FILS OUTERSHIELD®  À POUDRE MÉTALLIQUE


FILS OUTERSHIELD®
La gamme Outershield est une gamme de consommables développée et fabriquée par Lincoln Electric à utiliser selon le Procédé de Soudage Flux Cored Arc Welding Process (FCAW). Ce procédé de soudage semi-automatique est similaire au procédé sous gaz avec fil massif (GMAW) et demande l'utilisation d'une source de courant de soudage et d'un dévidoir adapté, complété d'une torche et d'une protection gazeuse. Les fils fourrés FCAW sont principalement utilisés en lieu et place de fils pleins et ou d'électrodes enrobées (MMA)  en raison d'une productivité accrue et d'une excellente qualité opérationnelle.
Selon le type et la composition du fourrage du fil, on peut distinguer quatre groupes principaux, où chacun a été développé pour une application spécifique.:
Type Rutile (standard ou micro-allié) pour des caractéristiques d'arc lisse, un excellent soudage et un décrassage aisé du laitier avec un bel aspect du cordon de soudage. Les fils de type CMn sont utilisés dans la construction générale et navale  pour le soudage en toute position, exemple de l'Outershield 71M-H avec protection gazeuse CO2 ou l'Outershield 71E-H récommandé avec un mélange gazeux Argon/CO2. Des éléments d'additions (1-1,5% Ni), types Outershield 81Ni-H, 81 K2-H, 550-H et 690-H sont recommandés pour des applications où la haute limite élastique et la dureté sont exigées.
Les types basique sont davantage dédiés pour les contructions plus contraintes avec d'excellentes caractéristiques mécaniques et opératoires comme pour des aciers à grains fins, exemple : Outershield T55-H.
Les fils à poudre métallique sont dédiés à augmenter les taux de dépôt, en application soudage à plat et en mode pulvérisation axiale. Ce type de fil peut aussi être utilisé sur des positions de soudage en passes de racines ou pénétration en mode court-circuit. Les fils Outershield MC 710-H et MC 715-H, sont bien connus et très reputés sur le marché. Ces fils à très faible taux de projections ne produisent aucun laitier. Le procédé de soudage est décrit comme un procédé de soudage MAG avec poudre métallique et est référencé comme procédé 138 selon les normes ISO.
Le principe du fil à poudre métallique est présenté selon les images ci-dessous. Similaire en terme de position de soudage au procédé MAG, différents angles de torche peuvent être appliqués (cependant le fil fourré rutile exige des techniques différentes)

 

​Fig. 1. Soudage MAG avec fil fourré à poudre métallique (138) Aucune décrassage de laitier..

Les techniques de soudage mises en œuvre sont pratiquement les mêmes, sauf que les fils fourrés à poudre métallique seront plus faciles à utiliser, avec un arc plus stable, un cordon de plus bel aspect et plus régulier et un très faible taux de projections. Aucune certification supplémentaire n'est requise (norme CE) pour les soudeurs MAG, une fois leurs qualifications sont aussi validées pour le soudage avec un fil fourré à poudre métallique (cf ISO 9606 Partie 1, publiée en Novembre 2013  qui remplace la norme EN287 Partie 1 laquelle deviendra obsolète en Octobre).

 

​ ​ ​ Gamme de qualification a - b
Fil utilisé sur une pièce testPlein (S)Poudre métallique (M)Fil Fourré (B)Fil Fourré (R, P, V, W, Y, Z)
Plein (S)​x​x​-​-
Poudre métallique (M)​x​x​-​-
Fil Fourré (B)​-​-​x​x
Fil Fourré (R, P, V, W, Y, Z)​-​-​-​x
a - ​ ​Abréviations : Voir 4.3.2
b - ​ ​ ​ Le type de fourrage utilisé lors de test de qualification des soudeurs pour le soudage de passe de racines sans support (latte) céramique (ss nb) est le même type de fourrage qui qualifie le soudage de passes de racines en  production ​
La Clé : x indique la nature des matériaux qui compose le fourrage et pour lequel le soudeur est qualifié / -  indique la nature des matériaux pour lesquelles le soudeur n'est pas qualifié.

 ​Fig. 2 Ré-écriture de la norme 287-1 : Qualification de Soudage MAG (135) couvre le Soudage MAG à Poudre Métallique (138)

 

FILS À POUDRE MÉTALLIQUE OUTERSHIELD® 

Le fil à poudre métallique (fil fourré) est fabriqué dans le but d'obtenir un teneur très faible en Hydrogène dans le métal deposé (HDM < 1,5 ml/100 g)  Cela réduit le risqué induit à la présence d'Hydrogène et la fissuration au minimum.

