Lignes directrices pour les électrodes en tungstène : une mise à jour

La sélection et la préparation d'une électrode en tungstène pour GTAW sont cruciales pour optimiser les résultats et prévenir la contamination et les retouches. Getty Images

Le tungstène est un élément métallique rare utilisé pour la fabrication d'électrodes de soudage à l'arc au tungstène gazeux (GTAW). Le procédé GTAW repose sur la dureté du tungstène et sa résistance aux hautes températures pour transporter le courant de soudage vers l'arc. Le tungstène a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, 3 410 degrés Celsius.

Ces électrodes non consommables sont disponibles dans une variété de tailles et de longueurs et sont composées de tungstène pur ou d'un alliage de tungstène et d'autres éléments et oxydes de terres rares. Le choix d'une électrode pour GTAW dépend du type et de l'épaisseur du matériau de base et si vous soudez avec du courant alternatif (AC) ou du courant continu (DC). Laquelle des trois préparations finales que vous choisissez, en boule, pointue ou tronquée, est également cruciale pour optimiser les résultats et prévenir la contamination et les retouches.

Chaque électrode est codée par couleur pour éliminer toute confusion sur son type. La couleur apparaît à la pointe de l'électrode.

Les électrodes en tungstène pur (classification AWS EWP) contiennent 99,50 % de tungstène, ont le taux de consommation le plus élevé de toutes les électrodes et sont généralement moins chères que leurs homologues alliées.

Ces électrodes forment une pointe sphérique propre lorsqu'elles sont chauffées et offrent une grande stabilité de l'arc pour le soudage AC avec une onde équilibrée. Le tungstène pur offre également une bonne stabilité de l'arc pour le soudage sinusoïdal AC, en particulier sur l'aluminium et le magnésium. Il n'est généralement pas utilisé pour le soudage CC car il ne fournit pas les forts démarrages d'arc associés aux électrodes thoriées ou cériées. Le tungstène pur n'est pas recommandé sur les machines à onduleur ; pour de meilleurs résultats, utilisez une électrode aiguisée en cérium ou en lanthane.

Les électrodes en tungstène thorié (classifications AWS EWTh-1 et EWTh-2) contiennent un minimum de 97,30 % de tungstène et de 0,8 % à 2,20 % de thorium et sont disponibles en deux types : EWTh-1 et EWTh-2, contenant respectivement 1 % et 2 %. Ce sont des électrodes couramment utilisées et sont préférées pour leur longévité et leur facilité d'utilisation. Le thorium augmente les qualités d'émission d'électrons de l'électrode, ce qui améliore les démarrages d'arc et permet une capacité de transport de courant plus élevée. Cette électrode fonctionne bien en dessous de sa température de fusion, ce qui se traduit par un taux de consommation considérablement plus faible et élimine la dérive de l'arc pour une plus grande stabilité. Par rapport aux autres électrodes, les électrodes thoriées déposent moins de tungstène dans le bain de fusion, ce qui provoque moins de contamination de la soudure.

Ces électrodes sont principalement utilisées pour le soudage à électrode négative CC (DCEN) sur l'acier au carbone, l'acier inoxydable, le nickel et le titane et pour certaines soudures CA spécialisées (telles que les applications d'aluminium de faible épaisseur).

Pendant la fabrication, le thorium est uniformément dispersé dans toute l'électrode, ce qui aide le tungstène à conserver son bord aiguisé - la forme d'électrode idéale pour souder de l'acier fin - après le meulage. Remarque : le thorium est radioactif, vous devez donc toujours suivre les avertissements, les instructions et la fiche de données de sécurité (FDS) du fabricant pour son utilisation.

Les électrodes en tungstène cérié (classification AWS EWCe-2) contiennent un minimum de 97,30 % de tungstène et de 1,80 % à 2,20 % de cérium et sont appelées 2 % de cérium. Ces électrodes fonctionnent mieux dans le soudage CC à des réglages de courant faible, mais peuvent être utilisées avec compétence dans les processus CA. Avec ses excellents démarrages d'arc à faible ampérage, le tungstène cérié est devenu populaire dans des applications telles que la fabrication de tubes et de tuyaux orbitaux, le travail de la tôle mince et les travaux impliquant des pièces petites et délicates. Comme le thorium, il est préférable de l'utiliser pour souder l'acier au carbone, l'acier inoxydable, les alliages de nickel et le titane et, dans certains cas, il peut remplacer les électrodes thoriées à 2 %. Le tungstène cérié a des caractéristiques électriques légèrement différentes de celles du thorium, mais la plupart des soudeurs ne peuvent pas faire la différence.

L'utilisation d'électrodes cériées à des ampérages plus élevés n'est pas recommandée car des ampérages plus élevés entraînent une migration rapide des oxydes vers la chaleur à la pointe, éliminant la teneur en oxyde et annulant les avantages du processus.

Utilisez une pointe pointue et/ou tronquée (pour les types de tungstène pur, cérié, lanthané et thorié) pour les procédés de soudage AC et DC avec onduleur.

Les électrodes en tungstène lanthané (classifications AWS EWLa-1, EWLa-1.5 et EWLa-2) contiennent un minimum de 97,30 % de tungstène et de 0,8 % à 2,20 % de lanthane, ou lanthane, et sont appelées EWLa-1, EWLa-1.5 et EWLa-2 lanthanés. Ces électrodes ont un excellent amorçage de l'arc, un faible taux de combustion, une bonne stabilité de l'arc et d'excellentes caractéristiques de réamorçage - bon nombre des mêmes avantages que les électrodes au cérium. Les électrodes lanthanées partagent également les caractéristiques de conductivité du tungstène thorié à 2 %. Dans certains cas, le tungstène lanthané peut remplacer le tungstène thorié sans avoir à apporter de modifications importantes au programme de soudage.

