TECHNOLOGIE SOUDURE

COLLEGE SAINT-ANDRE - AUVELAIS 3ème

DEGRE PROFESSIONNEL

MECANICIEN D’ENTRETIEN : TECHNOLOGIE SOUDURE

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NV 2012 / 2013 TECHNOLOGIE SOUDURE 1

TECHNOLOGIE SOUDURE

AD.http://www.rocdacier.com/ressource.n.243/ensemble-des-cours-de-soudage-et-metallurgie-du-soudage.html

somaire

A. PREPARATION DU TRAVAIL DE SOUDURE

1) Le débit et enlèvement de matière sans copeaux 2) L'enlèvement de matière par copeaux 3) La conformation 4) Les procédés de découpe 5) Technologie générale

B. LE SOUDAGE

1) La prévention des risques en soudage 2) Les procédés de soudage courants 3) La soudure TIG. (Soudage Tungsten Inert Gas) 4) le soudage MAG (semi-automatique ou automatique) 5) le soudage à l'électrode enrobée 6) le soudage OA.(oxyacétylène) 7) le soudage OA (Chalumeau, 2ème version) 8) le soudo-brasage 9) le soudage arc submergé ~~ Soudure sous flux solide ! 10) la soudure plastique! Chaudronnerie plastique ! 11) le soudage par ultrasons

C. LES ESSAIS MÉTALLURGIQUES

1) l'essai de pliage selon EN 910 2) l'essai de traction ! 3) l'essai de traction (2ème version) 4) l'essai de résistance au choc - Résilience-Charpy 5) les essais de dureté - Brinell – Vickers

D. SOUDABILITÉ DES ACIERS

1) l'essai de pliage selon EN 910 2) Comment choisir un acier inoxydable? Caractéristiques des aciers inox ! 3) Soudage des aciers inoxydables austéno-ferritiques- Acier inox austéno-

ferritiques 4) Soudage des aciers inoxydables ferritiques- Acier inox ferritique 5) Soudage des aciers inoxydables austénitiques- Acier inox austénitique 6) Comment choisir son métal d'apport pour souder TIG


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7) Comment choisir son métal d'apport pour souder MIG MAG 8) Comment choisir une électrode enrobée rutile 9) Comment choisir une baguette basique 10) Comment choisir son électrode pour souder l'inox 11) Comment souder les aciers duplex - Aciers URANUS 12) Comment souder les fontes et les métaux non ferreux à la baguette 13) Comment souder les aciers INCONEL

E. COÛTS DES SOUDURES

14) l'essai de pliage selon EN 910 15) Calcul de coûts des soudures TIG 16) Calculer les coûts en soudage MAG - Barêmes de soudage MAG

F. EPREUVE CERTIFICATIVE ET CQ6


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A. PREPARATION DU TRAVAIL DE SOUDURE

1) Le débit et enlèvement de matière sans copeaux a. Le cisaillage et les cisailles guillotines .

Objectifs : tu devras être capable : � donner le principe du cisaillage � de régler correctement la machine en fonction des différents

paramètres tels que le matériau utilisé � de vérifier le résultat après la coupe

1) PRINCIPE :

Le cisaillage consiste en un déplacement relatif de de 2 lames suivant un plan parallèle, entrainant la rupture de la matière sous un effet de traction.

2) DÉROULEMENT D’UNE SÉQUENCE DE CISAILLAGE :

a) La première phase consiste en un allongement de la matière sous l’action de la lame supérieure, la tôle se déforme mais ne cède pas. b) La lame supérieure continue son effort et les fibres s’étendent jusqu''à se rompre. Sous cet effort considérable, la zone cisaillée voit son état passer de l’état élastique à l’état plastique. c) Les fibres rompues, l’effort continue quelques instants pour lutter contre le frottement entre les parties détachées de la matière et pour éjecter la partie cisaillée .


