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Le soudage MIG-MAG (respectivement 131 ou 132/133, et 135 ou 136/138 suivant la norme EN ISO 4063-2011), ou encore GMAW selon les normes américaines, est un procédé de soudage semi-automatique. La fusion des métaux est obtenue par l’énergie calorifique dégagée par un arc électrique qui éclate dans une atmosphère de protection entre un fil électrode fusible et les pièces à assembler.

Les acronymes MIG et MAG signifient respectivement Metal inert gas et Metal active gas. La différence entre les deux procédés tient à la composition du gaz. Le procédé MIG utilise un gaz neutre qui ne réagit pas avec le métal fondu (argon ou argon + hélium), contrairement au procédé MAG (mélange d'argon avec du dioxyde de carbone et de l'hydrogène en proportions variables selon les métaux à souder). Le gaz est injecté en continu sur l'arc afin d'isoler complètement le métal en fusion de l'air ambiant.

Histoire

Ce procédé est entré en concurrence avec l'électrode enrobée afin d'augmenter la productivité en réduisant les temps d'arrêts pour changer d'électrode. À son apparition, il a été affecté d'une mauvaise image, notamment celle d'augmenter le risque de collages (défaut rédhibitoire en tenue en fatigue). Cependant, un soudeur qualifié avec un mode opératoire de soudage qualifié permettra de réaliser des soudures d'excellentes qualité et cette mauvaise image résulte d'une mauvaise exploitation du procédé.

C'est le procédé de soudage le plus utilisé industriellement au XXI^e siècle.

Variantes selon EN ISO 4063-2009

• 131 : Soudage MIG avec fil - électrode fusible
• 132 : Soudage MIG avec fil fourré de flux (auparavant 137)
• 133 : Soudage MIG avec fil fourré de poudre métallique
• 135 : Soudage MAG avec fil - électrode fusible
• 136 : Soudage MAG avec fil fourré - électrode fusible
• 138 : Soudage MAG avec fil fourré de poudre métallique

Description

La soudure à l’arc est le type générique de plusieurs méthodes et principes de soudage utilisant l'arc électrique pour élever la température des métaux à souder jusqu'au point de fusion.

Utilisation

Dans l’industrie, le soudage à l’arc manuel est la méthode de soudage la plus utilisée. Le soudage à l'arc avec électrodes enrobées est un procédé dans lequel la source thermique consiste en un arc électrique qui, jaillissant entre l'électrode enrobée et la pièce à souder développe une chaleur provoquant la fusion rapide du matériel de base et de l'électrode.

Le rôle du fil à souder consiste d'une part à apporter le métal chargé d'assurer la liaison entre les deux pièces à souder et d'autre part à assurer le passage du courant en se servant d'une électrode.

Le procédé MIG ou MAG permet de se passer de fil enrobé tout en bénéficiant d'une meilleure protection du bain de fusion et autorise des quantités et vitesses de soudage plus importantes.

• Le procédé MAG, sous atmosphère active, est réservé aux aciers non alliés ou faiblement alliés.
• Le procédé MIG, sous atmosphère inerte, s'emploie pour l'acier inoxydable, les alliages légers et les alliages cuivreux.

Le soudage MIG ou MAG se prête bien à l'automatisation totale au travers d'installation robotique. Elle donne la possibilité d'assembler différents types de métaux. La soudure semi-automatique à fil sous protection gazeuse permet le soudage différentes épaisseurs d'acier dans toutes les positions de soudage en mono-cordon.

Il permet donc une grande flexibilité de mise en œuvre :

• soudage des différents matériaux : aciers C-Mn, aciers inoxydables, alliages d'aluminium, alliages de titane...
• soudage en position : Toutes positions, en angle : FW PA et PB (à plat), FW PC (corniche), FW PD (plafond) et en bout a bout : BW PA, BW PC, BW PE
• utilisations de fils fourrés de 0,6 à 2,4 mm de diamètre
• soudage manuel semi-automatique
• automatisation sur poutre, robotisation plus ou moins poussée : du robot standard, à la robotique « intelligente » : suivi de joint auto adaptatif.

Composition du poste de soudure

La soudure MIG ou MAG utilise généralement un fil continu de soudage ( soudure semi-automatique) plutôt qu'une électrode de soudure. Cela est dû à la forme de la torche qui oriente le gaz en plus de porter l'électrode. C'est pourquoi un poste à souder MIG ou MAG comporte le plus souvent un dévidoir continu de fil de soudure.

