Qu'est-ce que le soudage par pulvérisation ? - Processus et techniques

Qu'est-ce que le soudage par pulvérisation ?

Le soudage par pulvérisation fait référence à plusieurs procédés de soudage sous forme de projection thermique. C'est une activité industrielle dans laquelle une poudre ou un fil est atomisé à grande vitesse avec du gaz comprimé et pulvérisé sur une surface métallique.

Le soudage par pulvérisation implique l'utilisation de plasma industriel, de flamme, de pistolets à détonation, de pulvérisation à l'arc et d'oxycombustible à grande vitesse. En raison de la chaleur importante générée par le soudage par éclaboussures, les procédures et les réglementations doivent être suivies attentivement et systématiquement pour éviter de nuire aux personnes et à l'environnement.

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Comment fonctionne le soudage par pulvérisation ?

La projection thermique est un terme général qui représente plusieurs processus de revêtement. L'ensemble du soudage implique l'utilisation d'un matériau de revêtement, par exemple une tige, une poudre ou un fil, qui est fondu par diverses sources d'énergie.

En termes simples, il peut être défini comme un processus de revêtement industriel consistant en une source de chaleur et un matériau de revêtement fondu en gouttelettes qui sont pulvérisées à grande vitesse. La pulvérisation est propulsée vers un substrat par un jet ou un gaz d'atomisation.

La projection thermique est un processus assez polyvalent et est connue pour être très efficace. Il peut être une bonne alternative pour plusieurs traitements de surface, notamment les procédés de traitement thermique ou de nitruration, le chrome, le nickelage, l'anodisation, entre autres méthodes.

L'épaisseur du revêtement diffère en fonction des préférences individuelles. Le revêtement répare les composants usés et les pièces de base de la machine. Il peut également être appliqué pour améliorer les performances et la durabilité de l'élément. Cela peut durer jusqu'à 70 % plus longtemps s'il est bien traité.

Connexe : Qu'est-ce que la projection thermique ?

Différents types de techniques de soudage par pulvérisation

1. Soudage à l'arc par pulvérisation

Le soudage à l'arc par pulvérisation est l'un des procédés utilisés pour transférer le métal de l'électrode ou du fil à la soudure. De minuscules gouttelettes de métal fondu se déplacent à travers l'arc et sur le métal de base ou le joint en cours de travail.

Le transfert par pulvérisation est idéal pour une utilisation sur des métaux plus épais pour les soudures bout à bout ou d'angle. Il ne convient pas aux travaux de soudage positionnés car les gouttelettes de métal volantes et la gravité ne créent pas une situation idéale pour le soudeur ou le travail de soudage.

Techniquement, le soudage à l'arc par pulvérisation est une pulvérisation de métal en fusion qui est transférée à travers l'arc, un peu comme l'eau s'échappant d'un tuyau d'arrosage avec un orifice restreint. Le soudage à l'arc par pulvérisation réduit les projections de soudure et crée un cordon de soudure plus fin.

Processus

Le processus implique des niveaux de courant et de tension élevés. Lorsque le fil est rapproché du métal de base, il génère un courant avant de toucher le métal. Le courant chauffe le fil très rapidement et le fait fondre. Le métal en fusion se déplace sous la forme de minuscules gouttelettes à travers l'arc généré, ce qui lui donne le nom de soudage à l'arc par pulvérisation.

Le soudage à l'arc par pulvérisation peut atteindre des taux de dépôt de métal élevés lorsqu'il est équipé de la combinaison idéale de gaz de protection, de métal et de calibre de fil et de distance de contact à la pointe. Avec la combinaison parfaite de tout, le processus peut générer des courants transitoires très élevés. Le processus est également appelé pulvérisation axiale.

Les niveaux de courant utilisés dans ce procédé doivent être supérieurs au courant transitoire. Ce n'est qu'alors que le métal sera transféré sous forme de gouttes, et pas seulement fondu. Le processus nécessite l'utilisation de niveaux de courant élevés avec des niveaux de tension suffisants pour assurer une soudure sans projections.

Avantages

Le soudage à l'arc par pulvérisation est un procédé très efficace. Certains des avantages significatifs offerts par ce processus incluent :

• Taux de dépôt de métal élevé
• Bonne fusion et pénétration du métal
• Excellent aspect du cordon de soudure
• Possibilité d'utiliser des fils d'électrode de plus grand diamètre
• Très peu de génération de projections

Malgré la présence d'avantages aussi étendus, la méthode de transfert à l'arc par pulvérisation présente des limites substantielles.

