Soudage : guide des procédés

Un peu d’histoire sur le soudage

Historiquement, les pratiques de soudage ont commencé avec des techniques de forge de base, où les métaux étaient chauffés et martelés ensemble. La découverte de l'arc électrique au XIXe siècle a permis la fusion et l'assemblage contrôlés des métaux. Cette innovation a ouvert la voie au développement de nombreuses méthodes modernes de soudage.

Aujourd'hui, l'intégration de technologies de pointe telles que le soudage robotisé, le soudage laser, les systèmes de contrôle contribue à transformer le soudage, dont l'évolution continue est motivée par l'augmentation permanente de la productivité, de la précision et de la fiabilité.

Les différentes techniques de soudure sous flux gazeux

Il existe plusieurs procédés de soudage sous flux gazeux :

• Arc électrique (TIG/MIG/MAG/Plasma)
• Laser
• Flamme - soudage oxyacétylénique

Dans cet article nous abordons les procédés de soudure technique les plus utilisés par les soudeurs.

Soudage à l'arc électrique

Le soudage à l'arc électrique est un procédé d'assemblage permanent où l'on utilise la chaleur intense d'un arc électrique pour faire fondre les bords des pièces métalliques et un éventuel métal d'apport. Cet arc, qui atteint environ 3 500 °C, se crée entre une électrode et la pièce à souder.

Le soudage à l'arc électrique utilise l'énergie thermique d'un arc généré entre une électrode et une pièce pour fusionner les métaux sous protection gazeuse ou flux. Ce phénomène physique complexe ionise le gaz pour créer un plasma atteignant 3 500 °C. La qualité de l’assemblage dépend de la stabilité de l'arc et du réglage précis des paramètres électriques.

Le soudage à l'arc électrique englobe différents procédés, adaptés à des applications et des exigences spécifiques. On distingue les procédés à électrode fusible (MIG/MAG, électrode enrobée, arc submergé) et ceux à électrode non fusible en tungstène (TIG, Plasma). En soudage TIG, le choix de la polarité (directe DC-, inverse DC+ ou courant alternatif AC) est déterminé par le matériau, comme l'aluminium en TIG qui nécessite un courant alternatif pour briser sa couche d'alumine.

Soudage à l'arc électrique - procédé TIG

Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est réputé pour sa précision et son contrôle, ce qui en fait la méthode privilégiée pour les soudures de haute qualité sur une large gamme de métaux. Ce procédé utilise une électrode en tungstène et un gaz inerte de protection, généralement de l'argon, pour créer l'arc. Le soudeur a un excellent contrôle de l'apport de chaleur, ce qui permet de réaliser des soudures propres. L’utilisation du soudage TIG est particulièrement adapté aux matériaux tels que l’acier inox, l’aluminium et le titane, qui nécessitent un contrôle méticuleux et une grande intégrité de la soudure. Ce procédé est largement utilisé dans les secteurs de l’aérospatiale, du nucléaire et de la fabrication de précision par exemple, où des normes de qualité strictes doivent être respectées.

Soudage à l'arc électrique - procédé MIG/MAG

Le soudage MIG (Metal Inert Gas) et MAG (Metal Active Gas), aussi connu sous le terme GMAW (Gas Metal Arc Welding), est un procédé efficace et polyvalent qui utilise un fil-électrode continu et un gaz de protection.

Le procédé MIG utilise généralement des gaz inertes comme l'argon ou l'hélium, qui sont idéaux pour l'aluminium et d'autres métaux non ferreux, assurant une soudure propre et sans oxyde.

Le procédé MAG, particulièrement efficace pour le soudage de l'acier et des aciers inox, utilise des gaz actifs comme le dioxyde de carbone ou des mélanges à base d'argon auxquels peuvent être ajoutés : dioxyde de carbone, et/ou oxygène, et/ou hélium, et/ou hydrogène.

Le gaz de protection joue un rôle essentiel en créant une atmosphère protectrice autour du bain de fusion, empêchant les contaminants atmosphériques de compromettre l'intégrité de la soudure. Très productifs, ces procédés permettent d'obtenir des taux de dépôt élevés et de minimiser les temps d'arrêt.

Les procédés MIG/MAG sont largement utilisés dans les secteurs de l'automobile, de la fabrication et de la construction par exemple, où l'efficacité et la qualité sont primordiales.

Soudage à l'arc électrique - procédé plasma

Le soudage plasma constitue une évolution technologique du procédé TIG, dont il se distingue par un arc électrique mécaniquement confiné dans une tuyère de faible diamètre. Cette constriction augmente considérablement la densité énergétique et la température de l'arc, permettant d'atteindre des vitesses de soudage nettement supérieures. Ce procédé offre l'avantage de pouvoir souder en mode « keyhole » (trou de serrure), ce qui assure une pénétration totale sur des épaisseurs importantes tout en limitant les déformations thermiques de la pièce.