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SCHÉMA DU DÉROULEMENT DE LA SÉQUENCE :

Photos lors de la séquence de cisaillage: 1) Tôle positionnée, presses-toles levés, lame supérieure en position haute:

2) Les presses-toles plaquent la tôle et la maintiennent sérrée, lame supérieure en position haute:

3) Les presses-toles plaquent toujours la tôle et la maintiennent sérrée, la lame supérieure descend:

4) La lame supérieure continue sa descente et commence à cisailler la tôle:


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5) La lame supérieure continue sa descente et cisaille la tôle sur toute la longueur:

6) La lame supérieure et les presses-tôles remontent:

7) Le cycle de cisaillage est terminé.

4) DÉFORMATION ÉLASTIQUE, PLASTIQUE, FISSURES:

Sous l''action des contraintes imposées par la partie active de la lame, il se produit : - une déformation élastique


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- une déformation plastique ponctuelle - une apparition de fissures - une phase d’arrachement final

5) EXAMEN D’UNE PIÈCE CISAILLÉE: Il fait apparaitre trois zones: - une zone arrondie - une zone lisse et brillante caractérisée par des stries parallèles fines - une zone d’aspect rugueux identique à la zone de rupture d’une éprouvette de traction terminée par une bavure plus ou moins importante en fonction de l’état de la lame.

6) EFFORT DE CISAILLAGE:

Plusieurs paramètres conditionnent l’effort de cisaillage F : - F : Effort de cisaillage (en daN) - Rg : Résistance au glissement(en dan/mm²) - J : Jeu entre les lames (en mm) - e : épaisseur de la tole (en mm) - α : angle d’attaque ou angle de coupe (en °)

7) FORMULE DE CALCUL DE L’EFFORT DE CISAILLAGE:


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8) APPLICATION :

Calculer la force pour un matériau dont la résistance au glissement est de 18,5 dan/mm², une épaisseur de 2 mm et un angle d’attaque de 4°.

9) LES RISQUES SUR LES MACHINES DE CISAILLAGE :

La sécurité sur une cisaille sera apportée essentiellement au niveau des mains qui sont les plus sollicitées pendant les opérations de débit. Les chutes de tôles doivent aussi être prises en compte lors de la manutention. Les cisailles guillotine utilisent des presse-tôle pour maintenir bloquer la tôle lors de l’effort. Cet effort est considérable et il faudra veiller à ne pas laisser sa main ou un doigt au niveau de cet organe de la machine. Bien entendu les lames sont aiguisées et présentent un danger. Les pièces cisaillées présentent généralement une bavure plus ou moins importante et peut entrainer des coupures au niveau des mains. PORTEZ TOUJOURS DES GANTS LORS DES OPERATIONS DE CISAILLAGE.

Différents types de cisailles industrielles

2) Cisaille guillotine ou à lames longues: Probablement la plus utilisée dans les entreprises de tôlerie ou de chaudronnerie. La cisaille guillotine comporte des lames dont la longueur peut atteindre jusqu'à 6 m.


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La lame supérieure, mobile, est commandée par vilebrequins ou par vérins. La lame inférieure est soutenue par le bâti de la machine. L'opérateur peut régler mécaniquement ou par commande numérique: - le jeu et l'angle de coupe, en fonction de l'épaisseur et de la matière. Cette machine de débit permet des coupes rectilignes, avec le minimum de déformations, dans des épaisseurs pouvant atteindre 30 mm. La cadence varie de 25 à 120 coups/min.

2) Cisaille à lames courtes: Ces cisailles sont caractérisées par les dimensions réduites de leurs lames, et par un mouvement alternatif rapide, et d'une faible amplitude. A chaque course, la tôle est coupée sur une petite longueur, ce qui permet d'utiliser un moteur peu puissant. Les bâtis sont à col de cygne d'une profondeur de 1 m à 1.50 m, et les machines portatives ont des bâtis dégagés pour le passage en pleine tôle.