Les électrodes en tungstène lanthané sont idéales si vous souhaitez optimiser vos capacités de soudage. Ils fonctionnent bien sur AC ou DCEN avec une extrémité pointue, ou ils peuvent être enroulés pour être utilisés avec des sources d'alimentation sinusoïdales AC. Le tungstène lanthané maintient une pointe bien aiguisée, ce qui est un avantage pour le soudage de l'acier et de l'acier inoxydable sur courant continu ou alternatif à partir de sources d'énergie à onde carrée.

Contrairement au tungstène thorié, ces électrodes conviennent au soudage AC et, comme les électrodes cériées, permettent d'amorcer et de maintenir l'arc à des tensions plus faibles. Par rapport au tungstène pur, l'ajout de lanthane augmente la capacité maximale de transport de courant d'environ 50 % pour une taille d'électrode donnée.

Les électrodes en tungstène en zircone (classification AWS EWZr-1) contiennent au minimum 99,10 % de tungstène et 0,15 % à 0,40 % de zirconium. Une électrode en tungstène zircone produit un arc extrêmement stable et résiste aux projections de tungstène. Il est idéal pour le soudage AC car il conserve une pointe sphérique et a une haute résistance à la contamination. Sa capacité de transport de courant est égale ou supérieure à celle du tungstène thorié. La zircone n'est en aucun cas recommandée pour le soudage DC.

Les électrodes de tungstène de terres rares (classification AWS EWG) contiennent des additifs non spécifiés d'oxydes de terres rares ou des combinaisons hybrides de différents oxydes, mais les fabricants sont tenus d'identifier chaque additif et son pourcentage sur l'emballage. Selon les additifs, les résultats souhaités peuvent inclure un arc stable dans les processus AC et DC, une plus grande longévité que le tungstène thorié, la possibilité d'utiliser une électrode de plus petit diamètre pour le même travail, l'utilisation d'un courant plus élevé pour une électrode de taille similaire et moins de crachats de tungstène.

Après avoir sélectionné un type d'électrode, l'étape suivante consiste à sélectionner une préparation finale. Les trois choix sont en boule, pointus et tronqués.

Une pointe sphérique est généralement utilisée sur les électrodes en tungstène pur et en zircone, et il est suggéré de l'utiliser avec le procédé AC sur les machines GTAW à onde sinusoïdale et à onde carrée conventionnelle. Pour bouler correctement l'extrémité du tungstène, il suffit d'appliquer l'ampérage alternatif recommandé pour un diamètre d'électrode donné (voirFigure 1), et une boule se formera à l'extrémité de l'électrode.

Le diamètre de l'extrémité sphérique ne doit pas dépasser 1,5 fois le diamètre de l'électrode (par exemple, une électrode de 1/8 po doit former une extrémité de 3/16 po de diamètre). Une sphère plus grande à l'extrémité de l'électrode peut réduire la stabilité de l'arc. Il peut également tomber et contaminer la soudure.

Une pointe pointue et/ou tronquée (pour les types de tungstène pur, cérié, lanthané et thorié) doit être utilisée pour les procédés de soudage AC et DC avec onduleur.

Pour broyer correctement le tungstène, utilisez une meule spécialement conçue pour le broyage du tungstène (pour éviter la contamination) et une qui est faite de Borazon ou de diamant (pour résister à la dureté du tungstène). Remarque : Si vous meulez du tungstène thorié, assurez-vous de contrôler et de collecter la poussière ; avoir un système de ventilation adéquat au poste de meulage; et suivez les avertissements, les instructions et la fiche signalétique du fabricant.

Meulez le tungstène directement sur la meule plutôt qu'à un angle de 90 degrés (voirFigure 2 ) pour s'assurer que les marques de meulage s'étendent sur toute la longueur de l'électrode. Cela réduit la présence de crêtes sur le tungstène qui pourraient créer un arc errant ou fondre dans le bain de fusion, provoquant une contamination.

Généralement, vous voudrez meuler le cône sur le tungstène à une longueur ne dépassant pas 2,5 fois le diamètre de l'électrode (par exemple, pour une électrode de 1/8 po, meulez une surface de 1/4 à 5/16 po de long). Le meulage du tungstène en un cône facilite la transition du démarrage de l'arc et crée un arc plus concentré pour de meilleures performances de soudage.

Lors du soudage à faible courant sur un matériau mince (de 0,005 à 0,040 po), il est préférable de meuler le tungstène en un point. Une pointe pointue permet au courant de soudage de se transférer dans un arc focalisé et aide à empêcher les métaux minces, tels que l'aluminium, de se déformer. L'utilisation de tungstène pointu pour les applications à courant plus élevé n'est pas recommandée, car le courant plus élevé peut faire sauter la pointe du tungstène et provoquer une contamination du bain de fusion.

Pour les applications à courant plus élevé, il est préférable de meuler une pointe tronquée. Pour obtenir cette forme, meulez d'abord le tungstène en un cône comme expliqué précédemment, puis meulez un 0,010 à 0,030 po. terrain plat au bout du tungstène. Ce terrain plat aide à empêcher le transfert du tungstène à travers l'arc. Il empêche également la formation d'une boule.