Soudage à l'arc à l'électrode enrobée

Le soudage à l'arc à l'électrode enrobée (SAEE), ou MMA ((en)Manual Metal Arc), ou SMAW ((en)Shielded Metal Arc Welding), soudage manuel ou soudage à la baguette, est l'un des procédés de soudage les plus utilisés. Son numéro ISO est 111, d'après la norme ISO 4063:2023.

Soudage à l'arc à l'électrode enrobée.

Schéma de fonctionnement :
1) Enrobage
2) Électrode
3) Gaz protecteur
4) Bain de fusion
5) Métal de base
6) Cordon de soudure
7) Laitier

Lorsque l'on approche l'électrode enrobée des pièces à assembler, il se crée un arc électrique qui dégage un fort effet calorifique provoquant la fusion de l'électrode.

Par abus de langage ou esprit de concision, souvent les soudeurs eux-mêmes parlent de soudage à l'arc. Mais techniquement et dans les normes, cette appellation relève plus de la catégorie Soudage à l'arc, englobant tout les procédés utilisant un arc électrique (ex. : TIG MIG-MAG, MMA, etc.).

Électrode

L'électrode enrobée, ou baguette de soudage, est constituée d'une âme métallique et d'un enrobage.

Électrodes spéciales

• Carbures de tungstène, de chrome, de manganèse, de molybdène, de bore : dépose une couche de carbure pour améliorer la résistance à l'abrasion (électrode au + ou AC 45 V).
• Carbures de niobium : résistance aux chocs et à l'abrasion (électrode au + ou AC 45 V).
• Chanfreinage et gougeage (électrode au + ou AC 45-55 V).
• Chauffage (électrode au - ou AC 60 V).
• Perçage et découpage (électrode au - ou AC 45 V).
• Rechargement.

Âme métallique

L'âme est la partie métallique de l’électrode, le métal d'apport déposé pour assembler les pièces. Son rôle est triple : conduire le courant, déposer le métal et créer l’arc électrique. Elle compose le centre de l'électrode.

• Diamètres : 1,25 ; 1,6 ; 2 ; 2,5 ; 3,2 ; 4 ; 5 ; 6,3 ; 7 et 8 mm.
• Composition : aciers, alliages d’aluminium ou de cuivre, nickel, chrome.

Enrobage

Exemple de différents types d'électrodes enrobées.

C’est un mélange complexe dont les composants sont choisis en fonction du métal à souder. Il forme le laitier qui remonte à la surface. Sa viscosité permet de varier les positions.

Pour éviter l'absorption d'humidité, on peut chauffer les électrodes au four (étuvage) avant de les utiliser. Certains enrobages sont résistants à l'absorption d'humidité mais leur efficacité ne dure que quelques heures.

Les différents types d’enrobage

	type d’enrobage	Code(s)	contenu de l'enrobage	polarité de la torche	caractéristique du cordon	caractéristique du laitier	positions	limite d'usage
1	Cellulosique	C ou RC	beaucoup de matière organique, souvent de la cellulose	DC+ (si U0>60Volt)	forte pénétration (présence de CO2)	peu abondant	soudure descendante possible
2	Oxydant	O	ferro-manganèse : oxyde de fer, oxyde de manganèse		bel aspect, faible pénétration		arc stable	beaucoup de fumée
3	Basique	B ou RB	beaucoup de spath-fluor et de carbonate de calcium	DC+ (ou AC si U0>60Volt)	diminue les risques de fissuration à chaud	calcaire: effet désulfurant (favorable au soudage des aciers ferritiques), facile à éliminer		étuvage souvent nécessaire (2h à 350 °C)
4	Rutile	R RA RB RC RR(épaisse)	beaucoup d'oxyde de titane	DC+, DC-, AC	beaucoup de versions existent qui allient les qualité et défaut des autre types d'enrobage (Acide, Basique, Cellulosique)	facile à éliminer	toutes positions	métal avec un fort taux de carbone ou de souffre
5	Acide	A ou RA	ferro-manganèse : oxyde de fer, oxyde de manganèse			abondant, fluide	soudage à plat et en gouttière	soudage en position
	Spécial

Les électrodes ont des longueurs variées, 225 mm, 250 mm, 300 mm, 350 mm, 450 mm, 600 mm, ou 700 mm.

