Configurer et utiliser l'équipement de soudage

Introduction au poste de soudage

La configuration correcte de l'équipement de soudage est la première étape critique pour produire des soudures conformes aux exigences du Code canadien de l'électricité, Chapitre V et aux normes CSA applicables. Un soudeur interprovincial doit non seulement savoir manipuler la torche, mais aussi comprendre les paramètres électriques, les débits de gaz, les polarités et les réglages mécaniques qui déterminent la qualité de la soudure.

Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises pour l'examen du Sceau rouge concernant l'installation, le réglage et l'utilisation sécuritaire des équipements de soudage à l'arc et au gaz.

1. Équipement de soudage à l'arc électrique

1.1 Sources de courant de soudage

Les sources de courant se divisent en trois catégories principales selon leur caractéristique de sortie :

Type de source	Caractéristique	Applications typiques
Courant constant (CC)	Tension variable, ampérage fixe	SMAW (électrode enrobée), GTAW (TIG)
Tension constante (CV)	Ampérage variable, tension fixe	GMAW (MIG/MAG), FCAW (fil fourré)
Source à impulsions	Courant pulsé réglable	GMAW-P, GTAW-P, procédés spécialisés

La tension en circuit ouvert (TCO) est la tension mesurée aux bornes de la source lorsque le circuit est ouvert (aucun arc). Pour le soudage à l'arc, la TCO varie généralement entre 50 V et 100 V. Cette valeur est importante pour la sécurité : toute TCO supérieure à 80 V en courant continu ou 80 V en courant alternatif exige des dispositifs de protection supplémentaires selon la CSA W117.2 (sécurité en soudage, coupage et procédés connexes).

1.2 Facteur de marche et cycle de travail

Le facteur de marche (ou cycle de travail) est le pourcentage de temps pendant lequel une source peut fonctionner à un ampérage donné sur une période de 10 minutes sans surchauffe. Par exemple, un facteur de marche de 60 % à 300 A signifie que la machine peut souder à 300 A pendant 6 minutes, suivies de 4 minutes de refroidissement.

La formule de calcul du facteur de marche équivalent pour un ampérage différent est :

FM₂ = FM₁ × (I₁ / I₂)²

Où :

FM₁ = facteur de marche nominal (en %)

I₁ = courant nominal (en A)

I₂ = courant d'utilisation (en A)

Exemple : Une machine a un facteur de marche de 60 % à 300 A. Quel est le facteur de marche à 400 A ?

FM₂ = 60 × (300 / 400)² = 60 × (0,75)² = 60 × 0,5625 = 33,75 %

Le facteur de marche est d'environ 34 %.

1.3 Polarité et connexions

La polarité détermine la direction du flux d'électrons et influence la pénétration, le taux de dépôt et la distribution de chaleur.

Polarité	Connexion électrode	Connexion pièce	Effets principaux
DCEN (électrode négative)	Négative (−)	Positive (+)	Pénétration étroite, taux de dépôt élevé, chaleur concentrée sur la pièce
DCEP (électrode positive)	Positive (+)	Négative (−)	Pénétration profonde, nettoyage d'oxyde, chaleur concentrée sur l'électrode
AC (alternatif)	Alternée	Alternée	Équilibre entre nettoyage et pénétration, utilisé pour l'aluminium au GTAW

Règle pratique : En SMAW, les électrodes E6010 et E6011 fonctionnent en DCEP. Les électrodes E7018 fonctionnent en DCEN ou en AC. En GMAW, la polarité standard est DCEP pour la plupart des métaux (fil positif, pièce négative).

2. Équipement de soudage GMAW et FCAW

2.1 Le dévidoir et le pistolet

Le dévidoir doit être configuré selon le diamètre du fil et le type de gaine. Les principaux réglages sont :

Pression des galets : doit être suffisante pour entraîner le fil sans l'écraser. Un fil écrasé (déformé) cause des problèmes d'alimentation et des arcs instables.

Frein de la bobine : doit être réglé pour éviter le déroulement excessif (effet "bird's nest") tout en permettant un déroulement libre.

Gaine (liner) : doit correspondre au diamètre du fil et au type de métal. Les gaines en acier sont pour les fils d'acier, les gaines en téflon ou nylon pour l'aluminium.

La longueur du câble affecte la tension : une chute de tension de 1 V par 15 m de câble est typique. Pour des longueurs supérieures à 15 m, il faut augmenter la tension de sortie en conséquence.

