Soudage à l'arc au gaz tungstène - Gas tungsten arc welding

soudage à l'arc de tungstène

Le soudage à l' arc gaz tungstène ( GTAW ), également connu sous le tungstène inerte gaz ( TIG ) de soudage , est un soudage à l' arc procédé qui utilise un non-consommable tungstène électrode pour produire la soudure . La zone de soudure et l'électrode sont protégées de l'oxydation ou de toute autre contamination atmosphérique par un gaz de protection inerte ( argon ou hélium ). Un métal d'apport est normalement utilisé, bien que certaines soudures, appelées soudures autogènes , ou soudures par fusion ne l'exigent pas. Lorsqu'on utilise de l'hélium, on parle de soudage héliarc . Une alimentation électrique de soudage à courant constant produit de l'énergie électrique, qui est conduite à travers l'arc à travers une colonne de gaz hautement ionisés et de vapeurs métalliques connue sous le nom de plasma . GTAW est le plus souvent utilisé pour souder des sections minces d' acier inoxydable et de métaux non ferreux tels que l' aluminium , le magnésium et les alliages de cuivre . Le processus accorde à l'opérateur un meilleur contrôle sur la soudure que les processus concurrents tels que le soudage à l'arc sous protection métallique et le soudage à l'arc sous gaz , permettant des soudures plus solides et de meilleure qualité. Cependant, GTAW est comparativement plus complexe et difficile à maîtriser, et en outre, il est nettement plus lent que la plupart des autres techniques de soudage. Un processus connexe, le soudage à l'arc plasma , utilise une torche de soudage légèrement différente pour créer un arc de soudage plus concentré et, par conséquent, est souvent automatisé.

Développement

Après la découverte de l' arc électrique pulsé court en 1801 par Humphry Davy et de l'arc électrique continu en 1802 par Vasily Petrov , le soudage à l'arc se développe lentement. CL Coffin a eu l'idée de souder dans une atmosphère de gaz inerte en 1890, mais même au début du 20e siècle, le soudage de matériaux non ferreux tels que l'aluminium et le magnésium restait difficile car ces métaux réagissent rapidement avec l'air, ce qui entraîne des crasses poreuses - soudures remplies. Les procédés utilisant des électrodes recouvertes de flux n'ont pas protégé de manière satisfaisante la zone de soudure contre la contamination. Pour résoudre le problème, des gaz inertes en bouteille ont été utilisés au début des années 1930. Quelques années plus tard, un procédé de soudage à courant continu sous protection gazeuse est apparu dans l'industrie aéronautique pour le soudage du magnésium.

Russell Meredith de Northrop Aircraft a perfectionné le procédé en 1941. Meredith a nommé le procédé Heliarc parce qu'il utilisait un arc d'électrode en tungstène et de l'hélium comme gaz de protection, mais il est souvent appelé soudage au gaz inerte au tungstène (TIG). Le terme officiel de l'American Welding Society est soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW). Linde Air Products a développé une large gamme de torches refroidies à l'air et à l'eau, des lentilles à gaz pour améliorer le blindage et d'autres accessoires qui ont augmenté l'utilisation du processus. Initialement, l'électrode a surchauffé rapidement et, malgré la température de fusion élevée du tungstène, des particules de tungstène ont été transférées à la soudure. Pour résoudre ce problème, la polarité de l'électrode a été modifiée de positive à négative, mais le changement l'a rendue impropre au soudage de nombreux matériaux non ferreux. Enfin, le développement des groupes à courant alternatif a permis de stabiliser l'arc et de réaliser des soudures aluminium et magnésium de haute qualité.

Les développements se sont poursuivis au cours des décennies suivantes. Linde a développé des torches refroidies à l'eau qui ont aidé à éviter la surchauffe lors du soudage avec des courants élevés. Au cours des années 1950, alors que le procédé continuait à gagner en popularité, certains utilisateurs se sont tournés vers le dioxyde de carbone comme alternative aux atmosphères de soudage plus chères composées d'argon et d' hélium , mais cela s'est avéré inacceptable pour le soudage de l'aluminium et du magnésium car il réduisait la qualité de la soudure, donc il est rarement utilisé avec GTAW aujourd'hui. L'utilisation de tout gaz de protection contenant un composé oxygéné, tel que le dioxyde de carbone, contamine rapidement l'électrode en tungstène, la rendant impropre au procédé TIG. En 1953, un nouveau procédé basé sur GTAW a été développé, appelé soudage à l'arc plasma. Il offre un meilleur contrôle et améliore la qualité de la soudure en utilisant une buse pour focaliser l'arc électrique, mais est largement limité aux systèmes automatisés, alors que GTAW reste principalement une méthode manuelle et portative. Le développement au sein du processus GTAW s'est également poursuivi et il existe aujourd'hui un certain nombre de variantes. Parmi les plus populaires figurent les méthodes GTAW à courant pulsé, à programmation manuelle, à fil chaud, à tampon et à pénétration accrue.

