Soudeurs à l'Arc Submergé vs. GMAW : Laquelle réduit de moitié le coût par passe ?
Dans le soudage industriel, le choix du bon procédé a un impact direct sur la productivité, la qualité et les coûts. Deux méthodes populaires sont le soudage à l'arc sous flux (SAW) utilisant soudeurs à l'Arc Submergé et le soudage à l'arc métallique sous gaz (GMAW), également connu sous le nom de soudage MIG. Les deux procédés assemblent des métaux à l'aide d'un arc électrique, mais leurs conceptions, capacités et coûts diffèrent considérablement. Une question essentielle pour les fabricants et les soudeurs est la suivante : lequel des deux réduit les coûts par passe — soudeurs à l'Arc Submergé ou le GMAW ? Ce guide compare les deux procédés en analysant des facteurs tels que les taux de dépôt, l'utilisation des matériaux, la main-d'œuvre et les coûts énergétiques afin de déterminer laquelle permet de réduire de moitié les dépenses par passe.
Comprendre les soudeuses à l'arc submergé et le GMAW
Soudeurs à l'Arc Submergé
Les soudeurs à l'arc submergé utilisent un fil électrode continu alimenté dans le joint à souder, l'arc et la piscine de soudure en fusion étant protégés par une couche de flux granulaire. Le flux fond pour former un laitier protecteur, empêchant la contamination par l'air et améliorant ainsi la qualité de la soudure. Les soudeurs à l'arc submergé sont connus pour leurs hauts taux de dépôt, leur pénétration profonde et leur adaptabilité aux matériaux épais (6 mm et plus). Ils sont fréquemment utilisés dans les industries lourdes telles que la construction navale, la construction de pipelines et la fabrication d'acier structurel.
GMAW (soudage à l'arc sous gaz)
Le GMAW utilise un fil électrode continu alimenté via un pistolet de soudage, l'arc étant protégé par un gaz de protection (comme l'argon ou le dioxyde de carbone). Ce gaz protège la piscine de soudure contre l'oxygène et l'azote, assurant une fusion propre. Le GMAW est polyvalent, utilisé pour des matériaux fins à moyennement épais (0,5 à 12 mm), et très répandu dans l'automobile, la fabrication industrielle et les travaux de réparation grâce à sa portabilité et sa facilité d'utilisation.
Principaux facteurs de coût : comparaison par passe
Le coût par passe est calculé en additionnant les dépenses telles que les consommables, la main-d'œuvre, l'énergie et l'usure du matériel. Analysons les performances des machines à soudage à l'arc submergé et du soudage MIG-MAG dans chaque catégorie.
1. Taux de dépôt et productivité
Le taux de dépôt, c'est-à-dire la quantité de métal d'apport déposée par heure, influence directement les coûts par passe. Des taux plus élevés signifient qu'il faut moins de passes pour remplir un joint, ce qui réduit les coûts liés à la main-d'œuvre et au temps.
- Soudeurs à l'Arc Submergé : Ces machines excellent en termes de taux de dépôt, généralement compris entre 5 et 20 kg par heure. Certains soudage à l'arc submergé haute puissance peuvent atteindre 30 kg/heure pour les matériaux épais. Cette productivité élevée permet de remplir un joint en une seule passe, réduisant ainsi le nombre de passes nécessaires par rapport au soudage MIG-MAG. Par exemple, le soudage d'une plaque d'acier de 20 mm d'épaisseur peut nécessiter 2 à 3 passes avec un soudage à l'arc submergé contre 5 à 7 passes avec le soudage MIG-MAG.
- GMAW : Les taux de dépôt sont plus faibles, généralement de 1 à 8 kg par heure. Le processus est plus lent car le gaz de protection limite l'intensité du courant pouvant être appliquée sans provoquer d'éclaboussures ou de porosité. Les matériaux plus épais nécessitent davantage de passes, augmentant ainsi le temps total et les coûts de main-d'œuvre par joint.
Les taux de dépôt plus élevés rendent les soudeurs à l'arc submergé plus productifs, réduisant considérablement le temps et les coûts de main-d'œuvre par passe.
2. Coûts des consommables : Électrode, flux et gaz
Les consommables (fil d'électrode, flux, gaz de protection) représentent une part importante des coûts par passe.