2.2 Paramètres de soudage GMAW

Les quatre paramètres principaux sont :

34.Tension (V) : contrôle la longueur de l'arc et la largeur du cordon. Une tension trop élevée produit un cordon large et plat avec des projections ; une tension trop basse produit un arc court, des projections excessives et une mauvaise fusion.

35.Vitesse de dévidage (m/min) : contrôle l'ampérage. Plus le fil est dévidé rapidement, plus le courant est élevé.

36.Vitesse de déplacement : affecte la largeur du cordon et l'apport de chaleur.

37.Débit de gaz : typiquement 14 à 20 L/min (30 à 40 pi³/h) pour le CO₂ ou les mélanges Ar/CO₂.

La relation entre la vitesse de dévidage et l'ampérage est approximativement linéaire pour un diamètre de fil donné. Pour un fil de 1,2 mm, une vitesse de dévidage de 5 m/min correspond à environ 150 A.

2.3 Mode de transfert de métal

Mode de transfert	Tension	Courant	Gaz	Applications
Court-circuit	16–22 V	50–200 A	100 % CO₂ ou Ar/CO₂	Tôles minces, positionnel
Gouttelettes (globulaire)	22–30 V	200–350 A	CO₂	Éviter si possible (projections)
Pulvérisation (spray)	24–32 V	200–350 A	Ar ≥ 85 %	Tôles épaisses, à plat
Pulsé	22–35 V	50–400 A	Ar/CO₂ ou Ar/O₂	Toutes positions, aluminium

Piège d'examen : Le transfert par pulvérisation exige un gaz contenant au moins 80 % d'argon. Avec 100 % CO₂, le transfert par pulvérisation est impossible.

3. Équipement de soudage GTAW (TIG)

3.1 Composants du poste TIG

Le poste TIG comprend :

Une source de courant constant (CC ou CA)

Une torche TIG avec électrode de tungstène

Un système d'alimentation en gaz (argon, hélium ou mélanges)

Un pédalier ou commande manuelle pour le courant

Un refroidisseur d'eau pour les torches de forte intensité (≥ 200 A)

3.2 Préparation de l'électrode de tungstène

Le meulage de l'électrode est critique. La pointe doit être meulée longitudinalement (dans le sens de l'axe) pour créer des stries parallèles qui stabilisent l'arc. Un meulage transversal crée des stries perpendiculaires qui déstabilisent l'arc.

Les angles de pointe recommandés :

Diamètre de l'électrode	Angle de pointe	Courant recommandé
1,6 mm (1/16")	30°	50–100 A
2,4 mm (3/32")	30–45°	100–200 A
3,2 mm (1/8")	45–60°	200–350 A

Pour le soudage de l'aluminium en courant alternatif, l'électrode est souvent arrondie (bille) plutôt que pointue.

3.3 Réglages de l'équilibre AC

En courant alternatif pour l'aluminium, le réglage d'équilibre (balance) contrôle le rapport entre la demi-période de nettoyage (électrode positive, DCEP) et la demi-période de pénétration (électrode négative, DCEN).

Équilibre 50/50 : nettoyage maximal, pénétration minimale

Équilibre 70/30 (DCEN dominant) : pénétration maximale, nettoyage minimal

Équilibre 65/35 : réglage typique recommandé

La fréquence AC (en Hz) affecte la largeur du cordon et la concentration de l'arc. Une fréquence plus élevée (150–250 Hz) produit un arc plus étroit et plus concentré ; une fréquence plus basse (60 Hz) produit un arc plus large.

4. Équipement de soudage au gaz (oxyacétylénique)

4.1 Configuration du poste oxyacétylénique

Le poste comprend :

Bouteilles d'oxygène (noires ou vertes) et d'acétylène (rouges ou bordeaux)

Détendeurs avec manomètres haute et basse pression

Tuyaux (verts pour oxygène, rouges pour acétylène)

Chalumeau avec pointes interchangeables

Allumeur (briquet à friction)

Règle de sécurité essentielle : L'acétylène ne doit jamais être utilisé à une pression supérieure à 15 psi (103 kPa) en raison du risque de décomposition explosive. Le détendeur d'acétylène est calibré en conséquence.

