Soudage SAW automatisé : automatisation du soudage sous flux

Le soudage SAW automatisé, ou soudage à l’arc sous flux, se prête particulièrement bien à la mécanisation grâce à l’alimentation continue en fil-électrode, au dépôt contrôlé du flux et au déplacement régulier de la tête de soudage ou de la pièce. Il est largement utilisé lorsque de longs cordons et des taux de dépôt élevés sont recherchés.

La particularité essentielle du procédé réside dans le fait que l’arc et le bain de fusion sont recouverts par une couche de flux granulaire. Pendant le soudage, une partie de ce flux fond et participe à la formation du laitier tandis que la partie non fondue peut, selon les conditions et les procédures appliquées, être récupérée et réutilisée après traitement approprié.

La productivité élevée du SAW ne dispense cependant pas de maîtriser la préparation, le positionnement de la tête, la vitesse d’avance, les paramètres électriques, l’alimentation du fil et les caractéristiques du flux. Le dossier consacré au soudage automatisé et robotisé permet de comparer cette solution aux robots, cobots, systèmes orbitaux et autres équipements mécanisés.

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1. Qu’est-ce que le soudage SAW automatisé ?

Le SAW, pour Submerged Arc Welding, est un procédé de soudage à l’arc dans lequel l’arc électrique se développe sous une couche de flux granulaire. Le fil-électrode est alimenté en continu vers le joint tandis que la tête de soudage ou la pièce se déplace à une vitesse contrôlée.

Le procédé peut être mécanisé avec des équipements relativement simples ou intégré dans une installation automatisée plus complète comprenant des tracteurs, rails, portiques, potences, vireurs et systèmes de commande.

Contrairement au soudage robotisé MIG/MAG, l’utilisation d’un bras articulé n’est généralement pas nécessaire pour les applications traditionnelles. Les joints SAW sont souvent longs, rectilignes ou circulaires et peuvent donc être parcourus avec quelques axes de déplacement spécialisés.

Cette simplicité géométrique permet d’utiliser des équipements robustes capables de fonctionner avec des intensités et des taux de dépôt élevés.

2. Comment fonctionne le soudage à l’arc sous flux ?

Avant l’amorçage, une couche de flux granulaire est déposée sur la zone à souder. Le fil-électrode traverse ce flux puis l’arc se forme entre son extrémité et la pièce.

L’arc reste enfoui sous le flux pendant le soudage. Une partie des granulés fond sous l’effet de la chaleur et forme un laitier qui recouvre le métal déposé au fur et à mesure que le bain se solidifie.

La tête continue simultanément à alimenter le fil et à avancer le long du joint. Le fonctionnement automatisé permet de maintenir une vitesse de déplacement constante sur de grandes longueurs.

Après refroidissement, le laitier solidifié doit être éliminé. Le flux resté granulaire peut éventuellement être récupéré selon son état, les recommandations du fabricant et les exigences de la procédure utilisée.

3. Quels équipements composent une installation SAW ?

Une installation automatisée de soudage sous flux associe plusieurs équipements chargés d’alimenter le procédé, de positionner la tête et de contrôler le déplacement.

Pour les pièces cylindriques, des vireurs peuvent compléter l’installation. Sur de grandes structures, la tête peut être installée sur une potence, un portique ou un système colonne-flèche.

4. Quel est le rôle du flux en soudage SAW ?

Le flux constitue un élément fondamental du procédé SAW. Il recouvre l’arc et le bain de fusion, ce qui distingue immédiatement le soudage sous flux de procédés à arc ouvert comme le MIG/MAG ou le TIG.

Une partie du flux fond au passage de l’arc et forme un laitier protecteur au-dessus du cordon. Selon sa formulation, il peut également participer aux réactions métallurgiques se produisant dans le bain.

Le couple formé par le fil et le flux doit être choisi en fonction du matériau, des propriétés recherchées et de la procédure de soudage. Tous les fils ne doivent donc pas être associés indifféremment à n’importe quel flux.

Le flux doit être conservé et manipulé dans les conditions prévues par son fabricant afin d’éviter notamment une contamination ou une prise d’humidité susceptible d’altérer les performances recherchées.

5. Quel est le rôle du fil-électrode ?

Le fil-électrode assure le transfert du courant vers l’arc et fournit le métal qui sera fondu puis déposé dans le joint. Il est alimenté automatiquement par le dévidoir pendant toute la durée du soudage.

Le diamètre et la composition du fil doivent être adaptés au matériau, à l’épaisseur, à l’intensité employée et au flux associé.

La régularité du dévidage est essentielle puisque toute variation d’alimentation peut perturber le fonctionnement de l’arc et le taux de dépôt.

