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Comment choisir ses électrodes de soudure à l'arc

Nada Iddouch
14 Fev, 2025
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Le soudage à l'arc est une technique largement utilisée pour assembler divers métaux, offrant robustesse et durabilité aux structures réalisées. Le choix des électrodes est une étape cruciale pour garantir la qualité et la solidité des soudures. Une électrode inadaptée peut entraîner des défauts, compromettant l'intégrité de l'assemblage. Cet article vise à guider les soudeurs, qu'ils soient débutants ou expérimentés, dans le processus de sélection des électrodes appropriées en fonction des matériaux, des positions de soudage et des conditions spécifiques de chaque projet.

I. Comprendre la composition et le rôle des électrodes

Une électrode de soudure est composée de deux éléments principaux :

- L'âme métallique : cœur de l'électrode, généralement constitué du même matériau que les pièces à assembler.

- L'enrobage : couche externe qui entoure l'âme, jouant plusieurs rôles essentiels :

* Conduction électrique : facilite l'amorçage de l'arc électrique.

* Protection de l'arc : crée une atmosphère protectrice autour de l'arc, empêchant l'oxydation du bain de fusion.

* Orientation de l'arc : aide à diriger l'arc en fonction de la position de soudage.

* Formation du laitier : en fondant, l'enrobage forme une couche protectrice appelée laitier, qui recouvre le cordon de soudure et le protège pendant le refroidissement.

La composition de l'enrobage influence directement les propriétés mécaniques de la soudure, la stabilité de l'arc et la facilité d'utilisation de l'électrode.

II. Les différents types d'enrobages et leurs applications

Lors du choix des électrodes de soudage, il est essentiel de comprendre les différents types d'enrobages, leurs caractéristiques et leurs applications. Les électrodes les plus courantes sont les électrodes rutiles, basiques et inoxydables. Chacune d'elles possède des propriétés distinctes qui influencent la qualité du soudage.

1. Électrodes Rutiles

Les électrodes rutiles sont les plus couramment utilisées en raison de leur facilité d'utilisation et de leur polyvalence. Elles sont composées d'un enrobage à base de dioxyde de titane, ce qui leur confère une excellente stabilité d'arc.

Ces électrodes sont particulièrement appréciées pour leur facilité d'amorçage et leur adaptabilité à toutes les positions de soudage, sauf la position descendante. Elles produisent un bain de fusion fluide qui simplifie leur utilisation, même pour les soudeurs moins expérimentés.

Elles sont idéales pour les travaux de maintenance et de réparation, notamment sur des pièces métalliques de faible à moyenne épaisseur.

Concernant la polarisation, ces électrodes peuvent être branchées en courant continu (DC) avec une polarité directe (-) ou sur certains postes fonctionnant en courant alternatif (AC).

2. Électrodes Basiques

Les électrodes basiques sont destinées aux soudures soumises à de fortes contraintes mécaniques et thermiques. Elles sont composées d'un enrobage à base de carbonate de calcium et de fluorure, ce qui leur confère un pouvoir de pénétration élevé.

Toutefois, ces électrodes sont plus difficiles à amorcer et demandent une bonne maîtrise du soudage. Elles nécessitent également un étuvage avant usage, en général à 350°C pendant deux heures, afin d'éviter tout risque d'humidité qui pourrait altérer la qualité de la soudure.

Elles sont principalement utilisées pour le soudage de structures soumises à des contraintes élevées, telles que les appareils sous pression, les équipements agricoles ou encore les ouvrages du bâtiment et des travaux publics.

En ce qui concerne la polarisation, ces électrodes fonctionnent en courant continu (DC) avec une polarité inverse (+). Pour garantir un bon amorçage, il est recommandé d'utiliser un poste à souder offrant une tension à vide supérieure à 40V.

3. Électrodes Inoxydables

Les électrodes inoxydables sont conçues spécialement pour le soudage des aciers inoxydables. Leur enrobage est principalement constitué de rutile, ce qui leur confère une bonne stabilité de l'arc et une faible production de projections.

Elles nécessitent toutefois une tension à vide élevée, en général 70V, pour un amorçage optimal. Le bain de fusion très liquide qu'elles produisent rend leur utilisation plus complexe, notamment dans certaines positions de soudage. De plus, le laitier qu'elles génèrent peut être projeté violemment lorsqu'il se décolle, ce qui impose des précautions particulières en termes de sécurité.

