Electrodes de tungstène
Avec le procédé GTAW, l'arc est maintenu entre la pièce à souder et une électrode qui, si le procédé est bien appliqué, ne se désintègre pas pendant le soudage. On utilise le tungstène pour fabriquer ces électrodes en raison de son point de fusion très élevé (3410 °C). De plus, le tungstène soumis au courant électrique sous des températures très élevées libère facilement ses électrons, ce qui améliore le passage du courant.
Il existe plusieurs types d'électrodes de tungstène, qui ont été développées pour des applications particulières du soudage avec le procédé GTAW.
Classification des électrodes de tungstène
Les électrodes de tungstène sont régies par la norme américaine AWS A5. 12, élaborée par l'American Welding Society. Présentement, cinq groupes d'alliages de tungstène sont normalisés pour la fabrication d'électrodes pour le soudage:
- tungstène non allié (pur);
- tungstène additionné d'oxyde de thorium (Th);
- tungstène additionné d'oxyde de zirconium (Zr);
- tungstène additionné d'oxyde de cérium (Ce);
- tungstène allié de l'oxyde de lanthanum (La).
Le symbole chimique du tungstène est W, de son ancien nom, wolfram. On utilise ce symbole et celui des autres éléments d'alliage pour identifier les classes d'électrodes. Un code de couleurs a également été adopté pour identifier les électrodes. Une bande de couleur est apposée à une extrémité de l'électrode pour l'identifier.
Si vous utilisez plusieurs types d'électrodes, ayez soin de ne préparer que le bout opposé à la bande de couleur afin de pouvoir continuer de les identifier facilement.
Le tableau indique la composition, le symbole et le code de couleur des diverses électrodes de tungstène régies par la norme AWS A5. 12.
Identification des électrodes de tungstène
| Classe d'électrode | Oxyde ajouté |
Pourcentage nominal d'oxyde |
Code de couleur |
| EWP | Aucun | - | Vert |
| EWTh-1 | ThO2 | 1 | Jaune |
| EWTh-2 | ThO2 | 2 | Rouge |
| EWZr-1 | ZrO2 | 0.25 | Brun |
| EWCe-2 | CeO2 | 2 | Orange |
| EWLa-1 | La202 | 1 | Noir |
| EWG | Non spécifié | - | Gris |
Comme pour les autres normes, la classe G regroupe les électrodes dont la composition chimique est différente de celles des électrodes actuellement normalisées.
Fini de surface
Les électrodes de tungstène sont offertes avec deux finis de surface:
- - poli à la meule;
- - nettoyé chimiquement.
La surface polie à la meule présente une plus grande régularité que celle nettoyée chimiquement. Cela facilite le contact avec le mandrin de la torche, ce qui évite un échauffement inutile et empêche une baisse d'intensité du courant. De plus, une surface uniforme empêche que l'arc ne remonte sur le côté de l'électrode, attiré par un défaut de surface. Cet effet, lorsqu'il se produit, rend la tâche du soudeur très difficile. En contrepartie, les électrodes « décapées » (nettoyées chimiquement) coûtent moins cher.
Electrodes de tungstène pur
Les électrodes de tungstène pur doivent contenir au moins 99,5 % de tungstène. Elles sont les moins chères sur le marché, mais leur capacité de conduction du courant est plus faible que celle des autres électrodes.
Utilisées avec du courant alternatif, les électrodes de tungstène pur procurent une bonne stabilité d'arc, en conservant un bout sphérique et lisse. Elles sont utilisables avec du courant continu, mais elles ne procurent ni un amorçage aussi facile ni une stabilité d'arc aussi bonne que les électrodes thoriées, cériées ou lanthanées.
Electrodes au thorium
Les électrodes thoriées possèdent une conductivité électrique environ 20 % supérieure à celle des électrodes de tungstène pur. De plus, l'amorçage et la stabilité de l'arc sont meilleurs que ceux obtenus avec les électrodes de tungstène pur ou avec les électrodes zirconiées.
Les électrodes thoriées ne sont utilisables qu'avec du courant continu et une polarité normale (électrode négative). Lorsqu'on les utilise avec du courant alternatif, il est très difficile d'obtenir une extrémité hémisphérique, ce qui ne permet pas de maintenir un arc stable.
Electrodes au zirconium
Les électrodes à la zircone (oxyde de zirsonium) possèdent les caractéristiques d'amorçage et de stabilité d'arc des électrodes thoriées. On les choisit généralement pour souder avec du courant alternatif, car elles forment un bout hémisphérique qui assure la stabilité de l'arc, tout en permettant d'utiliser une intensité plus élevée que lorsqu'on emploie des électrodes de tungstène pur.
Electrodes au cérium et au lanthanum
Ces électrodes sont offertes sur le marché nord-américain depuis les années 80. Elles ont été développées pour remplacer le thorium, qui est un élément légèrement radioactif.
