Les bases du procédé FCAW-S: Rapide, aucune bouteille de gaz n'est requise.


Bases FCAW-S: Rapide, aucune bouteille de Gaz nécessaire
Le procédé sans gaz n'est pas usuellement le premier procédé étudié par les soudeurs, mais peut être l'un des plus efficaces

par Tom Myers and Frank Dragolich, Jr.


Le fil fourré Sans gaz (FCAW-S) est le fil multitâches dans l'industrie. Le fil fourré produit immédiatement son propre gaz de protection, afin de protéger l'arc de l'air ambiant et des contaminants de l'acier, le métal déposé répond aux exigences structurelles et forme un laitier de maintien très rapidement sur le métal soudé.

Le procédé FCAW-S est le procédé plus approchant du soudage à l'arc (SMAW), électrode enrobé, et tout de même moins proche d'autres procédés qui nécessitent l'utilisation de gaz de protection. Les soudeurs les plus expérimentés avec le procédé SMAW, maîtrisent rapidement le procédé FCAW-S alors que pour ceux qui ne connaissent que le procédé (GMAW) court-circuit, l'apprentissage peut être plus long

Les procédés tels que SMAW, FCAW-S n'utilisent aucun gaz, il sont donc recommandés et plus pratiques pour des utilisations extérieures (voir Images 1 et 2). Cependant et au contraire du SMAW, le fil fourré sans gaz propose des niveaux de productivité beaucoup plus élevés. Les taux de dépôts sont équivalents et dans certains cas, dépassent ceux-ci obtenus avec les procédés nécessitant un gaz de protection. Avec des électrodes E6010 et E6013, le soudeur peut déposer entre 4 à 6 Kg de métal par heure. Avec des électrodes tels que E7018, cela peut grimper jusqu'à 9/10 Kg par heure. Alors que, avec le procédé FCAW-S, le soudeur peut déposer jusqu'à 17 Kg par heure, hors position (autrement dit à plat et horizontal) et plus de 26 kg par heure en position descendante selon le fil utilisé. En fait, les soudeurs qui utilisent certains fils, à l'aide de procédures de Stickout (longueur de fil sorti) spécifiques, peuvent déposer plus de 40 Kg de métal par heure.

 FCAW-S Basics: Fast, no gas cylinders required

 Image 1: Le Fil fourré pour soudage à l'arc sans gaz est souvent utilisé hors position.

 FCAW-S Basics: No Gas Cylinders Required

Image 2: Ne nécessitent pas de bouteilles de gaz, le FCAW-S est souvent utilisé sur chantier, à l'extérieur, comme une alternative plus rapide au SMAW.

 

 

 

 

 

 

Bases Procédés
GMAW (MIG/MAG) et la grande majorité des fils fourrés avec gaz (FCAW-G) soudent mieux en courant continu, polarité positive (DC+). Par contre, la polarité recommandée ou la plus stable pour le FCAW-S, dépend surtout des élements de base (stabilisateurs d'arc) de chaque fil. La plupart des fils FCAW-S fonctionnent le mieux dans une polarité courant-continu électrode-négative (DC-), mais quelqu'uns sont plus stables avec le DC+.

Avec le GMAW, l'utilisation de galets d'entraînement avec une gorge en V favorise les dévidages de fils plein (massif) jusqu'à la torche de soudage. Malheureusement, la finesse des gorges en V sur les galets d'entraînement peut déformer les fils fourrés. Pour obtenir la même force de poussée sans serrer trop de pression sur les galets, le fil FCAW-S nécessite des galets d'entraînement à gorge en V-moletée pour un bon contact du fil, de fait la force de poussés sera sans déformation pour le fil.

Remarque, si vous changez vers le procédé GMAW après le procédé FCAW, assurez-vous d'adapter vos galets d'entraînement sur votre dévidoir avec des gorges en V lisse. Les galets d'entraînement moletés peuvent piquer le revêtement cuivré des fils pleins GMAW et amener le cuivrage à s'éffriter. Ce problème n'est pas toujours prononcé, mais peut être néanmoins un motif de préoccupation.


Réglage de la Tension
Tous les fils fourrés sans gaz sont sensibles aux variations de tension et nécessitent l'utilisation d'une source de courant (générateur) à tension constante (CV) pour une bonne stabilité à l'arc. Selon l'application, les procédés sans gaz peuvent vous donner une opportunité plus large sur les règlages de la tension et vous apporter des résultats encore plus satisfaisants. Cependant, avec le FCAW-S, vous devez régler la tension correspondante pour le travail à accomplir.