Soudage laser

Le soudage laser (soudage laser manuel inclus) est un procédé qui offre précision, rapidité et flexibilité. Le soudage laser manuel connaît une forte croissance, du fait de sa facilité de mise en œuvre et d’accessibilité.

Contrairement aux systèmes de soudage laser automatiques, la source laser manuelle est conçue pour être utilisée manuellement par un opérateur. Le laser “fibre” est la source destinée au soudage manuel, en raison de son efficacité, de sa précision, et de son aptitude à souder divers métaux.

En comparaison avec le soudage TIG, le soudage laser manuel permet d’obtenir des soudures de haute qualité avec une formation simplifiée, mais requiert une formation qualifiante sur les aspects sécurité : la lumière laser utilisée dans les équipements de soudage au laser est invisible pour l’œil humain, le danger n’est pas apparent.

Utilisé dans des secteurs tels que l’automobile, l’aérospatiale, l’électronique et le médical par exemple, le soudage laser est apprécié pour sa capacité à réaliser des assemblages rapides et résistants, en minimisant la distorsion thermique.

Soudage à la flamme oxyacétylénique

Le soudage à la flamme se décline selon 3 procédés distincts :

• le soudage oxyacétylénique
• le brasage
• le soudobrasage

Le soudage oxyacétylénique utilise la combustion d'un mélange d'oxygène et d'acétylène pour générer une flamme atteignant environ 3 200 °C. Ce procédé permet de chauffer les pièces jusqu'à leur fusion, avec ou sans ajout de métal d'apport. Le professionnel du soudage peut ajuster la nature de la flamme (neutre, oxydante ou carburante) selon le matériau et l'épaisseur, comme la fonte, l'acier ou le cuivre par exemple. Simple à maîtriser et économique, ce procédé est idéal sur les chantiers ou les opérations de maintenance ne disposant pas d'alimentation ou de raccordement électrique. Ce procédé génère une zone affectée thermiquement (ZAT) plus large que les autres techniques de soudure à l'arc électrique.

Lorsqu'on assemble des métaux de même nature, on parle de soudage autogène.

Le brasage consiste à assembler des pièces avec un métal d'apport dont la température de fusion est inférieure à celle des pièces à assembler. Le métal d'apport pénètre par capillarité entre les pièces à assembler, offrant un joint solide et étanche sans faire fondre les matériaux de base. On parle de liaison intermétallique. On différencie le brasage tendre (température < 450 °C) du brasage fort (> 450 °C), ce dernier offrant une meilleure résistance mécanique.

Le soudobrasage est une opération de brasage (sans fusion du métal de base) conduite de proche en proche à la manière d'une opération de soudage. Le métal d'apport, réalisé à partir de laiton, entre en fusion à une température comprise entre 800 et 930 °C (en fonction des alliages utilisés) : cette température est capable de limiter la déformation des plaques de fines épaisseurs, et ainsi de réduire l'évaporation du zinc lors de l'assemblage de pièces galvanisées. Il est nécessaire d'utiliser un décapant sous forme de poudre ou de pâte pour favoriser le mouillage.

Pour en savoir plus, lisez notre article sur les différents types de soudage sous flux gazeux.

Autres procédés de soudage sans protection gazeuse

Certains procédés de soudure technique n’utilisent pas de gaz pour protéger le bain de fusion, comme par exemple :

• le soudage à l’arc avec électrode enrobée
• le soudage à l’arc submergé
• le soudage par résistance

Soudage à l’arc avec électrode enrobée

Le soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW), ou soudage à l’électrode enrobée, est une des techniques de soudure usuelles. Le métal d’apport est transféré par un arc électrique généré entre l’électrode et la pièce. La chaleur créée par l’arc électrique provoque la fusion simultanée du métal de base (pièce à souder), de l’âme métallique et de l’enrobage de l’électrode, produisant ainsi le bain de fusion. Une partie des composants de l’électrode contribue à créer l’atmosphère protectrice dans laquelle l’arc jaillit. L’enrobage fondu recouvre le bain de fusion constituant le laitier, lequel protège le métal déposé pendant et après la solidification.

Ce procédé permet de travailler dans différentes positions et environnements, y compris à l’extérieur et dans des conditions difficiles. Le soudage à l’électrode enrobée est couramment utilisé dans la construction, l’entretien et la réparation, en particulier pour les structures en acier.

Soudage à l’arc submergé

Le soudage à l’arc submergé (AS) repose sur la formation d'un arc entre un fil électrode amené en continu et la pièce à souder. Un couvert de flux en poudre permet d'obtenir une protection et de constituer un laitier pour la zone à souder. Ce procédé ne nécessite aucun gaz de protection. L'arc est submergé sous un couvert de flux poudre, et reste la plupart du temps invisible durant le soudage. Le soudage à l'arc submergé s'effectue normalement en mode automatique ou semi-automatique. Ce procédé concerne principalement les soudures : bout à bout en angle à plat ou en gouttière.