4.2 Réglage des flammes

Type de flamme	Rapport O₂/C₂H₂	Caractéristiques	Utilisation
Neutre	1:1	Cône intérieur net, pas d'excès	Acier au carbone, acier inoxydable
Carburante	< 1:1	Cône allongé, excès d'acétylène	Aluminium, alliages à haute teneur en carbone
Oxydante	> 1:1	Cône court, excès d'oxygène	Laiton, bronze, acier galvanisé

La flamme neutre est la plus utilisée. Pour l'obtenir, on ouvre d'abord légèrement l'acétylène, on l'enflamme, puis on augmente l'oxygène jusqu'à ce que le cône intérieur devienne net et bien défini.

4.3 Calcul des pressions de travail

Les pressions de travail typiques pour une pointe de taille moyenne (n° 3) :

Oxygène : 15–25 psi (100–170 kPa)

Acétylène : 5–10 psi (35–70 kPa)

La règle du 1/7 : pour l'acétylène, ne jamais dépasser 1/7 de la capacité horaire de la bouteille en débit. Une bouteille de taille standard (300 pi³) ne doit pas dépasser un débit de 42 pi³/h (300 ÷ 7).

5. Équipement de coupage et de gougeage

5.1 Coupage plasma

Le coupage plasma utilise un arc électrique pour ioniser un gaz (air, argon, azote) qui devient conducteur et fond le métal. Les paramètres principaux sont :

Courant de coupage : déterminé par l'épaisseur du métal (typiquement 20–40 A par 6 mm d'épaisseur)

Hauteur de la torche : 3–6 mm au-dessus de la pièce

Vitesse de coupage : doit être constante pour éviter les stries et la coulure

5.2 Gougeage à l'arc-air

Le gougeage arc-air utilise une électrode de carbone et un jet d'air comprimé pour retirer le métal fondu. Les réglages typiques :

Courant : 300–500 A selon le diamètre de l'électrode de carbone

Pression d'air : 550–700 kPa (80–100 psi)

Angle de l'électrode : 30–45° par rapport à la pièce

Longueur de l'arc : 3–6 mm

Piège d'examen : Le gougeage arc-air ne doit jamais être utilisé sur des aciers inoxydables austénitiques ou des alliages à haute teneur en carbone sans précautions spéciales, car il peut provoquer une carburation du métal.

6. Sécurité et conformité réglementaire

6.1 Exigences de la CSA W117.2

La norme CSA W117.2 (Sécurité en soudage, coupage et procédés connexes) est la référence principale pour la sécurité des soudeurs au Canada. Les exigences clés incluent :

Ventilation : un débit d'air minimal de 28 m³/h par soudeur pour le soudage à l'arc en espace confiné

Protection oculaire : lentilles de teinte minimale n° 10 pour le soudage à l'arc, n° 4 pour le soudage au gaz

Équipement de protection individuelle (EPI) : gants isolants, tablier, manches, protection respiratoire si nécessaire

Verrouillage (lockout) : procédures de cadenassage pour l'entretien des équipements

6.2 Code canadien de l'électricité, Chapitre V

Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (soudage électrique) s'applique aux installations de soudage. La règle 8-200 exige que les circuits de soudage soient protégés par des fusibles ou disjoncteurs conformes aux exigences du code. La règle 8-202 spécifie les exigences pour la mise à la terre des pièces à souder.

Points clés du Chapitre V :

Les sources de courant doivent être installées dans des endroits secs et bien ventilés

Les câbles de soudage doivent être de calibre approprié pour le courant maximal

La pièce à souder doit être mise à la terre ou connectée à la borne de masse de la source

Les connexions doivent être serrées et exemptes de corrosion

6.3 CSA B149.1 et les gaz de soudage

La norme CSA B149.1 (Code canadien sur le gaz naturel et le propane) s'applique aux installations de gaz combustibles, y compris l'acétylène et les gaz de protection. Les exigences incluent :

Les bouteilles doivent être entreposées debout et fixées

La distance minimale entre les bouteilles d'oxygène et d'acétylène en entreposage est de 6 m (20 pi) ou une séparation par un mur coupe-feu d'une heure

Les bouteilles vides doivent être cl clairement identifiées et séparées des bouteilles pleines

Les tuyaux doivent être vérifiés pour les fuites avec une solution savonneuse (jamais avec une flamme)

7. Dépannage des équipements

7.1 Problèmes courants en GMAW

Symptôme	Cause probable	Correctif
Arc instable, projections excessives	Tension trop basse ou trop haute	Ajuster la tension de ± 2 V
Alimentation irrégulière du fil	Pression des galets insuffisante	Augmenter la pression
"Bird's nest" (fil emmêlé)	Frein de bobine trop faible	Serrer le frein
Porosité	Débit de gaz insuffisant ou fuite	Vérifier le débit (14–20 L/min) et les connexions
Manque de fusion	Ampérage trop faible ou vitesse trop rapide	Augmenter le courant ou ralentir

