Le rôle critique de la mise à l'eau dans la sécurité et la performance de la soudure de projection

Le soudage par projection, une variation de la résistance au soudage, est largement utilisé dans la fabrication à grande quantité pour joindre les pièces métalliques avec précision et rapidité. Le procédé repose sur un courant électrique contrôlé avec précision pour créer de la chaleur lors de projections préformées sur des pièces de travail, les fusionnant sous pression. Bien que les principes fondamentaux soient bien compris, l'importance d'une mise à la terre électrique adéquate est souvent sous-estimée ou négligée.

Comprendre le terrain dans le contexte du soudage par projection

La mise à la terre électrique, sous sa forme la plus simple, est le raccordement intentionnel d'un circuit ou d'un équipement électrique à la terre par un chemin de faible impédance. Dans le soudage par projection, la mise à la terre sert deux objectifs principaux : safety (protection du personnel) et performance[ (stabilité du processus).

Principes physiques

Chaque machine à souder à projection a un circuit électrique qui comprend un transformateur, des câbles de soudage, des électrodes et la pièce à usiner. Une connexion au sol efficace garantit que le cadre de la machine et toutes les pièces conductrices accessibles restent à zéro potentiel par rapport à la terre. Ceci est obtenu en reliant le châssis de la machine à un système d'électrode de mise à la terre (courbe de terre, acier de construction ou grille enterrée).

En plus de la sécurité du personnel, la mise à la terre influence le circuit de soudage lui-même. La trajectoire de retour du courant de soudage passe normalement par la pièce à usiner et l'électrode inférieure. Si le système de mise à la terre est compromis, les courants errants peuvent traverser les roulements de machines, les lignes hydrauliques ou les boucliers de câbles, créant des arcs non intentionnels et causant une usure prématurée.

Incidences sur la sécurité d'un ancrage approprié

La principale raison de la mise à la terre de tout équipement électrique est la protection contre les chocs électriques. Les machines à souder les projections fonctionnent à une tension relativement basse (généralement de 2 à 20 volts dans la zone de soudure) mais à un courant extrêmement élevé. Bien que la tension de soudage elle-même ne soit pas mortelle, le côté primaire du transformateur et les circuits de commande fonctionnent à une tension de ligne (208, 480 ou 600 V AC).

Protection contre les fautes au sol

Les installations modernes de soudage devraient intégrer des interrupteurs de circuit de défaillance au sol (GFCI) ou des équipements de surveillance des défaillances au sol. Les GFCI détectent des déséquilibres mineurs entre le courant qui s'écoule vers la tête de soudage et qui revient de celle-ci. Si une petite quantité de courant (généralement 5 mA ou plus) est détournée par un chemin non intentionnel, le GFCI ouvre le circuit en millisecondes, empêchant ainsi l'électrocution.

Risque d'incendie et d'incendie

Si une connexion au sol lâche ou corrodée développe une résistance élevée, l'énergie qui s'écoule normalement au sol peut alors s'écouler sur cette connexion, générant une chaleur intense et du métal fondu. Cela non seulement présente un danger de brûlure pour le personnel voisin, mais peut enflammer des matériaux inflammables tels que le fluide hydraulique, les lubrifiants ou la poussière.

Comment la mise en terre affecte la qualité des soudures et le rendement des procédés

Au-delà de la sécurité, la mise à la terre a un impact direct sur la cohérence et la qualité des soudures de projection. Le courant de soudage doit circuler précisément à travers les points de contact prévus de projection à projection. Tout détournement du courant par des chemins parallèles, causé par une mauvaise mise à la terre, réduira la densité du courant à l'interface de soudure, conduisant à des pépites de soudure sous-dimensionnées ou faibles.

