Controle de soudure aluminothermique

Introduction au contrôle de qualité de soudure aluminothermique

Le contrôle de la qualité de la mise à la terre d’un réseau de transport d’énergie est primordiale pour les entreprises qui produisent ou utilisent de l’énergie électrique de forte intensité (centrales, sous-stations, chemins de fer, fonderies d’aluminium, etc.). En particulier, la mauvaise qualité d’un joint de mise à la terre par soudure aluminothermique (Cadweld) provoque une perte de performance et se traduit par un entretien excessif et des couts de suivis élevés. De nombreux paramètres physico-chimiques interfèrent et dégradent la qualité d’une telle soudure, citons :

  • l’oxydation des conducteurs,
  • une température de préchauffage insuffisante,
  • des traces d’humidité au moment de l’opération de soudage,
  • L’apparition de bulles d’air durant le process,
  • etc …

La méthode traditionnelle de vérification d’une connexion électrique soudée est l’inspection visuelle, mais cette méthode est désormais considérée comme inefficace. En effet, de nombreux facteurs peuvent échapper à la vigilance de l’opérateur en charge de la supervision de ces soudures. En apparence la soudure a une forme solide et fait croire à la réussite de l’opération, mais au final, la valeur résistive est trop élevée car la fusion des matières à l’intérieur ne s’est pas déroulée normalement.

Exemple de soudure aluminothermique rejetée, mais dont l’aspect visuel était satisfaisant. Des bulles se sont formées dans le mélange à cause d’un reste d’humidité sur les conducteurs.

Exemple de soudure aluminothermique rejetée, mais dont l’aspect visuel était satisfaisant. Le conducteur oxydé dont la préparation n’était pas adéquate ne s’est pas fusionné lors de la soudure.

Exemple de soudure aluminothermique rejetée, mais dont l’aspect visuel était satisfaisant. Une préchauffe insuffisante n’a pas permis la bonne fusion des conducteurs qui se décollent de la soudure.

Exemple d’une bonne soudure aluminothermique. On peut voir que le conducteur et la soudure forment un bloc de matière homogène.

Autre exemple de bonne soudure. On ne distingue plus les brins du conducteur de la masse métallique de la soudure, signe d’une bonne fusion.

Micro ohmmètre AL-40 pour soudure aluminothermique

L’utilisation d’un micro ohmmètre de haute résolution et de haute précision pour le contrôle de soudure exothermique est fortement recommandée. En effet, une telle soudure présente une résistivité de l’ordre de 10 micro ohms et la détection d’un défaut de soudure tient dans une différence parfois aussi faible que 1 micro ohm !

Le micro ohmmètre AL-40 de notre partenaire Canadien NDB Technologie est un véritable testeur de connexion électrique soudée. Grâce à ses très hautes performances en résolution et précision, il offre une mesure extrêmement fine d’une soudure exothermique et permet de détecter et mesurer cette très faible différence ohmique.

Le micro ohmmètre AL-40 est équipé d’une sonde monobloc à quatre touches spécialement conçue pour la soudure exothermique. Il met en œuvre la méthode de mesure à quatre points, technique consistant à diffuser un courant d’amplitude connue à l’aide de deux contacts puis à mesurer la tension aux bornes de l’élément résistif à l’aide de deux autres contacts. Cette méthode élimine la résistance de contact et la résistance des câbles du micro ohmmètre qui sont ‘extérieurs’ à la résistance de la soudure. Le micro ohmmètre est équipé d’un microprocesseur de signal DSP (Digital Signal Processor) qui élimine les décalages et les tensions parasites. De plus, une routine de filtrage active supprime les perturbations de hautes fréquences.

Procédure de contrôle de soudure aluminothermique avec le micro ohmmètre AL-40

Cet article montre comment utiliser le micro ohmmètre AL-40 et la sonde DRM-4012 de NDB Technologie pour tester une soudure exothermique (Cadweld) entre un câble de raccord de mise à la terre et une poutrelle de chemin de fer. La méthode utilisée est appelée ‘Méthode Indirecte’.

Lors de certaines soudures, comme dans le cas des conducteurs en cuivre qui sont soudés à des surfaces d’acier planes ou courbes, ces conducteurs peuvent ne pas être complètement recouverts par le métal d’apport de la soudure. Pour tester une telle soudure, il faut utiliser une façon ‘indirecte’, c’est-à-dire que la sonde de mesure DRM-4012 est appliquée sur la surface d’acier et non sur la soudure elle-même.

Le principe de la mesure repose sur le fait que l’acier a une résistivité beaucoup plus élevée que celle de l’alliage formée par l’acier et le métal d’apport à l’endroit de la soudure. Ainsi en appliquant les électrodes de la sonde de mesure sur la surface d’acier à une certaine distance de la soudure, la valeur de résistance donnée par le micro ohmmètre AL-40 correspondra en grande partie à celle de l’acier. En approchant les électrodes de la sonde en direction de la soudure, la valeur de résistance donnée par l’appareil de mesure sera affectée par la présence de la soudure et cette valeur aura tendance à diminuer. Sonder ‘indirectement’ une soudure vise donc à constater cette différence de valeur. Pour cela, deux mesures suffisent :

Une première, près de la soudure, est désignée Rprès,

 

L’autre, plus éloignée, est appelée Rloin.

 

Pour les soudures ‘indirectement’ sondées, la prise de mesure de Rprès et de Rloin doit s’effectuer de la façon suivante :

  1. Laisser refroidir l’acier avant de le sonder,
  2. A l’endroit ou les électrodes du micro ohmmètre AL-40 sont appliquées, l’acier doit être exempt de galvanisation et d’oxydation. L’absence d’oxydation implique qu’il ne se passe pas trop de temps entre le moment ou la galvanisation est enlevée de l’acier pour réaliser la soudure et le moment ou l’acier est sondé,
  3. Dans la mesure de Rprès, les électrodes de mesure ne doivent pas s’approcher à moins de 2 millimètres de la soudure (voir figure ci-contre),
  4. La mesure de Rloin s’effectue en disposant les électrodes de mesure à 2 centimètres de la soudure (voir figure ci-contre),
  5. Dans la mesure de Rloin, la surface d’acier doit s’étendre à au moins 2 centimètres au-delà des électrodes de mesure (voir figure ci-contre). Cela implique que la soudure doit être éloignée d’au moins 4 centimètres du bord de la surface plane sur laquelle elle a lieu,
  6. Appuyer sur le bouton d’acquisition du micro ohmmètre AL-40,
  7. Relever sur l’appareil de mesure la valeur de la résistance,
  8. Pour pouvoir déterminer et retenir une valeur de résistance fiable, la mesure effectuée avec le micro ohmmètre AL-40 doit être répétée au moins 3 fois afin de rejeter d’éventuelles incohérences,
  9. La soudure est acceptée si l’écart de résistance entre Rprès et Rloin est d’au moins 10 %. La relation suivante doit etre vérifiée : Rloin > 1,1 x Rprès.
Electrode éloignée de la soudure aluminothermique