Le gaz est stocké dans une bouteille raccordée à la torche via une électrovanne (pour contrôler le débit) et un détendeur (pour réguler la pression). L'utilisation d'un fil fourré (fil à souder) permet de se passer de bouteilles de gaz (en procédé MAG uniquement).

Le poste à souder à l'arc comprend un générateur électrique relié par un câble à la pièce à souder et par un autre à la torche de soudage (le fil). Une unité de contrôle semi-automatique ou automatique permet de faire varier l'intensité du courant de soudage en fonction de l'arc désiré et la vitesse d'avance du fil à souder.

Le générateur a pour but de fournir le système en courant continu ( avec une tension entre 15 V à 45 V).

Principe de fonctionnement

Le principe de la soudure à l'arc tient dans le principe de l'élévation de température au point de fusion par l'utilisation d'un arc électrique.

Cet arc électrique est provoqué volontairement par le soudeur à l'aide d'un porte électrode

C'est l'échauffement créé par la résistivité des métaux parcourus par l'électricité qui élève la température au point de soudure jusqu'à la fusion du métal.(la températeur de fusion du métal est variable selon la composition du fil de soudure).

Lors de l'appui sur la gâchette de la torche à souder, le fil de soudure se déroule et avance à une vitesse programmée. Au contact de la pièce à souder reliée à la masse du poste, le fil commence à fondre puis un arc se forme entretenant d'une part la fonte plus importante du fil  et d'autre part la fonte de la pièce à souder. Ce métal fondu va alors former un cordon de soudage qui, en refroidissant, liera définitivement les pièces métalliques entres elles.

La soudure MIG/MAG ajoute à la soudure semi-automatique la protection de la zone de soudage par un gaz de protection qui créé un couloir exempt de toute perturbations ou impuretés.

Dans la soudure MIG/MAG, plutôt que de produire un laitier protecteur par la fonte de l'enrobage d'une électrode enrobée ou du fourrage d'un fil continu, c'est un gaz de protection (inerte ou actif) qui protège le bain de fusion de l'oxydation produite par l'air ambiant.

Précautions

• Vitesse du fil

La vitesse du fil et la tension du poste doivent être proportionnelles afin que l'arc ne remonte pas le long du fil (si c’est le cas c’est qu’il y a trop de puissance) ou que le fil ne vienne pas court-circuiter l'arc (c’est alors que l’avance du fil est trop rapide). Cette proportionnalité est liée à la métallurgie des nuances ou des alliages en présence. S’il y a trop de projections de métal liquide lors de la soudure c’est que la vitesse de déroulement du fil est trop importante. Si le fil se colle au bout du tube contact c‘est qu‘elle est trop faible.

Variantes

Des variantes du procédé permettent :

• l'amélioration de la productivité : MAG bi-fil, MAG fort diamètre, utilisation de fils fourrés augmentant le taux de dépôt
• l'augmentation de l'étendue d'application du procédé vis-à-vis du soudage des tôles fines par réduction de l'énergie de soudage : procédés « froids » dérivés du MIG-MAG :Cold metal transfer (CMT de Fronius), Cold Process (Quinto CP de Cloos), Citowave (Air liquide Welding), Cold Arc (EWM)...

Il est possible en 2009 de souder des tôles de 0,5 mm d'épaisseur avec des vitesses d'avance de soudage élevées jusqu'à 5 m/min tout en assurant un cordon régulier et de qualité.

Fil

À base de fer

Utilisation de fils massifs de 0,6 à 2,4 mm et même jusqu'à 3,2 mm de diamètre

Vue en coupe d'une torche de soudage MAG/GMAW.
(1) Tête de torche de soudage,
(2) Isolant électrique (pièce en blanc) et embout de vissage du tube contact (pièce en jaune),
(3) Diffuseur de gaz,
(4) Embout du tube contact-type,
(5) Buse métallique

• Enrobage au cuivre : le cuivre diminue la résistance électrique du fer
• Fil au silicium (0,3 à 1,2 %) ou au manganèse (0,9 à 1,3 %) : désoxydant pour le CO₂ ou l'O₂. Plus les proportions de silicium ou manganèse sont importantes, plus le fil aura des facilités à adhérer à des surfaces rouillées ou sales.
• Fil au manganèse, aluminium, titane, zirconium, nickel, chrome, molybdène : améliorent la résistance à la corrosion ou les propriétés mécaniques.

