Optimisation de l'arc électrique et réduction des fumées de soudage.
Comme nous le savons tous, le soudage produit des fumées nocives. Pour réduire les contraintes des soudeurs tout en améliorant la sécurité au travail, les variantes de process et la technique d’aspiration ne sont pas les seuls éléments clés. Les paramètres de process jouent un rôle important en ce qui concerne le taux d’émission : la vitesse d’amenée de fil, la longueur de l’arc électrique et les paramètres de correction influencent considérablement la quantité de substances nocives. À Aix-la-Chapelle, l’entreprise Forschungs- und Fügetechnik (FEF) a étudié, en collaboration avec Fronius International GmbH, les divers paramètres système.
Comme le révèle le rapport final de
la FEF sur les analyses des fumées de soudage daté du 13/10/2021, par
rapport à l’arc électrique Low Spatter Control (LSC) et à l’arc électrique
standard (tous estampillés Fronius), l’arc pulsé est le process le plus
favorable au transfert de matière et celui qui a le plus faible taux d’émission
de fumées de soudage. Une autre série d’essais a permis de déterminer la
manière dont les divers réglages de la torche, vitesses d’amenée de fil et
corrections de la longueur de l’arc électrique ont un impact sur le taux
d’émission. L’arc pulsé PMC et le TPS 500i de Fronius ont été utilisés
pour le soudage.
Les conditions-cadres suivantes ont été définies :
| Paramètres de soudage MSG | |
| Matériau d’apport : fil-électrode cuivré | EN ISO 14341-A: G 3Si1, Ø 1.2 mm |
| Matériau de base : acier de construction non allié | S235JR, t = 8 mm |
| Vitesse d’amenée de fil | 5 m/min, 8 m/min and 11 m/min |
| Gaz de protection CORGON® | DIN EN ISO 14175: M21-ArC-18, 12 l/min |
| Variantes de process | PMC pulse |
| Correction de la tension et dynamique | Correction de la tension 0, dynamique 0 |
| Position de soudage | Soudures à recouvrement PA, soudures d’angle PB |
| Positionnement de la torche | Neutre, 10° en poussant, 10° en tirant |
| Écart du tube contact | 15 mm |
| Vitesse de soudage | 37 cm/min |
| Degré de mécanisation | Entièrement mécanisé avec dispositif de déplacement linéaire |
Taux d’émission de fumées de soudage lors de la réalisation de soudures à recouvrement
En principe, il est possible de constater que les émissions de fumées de soudage sont les plus faibles avec une vitesse d’amenée de fil de 5 m/min et un positionnement neutre de la torche, mais il convient de noter que les émissions sont plus faibles avec une vitesse d’amenée de fil de 11 m/min qu’à 8 m/min. Lors du soudage en tirant la torche, les émissions sont un peu plus faibles que lors du soudage en poussant, et ce, quelle que soit la vitesse d’amenée de fil.
Lorsque les soudeurs optimisent l’arc électrique à l’aide de la correction de la longueur de l’arc électrique (lors de l’essai en position neutre de la torche), les émissions de fumées de soudage peuvent être considérablement réduites à toutes les vitesses d’amenée de fil. Contrairement à l’arc électrique non optimisé, les émissions de fumées de soudage à 8 m/min avec 0,9 mg/s sont légèrement plus faibles que celles à 11 m/min avec 1,1 mg/s, voir Graphique 1.
Comparaison des courbes de tension à une vitesse d’amenée de fil de 5 m/min
De toute évidence, le taux d’émission de fumées de soudage est lié au nombre de courts-circuits : plus ce dernier est élevé, plus le taux d’émission de fumées de soudage est lui aussi élevé. Selon l’étude, cela s’explique par le transfert de matière. Les courts-circuits provoquent des perturbations du process qui entraînent l’apparition de vapeur métallique et de projections de métal. Si l’on souhaite réduire ces émissions à un minimum, il est recommandé de procéder à un réglage du process qui allie la longueur de l’arc électrique et la réduction du court-circuit, c’est-à-dire que l’arc électrique ne doit pas être trop long ni trop court. Lorsque la tension moyenne augmente légèrement, les courts-circuits et les émissions sont réduits (Graphique 2).
Les processus de soudage à 8 et 11 m/min se comportent de manière similaire en ce qui concerne le rapport entre la tension moyenne et les courts-circuits, et les émissions de fumées de soudage restent similaires au process à 5 m/min.