Les galets, guides, contacts électriques et dispositifs de redressement du fil doivent donc être correctement réglés et entretenus afin de maintenir une alimentation stable vers la zone de soudage.

6. Comment mécaniser le déplacement de la tête de soudage ?

Le soudage SAW utilise fréquemment un chariot motorisé ou un tracteur de soudage se déplaçant directement sur la pièce ou le long d’un rail. La tête, le dévidoir et la trémie de flux peuvent être montés sur cet ensemble.

Pour des installations de plus grande dimension, une potence ou un portique permet de déplacer et positionner la tête au-dessus du joint tandis que la pièce reste fixe.

La mécanisation du soudage est particulièrement pertinente dans ce contexte car de nombreux joints SAW suivent une trajectoire rectiligne ou circulaire relativement simple.

La vitesse du système doit rester stable, car toute variation se traduit directement par une modification du temps d’action de l’arc et de la quantité de métal déposée par unité de longueur.

7. Pourquoi utiliser des vireurs ou positionneurs ?

Les vireurs sont particulièrement adaptés au soudage des viroles, réservoirs, tubes de grand diamètre et autres composants cylindriques. Ils permettent de faire tourner la pièce tandis que la tête SAW reste dans une position relativement fixe.

Cette configuration facilite les soudures circonférentielles et peut permettre de maintenir le bain dans une position favorable pendant toute la rotation.

La vitesse périphérique du joint dépend de la rotation de la pièce et doit correspondre à la vitesse de soudage prévue. Le réglage doit donc tenir compte du diamètre réel du composant.

Des positionneurs peuvent également être utilisés pour orienter d’autres assemblages et faciliter l’accès de la tête aux différentes zones à souder.

8. Quels paramètres régler en soudage SAW automatisé ?

Le soudage sous flux peut fonctionner avec des niveaux de courant élevés et demande une bonne coordination entre les paramètres électriques, le fil, le flux et la vitesse de déplacement.

Parmi les principales variables figurent notamment :

• l’intensité de soudage
• la tension d’arc
• la vitesse d’alimentation du fil
• la vitesse de déplacement
• le diamètre du fil
• le type de fil et de flux
• la polarité et le type de courant selon la configuration
• la longueur libre du fil ou distance de sortie adaptée au système
• la position de l’électrode par rapport au joint
• la quantité de flux déposée au-dessus de l’arc

Ces variables ne doivent pas être réglées isolément. Une modification importante de la vitesse de déplacement ou du courant change directement la pénétration, le taux de dépôt et la géométrie du cordon.

Lorsque la fabrication est couverte par un DMOS/WPS, les réglages de l’installation doivent respecter les conditions prévues par le mode opératoire applicable.

9. Comment courant, tension et vitesse influencent-ils le cordon ?

L’intensité possède une influence importante sur la quantité de fil fondue et sur la pénétration obtenue. Une augmentation du courant, dans les limites adaptées à la configuration, permet généralement d’accroître le taux de fusion du fil.

La tension influence notamment la longueur de l’arc et la géométrie du cordon. Une variation excessive peut modifier la largeur du dépôt et le comportement du bain.

La vitesse d’avance détermine la durée pendant laquelle l’arc agit sur une longueur donnée de joint. Une vitesse plus élevée tend à réduire la quantité de métal et d’énergie apportée par unité de longueur lorsque les autres paramètres restent constants.

La mise au point consiste donc à trouver une combinaison permettant d’obtenir la pénétration, le remplissage et la géométrie recherchés sans sortir des conditions admissibles du procédé ou de la procédure qualifiée.

10. Pourquoi utiliser plusieurs fils ou électrodes ?

Certaines installations SAW utilisent plusieurs fils ou plusieurs arcs afin d’augmenter la productivité ou de répartir différemment l’énergie et le métal déposé.

Les configurations peuvent comprendre notamment des systèmes tandem dans lesquels plusieurs électrodes travaillent successivement dans la même zone de soudage. D’autres variantes utilisent plusieurs fils alimentés suivant une disposition adaptée au procédé.

Ces installations permettent d’atteindre des taux de dépôt très importants mais demandent une coordination plus complexe des paramètres, des sources et de la position des électrodes.

Elles sont particulièrement adaptées aux fabrications répétitives et de grande dimension pour lesquelles le temps de mise au point peut être amorti sur un volume important de production.

11. Comment gérer et récupérer le flux ?

La quantité de flux déposée doit être suffisante pour recouvrir correctement la zone de l’arc. Une alimentation régulière permet de maintenir les conditions prévues sur toute la longueur du joint.

Après le passage de la tête, une partie du flux reste granulaire et peut être aspirée par un dispositif de récupération. Le laitier solidifié doit en revanche être séparé du cordon et ne doit pas être confondu avec le flux non fondu.