Composition

• Le potassium et le sodium, aux potentiels d'ionisation bas, maintiennent l'arc en place.
• La cellulose, les matières organiques et les carbonates dégagent du CO₂.
• Les métaux en poudre : chrome, manganèse, nickel, silicium, titane et le graphite migrent dans le métal pour lui conférer leurs propriétés.
• L'hydrogène diffusible accélère la fonte de l'âme, et diminue les coûts de main-d'œuvre.

Rôles

• Électrique : meilleure ionisation qui améliore la stabilité de l’arc.
• Métallurgique : atmosphère gazeuse, le cratère protège le bain de fusion ; le laitier protège de l'oxydation, de l'effet de trempe, évacue les gaz prisonniers, sert d'isolant thermique. Il doit être nettoyé du cordon ; l'enrobage peut apporter des éléments d'addition modifiant les propriétés mécaniques (chrome, nickel, manganèse, etc.). Il ajoute le métal ; il sert de point d'appui pour les positions de soudure (position montante, verticale, etc.).
• Mécanique : le cratère évite le collage ; le laitier maintient le métal en fusion ; guide l’arc électrique. 

Normes

Différentes normes permettent d'identifier les électrodes. Les plus courantes sont la norme européenne (EN) et la norme méricaine (AWS).

Norme européenne

• NF EN 499 : électrodes enrobées pour aciers non alliés et aciers à grain fin.

Exemple : E 35 5 (2Ni) R 4 2 H5

• E : électrode enrobée
• 35 : limite d'élasticité, résistance mécanique et allongement

Code	Limite élastique (N/mm2)	Résistance (N/mm2)	Allongement (%)
35	355	440 à 570	22
38	380	470 à 600	20
42	420	500 à 640	20
46	460	530 à 650	20
50	500	560 à 720	18

• 5 : température d'énergie moyenne de rupture à 47 J

Code	Température
6	−60 °C
5	−50 °C
4	−40 °C
3	−30 °C
2	−20 °C
0	0 °C
A	20 °C
Z	Aucune exigence

• 2Ni : composition chimique

Code	Mn	Mo	Ni
Champ vide	2,0
Mo	1,4
Mn Mo	> 1,4 - 2,0	0,3 – 0,6
1Ni	1.4		0,6 – 1,2
2Ni	1.4		1,8 – 2,6
3Ni	1.4		>2,6 – 3,8
Mn1Ni	>1,4 – 2,0		0,6 – 1,2
1NiMo	1,4	0,3 – 0,6	0,6 – 1,2
Z	autre

• R : type d'enrobage

Code	Enrobage
A	acide
B	basique
C	cellulosique
O	oxydant
R	rutile (TiO2)
RA	rutile acide
RB	rutile basique
RC	rutile et cellulose
RR	rutile épaisse
S	spécial

• 4 : rendement (quantité de métal déposée, les 100 % proviennent de l'âme, le reste de l'enrobage). Et type de courant.

Code	Rendement	Courant
1	≤105 %	alternatif, continu
2	≤100 %	continu
3	>105 ; ≤125 %	alternatif, continu
4	>105 ; ≤125 %	continu
5	>125 ; ≤160 %	alternatif, continu
6	>125 ; ≤180 %	continu
7	>160 %	alternatif, continu
8	>160 %	continu

• 2 : position de soudage

Code	Position
1	Toutes positions
2	Toutes positions, sauf verticale descendante
3	Bout à bout à plat, en gouttière, en angle à plat
4	Bout à bout à plat, en gouttière
5	Verticale descendante, cf. code 3

• H5 : hydrogène diffusible

Code	ml/100 g max
H5	5
H10	10
H15	15

• NF EN 757 : pour aciers à haute résistance
• NF EN 1600 : pour aciers inoxydables et résistant aux températures élevées

Norme américaine

AWS signifie (en) American Welding Society.

