Soudage TIG

Dans cet article, Air Liquide vous explique les différentes caractéristiques du procédé de soudage TIG :

• le principe général,
• les gaz de protection,
• les avantages,
• la mise en oeuvre et les applications,
• les variantes avancées du procédé TIG,
• les matériaux,
• les précautions à prendre.

En quoi consiste le procédé de soudage TIG ?

Le procédé TIG se caractérise par la génération d’un arc électrique qui fournit l'énergie et la chaleur nécessaires à la fusion des pièces à assembler.

Cet arc est créé entre une électrode non fusible en tungstène (W) et les pièces à souder, le tout sous une protection gazeuse inerte (argon ou mélanges argon-hélium) ou légèrement réductrice (mélanges argon-hydrogène ou argon-hélium-hydrogène).

Le soudage TIG peut être utilisé pour l’assemblage de nombreux matériaux métalliques : aciers faiblement ou fortement alliés (acier inoxydable), aluminium, cuivre, alliages à base de nickel ou titane. Dans le cas des aciers inoxydables ou du titane, il est souvent nécessaire de protéger l’envers de la soudure, en plus de la protection endroit ; c’est pourquoi il faut utiliser un gaz de protection envers pour protéger l’envers de la soudure (pénétration) afin d’éviter l’oxydation et la formation de rochage.

Le TIG est généralement utilisé pour souder des pièces de faibles à moyennes épaisseurs.

Le soudage TIG peut être manuel, automatique et robotisé. Pour en savoir plus sur le soudage TIG automatique, lisez notre article : Soudage TIG automatique.

Ce procédé permet d’obtenir des soudures de haute qualité. Il est très apprécié dans les secteurs industriels où les exigences de qualité des cordons de soudure sont très élevées.

Selon le pays le procédé de soudage à l’arc sous protection gazeuse inerte avec électrode non fusible peut-être désigné de différentes manières :

• TIG = Tungsten Inert Gas
• WIG = Wolfram Inert Gas
• GTAW = Gas Tungsten Arc Welding

Il existe également une classification numérique des procédés de soudage selon la norme NF EN ISO 4063 :

• 141 = soudage TIG avec fil d’apport

LE SOUDAGE TIG : avantages et inconvénients

Automatisation et productivité

Certaines variantes ont été spécifiquement conçues pour répondre à des contraintes de productivité ou en rapport avec les matériaux à souder.

• TIG Orbital : conçu pour la tuyauterie, ce procédé automatise la rotation de la torche autour d'un tube fixe. Il assure une répétabilité géométrique parfaite, indispensable dans le secteur pharmaceutique ou nucléaire par exemple. La qualité de l'inertage (gaz de protection interne et externe) est ici le facteur critique de succès.
• TIG Multicathodes : en alignant plusieurs électrodes, on peut décomposer les étapes du soudage (pénétration, remplissage, lissage) en une seule opération. C'est la solution privilégiée pour la fabrication de tubes industriels à haute cadence.

Géométries complexes

Pour répondre à des contraintes de forme ou de volume :

• TIG en chanfrein étroit (narrow gap ou tulipe) : pour les pièces de forte épaisseur, cette variante utilise une torche très fine capable de descendre au fond d'un chanfrein aux parois quasi verticales. Cette technique réduit drastiquement le volume de métal d'apport et le temps de soudage global.

Assemblage de précision et systèmes hybrides

• TIG par points : cette méthode permet d'assembler des tôles par recouvrement sans contact mécanique (contrairement au soudage par résistance). Elle est idéale pour les tôles fines où l'aspect esthétique et la répétabilité du point sont primordiaux.

TIG double flux : l'utilisation de deux flux de gaz indépendants permet de constricter l'arc de manière plus stable. Le gaz central assure la colonne d'arc, tandis que le gaz périphérique garantit une protection gazeuse renforcée, particulièrement utile pour les métaux réactifs.

• Procédés de soudage hybrides Laser-TIG : l'arc TIG est couplé à un faisceau laser. Le laser assure une pénétration profonde et étroite, tandis que l'arc TIG favorise l'apport de chaleur.

Les différents métaux approprié pour le soudage TIG

Le soudage TIG est adapté à tous les matériaux.

• Aciers non alliés et faiblement alliés,
• Aciers inoxydables,
• Alliages légers et à base de cuivre,
• Alliages spéciaux (base nickel, titane, zirconium, tantale, etc.).

