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'une des méthodes de transfert de matériau fondu sous la forme de nombreuses petites gouttelettes dont le diamètre est inférieur à celui du fil d'apport. Comme il n'y a pas de court-circuit, l'arc est stable et sans projections.

Une condition préalable au succès du soudage à l'arc par pulvérisation est que les valeurs de courant et de tension soient supérieures à certaines limites. En conséquence, plus de chaleur est fournie à la pièce qu'avec le soudage à l'arc court, et seuls les matériaux d'une épaisseur de 5 mm ou plus conviennent au soudage à l'arc par pulvérisation.

En raison de l'apport de chaleur élevé, le bain de soudure est également important, de sorte que le soudage doit être effectué en position horizontale. Il convient de noter qu'un arc de pulvérisation pur ne peut pas être obtenu avec du CO2 comme gaz de protection.

Le gaz de protection doit être de l'argon pur, de préférence avec une petite quantité de CO2 (maximum 25%) ou O2. Le soudage à l'arc par pulvérisation est particulièrement adapté au soudage MIG de l'aluminium et de l'acier inoxydable, où le gaz de protection est principalement de l'argon.

Le soudage à l'arc par pulvérisation peut être réalisé avec succès à des courants plus faibles avec un fil d'apport fin qu'avec un fil d'apport plus épais.

La tension de l'arc doit être réglée juste assez haut pour maintenir un arc sans court-circuit. Le fil d'apport est généralement connecté au pôle positif.

Avantages

Le soudage à l'arc par pulvérisation est un procédé très efficace. Les principaux avantages de ce processus incluent :

• Taux de dépôt élevé,
• Bonne fusion et pénétration,
• bon aspect de la soudure,
• Possibilité d'utiliser des fils d'électrode de plus grand diamètre et
• Présence de très peu d'éclaboussures.

Limites

Les limites du soudage à l'arc par pulvérisation sont :

• Il n'est utilisé que pour les matériaux de 1/8 pouce (3 mm) d'épaisseur et plus (portable) et
• Il est limité aux positions de soudure d'angle à plat et horizontale
• Un bon ajustement est toujours nécessaire car il n'y a pas de capacité 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 et des alliages métalliques à haute température de fusion tels que le carbure de tungstène et le carbure de chrome.

Avantages

• Supporte parfaitement un revêtement 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 par 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

• Le soudage par pulvérisation garantit une soudure lisse
• Il a une pénétration élevée et convient aux métaux d'une épaisseur supérieure à 3/16
• Il a des taux de dépôt de soudure élevés, ce qui augmente la productivité
• La présence de très peu d'éclaboussures
• Peu coûteux :utilisation de matériaux moins coûteux et renforcement par pulvérisation
• Le soudage par pulvérisation est polyvalent, la plupart des métaux, céramiques et plastiques peuvent être pulvérisés
• Fonctionne dans une variété d'épaisseurs
• Vitesse de traitement rapide :temps de pulvérisation de 3 à 60 lb/heure (selon le procédé utilisé)

Inconvénients du soudage par pulvérisation

• Nécessite une formation spéciale de soudeur pour la pulvérisation
• Les coûts du gaz sont plus élevés (> 85 %) en raison des concentrations d'argon plus élevées.
• Recommandé uniquement pour une position à plat et des congés horizontaux
• Une chaleur élevée peut rendre les soudeurs mal à l'aise
• Possibilité de contre-dépouille, notamment au bord des soudures
• Le revêtement est lié mécaniquement, et non métallurgiquement
• processus de ligne de mire
• La faible 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'une des méthodes de transfert de matériau fondu sous la forme de nombreuses petites gouttelettes dont le diamètre est inférieur à celui du fil d'apport. Comme il n'y a pas de court-circuit, l'arc est stable et sans projections.

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 .