Opération

Zone de soudure GTAW

Le soudage manuel à l'arc au gaz tungstène est une méthode de soudage relativement difficile, en raison de la coordination requise par le soudeur. Semblable au soudage au chalumeau, GTAW nécessite normalement deux mains, car la plupart des applications nécessitent que le soudeur insère manuellement un métal d'apport dans la zone de soudage avec une main tout en manipulant le chalumeau de soudage dans l'autre. Le maintien d'une courte longueur d'arc, tout en empêchant le contact entre l'électrode et la pièce, est également important.

Pour frapper l'arc de soudage, un générateur haute fréquence (semblable à une bobine de Tesla ) fournit une étincelle électrique . Cette étincelle est un chemin conducteur pour le courant de soudage à travers le gaz de protection et permet à l'arc de s'amorcer tandis que l'électrode et la pièce sont séparées, généralement à environ 1,5 à 3 mm (0,06 à 0,12 in).

Une fois l'arc amorcé, le soudeur déplace la torche dans un petit cercle pour créer un bain de soudure, dont la taille dépend de la taille de l'électrode et de la quantité de courant. Tout en maintenant une séparation constante entre l'électrode et la pièce, l'opérateur recule légèrement la torche et l'incline vers l'arrière d'environ 10 à 15 degrés par rapport à la verticale. Le métal d'apport est ajouté manuellement à l'extrémité avant du bain de soudure selon les besoins.

Les soudeurs développent souvent une technique d'alternance rapide entre le déplacement de la torche vers l'avant (pour faire avancer le bain de soudure) et l'ajout de métal d'apport. La tige de remplissage est retirée du bain de fusion à chaque avance de l'électrode, mais elle est toujours maintenue à l'intérieur du bouclier gazeux pour éviter l'oxydation de sa surface et la contamination de la soudure. Les tiges d'apport composées de métaux à basse température de fusion, comme l'aluminium, nécessitent que l'opérateur se maintienne à une certaine distance de l'arc tout en restant à l'intérieur du bouclier gazeux. Si elle est tenue trop près de l'arc, la tige de remplissage peut fondre avant d'entrer en contact avec le bain de soudure. Au fur et à mesure que la soudure est presque terminée, le courant d'arc est souvent progressivement réduit pour permettre au cratère de soudure de se solidifier et d'empêcher la formation de fissures de cratère à la fin de la soudure.

Sécurité

Deux rideaux de soudage transparents de couleur rouge pour protéger les personnes à proximité de l'exposition aux rayons UV pendant le soudage.

Les soudeurs portent des vêtements de protection , y compris des gants en cuir légers et fins et des chemises de protection à manches longues avec col montant, pour éviter l'exposition à une forte lumière ultraviolette . En raison de l'absence de fumée dans GTAW, la lumière à arc électrique n'est pas recouverte de fumées et de particules comme dans le soudage à la baguette ou le soudage à l'arc sur métal blindé , et est donc beaucoup plus lumineuse, soumettant les opérateurs à une forte lumière ultraviolette. L'arc de soudage a une gamme et une force différentes des longueurs d'onde de la lumière UV de la lumière du soleil, mais le soudeur est très proche de la source et l'intensité lumineuse est très forte. Les dommages potentiels causés par la lumière d'arc comprennent les éclairs accidentels dans les yeux ou les yeux d' arc et les dommages cutanés semblables à des coups de soleil intenses . Les opérateurs portent des casques opaques avec des lentilles oculaires foncées et une couverture complète de la tête et du cou pour éviter cette exposition aux rayons UV. Les casques modernes comportent souvent une plaque frontale de type cristal liquide qui s'assombrit automatiquement lors de l'exposition à la lumière vive de l'arc frappé. Des rideaux de soudage transparents, constitués d'un film plastique en polychlorure de vinyle , sont souvent utilisés pour protéger les travailleurs à proximité et les passants de l'exposition à la lumière UV de l'arc électrique.