À base d'aluminium

Certains alliages comme le 7075-T6 ne se soudent pas.

Exemples

Voici des exemples d'utilisation commune selon leur classification et caractéristique :

Série 1xxx 99% Aluminium pur	Très basse propriété mécanique Conducteur électrique élément de décoration,
Série 2xxx alliage Cuivre	Propriété mécanique comparable à l'acier doux en raison de l'addition du cuivre. (2,6 et 6,2%) Alliage aéronautique (concorde) structure, pièce pour système hydraulique) et transport civil et militaire.
Série 3xxx Manganèse	Se prête facilement à la mise en forme. Tôle, barre, profilé, tubes etc. Article ménager, les conserves, dans les bâtiments, Tôle de toiture, la tôlerie, la chaudronnerie, le calorifugeage, le capsulage, etc.
Série 4xxx Silicium	Utilisé pour réduire le point de fusion 577°C (réduit les risques de fissuration à chaud) et permet d'augmenter les propriétés mécaniques. Moteur d'automobile (pistons forgés) 4032. Fabrication de métal d'apport tel que ER-4043. Fabrication d'ustensiles culinaires.
Série 5xxx Magnésium	Excellente soudabilité. Résistance à la corrosion supérieure Couvercle de canette de jus de fruit et soda ( liqueur en québécois) Structure soudée, construction navale. Bouteille de plongée Alliage de soudage ER-5356
Série 6xxx Si + Mg	Caravane de camping Carrosserie automobile Tuyauteries (pipelines) Structures, pylône tubes, construction navale,
Série 7xxx Zinc	Se soude moins bien. Faible résistance à chaud

La plupart des alliages des familles 1000, 3000, 5000 et 6000 sont soudables avec les procédés conventionnels TIG ou MIG. La famille 5000 est celle qui présente les meilleures aptitudes au soudage.

Les alliages contenant du cuivre des familles 2000 et 7000 ne sont pas facilement soudables à l'arc. La présence de cuivre provoque des fissurations et des criques de retrait sur le cordon de soudure.

La soudabilité des pièces moulées en aluminium dépend plus du mode de moulage que de la composition chimique de l'alliage. Les pièces moulées sous pression ne sont pas soudables parce qu’elles peuvent contenir beaucoup d'air introduit à la coulée. Les pièces moulées en sable ou en coquille sont soudables sous réserve d'être "saines", c'est à dire dépourvues de porosités et de retassures qui produisent des soufflures dans le cordon de soudure.

Normes

• Acier :
  • EN 440 : fils électrodes pour soudage des aciers non alliés (= AWS A5.28-96)
  • EN 12070 : fils nus massifs et baguettes déposant un acier résistant au fluage. Classification (=AWS A5.28-96)
  • EN 12534 : fils nus massifs et baguettes, acier à haute résistance. Classification
• Inox :
  • EN 12072 : fils nus massifs et baguettes déposant un acier inox et/ou réfractaire (AWS A5.9-93)
• Fourrés :
  • EN 758 : fils fourrés pour soudage avec ou sans gaz pour aciers non alliés et à grains fins. Classification
  • EN 12071 : pour aciers résistant au fluage (avec gaz)
  • EN 12073 : pour aciers inox et aciers résistant aux températures élevées
  • EN 12535 : pour aciers à haute résistance. Classification

Codages

Type de fil

Code	type
G	MIG-MAG à fil plein
T	MIG-MAG à fil fourré

ATTENTION : IL EXISTE DE NOUVELLES NORMES ISO qui REMPLACENT les NF-EN

Par exemple	Procédé	FM selon ISO 9606-1
ISO 17632	136	FM1
ISO 17634	136	FM3 et FM4
ISO 17633	136	FM5

Limite d'élasticité, résistance mécanique et allongement

Code	Limite élastique (N/mm² ou MPa)	Résistance à la rupture (N/mm² ou MPa)	Allongement %
35	355	440 à 570	22
38	380	470 à 600	20
42	420	500 à 640	20
46	460	530 à 650	20
50	500	560 à 720	18
55	550	610-780	18
62	620	690-890	18
69	690	760-960	17
79	790	880-1080	16
89	890	980-1180	15

Seulement pour les fils fourrés

Code	limite d'élasticité N/mm²	résistance à la traction N/mm²
3T	355	470
4T	420	520
5T	500	600

