Soudage TIG

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Soudage TIG
Echantillon de soudure orbitale TIG sur acier inoxydable.

Le soudage TIG est un procédé de soudage à l'arc avec une électrode non fusible, en présence d'un métal d'apport. TIG est un acronyme de Tungsten Inert Gas, où Tungsten (Tungstène) désigne l'électrode et Inert Gas (Gaz inerte) le type de gaz plasmagène utilisé. L'arc se crée entre l'électrode et la pièce à souder qui est protégée par un gaz ou d'un mélange de gaz rares tels que l'argon et l'hélium.

Le soudage s'effectue toujours en polarité directe (pôle - du générateur relié à l'électrode) pour les métaux et alliages (aciers, inox, cuivreux, titane, nickel...) sauf dans le cas des alliages légers d'aluminium ou du magnésium, où l'on soude en polarité alternée. On ne peut pas souder en polarité inverse (pôle + relié à l'électrode) car cela détruirait cette électrode en la faisant fondre.

Générateurs et méthodes d'amorçage[modifier | modifier le code]

Les générateurs utilisés sont des générateurs dont la courbe tension-intensité est de type plongeante, c'est-à-dire que pour une variation de tension dans une plage donnée, l'intensité va peu varier. Ces générateurs peuvent également s'employer pour le soudage à l'électrode enrobée.

Il existe 2 façons d'amorcer l'arc :

  1. Par contact (lift-arc) : le soudeur va faire entrer en contact l'électrode avec la pièce à souder puis va éloigner l'électrode afin de « tirer » un arc électrique. Cette méthode peut être utilisée avec tous les générateurs de soudage mais peut créer une inclusion de Tungstène. Cette méthode s'emploie uniquement dans des endroits où la HF (haute fréquence) est interdite.
  2. Par hautes fréquences : le générateur va créer un arc électrique de faible intensité en appliquant une haute tension (env. 1000 V) à une très haute fréquence (env. 1 000 000 Hz) entre l'électrode et la pièce. L'ionisation de l'air entre pièce et électrode va permettre la création d'un arc de soudage de forte intensité malgré une tension modeste (environ 20-30V). Cette méthode d'amorçage a pour inconvénient d'engendrer une pollution électromagnétique de l'environnement immédiat.

Électrodes utilisées[modifier | modifier le code]

Les électrodes employées sont majoritairement constituées de tungstène (W) à plus de 99 % en masse auquel on ajoute des oxydes métalliques pour augmenter l'émissivité électronique de l'électrode et donc le rendement. Ces oxydes sont ceux du thorium (ThO2), du cérium (CeO2), du lanthane (La2O3), du zirconium (ZrO2) ou d'yttrium (Y2O3) finement dispersés dans la phase W. Pour le soudage de l'aluminium, on trouve également des électrodes en tungstène pur.

Étant donné la radioactivité naturelle du thorium, il est probable que, dans le futur, celui-ci disparaîtra du marché en Europe Occidentale. Une électrode de tungstène à 2 % de Th02 a une radioactivité de 1,3·106 Bq/kg, une électrode avec 2 % de CeO2 descend à 56 Bq/kg. D'ores et déjà, certaines législations (Belgique, Pays-Bas, ...) requièrent de traiter les restes d'électrodes et la poussière d'affûtage comme des déchets légèrement radioactifs.

La couleur de l'anneau ceignant l'électrode renseigne sur la quantité et la nature d'élément d'addition présent suivant la norme ISO 6848. Un code alphanumérique indique aussi la teneur en oxyde. Par exemple, WTh20 désigne une électrode de W avec 2 % de ThO2. Le diamètre d'électrode est compris entre 0,25 et 10,0 mm (0,25 - 0,30 - 0,50 - 1,0 - 1,6 - 2,0 - 2,4 - 2,5 - 3,2 - 4,0 - 4,8 - 5,0 - 6,0 - 6,4 - 8,0 - 10,0). Les longueurs courantes sont 50 - 75 - 150 - 175 - 300 - 450 - 600 mm.

Pour éviter une usure trop rapide des électrodes lors de l'affûtage manuel, la plupart des fournisseurs de matériel de soudage vendent aussi de petites meules transportables qui garantissent un angle constant avec le minimum de perte de matière. Les électrodes sont affûtées de sorte que les stries d'affûtage soient orientées de la pièce vers l'électrode.