Les soudeurs sont également souvent exposés à des gaz dangereux et à des particules . Bien que le processus ne produise pas de fumée, la luminosité de l'arc dans GTAW peut décomposer l'air environnant pour former de l' ozone et des oxydes nitriques. L'ozone et les oxydes nitriques réagissent avec les tissus pulmonaires et l'humidité pour créer de l'acide nitrique et des brûlures d'ozone. Les niveaux d'ozone et d'oxyde nitrique sont modérés, mais la durée d'exposition, les expositions répétées, la qualité et la quantité de l'extraction des fumées et le renouvellement de l'air dans la pièce doivent être surveillés. Les soudeurs qui ne travaillent pas en toute sécurité peuvent contracter un emphysème et un œdème des poumons, ce qui peut entraîner une mort prématurée. De même, la chaleur de l'arc peut provoquer la formation de vapeurs toxiques provenant des matériaux de nettoyage et de dégraissage. Les opérations de nettoyage utilisant ces agents ne doivent pas être effectuées à proximité du site de soudage, et une ventilation adéquate est nécessaire pour protéger le soudeur.

Applications

Alors que l'industrie aérospatiale est l'un des principaux utilisateurs du soudage à l'arc au tungstène gazeux, le procédé est utilisé dans un certain nombre d'autres domaines. De nombreuses industries utilisent GTAW pour souder des pièces minces, en particulier des métaux non ferreux. Il est largement utilisé dans la fabrication de véhicules spatiaux et est également fréquemment utilisé pour souder des tubes à paroi mince de petit diamètre tels que ceux utilisés dans l'industrie du vélo. De plus, GTAW est souvent utilisé pour effectuer des soudures de fond ou de premier passage pour des tuyauteries de différentes tailles. Dans les travaux d'entretien et de réparation, le procédé est couramment utilisé pour réparer les outils et les matrices, en particulier les composants en aluminium et en magnésium. Étant donné que le métal fondu n'est pas transféré directement à travers l'arc électrique comme la plupart des procédés de soudage à l'arc ouvert, un vaste assortiment de métal d'apport de soudage est à la disposition de l'ingénieur en soudage. En fait, aucun autre procédé de soudage ne permet de souder autant d'alliages dans autant de configurations de produits. Les alliages de métaux d'apport, tels que l'aluminium élémentaire et le chrome, peuvent être perdus par l'arc électrique par volatilisation. Cette perte ne se produit pas avec le processus GTAW. Parce que les soudures résultantes ont la même intégrité chimique que le métal de base d'origine ou correspondent plus étroitement aux métaux de base, les soudures GTAW sont très résistantes à la corrosion et à la fissuration sur de longues périodes, faisant de GTAW la procédure de soudage de choix pour les opérations critiques telles que le scellement du nucléaire usé. bidons de carburant avant l'enterrement.

Qualité

Soudure d'angle GTAW

Le soudage à l'arc au tungstène gazeux, car il permet un meilleur contrôle de la zone de soudure que les autres procédés de soudage, peut produire des soudures de haute qualité lorsqu'il est effectué par des opérateurs qualifiés. Une qualité de soudure maximale est assurée par le maintien de la propreté - tous les équipements et matériaux utilisés doivent être exempts d'huile, d'humidité, de saleté et d'autres impuretés, car ceux-ci provoquent une porosité de la soudure et par conséquent une diminution de la résistance et de la qualité de la soudure. Pour éliminer l'huile et la graisse, de l'alcool ou des solvants commerciaux similaires peuvent être utilisés, tandis qu'une brosse métallique en acier inoxydable ou un procédé chimique peut éliminer les oxydes des surfaces de métaux comme l'aluminium. La rouille sur les aciers peut être enlevée en décapant d' abord la surface, puis en utilisant une brosse métallique pour enlever tout grain incrusté. Ces étapes sont particulièrement importantes lorsque le courant continu de polarité négative est utilisé, car une telle alimentation ne fournit aucun nettoyage pendant le processus de soudage, contrairement au courant continu de polarité positive ou au courant alternatif. Pour maintenir un bain de soudure propre pendant le soudage, le débit de gaz de protection doit être suffisant et constant pour que le gaz recouvre la soudure et bloque les impuretés dans l'atmosphère. GTAW dans des environnements venteux ou courants d'air augmente la quantité de gaz de protection nécessaire pour protéger la soudure, augmentant le coût et rendant le processus impopulaire à l'extérieur.