Comme c'est le cas des électrodes thoriées, les électrodes sériées et lanthanées autorisent l'utilisation d'une intensité plus élevée que les électrodes de tungstène pur. De plus, elles peuvent être utilisées avec du courant continu ou alternatif.
Choix d'une électrode de tungstène
Le choix d'une électrode de tungstène s'effectue à la lumière critères suivants:
- type de courant à utiliser;
- intensité à conduire.
Choix d'une électrode en fonction type de courant
Comme vous venez de le voir, on ne peut pas utiliser les électrodes thoriées avec du courant alternatif. Le tableau indique, en ordre décroissant de préférence, le choix des électrodes selon le type de courant.
Sélection des électrodes en fonction du type de courant
| CCEN | CA ou CCEP |
| EWTh-2 | EWZr-l |
| EWCe-2 | EWP |
| EWTh | EWCe-2 |
| EWLa-1 | EWLa-1 |
| EWP |
Choix d'une électrode en fonction de l'intensité
Plus le courant que doit conduire l'électrode est élevé, plus le diamètre de celle-ci doit être grand. Cependant, la température de l'électrode doit être suffisamment élevée pour permettre l'émission facile des électrons. Il faut donc choisir le bon diamètre pour le courant requis. Une électrode de trop grand diamètre ne s'échauffera pas suffisamment et produira un arc instable. Une électrode de diamètre trop petit aura tendance à fondre et à projeter des inclusions de tungstène dans la soudure.
Les électrodes alliées possèdent une conductivité électrique supérieure d'environ 20 % à celle des électrodes de tungstène pur, ce qui permet d'atteindre une plus haute température et d'utiliser une intensité plus élevée, d'où une meilleure stabilité d'arc. Le tableau indique les intensités de courant convenant à divers diamètres d'électrodes de tungstène offertes sur le marché.
Intensité du courant en fonction du diamètre des électrodes
Dans le cas du courant alternatif, on distingue l'intensité de deux types d'ondes:
- l'intensité pour une onde conventionnelle (équilibrée ou balancez c'est-à-dire pour un courant dont les deux demi-cycles sont de même intensité;
- l'intensité pour une onde non équilibrée, c'est-à-dire dont on a modifié l'intensité pour obtenir un demi-cycle positif moins important. Cela diminue le chauffage de l'électrode et permet d'utiliser un courant plus élevé pour un même diamètre.
Résumé
Pour obtenir un départ chaud, l'intensité du courant d'amorçage doit être plus élevée que l'intensité de soudage. Le départ chaud permet d'effectuer un travail plus rapidement mais il comporte un risque de collage de l'électrode.
Pour obtenir un départ doux, l'intensité du courant d'amorçage doit être plus basse que l'intensité de soudage. Ce type de départ est utilisé pour le procédé GTAW avec le courant alternatif.
La torche de soudage maintient l'électrode en place, canalise le gaz de protection et assure la continuité du courant pendant le soudage.
Lorsque le courant de soudage ne dépasse pas 150 A, on emploie une torche refroidie au gaz; lorsque l'intensité est plus élevée, il faut utiliser une torche refroidie au liquide.
Les buses transparentes offrent l'avantage de permettre de voir l'arc et le bain de fusion.
Le choix du diamètre de la buse s'effectue en fonction du courant de soudage.
Lorsque la buse est munie d'un diffuseur de gaz, la longueur libre de l'électrode peut être augmentée jusqu'à 19 mm.
Lorsqu'on utilise un débitmètre avec un autre gaz que celui pour lequel il a été conçu, on doit appliquer un facteur de correction à la lecture pour obtenir une valeur juste.
Les applications automatiques du procédé GTAW exigent l'utilisation d'un dévidoir; cela peut aussi faciliter le travail du soudeur dans certaines applications manuelles.
Lorsqu'on effectue des travaux avec la haute fréquences on doit être particulièrement attentif aux risques d'électrisation.
Les électrodes dont la surface est polie à la meule donnent de meilleurs résultats que celles dont la surface est nettoyée chimiquement.
Les électrodes de tungstène pur sont moins chères, mais leur conductivité électrique est inférieure à celle des autres électrodes.
Les électrodes au thorium produisent un arc stable et possèdent une bonne conductivité électrique, mais ne s'utilisent qu'avec du courant continu et une polarité normale.
Les électrodes zirsoniées possèdent les mêmes caractéristiques électriques que celles au thorium, mais elles s'emploient avec du courant alternatif.
Les électrodes au cérium ou au lanthanum peuvent être utilisées avec du courant continu ou du courant alternatif.
Le choix d'une électrode pour un travail donné s'effectue en fonction du type de courant utilisé et de son intensité.