« Soudage » : différence entre les versions
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* '''Le soudage laser''' :
: Un faisceau laser est dirigé sur les pièces à souder, dont l'une est obligatoirement transparente pour la longueur d'onde du laser utilisé, l'interface ou l'autre pièce étant obligatoirement opaque. L'énergie ainsi absorbée engendre la chaleur requise pour le soudage.
== Sources d'énergie électrique ==
===Arc électrique===
Beaucoup de procédés de soudage utilisent l'arc électrique comme source d'énergie de fusion car la chaleur de l'arc peut être facilement concentrée et maîtrisée. La physique du transfert de métal à travers d'un arc électrique a été largement étudié au cours du {{XXe}} siècle. L'arc électrique consiste en un flot relativement élevé de courant électrique maintenu à travers une colonne de gaz ionisé appelé plasma.
La puissance d'un arc peut être exprimée en unités électrique comme le produit de la tension aux bornes de l'arc par le courant passant à travers l'arc. Pour des valeurs données de 23 volts de tension d'arc et de 200 ampères d'intensité, la puissance calculée de l'arc électrique est de 4600 watts. La température de l'arc peut atteindre 3000°C. Toute cette puissance brute générée par l'arc électrique n'est pas utilisée de manière effective dans les procédés de soudage. Le taux d'efficacité d'utilisation de la chaleur paut varier de 20 à 85 pourcents selon les propriétés de convection, de conduction, de radiation ainsi que les projections responsables de ces pertes de chaleur. Par exemple, le taux d'efficacité d'utilisation de la chaleur est relativement peu élevé en soudage TIG, moyen en soudage à l'électrode enrobée et élevé à l'arc sous flux pulvérulent.
L'utilisation d'un arc plasma (ou d'une torche plasma) comme source de chaleur est plus récent. L'arc plasma s'obtient par constriction d'un arc électrique dans un vortex de gaz plasmagène (''hélium, argon'') créé par une tuyère intégrée aux torches plasma. C'est donc au moyen de forces mécaniques exercées sur l'arc électrique que celui-ci passe à l'état de plasma. La température de l'arc plasma peut atteindre 25000°C.
===L'effet joule===
L'effet Joule est utilisé dans différents procédés de soudage comme les procédés de soudage par résistance, électrogas et électroslag. Dans le premier cas la chaleur générée s'exprime comme suit :
::<math>H = I^2.R.t\;</math>
avec :
:<math>H =\;</math> Energie générée en joules ou watts.seconde,
:<math>I =\;</math> Courant électrique en ampères,
:<math>R =\;</math> Résistance électrique au droit des électrodes en ohms,
:<math>t =\;</math> Temps pendant lequel le courant électrique est établi entre les électrodes.
Dans le second cas la chaleur générée s'exprime comme suit :
::<math>H = E.I.t\;</math>
avec :
:<math>H =\;</math> Energie générée en joules ou watts.seconde,
:<math>E =\;</math> Tension de soudage, en volts, aux bornes de la résistance formée par le bain en fusion,
:<math>I =\;</math> Intensité, en ampères, traversant le bain de fusion,
:<math>t =\;</math> Temps pendant lequel le courant électrique est établi.
== Sources d'énergie chimique ==
===La flamme===
Dans le cas du soudage à la flamme de l'acier, celle-ci doit posséder deux caractéristiques qui sont :
* La capacité à atteindre la température de fusion, et
* La capacité à maîtriser l'atmosphère environnant le bain de fusion.
Différents gaz combustibles sont utilisés, les flammes résultantes peuvent être classées selon le maximum de température atteint par une flamme neutre :
{| border cellspacing="0" width="500"
|- style = "background:#b3e2d1;text-align:center"
| colspan="2"|Nature du gaz||Flamme neutre
|- style="text-align:center"
|'''Nom'''||''' °C Max '''||''' °C '''
|- style="text-align:center"
|Acétylène|| 3102 ||3100
|- style="text-align:center"
|MAPP|| 2902 ||2600
|- style="text-align:center"
|Propylène|| 2857 ||2500
|- style="text-align:center"
|Hydrogène|| 2871 ||2390
|- style="text-align:center"
|Propane|| 2777 ||2450
|- style="text-align:center"
|GNL/méthane|| 2742 ||2350
|}
La réaction de combustion de l'acétylène dans l'oxygène se produit en deux étapes :
:1) : ''' C<sub>2</sub>H<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → 2CO + H<sub>2</sub> + 448 kJ/mol'''
:2) : '''4CO + 2H<sub>2</sub> + 3O<sub>2</sub> → 4CO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub> + 812 kJ/mol'''
La première réaction se produit juste en sortie du bec du chalumeau dans le cône lumineux bleuté, encore appelé dard de la flamme. Elle est le résultat de la combustion du mélange oxygène/acétylène tel qu'effectué par les réglages du chalumeau. Cette réaction est oxydante, le dard ne doit jamais être maintenu en contact avec la pièces à souder.
Les produits de combustion issus de la première réaction brûlent dans l'oxygène de l'air pour former le panache de la flamme. Selon les réglages du chalumeau, le panache peut être oxydant, neutre ou réducteur. La température maximum de la flamme se situe à 2 mm du sommet du dard, dans le panache de la flamme.
La chaleur totale fournie par la flamme oxyacétylèninque est de 1260 kJ/mol. La première réaction fournit 36% de la chaleur totale.
===La réaction exothermique===
La soudure exothermique regroupe tous les procédés qui utilisent une source de chaleur obtenue par une réaction chimique exothermique créée entre les bords de pièces à souder. L'exemple le plus représentatif de l'utilisation de ce procédé est le raboutage de rails de chemins de fer.
Les réactions exothermiques les plus couramment réalisées sont les suivantes :
A base d'oxydes de fer et d'aluminium :
:: ''' 3Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 8Al → 9Fe + 4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3010 kJ/mol (3088°C)'''
:: ''' 3FeO + 2Al → 3Fe + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 783 kJ/mol (2500°C)'''
:: ''' Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 2Al → 2Fe + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 759 kJ/mol (2960°C)'''
A base d'oxydes de cuivre et d'aluminium :
:: ''' 3CuO + 2Al → 3Cu + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 1152 kJ/mol (4866°C)'''
:: ''' 3Cu<sub>2</sub>O + 2Al → 6Cu + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 1089 kJ/mol (3138°C)'''
A base de l'oxyde de nickel et d'aluminium :
:: ''' 3NiO + 2Al → 3Ni + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 864 kJ/mol (3171°C)'''
A base de l'oxyde de chrome et d'aluminium :
:: ''' Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 2Al → 2Cr + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 2287 kJ/mol (2977°C)'''
A base d'oxydes de manganèse et d'aluminium :
:: ''' 3MnO + 2Al → 3Mn + Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 1686 kJ/mol (2427°C)'''
:: ''' 3MnO<sub>2</sub> + 4Al → 3Mn + 2Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 4356 kJ/mol (4993°C)'''
== Physique du soudage ==
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