Introduction aux types de courant de soudage par bâton

Le soudage à l'arc blindé (SMAW), communément appelé soudage à l'arc, demeure l'un des procédés de soudage à l'arc les plus polyvalents et les plus couramment utilisés dans toutes les industries. Il repose sur une électrode consommable enduite en flux pour créer un arc électrique qui fusionne à la fois l'électrode et le métal de base. Le choix entre courant alternatif (AC) et courant direct (DC) affecte fondamentalement le comportement de l'arc, la pénétration, les niveaux de éclaboussures et les types de matériaux qui peuvent être soudés avec succès.

Au-delà de la distinction fondamentale de la direction actuelle, les paramètres de polarité (électrode positive contre électrode négative) influencent davantage la distribution de chaleur. En soudage DC, le soudeur peut sélectionner soit Direct Current Electrode Positive (DCEP ou inverse polarité) soit Direct Current Electrode Négatif (DCEN ou droite polarité). AC alterne la polarité à la fréquence de ligne (généralement 50 ou 60 Hz), qui équilibre le chauffage mais réduit le contrôle global de l'arc. Cet article élargi décompose chaque type de courant, compare leurs caractéristiques clés et fournit des conseils pratiques sur le moment de choisir AC ou DC pour votre prochain projet de soudage par bâtonnet.

Qu'est-ce que le soudage par bâton AC?

Le soudage alternatif du courant utilise un courant qui inverse continuellement la direction, généralement 50 ou 60 fois par seconde (50/60 Hz). Chaque demi-cycle, la polarité passe de l'électrode positive à l'électrode négative. Cela signifie que pendant la moitié du temps l'électrode est positive et pour l'autre moitié, elle est négative. Le changement de polarité rapide fournit une combinaison unique d'action de nettoyage de l'arc et de distribution de chaleur qui peut être avantageuse dans certaines applications.

Caractéristiques de l'arc de la CC

Comme le courant passe régulièrement à zéro pendant le changement de polarité, l'arc tend à s'éteindre et à se régénérer à chaque demi-cycle. Cela peut rendre les arcs AC moins stables que les arcs DC, surtout lorsqu'ils utilisent des ampères plus bas ou des longueurs d'arc plus longues.

Action de nettoyage à l'oxyde

L'avantage principal de l'AC pour le soudage par bâtonnet est sa capacité à briser les oxydes de surface. Lorsque l'électrode est positive pendant une partie du cycle, un effet de nettoyage cathodique se produit, semblable à celui observé dans le soudage par TIG de l'aluminium. Cette action aide à éliminer l'oxyde d'aluminium (Al2O3) et d'autres oxydes à point de fusion élevé de la piscine de soudure.

Résistance à l'arc magnétique

AC est beaucoup moins sensible au coup d'arc magnétique que DC. Le coup d'arc survient lorsque les champs magnétiques générés par le courant de soudage interagissent avec la pièce, déviant l'arc de l'articulation de soudure prévue. C'est un problème courant lorsque le soudage se fait près des bords, dans les coins ou sur de grandes pièces ferromagnétiques. Parce que AC inverse la direction du courant plusieurs fois par seconde, les champs magnétiques s'annulent, gardant l'arc centré.

Source d'énergie et coût

Les soudeurs à bâtons AC traditionnels sont plus simples dans leur conception et moins coûteux à fabriquer que les machines à courant continu. Beaucoup de soudeurs à base de transformateurs ne produisent que des systèmes AC. Ces unités sont robustes, portables et peuvent fonctionner sur des générateurs de puissance modérée. Cependant, ils offrent moins de contrôle sur les caractéristiques de l'arc.

Qu'est-ce que le soudage par bâton DC?

Le soudage à courant direct maintient un courant constant dans une direction. Le soudeur peut choisir entre deux configurations de polarité : le DCEP (polarité inverse) où l'électrode est positive et la pièce à travailler est négative, ou le DCEN (polarité verticale) où l'électrode est négative et la pièce à travailler est positive. Le DCEP est de loin le plus commun pour le soudage à bâton, car il assure une pénétration profonde et un arc stable.