Elles sont employées dans des secteurs spécifiques comme l'industrie alimentaire, chimique et médicale, où la résistance à la corrosion est primordiale. Concernant la polarisation, elles doivent être branchées en courant continu (DC) avec une polarité inverse (+).

Type d'électrode	Composition de l'enrobage	Facilité d'utilisation	Applications principales	Polarisation
Rutile	Dioxyde de titane	Très facile	Travaux généraux, maintenance, réparations	DC (-), AC
Basique	Carbonate de calcium et fluorure	Plus technique	Ouvrages sous contraintes élevées	DC (+)
Inoxydable	Rutile	Moyenne	Soudage des aciers inoxydables	DC (+)

III. Correspondance entre les électrodes et les matériaux à souder

Le choix de l'électrode de soudure est essentiel pour assurer la qualité, la résistance et la durabilité de l'assemblage. Chaque type de matériau requiert un type d'électrode spécifique, en raison des propriétés chimiques et mécaniques du métal de base. Voici un guide détaillé pour vous aider à choisir la bonne électrode en fonction du matériau à souder.

1. Aciers non alliés (aciers doux)

Les aciers non alliés sont des aciers au carbone contenant peu d'éléments d'alliage, ce qui les rend relativement faciles à souder. Les électrodes rutiles (type E6013) sont couramment utilisées pour ce type de métal. Elles présentent plusieurs avantages :

- Facilité d'amorçage : L'arc électrique est stable et ne nécessite pas une technique avancée.

- Soudure propre et esthétique : Le cordon obtenu est lisse et régulier, avec un bon aspect visuel.

- Enlèvement facile du laitier : Moins de temps perdu en nettoyage après soudure.

- Adapté aux soudures en position : Convient aux soudures à plat, verticales et horizontales.

Les électrodes rutiles sont idéales pour les travaux de serrurerie, de charpente métallique, les réparations domestiques et les travaux sur les structures en acier doux.

2. Aciers faiblement alliés

Les aciers faiblement alliés contiennent des éléments d'alliage en faible proportion (moins de 5%) comme le manganèse, le chrome, ou le molybdène, ce qui améliore leur résistance mécanique et leur tenue à haute température. Pour ces matériaux, on préférera les électrodes basiques (type E7018) qui offrent plusieurs avantages :

- Meilleure résistance mécanique : Adapté aux structures soumises à des contraintes élevées.

- Faible teneur en hydrogène : Réduit le risque de fissuration à chaud et à froid.

- Bonne adhérence du cordon : Pénétration plus profonde pour une soudure plus robuste.

- Adapté aux travaux industriels : Utilisé pour les constructions métalliques, les chaudières, les ponts et les infrastructures.

Ces électrodes nécessitent un stockage soigné, car elles sont hygroscopiques. Il est souvent recommandé de les préchauffer avant utilisation pour éliminer toute humidité absorbée.

3. Aciers inoxydables

L'acier inoxydable contient du chrome et du nickel, ce qui lui confère une résistance à la corrosion. Pour souder ce type de métal, des électrodes spécifiques à base de chrome-nickel sont requises. Ces électrodes permettent :

- Une excellente résistance à la corrosion : Fondamental pour les applications alimentaires, médicales et chimiques.

- Une bonne compatibilité avec l'acier inoxydable : Garantit une soudure homogène et durable.

- Une résistance aux températures élevées : Idéal pour les installations en environnements extrêmes.

- Une finition propre et brillante : Aspect visuel supérieur, essentiel pour des applications esthétiques.

Ces électrodes sont souvent employées dans l'industrie alimentaire, la fabrication d'équipements médicaux, la chimie et la construction navale.

4. Fonte

La fonte est un matériau difficile à souder en raison de sa forte teneur en carbone, ce qui la rend fragile et sujette aux fissures. Il est donc crucial d'utiliser des électrodes spéciales, riches en nickel ou en fer-nickel, afin d'assurer une bonne fusion et une résistance élevée aux fissurations.

Les électrodes pour la fonte présentent les avantages suivants :

- Meilleure malléabilité : Évite les fissures pendant le refroidissement.