Des protections complémentaires sont parfois nécessaires, notamment pour réaliser des soudures sur les alliages plus sensibles à l’oxydation (aciers inoxydables, base nickel, titane, zirconium, tantale, etc.). En automatique, l’utilisation d’un “traînard” est indispensable.

Des aciers conventionnels aux alliages les plus réactifs comme le titane ou le zirconium, il est difficile de citer l’ensemble des métaux, toutefois le soudage TIG et ses variantes avancées se distingue par une polyvalence métallurgique qui permet d’assembler la quasi-totalité des métaux.

Quelles précautions pour le soudage TIG ?

Le soudage TIG est un procédé qui permet d'obtenir des soudures de grande qualité, mais qui nécessite de prendre un certain nombre de précautions spécifiques.

Métaux d'apport

Le métal d’apport se présentera sous forme de baguette de soudure pour le soudage manuel, tandis qu’il se présentera sous forme de fil de soudage (bobine similaire au soudage MIG MAG) pour le soudage automatique. La baguette de métal d'apport doit être choisie en fonction du matériau de base, en adaptant son diamètre à l'épaisseur à souder. Consultez votre fournisseur de matériaux ou nos experts Air Liquide.

Polarité

Le soudage TIG est normalement utilisé en polarité directe (DC-), c’est-à-dire que la torche est connectée au pôle négatif du générateur. Toutefois, pour le soudage de l'aluminium, il est recommandé d'utiliser un courant alternatif (AC).

Pour en savoir plus sur la polarité :

Polarité directe (DC-) 
L’électrode est reliée au pôle moins (cathode) du générateur de soudage et émet les électrons. L’anode, étant la pièce à souder, subit le bombardement électronique.

Polarité inverse (DC+) 
L’électrode est reliée au pôle plus (anode) et la pièce au pôle moins (cathode). Dans ce cas, la pièce est émissive, l’électrode est soumise au bombardement intense des électrons.

Le courant alternatif (AC) 
Ce mode d’alimentation se caractérise par un changement de polarité à chaque demi période. Les électrons circulent alternativement vers l’électrode puis vers la pièce à souder.

Le courant pulsé 
Le courant pulsé est une variante du courant continu, dont l’objet est de maîtriser l’énergie apportée à la pièce. Le courant pulsé engendre une succession de temps froids, avec maintien de l’arc, et de temps chauds (pics d’intensité) qui assurent la pénétration.

Électrode tungstène

L’électrode tungstène est la clé pour obtenir une soudure de qualité. Si l’électrode de tungstène se dégrade ou s’oxyde, l’arc de soudage deviendra instable (erratique) et la soudure présentera des défauts. Les électrodes tungstène sont identifiées par un anneau de couleur à l’extrémité, qui indique le type de tungstène et les matériaux pour lesquels elles peuvent être utilisées, ainsi que le type de courant de soudage (continu ou alternatif). Voici les principales caractéristiques :

• Couleur verte (WP - Tungstène pur), indiquée pour le soudage TIG des alliages légers.
• Couleur grise (WC 20 - 2 % de Cérium), adaptée à tous les types d'aciers alliés et à base de nickel
• Couleur bleue (WLa 20 - 2 % de lanthane), adaptée à tous les matériaux

Note : nous vous recommandons de vérifier auprès de votre fournisseur de matériels de soudage quelles sont les électrodes les plus adaptées à vos besoins.

Contrairement au soudage aluminium, pour le soudage des aciers faiblement et fortement alliés, l’électrode tungstène doit être affûtée.

Important : pendant le processus de soudage, s’assurer que l’extrémité de l’électrode tungstène est correctement affûtée. Un mauvais affûtage ou mauvais état peut entraîner une instabilité de l’arc et générer des défauts de soudage.

• Nettoyage de la surface
  Le soudage TIG est un procédé qui exige un degré élevé de propreté de la surface des pièces à assembler, en particulier lorsqu'il s'agit de souder de l'aluminium.
• Débit de gaz
  Le débit de gaz doit être vérifié pour une protection optimale du bain de fusion et protéger l'électrode contre l'oxygène et l'azote de l'air ambiant (risque d'oxydation).

Air Liquide, en tant qu'expert en gaz et solutions pour le soudage et la découpe (oxycoupage, coupage plasma, etc.), peut vous conseiller sur tous les types de soudage sous flux gazeux (TIG, MIG/MAG, plasma, laser).

Pour des soudures de qualité optimale, la gamme ARCAL™ d’Air Liquide vous offre les gaz adaptés à tous vos besoins.