Voie actuelle et bilan thermique

En cas de soudage par projection, la pièce est généralement en contact avec les électrodes supérieures et inférieures. L'électrode inférieure est souvent reliée au cadre de la machine, qui doit être au sol. Si la connexion du sol du cadre de la machine à la pièce est très rigide, le courant de soudage peut se répandre partiellement dans l'acier de la machine, par paliers ou par des tuyaux de refroidissement.

Vie et expulsion des électrodes

La vie des électrodes est un facteur économique critique dans le soudage par projection. La mauvaise mise à la terre peut causer une répartition inégale du courant entre les projections multiples, entraînant la surchauffe de certaines soudures (en entraînant l'expulsion) tandis que d'autres sont sous-chauffées (en provoquant des soudures froides).

Suivi et rétroaction

De nombreux systèmes modernes de soudage par projection utilisent un contrôle de rétroaction pour ajuster les paramètres de soudure en temps réel. Les capteurs surveillent le courant secondaire, la tension et parfois le déplacement des électrodes. Ces capteurs dépendent d'une référence de sol stable. Un sol flottant ou bruyant peut introduire des erreurs de mesure, ce qui entraîne une surcompensation ou une compensation du système de contrôle.

Meilleures pratiques pour la mise à la terre dans le soudage par projection

La mise en place d'un système de mise à la terre robuste exige une attention particulière à la conception, à l'installation et à l'entretien.

Taille du câble et du conducteur

Les conducteurs de mise à la terre doivent être dimensionnés pour transporter le courant de défaillance sans surchauffe. Le National Electrical Code (NFPA 70) spécifie des dimensions minimales basées sur la notation des dispositifs de protection des surcourants. Pour les machines de soudage à projection, le conducteur de mise à la terre de l'équipement doit être d'au moins une taille plus grande que les conducteurs de circuits de branche si la machine tire plus de 60 ampères.

Plusieurs points de mise à la terre

La mise à la terre à simple point n'est pas suffisante pour les grands systèmes de soudage. Les courants élevés peuvent circuler à travers la terre ou l'acier de construction, créant des boucles de terre. Il faut plutôt utiliser un système de mise à la terre à étoile ou à grille.

Emplacement et propreté

Les raccords au sol doivent être faits pour nettoyer les surfaces métalliques nues. Les films de rouille, de peinture, de graisse ou d'oxyde augmentent considérablement la résistance au contact. Utilisez l'acier inoxydable ou les bouchons en cuivre étamé et boulonnez-les solidement au cadre, en appliquant un composé anti-oxydant.

Inspection et essais réguliers

Un système de mise à la terre n'est qu'aussi bon que son entretien. Vérifier toutes les connexions au sol au moins trimestriellement, ou plus souvent dans des environnements sales ou corrosifs (p. ex., près de réservoirs de décapage, bains de plaquage ou installations extérieures). Tester la résistance au sol à l'aide d'un testeur de résistance au sol à pince ou d'une méthode de chute de potentiel.

Erreurs communes de base qui compromettent la sécurité et la qualité

Même les techniciens expérimentés tombent parfois dans ces pièges. L'éviter est essentiel pour une opération de soudage sûre et efficace.

  • Utiliser le câble de soudage comme un conducteur de terre Le câble de soudage fait partie du circuit secondaire; il ne s'agit pas d'un sol de sécurité.
  • Les joints, charnières ou contacts coulissants boulonnés peuvent introduire une résistance élevée. Toujours utiliser des attaches de mise à la terre dédiées sur les parties fixes du cadre.
  • Les câbles de terre à rainure à côté de câbles de soudage à courant élevé pour de longues distances. L'induction mutuelle peut induire du bruit et des tensions sur le chemin de terre.
  • Profiter de la peinture ou de la corrosion sur les surfaces du sol. De nombreux fabricants peignent entièrement les cadres des machines.
  • Négligence du système de refroidissement par eau. Les tuyaux de refroidissement avec tressage métallique ou les tuyaux peuvent être sous tension si le courant de soudage passe à travers eux.
  • Surplombant le sol du système de manutention des pièces. Dans les lignes automatisées, les robots, les platines ou les convoyeurs doivent être mis à la terre. Autrement, la pièce peut flotter électriquement, provoquant un flux de courant erratique et un risque de choc accru.