Soudage par résistance

Le soudage par résistance exploite la chaleur générée par la résistance électrique pour assembler des pièces. Un courant élevé est transmis à travers les pièces à assembler, créant une chaleur localisée aux points de contact. La pression appliquée aux pièces assure une forte liaison métallurgique. Cette méthode est est couramment utilisée dans la production de gros volumes, en particulier dans l'industrie automobile pour le soudage par points des carrosseries.

Autres types procédés de soudures et techniques connexes

Parmi les autres procédés de soudage et techniques connexes, on peut citer le soudage par faisceau d'électrons, qui offre une précision exceptionnellement élevée pour des applications spécialisées dans les industries aérospatiale et nucléaire, et le soudage par friction, qui utilise la chaleur générée par la friction pour assembler des pièces, souvent utilisé dans les industries automobile et aérospatiale pour assembler des métaux différents.

Soudage automatisé

Le soudage robotisé et les procédés automatisés sont couramment utilisés pour améliorer la productivité, la précision et la cohérence. Ces technologies sont particulièrement adaptées à la production à grande échelle et aux géométries complexes, où la répétabilité et la précision sont essentielles. Les systèmes de contrôle et les dispositifs de régulation avancés permettent de surveiller et d'ajuster les paramètres de soudage en temps réel, garantissant ainsi une qualité de soudage optimale et minimisant les défauts.

Le soudage hybride laser est une technique qui combine le soudage laser et le soudage à l'arc, offrant une vitesse plus élevée et un meilleur contrôle, et qui est mise en œuvre dans diverses industries.

Applications du soudage dans l'industrie

Le secteur automobile dépend fortement du soudage pour l'assemblage des carrosseries, des châssis et de divers composants. Le soudage par points par résistance et le GMAW sont les principaux procédés utilisés, offrant une efficacité et une productivité élevées.

L'industrie aéronautique utilise des procédés de soudage spécialisés tels que le TIG, le soudage par faisceau d'électrons et le soudage laser pour assembler des matériaux légers et résistants tels que l'aluminium, le titane et les alliages de nickel. Ces procédés sont choisis pour leur précision et leur capacité à répondre à des normes de qualité strictes.

La construction navale utilise des techniques de soudage robustes, notamment le soudage à l'arc submergé, pour construire et réparer de grandes structures maritimes, telles que des navires, des sous-marins et des plateformes offshore.

Le secteur de l'énergie dépend du soudage pour la fabrication et l'entretien des pipelines, des centrales électriques et des infrastructures d'énergie renouvelable, garantissant ainsi une transmission et une production d'énergie fiables et sûres.

Pour en savoir plus, lisez notre article sur les applications du soudage.

Soudage et sécurité

La sécurité est primordiale dans toutes les opérations de soudure technique. L'exposition aux fumées, à une chaleur intense, aux rayons ultraviolets (UV) et aux risques électriques présente des risques importants pour la santé et la sécurité des soudeurs.

Les fumées de soudage contiennent diverses substances toxiques et particules, qui peuvent causer de graves problèmes respiratoires. Une ventilation adéquate, y compris une ventilation locale par aspiration et des systèmes d'extraction des fumées, est nécessaire pour minimiser l'exposition. Une protection respiratoire individuelle, telle que des masques à particules et des masques à adduction d'air, doit être utilisée lorsque les contrôles techniques sont insuffisants.

La chaleur intense et les projections générées lors du soudage peuvent provoquer de graves brûlures et des incendies. Des Équipements de Protection Individuel (EPI) résistants au feu sont essentiels pour protéger le corps de la chaleur et des projections (vêtements, gants, chaussures...).

Les rayons UV provenant de l'arc peuvent provoquer de graves brûlures aux yeux et à la peau. Un masque de soudage équipé de filtres appropriés est essentiel pour se protéger contre les rayons UV et infrarouges.

Les risques électriques, y compris les chocs et l'électrocution, nécessitent le strict respect des protocoles de sécurité. Une mise à la terre, une isolation et des procédures de verrouillage/étiquetage appropriées sont essentielles pour prévenir les accidents électriques.

Une formation régulière à la sécurité, l'utilisation d'équipements de protection individuelle (EPI) et le respect des normes industrielles sont essentiels pour prévenir les accidents et garantir un environnement de travail sûr.

Les techniques de soudage ont considérablement évolué, offrant diverses solutions pour un large éventail d'applications industrielles. Du soudage à l'arc électrique manuel et aux procédés automatisés, le choix du procédé dépend du matériau, de l'épaisseur, de l'emplacement et de l'application. Les soudeurs professionnels doivent se tenir informés des évolutions techniques, pour garantir des résultats de haute qualité. La sécurité est une priorité dans le soudage, les soudeurs doivent constamment être informés et formés au cadre réglementaire.