Résumé

En un volume maniable, tout en couleurs et abondamment illustré de photos pas à pas, on découvrira comment maîtriser son poste à souder. Les caractéristiques des électrodes, les techniques de préparation, les positions de déplacement aussi bien que les différentes méthodes d’assemblage étant ainsi durablement acquises, l’ensemble permettra enfin à chacun de se perfectionner dans l’emploi des nouveaux procédés tels que l’Inverter.

En effet, parallèlement aux besoins de l’enseignement technique et professionnel, l’auteur entend répondre aux préoccupations premières des bricoleurs qui veulent résoudre des problèmes pratiques où se mêlent découpage, perçage et assemblage de différents matériaux, filetage, taraudage ou encore montage des disques sur une meuleuse portative, dans le respect des règles de sécurité inhérentes à l’emploi de ce type de machine.

Une fois exposés la bonne utilisation du poste à souder et le mode d’emploi des premières applications, on apprendra, dans neuf fiches techniques détaillées, comment réaliser soi-même grilles de protection, garde-corps, portillons, remorques, bancs métalliques et exécuter divers autres assemblages.

À jour des derniers équipements destinés à l’enseignement technique et professionnel ainsi qu’aux artisans et aux bricoleurs avancés, ce petit manuel doit assurément une bonne part de son succès à la personnalité de son auteur.

Biographie auteur

Après avoir gravi les échelons de l’enseignement professionnel et technique — CAP, BP, promotion sociale et BTS — en apprenant les métiers de soudeur et de chaudronnier (fer et métaux légers) puis étudié la chaudronnerie industrielle, Jean-Claude Guichard a choisi de transmettre ses connaissances. Il a effectué la majeure partie de sa carrière en lycée professionnel et exerce aujourd’hui dans un centre de formation professionnelle où il prépare les élèves au bac pro TCI (technicien en chaudronnerie industrielle).

Pour répondre précisément aux attentes de ses lecteurs, Jean-Claude Guichard a ouvert un blog où chacun est invité à prolonger sa lecture :

http://lasoudurealarcelectrique.over-blog.org

www.editions-eyrolles.com

La soudure à l’arc
électrique

Jean-Claude Guichard

Quatrième édition

ÉDITIONS EYROLLES

61, bd Saint-Germain

75240 Paris Cedex 05

www.editions-eyrolles.com

Des dizaines de livres de construction, de génie civil et d’architecture dans le catalogue en ligne des Éditions Eyrolles : www.editions-eyrolles.com

Attention : la version originale de cet ebook est en couleur, lire ce livre numérique sur un support de lecture noir et blanc peut en réduire la pertinence et la compréhension.

Crédits photographiques couverture : en haut à gauche : © Jacques Palut – Fotolia ; en haut, à droite, au-dessus : © spaxiax – Shuttersock ; en haut, à droite, en dessous : © Romain Quéré – Fotolia ; au milieu, au-dessus : © Jean-Luc Girolet – Fotolia ; au milieu, en dessous : © photostockar – Shuttersock ; en bas, à gauche : © John Casey – Fotolia ; en bas, à droite : © Fartools® marque déposée.

Quatrième de couverture : détails de photographies de la couverture.

En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intégralement ou partiellement le présent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans l’autorisation de l’Éditeur ou du Centre Français d’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands Augustins, 75006 Paris.

© Groupe Eyrolles, 2006, 2012, 2014 pour la présente édition, ISBN : 978-2-212-13844-3

AVANT-PROPOS

Il y a une part de mystère dans l’idée de savoir souder à l’arc !

Si au hasard d’une conversation, mes interlocuteurs apprennent que je suis professeur de Structures métalliques dans un lycée professionnel et que mes fonctions m’amènent à enseigner l’art de la soudure à des jeunes, alors, rapidement les langues se délient et soudain les yeux s’allument, et, il n’est pas rare que certains me demandent de les accompagner dans leurs premiers pas de soudeur. Parfois, quelques-uns d’entre eux me retrouvent au lycée et là débute la magie du soudage.

Petit à petit, l’idée de ce livre m’est apparue comme une évidence. Comme pour laisser une trace à tous ces soudeurs débutants, comme pour me rappeler mes anciens professeurs, lorsque j’étais élève à l’Institut de soudure à Paris et que j’apprenais ce métier… J’ignorais alors qu’il me ferait vivre une partie de ma vie et qu’il me permettrait aujourd’hui de figer sur le papier quelques enseignements de bases qui ont été les miens, il y a aujourd’hui plus de trente ans.