Normes et conformité réglementaire

Plusieurs normes régissent la mise à la terre des produits électriques dans les applications de soudage industriel. La conformité n'est pas facultative et est souvent exigée par les transporteurs d'assurance et les régulateurs de sécurité.

OSHA 29 CFR 1910 Sous-partie Q

L'Occupational Safety and Health Administration (OSHA) prévoit des règlements pour le soudage, la découpe et le brasage. 1910.255 traite spécifiquement du soudage par résistance. Il exige que tout le matériel de soudage par résistance soit mis à la terre comme indiqué dans la NFPA 70.

NFPA 70 (Code national de l ' électricité)

L'article 630 de la NEC couvre les équipements de soudage électrique, qui précisent les exigences de mise à la terre, les dimensions des conducteurs et les méthodes de collage.

ANSI Z49.1

La norme nationale américaine pour la sécurité des procédés de soudage, de découpe et d'assemblage couvre également la sécurité électrique. Elle souligne que la mise à la terre doit être conforme à la NEC et que toutes les machines de soudage doivent être munies d'un terminal au sol clairement marqué.

ISO 13850 et normes spécifiques à l'industrie

Pour la fabrication automobile (souvent un utilisateur important de soudage par projection), des normes comme ISO 13850 (arrêt d'urgence) et des normes automobiles internes (par exemple Ford, GM) nécessitent une mise à la terre adéquate dans le cadre de la sécurité générale des machines.

Considérations avancées en matière de base pour le soudage automatisé de projections

À mesure que la fabrication se dirige vers l'industrie 4.0, les cellules de soudage à projection deviennent plus complexes. La robotique, les systèmes de vision et l'acquisition de données ajoutent davantage d'équipement électronique sensible au bruit au sol.

Mise à la terre pour les cellules de soudage robotique

Les cellules de soudage à projection robotique ont souvent un pistolet à souder mobile sur un bras robot. La connexion au sol du pistolet au cadre doit être flexible et robuste. Un câble en cuivre ou un câble à brins haute-flexe est utilisé, mais il doit être assez grand pour gérer les courants de défaillance potentiels. De plus, la base du robot doit être mise à la terre à la même référence que le contrôleur de soudure.

Systèmes de surveillance des défaillances au sol

Les installations avancées utilisent des moniteurs de défaillance au sol (GFM) qui mesurent en continu le courant de fuite au sol. Si un seuil est dépassé, une alarme est déclenchée ou la machine est automatiquement arrêtée. Ces dispositifs peuvent distinguer entre les fuites capacitives normales (des filtres, de la capacité de câbles) et les fuites résistives dangereuses (de la panne d'isolation).

Mesures d'atténuation de l'IMI/RFI

La mise à la terre de l'enceinte et le filtrage des câbles réduisent les interférences électromagnétiques (IMM) qui peuvent affecter les systèmes de commande. L'American Welding Society (AWS) fournit des conseils sur les pratiques de blindage et de mise à la terre de ces équipements. L'utilisation de carottes de ferrite, le câblage blindé pour les fils de signal et le routage des fils au sol séparément des fils de puissance sont des techniques courantes.

Conclusion

De la protection du personnel contre les chocs mortels à la garantie que le courant de soudure coule exactement là où cela est prévu, un système de mise à la terre bien conçu et bien entretenu est l'épine dorsale invisible d'un processus de soudure fiable. Investir dans la compréhension des principes électriques, suivre les meilleures pratiques pour l'installation et l'inspection, et rester à jour avec les normes pertinentes, paiera des dividendes en réduisant les temps d'arrêt, en allongeant la durée de vie de l'équipement et en améliorant la qualité des produits.