Les lames de ce type de cisailles sont généralement des barreaux d'acier de 15 à 25 mm de côté et ont des formes diverses. Non seulement les lames ne se croisent pas, mais il reste entre elles un jeu b à fond de course. Les jeux a et b, sont fonction de l'épaisseur à cisailler. Par le changement rapide des porte-


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outils, ou par leur rotation, l'opérateur peut inverser la position des lames, afin de reporter la déformation, sur l'un ou l'autre des bords La cadence de 400 à 4000 coups à la minute et la course de 2 à 10 mm varie avec l'épaisseur à cisailler. Un dispositif de relevage de l'outil permet le défonçage en pleine tôle pour les coupes fermées. Il est possible de cisailler au tracé mais également avec des guides, des gabarits, et des montages.

3) Cisaille à levier, guillotine mécanique: Les lames qui peuvent atteindre 1 m de longueur sont situées entre l'articulation et le levier. Ce type de cisaille est déja plus artisanal La lame inférieure montée sur le bâti est droite et fixe pendant le travail. C'est la lame supérieure qui se déplace. Articulé autour de l'axe et équilibré par un contrepoids, le balancier porte la lame supérieure qui est cintrée pour que l'angle formé par les deux lames soit constant dans toutes les positions du balancier.

4) Cisaille à lames circulaires:

Sur cette machine les lames sont rotatives et motrices. Pour un diamètre convenable de lames et bien réglé, le métal à cisailler est entraîné. Les axes des lames peuvent être parallèles ou inclinées par rapport au plan de coupe.

4) L'enlèvement de matière par copeaux

a. le sciage . Objectifs : tu devras être capable :

� donner le principe du sciage


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� de régler correctement la scie à ruban en fonction de la forme du profilé à scier, et du matériau utilisé

� de vérifier le résultat après la coupe

1) PRINCIPE : Le sciage est un procédé qui permet d'effectuer le débit de profilés (tubes ronds, carrés, plats, HEA, IPN, IPE, etc...) , sous l’action d'une lame, entrainant la séparation de la pièce en deux parties. Les scies modernes automatiques permettent plusieurs options dont les plus courantes sont le réglage de la vitesse de la lame, la lubrification, le réglage d'un angle de coupe. En effet, la vitesse de déroulement de la lame( sur les scies à ruban) sera plus faible si vous sciez de l'acier inoxydable, ou dur, que si vous débitez un acier de construction. La lubrification est fortement conseillée pour éviter l'échauffement et l'usure prématurée des dents. Certaines scies possèdent une descente automatique dont la vitesse peut ètre réglée.

2) DIFFÉRENTS TYPES DE SCIES :

a) Scie à métaux: C'est un outil qui permet de scier manuellement les pièces. Une monture composée d'un manche et d'une lame et d'un système qui permet la tension de la lame. b) Scie à ruban : C'est une machine automatique ou semi-automatique. L'opérateur descend la lame manuellement dans le cas d'une scie semi-automatique. c) Scies alternatives: C'est aussi une scie automatique ou semi-automatique, dont la lame exercera un mouvement alternatif, par opposition aux scies à rubans qui fournissent un déroulement continu.


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3) DÉROULEMENT D’UNE SÉQUENCE DE SCIAGE :

a) Cas d'une scie à ruban: La première phase consiste en une descente automatique ou manuelle, sans coupe, la pièce étant serrée dans un étau, les paramètres correctement réglés b) Le sciage débute et les dents commencent à pénétrer dans la pièce, en créant une "saignée" et en éjectant les copeaux c) L'opération de sciage continue. La lame poursuit sa pénétration dans la pièce, jusqu'à en arriver à la séparation totale (ou partielle) de la pièce.Ces opérations s'effectuent avec une lubrification appropriée. d) Remontée de la lame et récupération de la pièce obtenue.

4) LES DENTS SUR UNE SCIE:

Selon le travail à réaliser (épaisseur du matériau, type de matériau, etc.), la géométrie et les dimensions de la lame seront différentes. Le pas des dents, l'angle d'incidence, l'angle de coin et l'angle de dépouille sont parmi les dimensions qui influeront sur la qualité de la coupe. On peut considérer que: - pour des pièces minces, il faudra une denture fine (environ 12 dents au cm) - pour des pièces d'épaisseur moyenne, une denture moyenne sera utilisée (environ 9 dents au cm) - pour des pièces épaisses ou très épaisses, en fonction de la dureté du métal,, une grosse denture sera préconisée (environ 6 ou 7 dents au cm)

SCIES SEMI-AUTOMATIQUE ET AUTOMATIQUE :


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5) LES RISQUES SUR LES SCIES À RUBAN:

La sécurité sur une scie sera apportée essentiellement au niveau des mains qui sont les plus sollicitées pendant les opérations de sciage.