Stabilité et contrôle de l'arc

Les arcs DC sont intrinsèquement plus stables que les arcs AC. Le courant ne passe jamais à zéro, de sorte que l'arc brûle continuellement sans avoir besoin de ré-ignition chaque demi-cycle. Cela donne un arc lisse et silencieux qui est plus facile à entretenir, surtout aux ampères inférieurs. La capacité de contrôler précisément l'entrée de chaleur et la longueur de l'arc rend le soudage DC idéal pour les soudures hors-position (verticales, aériennes) et pour obtenir des profils de perles cohérents.

Profil de polarité et de pénétration

Avec le DCEP, environ deux tiers de la chaleur de l'arc est concentré à l'extrémité de l'électrode, tandis qu'un tiers entre dans la pièce. Ce chauffage à haute électrode fait fondre rapidement la tige et produit un profil de pénétration profond et étroit. Le DCEN inverse la distribution de la chaleur.

Spatter et propreté

Le soudage DC, en particulier avec le DCEP, produit beaucoup moins de éclaboussures que le soudage AC. L'arc stable réduit le transfert erratique des gouttelettes qui provoque des éclaboussures. De plus, les électrodes DC sont souvent formulées avec des revêtements cellulose ou faible hydrogène qui fonctionnent le mieux dans des conditions DC stables.

Polyvalence avec les types d'électrodes

De nombreuses électrodes à bâton de haute qualité sont conçues exclusivement pour le fonctionnement en courant continu.

  • E7018 (faible hydrogène): Nécessite le DCEP pour des propriétés mécaniques optimales et pour empêcher les fissures induites par l'hydrogène.
  • E6010 (cellulose):[ Pénétration profonde, utilisée sur les pipelines et les travaux structuraux; préfère fortement le DCEP.
  • E7024 (poudre de fer):[ Taux de dépôt élevé pour les positions planes et horizontales; généralement fonctionner en courant continu.

Alors que certains types de tiges (comme E6013 et E7014) peuvent fonctionner en courant alternatif, leurs performances sont souvent dégradées par rapport à l'opération en courant continu.

Principales différences entre le soudage AC et le soudage DC Stick

Le tableau ci-dessous résume les différences critiques, mais les explications qui suivent fournissent un contexte plus profond.

  • Stabilisation de l'arc: DC fournit un arc constant et prévisible. Les arcs AC sont moins stables en raison de la décrochage, mais peuvent être améliorés avec des onduleurs modernes.
  • Nettoyage de surface:[ AC offre l'effet de nettoyage cathodique utile pour les métaux non ferreux; DC n'offre aucun avantage de ce genre.
  • Niveau de dispersion: DC produit généralement 30 à 50% de plus de éclaboussures que l'AC dans les mêmes conditions.
  • Pénétration: DC (DCEP) donne une pénétration profonde et étroite. AC offre un profil de pénétration plus faible et plus large.
  • Caisse magnétique d'arc:[ AC est largement immunitaire; DC est très sensible, surtout aux ampères plus élevés.
  • Coût du matériel: Les soudeurs à courant alternatif sont moins chers; DC (surtout les onduleurs) coûte plus cher mais offre des performances nettement meilleures.
  • Électrode Qualité:[ De nombreuses électrodes de qualité supérieure nécessitent du courant continu; AC limite le choix de la tige.
  • Qualité de l'alimentation :[ Les machines à courant alternatif tolèrent mieux les fluctuations de tension; les machines à courant continu nécessitent une entrée plus stable.
  • Apparence de soudure:[ DC produit des perles plus lisses et plus propres; les perles CA ont tendance à être plus rugueuses avec plus d'ondulation.

Détails de stabilité de l'arc

Dans le soudage AC, l'arc doit être rétabli 100 à 120 fois par seconde. Cela crée un bruit bourdonnant et un arc de bourdonnement qui peut causer des turbulences de flaque de soudure. Les soudeurs qualifiés peuvent compenser en utilisant des arcs plus courts et des ampères plus élevés, mais les débutants luttent souvent pour maintenir une fusion cohérente.