À vous maintenant de vous lancer et de trouver toute la créativité nécessaire à vos prochaines réalisations, qu’elles soient industrielles ou artistiques.

Je souhaite que ce livre réponde à vos attentes, qu’il vous permette de progresser dans cette technique d’assemblage qu’est le soudage, qu’il éveille vos envies de soudeur et, surtout, qu’au travers de ces quelques gestes manuels vous vous épanouissiez.

REMERCIEMENTS

Je souhaite remercier M. Henri Lëme, directeur du lycée technologique et professionnel Saint-Aubin - La Salle, à Saint-Sylvain-d’Anjou qui, comme ses prédécesseurs, m’a autorisé à effectuer dans son établissement les photos qui illustrent cet ouvrage.

Je souhaite également remercier M. Raphaël Guillon, élève des Beaux-Arts d’Angers qui a créé et dessiné le banc métallique, sujet de l’étude de cas n° 1, p. 48.

Je souhaite aussi associer à ces remerciements mes collègues François Allard et Arnaud Vezin qui m’ont été d’une aide précieuse dans l’apport des thèmes proposés.

SOMMAIRE

INITIATION À LA SOUDURE

1-PRINCIPES DE BASE

LA SOUDABILITÉ DES ACIERS

Les matériaux

La température

LE POSTE DE SOUDAGE

FONCTIONNEMENT D’UN POSTE DE SOUDAGE

Installation

Raccordement électrique d’une installation

La fiche signalétique

La tension Uo

L’intensité au secondaire

Le facteur de marche

2-ÉQUIPEMENT ET PRÉPARATION DU POSTE

MATÉRIEL ET ÉQUIPEMENT DE BASE

LES RÈGLES DE SÉCURITÉ

Les risques liés au rayonnement

Le choix des verres

LES RISQUES DE BRÛLURES

Les projections métalliques

Les risques électriques

Les risques d’intoxication

PRÉPARATION DU POSTE

LES ÉLECTRODES

L’ÉLECTRODE ET SON ENROBAGE

LES POSITIONS DE SOUDAGE

Le soudage vertical montant

Le soudage vertical descendant

LES PRODUITS SIDÉRURGIQUES

Les laminés

Les laminés marchands usuels

Les tubes

Les tubes serruriers

Les tôles

Les tôles planes

Les poutrelles

3-LES APPLICATIONS RUDIMENTAIRES

L’AMORÇAGE

RÉALISER UN CORDON DE SOUDURE

POINTAGE DE DEUX TÔLES

RÉALISER SA PREMIÈRE SOUDURE

RÉALISER UNE SOUDURE D’ANGLE

L’orientation

L’inclinaison

La hauteur d’arc

PRÉPARATION DES BORDS

Épaisseur comprise entre 1,5 mm et 4 mm

Épaisseur comprise entre 4 mm et 6 mm

Épaisseur comprise entre 6 mm et 8 mm

ASSEMBLAGES DE PROFILÉS

UTILISATION D’UNE MEULEUSE PORTATIVE

LE CHOIX DU DISQUE

Le disque à ébarder

Le disque à tronçonner

Le disque à poncer

Montage d’un disque à ébarder

Montage d’un disque à tronçonner

Montage d’un disque à poncer

RÉALISATIONS

4-ÉTUDE DE CAS N°1 : LE BANC MÉTALLIQUE

PRÉSENTATION DU PROJET

CALCUL DES COTES

ASSEMBLAGE DES PROFILÉS EN COUPE DROITE

Mise en position des pièces (MIP)

Maintien en position des pièces (MAP)

Pointage des demi-éléments

ASSEMBLAGE DES PROFILÉS EN COUPE D’ONGLET

Mise en position et maintien

SOUDAGE DES RENFORTS

Ordre de soudage des renforts

SOUDAGE DU CADRE

DÉFORMATIONS

Retrait longitudinal

Comment éviter le retrait longitudinal

Retrait transversal (dit effet de serrage)