Les chutes de profilés doivent aussi être prises en compte lors de la manutention.

Bien entendu les lames sont aiguisées et présentent un danger. Les pièces sciées présentent généralement une bavure plus ou moins importante et peut

entrainer des coupures au niveau des mains. PORTEZ TOUJOURS DES GANTS LORS DES OPERATIONS DE SCIAGE et vous porterez aussi un

casque anti-bruit en utilisant ces machines parfois très bruyantes. Panneau fixé sur une scie à ruban:


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3) La conformation

a. Le pliage des tôles:

1) Principe du pliage: Le pliage est une déformation obtenue grâce à une force appliquée sur la longueur de la pièce. Celle-ci sera en appui sur 2 lignes d’appuis et s’apparente à la flexion. Il faudra dépasser la limite élastique pour obtenir l’angle voulu.

2) Composants d’une presse-plieuse 3) Modes de déformation: 3-1) Le pliage en vé (en l’air ou en frappe) (presse-plieuse): Le schéma de pliage pour ces deux méthodes est assimilé à un schéma de flexion comme celui ci-dessous. Les points d’appuis du schéma représentent les arêtes du vé, et une flèche symbolise une force. C’est le réglage de la descente du poinçon qui donnera l’angle final du pliage.


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3-2) Le pliage par encastrement (plieuse à sommier): Cette méthode un peu moins usitée utilise le serrage de la pièce à plier, entre le sommier et la table, puis la déformation par « bras de levier » grâce à un sabot. On utilise la force manuelle ou une force mécanique pour cette méthode.

3-3) Pliage par cambrage en U (emboutissage): Le principe est voisin de celui du pliage en vé. Seuls les outils (poinçons et matrices seront différents). Cela ressemble cependant a de l’emboutissage. On peut obtenir avec cette méthode une infinité de formes pliées, si les outils sont disponibles.


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4) Principales différences entre le pliage en l’air et le pliage en frappe: 4-1) Le pliage en l’air: L’effort de pliage cesse lorsque la tôle arrive à fond de vé. L’angle final est celui du vé, augmenté du retour élastique, environ 2 à 3°. Ce mode de pliage est couramment utilisé car les forces appliquées sont environ 5 fois moins importantes que pour du pliage en frappe. L’angle du poinçon est généralement de 88° pour obtenir des angles de 90° à 180 °. 4-2) Le pliage en frappe: On réalise un « emboutissage » de la pièce en imprimant une force importante dans la pièce. L’angle du poinçon et de la matrice sont égaux à l’angle à obtenir. Cette méthode est réservée à des tôles d’épaisseurs inférieures à 2 mm. Le fait de matricer l’intérieur du pli permet d’obtenir des angles très précis (±0,5°).

Outil de pliage en frappe Outil de pliage en l’air


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5) Le retour élastique: (Spring-back en anglais), lors du pliage en l’air. Lorsque l’on relève l’outil, la force appliquée à la pièce redevient nulle. A ce moment, les matériaux étant élastiques, la pièce s’ouvrira légèrement. Il faut donc obtenir un angle inférieur à l’angle voulu, pendant le pliage, pour obtenir un angle final exact au relâchement de l’outil. Il faut bien sur effectuer un ou des essais pour connaître le comportement exact du produit que l’on travaille. Il faut veiller au sens de laminage des tôles, car le retour élastique est plus important si l’on plie perpendiculairement au sens de laminage. Nota : Le phénomène de retour élastique est quasi inexistant lors du pliage en frappe car on imprime avec force le poinçon dans la pièce, pour dépasser la limite d’élasticité. 6) Effort de pliage: On peut déterminer l'effort nécessaire en pliage grace au tableau suivant, qui dépend de l'épaisseur, du vé choisi. Les forces ci-après sont données en kN/m

b. M 4) Les procédés de découpe 5) Technologie générale


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Notes

Synthese

Questionnaire


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B. LE SOUDAGE

Prévention des risques en soudage.