Le niveau d'apport de chaleur affecte également la qualité de la soudure. Un faible apport de chaleur, causé par un courant de soudage faible ou une vitesse de soudage élevée, peut limiter la pénétration et provoquer le décollement du cordon de soudure de la surface à souder. S'il y a trop d'apport de chaleur, cependant, le cordon de soudure augmente en largeur tandis que la probabilité d'une pénétration excessive et de projections (émission de petites gouttelettes indésirables de métal en fusion) augmente. De plus, si la torche de soudage est trop éloignée de la pièce, le gaz de protection devient inefficace, provoquant une porosité dans la soudure. Il en résulte une soudure avec des trous d'épingle, qui est plus faible qu'une soudure typique.

Si la quantité de courant utilisée dépasse la capacité de l'électrode, des inclusions de tungstène dans la soudure peuvent en résulter. Connu sous le nom de crachement de tungstène, cela peut être identifié par radiographie et peut être évité en changeant le type d'électrode ou en augmentant le diamètre de l'électrode. De plus, si l'électrode n'est pas bien protégée par l'écran gazeux ou si l'opérateur la laisse accidentellement entrer en contact avec le métal en fusion, elle peut se salir ou se contaminer. Cela rend souvent l'arc de soudage instable, nécessitant que l'électrode soit rectifiée avec un abrasif diamanté pour éliminer l'impureté.

Équipement

Torche GTAW avec diverses électrodes, coupelles, pinces et diffuseurs de gaz
Torche GTAW, démontée

L'équipement requis pour l'opération de soudage à l'arc au tungstène gazeux comprend une torche de soudage utilisant une électrode de tungstène non consommable, une alimentation électrique de soudage à courant constant et une source de gaz de protection.

Chalumeau

Les torches de soudage GTAW sont conçues pour un fonctionnement automatique ou manuel et sont équipées de systèmes de refroidissement utilisant de l'air ou de l'eau. Les torches automatiques et manuelles sont de construction similaire, mais la torche manuelle a une poignée tandis que la torche automatique est normalement livrée avec un support de montage. L'angle entre la ligne médiane de la poignée et la ligne médiane de l'électrode de tungstène, connu sous le nom d'angle de tête, peut être modifié sur certaines torches manuelles selon la préférence de l'opérateur. Les systèmes de refroidissement par air sont le plus souvent utilisés pour les opérations à faible courant (jusqu'à environ 200  A ), tandis que le refroidissement par eau est nécessaire pour le soudage à courant élevé (jusqu'à environ 600 A). Les torches sont reliées par des câbles à l'alimentation électrique et par des tuyaux à la source de gaz de protection et, le cas échéant, à l'alimentation en eau.

Les parties métalliques internes d'une torche sont constituées d'alliages durs de cuivre ou de laiton afin qu'elle puisse transmettre efficacement le courant et la chaleur. L'électrode de tungstène doit être maintenue fermement au centre de la torche avec un collet de taille appropriée , et les ports autour de l'électrode fournissent un flux constant de gaz de protection. Les pinces sont dimensionnées en fonction du diamètre de l'électrode en tungstène qu'elles contiennent. Le corps de la torche est fait de plastiques isolants résistants à la chaleur recouvrant les composants métalliques, fournissant une isolation thermique et électrique pour protéger le soudeur.

