Gaz inerte pour le soudage

L'utilisation de procédés de soudage à l'arc électrique avec atmosphère de protection gazeuse (MIG, MAG, TIG-Plasma) est largement répandue dans la fabrication métallique. Le rôle principal du gaz de soudage est de protéger le bain de fusion de l'air, et le choix du gaz de soudage a un impact élevé sur la qualité, les coûts d'exploitation et l'environnement.

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Quel est le rôle du gaz de soudage ?

Les principaux objectifs du gaz de protection sont :

Protéger le métal fondu de l'atmosphère,
Stabiliser le procédé: l'arc électrique et les modes de transfert (MIG/MAG)

Il a également un impact sur :

Les projections et les fumées,
La forme et la profondeur de pénétration,
Le mouillage
L'aspect superficiel,
La vitesse de soudage,
La métallurgie du bain de fusion,
L'environnement du soudeur,
Le coût de la pièce soudée.

Il a également un impact sur:

La productivité
- La vitesse d’avance
- Le flux thermique
- La profondeur de pénétration
- In fine le coût de l’opération d’assemblage
La qualité
- Les projections
- La forme du cordon
- L’aspect superficiel
- La métallurgie et les performances mécaniques finales
L’environnement du soudeur
- La limitation d’émission de fumée

Quels gaz sont utilisés dans le soudage à l'arc électrique ?

Les différents gaz utilisables pour le soudage à l'arc sont définis par la norme ISO 14175 Consommables de soudage. Gaz de protection pour le soudage par fusion et procédés associés.

Argon : Gaz inerte, utilisé seul ou en mélangé avec d'autres gaz.
- C'est la base de tous les mélanges
- Facile à ioniser, facilite l'amorçage
- Alternative indiscutable au CO₂ pur en MAG
Dioxyde de carbone : Gaz actif (réagit avec le métal en fusion), il est utilisé mélangé à l'argon, et plus rarement seul dans certains cas spécifiques
- Stabilise l’arc électrique
- Bain plus visqueux
- Forme de pénétration plus massive à haute teneur, limite l’accès à certains modes de transfert (spray) et peut engendrer plus de fumées / projections.
Oxygène : Gaz actif (réagit avec le métal en fusion), il est utilisé à faible teneur dans l'argon
- Bain plus fluide
- Vitesse de soudage plus élevé à plat
- Meilleur mouillage et bon transfert de métal.
Hélium : Gaz inerte, qui est généralement utilisé mélangé avec l'argon
- Densité d'énergie plus élevée (pénétration et/ou vitesse de soudage plus élevées)
- Meilleur mouillage
Hydrogène : Gaz réducteur à forte affinité pour l'oxygène et les oxydes
- Augmente la densité énergétique
- Meilleur mouillage
- Compatible uniquement avec les aciers inoxydables austénitiques
Azote : aux températures de l'arc électrique, il est dissocié et réagit avec le métal en fusion
- Utilisé en gaz de protection envers, parfois mélangé à de l’hydrogène
- En faible teneur pour favoriser la phase austénitique pour le soudage des aciers Duplex et Super Duplex

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Quels gaz ou mélanges de gaz sont utilisés en fonction du procédé de soudage à l'arc choisi ?

TIG/Plasma --- Tungsten Inert Gas :

Gaz inerte pour tous les matériaux :
- Ar,
- Mélanges Ar+He
- Ajout de H₂ (jusqu'à 5%) alternative pour les aciers inoxydables austénitiques

MIG --- Metal Inert Gas (fil) :

Alliages d'aluminium, base cuivre et nickel
Gaz inerte :
- Ar
- Mélanges Ar+He

MAG --- Metal Active Gas (fil)

Pour souder des aciers au carbone et inoxydables il faut ajouter des quantités contrôlées de gaz oxydant. Gaz rencontrés en fonction des matériaux:

Ar
Ar+ CO₂
Ar+CO₂+O₂
Ar+O₂
CO₂
Pour conserver de bons résultats en terme de résistance à la corrosion des aciers inoxydables, limitation à 2 % CO₂ ou O₂, pour éviter la perte de chrome
Ajout de He pour améliorer les performances de soudage
Ajout de H₂ alternative pour les inoxydables austénitiques.