ACCIDENTS ET PROTECTIONS SUCEPTIBLES LORS DU SOUDAGE

Conventionnellement, les accidents au cours d’une opération de soudage

sont les mêmes pour presque tous les types de procédés de soudure( OA,

MIG, TIG, EE). De ce fait, il existe certains risques à ne pas négliger :

- les émanations gazeuses,

- les coups d'arc

- les brûlures

- les blessures par projection,

- les explosions

- et les incendies.

• Les émanations gazeuses :

La chaleur et les rayonnements de l’arc provoquent un dégagement de

gaz et de fumées métalliques plus ou moins nocifs pour l’homme et

l’environnement.

- Combustion des enrobages (fluorures, vapeurs nitreuses)


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- Volatilisation des métaux d’apports et de base

- Volatilisation des revêtements de protection (zinc, peinture)

- Décomposition des gaz de protection ou des produits de dégraissage

(ozone, chlore)

• Les brûlures et blessures par projection :

Lors du soudage, des brûlures sont provoquées par la projection de

gouttelettes de laitier et de métal. Après le soudage par les particules de

laitier solide et les projections de meulage. Les pièces restent très

chaudes encore après soudage. Des brulures aux yeux peuvent

internvenir et s'appelent coup d'arc.

• Les explosions et incendies :

Ces risques sont liés aux projections, à des appareillages électriques non-

conformes ou en mauvais état, à l’échauffement des pièces et à la

présence de gaz inflammables.

PROTECTIONS – PREVENTIONS

Les émanations gazeuses

- Les postes de travail devront être équipés de systèmes d’aspiration

adaptés aux modes de soudage et compatibles avec les techniques de

soudages sous protection gazeuse

- Le port d’un masque individuel peut être indispensable selon les

conditions de travail

- Une ventilation forcée (air uniquement) est obligatoire pour le soudage

à l’intérieur de réservoirs, ainsi que la présence d’une personne pouvant

intervenir en cas d’incident

Les brûlures et blessures par projection


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- Masque de soudage ou cagoule de soudage

- Vêtement épais, tablier de cuir, gants, guêtres

- Lunettes de protection avec œillères (verres blanches) pour le meulage

ou le brossage des pièces

Les explosions et incendies

- Travailler dans un lieu propre (éliminer les papiers, chiffons, …)

- Mettre en place des panneaux de protection

- Dans les « zones à risques » ne jamais intervenir sans le permis de feu

(service sécurité)

- Les réservoirs ayant contenu des produits inflammables doivent être

soigneusement purgés et nettoyés

- Il peut ètre nécessaire de les remplir de gaz neutres (azote,…)

- Assurer une ventilation efficace pour éviter les mélanges explosifs

- Avoir, à proximité des moyens de lutte contre l’incendie adapté aux

différents types de feux (extincteurs)

CONCLUSION

A condition de mettre en œuvre des moyens adaptés et de respecter

certaines règles élémentaires de sécurité, il est possible de se protéger

efficacement contre les risques inhérents au soudage à l’arc électrique,

soudage à l’arc par gravité avec électrode enrobée, soudage par

explosion, soudage oxyacétylénique, etc.

Remarque : Quel que soit le type chantier, il faut toujours s’assurer de

la collaboration du service sécurité.

En définitif, ces précautions sont valables aux maîtres soudeurs, aux

apprentis soudeurs ; bref à toute personne qui pratiquera la soudure.


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N0TES / SYNTHESE :

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C. Les procédés de soudage courants.

1) DÉFINITION DE LA SOUDURE

D'une manière générale, on parle souvent de soudure, mais comment

doit-on définir ce terme.

Soudure signifie de manière générale, l'action d'assembler des pièces

mécaniques et métalliques, sous l'action d'une énergie calorifique

générée par divers procédés mis en oeuvre (combustion de gaz, arc

électriques, ...)