Fig 3. Le comportement dans le temps de la teneur d'Hydrogène dans le métal deposé avec les Outershield MC710-H et MC715-H après déballage. Conditions de Stockage dans l'Atelier. .

 

Les applications typiques couvrent tous types d'applications de soudage qui peuvent être effectuées avec différents modes:
Pulvérisation axiale (Spray arc) à plat, mode court-circuit (short arc) dans toutes les positions de soudage y compris les passes de racine
Soudage en mode Pulsé dans toutes les positions

Les fils Outershield à poudre métallique sont devenus très réputés grâce à des avantages particulièrs:

  • Point de fusion et le taux de depôt élevé sont le résultat de la nature "tubulaire du fil ( densité de courant plus élevée par rapport  au MAG)
  • La très haute résistance à la perte de pouvoir pénétrant ou le point de fusion, sont des inconvénients typiques lors du procédé de soudage MAG sur des tôles épaisses.
  • Profil de pénétration plus large et plus régulier.
Fig 4. Section Macro de la soudure a4 weld, position PB/2F. Outershield MC 710 – H 1,6 mm.
Fig. 5. Soudures d'angle qualifiés suite aux tests mécaniques: Outershield MC710-H (gauche); fil plein SG2 (droite)

 

Une gamme de diamètres plus large au niveau des applications:: le Ø1,4 mm est adapté pour le soudage semi-automatique, le Ø1,6mm est le diamètre le plus productif pour les applications automatisés.

Meilleurs tolérances qu'en MAG, contre la porosité causée par des contaminations ( rouille, restes de peintures,apprêt, huiles, etc.) l'apport se fait grace aux désoxydants contenus dans le fourrage.

Un arc plus visible et un mode opératoire simple permet d'accepter des tolérances plus larges sur vos préparations. 

Une soudure lisse et trés peu de projetions.

Succès garantis en robotique dû à l'absence de laitier et hautes vitesses de dévidages envisageables.

 

Fig. 6. Soudure d'angle qualifiées en robotique avec l'Outershield 710-H Ø 1,2 mm.  Courbe de courant: Rapid Arc, 24V, 280 A, TS-2,7 m/min, gaz de protection Ar/CO2 90/10.

Les applications les plus populaires sont les passes de remplissage et de revêtement dans les positions PA/1G et PC/2G ainsi que les soudures d'angle dans la position PB/2F. Le Fer et les alliages de fer en poudres métalliques sont les composants principaux du fourrage, ce qui signifie qu'ils sont résistants à la reprise d'humidité. Le fourrage contient des désoxydants en petites quantités, c'est pour cette raison que ces fils sont très résistants à la porosité lors du soudage d'aciers contaminés(apprêtés, huileux…).

​Fig. 7. Soudures d'Angle sur acier appretê: Outershield MC710-H 1,2 mm

 

Le mélange gazeux de protection le plus courant est l'Argon (Ar/CO2 80/20, Ar/CO2 90/10, trois compositions différentes), toutefois certains types de fils sont conçus pour fonctionner aussi avec un gaz 100% CO2 (MC Outershield 710C-H). Aucun laitier est minimale, au mieux quelques îlots de silicate,les soudures sont très similaires aux soudures avec du fil plein. 
Les applications les plus populaires avec des fils à poudre métallique Outershield® sont:
-  Fabrications Acier,
-  Constructions TP
  Construction Navale 
- Automobile et soudage robotique,
-  Constructions Offshore

INFORMATIONS CATALOGUES

La gamme des fils à poudre métallique Lincoln Electric  comprend

 

PERFORMANCE DES FILS FOURRES À POUDRE MÉTALLIQUE OUTERSHIELD®

La densité de courant est le facteur principal qui détermine le point de fusion, le taux de dépôt (kg/h),  la pénétration et la résistance contre l'absence de fusion. L'illustration schématique des électrodes présentées sur le tableau ci-dessus permet de comprendre les avantages indéniables des fils fourrés à poudre métallique. Ces avantages sont lies à la haute densité de courant, qui s'exprime par le ratio du courant électrique appliqué à la surface de l'enveloppe du fil ou tubulure. Le courant de soudage passe au travers de l'enveloppe du fil (tubulure) en raison de sa résistance électrique (la résistance de l'acier étant plus faible que le fourrage de poudre métallique).