La taille de la buse de la torche de soudage dépend de la quantité de zone blindée souhaitée. La taille de la buse à gaz dépend du diamètre de l'électrode, de la configuration du joint et de la disponibilité de l'accès au joint par le soudeur. Le diamètre intérieur de la buse est de préférence d'au moins trois fois le diamètre de l'électrode, mais il n'y a pas de règles strictes. Le soudeur juge de l'efficacité de la protection et augmente la taille de la buse pour augmenter la zone protégée par la protection contre le gaz externe selon les besoins. La buse doit être résistante à la chaleur et est donc normalement constituée d' alumine ou d'un matériau céramique, mais le quartz fondu , un verre de haute pureté, offre une plus grande visibilité. Des dispositifs peuvent être insérés dans la buse pour des applications spéciales, telles que des lentilles de gaz ou des vannes pour améliorer le contrôle du flux de gaz de protection afin de réduire les turbulences et l'introduction d'atmosphère contaminée dans la zone protégée. Des interrupteurs manuels pour contrôler le courant de soudage peuvent être ajoutés aux torches manuelles GTAW.

Source de courant

Le soudage à l'arc au tungstène gaz utilise une source d'alimentation à courant constant, ce qui signifie que le courant (et donc le flux de chaleur ) reste relativement constant, même si la distance de l'arc et la tension changent. Ceci est important car la plupart des applications de GTAW sont manuelles ou semi-automatiques, nécessitant qu'un opérateur tienne la torche. Il est difficile de maintenir une distance d'arc suffisamment stable si une source d'alimentation à tension constante est utilisée à la place, car elle peut provoquer des variations de chaleur dramatiques et rendre le soudage plus difficile.

Alimentation GTAW

La polarité préférée du système GTAW dépend largement du type de métal à souder. Le courant continu avec une électrode chargée négativement (DCEN) est souvent utilisé lors du soudage des aciers , du nickel , du titane et d'autres métaux. Il peut également être utilisé dans les GTAW automatiques de l'aluminium ou du magnésium lorsque l'hélium est utilisé comme gaz de protection. L'électrode chargée négativement génère de la chaleur en émettant des électrons qui traversent l'arc, provoquant une ionisation thermique du gaz de protection et augmentant la température du matériau de base. Le gaz de protection ionisé s'écoule vers l'électrode, et non vers le matériau de base, ce qui peut permettre aux oxydes de s'accumuler sur la surface de la soudure. Le courant continu avec une électrode chargée positivement (DCEP) est moins courant et est principalement utilisé pour les soudures peu profondes car moins de chaleur est générée dans le matériau de base. Au lieu de s'écouler de l'électrode vers le matériau de base, comme dans le DCEN, les électrons vont dans l'autre sens, ce qui fait que l'électrode atteint des températures très élevées. Pour l'aider à conserver sa forme et éviter son ramollissement, une électrode plus grande est souvent utilisée. Au fur et à mesure que les électrons se dirigent vers l'électrode, le gaz de protection ionisé revient vers le matériau de base, nettoyant la soudure en éliminant les oxydes et autres impuretés et améliorant ainsi sa qualité et son apparence.

Le courant alternatif, couramment utilisé lors du soudage manuel ou semi-automatique de l'aluminium et du magnésium, combine les deux courants continus en faisant alterner l'électrode et le matériau de base entre une charge positive et négative. Cela fait que le flux d'électrons change constamment de direction, empêchant l'électrode de tungstène de surchauffer tout en maintenant la chaleur dans le matériau de base. Les oxydes de surface sont encore éliminés pendant la partie électrode positive du cycle et le métal de base est chauffé plus profondément pendant la partie électrode négative du cycle. Certaines alimentations permettent aux opérateurs d'utiliser une onde de courant alternatif déséquilibrée en modifiant le pourcentage exact de temps que le courant passe dans chaque état de polarité, ce qui leur donne plus de contrôle sur la quantité de chaleur et l'action de nettoyage fournies par la source d'alimentation. De plus, les opérateurs doivent se méfier du redressement , dans lequel l'arc ne se rallume pas lorsqu'il passe de la polarité droite (électrode négative) à la polarité inversée (électrode positive). Pour remédier au problème, une alimentation à onde carrée peut être utilisée, tout comme la haute fréquence pour favoriser la stabilité de l'arc.

