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Le rôle du revêtement de flux dans la performance des électrodes et la qualité des soudures
Le revêtement Flux est un composant essentiel dans le soudage à l'arc métallique blindé (SMAW) et d'autres processus de soudage à base de flux. Il détermine directement la façon dont une électrode s'enflamme, la stabilité de l'arc et, en fin de compte, l'intégrité de l'articulation de soudure. Un revêtement de flux mal formulé ou endommagé peut conduire à la porosité, au piégeage des laitier, à une mauvaise apparence des perles et à une résistance mécanique réduite.
Qu'est-ce que le revêtement Flux dans les électrodes de soudage?
Le revêtement Flux fait référence à la couche de composés minéraux, métalliques et organiques qui entoure le fil de noyau d'une électrode de soudage consommable. Pendant le processus de soudage, le flux fond et subit des réactions chimiques qui servent à de multiples fonctions de protection et métallurgique. Le revêtement est appliqué par extrusion, trempage ou pulvérisation sur le fil, puis séché et cuit pour obtenir les propriétés mécaniques et la résistance à l'humidité souhaitées.
La formulation exacte des revêtements de flux varie grandement selon la classification des électrodes (p. ex. E6010, E7018) et la position de soudage prévue, le type de métal de base et les propriétés mécaniques requises. Les ingrédients courants comprennent la cellulose, le rutile (dioxyde de titane), la silice, le carbonate de calcium, le fluorspath, la poudre de fer et divers désoxydants et agents d'alliage.
Contexte historique
Au début du XXe siècle, on a utilisé des électrodes de soudage sans revêtement de flux, mais elles ont produit des soudures poreuses et fragiles dues à la contamination atmosphérique. L'invention d'électrodes revêtues de flux a révolutionné l'industrie en permettant une stabilité constante de l'arc, une pénétration plus profonde et des joints plus forts.
Fonctions principales du revêtement de flux
Le revêtement de flux joue plusieurs rôles indispensables qui améliorent collectivement la performance des électrodes et la qualité finale de la soudure. Chaque fonction est interconnectée et contribue à un processus de soudage stable et répétable.
Protection contre la contamination atmosphérique
Le rôle le plus fondamental du revêtement de flux est de protéger la piscine de soudure fondue de l'oxygène, de l'azote et de l'hydrogène dans l'air environnant. Au fur et à mesure que le flux fond, il libère des gaz (tels que le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone) qui créent une enveloppe protectrice autour de l'arc et de la piscine de soudure.
Stabilisation de l'arc
Un arc stable est essentiel pour une entrée de chaleur constante, une bonne fusion et un éclaboussure minimal. Les revêtements Flux contiennent des éléments ionisants (comme les composés de potassium et de sodium) qui facilitent la frappe et le maintien de l'arc. La conductivité électrique et les propriétés thermiques du revêtement contribuent à promouvoir un arc lisse et concentré qui se déplace uniformément le long de l'articulation.
Formation et protection des laitier
À mesure que le flux fond, il crée un laitier de faible densité qui monte à la surface de la piscine de soudure fondue. Le laitier se solidifie en une couche cristalline ou vitreuse sur la perle fraîchement déposée. Ce laitier sert plusieurs buts:
- Protection physique:[ Bouclier la soudure solidifiante de l'oxydation et du choc thermique.
- absorption de contaminants:[ Les oxydes de trempage et autres inclusions, les éloignant du métal de soudure.
- Désorption du laitier:[ Un laitier bien conçu est facilement écaillé après refroidissement, laissant une surface de soudure propre.
- Formation de la perle:[ La tension de surface du laitier influence le contour et la convexité de la perle.
Alliage et désoxydation
Les revêtements de flux contiennent souvent des éléments d'alliage tels que le manganèse, le silicium, le nickel, le chrome et le molybdène. Ces éléments se transfèrent dans le bassin de soudure pendant la fusion, améliorant la résistance du métal de soudure, sa ténacité et sa résistance à la corrosion. Les désoxydants comme le silicium et le manganèse se combinent également avec l'oxygène dans le bassin pour former des oxydes stables qui flottent dans le laitier, réduisant la porosité et améliorant les propriétés mécaniques.
Contrôle de la pénétration des soudures et du profil des perles
La composition et l'épaisseur du revêtement de flux influencent la force de l'arc, la tension de surface et la fluidité des métaux fondus. Par exemple, les revêtements cellulosiques (E6010, E6011) produisent un arc pénétrant puissant idéal pour le soudage vertical et supérieur sur acier sale ou rouillé. Les revêtements rutiles (E6013) offrent un arc plus doux, une pénétration plus faible et un perle lisse et attrayant, parfait pour la fabrication générale de tôle et de tôle.
Composition des revêtements de flux
Les revêtements modernes de flux sont des mélanges complexes de composés minéraux, métalliques et organiques. Les proportions sont soigneusement équilibrées pour atteindre les caractéristiques de soudage souhaitées.