​Fig.8. Section Transversale: Illustration-schéma d'une section de fil fourré et fil plein.

Le même courant passe au travers des surfaces transversales plus petites en fil fourré qu'en soudage MAG avec fil plein, c'est pour cette raison que les FCW (fils fourrés) ont la capacité d'accepter une densité de courant plus élevée pour une même vitesse  de dévidage. Grâce à  cela, on peut utiliser des courants de soudage les plus faibles pour  obtenir la même productivité (par rapport au soudage MAG avec fils pleins).  
Il est fondamentale de travailler avec le diamètre le plus adéquate pour obtenir la meilleure productivité du procédé. Les fils fourrés à poudre métallique Ø1,2 délivrent un taux de dépôt accrue pour des intensités plus faibles; ils sont aussi largement utilisés sur les tôles les plus minces et fonctionnent également très bien avec de bas paramètres. Pour les fils Ø1,4mm et Ø1,6mm nous récommandons  l'utilisation des générateurs avec une intensité de courant plus élevée (>280-300A) pour obtenir l'efficace maximale dans le procédé.

Les courbes des taux de dépôt pour les fils fourrés (à poudre métallique)  Ø1,2, Ø1,4 et Ø1,6 sont indiqués sur la figure. 5 (la ligne bleu répresente le taux de dépôt typique du fil plein Ø1,2)

​Fig. 9. Taux de dépôts pour les fils Outershield (poudre métallique) diam. 1,2; 1,4 et 1,6 mm (MC 700, MC 710, MC 715)

 

 En soudage semi-automatique, les fils fourrés de Ø1,4mm délivrent un rendement exceptionnel face au fil plein de 1,2 mm. Le Ø1,6 mm fonctionnera  encore mieux en application robotique, mais il s'utilise également en soudage semi-automatique sur de la forte épaisseur.
Le choix du diamètre de fil le mieux adapté à sa fabrication est le facteur majeur pour gagner en productivité. Un exemple plus spécifique est mentionné dans l'annexe 1, où il est indiqué le coût total d'un soudage d'angle a5, après avoir soudé avec nombreux diamètres. Face aux fils pleins, les fils fourrés à poudre métallique offrent une qualité et productivité accrues et permettent la réduction du coût total de soudage.

RÉSUMÉ

Le procédé de soudage "Gas metal arc" avec fils fourrés à poudre métallique est un procédé très facile à contrôler, avec un arc plus indulgent, un cordon de soudage plus régulier, un très faible risque de défauts, une tolérance supérieure contre les contaminations de surface et peu exigeant à la préparation du joint. Les avantages sont liés à la nature "Tubulaire" du fil et des composants du flux. Aucune certification supplementaire pour les soudeurs MAG. Les fils fourrés fonctionnent très bien en mode pulvérisation axiale et mode court circuit. Utilisés avec des générateurs dédiés, (tels que Powertec, CV, DC, Flextec, Speedtec) ils conservent un sérieux avantage sur les fils pleins en soudage contrôlé (pulsé, precision pulsé, RapidArc, RapidX sur  générations Speedtec SP et Power Wave). Le choix du diamètre le plus adapté, permet d'obtenir une productivité et une qualité accrue avec une réduction notoire des coûts de soudage. 
L'offre de Lincoln Electric pour les fils Outershield®  à poudre métallique couvre presque tous les types  de matériaux de base utilisés dans la fabrication acier, construction TP, construction navale, industrie automobile et soudage robotique et constructions offshore.

 Annexe 1. Calcul pour le coût de soudage pour les fils (à poudre métallique)  Ø1,2 1,4 et 1,6 mm 
Conditions utilisées pour le calcul:
- Soudage a5, surépaisseur -  20%
- Longueur du soudage: 10 m
-  Gaz de protection Ar/CO2 80/20

 

Annexe 2. Paramètres d'amorçage récommandés pour le fil fourré à poudre métallique 1,2

  

Analyse quantitative et Qualitative sur le soudage des tôles ép. 10 mm avec les procédés 135, 136, 138 en position PB présentée pendant le Seminaire sur la Construction métallique,  chez Lincoln Electric Poland, 24-26 Novembre 2010 par Waldemar Radomski, Académie Minière et Métallurgie, Cracovie, Pologne.