Limites

Les limitations du transfert à l'arc de pulvérisation incluent, mais ne sont pas limitées à :

• Il convient uniquement pour une utilisation sur des matériaux épais (environ 1/8 po (3 mm) et plus épais)
• Il est limité aux positions de soudure d'angle à plat et horizontale
• Il n'a pas de fonctionnalités de racine ouverte

2. Processus de pulvérisation à la flamme

La projection à la flamme, également connue sous le nom de projection par combustion oxy/acétylène, est la technique originale de projection thermique développée il y a environ 100 ans. Il utilise les principes de base d'une torche de soudage avec l'ajout d'un flux d'air à grande vitesse pour propulser les particules fondues sur le substrat.

Le matériau de revêtement peut être sous forme de fil ou de poudre. Les revêtements par pulvérisation à la flamme sont souvent fondus après application pour améliorer l'adhérence et la densité du revêtement.

Avantages

• Taux de dépôt élevés
• Faible surface chauffante
• Polyvalent
• Le processus est simple et convivial

Inconvénients

• Adhérence relativement faible
• Amélioration de l'efficacité du chauffage
• Non compatible avec les métaux dont le point de fusion dépasse 2 800 °C

3. Oxycombustible à grande vitesse (HVOF)

Le procédé HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel) brûle l'oxygène et un groupe sélectionné de gaz inflammables, notamment le propane, le propylène ou l'hydrogène. Bien que le système HVOF utilise le principe de base de la combustion, le pistolet de pulvérisation est conçu différemment du pistolet de pulvérisation oxy-combustible standard.

Les différences de pistolet HVOF produisent des températures de flamme plus élevées et des vitesses plus élevées. Le résultat est une poudre fondue plus complètement et plus d'énergie cinétique disponible pour "aplatir" les particules fondues du matériau de revêtement. Le processus HVOF produit une force de liaison et une densité de revêtement supérieures.

Le procédé HVOF est le plus couramment utilisé pour déposer des métaux à haute température de fusion et des alliages métalliques tels que le carbure de tungstène, le carbure de chrome.

Avantages

• Supporte parfaitement les revêtements épais
• Niveaux de faible porosité
• Niveaux d'adhérence élevés
• Plus de carbures retenus par rapport à la projection à la flamme ou au plasma

Inconvénients

• Relativement bruyant avec un niveau de bruit allant jusqu'à 130 dB
• Faible taux de dépôt
• Légèrement cher

4. Procédé de pulvérisation au plasma (PTA)

Le procédé de projection plasma (arc non transféré), utilise des gaz inertes amenés devant une électrode induisant l'état « plasma » des gaz. Lorsque les gaz sortent de la buse du pistolet et reviennent à leur état normal, une énorme quantité de chaleur est libérée.

Un matériau de revêtement en poudre est injecté dans la "flamme" de plasma et propulsé sur le substrat.

Les revêtements céramiques sont le plus souvent appliqués à l'aide d'un jet de plasma en raison de leurs températures de fusion élevées. (Souvent> 3500 F). Plusieurs types de revêtements céramiques peuvent être appliqués par projection plasma.

Avantages

• Facile à appliquer
• Les particules de cermet sont plus grosses
• Résistance à l'usure
• Porosité très faible ou nulle
• Revêtement épais
• Faible échauffement du substrat par rapport à GTAW

Inconvénients

• Haute oxydation du matériau pulvérisé
• Difficile d'obtenir une fine couche de 1 mm ou moins

5. Pulvérisation par détonation

La projection par détonation est l'une des nombreuses formes de techniques de projection thermique utilisées pour appliquer un revêtement protecteur à des vitesses supersoniques sur un matériau afin de modifier ses caractéristiques de surface. Il s'agit principalement d'améliorer la durabilité d'un composant.

Il a été inventé en 1955 par H.B. Sargent, R.M. Poorman et H. Lamprey et est appliqué à un composant à l'aide d'un pistolet à détonation spécialement conçu (D-gun). Le composant pulvérisé doit être préparé correctement en éliminant toutes les huiles de surface, les graisses, les débris et en rendant la surface rugueuse afin d'obtenir un revêtement de pulvérisation à détonation fortement lié.

Ce processus implique les vitesses (≈3500 m/s d'onde de choc qui propulse les matériaux de revêtement) et les températures (≈4000 °C) des matériaux de revêtement les plus élevées par rapport à toutes les autres formes de techniques de projection thermique.

Cela signifie que la pulvérisation par détonation est capable d'appliquer des revêtements protecteurs à faible porosité (moins de 1 %) et à faible teneur en oxygène (entre 0,1 et 0,5 %) qui protègent contre la corrosion, l'abrasion et l'adhérence sous une faible charge.

Ce procédé permet l'application de revêtements de surface très durs et denses qui sont utiles comme revêtements résistants à l'usure. Pour cette raison, la pulvérisation par détonation est couramment utilisée pour les revêtements protecteurs dans les moteurs d'avions, les jauges à bouchon et annulaire, les arêtes de coupe (couteaux de skiving), les forets tubulaires, les pales de rotor et de stator, les rails de guidage ou tout autre matériau métallique soumis à une usure élevée. et déchirer.