- Soudeurs à l'Arc Submergé : Les consommables comprennent le fil d'électrode et le flux. Le flux est relativement peu coûteux, et une partie du flux non utilisé peut être récupérée et réutilisée (jusqu'à 50 à 70 % dans certains cas), réduisant ainsi les déchets. Le fil d'électrode pour le soudage à l'arc submergé est souvent moins cher par kilogramme que le fil utilisé en soudage MIG/MAG (GMAW), car il ne nécessite pas de revêtements spéciaux pour la compatibilité avec le gaz.
- GMAW : Les consommables comprennent le fil électrode et le gaz de protection. Le gaz de protection constitue un coût récurrent ; une bouteille typique peut coûter entre 50 et 100 dollars et dure environ 8 à 12 heures d'utilisation continue. Le fil GMAW est également plus coûteux que le fil SAW en raison de ses revêtements spécialisés. De plus, le GMAW produit plus d'éclaboussures, ce qui entraîne un gaspillage de fil et nécessite un nettoyage après le soudage, augmentant ainsi les coûts indirects.
Les soudeurs à l'arc submergé présentent des coûts de consommables plus faibles par kilogramme de métal déposé, surtout lorsqu'un récupérateur de flux est utilisé.
3. Coûts de la main-d'œuvre
Les coûts de main-d'œuvre dépendent du temps qu'un soudeur passe sur chaque passe ainsi que du niveau de compétence requis.
- Soudeurs à l'Arc Submergé : Le soudage à l'arc submergé (SAW) est souvent automatisé ou semi-automatisé, réduisant ainsi le besoin d'opérateurs hautement qualifiés. Une fois les paramètres définis, la machine peut fonctionner en continu, les opérateurs surveillant l'avancement au lieu de guider manuellement l'arc. Cela réduit les coûts de main-d'œuvre par passe, un seul opérateur pouvant superviser plusieurs machines.
- GMAW : Le soudage MIG-MAG est souvent manuel, nécessitant des soudeurs qualifiés pour contrôler le pistolet, maintenir la vitesse de déplacement et s'adapter aux variations des joints. L'opération manuelle est plus lente et exige plus de main-d'œuvre, en particulier pour les grands joints nécessitant plusieurs passes. Les soudeurs qualifiés en soudage MIG-MAG demandent également des salaires horaires plus élevés, augmentant ainsi le coût par passe.
L'automatisation avec des machines à souder à l'arc submergé réduit les coûts de main-d'œuvre, un facteur essentiel dans la diminution des coûts par passe.
4. Efficacité énergétique
La consommation d'énergie influence les coûts opérationnels, notamment pour les travaux de soudage en grand volume.
- Soudeurs à l'Arc Submergé : Le soudage à l'arc submergé utilise un courant plus élevé (300–1000 ampères), mais il est très efficace pour convertir l'énergie en chaleur nécessaire au soudage. Le flux aide à concentrer la chaleur dans le bain de fusion, réduisant ainsi le gaspillage d'énergie.
- GMAW : Le soudage MIG-MAG utilise un courant plus faible (100–400 ampères), mais il est moins efficace sur le plan énergétique. Plus d'énergie est perdue sous forme d'éclats ou de dissipation thermique, et la nécessité de réaliser plusieurs passes augmente la consommation totale d'énergie par joint.
Bien que les postes à souder à l'arc submergé consomment plus d'énergie par heure, leurs taux de dépôt plus élevés entraînent une consommation d'énergie globalement inférieure par kilogramme de métal soudé, réduisant ainsi les coûts énergétiques par passe.
5. Nettoyage et reprise après le soudage
Les coûts liés au nettoyage et à la reprise s'ajoutent aux dépenses par passe.
- Soudeurs à l'Arc Submergé : Le soudage à l'arc submergé génère peu d'éclaboussures et forme une couche de laitier qui protège le cordon pendant son refroidissement. Ce laitier s'enlève facilement à l'aide d'un marteau à écailles, ce qui réduit le temps de nettoyage. La qualité du soudage est élevée, avec peu de défauts tels que la porosité ou le manque de pénétration, limitant ainsi les coûts de reprise.
- GMAW : Le soudage MIG-MAG génère davantage d'éclaboussures, nécessitant un décapage par meulage ou martelage. Une mauvaise protection gazeuse peut provoquer de la porosité, et une vitesse de déplacement irrégulière peut entraîner des cordons irréguliers, augmentant les besoins en reprise. Ces opérations supplémentaires ajoutent du temps et des coûts de main-d'œuvre par passe.