Gaz de soudage[modifier | modifier le code]

Dans la majorité des cas le gaz employé est de l'argon (utilisé en UE). Ce gaz neutre permet d'éviter l'oxydation instantanée lors de la fusion du métal soudé. Il est aussi influant sur la création de l'arc à l'amorçage (plus facile sous argon car sa tension d'ionisation est plus faible que celle de l'hélium), la forme du cordon, la vitesse de soudage (les vitesses élevées sont plutôt réservées aux mélanges majoritaires en hélium). Cependant, aux États-Unis les gisements d'hélium étant plus abondant ce gaz est donc plus utilisé. Bien qu'il rende l'amorçage plus difficile l'hélium élève la tension d'arc et par conséquent permet une pénétration et une vitesse de soudage plus importante. Pour les aciers inoxydables austénitiques, l'utilisation de mélanges binaires argon + hydrogène améliore la productivité en augmentant la pénétration et les vitesses de soudage.

Métal d'apport[modifier | modifier le code]

Le métal d'apport est constitué d'une tige de diamètre variable dont la composition se rapproche du métal que l'on soude. Comme son nom l'indique, ce métal fusionne avec l'arc et constitue un ajout de matière lors de la formation du cordon. Les métaux d'apport les plus utilisés sont :

  • ER5356 ou S Al 5356 pour l'aluminium
  • ER316L ou W 19 12 3 L pour les aciers inoxydables austénitiques
  • ER70S-3 ou W 42 5 W3Si1 pour les aciers au carbones courants
  • TA6V pour le titane

Défauts rencontrés[modifier | modifier le code]

  • Inclusions de tungstène liés à la dextérité du soudeur cf.Equipe de soudeurs
  • Porosités (manque de protection gazeuse)
  • Collages et manques de pénétration
  • Excès de pénétrations
  • Oxydation si mauvaise protection gazeuse, notamment à l'envers des soudures à pleine pénétration("rochage")
  • Morsures (caniveaux localisés)
  • Caniveaux (puissance de soudage trop élevée par rapport à l'épaisseur de la pièce à souder)
  • Concavité ou convexité (manque de matière fondue ou excès de matière fondue)
  • Défaut angulaire
  • Défaut d'alignement

Qualité du soudage TIG[modifier | modifier le code]

La qualité visuelle d'une soudure TIG est excellente, le procédé convient à tous les métaux. Noter qu'un gaz de protection envers (cas du soudage d'acier inox) voire une boîte à gants ou un traînard (cas du soudage du titane) peuvent être nécessaires. La compacité de la torche permet de souder dans des endroits difficilement accessibles pour d'autres procédés.

Automatisation du soudage TIG[modifier | modifier le code]

Le procédé nécessite une bonne dextérité du soudeur (pour certains assemblages l'électrode est à 0,25 mm de la pièce). Néanmoins il existe des installations semi-automatiques où l'apport de métal est réalisé par un dispositif annexe. Le métal d'apport sous forme de bobine (bobine au même format que celles utilisées en Soudage MIG-MAG) est amené à travers une gaine, puis une canne qui le présente devant l'électrode. Différents systèmes existent permettant de reproduire l'amenée du fil manuelle par un mouvement de cadençage. Le TIG peut également être complètement automatisé au travers d'installations robotisées.

Variantes du procédé[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

  • Soudage TIG orbital : c'est un cas où le soudage s'automatise très facilement. En effet, la torche est mobile et la pièce fixe, ce procédé est particulièrement bien adapté au soudage des tubes. La soudure « en position » en est aussi grandement facilitée.

Pour la soudure TIG automatisée orbitale pour tuyauterie d'acier inoxydable, plusieurs facteurs influent sur la répétitivité. On pourrait nommer : la forme que l'on donne au tungstène, la pression du gaz de purge à l'intérieur de la tuyauterie, la pureté du gaz de purge, la préparation des surfaces lors de la coupe, etc. La préparation des surfaces est primordiale pour obtenir une soudure de qualité. Les pièces (tuyaux) destinées à être jointes doivent être coupées très droites et la propreté est essentielle.

Ce type de soudure est utilisé pour les tubulures des gaz purs de l'industrie des semi-conducteurs, pour l'eau pure (eau pour injection, par exemple) de l'industrie pharmaceutique et aussi dans l'industrie nucléaire. De plus en plus, même l'industrie alimentaire se tourne vers ce type de soudage relativement peu coûteux et qui donne d'excellents résultats.

  • Soudage ATIG : Ce procédé est une variante du soudage TIG dans laquelle un flux tensio-actif est ajouté sur le joint avant soudage. Ce flux modifie la convection dans le bain de fusion et permet d'atteindre de plus grandes profondeurs de pénétration pour un même apport calorifique.


Liens externes[modifier | modifier le code]