Taux d’émission de fumées de soudage lors du soudage de soudures d’angle
Le soudage pulsé à des vitesses d’amenée de fil de 5 m/min et 8 m/min produit des taux d’émission nettement plus faibles (0,55 mg/s et 0,7 mg/s respectivement) qu’à une vitesse d’amenée de fil de 11 m/s. Dans ce cas, les émissions sont de 1,7 mg/s, soit plus du triple par rapport à la vitesse d’amenée de fil de 5 m/min. Comme pour les passes de rechargement, cela s’explique par le nombre réduit de courts-circuits, le fait de tirer la torche entraînant ici aussi des émissions plus faibles, et même un taux d’émission considérablement plus faible pour une vitesse d’amenée de fil de 11 m/min (voir Graphique 3). Dans ce cas, les émissions sont mêmes plus faibles qu’avec un positionnement neutre de la torche.
Au total, les émissions de fumées de soudage sont à un niveau plus faible que lors des soudures à recouvrement. La valeur la plus basse de chaque vitesse d’amenée de fil est comparable aux émissions des processus optimisés (voir Graphique 1, barres vertes) avec lesquels les soudures à recouvrement ont été réalisées.
Les valeurs absolues des taux d’émission de fumées de soudage du positionnement lors du soudage en poussant ou en tirant la torche sont largement similaires avec une vitesse d’amenée de fil de 8 m/min, tout comme pour les soudures à recouvrement. En revanche, le soudage en tirant la torche à une vitesse de 11 m/min fait apparaître un taux d’émission de fumées de soudage significativement plus élevé (environ 2,8 mg/s). .
Comparaison des courbes de tension à une vitesse d’amenée de fil de 11 m/min
Lors de l’essai de la FEF, le rapport entre le taux d’émission et la tension moyenne à une vitesse d’amenée de fil de 11 m/min a été examiné de plus près : pour les trois valeurs de mesure, le résultat a été d’1,36 mg/s au minimum (optimisé avec une correction de la longueur de l’arc électrique de -1,5 V). C’est là que se trouve le point de travail où des courts-circuits apparaissent sporadiquement, mais où l’arc électrique n’est pas inutilement long. Le process sans correction de la longueur de l’arc électrique génère plus d’émissions (1,72 mg/s) en raison de l’augmentation de la longueur de l’arc électrique et de la puissance du process. Si le nombre de courts-circuits augmente lorsque la tension moyenne diminue (correction de la longueur de l’arc électrique -2,5 V), l’émission de fumées de soudage augmente également (1,6 mg/s), voir Graphique 4.
Bilan : les process optimisés pour les fumées de soudage participent largement à la réduction des émissions.
Les professionnels du soudage ont les cartes en main : en choisissant de manière ciblée le process de soudage, la vitesse d’amenée de fil et la longueur de l’arc électrique, ils réduisent considérablement les fumées de soudage.
Pour résumer, le taux d’émission de fumées de soudage dépend, en principe, de la puissance de fusion ou du process, le transfert de matière étant lui aussi déterminant. Si un arc électrique est trop court ou trop long, cela entraîne un taux de courts-circuits plus élevé et, par conséquent, une augmentation des émissions de fumées de soudage.
À l’inverse, si l’on optimise le process de soudage à l’aide de la correction de la longueur de l’arc électrique et que l’on utilise une torche aspirante supplémentaire telle que la Fronius MTW 500i Exento combinée à une aspiration Exento HighVac Fronius, les fumées de soudage peuvent être réduites jusqu’à 99 %.
Aspiration performante et précise
Les torches de soudage aspirantes empêchent la propagation des fumées de soudage à l’endroit précis où elles se forment : directement au niveau du bain de fusion. Elles protègent non seulement le personnel de soudage pendant les travaux d’assemblage, mais aussi tous les individus qui se trouvent à proximité de la pièce.
Un type de montage complexe ne devrait pas nuire à la santé et à la productivité des professionnels du soudage. C’est pourquoi, lors de la conception des torches aspirantes, Fronius a veillé tout particulièrement à leur ergonomie afin qu’elles tiennent bien en main lors de l’assemblage. De plus, un éclairage LED facilite le soudage dans un environnement sombre ainsi que le contrôle de la qualité.
Les torches de soudage aspirantes Exento satisfont aux exigences de la norme DIN EN ISO 21904-1 pour la sécurité et la santé au travail lors du soudage et de la mise en œuvre de procédés connexes.