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Le soudage à l’arc est un type de procédé de soudage par fusion où les métaux de base sont fusionnés par application de chaleur afin de former une coalescence. La chaleur nécessaire est fournie par un arc électrique constitué entre les bornes positives et négatives d’un circuit électrique intégré à une source d’énergie. Pour le soudage, le métal est placé sur une borne et l’électrode sur une autre, et l’arc se forme entre les deux dans le circuit externe. Puisque les électrons circulent toujours de la borne négative à la borne positive de tout circuit externe, donc en fonction de la connexion effectuée, deux cas sont possibles :

1. L’électrode est connectée à la borne négative de la source d’alimentation ; tandis que les métaux de base sont connectés à la borne positive.
2. Les métaux de base sont connectés avec la borne négative de la source de courant ; alors que, l’électrode est connectée avec la borne positive.

Toutefois, si la source de courant fournit du courant alternatif (CA), alors les deux conditions se produisent l’une après l’autre dans chaque cycle. Fondamentalement, les sources de courant de soudage à l’arc peuvent fournir un courant de type continu ou alternatif. Certaines sources d’alimentation modernes permettent également de convertir le courant alternatif en courant continu (convertisseur AC-DC intégré), de sorte que ces sources peuvent fournir du courant alternatif et du courant continu. Par conséquent, le soudage à l’arc peut être effectué dans n’importe laquelle des trois polarités suivantes ; cependant, chacune d’entre elles présente certains avantages par rapport aux autres, comme élaboré dans les sections successives.

La polarité indique la direction du flux de courant (en d’autres termes – électrons) entre les plaques de base et l’électrode dans le circuit externe. Rappelez-vous, la direction du flux de courant est considérée comme opposée au flux d’électrons.

• Polarité droite du courant continu – se produit lorsque l’électrode est rendue négative et que les plaques de base sont rendues positives. Ainsi, les électrons circulent de la pointe de l’électrode vers les plaques de base.
• Polarité inverse du courant continu – se produit lorsque l’électrode est rendue positive et que les plaques de base sont rendues négatives. Ainsi, les électrons circulent des plaques de base vers l’électrode.
• Polarité en courant alternatif – si la source d’énergie fournit un courant alternatif, alors les deux cas ci-dessus se produiront l’un après l’autre dans chaque cycle. Dans une moitié du cycle, l’électrode sera négative (donc les plaques de base seront positives) et dans la moitié suivante, l’électrode sera positive (donc les plaques de base seront négatives). Le nombre de cycles par seconde dépend de la fréquence de l’alimentation. Par exemple, avec une alimentation de 60 Hz, 60 cycles se produisent à chaque seconde.

Polarité de l’électrode à courant continu positive (DCEP) dans le soudage à l’arc

Avec une alimentation en courant continu (CC), lorsque l’électrode est connectée avec la borne positive et les plaques de base avec la borne négative, on parle alors d’électrode à courant continu positive (DCEP) ou de polarité inverse à courant continu (DCRP). Les électrons se libèrent alors de la plaque de base et circulent vers l’électrode via le circuit extérieur. Le flux continu d’avalanche d’électrons dans un petit passage produit l’arc (source de chaleur).

Les électrons, émis par les plaques de base (polarité négative), sont accélérés en raison de la présence d’une différence de potentiel et peuvent frapper l’électrode (polarité positive) à une très grande vitesse. Lors du choc, l’énergie cinétique des électrons est convertie en énergie thermique, ce qui entraîne une forte production de chaleur à proximité de la pointe de l’électrode. En règle générale, on considère que les deux tiers (66 %) de la chaleur totale de l’arc sont générés au niveau de l’électrode, alors que seulement un tiers (33 %) de la chaleur est générée au niveau de la plaque de base. Par conséquent, l’électrode fond rapidement et le taux de dépôt de métal augmente (uniquement pour les électrodes consommables). D’autre part, les plaques de base ne fusionnent pas correctement en raison de l’absence de chaleur suffisante, ce qui entraîne divers défauts, tels qu’une fusion insuffisante, un manque de pénétration, un renforcement élevé, etc. Cependant, le flux d’électrons provenant de la plaque de base élimine l’huile, le revêtement, la couche d’oxyde ou les particules de poussière présents sur la surface de la plaque de base (appelée action de nettoyage des oxydes).

• Lire la suite : Inversion de polarité en courant continu (DCRP) dans le soudage à l’arc.

Avantages de la polarité DCEP dans le soudage à l’arc

• Meilleure action de nettoyage de l’arc donc moins de risque de défauts d’inclusion.
• Taux de dépôt de volume élevé pour l’électrode consommable, donc soudage plus rapide.
• Meilleure performance pour le soudage des plaques minces. Il réduit le niveau de distorsion, la contrainte résiduelle, la coupe complète, etc.
• S’adapte à l’assemblage des métaux à faible point de fusion, tels que le cuivre et l’aluminium.

Inconvénients de la polarité DCEP dans le soudage à l’arc

• Durée de vie plus courte pour les électrodes non consommables.
• Niveau de renforcement plus élevé si la vitesse n’est pas ajustée correctement.
• Fusion insuffisante et pénétration incomplète.
• Incapable de fusionner correctement des plaques épaisses ou des métaux ayant un point de fusion élevé.