La possibilité de réutiliser le flux récupéré dépend de sa nature, de son état, des risques de contamination, des exigences de fabrication et des instructions du fabricant. Un tamisage ou un traitement peut être nécessaire selon le système utilisé.

La maîtrise de l’humidité et du stockage est également importante. Le flux doit être conservé conformément aux conditions prévues pour le produit utilisé.

12. Quelle préparation de joint pour le soudage SAW ?

La préparation dépend principalement de l’épaisseur, du type d’assemblage, de la pénétration recherchée et du nombre de passes nécessaires.

Sur les fortes épaisseurs, une préparation en chanfrein peut permettre de contrôler le volume à remplir tout en assurant l’accès nécessaire à la fusion. La géométrie doit être suffisamment régulière sur toute la longueur du joint.

Le jeu, l’alignement et l’état des bords doivent également être maîtrisés. Une variation importante peut modifier localement la pénétration ou nécessiter une quantité de métal différente de celle prévue par les réglages.

Comme pour les autres procédés automatisés, l’ajustage avant soudage influence directement la stabilité et la répétabilité du résultat.

13. Dans quelles positions le SAW est-il principalement utilisé ?

Le bain de fusion produit par le soudage sous flux peut être volumineux et très fluide. Le procédé est donc principalement utilisé dans des positions permettant de maintenir correctement le métal fondu et le flux sur le joint.

La position à plat est particulièrement adaptée aux joints longitudinaux réalisés sur tôles, poutres ou panneaux. Pour les pièces cylindriques, des vireurs permettent de maintenir la zone de soudage près du sommet de la pièce pendant sa rotation.

La mécanisation de la pièce devient ainsi un moyen de conserver une position favorable plutôt que d’obliger la tête à suivre toutes les orientations du composant.

Des applications et variantes particulières existent, mais le SAW classique reste moins polyvalent en position que certains procédés à arc ouvert utilisés manuellement ou avec un robot articulé.

14. Quelles sont les principales applications industrielles ?

Le soudage SAW automatisé est particulièrement adapté aux fabrications comportant des joints longs, des épaisseurs importantes ou des volumes élevés de métal à déposer.

On le rencontre notamment pour :

• les poutres et profils reconstitués soudés
• les viroles et réservoirs
• les appareils à pression selon les procédures applicables
• les tubes soudés de grand diamètre
• les structures navales
• les éléments d’éoliennes et autres grandes structures cylindriques
• certaines structures métalliques lourdes
• les assemblages de fortes épaisseurs
• les rechargements automatisés dans certaines applications

Les installations sont souvent conçues directement autour de la géométrie des produits fabriqués : lignes de poutres, potences de soudage de viroles, portiques ou équipements spécialisés pour grandes pièces.

15. Quels sont les avantages du soudage SAW automatisé ?

L’un des principaux avantages du SAW réside dans sa capacité à déposer des quantités importantes de métal avec une bonne régularité sur des trajectoires adaptées à la mécanisation.

Parmi ses principaux intérêts figurent :

• des taux de dépôt élevés
• une alimentation continue en fil
• une vitesse de déplacement régulière grâce à la mécanisation
• une bonne adaptation aux longs joints
• une forte productivité sur les applications appropriées
• une protection de l’arc par la couche de flux
• une réduction du rayonnement direct de l’arc vers l’environnement
• la possibilité d’utiliser plusieurs fils ou arcs sur certaines installations
• une intégration relativement naturelle avec vireurs, potences et portiques

Ces performances expliquent pourquoi le procédé reste particulièrement intéressant pour les fabrications lourdes comportant de nombreux mètres de soudure.

16. Quelles sont les limites du procédé ?

Le soudage SAW n’est pas adapté à toutes les géométries. Le flux doit rester correctement disposé autour de l’arc et le bain doit pouvoir être contenu, ce qui limite notamment la polyvalence en position.

Les joints courts, très dispersés ou fortement tridimensionnels peuvent être moins favorables qu’avec un robot utilisant un procédé MIG/MAG ou TIG.

L’équipement de flux ajoute également des opérations de manipulation, de récupération et de stockage qui doivent être intégrées à l’organisation de production.

La forte énergie disponible peut enfin produire un apport thermique important. Les paramètres et la séquence de soudage doivent être adaptés afin de maîtriser la pénétration, les propriétés du joint et les déformations.

Le SAW est donc particulièrement performant lorsqu’il est employé sur les assemblages pour lesquels ses caractéristiques ont réellement un intérêt industriel.

17. Quels défauts et dérives faut-il surveiller ?

La régularité mécanique du système n’empêche pas l’apparition de défauts si les paramètres, la préparation ou les consommables ne sont pas correctement maîtrisés.

