Pourquoi seule la pointe de l'électrode fond-elle lors du soudage à l'arc?

J'ai vu sur youtube des personnes qui effectuent du soudage à l'arc avec des "électrodes consommables". À première vue, j'ai vu que le courant traverse toute l'électrode et la pièce et ma question vient de ce fait.

Je pense que la pièce ne fond pas car elle est généralement beaucoup plus grande que l'électrode, elle peut donc dissiper la chaleur beaucoup plus rapidement. L'électrode est cependant plus mince et je ne comprends pas pourquoi toute l'électrode ne fond pas si le courant qui la traverse est suffisamment élevé pour faire fondre la pointe de l'électrode.

J'y ai pensé et je suppose que cela a quelque chose à voir avec la résistance de contact à la pointe de l'électrode étant différente de celle du matériau de l'électrode. La raison en est que la puissance, qui est en quelque sorte proportionnelle à la chaleur générée, devrait être Mais je ne pense pas que la différence entre les deux résistances soit suffisamment élevée pour expliquer ce phénomène, alors je me demandais quelle partie Je manque!

La résistance de l'électrode n'est pas ce qui chauffe les choses - c'est la résistance de l'air ionisé dans l'arc!

Par conséquent, les choses proches de l'arc deviennent chaudes, et les choses plus éloignées ne le font pas.

Lorsque l'électrode est rapprochée de la pièce à travailler, l'entrefer se rétrécit au point qu'une étincelle se crée lorsque l'intensité du champ électrique (en volts par mètre, par exemple) augmente suffisamment pour ioniser les molécules d'air intermédiaires.

L'air ionisé est un plasma qui a une température très élevée - suffisamment élevée pour faire fondre l'électrode et le matériau de la pièce.

Tant que le soudeur maintient un espace de la bonne longueur, l'intensité du champ électrique sera suffisamment élevée pour ioniser l'air à l'intérieur de l'espace et faire fondre le matériau voisin de la tige de soudage et de la pièce à travailler. Certains métaux peuvent également se gazéifier et se transformer en plasma, contribuant ainsi à l'arc.

Si l'écart devient trop grand, le plasma cessera, ainsi que toute soudure.

Quiconque a travaillé avec une soudeuse à la baguette (qui utilise des tiges de soudage) peut vous dire que si l'écart devient trop petit, vous pouvez toucher la tige à la pièce à travailler, vous pouvez créer juste assez de plasma au moment du contact pour souder le tige à la pièce. À ce stade, vous avez un circuit métallique continu sans plasma. Il conduira la même quantité de courant que lors d'une soudure appropriée, mais sans l'arc plasma, rien ne fondra.

Aucune de ces explications n'a rien à voir avec la résistance du plasma. Elle est fonction de la façon dont le plasma se forme en réponse à l'intensité du champ électrique imposé.

Il existe plusieurs procédés de soudage qui produisent de la chaleur par différents moyens. Je pense que le soudage TIG est conceptuellement plus facile à comprendre que le soudage au bâton ou MIG. L'explication aidera à comprendre d'autres processus de soudage, je vais donc commencer à expliquer le soudage TIG.

En soudage TIG (soudage à l'arc au tungstène au gaz ou GTAW), une alimentation de soudage est connectée à une torche manuelle avec une pointe en tungstène. L'électrode négative est connectée à la torche. L'électrode positive est connectée à la pièce à souder.

Un arc est créé par un circuit dans l'alimentation appelé un démarreur d'arc qui produit une impulsion haute tension et haute fréquence entre la pointe de tungstène et la pièce. L'arc a suffisamment d'énergie pour éliminer les électrons du gaz de protection et créer un chemin d'ions qui conduisent l'électricité de la pointe de tungstène à la pièce à travailler. Pour le soudage tig, l'argon est généralement utilisé car il est bon marché, s'ionise facilement et est plus lourd que l'air, ce qui empêche l'oxygène de pénétrer.

Lorsque le trajet ionique est terminé, l'alimentation détecte la chute de tension entre les électrodes. Lorsqu'il n'y a pas de chemin ionisé entre l'électrode et la pièce, il peut y avoir une différence de 50 V ou plus entre les électrodes de tungstène et de travail. Une fois l'arc amorcé, la tension entre les électrodes chutera à environ 10 V en fonction de la taille de l'espace. À ce stade, l'alimentation électrique active le courant de soudage. Le soudage TIG se fait avec une alimentation en courant constant.

L'arc est maintenu par chauffage résistif du gaz de protection. Le gaz ionisé agit comme une résistance où la chaleur est fonction de la tension aux bornes de l'interstice et du courant qui le traverse. Le courant élevé à travers le gaz ionisé dissipe tellement de chaleur que le gaz reste suffisamment chaud pour rester un plasma et continue à conduire.

Cependant, la chaleur n'est pas répartie uniformément sur l'arc. Dans cette configuration que je viens de décrire, les électrons tirent réellement de la pointe de tungstène et frappent la pièce. Cela fait que la chaleur se concentre sur la pièce à travailler. Si j'inversais la polarité des électrodes et connectais le négatif à la pièce et le positif à la torche, j'aurais l'effet inverse. J'obtiendrais toujours un arc et beaucoup de chaleur, mais la chaleur serait concentrée sur la pointe et non sur la pièce que j'essayais de souder. Il en résulterait que la pointe fondrait dans une balle et tomberait. Le tungstène est utilisé pour la pointe car il a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux. En soudage tig, vous ne voulez pas que l'électrode fonde et fasse partie de la soudure, mais dans d'autres types de soudage, vous le faites.

En soudage MIG (soudage à l'arc gaz-métal ou GMAW), c'est ce que vous recherchez. En soudage MIG, l'électrode est un fil conducteur qui est alimenté à partir d'une bobine de fil à grande vitesse. Le fil fond et fait partie de la soudure. La polarité est inversée de sorte que le fil est positif et la pièce à travailler est négative. Vous n'avez pas besoin d'un démarreur d'arc avec MIG.

Lorsque vous appuyez sur la gâchette de la torche de migration, le chargeur de fil commence à pousser le fil. Lorsque le fil entre en contact avec l'œuvre, le fil agit comme une résistance et s'échauffe. Plus le dépassement du fil est long, plus il aura de résistance et il produira une chute de tension différente à travers lui.

En raison du courant élevé à travers le fil, le fil fondra et brûlera. Cela produit un petit espace entre le travail et le fil où il y a une tension suffisante pour ioniser. Cela crée un arc. Sans entrer dans les spécificités des différents processus MIG (court-circuit, goutte à goutte et transfert par pulvérisation), ce processus se répète essentiellement. Le fil entre en contact. Se réchauffe et fond. Frappe un arc, puis reprend contact. Etc.

La pièce à travailler doit généralement aussi fondre (mais pas trop ou vous obtenez une percée matérielle), sinon vous n'auriez pas une connexion mécanique solide. Vous tenez compte de l'épaisseur, de la masse thermique et de la conductivité thermique de la pièce en ajustant le courant et la vitesse d'avance du matériau. Et comme Marcus Müller l'a déjà dit: il ne s'agit pas de la résistance des électrodes.