Électrode


Classe ISO

Couleur ISO

Classe AWS

Couleur AWS
Alliage
WP Vert EWP Vert Rien
CM20 gris CEE-2 Orange ~2% CeO 2
WL10 Le noir EWLa-1 Le noir ~1% La 2 O 3
WL15 Or EWLa-1.5 Or ~1,5 % La 2 O 3
WL20 Bleu ciel EWLa-2 Bleu ~2% La 2 O 3
WT10 Jaune EWTh-1 Jaune ~1% ThO 2
WT20 rouge EWTh-2 rouge ~2% ThO 2
WT30 Violet ~3% ThO 2
WT40 Orange ~4% ThO 2
WY20 Bleu ~2% Y 2 O 3
WZ3 brun EWZr-1 brun ~0,3% ZrO 2
WZ8 blanche ~0,8% ZrO 2

L'électrode utilisée dans GTAW est en tungstène ou en alliage de tungstène, car le tungstène a la température de fusion la plus élevée parmi les métaux purs, à 3 422 °C (6 192 °F). En conséquence, l'électrode n'est pas consommée pendant le soudage, bien qu'une certaine érosion (appelée burn-off) puisse se produire. Les électrodes peuvent avoir une finition propre ou une finition rectifiée - les électrodes à finition propre ont été nettoyées chimiquement, tandis que les électrodes à finition rectifiée ont été rectifiées à une taille uniforme et ont une surface polie, ce qui les rend optimales pour la conduction thermique. Le diamètre de l'électrode peut varier entre 0,5 et 6,4 millimètres (0,02 et 0,25 pouces), et leur longueur peut aller de 75 à 610 millimètres (3,0 à 24,0 pouces).

Un certain nombre d'alliages de tungstène ont été normalisés par l' Organisation internationale de normalisation et l' American Welding Society dans ISO 6848 et AWS A5.12, respectivement, pour une utilisation dans les électrodes GTAW, et sont résumés dans le tableau adjacent.

  • Les électrodes en tungstène pur (classées comme WP ou EWP) sont des électrodes à usage général et à faible coût. Ils ont une faible résistance à la chaleur et l'émission d'électrons. Ils trouvent une utilisation limitée dans le soudage AC du magnésium et de l'aluminium, par exemple.
  • Les électrodes en alliage d' oxyde de thorium (ou de thorium ) offrent d'excellentes performances d'arc et d'amorçage, ce qui en fait des électrodes à usage général populaires. Cependant, le thorium est quelque peu radioactif , ce qui fait de l'inhalation de vapeurs et de poussières un risque pour la santé et l'élimination un risque pour l'environnement.
  • L' oxyde de cérium (ou cérium ) en tant qu'élément d'alliage améliore la stabilité de l'arc et la facilité d'amorçage tout en diminuant la combustion. L'addition de cérium n'est pas aussi efficace que le thorium mais fonctionne bien, et le cérium n'est pas radioactif.
  • Un alliage de lanthane oxyde (ou l' oxyde de lanthane ) a un effet similaire à celui du cérium, et est également non radioactive.
  • Les électrodes contenant de l' oxyde de zirconium (ou zircone ) augmentent la capacité de courant tout en améliorant la stabilité et l'amorçage de l'arc tout en augmentant la durée de vie des électrodes.

Les métaux d'apport sont également utilisés dans presque toutes les applications de GTAW, la principale exception étant le soudage de matériaux minces. Les métaux d'apport sont disponibles avec différents diamètres et sont fabriqués à partir d'une variété de matériaux. Dans la plupart des cas, le métal d'apport sous forme de baguette est ajouté manuellement au bain de fusion, mais certaines applications nécessitent un métal d'apport alimenté automatiquement, qui est souvent stocké sur des bobines ou des bobines.

Gaz de protection

Configuration du système GTAW

Comme avec d'autres procédés de soudage tels que le soudage à l'arc sous gaz, les gaz de protection sont nécessaires dans GTAW pour protéger la zone de soudage des gaz atmosphériques tels que l' azote et l' oxygène , qui peuvent provoquer des défauts de fusion, une porosité et une fragilisation du métal fondu s'ils entrent en contact avec l'électrode, l'arc ou le métal de soudage. Le gaz transfère également la chaleur de l'électrode de tungstène au métal, et il aide à démarrer et à maintenir un arc stable.

Le choix d'un gaz de protection dépend de plusieurs facteurs, notamment le type de matériau à souder, la conception du joint et l'aspect final souhaité de la soudure. L'argon est le gaz de protection le plus couramment utilisé pour GTAW, car il aide à prévenir les défauts dus à une longueur d'arc variable. Lorsqu'il est utilisé avec un courant alternatif, le blindage à l'argon permet d'obtenir une soudure de haute qualité et un bel aspect. Un autre gaz de protection courant, l'hélium, est le plus souvent utilisé pour augmenter la pénétration de la soudure dans un joint, pour augmenter la vitesse de soudage et pour souder des métaux à haute conductivité thermique, tels que le cuivre et l'aluminium. Un inconvénient important est la difficulté d'amorcer un arc avec de l'hélium gazeux et la diminution de la qualité de la soudure associée à une longueur d'arc variable.