Parmi les problèmes pouvant être rencontrés figurent notamment une pénétration insuffisante ou excessive, des défauts de fusion, des inclusions de laitier, des porosités, une géométrie de cordon inadaptée ou des défauts liés à une mauvaise préparation.

La position du fil par rapport au joint doit rester contrôlée sur toute la longueur. Un chariot peut avancer parfaitement droit tandis que le joint réel dérive légèrement à cause d’un mauvais alignement de la pièce.

Le contrôle et l’enregistrement des paramètres en soudage automatisé peuvent aider à identifier certaines dérives de production, mais ils ne remplacent pas les contrôles applicables au joint soudé.

18. Quelle maintenance nécessite une installation SAW ?

Une installation SAW comporte des éléments mécaniques, électriques et des systèmes de manipulation du fil et du flux qui doivent conserver un fonctionnement régulier.

Les principaux points de surveillance peuvent notamment comprendre :

• les galets et guides du fil
• les contacts électriques
• la tête et le dispositif de guidage du fil
• la trémie et le circuit d’alimentation du flux
• le système de récupération du flux
• les roues ou rails du chariot
• les moteurs et réducteurs
• les vireurs ou positionneurs associés
• les câbles de puissance et connexions
• les capteurs et fins de course

Une variation de vitesse du chariot, un mauvais dévidage ou une alimentation irrégulière en flux peut modifier le résultat même si les paramètres affichés sur la source sont restés identiques.

La maintenance doit donc porter sur l’ensemble de la chaîne de soudage et non uniquement sur le générateur électrique.

FAQ : soudage SAW automatisé

Qu’est-ce que le soudage SAW ?

Le SAW est un procédé de soudage à l’arc dans lequel l’arc et le bain de fusion sont recouverts par une couche de flux granulaire. Un fil-électrode est alimenté en continu vers le joint.

Pourquoi le SAW est-il facile à automatiser ?

Le procédé utilise une alimentation continue en fil et est souvent appliqué à des joints longs et réguliers. La tête peut donc être déplacée à vitesse constante par un chariot, un rail, une potence ou un autre système mécanisé.

Voit-on l’arc pendant le soudage SAW ?

Dans le fonctionnement normal du procédé, l’arc est enfoui sous la couche de flux. C’est précisément l’une des caractéristiques qui distingue le soudage sous flux des procédés à arc ouvert.

À quoi sert le flux en soudage SAW ?

Le flux recouvre la zone de soudage et une partie fond pour former le laitier. Selon sa composition, il participe également aux conditions métallurgiques et chimiques dans lesquelles le métal fondu se solidifie.

Peut-on récupérer le flux après le soudage ?

Le flux resté non fondu peut être récupéré sur certaines installations. Son éventuelle réutilisation doit cependant respecter les recommandations du fabricant, les exigences de fabrication et les précautions destinées à éviter la contamination ou une modification de son état.

Le SAW est-il adapté au soudage vertical ou plafond ?

Le SAW classique est principalement utilisé dans des positions permettant de contenir le flux et le bain de fusion. La position à plat et le soudage de pièces cylindriques tournant sur vireurs constituent donc des configurations particulièrement favorables.

Pourquoi le soudage SAW possède-t-il une forte productivité ?

Le procédé peut fonctionner avec des courants élevés, une alimentation continue en fil et des taux de dépôt importants. Certaines installations utilisent en outre plusieurs fils ou arcs afin d’augmenter davantage la quantité de métal déposée.

Ressources techniques associées au soudage SAW

Le soudage sous flux automatisé peut être concerné par plusieurs normes relatives aux consommables, à la qualification des modes opératoires, aux opérateurs et à la maîtrise du procédé. Parmi les références pouvant être rencontrées figurent notamment :

• ISO 14171 – Produits consommables pour le soudage sous flux des aciers : classification des combinaisons fil-flux.
• ISO 14174 – Flux pour le soudage à l’arc sous flux et le soudage sous laitier électroconducteur.
• ISO 14732 – Qualification des opérateurs soudeurs et régleurs pour le soudage mécanisé et automatique des matériaux métalliques.
• ISO 15609-1 – Descriptif et qualification d’un mode opératoire de soudage pour le soudage à l’arc.
• ISO 15614-1 – Qualification des modes opératoires de soudage des matériaux métalliques.
• ISO 3834 – Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques.
• ISO 5817 – Niveaux de qualité relatifs aux imperfections des assemblages soudés par fusion.
• ISO 17662 – Étalonnage, vérification et validation des équipements utilisés pour le soudage et les techniques connexes.

Les normes et exigences réellement applicables dépendent du matériau, du secteur industriel, de la combinaison fil-flux, de l’installation et du code de construction utilisé. Les fiches techniques du fabricant des consommables doivent également être prises en compte pour le stockage, le traitement et l’utilisation du flux.