Soudage à l’arc sous flux 121 : principe, flux et applications
Le numéro 121 de l’ISO 4063 est le soudage à l’arc sous flux avec un fil plein, SAW en abrégé. L’arc brûle sous une couche de flux en grains, une tête amène et guide le fil, et le soudeur devient l’opérateur d’une machine. C’est pourquoi le 121 se rencontre sur les longs cordons et les fortes épaisseurs, pas sur les portails et les rambardes.
Réponse courte
Le 121 est le soudage à l’arc sous flux avec un fil plein : un fil nu fond dans un arc enterré sous le flux, et le flux, une fois fondu, devient un laitier qui protège le bain. Le procédé est mécanisé, donne une forte pénétration et une grande productivité, mais ne convient presque qu’aux positions PA et PB et aux cordons droits ou circulaires. Il est conduit par un opérateur qualifié selon ISO 14732, pas par un soudeur titulaire d’une qualification ISO 9606-1.
Comment se déroule le procédé
Le fil de la bobine passe par les galets d’entraînement jusque dans la tête et le tube contact. Le flux tombe d’une trémie juste devant l’arc ou autour de lui. Une partie fond en laitier liquide qui couvre le bain, empêche l’air d’entrer, façonne la surface du cordon et ralentit le refroidissement. Le reste demeure en vrac et peut être réaspiré, tamisé et réutilisé. Une fois froide, la croûte de laitier se décolle d’elle-même ou s’enlève au burin.
L’arc étant couvert, il n’y a ni éclat lumineux, presque pas de projections, ni gaz de protection que le vent puisse emporter. Le courant est élevé et le trajet du courant dans le fil court, donc la pénétration est forte et le cordon large. La source fonctionne en courant continu ou alternatif, et la tête se déplace sur un rail ou un chariot, ou reste fixe pendant que la pièce tourne.
121, 122 et 125 : les sous-numéros
Tout le groupe 12 de l’ISO 4063 est du soudage à l’arc sous flux. Le numéro dépend de l’électrode :
| N° | Procédé | Abréviation |
|---|---|---|
| 12 | Soudage à l’arc sous flux | — |
| 121 | Soudage à l’arc sous flux avec fil plein | SAW |
| 122 | Soudage à l’arc sous flux avec feuillard | SAW |
| 125 | Soudage à l’arc sous flux avec fil fourré | SAW |
Le fil plein, 121, est le plus courant. Le feuillard (122) donne un cordon large et peu profond et sert, entre autres, au revêtement par rechargement ; un fil fourré (125) modifie la composition du métal fondu par son âme. L’ISO 4063 comporte d’autres numéros dans le groupe 12 pour des variantes avec plusieurs fils ou de la poudre ajoutée ; la liste complète est dans le tableau ISO 4063.
Où on l’emploie
Le procédé est rentable là où la soudure est longue, droite ou circulaire, et le métal épais : poutres reconstituées soudées (les soudures d’angle entre semelle et âme), joints longitudinaux de tubes de grand diamètre, cuves et chaudières tournant sur des vireurs, viroles de pylônes, structures navales. Sur des soudures courtes et sinueuses, et sur chantier, le temps de mise en place de la machine mange tout le gain.
Le flux reste sur le joint par gravité, donc la plage de positions est étroite : PA pour les soudures bout à bout et PB pour les soudures d’angle. La position PC demande des dispositions particulières, et la verticale et le plafond sont exclus. Les autres positions sont traitées sur la page positions de soudage ; en général la pièce est tournée pour que la soudure se retrouve en PA.
En quoi il diffère du 135 et du 136
| Caractéristique | 121 | 135 / 136 |
|---|---|---|
| Protection | flux et laitier | gaz (le 136 ajoute du laitier) |
| Arc | caché | visible |
| Guidage | tête, opérateur | torche à la main |
| Positions | PA, PB | toutes |
| Pénétration et productivité | forte, élevée sur un long cordon | plus faible, mais plus souple |
| Vent | à peine un problème | emporte le gaz de protection |
| Accessoires | flux à sécher et à recycler | bouteille et détendeur |
Les trois numéros sous gaz sont comparés sur la page 135, 136 ou 138 ; le fil fourré a sa propre page, soudage à fil fourré 136. Les bases du semi-automatique sont sur soudage MIG/MAG.
Les flux : fondus et agglomérés
Le flux n’est pas un accessoire du fil mais la moitié du couple. L’ISO 14174 classe les flux par procédé de fabrication et par type chimique. Les flux fondus sont des grains vitreux et cassants qui absorbent peu d’humidité et gardent une composition stable. Les flux agglomérés sont une poudre liée en grains ; ils peuvent apporter des éléments d’alliage et des désoxydants dans le métal fondu, mais ils absorbent l’humidité et doivent être séchés. Il existe aussi des types mixtes. La composition décide de l’aspect du cordon et de la résilience du métal fondu.