Cellulose
La cellulose (farine de bois, coton) se décompose pendant le soudage pour produire de grands volumes d'hydrogène et de monoxyde de carbone. Cela crée une action de blindage forte et un arc profond et pénétrant. Les électrodes cellulosiques (E6010, E7010) sont favorisées pour le soudage de pipelines et les passages de racines où la propreté est un problème.
Rutile (dioxyde de titane)
Rutile stabilise l'arc, réduit les éclaboussures et produit une perle lisse et finement rincée. Il est l'ingrédient principal dans les électrodes à usage général conçues pour un fonctionnement facile et des soudures esthétiques.
Carbonate de calcium et fluorspath
Ces ingrédients agissent comme flux dans le sens métallurgique, ils réduisent le point de fusion du laitier et favorisent sa fluidité. Le carbonate de calcium se décompose pour libérer du CO2, ajoutant du gaz de blindage. Le fluorospar (fluorure de calcium) aide à affiner les caractéristiques du laitier et à améliorer son élimination.
Silice et silicates
Combiné à des silicates (comme le silicate de sodium ou le silicate de potassium), il lie le revêtement au fil de noyau et influence la détachabilité des scories.
Poudre de fer
La poudre de fer stimule également la récupération des métaux, ce qui permet de réduire les paramètres d'ampérage pour un taux de dépôt donné. Ces électrodes sont souvent classées avec un suffixe -1,1 (par exemple E7024) utilisé pour les soudures à filet plat et horizontal à grande vitesse.
Déoxydes et additifs pour alliages
Le manganèse, le silicium et, dans certains cas, l'aluminium ou le titane sont ajoutés à la récupération de l'oxygène et de l'azote. Les éléments d'alliage comme le chrome, le nickel ou le molybdène sont inclus pour les qualités spéciales (acier inoxydable, aciers résistants au fluage, etc.).
Impact sur la performance des électrodes
La qualité et la constance du revêtement de flux régissent directement le fonctionnement d'une électrode pendant le soudage.
- Intermination facile:[ La teneur en eau et la composition du revêtement influencent la facilité de démarrage de l'arc. Les revêtements à faible teneur en hydrogène peuvent nécessiter un stockage préalable ou sec pour assurer des frappes fiables.
- Stabilisation de l'arc: Un flux bien formé produit un arc stable et calme avec un éclaboussure minimale. L'instabilité peut causer des errances de l'arc, une pénétration inégale et des défauts accrus.
- Efficacité de la position:[ Le rapport entre le métal de soudure déposé et l'électrode consommée.
- Détachabilité du laitier:[ Un bon revêtement crée du laitier qui se décolle facilement sans coller, économisant le temps de nettoyage et améliorant la productivité.
- Susceptibilité à l'humidité:[ Les électrodes à faible hydrogène (p. ex. E7018) nécessitent un stockage et un séchage minutieux parce que l'humidité du revêtement introduit l'hydrogène dans la soudure, provoquant des fissures.
La teneur en eau est un facteur critique. Même de faibles quantités d'humidité dans un revêtement à faible teneur en hydrogène peuvent augmenter les niveaux d'hydrogène diffusables au-delà de seuils sûrs, en particulier dans le soudage à haute résistance en acier.
Influence sur la qualité des soudures
La qualité de la soudure est quantifiée par l'apparence, la solidité et les propriétés mécaniques.
Apparence de soudure
Les électrodes à base de revêtements rutiles produisent des perles fines et lisses avec un éclaboussure minimal. Les revêtements cellulosiques génèrent plus d'éclaboussures mais offrent une pénétration plus profonde.
Porosité et inclusions
Le piégeage du laitier se produit lorsque le laitier ne flotte pas complètement avant la solidification. Les deux défauts affaiblissent la soudure et sont souvent causés par une formulation de flux inadéquate, des revêtements endommagés ou une technique de soudage incorrecte.
Propriétés mécaniques
L'alliage et la désoxydation obtenus par le flux affectent directement la résistance à la traction, la résistance à la production, la résistance à l'impact et la ductilité. Par exemple, les électrodes à faible hydrogène (E7018) produisent des soudures avec une excellente ténacité à des températures inférieures à zéro en raison de la teneur contrôlée en hydrogène et de la microstructure raffinée.
Craquage induit par l'hydrogène (HIC)
Les revêtements de flux qui évoluent l'hydrogène (cellulosique) doivent être utilisés avec soin dans les joints à haute résistance ou sur des aciers à haute teneur en carbone. Les revêtements à faible teneur en hydrogène (électrodes de base) sont formulés pour minimiser la collecte d'hydrogène et sont obligatoires pour de nombreuses applications critiques, telles que le soudage sous pression et en acier structurel.
Classement des électrodes revêtues de flux
L'American Welding Society (AWS) classe les électrodes couvertes à l'aide d'un système à quatre ou cinq chiffres. Les deux derniers chiffres indiquent souvent le type de revêtement de flux et la position de soudage.
- E60XX et E70XX: Résistance à la traction de 60 000 ou 70 000 psi. Le -XX , indique le revêtement et la position.