Température d'énergie moyenne de rupture à 47 joules

Code	Température
8	-80 ° C
7	-70 °C
6	-60 °C
5	-50 °C
4	-40 °C
3	-30 °C
2	-20 °C
0	0 °C
A	20 °C
Z	Aucune exigence

Type de flux (seulement pour les fils fourrés)

Code	type
R	rutile, durcissage lent du laitier, gaz protecteur nécessaire
P	rutile, durcissage rapide du laitier, gaz protecteur nécessaire
B	basique, gaz protecteur nécessaire
M	poudre de métal, gaz protecteur nécessaire
V	rutile ou basique/fluorure, gaz protecteur non nécessaire
W	basique/fluorure, durcissage lent du laitier, gaz protecteur non nécessaire
Y	basique/fluorure, durcissage rapide du laitier, gaz protecteur non nécessaire
S	autres types
Z	autres types
U	sans gaz protecteur

Gaz protecteur

Code	Gaz
M	gaz EN439-M2, sans hélium
C	gaz EN439-C1, dioxyde de carbone
N	sans gaz

Traitement thermique
(seulement pour les acier à haute résistance)
Position de soudage

Code	Position
1	Toutes positions
2	Toutes positions, sauf verticale descendante
3	Bout à bout à plat, en gouttière, en angle à plat
4	Bout à bout à plat, en gouttière
5	Verticale descendante, cf. code 3

Traitement thermique
(seulement pour les acier à haute résistance)
Hydrogène diffusible
(seulement pour les fils fourrés)

Code	ml/100g max
H4	4
H08	08
H16	16

Gaz

Utilité

Un gaz ou un mélange de gaz provenant d’une source externe assure la protection du bain de fusion contre la contamination atmosphérique durant le soudage.

Gaz de protection inerte (MIG)

L’argon est le gaz inerte le plus couramment utilisé. Par rapport à l'hélium sa conductibilité thermique est faible, donnant une forme de soudure plus profonde mais plus fine.  l’Argon est utilisé dans le cadre de la pulvérisation axiale. Pour le Nickel, les matériaux à base de cuivre, d'aluminium, de titane et les alliages de magnésium on utilise 100% d'argon comme gaz de protection . L’Argon, en raison de son énergie d'ionisation inférieure, aide au démarrage de l'arc. Il est le composant principal utilisé en dans les mélange de gaz en MIG-MAG. Il augmente également le taux de transfert des gouttelettes en fusion. L'hélium est généralement ajoutée au mélange de gaz pour les applications sur l’acier inoxydable et l'aluminium. Sa conductivité thermique est très élevée, ce qui entraîne un profil de pénétration large, mais moins profond. Lors de l'utilisation, la tension de l'arc doit être plus élevée pour rester stable. L’ajout d'argon à l'hélium est efficaces pour réduire la dilution de la matière de base dans des applications résistant à la corrosion. Les mélanges hélium / argon sont couramment utilisés pour le soudage d’aluminium de plus de 25 mm d'épaisseur.

Gaz de protection actif (MAG)

Le dioxyde de carbone est inerte à température ambiante mais réagit quand il est dans l'arc de soudure. Il se décompose à l'anode pour se recomposer à la cathode (la pièce à travailler). Cette recomposition entraîne des niveaux d'énergie plus élevée donnant un profil plus large et plus profond caractéristique de ce type de gaz. L'oxygène est un oxydant qui réagit dans le bain de fusion pour former des oxydes. Sont ajout en petite quantité (1 à 5%) avec de l'argon permet cependant d'obtenir une bonne stabilité d'arc et une soudure esthétique. L'usage d’antioxydants dans les alliages permet de compenser l'effet oxydant de l'oxygène, mais il peut malgré tout réagir avec le silicone ou le manganèse pour former des oxydes qui remonte à la surface de la soudure.

L’hydrogène également utilisé en petite quantité (1 à 5%) est ajouté à l'argon pour protéger l'acier inoxydable ou les alliages de nickel. Sa conductivité thermique plus élevée donne un bain de fusion fluide, permettant une vitesse de déplacement plus élevée.

Dans la pratique, on utilise plus couramment les mélange argon/hélium, argon/co2 et argon/oxygène.

Les différents modes de transfert

]Le soudage à l’arc de type MIG-MAG étant toujours alimenté en courant continu avec polarité inverse, l’électrode fusible est reliée au pôle positif. Le fil est alors soumis au flux d’électrons, ce qui favorise la fusion. Le choix de la polarité inverse s’explique par une plus grande stabilité de l’arc. En effet, dans le cas d’une polarisation directe, les gouttes de métal sont plus grosses et se détachent moins facilement, ce qui conduit à l’obtention d’un cordon bombé.

