages hétérogènes

Sous cette appellation sont rassemblés les assemblages de matériaux identiques au moyen de produits d’apport permettant d’obtenir un métal fondu de structure et donc de propriétés très différentes de celles du métal de base mais aussi, les assemblages de matériaux différents.
Ce très vaste sujet ne peut être traité ici dans son intégralité; nous nous limiterons donc à examiner la manière d’aborder le problème dans le cas des alliages ferreux.

Les produits de soudage

Electrodes Enrobées , flux de soudage (SAW), les Fils Pleins , les Fils fourrés etc…

(A mon Mentor Monsieur le Dr. Christian Bonnet / Air Liquide / CTAS / Expert Métallurgiste International / Métallurgie et Mécanique du Soudage/ Le Métal Fondu)