- E6010 (sodique cellulosique):[ Pénétration profonde, éclaboussure élevée, pour le soudage vertical et le soudage des tuyaux avec DC+.
- E6011 (kali potassium cellulosique): Similaire à E6010 mais pouvant fonctionner en courant alternatif ou en courant continu.
- E6013 (kali potassium rutile):[ Fonctionnement facile, faible pénétration, bon pour les feuilles minces et l'usage général.
- E7018 (faible hydrogène, poudre de fer): Une excellente ténacité, un faible hydrogène, utilisé pour les aciers à haute résistance, nécessite un soin de stockage.
- E7024 (rutil, poudre de fer):[ Taux de dépôt élevé, pour les soudures à filet plat et horizontal.
Les normes internationales comme la norme ISO 2560 classent de la même façon les électrodes par type de revêtement, résistance et teneur en hydrogène.
Choisir le revêtement de flux droit pour le travail
Le choix d'une électrode nécessite une composition en métal de base, une conception de joint, une position de soudage, une source d'énergie et des exigences de qualité.
- Épaisseur et propreté du métal de base:[ Pénétration profonde (cellulosique) pour les matériaux épais ou sales; pénétration plus faible (rutile) pour les tôles minces ou les surfaces propres.
- Position de soudure:[ Les électrodes verticalement ou en hauteur sont à commande verticale avec un laitier à congélation rapide (E6010, E7018).
- Résistance et ténacité :[ Les aciers à haute résistance nécessitent des électrodes à faible hydrogène (E7018 ou plus).La ténacité à basse température est critique pour les récipients sous pression et les structures en mer.
- Si les conditions de stockage ne sont pas idéales, sélectionnez des électrodes rutiles moins sensibles à l'humidité ou appliquez des programmes de cuisson stricts pour les types à faible teneur en hydrogène.
- Conformité réglementaire :[ Pour le travail de code (ASME, AWS D1.1), l'électrode doit être qualifiée avec le soudeur et la procédure.
Les défauts communs liés aux questions de revêtement de flux
Lorsque le revêtement de flux est compromis ou mal appliqué, plusieurs défauts peuvent survenir:
- Électrode de positionnement:[ Si le revêtement est trop épais ou conducteur, l'électrode peut s'en tenir au travail avant que l'arc ne se stabilise.
- Black d'arc:[ L'épaisseur inégale du revêtement ou les effets magnétiques peuvent causer des déformations de l'arc.
- Écaillage excessif:[ Souvent dû à l'instabilité de l'arc due à une formulation ou à une humidité médiocres du flux.
- Inclusions de laitier: La solidification lente des laitier ou la faible détachabilité laissent des laitier piégés dans la soudure.
- Craquage d'hydrogène:[ à partir de revêtements humides à faible teneur en hydrogène ou d'une manipulation incorrecte.
- Poor perle profile:[ Les perles de convex peuvent indiquer un flux trop important, tandis que les perles concaves peuvent indiquer un flux insuffisant.
Stockage et manipulation des électrodes revêtues de flux
Les revêtements de flux sont hygroscopiques et peuvent absorber l'humidité de l'air. Les électrodes à faible teneur en hydrogène sont particulièrement vulnérables : l'exposition à l'humidité pendant quelques heures peut élever les niveaux d'hydrogène au-dessus des limites acceptables.
- Entreposer les électrodes dans un environnement sec et contrôlé par la température (habituellement 120–150 °F ou 49–66 °C).
- Utilisez des fours de maintien sur le chantier pour garder les électrodes au chaud et au sec.
- Si les électrodes deviennent humides, ré-cuisez-les selon les recommandations du fabricant concernant le temps et la température.
- Électrodes à jet qui présentent des signes de dommages au revêtement ou de rouille sur le fil de noyau.
Progrès dans la technologie de revêtement de flux
Parmi les développements récents, mentionnons les revêtements de flux qui réduisent les émissions de fumées (améliorer la santé des opérateurs), les revêtements avec un contrôle accru de l'hydrogène pour les aciers à haute résistance et les revêtements composites qui combinent des caractéristiques de plusieurs types.Certains fabricants expérimentent des liants hydrosolubles pour éliminer les composés organiques volatils (COV).
Pour plus d'informations techniques, consultez des ressources telles que l'American Welding Society et Lincoln Electric's swed knowledge base. Articles examinés par des pairs dans La section scientifique de ScienceDirect sur la soudure offre des informations plus approfondies sur la chimie des flux et la métallurgie.
Conclusion
Le revêtement Flux est bien plus qu'une simple couche extérieure sur une électrode de soudage; il s'agit d'un système de livraison sophistiqué pour le blindage des gaz, des anciens scories, des désoxydants et des éléments d'alliage. Sa composition et sa qualité déterminent directement les performances de l'électrode, depuis la stabilité de l'arc et le taux de dépôt jusqu'à la détachabilité et la résistance à l'humidité des scories. Le revêtement flux a surtout un effet profond sur la qualité de la soudure, influe sur la porosité, la résistance mécanique, la sensibilité à la fissuration de l'hydrogène et l'apparence générale.