Les mélanges argon-hélium sont également fréquemment utilisés dans GTAW, car ils peuvent augmenter le contrôle de l'apport de chaleur tout en conservant les avantages de l'utilisation de l'argon. Normalement, les mélanges sont faits principalement avec de l'hélium (souvent environ 75 % ou plus) et un reste d'argon. Ces mélanges augmentent la vitesse et la qualité du soudage AC de l'aluminium et facilitent également l'amorçage d'un arc. Un autre mélange de gaz de protection, l'argon- hydrogène , est utilisé dans le soudage mécanisé de l'acier inoxydable de faible épaisseur, mais comme l'hydrogène peut provoquer de la porosité, ses utilisations sont limitées. De même, de l'azote peut parfois être ajouté à l'argon pour aider à stabiliser l' austénite dans les aciers inoxydables austénitiques et augmenter la pénétration lors du soudage du cuivre. Cependant, en raison des problèmes de porosité des aciers ferritiques et des avantages limités, ce n'est pas un additif de gaz de protection populaire.

Matériaux

Le soudage à l'arc au tungstène gazeux est le plus souvent utilisé pour souder l'acier inoxydable et les matériaux non ferreux, tels que l'aluminium et le magnésium, mais il peut être appliqué à presque tous les métaux, à l'exception notable du zinc et de ses alliages. Ses applications impliquant des aciers au carbone sont limitées non pas en raison de restrictions de processus, mais en raison de l'existence de techniques de soudage de l'acier plus économiques, telles que le soudage à l'arc sous gaz et le soudage à l'arc sous blindage. De plus, le GTAW peut être effectué dans une variété de positions autres que plates, en fonction des compétences du soudeur et des matériaux à souder.

Aluminium et magnésium

Une soudure TIG montrant une zone de gravure AC accentuée
Vue rapprochée d'une zone de gravure AC de soudure TIG en aluminium

L'aluminium et le magnésium sont le plus souvent soudés en courant alternatif, mais l'utilisation de courant continu est également possible, selon les propriétés recherchées. Avant le soudage, la zone de travail doit être nettoyée et peut être préchauffée à 175 à 200 °C (347 à 392 °F) pour l'aluminium ou à un maximum de 150 °C (302 °F) pour les pièces épaisses en magnésium afin d'améliorer la pénétration et d'augmenter vitesse de voyage. Le courant alternatif peut fournir un effet autonettoyant, en éliminant la fine couche d'oxyde d'aluminium réfractaire ( saphir ) qui se forme sur l'aluminium métallique dans les minutes suivant l'exposition à l'air. Cette couche d'oxyde doit être enlevée pour que le soudage se produise. Lorsqu'un courant alternatif est utilisé, les électrodes en tungstène pur ou les électrodes en tungstène zircone sont préférées aux électrodes thoriées, car ces dernières sont plus susceptibles de "cracher" des particules d'électrode à travers l'arc de soudage dans la soudure. Les pointes d'électrodes émoussées sont préférées et un gaz de protection d'argon pur doit être utilisé pour les pièces minces. L'introduction d'hélium permet une plus grande pénétration dans les pièces plus épaisses, mais peut rendre l'amorçage de l'arc difficile.

Le courant continu de polarité positive ou négative peut également être utilisé pour souder l'aluminium et le magnésium. Le courant continu avec une électrode chargée négativement (DCEN) permet une pénétration élevée. L'argon est couramment utilisé comme gaz de protection pour le soudage DCEN de l'aluminium. Les gaz de protection à haute teneur en hélium sont souvent utilisés pour une pénétration plus élevée dans des matériaux plus épais. Les électrodes thoriées conviennent pour le soudage DCEN de l'aluminium. Le courant continu avec une électrode chargée positivement (DCEP) est principalement utilisé pour les soudures peu profondes, en particulier celles dont l'épaisseur de joint est inférieure à 1,6 mm (0,063 in). Une électrode de tungstène thorié est couramment utilisée, ainsi que du gaz de protection à l'argon pur.