Entrée et distorsion de chaleur

Avec DC DCEP, le chauffage à l'électrode élevé signifie que la tige fond plus rapidement, augmentant le taux de dépôt mais aussi potentiellement augmenter l'apport local de chaleur si la vitesse de déplacement n'est pas ajustée. AC distribue la chaleur plus uniformément sur les deux demi-cycles, ce qui peut entraîner une concentration de chaleur moins élevée dans le métal de base. Cela rend AC légèrement moins sujette à la distorsion sur les sections minces, mais l'échange est une fusion moins efficace de l'électrode.

Positions de soudage

DC est universellement préféré pour les positions verticalement haut (3F/3G) et en hauteur (4F/4G). L'arc stable et une meilleure commande de flaque permettent au soudeur de déposer du métal sans goutter. Le soudage AC dans ces positions est difficile parce que les interruptions d'arc font que la flaque fondue saigne. Pour les soudures à filet plat et horizontal, les deux types de courant peuvent être utilisés, mais DC donne toujours un résultat plus propre.

Quand utiliser chaque type

La décision entre AC et DC dépend du métal de base, de l'électrode disponible, de la configuration des joints et de l'endroit où le soudage a lieu.

Utiliser AC Quand

  • Soudage d'aluminium, de magnésium ou d'autres métaux non ferreux:[ L'action de nettoyage cathodique de AC aide à éliminer les couches d'oxyde tenace qui empêchent la fusion. Bien que TIG soit beaucoup plus commun pour l'aluminium, un soudeur à bâton AC avec des tiges appropriées (comme E4043) peut produire des joints acceptables pour les travaux de réparation.
  • Travailler dans des champs magnétiques élevés:[ Si vous souder près de moteurs à courant continu, d'électroaimants ou sur de grands objets en acier avec magnétisme résiduel, AC élimine le souffle à l'arc. Ceci est essentiel pour des travaux comme fixer des supports à des cadres d'équipement lourd ou réparer des rails de grue.
  • Soudure avec alimentation instable:[ Les générateurs portables produisent souvent une tension fluctuante. Les machines à courant alternatif (surtout les anciens transformateurs) sont moins sensibles aux variations de tension que les onduleurs à courant continu, qui peuvent s'arrêter ou être sous-performantes. Si vous utilisez un petit générateur loin d'une liaison de grille, le soudage par bâton AC peut être plus fiable.
  • Utilisation sensible ou occasionnelle:[ Si vous soudez seulement quelques fois par an et travaillez avec de l'acier doux à l'aide d'électrodes E6013, une machine AC-seulement peu coûteuse peut suffire.
  • Soudage Métal galvanisé (avec prudence):[ Le courant alternatif aide à vaporiser le revêtement de zinc plus uniformément, réduisant ainsi le risque de fissuration de la soudure.

Utiliser DC Quand

  • Soudage de cuves à pression, à tubes et à en acier structurale : Le travail du code exige presque exclusivement le soudage en courant continu en raison de la nécessité d'une pénétration constante, d'un faible contrôle de l'hydrogène et de propriétés mécaniques.
  • Réparations en fonte:[ Une teneur élevée en carbone dans la fonte la rend sujette à la fissuration. DC avec électrodes à base de nickel (ENi-Cl) fournit un arc stable et à faible chaleur qui réduit la contrainte thermique. AC est rarement utilisé pour la fonte.
  • Soudure hors position: Les soudures verticales et supérieures sont beaucoup plus faciles avec DC grâce au contrôle des flaques. L'arc stable permet au soudeur de congeler rapidement la flaque et de construire du métal de soudure sans dégoutter.
  • Lorsque le éclaboussure est faible est nécessaire:[ Des applications telles que le travail de finition, le soudage en tôle mince, ou lorsque le nettoyage post-soudage est coûteux profiter de éclaboussures réduites DC. Ceci est particulièrement important dans les industries de transformation alimentaire ou pharmaceutique.
  • Les tiges comme E7018 et E8018 exigent que le DCEP développe les propriétés mécaniques correctes et empêche l'embuage de l'hydrogène.Ces tiges sont obligatoires pour de nombreuses applications en acier à haute résistance.
  • Pipelines et passes de racine: La pénétration profonde de DC DCEP est idéale pour les passes de racine dans le soudage des tuyaux, assurant une pleine fusion au fond de l'articulation. Les électrodes cellulosiques (E6010) fonctionnent sur DC produisent un arc puissant qui brûle à travers la rouille et les trous serrés.