Polarité de l’électrode à courant continu négative (DCEN) dans le soudage à l’arc

Opposé à DCEP, lorsque l’électrode est connectée avec la borne négative et les plaques de base avec la borne positive, on parle alors d’électrode à courant continu négative (DCEN) ou de polarité droite à courant continu (DCSP). Les électrons circulent donc de l’électrode vers les plaques de base. Par conséquent, la plaque de base génère plus de chaleur que l’électrode, ce qui réduit le taux de dépôt de métal. De plus, divers défauts causés par une fusion insuffisante du métal de base sont éliminés. Mais le DCEN n’a pas d’action nettoyante, donc des défauts d’inclusion peuvent apparaître si les plaques de base ne sont pas nettoyées correctement avant le soudage. Les avantages et les inconvénients de la polarité DCEN sont discutés ci-dessous.

• Lire la suite : Polarité droite à courant continu (DCSP) dans le soudage à l’arc.
• Lire la suite : Différence entre DCEN et DCEP dans le soudage à l’arc.

Avantages de la polarité DCEN dans le soudage à l’arc

• Fusion suffisante des métaux de base et donc une pénétration adéquate peut être obtenue.
• Moins de chance d’inclusion de tungstène (avec le soudage TIG) et également un faible renforcement.
• Meilleur choix pour le soudage des métaux à point de fusion élevé, comme le titane, l’acier inoxydable, etc.
• Les plaques épaisses peuvent également être assemblées correctement.

Inconvénients de la polarité DCEN dans le soudage à l’arc

• Pas d’action de nettoyage de l’arc donc des chances de défauts d’inclusion.
• Niveau de distorsion élevé.
• Génération de contraintes résiduelles élevées au niveau des composants soudés.
• Zone affectée par la chaleur (HAZ) plus large.
• Plus faible productivité en raison d’un taux de dépôt plus faible.
• Ne convient pas pour le soudage des plaques minces.

Polarité du courant alternatif (CA) dans le soudage à l’arc

La polarité CA offre les avantages du DCEN et du DCEP ; toutefois, dans une certaine mesure seulement. Avec une source de courant alternatif, dans la moitié du cycle, l’électrode devient négative et dans la moitié suivante du cycle, l’électrode devient positive. Ce cycle se répète 50 ou 60 fois par seconde selon la fréquence de l’alimentation (50 ou 60 Hz). Certaines sources d’alimentation prévoient également des dispositions pour modifier cette fréquence.

• Lire la suite : La polarité du courant alternatif dans le soudage à l’arc.
• Lire la suite : Comparaison entre les polarités DCEN, DCEP et AC du soudage.

Avantages de la polarité AC dans le soudage à l’arc

• Action modérée de nettoyage de l’arc.
• Compatible avec la plupart des types d’électrodes (mais pas tous).
• Meilleure fusion et pénétration du métal de soudure.
• S’adapte à une large gamme d’épaisseurs de plaques.

Comment la polarité affecte-t-elle la performance du soudage à l’arc ?

La polarité est l’un des facteurs cruciaux qui influence la qualité des joints soudés. Avant de souder, le soudeur doit choisir la polarité appropriée en fonction des exigences, du type d’apport, du type d’électrode et du matériau de base. La liste suivante présente les paramètres qui sont généralement affectés par la polarité de la soudure. Pour plus de détails, lire : Comment la polarité affecte la performance du soudage à l’arc ?

• Dépôt d’apport – Avec une électrode consommable, la polarité DCEP augmente la vitesse de dépôt du métal. Lire : Quelle polarité donne le taux de dépôt maximal en soudage à l’arc et pourquoi ?
• Pénétration de la soudure-La polarité DCEP augmente la pénétration de la soudure. Lire : Quelle polarité donne une meilleure pénétration dans le soudage à l’arc et pourquoi ?
• Nettoyage des plaques de base-DCEP aide à nettoyer les plaques de base pendant le soudage, ce qui réduit les risques de défauts d’inclusion. Lire : Quelle polarité donne un meilleur nettoyage des oxydes en soudage à l’arc et pourquoi ?
• Renforcement-DCEP provoque un mode globulaire de transfert du métal, donc augmente la largeur du cordon de soudure.
• HAZ-DCEN polarité chauffe les plaques de base rapidement et si la vitesse n’est pas ajustée alors le HAZ devient plus large.
• Aspect du cordon de soudure-AC, dépend fortement de nombreux autres facteurs.

Comment sélectionner correctement la polarité de soudage ?

Il est à noter que la sélection de la polarité de soudage nécessite la considération d’un grand nombre de facteurs ; cependant, seuls quelques facteurs de base sont discutés ci-dessous. Une attention appropriée doit être prise pour la sélection de la polarité pour une application particulière.

• Si votre métal de base est l’aluminium ou le magnésium, alors le DCEP est une meilleure option car il peut rompre la couche d’oxyde (alumine-Al2O3) présente sur la surface de la plaque. En outre, le point de fusion de l’aluminium est assez faible (660 ºC), donc la génération de chaleur élevée près de la plaque de base n’est pas nécessaire.
• Si vous soudez du titane ou de l’acier inoxydable, alors AC est une meilleure option car il vous donnera tous les avantages souhaités. Ici, DCEN peut augmenter la zone HAZ.
• Si le matériau de travail a une faible émissivité électronique ou nécessite une haute tension pour l’émission d’électrons, alors DCEP est un mauvais choix car il peut entraîner un arc instable.
• Si l’épaisseur de la plaque de base est plus (>6mm), alors DCEN est un choix préférable. Une préparation des bords est également nécessaire. De même, pour les plaques minces, il faut choisir DCEP.
• En soudage TIG, l’utilisation de la polarité DCEP peut entraîner la formation de billes à l’extrémité de l’électrode, ce qui entraîne une diminution de la durée de vie de l’électrode. Elle peut également entraîner un défaut d’inclusion de tungstène.

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