Avec le procédé sans gaz, au moment où l'arc s'allume, aucun intervenant extérieur entre le bain de fusion et l'air ambiant, juste le laitier et les gaz de protection produits intérieurement. Une tension plus élevée que nécessaire fait croître la longueur de l'arc et par conséquence élargie le cône de l'arc ou la largeur de l'arc. Cet arc élargi est plus exposé à l'atmosphère. La longueur correcte de l'arc est absolument essentielle et la tension constante (CV) aide à maintenir cette longueur de l'arc.

Remarquez que le bain de fusion, lorsqu'il est exposé à l'air (qui comprend 79% d'azote, 20% d'oxygène et un 1% d'autres éléments) absorbe naturellement l'azote et l'oxygène. Si parmis certains de ces éléments absorbés (gaz) qui s'échappent dès lors que le métal commence à se solidifier, cela laisse des trous excessifs (porosités). Les gaz qui restent piégés, rendent le métal très fragile et les caractéristiques mécaniques sont très mauvaises. Le bain de fusion doit être protégé de l'atmosphère jusqu'à sa solidification. Ces faits fondamentaux ne changent jamais, indépendamment du procédé que vous choisissez.

Imaginez maintenant qu'une goutte du bain de fusion se détache du fil FCAW-S. Une couche très fine du laitier se forme presque immédiatement autour d'elle. Dans la base du fil se trouvent des élements qui se combinent chimiquement avec l'azote et l'oxygène (tels que dénitrifiants et désoxydants) et qui les tirent dans le laitier, ne permettant ainsi, son absortion dans le métal de fusion. D'autres gaz sont produits, tels que dioxyde de carbone comme sous-produits qui sont effet une réaction chimique de l'arc, qui aide au dégazage. Les deux systèmes protégent la goutte du métal jusqu' au bain de fusion

Plus l'arc sera long, plus les gouttelettes devronts se déplacer et plus longue sera aussi l'exposition à l'azote, oxygène et autres impuretés atmosphèriques Si celui-là est trop important pour les solutions avec protection gazeuse, l'excédant será absorbé par le métal déposé. Ces impuretés influencent les résultats des caractéristiques mécaniques, y compris les valeurs de résilence Un test Charpy-V devrait informer de cette situation très clairement. Lorsque la quantité d'impuretés arrive à un certain point, vous obtenez de la porosité. En attendant, une tension faible crée un arc très court. Cela provoque un collage du fil sur la tôle et peut produire un espèce de cordon froid et de mauvaise qualité.

Les fils fourrés forment usuellement un trés petit laitier à l'extrémité du fil après chaque soudage. Le laitier fontionnera comme un isolant et empêchera le bon contact électrique au moment du redémarrage. Afin d'assurer un bon amorçage, l'extrémité du fil devra être correctement cassé (ce qui peut arriver pour certain fils basiques) ou coupé de manière lisse.

Assurez-vous que la longueur du fil (stickout) est correcte. La longueur de fil sorti doit être de l'ordre de 19 mm à 26mm entre l'extrémité du tube contact et le point d'impact sur la tôle à souder pour les procédes de soudage standard, parfois jusqu'à 95mm pour obtenir un taux de dépôt élevé en position descendante. La longueur de l'arc tout comme la longueur de fil sorti (stickout) sont également critiques. La longueur d'arc devra être maintenue constante à ± 3mm, afin de garantir une bonne stabilité de l'arc. Une longueur de fil importante, produira un arc court et instable avec une projection excessive, tandis qu'une longueur de fil trop courte peut être la cause d'un arc excessivement long et favorise l'entrée des impuretés de l'atmosphère.

Très importante: Ne jamais travailler en poussant. Cela ne représente pas le court circuit du GMAW. Le procédé sans gaz utilise le laitier , ce qui vous permet de suivre l'ancienne régle: Pousser le gaz, tirer le laitier La mise en place de la torche dans un legér drag angle maintien le laitier derrière l'arc. Lors de l'inclinaison de la torche sur l'avant, le laitier en fusion est poussé ou forcé vers l'avant du bain de fusion, ceci accroît le phénomène de roulage du cordon sur l'avant du bain et donc à éviter car le laitier risque de se faire piéger en dessous.