Aciers

Pour les GTAW des aciers au carbone et inoxydables, le choix du matériau d'apport est important pour éviter une porosité excessive. Les oxydes sur le matériau d'apport et les pièces doivent être éliminés avant le soudage pour éviter toute contamination, et immédiatement avant le soudage, de l'alcool ou de l'acétone doivent être utilisés pour nettoyer la surface. Le préchauffage n'est généralement pas nécessaire pour les aciers doux de moins d'un pouce d'épaisseur, mais les aciers faiblement alliés peuvent nécessiter un préchauffage pour ralentir le processus de refroidissement et empêcher la formation de martensite dans la zone affectée par la chaleur . Les aciers à outils doivent également être préchauffés pour éviter les fissures dans la zone affectée par la chaleur. Les aciers inoxydables austénitiques ne nécessitent pas de préchauffage, contrairement aux aciers inoxydables martensitiques et ferritiques au chrome. Une source d'alimentation DCEN est normalement utilisée, et des électrodes thoriées, effilées en pointe, sont recommandées. L'argon pur est utilisé pour les pièces minces, mais l'hélium peut être introduit à mesure que l'épaisseur augmente.

Métaux dissemblables

Le soudage de métaux différents introduit souvent de nouvelles difficultés pour le soudage GTAW, car la plupart des matériaux ne fusionnent pas facilement pour former une liaison solide. Cependant, les soudures de matériaux différents ont de nombreuses applications dans la fabrication, les travaux de réparation et la prévention de la corrosion et de l' oxydation . Dans certains joints, un métal d'apport compatible est choisi pour aider à former la liaison, et ce métal d'apport peut être le même que l'un des matériaux de base (par exemple, en utilisant un métal d'apport en acier inoxydable avec de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone comme matériaux de base) , ou un métal différent (comme l'utilisation d'un métal d'apport nickel pour l'assemblage de l'acier et de la fonte ). Des matériaux très différents peuvent être enduits ou « beurrés » avec un matériau compatible avec un métal d'apport particulier, puis soudés. De plus, GTAW peut être utilisé dans le revêtement ou le recouvrement de matériaux dissemblables.

Lors du soudage de métaux différents, le joint doit avoir un ajustement précis, avec des dimensions d'écartement et des angles de biseau appropriés. Des précautions doivent être prises pour éviter de faire fondre un matériau de base excessif. Le courant pulsé est particulièrement utile pour ces applications, car il permet de limiter l'apport de chaleur. Le métal d'apport doit être ajouté rapidement et un grand bain de soudure doit être évité pour éviter la dilution des matériaux de base.

Variations de processus

Courant pulsé

En mode courant pulsé, le courant de soudage alterne rapidement entre deux niveaux. L'état de courant le plus élevé est appelé courant d'impulsion, tandis que le niveau de courant le plus bas est appelé courant de fond. Pendant la période de courant pulsé, la zone de soudure est chauffée et la fusion se produit. Lors de la chute au courant de fond, la zone de soudure est autorisée à refroidir et à se solidifier. Le GTAW à courant pulsé présente un certain nombre d'avantages, notamment un apport de chaleur inférieur et, par conséquent, une réduction de la distorsion et du gauchissement des pièces minces. De plus, il permet un meilleur contrôle du bain de soudure et peut augmenter la pénétration, la vitesse et la qualité de la soudure. Une méthode similaire, GTAW programmée manuellement, permet à l'opérateur de programmer un taux et une amplitude spécifiques de variations de courant, ce qui la rend utile pour des applications spécialisées.

Dabber

La variante dabber est utilisée pour placer avec précision le métal de soudure sur des bords minces. Le processus automatique reproduit les mouvements du soudage manuel en introduisant un fil d'apport froid ou chaud dans la zone de soudage et en le tamponnant (ou en le faisant osciller) dans l'arc de soudage. Il peut être utilisé en conjonction avec le courant pulsé et est utilisé pour souder une variété d'alliages, y compris le titane, le nickel et les aciers à outils. Les applications courantes incluent la reconstruction des joints dans les moteurs à réaction et la construction de lames de scie, de fraises , de forets et de lames de tondeuse.

Remarques

Les références

Liens externes