• AWS A5.1 : électrodes enrobées pour aciers (norme américaine)

Exemple : E 60 1 0

• E : la lettre (E) indique que c’est une électrode
• 60 : résistance à la traction x 1 000 PSI

Code	position	Résistance à la traction
60	E60--	60 x 1 000 PSI = 60 000 psi = 4 218,4 kg/cm2 = 4,2 Tonne/cm2

• 1 : position

Code	position	Position
1	E-1-	Toutes positions
2	E-2-	Horizontal et à plat seulement
3	E-3-	À plat seulement
4	E-4-	À plat, par-dessous, horizontal, vertical descendant

• 0 :
  • type de courant (AC : alternatif. DCEP : continu électrode au plus. DCEN : continu électrode au moins) ;
  • quantité de poudre de fer par rapport au poids de l'enrobage ;
  • dans certains cas, les deux derniers chiffres sont à prendre en compte.

Code	position	Courant	Arc	Pénétration	Enrobage	Poudre de fer
10	E--10	DCEP	Pénétrant	Profonde	Cellulose, sodium	0 à 10 %
1	E---1	AC, DCEP	Pénétrant	Profonde	Cellulose, potassium	0
2	E---2	AC, DCEN	Moyen	Moyenne	Rutile, sodium	0 à 10 %
3	E---3	AC, DCEN, DCEP	Faible	Faible	Rutile, potassium	0 à 10 %
4	E---4	AC, DCEN, DCEP	Faible	Faible	Rutile, poudre de fer	25 à 40 %
5	E---5	DCEP	Moyen	Moyenne	Peu d'hydrogène, sodium	0
6	E---6	AC, DCEP	Moyen	Moyenne	Peu d'hydrogène, potassium	0
8	E---8	AC, DCEP	Moyen	Moyenne	Peu d'hydrogène, poudre de fer	25 à 40 %
20	E--20	AC, DCEN	Moyen	Moyenne	Oxyde de fer, sodium	0
22	E--22	AC, DCEN, DCEP	Moyen	Moyenne	Oxyde de fer, sodium	0
24	E--24	AC, DCEN, DCEP	Faible	Faible	Rutile, poudre de fer	50 %
27	E--27	AC, DCEN, DCEP	Moyen	Moyenne	Oxyde de fer, poudre de fer	50 %
28	E--28	AC or DCEP	Moyen	Moyenne	Peu d'hydrogène, poudre de fer	50 %
48	E--48	AC or DCEP	Moyen	Moyenne	Peu d'hydrogène, poudre de fer	25 à 40 %

• AWS A5.5

Exemple : E80 1 8 -B2

• E : électrode
• 80 : résistance à la traction minimale x 1 000 PSI
• 1 : position
• 8 : type de courant, poudre de fer…
• B2 : composition chimique
• ISO 2560-A

Le courant électrique

On peut modifier les paramètres tels que l'intensité ou la tension.

Le courant peut être alternatif ou continu.

Dans le cas du courant continu, la polarité joue un rôle important dans la qualité et l’aspect du cordon de soudure. Le choix de la polarité est dicté par le type d’électrode utilisée.  

Polarité directe (négative)

• Électrode au pôle négatif (-).
• Pièce au pôle positif (+).

Note : température plus élevée du métal de base.

Bonne fusion du bain. Utilisé généralement pour les électrodes rutiles.

Polarité indirecte (positive)

• Électrode au pôle positif (+).
• Pièce au pôle négatif (-).

Note : température plus élevée du métal d’apport.

Utilisé généralement pour l’électrode basique.

Santé au travail

Les vapeurs émises lors de la soudure forment un aérosol de particules fines et de nanoparticules de tungstène, de chrome, de manganèse, de molybdène, argent, de bore... qui au-delà d'une certaine dose sont toxiques par inhalation ou ingestion. Le manganèse est notamment responsable du « manganisme », une maladie neurodégénérative incurable aussi dite « maladie des soudeurs » aujourd'hui reconnue dans certains pays (dont la France) comme maladie professionnelle.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Soudage

Bibliographie

• NF EN ISO 2560, Électrodes enrobées pour le soudage manuel à l'arc des aciers non alliés et des aciers à grains fins