Comportement du flux d'électrons en fonction du diamètre et de la géométrie de l'électrode

L'électrode en tungstène joue un rôle essentiel dans le procédé de soudage TIG orbital, car son utilisation permet de générer l'arc électrique et sa géométrie influe directement sur la qualité de la soudure.Plusieurs critères doivent être pris en comptelors du choix de l'électrode : le matériau, le diamètre, la longueur, les dimensions, la géométrie et l'état de surface de l'électrode sont autant de paramètres à considérer.

Parmi ces critères, nous nous intéressons tout particulièrement, dans cet article, au diamètre et à la géométrie de l’électrode.

Comment le choix du diamètre et de la géométrie de l'électrode influence-t-il le comportement du flux d'électrons et, par conséquent, la soudure finale dans le procédé de soudage TIG ? Qu'est-ce qu'un « flat spot » et comment choisir une pointe plate adaptée ?

Dans cet article, nous vous apportons toutes les réponses à ces questions.

Le rôle d'une électrode affûtée dans le processus de soudage

L'affûtage de l'électrode est le paramètre le plus déterminant qui influence les caractéristiques de l'arc de soudage et la géométrie du cordon de soudure. Une électrode bien affûtée facilite l'amorçage de l'arc, mais elle peut s'user rapidement, ce qui peut entraîner la présence d'inclusions de tungstène dans la soudure.

L'affûtage doit donc faire partie intégrante de la procédure de soudage. Afin de garantir une stabilité optimale de l'arc, l'affûtage doit toujours être effectué dans le sens longitudinal de l'électrode. Il faut à tout prix éviter l'affûtage perpendiculaire, car cela entraînerait une instabilité de l'arc et un résultat de soudage totalement aléatoire.

Si la pointe de l'électrode est affûtée, il existe un risque qu'elle s'émousse et que du tungstène se détache et tombe dans le bain de soudure, ce qui constituerait une contamination de la soudure.

Cela pourrait alors apparaître sous la forme d'une tache blanche sur une radiographie de la soudure.

L'importance du « flat spot »

Une pointe plate permet de prolonger la durée de vie de l'électrode, mais elle doit être réalisée avec soin et ne pas être trop large afin de ne pas rendre l'arc instable et non canalisé. Il est donc recommandé d'utiliser une pointe plate adaptée pour obtenir un arc stable, un bon transfert d'électrons ainsi qu'une durée de vie prolongée de l'électrode, sans risquer la formation d'inclusions de tungstène.

Cette figure illustre le comportement du flux d'électrons en fonction de la géométrie de l'électrode.

Comme on le voit ici, les électrons quittent toujours l'électrode perpendiculairement à sa surface.

Il est important de choisir une pointe plate à l'extrémité de l'électrode, choisie en fonction du courant utilisé. L'utilisation d'une pointe plate adaptée permettra d'obtenir un flux de sortie linéaire d'électrons, que nous appellerons « flux effectif ».

Ce flux atteint l'électrode sur une très petite surface, qui constituera la zone de chauffage maximal et la zone de fusion.

Plus le flux est concentré et mieux la chaleur est focalisée sur une zone restreinte, plus la fusion sera optimale. C’est cette action qui vous permettra – sans que le soudeur ait besoin d’effectuer un mouvement de pendule – de souder automatiquement des épaisseurs allant jusqu’à 3 mm.

Comportement du flux d'électrons en fonction du diamètre de l'électrode

Les figures ci-dessus illustrent l'influence du diamètre sur le flux d'électrons.

On constate que le choix du diamètre de l’électrode est un facteur déterminant, car le flux d’électrons à l’intérieur de l’électrode a un rayon proportionnel à l’intensité : plus le courant est élevé, plus le flux sera important. Imaginons le cas où le diamètre du flux serait équivalent à celui de la zone plate (illustrée ici à la figure1) ; dans ce cas, le flux effectif serait optimal à la sortie de l’électrode.

En revanche, lorsque le flux est supérieur à celui de la pointe plate (illustré ici dans le schéma2), il se produit une dispersion des électrons qui se diffusent perpendiculairement. La zone de chauffage sera alors plus large et perdra de son efficacité.

Dans le cas contraire, lorsque le flux serait inférieur à celui de la pointe plate (illustrée ici à la figure3), il existe un risque de dérive et d'instabilité de l'arc, car le flux effectif ne peut pas être canalisé et « s'équilibre » sur la pointe plate : la zone de chauffage est donc étendue.

Comme les électrons ne sont pas canalisés à la sortie, ils auront tendance à s'accumuler dans les angles et à se déplacer latéralement pendant la phase de faible intensité (en particulier dans le cas d'une soudure nécessitant une préparation avec un chanfrein).

Nous recommandons donc de choisir un diamètre et une géométrie adaptés afin d'obtenir une stabilité de l'arc, un bon transfert d'électrons et, par conséquent, de garantir une longue durée de vie de l'électrode sans risque d'inclusions de tungstène.

Souhaitez-vous en savoir plus sur les électrodes et sur la manière de choisir la bonne électrode pour le soudage TIG orbital ?

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