Considérations supplémentaires

Soudure dans des conditions venteuses

Les arcs AC sont plus sujets à l'instabilité dans les vents croisés parce que l'arc est déjà faible lors des passages à zéro. DC maintient l'arc stable, ce qui en fait le meilleur choix pour les environnements en panne – mais même DC ne peut pas compenser complètement si le bouclier de flux est perturbé. L'utilisation d'une rupture de vent est recommandée quel que soit le type de courant.

Stratégie de sélection des Rods

Si votre projet nécessite des tiges E6010, E7018 ou d'autres tiges de type DC, investissez dans une machine à courant continu. Si vous prévoyez seulement d'utiliser E6013 (une tige qui fonctionne raisonnablement sur AC) et qui sont sur un budget serré, AC peut fonctionner. Cependant, gardez à l'esprit que faire fonctionner une tige de type DC sur AC compromet les performances, l'arc peut être erratique, la pénétration inégale et le revêtement peut ne pas fonctionner de façon optimale.

Machines à inverser modernes

Aujourd'hui, les machines à souder à base d'onduleurs peuvent fournir une sortie AC et DC, souvent avec des commandes de fréquence réglables et de force d'arc. Ces machines vous permettent de sélectionner le meilleur type de courant pour le travail sans posséder plusieurs unités. Elles offrent également une stabilité d'arc supérieure sur AC en utilisant le démarrage haute fréquence et la forme d'onde.

Consommation d'énergie et efficacité

Les convertisseurs convertissent la puissance d'entrée en courant continu à haute fréquence avec des pertes minimes, tandis que les soudeurs CA à base de transformateur gaspillent plus d'énergie que la chaleur. Si vous utilisez fréquemment, le coût initial plus élevé d'un onduleur DC peut être compensé par des factures d'électricité plus faibles et une meilleure qualité de soudure.

Conclusion

Le choix entre AC et DC pour le soudage par bâtons répond aux exigences spécifiques de votre pièce, les électrodes disponibles, et l'environnement de travail. DC est largement préféré pour la grande majorité des travaux de soudage industriel, structurel et critique en raison de sa stabilité supérieure à l'arc, contrôle, pénétration, et compatibilité avec les électrodes haute performance. AC conserve un rôle de niche pour le soudage des métaux non ferreux comme l'aluminium, pour la lutte contre le souffle à l'arc magnétique dans des positions difficiles, et pour les amateurs soucieux du budget qui n'assemblent que de l'acier doux avec des tiges de base.

Pour les soudeurs professionnels, un onduleur moderne capable de faire des DC est un investissement judicieux qui couvre presque toutes les exigences de soudage par bâton. Pour ceux qui ont parfois besoin de caractéristiques AC, une machine multiprocess qui offre les deux types actuels offre une flexibilité maximale. Toujours correspondre à votre sélection actuelle aux recommandations du fabricant d'électrodes.

Pour plus de détails sur les fondamentaux de soudage par bâton, voir l'article Wikipedia sur SMAW.Pour plonger plus profondément dans la sélection des électrodes, consultez le Lincoln Guide électrique sur les électrodes par bâton. Pour une comparaison détaillée de AC vs DC dans le soudage sur le terrain, l'article Miller sur le soudage par bâton fournit d'excellentes perspectives pratiques.