Spécifications hors position
Le choix fil a utiliser est important et peut apporter de grandes différences dans les taux de dépôt et d'une manière générale dans les caractéristiques chimiques et mécaniques. Fils classifiés AWS E71T-8 ces fils sont excellents en toutes les positions avec polarité courant-continu, électrode-negative (DC-) tous les résultats métallurgiques sont similaires, mais regroupés au-dessous la classification AWS, nous rencontrons des différences selon les fils avec leurs propres particularités.

Les principales differences ont comme origine les systèmes de laitier du fil. Ceux-ci proviennent de matériaux qui réagissent chimiquement avec d'autres éléments et qui se solidifient rapidement avant le bain de fusion et montent en surface afin de protéger le métal en fusion de l'atmosphère (voirImage 3). Certains fils de soudage sont plus basiques, donc le laitier se base sur un système fluorure, identique à ce que l'on retrouve avec des électrodes SMAW tels que les E7018. Certains autres ont un système plus acide, qui réagit chimiquement et se solidifie plus rapidement, permettant aux soudeurs d'atteindre des taux de dépôt de 17 Kg par heure hors position. (Pour en savoir plus sur la méthode du laitier, voir Dossier technique: Idées sur la chimie du Laitier ci-dessous.)

Dossier Technique: Idées sur les chimies du Laitier
La méthode du laitier des fils fourrés à l'arc sans gaz, sont uniques. Ils utilisent principalement un système désoxydation d'aluminium-magnésium et dénitruration.. Ces éléments entrent dans le bain de fusion et forment un l'oxide d'aluminium et l'oxide de magnésium, deux composants avec des temperatures élevées de fusion. Combiner ceux-ci avec des éléments de fusion à faible température dans le flux et vous obtiendrez un système de laitier efficace. Les éléments du laitier l'oxide d'aluminium et l'oxide de magnésium se sont les premiers à fondre et flottent en surface du bain de fusion, protégeant le procédé des contaminations atmosphériques.

Le procédé FCAW-s tolère largement l'azote et le système du laitier rend cela possible. Les molécules d'aluminium et de magnésium attirent des atomes d'azote, qui se mettent en contact pour former les oxydes d'aluminium et de magnésium. Ces composants à point de fusion élevé (solidification rapide) et légers, flottent à la surface du métal très rapidement. En effet, le système du laitier transforme l'oxygène et l'azote contaminants potentielsen composés chimiques dédiés à protéger le métal.

De nombreux fils FCAW-S utilisent deux types de systèmes de laitier: basique et acide. Dans les systèmes basiques, le fluorure de calcium combine avec les composés d'aluminium et magnésium, créeant un système qui ressemble au laitier produit lors du soudage avec certaines électrodes,comme les E7018. Par contre, dans le cas des systèmes acides, ceux-ci utilisent l'oxide de fer au lieu du fluorure de calcium.

Les systèmes basiques ont une excellente réaction au niveau du nettoyage et ont tendance à être mieux adaptés pour des applications de construction des plus critiques, répondant aux exigences à de faibles températures et autres conditons rigoureuses telles que les caractéristiques mécaniques. Les systèmes acides favorisent un soudage lisse et rapide.

La raison provient du fait de la réaction des éléments acides et basiques combiné aux autres éléments métalliques. Au final, ce qui est vraiment important, se sont les réactions chimiques et la facilité à laquelles elles se produisent. Pendant le soudage, les molécules sont ionisés, ce qui signifie que les atomes laissent certaines molécules et se mettent en contact avec d'autres et les systèmes particuliers du laitier, exigent différents niveaux de chaleur pour accomplir cela. Dans les systèmes de fluor, un niveau élevé de chaleur cause la rupture des molécules avec le but de former des liaisons de fluor. Pourtant, il ne capture pas autant de chaleur pour rompre les molécules acides d'oxides de fer. La réaction rapide, aboutit dans la solidification du laitier et et interfère aussi à l'augmentation du taux de dépôt.

FCAW-S Basics: No Gas Cylinders Required

Image 3: Le fil fourré sans gaz, délivre du laitier (revêtement extérieur dédié à protéger la soudure), couvrant le bain de fusion comprenant les agents fondants. C'est presque comme une électrode enrobée inversée.

La technique dépend de la marque du fil; pour des conseils spécifiques, consultez le fabricant. La technique varie également en fonction du matériau de base et de l'application, mais vous pouvez compter sur de nombreuses caractéristiques générales différentes lors de l'utilisation des fils spéciaux.