Sens du soudage

Déformations liées au soudage des profilés

5-ÉTUDE DE CAS N°2 : FABRICATION D’UNE REMORQUE

FABRICATION DU CADRE

FIXATION DE RENFORTS

FABRICATION DES RIDELLES LATÉRALES

FABRICATION DES RIDELLES ARRIÈRE

FIXATION DES RIDELLES ENTRE ELLES

INSTALLATION DE L’ESSIEU

MONTAGE DES ACCESSOIRES

Les garde-boue

L’équipement électrique

Le système d’accroche (tête de lapin)

6-ÉTUDE DE CAS N°3 : RÉALISER UNE GRILLE DE PROTECTION

TRONÇONNAGE DES BARREAUX

POINTAGE DU CADRE EXTÉRIEUR

POSITIONNER DES BARREAUX

7-ÉTUDE DE CAS N°4 : FABRICATION D’UN PORTILLON

DIMENSIONS DE L’OUVERTURE

TRONÇONNAGE DES DÉBITS

ASSEMBLAGE DU CADRE DU PORTILLON

MISE EN POSITION DES TRAVERSES ET DES BARREAUX

POSE DES PATTES DE FIXATION ET DE LA TÔLE

ASSEMBLAGE DE L’ENSEMBLE TÔLE/PATTES SUR LE PORTILLON

REPRISE DES SOUDURES – PROTECTION DU PORTILLON

LA GALVANISATION

8-ÉTUDE DE CAS N°5 : ASSEMBLAGE D’ÉLÉMENTS PRÉFABRIQUÉS

ASSEMBLAGE D’UN PORTAIL EN FER FORGÉ

ASSEMBLAGE D’UNE RAMBARDE D’ESCALIER

GALVANISER, PONCER ET PEINDRE

9-ÉTUDE DE CAS N°6 : FABRICATION D’UN GARDE-CORPS

CONCEPTION DU GARDE-CORPS

LES MONTANTS

Fabrication et tronçonnage

Préparation de la partie supérieure

Perçage

Précautions

LES TRAVERSES

Tronçonnage des traverses

LES PLATINES

ASSEMBLAGE DES TRAVERSES

MÉTHODE ET ORGANISATION DE LA FABRICATION

Mise en place des montants et des traverses

DÉCOUPAGE ET PRÉPARATION DE LA BARRE D’APPUI

COMMENT S’EFFECTUE UN TARAUDAGE?

DÉTERMINATION DU DIAMÈTRE DE PERÇAGE

COMMENT IDENTIFIER LE PAS SUR LE TARAUD ?

RÉALISATION D’UN FILETAGE

EXEMPLE D’EXÉCUTION D’UN FILETAGE SUR UN TUBE ROND DE 8 MM DE DIAMÈTRE

SOUDAGE DE LA BARRE D’APPUI SUR LES MONTANTS

10-ÉTUDE DE CAS N°7 : RÉALISATION D’UN RANGE-BOIS

POINTAGE MONTANT/SUPPORT

POINTAGE DES TRAVERSES

Assurez votre sécurité

POINTAGE DU 2E SOUS-ENSEMBLE : MONTANT/SUPPORT

Quelques recommandations utiles

VARIANTE : LE RANGE-BOIS DÉMONTABLE

PREMIÈRE ÉTAPE : FABRICATION DU CADRE MONTANT

DEUXIÈME ÉTAPE : FABRICATION DU SUPPORT

11-ÉTUDE DE CAS N°8 : RÉALISATION D’UNE TABLE BASSE.

12-ÉTUDE DE CAS N°9 : RÉALISATION D’UNE RAMBARDE EXTÉRIEURE

PRÉPARATION DES ÉLÉMENTS PRINCIPAUX DE LA RAMBARDE

ASSEMBLAGE DES ÉLÉMENTS PRINCIPAUX DE LA RAMBARDE

ACCESSOIRES

POSE DE LA RAMBARDE SUR LE SITE D’INSTALLATION

Pose des tronçons 3 et 4

Réglage et soudage du poteau d’entrée

Pose des tronçons 1 et 2

POUR ALLER PLUS LOIN

13-LE SOUDAGE MIG-MAG

LE PROCÉDÉ MIG-MAG

MATÉRIEL UTILISÉ

L’ENSEMBLE TORCHE

TUBE CONTACT ET DIFFUSEUR DE GAZ

Buse

Gaine

Pince-masse

CHOIX DU FIL

Conditionnement du fil

Influence de la densité du courant

Tranfert du fil

Guide-fil

LES DIFFÉRENTS RÉGLAGES

Régime de court-circuit (dit Short arc)