- Bonne pénétration : Assure une fusion homogène avec la pièce de fonte.

- Moins de tension résiduelle : Réduit le risque de déformation.

Pour optimiser la soudure de la fonte, il est souvent recommandé de préchauffer la pièce avant le soudage et de la laisser refroidir lentement pour limiter les tensions internes.

Chaque projet de soudage ayant ses spécificités, il est fortement conseillé de suivre les recommandations des fabricants d'électrodes et les normes en vigueur (comme les normes AWS et ISO). Cela garantit une compatibilité optimale entre le métal de base et l'électrode, ainsi qu'une qualité de soudure conforme aux exigences du secteur concerné.

En conclusion, choisir la bonne électrode en fonction du matériau à souder permet d'obtenir un assemblage résistant, durable et esthétique. Une analyse précise du projet et des conditions de soudage est donc essentielle pour réussir ses soudures en toute sécurité.

IV. Diamètre de l'électrode et intensité de soudage

Le diamètre de l’électrode influe directement sur l’intensité du courant de soudage et sur la qualité du cordon. Voici quelques recommandations générales :

- Électrodes de 1,6 mm : adaptées aux soudures de précision sur des tôles fines (inférieures à 2 mm), nécessitant une intensité de 25 à 50 A.

- Électrodes de 2,5 mm : idéales pour les soudures sur des épaisseurs comprises entre 2 et 5 mm, avec une intensité de 50 à 90 A.

- Électrodes de 3,2 mm : utilisées pour des aciers d’une épaisseur de 5 à 10 mm, nécessitant une intensité de 90 à 130 A.

- Électrodes de 4 mm et plus : destinées aux travaux lourds sur des aciers de forte épaisseur, avec une intensité allant de 130 A à 200 A et plus.

Le choix du diamètre dépend donc de l’épaisseur du métal à souder et de la puissance du poste à souder.

1. Influence du type de courant et de la polarité

Le soudage à l’arc peut être réalisé avec :

- Du courant alternatif (AC) : convient aux électrodes rutiles, mais peut être moins stable avec des électrodes basiques.

- Du courant continu (DC) : plus stable et permettant un meilleur contrôle de l’arc, il est souvent préféré pour les électrodes basiques et cellulosiques.

La polarité a également un impact sur la pénétration de la soudure :

- Polarité directe (- sur l’électrode, + sur la pièce) : donne une meilleure pénétration et est recommandée pour les électrodes basiques.

- Polarité inverse (+ sur l’électrode, - sur la pièce) : favorise un arc plus stable et moins pénétrant, idéal pour les électrodes rutiles.

2. Conseils pour un soudage optimal

2.1. Stockage et préparation des électrodes

- Stockez les électrodes basiques dans un environnement sec pour éviter qu’elles n’absorbent l’humidité. Elles peuvent nécessiter un préchauffage avant utilisation.

- Nettoyez les électrodes et la surface à souder afin d’éviter les inclusions et défauts dans le cordon.

- Vérifiez l’intensité du poste à souder en fonction du diamètre de l’électrode et du matériau.

2.2. Techniques de soudage

- Amorçage de l’arc : effectuez un léger frottement de l’électrode sur la pièce pour générer un arc stable.

- Angle de soudage : maintenez une inclinaison de 10 à 20° pour assurer une bonne pénétration.

- Vitesse de soudage : adaptez votre déplacement pour éviter les soudures trop convexes ou insuffisamment pénétrées.

2.3. Sécurité

- Portez des équipements de protection : masque de soudage, gants, vêtements ignifuges et chaussures de sécurité.

- Travaillez dans un environnement bien ventilé pour éviter l’inhalation de fumées toxiques.

- Éloignez les objets inflammables afin d’éviter tout risque d’incendie.

Le choix des électrodes de soudure à l’arc repose sur plusieurs critères essentiels : le type de métal à assembler, la position de soudage, le diamètre de l’électrode et les caractéristiques du courant utilisé. Une bonne compréhension des différents enrobages et de leur influence permet d’obtenir des soudures solides et durables, adaptées aux exigences de chaque projet.

En maîtrisant ces paramètres et en suivant les bonnes pratiques, les soudeurs, qu’ils soient amateurs ou professionnels, pourront réaliser des assemblages de qualité, en toute sécurité.