Un flux humide, ce sont des porosités dans la soudure et de l’hydrogène, qui favorise la fissuration à froid. La température et la durée de séchage sont données dans la fiche technique du fabricant ; nous ne citons pas de valeur unique ici, car elle varie d’un flux à l’autre. La règle est de conserver le flux dans des sacs fermés, d’utiliser ou de resécher ceux qui sont ouverts, et de tamiser le flux recyclé pour le débarrasser des poussières et du laitier.
Fils et désignations
Pour les aciers non alliés et à grain fin, le couple fil-flux est décrit par l’ISO 14171.
Un exemple de construction de la désignation (ce n’est pas une recommandation) :
S 46 4 AB S2Si. S est le procédé SAW, 46 le groupe de résistance du métal fondu,
4 la température d’essai de résilience, AB le type de flux (aluminate-basique selon ISO 14174) et S2Si le
fil. Flux et fil se choisissent en couple et s’écrivent ensemble dans le DMOS (WPS) : changer
de marque de flux, c’est changer de mode opératoire.
Défauts typiques
- Porosités : flux humide, rouille et huile sur les bords, couche de flux trop mince ; voir les porosités dans une soudure.
- Manque de fusion et de pénétration : mauvaise vitesse d’avance, position du fil par rapport au chanfrein ; voir le manque de fusion.
- Inclusions de laitier : en soudure multipasse quand le chanfrein est étroit et que le laitier reste dans l’angle entre les passes.
- Fissures à chaud dans l’axe du cordon : quand le cordon est profond et étroit ; voir les fissures dans les soudures.
- Caniveau : vitesse d’avance ou courant trop élevé.
Les dimensions admissibles sont fixées par l’ISO 5817, et les noms et numéros des défauts sont réunis dans le tableau ISO 6520-1.
Sécurité comparée à un arc à l’air libre
Un arc couvert, c’est moins de rayonnement, de projections et de fumées qu’en soudage à l’électrode enrobée ou en MAG, mais pas zéro. Ce qui reste : les fumées du flux et du fil (une ventilation reste nécessaire ; voir fumées de soudage), le laitier et le flux chauds, la tension à vide élevée et les forts courants, les têtes et les positionneurs en mouvement, les pièces lourdes à la grue. Les grains de flux sur le sol roulent comme des billes. La protection des yeux et les vêtements de protection restent obligatoires pour toute tâche où l’arc peut apparaître ; voir équipements de protection individuelle.
Qualification de l’opérateur et du mode opératoire
La qualification ISO 9606-1 d’un soudeur ne s’étend pas à la machine. L’opérateur qui règle et surveille le soudage mécanisé ou automatique est qualifié selon ISO 14732 ; la norme admet plusieurs voies, dont la reconnaissance par l’épreuve de qualification du mode opératoire. Le mode opératoire 121 passe dans les documents comme tout autre : un DMOS-P (pWPS), ses essais selon ISO 15614-1 et le QMOS (WPQR), et en atelier un DMOS (WPS) avec le numéro de procédé, le couple fil-flux et la position. L’essai manuel est décrit sur la page essai de qualification de soudeur EN ISO 9606.
Questions fréquentes
Que signifie le procédé de soudage 121 ?
Selon ISO 4063, le 121 est le soudage à l’arc sous flux avec un fil-électrode plein, SAW en abrégé (UP en Allemagne). L’arc brûle entre un fil nu et la pièce sous une couche de flux en grains, si bien qu’on ne le voit pas, et le laitier liquide isole le bain de l’air. C’est un procédé mécanisé ou automatique, utilisé pour les longs cordons et les fortes épaisseurs.
Dans quelles positions peut-on souder à l’arc sous flux ?
Pratiquement seulement à plat (PA) et, pour les soudures d’angle, en angle à plat (PB). Le flux repose sur le joint par son propre poids et tomberait tout simplement en position verticale ou au plafond. La position PC n’est possible qu’avec une retenue spéciale du flux, et la réponse habituelle est de faire tourner la pièce sur un positionneur pour que la soudure se retrouve à plat.
Une qualification ISO 9606-1 suffit-elle pour le soudage à l’arc sous flux ?
Non. L’ISO 9606-1 qualifie un soudeur qui travaille à la main ou avec un pistolet semi-automatique. Celui qui règle et conduit une tête de soudage mécanisée est un opérateur de soudage, qualifié selon ISO 14732. Le mode opératoire lui-même est qualifié séparément, le plus souvent selon ISO 15614-1.
Faut-il un masque pour le soudage à l’arc sous flux ?
L’arc est enterré sous le flux, il y a donc bien moins de rayonnement et de projections qu’avec un arc à l’air libre. Une protection des yeux reste nécessaire au réglage de la tête, au début du cordon et partout où la couche de flux est mince et où l’arc perce. Le laitier et le flux chauds demandent aussi des gants et des vêtements de protection.
En quoi le 121 diffère-t-il du 135 ?
Par la protection et la mécanisation. En 135, un gaz protège le bain et le soudeur guide la torche à la main dans toutes les positions. En 121, le flux et le laitier le protègent, une tête sur chariot ou sur potence déplace le fil, et le soudage se fait surtout en PA et PB. En contrepartie, le 121 donne une forte pénétration et une grande productivité sur les longs cordons.
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