Les postes à souder à l'arc submergé réduisent les dépenses post-soudage, diminuant davantage les coûts par passe.
Comparaison des coûts réels : Étude de cas
Pour illustrer la différence, comparons les coûts par passe pour le soudage d'un joint de plaque d'acier de 15 mm d'épaisseur (d'une longueur d'1 mètre) en utilisant les deux procédés. Avec un poste à souder à l'arc submergé, le taux de dépôt est de 10 kg/heure, nécessitant 2 passes pour achever le joint. Le coût de la main-d'œuvre est de 30 $ par heure en raison de l'automatisation, et les consommables (fil et flux) coûtent 1,20 $ par kg. Le coût de l'énergie est de 0,15 $ par kWh, et le nettoyage minimal maintient les dépenses supplémentaires faibles. Le coût total par passe pour le poste à souder à l'arc submergé s'élève à 18,50 $.
Pour le soudage MIG-MAG (GMAW), le taux de dépôt est plus bas, à 3 kg/heure, nécessitant 5 passes pour le même joint. Le coût de la main-d'œuvre est plus élevé, à 45 $ par heure, en raison de l'opération manuelle, et les consommables (fil et gaz) coûtent 2,50 $ par kg. La forte projection entraîne un temps de nettoyage supplémentaire, et la consommation d'énergie est plus élevée en raison du nombre accru de passes. Le coût total par passe pour le soudage MIG-MAG (GMAW) est de 42,30 $.
Dans ce scénario, les soudeurs à l'arc submergé réduisent les coûts par passe de plus de 50 % par rapport au GMAW, grâce à une productivité plus élevée, des coûts de consommables inférieurs et une diminution des besoins en main-d'œuvre.
Quand le GMAW offre-t-il de meilleures économies de coûts ?
Bien que les soudeurs à l'arc submergé excellent dans les applications lourdes, le GMAW peut être moins coûteux dans certains scénarios spécifiques :
- Matériaux fins : Pour les matériaux inférieurs à 6 mm, le GMAW nécessite moins d'étapes de préparation et peut réaliser les assemblages en 1 à 2 passes, évitant ainsi les coûts plus élevés liés à la mise en place initiale du SAW.
- Joints petits et complexes : La portabilité et le contrôle manuel du GMAW le rendent plus adapté aux joints complexes ou aux petites pièces où l'automatisation est difficile à mettre en œuvre.
- Production à faible volume : Pour des tâches occasionnelles de soudage, l'équipement GMAW est moins coûteux à l'achat et à l'entretien qu'un soudeur à l'arc submergé, réduisant ainsi les coûts globaux.
FAQ
Un soudeur à l'arc submergé est-il plus coûteux à l'achat qu'une machine GMAW ?
Oui, l'investissement initial pour des soudeurs à l'arc submergé est plus élevé (10 000 à 50 000 dollars) par rapport aux machines MIG ($2 000 à $15 000). Cependant, pour une production en grand volume, les économies réalisées par passe compensent rapidement les frais initiaux.
Les soudeurs à l'arc submergé peuvent-ils être utilisés pour des matériaux fins ?
Ils ne sont pas idéaux. La forte intensité thermique du SAW peut provoquer des perforations sur des matériaux inférieurs à 6 mm. Le MIG est préférable pour les métaux fins.
La récupération de flux permet-elle vraiment de réduire les coûts pour les soudeurs à l'arc submergé ?
Oui. La récupération et la réutilisation du flux peuvent réduire les coûts de consommables de 30 à 40 %, rendant le soudage à l'arc submergé plus rentable pour les grands projets.
Le MIG est-il plus rapide pour les petits travaux ?
Oui. Le MIG nécessite moins de temps de préparation que le SAW, ce qui le rend plus rapide pour des assemblages simples et courts ou des productions de faible volume.
Les soudeurs à l'arc submergé nécessitent-ils plus d'entretien que les machines MIG ?
Non. Le SAW comporte moins de pièces mobiles que les pistolets MIG, qui nécessitent un nettoyage régulier des buses et le remplacement des gaines. L'entretien du SAW porte principalement sur les systèmes de flux et les dérouleurs de fil, interventions moins fréquentes.
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