Par exemple , considerez deux versions du E71T-8, appelé, Innershield® NR-203MP ou NR-203 Nickel (1%), qui fonctionne avec un système basique (non-acide). Le soudage avec les fils NR-203 ressemble à l'électrode E7018, cependant les fils de soudage offrent des taux de dépôts plus élevés et suppriment les arrêts pour le changement de baguettes. Les fils peuvent être utilisés dans toutes les positions, passe de racine - remplissage avec de bonne propriétés d'impact à basse température. De plus, ils peuvent être utilisés en position vertical-descendante.

Lors du soudage en position utiliser la technique de soudage en "sapin" avec le NR203. Dirigez le fil au point d'impact du soudage et faites une légère pauseafin d'obtenir une bonne pénétration et permettre au laitier de se former, ensuite déplacez rapidement le fil en transverse du soudage, puis marquer une nouvelle pause sur le bord opposé. S'attarder trop longtemps au centre délivre un dépôt de métal superflux et produit une forme trop arrondie qui non seulement affaiblit les caractéristiques mécaniques, mais favorise des points sensibles aux défauts.

Toujours s'assurer d'une bonne maîtrise du bain de fusion. Ce type de technique une pause aux extrémités du joint avec un déplacement rapide d'un côté à l'autre du soudagepermet au metal en fusion de se "nettoyer" sur chaque bord. La pause momentanée sur l'un des bords, permet au laitier de solidifier sur le bord opposé. Par comparaison avec d'autres fils fourrés sans gaz, le NR-203 utilise un laitier, qui contient une quantité limitée de métal, c'est pour cette raison, que vous pouvez déposer 2 à 3Kg de métal de plus par heure et plus rapidement en regard de procédés avec des électrodes enrobées, mais plus lentement que d'autres fils sans gaz.

Cela englobe les fils NR-232 et NR-233. Ces fils ont un système acido-basique qui réagit rapidement dans le bain de fusion et produit un laitier lourd, permettant des taux de dépôt de 3 à 3,5Kg/heure hors position.

Au contraire du NR-203, où vous veillez scrupuleusement au bain de fusion, avec les NR-232 et les NR-233, vous vous concentrez sur la solidification du laitier qui se forme en arrière au bain. Au lieu d'un mouvement en "sapin" traditionnel, utilisez un déplacement latéral avec un mouvement léger. Si la solidification du laitier n'est pas en ligne, vous devez prendre des mesures correctives. Par exemple, si la ligne du laitier est plus basse par rapport à la gauche, déplacez la torche légèrement vers la gauche afin d'equilibrer la ligne du laitier et continuez avec la technique mouvement-lisse jusqu'au rétablissement. Lors du soudage en verticale-montante, imaginez que vous construisez un étagère métallique, où vous empilez les cordons de soudage les uns sur les autres.

La vitesse à laquelle où vous pilez déterminera votre vitesse de votre soudage. Si vous vous déplacez trop rapidement et placez l'arc légèrement au-delà du bain de fusion, le fil aura la tendance à creuser dans la tôle et peut-être à passer au travers.

Le contrôle de la chaleur est critique, aussi comme tout procédé CV vous pouvez maitriser cela en jouant sur votre longueur de fil sorti (stickout). Si par exemple vous soudez en verticale montante et que vous sentez avec du fil NR-232 que le fil est un peu trop chaud il risque de commencer à passer au travers de la tôle. Dans ce cas, vous devez ajouter un peu de stickout, l'ampérage va diminuer et les gouttes de fusion seront plus facilement contrôlables. Vice versa, si le process est plus froid et que votre pénétration n'est pas suffisante, diminuez un peu le stickout, cela augmentera l'ampérage et apportera davantage de chaleur et de fluidité au bain.


Flexible, Mobile, et Efficace
Dans un pays cherchant à améliorer son rendement, le procédé FCAW-S est devenu le process de choix pour beaucoup. Facilement mobile il peut résister à des environnements sérieux et très difficiles, en combinant l'efficacité du procédé semi-automatique et la flexibilité des procédés SMAW. Ce n'est pas usuellement le premier procédé étudié par les soudeurs, mais quand il est approfondi, le FCAW-S peut être l'un des plus efficaces.

 

Tom Myers est un Ingénieur d'Applications Senior et Frank Dragolich, Jr., est un Technicien d'Applications chez Lincoln Electric Co., 22801 St. Clair Ave., Cleveland, OH 44117, 216-481-8100.

 

Information par Lincoln Electric Co