Généralement, les matériaux qui sont pulvérisés sur les composants lors de la pulvérisation par détonation sont des poudres de métaux, d'alliages métalliques et de cermets ; ainsi que leurs oxydes (aluminium, cuivre, fer, etc.).

La pulvérisation par détonation est un processus industriel qui peut être dangereux s'il n'est pas effectué correctement et dans un environnement sûr. En tant que tel, de nombreuses précautions de sécurité doivent être respectées lors de l'utilisation de cette technique de projection thermique.

6. Processus de pulvérisation à froid

La pulvérisation à froid (CS) est une méthode de dépôt de revêtement. Les poudres solides (1 à 50 micromètres de diamètre) sont accélérées dans un jet de gaz supersonique à des vitesses allant jusqu'à env. 1200 m/s. Lors de l'impact avec le substrat, les particules subissent une déformation plastique et adhèrent à la surface.

Pour obtenir une épaisseur uniforme, la buse de pulvérisation est balayée le long du substrat. Les métaux, les polymères, les céramiques, les matériaux composites et les poudres nanocristallines peuvent être déposés par projection à froid.

L'énergie cinétique des particules, fournie par la détente du gaz, est convertie en énergie de déformation plastique lors du collage. Contrairement aux techniques de projection thermique, par exemple la projection au plasma, la projection à l'arc, la projection à la flamme ou l'oxygène à haute vitesse (HVOF), les poudres ne fondent pas pendant le processus de projection.

Avantages du soudage par pulvérisation

• Cordon de soudure lisse
• Pénétration élevée (utilisé sur du métal de 3/16″ ou plus)
• Taux de dépôt de soudure élevés
• Éclaboussures minimales
• Coût réduit :le spray est utilisé pour renforcer un matériau à moindre coût
• Faible apport de chaleur :les revêtements ne pénètrent pas dans le matériau de base
• Polyvalent :la plupart des métaux, plastiques et céramiques peuvent être pulvérisés
• Fonctionne dans une large plage d'épaisseur :0,001 à 0,1 pouce, peut avoir une épaisseur supérieure à 1 pouce
• Vitesse de traitement rapide :la pulvérisation va de 3 à 60 lb/heure (selon le processus utilisé)

Inconvénients du soudage par pulvérisation

• Nécessite une formation de soudeur
• Le coût du gaz peut être plus élevé en raison des niveaux d'argon plus élevés (> 85 %)
• Recommandé pour la position à plat et les congés horizontaux uniquement
• La chaleur élevée peut causer de l'inconfort au soudeur
• Une contre-dépouille peut être causée, en particulier sur le bord supérieur des soudures
• Le collage du revêtement est mécanique et non métallurgique
• Processus de ligne de mire
• Mauvaise résistance des revêtements au chargement ponctuel

FAQ.

Qu'est-ce que le soudage par pulvérisation ?

Le soudage par pulvérisation est un terme utilisé pour classer plusieurs procédures de soudage sous forme de projection thermique. C'est une activité industrielle qui consiste à atomiser et pulvériser une poudre ou un fil sur une surface métallique à grande vitesse avec du gaz comprimé.

Qu'est-ce que le soudage à l'arc par pulvérisation ?

Le soudage à l'arc par pulvérisation est l'un des procédés utilisés pour transférer le métal de l'électrode ou du fil à la soudure. De minuscules gouttelettes de métal en fusion se déplacent via l'arc et sur le métal de base ou le joint sur lequel on travaille. Le transfert par pulvérisation est idéal pour une utilisation sur des métaux plus épais pour les joints bout à bout ou d'angle.

Comment configurer un arc de pulvérisation ?

Pour des vitesses de production plus élevées, utilisez le transfert par pulvérisation. Un mélange d'argon supérieur à 80 % règle la tension à 23-4 volts pour commencer. Réglez l'ampérage avec environ 300 à 400 pouces de vitesse d'alimentation en fil. Augmentez/diminuez à nouveau la vitesse d'alimentation du fil jusqu'à ce que 150 ampères soient atteints.

Quelle épaisseur pouvez-vous souder par pulvérisation ?

La pulvérisation thermique peut fournir des revêtements épais (la plage d'épaisseur approximative est de 20 microns à plusieurs mm, selon le procédé et la matière première), sur une grande surface à un taux de dépôt élevé par rapport à d'autres procédés de revêtement tels que la galvanoplastie, le dépôt physique et chimique en phase vapeur .

Le soudage par pulvérisation est-il solide ?

Soudage par pulvérisation à l'oxycombustible à grande vitesse. Le gaz atteint des vitesses supersoniques tandis qu'en même temps de la poudre est injectée dans la flamme. Le procédé fournit des revêtements denses par projection thermique avec moins de 1 % de porosité. Le résultat a une force d'adhérence élevée et des finitions de surface fines telles que pulvérisées.