2) PROCÉDÉS COURANTS DE SOUDURE

Parmi les procédés de soudure les plus courants, on rencontre:

- Soudure à l'arc (à la baguette, ou électrode enrobée)

- Soudure au chalumeau (soudage OA (oxyacétylènique))

- Soudure TIG

- Soudure MIG ou MAG

- Soudure par résistance ou par points

3) AUTRES TYPES DE SOUDURES

Voici parmi les procédés de soudages les plus courants, mais en voici

quelques autres, un peu moins utilisés(sauf peut être le soudage sous

flux qui a une place non négligeable à l'heure actuelle dans l'industrie):

- Soudure à l’arc sous flux en poudre avec fil-électrode

- Soudure par ultrasons

- Soudure par plasma

- Soudure par laser


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Avec l'un de ces procédés, le soudeur pourra assembler deux pièces

dont la matière est identique ou différente. Assemblages homogènes ou

hétérogènes.

4) SOUDURE À L'ARC

La soudure à l’arc (électrode enrobée) utilise des baguettes comme

métal d’apport.

La soudure à l'électrode enrobée consiste à fondre l'acier des pièces à

souder et de les assembler grâce à un apport de métal (électrode).

La fusion est obtenue par une température très élevée(plus ou moins

3200°C) qui est obtenue par arc électrique entre la pièce à souder et

l'électrode. L'arc électrique est une sorte d'éclair de très forte puissance

qui dégage à la fois une lumière et une chaleur intense.

L'électrode fond dans le bain de fusion formant ainsi la soudure,


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l’enrobage de l’électrode (laitier ) fond à la température de l’arc et

protège la soudure contre l’oxydation.

6) SOUDURE CHALUMEAU

Le soudage OA (oxyacétylènique) est un procédé d’assemblage

thermique qui s’applique aux tôles et aux tubes de même

matière dont l’épaisseur reste inférieure ou égale à 2 mm.

La soudure se déroule de la manière suivante:

Il y a le mélange deux gaz, l’oxygène et l’acétylène. Ensuite ce

mélange est enflammé et il permet, après un réglage correct

de souder. La soudure en elle même est obtenue après que le

métal à souder soit porter à fusion. On apporte ensuite le

métal d'apport nécessaire à une soudure de qualité.


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1. Manomètre

2. Bouteille d'oxygène

3. Bouteille d'acètylène

4. Chariot de transport

5. Buses

6. Chalumeau

7. Raccord anti-retour

8. Tuyau Acétylène de

couleur rouge

9. Tuyau Oxygène de couleur

bleue

6) SOUDURE TIG

La soudure TIG comme la soudure MIG, est obtenue grace à l'arc

électrique obtenu entre la pièce à souder et l'électrode infusible en

tungstène. L'énergie obtenue permet d'amener le métal a la fusion et d'y

apporter manuellement (pour les TIG manuels) un supplément appelé

métal d'apport.


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7) SOUDURE MIG-MAG

La soudure MIG est un procédé de soudage très utilisé de nos jours. Pour

ce procédé, un arc électrique est obtenu entre la pièce à souder et le fil

d’apport. Lorsque l’arc est obtenu, on fait dérouler (dévider) ce fil

d’apport à vitesse régulière dans le bain de fusion généré par la

puissante énergie de l'arc. On réalise un cordon de soudure par mélange

du métal d’apport et du métal de base, en fusion pendant la fusion. Il est

réalisé sous protection gazeuse.


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a) Torche

b) Gachette c) Buse d) Tube contact e) Gaz

protecteur f) Fil d'apport g) Métal d'apport

en fusion h) Cordon de

soudure i) Athmosphère

protectrice gazeuse

8) SOUDURE PAR POINTS

Le soudage par points est un procédé de soudage par résistance. On

superpose deux métaux a assembler et on les serre entre 2 électrodes.

Une énergie calorifique est générée entre les électrodes, ce qui

provoque la fusion des pièces sur la surface serrée. La soudure

s'éxecute après serrage de ces électrodes pendant la fusion. Les

pièces s'assemblent de cette façon.


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