Soudage à l'arc sous protection gazeuse

Dans ces procédés, l'énergie nécessaire pour la fusion des pièces à souder et pour la réalisation de l’assemblage est obtenue par un arc électrique. Cet arc est généré entre une électrode et la pièce à souder, sous une atmosphère de protection d’un gaz ou d’un mélange de gaz.

Qu'est-ce qu'un arc électrique ?

L'arc électrique s'établit lorsqu'une énergie suffisamment élevée est atteinte pour ioniser l'atmosphère gazeuse et générer un plasma gazeux entre les 2 pôles d'un générateur. Lorsque ce plasma est généré, un courant électrique s'établit entre les pôles positif et négatif.
L'arc électrique est un phénomène physique extrêmement complexe, où se mêlent :

• l'ionisation et la recombinaison des gaz,
• la transmission de chaleur,
• les phénomènes électromagnétiques,
• l'influence des caractéristiques de conductivité thermique et électrique en fonction de la température des gaz utilisés.

La température atteinte peut aller jusqu'à 3 500 °C, ce qui permet d'obtenir l'énergie nécessaire pour faire fondre n'importe quel type de métaux, notamment l’acier.

Gaz pour le soudage à l'arc

Les différents gaz pouvant être utilisés pour les techniques soudage à l'arc sont définis par la norme ISO 14175 Produits consommables pour le soudage. Les gaz de protection pour le soudage par fusion et les procédés connexes sont les suivants :

• Argon (Ar)
• Dioxyde de Carbone (CO₂)
• Oxygène (O₂)
• Hélium (He)
• Hydrogène (H₂)
• Azote (N₂)

Les principales fonctions du gaz de protection sont les suivantes :

• Protéger le métal en fusion d'une éventuelle contamination atmosphérique.
• Stabiliser l'arc électrique.
• Faciliter l'amorçage de l'arc électrique.

De plus, le gaz de soudage a également une influence sur :

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

Procédés de soudage à l'arc sous protection gazeuse

Nous distinguons les 3 procédés suivants, qui sont décrits comme suit :

1. Le soudage MIG-MAG.
2. Le soudage TIG.
3. Le soudage plasma.

1 - Le soudage MIG-MAG

Le soudage MIG-MAG est très fréquent pour les assemblages de pièces métalliques :
MIG signifie Metal Inert Gas (sous la protection d’un gaz inerte).
MAG signifie Metal Active Gas (sous la protection d’un gaz actif).
Le procédé MIG-MAG est aussi connu sous l’appellation GMAW (Gas Metal Arc Welding).
L'énergie nécessaire pour faire fondre les pièces à souder est fournie par un arc électrique, qui est généré sous atmosphère gazeuse entre le fil de soudage et les pièces à souder.
Le soudage MIG est principalement utilisé pour le soudage de l'aluminium et de ses alliages, et le soudage MAG pour les aciers au carbone et les aciers inoxydables.

2 - Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas)

L'énergie nécessaire à la fusion des pièces à souder est fournie par un arc électrique, qui est généré sous une atmosphère de protection gazeuse inerte entre le tungstène de la torche et les pièces à souder. Il est utilisé pour l'assemblage de tous les matériaux métalliques.

3 - Le soudage plasma

Comme pour le soudage TIG, l'arc est généré entre une électrode infusible et la pièce à souder. Contrairement au TIG, l'arc est resserré et accéléré dans la buse. Un gaz annulaire est ajouté pour envelopper l'arc plasma et protéger le bain de fusion.

Critères pour choisir le gaz de protection de soudage le plus approprié

Pour choisir le gaz de protection le plus approprié, le soudeur doit connaître :

• la nature des gaz de soudage.
• le procédé choisi et le matériau à souder.

Nature des gaz de soudage

Gaz inertes pour le soudage à l'arc

Argon : gaz inerte, utilisé seul ou en combinaison avec d'autres gaz.

• Il est facile à ioniser.
• Il facilite l'amorçage.
• Il est à la base de tous les mélanges.

Hélium : gaz inerte, généralement utilisé en mélange avec l'argon, fréquent dans les applications de soudage automatique.

• Augmente l'énergie de soudage (plus grande pénétration et/ou vitesse de soudage que l’Argon seul).
• Garantit un meilleur mouillage.

Gaz oxydants pour le soudage à l'arc

Dioxyde de carbone : gaz actif utilisé en mélange avec l'argon et dans certains cas seul. Les caractéristiques de soudage sont les suivantes :

• Bain plus visqueux.
• Utilisé pour le soudage dans toutes les positions.
• Augmente la largeur de la pénétration.
• Augmente le niveau de projections et de fumées.
• Niveau plus élevé d'oxydation et de silicates dans le cordon.

Oxygène : gaz actif (réagit avec le métal en fusion), utilisé en mélange avec l'argon.

• Il a un bain plus fluide qu’avec un mélange argon-CO₂.
• Il permet un meilleur mouillage et un meilleur détachement des gouttes du fil qu’avec un mélange argon-CO₂.
• Il est plus adapté au soudage à plat.

Gaz réducteurs pour le soudage à l'arc

Hydrogène : gaz réducteur utilisé en mélange avec l’argon et le CO₂. Il est généralement utilisé dans les applications de soudage automatique.

• Augmente l'énergie de soudage (plus grande pénétration et/ou vitesse de soudage).
• Garantit un meilleur mouillage.
• Il est compatible uniquement avec les aciers inoxydables austénitiques.

Azote : à la température de l'arc électrique, il est dissocié et réagit avec le métal en fusion. Il est utilisé pour le soudage des aciers Duplex et Super Duplex. Il compense les pertes possibles de N₂ du matériau pendant le processus de soudage.

Les procédés et les matériaux

Les gaz ou les mélanges de gaz qui peuvent être utilisés varient en fonction du procédé de soudage et du matériau.

• TIG (Tungsten Inert Gas) / Plasma :
  En TIG, le gaz de soudage protége le bain de fusion. En Plasma, il permet de générer le plasma.
  • Gaz inertes pour tous les matériaux :
    • Argon
    • Hélium
    • Mélanges argon + hélium
    • Mélanges argon + hélium + hydrogène (jusqu'à 5-7,5%) pour les aciers inoxydables austénitiques
• MIG (Metal Inert Gas) :
  • Gaz inertes pour les alliages d'aluminium, de cuivre et de nickel
    • Argon
    • Hélium
    • Mélanges argon + hélium
• MAG (Metal Active Gas) :
  Gaz actifs pour le soudage de tous les types d'aciers.
  • Aciers au carbone et aciers inoxydables
    • Mélanges Argon + CO₂ avec une limitation de 2% de CO₂ ou d'O₂, pour éviter la perte de chrome.
    • Mélanges Argon + CO₂ + oxygène
    • Mélanges Argon + oxygène
  • Il est possible d’ajouter de l’hélium pour améliorer les performances de soudage pour tous les types d'aciers.
  • Il est possible d’ajouter de l’hydrogène pour les aciers inoxydables austénitiques.

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