Régime globulaire (dit fusion en grosses gouttes)

Régime par pulvérisation axiale (dit Spray arc)

Position de soudage

Le soudage torche poussée

Le soudage torche tirée

LES GAZ DE PROTECTION

14-LE SOUDAGE TIG

PRINCIPE DU PROCÉDÉ

MODE OPÉRATOIRE

LE MATÉRIEL

L’ensemble torche

Le poste à souder TIG

Nature du courant de soudage

Le courant continu

La polarité négative

La polarité positive ou inversée

Le courant alternatif

Les électrodes

L’affûtage et le nettoyage des électrodes

Le réglage de l’électrode

Le gaz

CYCLE DE SOUDAGE

SÉCURITÉ EN SOUDAGE TIG

APPLICATIONS RUDIMENTAIRES

Exécuter une ligne de fusion sans métal d’apport

Exécuter une ligne de fusion avec métal d’apport

EXEMPLES DE RÉGLAGE ET CHOIX DES PARAMÈTRES

15-LE POSTE À SOUDER ONDULEUR OU INVERTER

PRINCIPE ET FONCTIONNEMENT D’UN POSTE INVERTER

AVANTAGES POUR LE SOUDEUR

AUTRES POSSIBILITÉS DES INVERTER

COMPRENDRE LA FICHE TECHNIQUE OU LA PLAQUE SIGNALÉTIQUE D’UN INVERTER MMA OU TIG

Facteur de marche

Pourcentage d’utilisation

Tension à vide U₀

Indice de protection (IP)

EN 60974-10 classe A ou B

Compatibilité avec un groupe électrogène

Type d’amorçage TIG

S’ORIENTER VERS UN INVERTER DE TYPE PROFESSIONNEL

QUELQUES FABRICANTS DE POSTES À SOUDER INVERTER

LES ADRESSES UTILES

I

Initiation à la soudure

1 PRINCIPES DE BASE

Parmi les procédés d’assemblage des métaux la technique du soudage à l’arc avec électrodes enrobées est sans aucun doute la technique la plus usitée et la plus abordable pour la personne désirant s’initier au soudage. Sa mise en œuvre nécessite l’utilisation d’un poste de soudage à l’arc et peut être pratiquée par tout bricoleur.

Avant de se lancer dans des applications de soudage, il est indispensable de bien connaître les caractéristiques des métaux utilisés, leurs propriétés et leur soudabilité.

LA SOUDABILITÉ DES ACIERS

Les matériaux

Avant de pouvoir souder deux matériaux entre eux, vous devez vous assurer que cela est possible, car tout matériau ne peut être soudé avec un autre. En effet, pour que des matériaux s’assemblent par soudage donc par fusion il faut qu’ils soient de même nature. Ainsi, on pourra souder des aciers entre eux, des aluminiums entre eux, des cuivres entre eux, etc. Le soudeur débutant devra d’abord bien identifier...

2 ÉQUIPEMENT ET PRÉPARATION DU POSTE

MATÉRIEL ET ÉQUIPEMENT DE BASE

Ayant pris possession de votre poste à souder, vous devez maintenant vous équiper et organiser votre poste de travail en toute sécurité. Pour réaliser vos soudures dans les meilleures conditions, vous devrez posséder :

– une cagoule,

– un masque,

– des gants,

– une brosse métallique,

– un marteau à piquer.

Fig. 2.1 Équipement nécessaire à la réalisation d’une soudure

LES RÈGLES DE SÉCURITÉ

Comme nous le disions précédemment, le soudage ne présente pas de danger particulier dans des conditions normales d’utilisation et dans la mesure où quelques consignes de sécurité élémentaires sont respectées.

  Sécurité

Équipez-vous d’habits de protection en coton (bleu de travail ou blouse). Évitez les tissus synthétiques, car les projections de gouttelettes dues au soudage peuvent provoquer des risques de brûlures. Le port de chaussures de sécurité est vivement recommandé.

Le soudeur est confronté aux risques de rayonnement mais aussi aux risques d’électrocution et d’intoxication. Il peut également recevoir des projections métalliques et devra donc s’en protéger.

Les risques liés au rayonnement

L’arc électrique émet principalement deux types de rayons :

– les ultraviolets,

– les infrarouges.