7.2 Problèmes courants en GTAW

Symptôme	Cause probable	Correctif
Arc instable	Électrode contaminée ou mal meulée	Re-meuler l'électrode
Inclusion de tungstène	Contact de l'électrode avec le bain	Augmenter la longueur d'arc
Porosité dans l'aluminium	Nettoyage insuffisant ou débit de gaz faible	Nettoyer la pièce, augmenter le débit
Arc erratique en AC	Équilibre mal réglé	Ajuster l'équilibre à 65/35

8. Calculs pratiques pour l'examen

8.1 Calcul de l'apport de chaleur

L'apport de chaleur (en kJ/mm) est calculé par :

H = (V × I × 60) / (S × 1000)

Où :

V = tension (V)

I = courant (A)

S = vitesse de déplacement (mm/min)

60 = facteur de conversion (secondes/minute)

1000 = facteur de conversion (J en kJ)

Exemple : V = 25 V, I = 200 A, S = 300 mm/min

H = (25 × 200 × 60) / (300 × 1000) = 300 000 / 300 000 = 1,0 kJ/mm

8.2 Calcul du volume de gaz consommé

Le volume de gaz consommé (en L) est :

V = Débit (L/min) × Temps (min)

Exemple : Débit de 18 L/min pendant 45 minutes de soudage effectif.

V = 18 × 45 = 810 L

8.3 Conversion d'unités impériales/métriques

Impérial	Métrique	Facteur
1 psi	6,895 kPa	× 6,895
1 pi³/h	0,472 L/min	× 0,472
1 po	25,4 mm	× 25,4
1 lb	0,454 kg	× 0,454

Résumé

La polarité détermine la pénétration et le nettoyage : DCEP pour pénétration profonde, DCEN pour taux de dépôt élevé.

Le facteur de marche se calcule avec la formule FM₂ = FM₁ × (I₁/I₂)².

En GMAW, le transfert par pulvérisation exige ≥ 80 % d'argon ; le court-circuit est utilisé pour les tôles minces.

En GTAW, l'électrode de tungstène doit être meulée longitudinalement avec un angle adapté au courant.

L'acétylène ne doit jamais dépasser 15 psi (103 kPa) de pression de travail.

La CSA W117.2 régit la sécurité ; le Code canadien de l'électricité, Chapitre V régit les installations électriques ; la CSA B149.1 régit les gaz.

L'apport de chaleur se calcule avec H = (V × I × 60) / (S × 1000) en kJ/mm.

Le dépannage systématique commence par vérifier la tension, le débit de gaz et la pression des galets.

Pièges à éviter

145.Confondre DCEN et DCEP : En SMAW, E6010 exige DCEP. En GTAW, le soudage de l'acier se fait en DCEN (électrode négative). Ne pas inverser.

146.Oublier le facteur de marche : Le facteur de marche est toujours basé sur une période de 10 minutes. Un facteur de 60 % = 6 minutes de soudage, 4 minutes de repos.

147.Utiliser du CO₂ pour le transfert par pulvérisation : Impossible. Il faut au moins 80 % d'argon.

148.Négliger la pression maximale de l'acétylène : 15 psi (103 kPa) maximum. Au-delà, risque de décomposition explosive.

149.Meuler l'électrode de tungstène transversalement : Les stries doivent être longitudinales pour stabiliser l'arc.

150.Ignorer la chute de tension dans les câbles : Pour des câbles de plus de 15 m, augmenter la tension de sortie de 1 V par 15 m.

151.Confondre les tuyaux de gaz : Le tuyau d'oxygène est vert, celui d'acétylène est rouge. Ne jamais intervertir.

152.Oublier la mise à la terre : La pièce à souder doit être connectée à la borne de masse conformément au Code canadien de l'électricité, Chapitre V, règle 8-202.

153.Calculer l'apport de chaleur avec des unités incorrectes : La vitesse doit être en mm/min, pas en mm/s. Vérifier les unités avant de calculer.

154.Utiliser une flamme pour détecter les fuites de gaz : Toujours utiliser une solution savonneuse. Une flamme peut provoquer une explosion.

Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances essentielles pour la section "Configuration et utilisation de l'équipement" de l'examen du Sceau rouge. Maîtrisez les calculs, les réglages et les normes, et vous serez prêt pour les questions techniques de cette section.

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