Pour ces deux sources de rayonnement, la seule protection efficace est l’utilisation d’un masque. Le soudeur devra tenir ce masque dans sa main libre, aussi pour plus d’aisance, il peut choisir de porter une cagoule qui se fixe directement sur la tête et englobe toute la partie supérieure de l’opérateur.

Le reste du corps devra lui aussi être protégé. Pour les mains on utilisera des gants qui pareront aussi aux risques de brûlures.

Bien penser à se protéger les avant-bras et la base du coup qui sont, de par la position du soudeur, exposés aux risques maximaux.

Le soudeur devra penser aussi à son environnement. Les personnes se trouvant à proximité d’un arc électrique sont soumises aux mêmes radiations que celui-ci. Elles devront elles aussi prendre toutes les précautions...

3 LES APPLICATIONS RUDIMENTAIRES

Avant tout autre chose, il est important de commencer par se familiariser avec l’arc électrique. Le soudage ne présente dans des conditions normales d’utilisation aucun danger particulier dans la mesure où vous respectez les règles de sécurité (voir chapitre 2, p. 19).

Tout d’abord regardons de plus prés une électrode : l’âme métallique, élément central de l’électrode, servira de conducteur électrique tandis que l’enrobage aura un rôle de protection du bain de fusion pendant toute l’opération de soudage. Il enveloppera l’arc en créant une légère surpression, de façon à empêcher l’oxygène de l’air d’oxyder le métal fondu. De plus sa composition riche en éléments métalliques viendra renforcer la résistance de la soudure.

L’AMORÇAGE

Au moment de l’amorçage on peut augmenter l’intensité d’environ 10 ampères pour favoriser l’échauffement de l’électrode. Une fois l’ensemble monté en température on peut réduire l’intensité dès que l’on juge que le bain se forme correctement.

  Matériel et réglage

– Électrode diamètre 2,5 mm

– 1 tôle acier de 50 x 400 x 4 mm

– Marteau à piquer

– Cagoule de soudage

– Gants de soudage

– Réglage du poste : I s = 75 A/100 A

Fig. 3.1 Cavité que l’on nomme cratère

Au départ il faut créer en bout de l’électrode une cavité que l’on nomme « cratère ». Pour ce faire, on met l’extrémité de la baguette en contact avec la tôle en associant à celle-ci un mouvement de bas en haut. Ce léger tapotement provoque une ionisation de l’atmosphère et de ce fait l’arc électrique s’amorce et forme un cratère. Attention à ne pas « taper » trop fort, car il y aurait un risque de détériorer l’enrobage.

Fig....

II

Réalisations

4 ÉTUDE DE CAS N°1 : LE BANC MÉTALLIQUE

Cette étude de cas a pour objectif de vous familiariser avec les assemblages de profilés. Leur mise en œuvre nécessite quelque savoir-faire que nous traiterons par rapport au thème technique qu’est le banc métallique. Celui-ci nous permettra d’aborder le découpage des profilés ainsi que les différents types d’assem blages.

L’objectif étant de réaliser pour les pieds du banc un cadre en profilé tubulaire de section carrée (voir figures 4.1 et 4.2). Cela nous permettra de voir l’assemblage en coupe droite et en coupe d’onglet.

Nous explorerons aussi la mise en position des pièces (MIP) ainsi que leur maintien en position (MAP) à partir d’un gabarit de montage (voir figure 4.4).

En ayant fait le tour des différentes techniques, vous aurez acquis les bases nécessaires et il ne vous restera plus qu’à passer à la pratique : vous pourrez vous-même réaliser votre premier cadre ou votre première réparation.

PRÉSENTATION DU PROJET

Le projet est un assemblage de profilés simples permettant de réaliser un banc extérieur (voir figure 4.1). Ces bancs peuvent être assemblés par deux comme le montre la figure 4.2.

Vous trouverez à la figure 4.4 toutes les cotes nécessaires à la structure du cadre.

Fig. 4.1 Photo du banc métallique

Fig. 4.2 Assemblage de deux bancs métalliques

Fig. 4.3 Présentation du cadre

Fig. 4.4 Plan de l’ensemble

CALCUL DES COTES

Il nous faut déterminer les dimensions des profilés, pour cela quelques petits calculs simples s’imposent. Étant donné que...

III

Pour aller plus loin