A partir de ce type d’alimentation, le transfert de métal dans l’arc peut s’effectuer de plusieurs façons selon la nature du gaz de protection, la tension et l’intensité de l’arc. On dénombre trois modes de transfert de base :

• transfert par court-circuit :

Obtenu à faible énergie d’arc (<200 A et de 14 à 20 V), il se caractérise par la formation d’une goutte en bout de fil venant en contact avec le bain de fusion. Le courant augmente alors rapidement, faisant apparaître un pincement facilitant le détachement de la goutte. Cette technique permet de souder de faibles épaisseurs grâce à une grande maîtrise du bain de fusion mais conduit à un arc court et instable et à des projections de métal liquide sur les pièces soudées.

• transfert par pulvérisation axiale :

Dans le cas des grandes énergies (> à 25 V et à 250 A), l’extrémité du fil présente un cône allongé. Le transfert se produit sous forme de fines gouttelettes dont le diamètre est inférieur à celui du fil et qui sont projetées à grande vitesse sur la pièce. Ce mode autorise une grande profondeur de pénétration et des volumes de métal déposé importants.  

• transfert globulaire :

Compris entre les deux modes précédents, il se caractérise par une croissance lente des gouttes. L’intensité n’étant pas suffisante pour expulser la goutte, celle-ci va grossir jusqu’à tomber sous son propre poids. La goutte suit alors une trajectoire aléatoire qui n’est pas toujours dans l’axe de l’arc. Ce mode, instable, conduit à de faible profondeur de pénétration et à de nombreuses projections.

A ces trois modes de transfert de base, il faut ajouter les trois modes dérivés suivants :

• Le régime pulsé :

Un courant de base maintenant l’arc établi est associé à des pics d’intensité permettant le transfert d’une fine gouttelette. Ce mode de transfert présente les mêmes avantages que la pulvérisation axiale mais à courant moyen inférieur. Il permet de s’affranchir des problèmes liés au transfert globulaire lorsque les conditions exigent son utilisation.

• transfert par court-circuit forcé :

Le transfert par court circuit ne permettant pas de souder à des vitesses importantes (≤ 0,5 m/min), et le transfert globulaire entraînant de grosses projections, les soudeurs ont souvent recours à ce mode dérivé. Avec une énergie d’arc située dans le domaine globulaire et un poste de soudage transistorisé, il permet de maintenir un transfert par court circuit et d’accroître la vitesse de soudage tout en améliorant le profil de la pénétration.

• transfert par veine rotative :

A très forte énergie de soudage, le transfert par pulvérisation axiale est soumis à des forces électromagnétiques importantes. Le métal en transfert se met alors à tourner formant une veine liquide rotative

Avantages et inconvénients

Le MIG/MAG est utilisé systématiquement lorsqu'on recherche du rendement (soudage en continu) et/ou de fortes épaisseurs de cordons (charpentes métalliques)

Cependant comme l'arc est produit entre la pièce et le fil de soudage, la pénétration dépend du diamètre du fil de soudage. Si le diamètre est trop faible, il est aisé de réaliser une soudure très esthétique mais avec peu de pénétration.

C'est pour cette raison que le secteur de la chimie utilise plutôt l'arc (MMA) et le TIG pour réaliser la jonction de tuyauteries.

Avantages	Inconvénient
Bobine de fil (soudage en continu) Productivité importante (comparé au TIG) Peu de fumée (par opposition au soudage à l'électrode enrobée)	Bouteille de gaz de soudage Soudage en intérieur (éviter les courants d'air) Pénétration à maîtriser (sinon collage)

Défaillances

Porosités

Soudure poreuse

Petites cavités ou trou résultant d’une poche de gaz dans le métal soudé. Les causes peuvent être multiple, on peut citer un gaz de mauvaise qualité ou presence d’impureté dans le bec du pistolet. Un fil de mauvaise qualité ou sale peut aussi causer ce problème ou encore la présence d’impureté ( rouille, peinture, moisissure, eau …) enfin si le fil se déroule trop du bec ( plus de la moitié du fil à extérieure du bec ) on créer des porosités.

Défauts géométriques

Ces défauts peuvent être des défauts d'alignement entre les pièces, un cordon trop bombé, en voici une liste non exhaustive :

• Soudures en dômes:

La soudure dite en dômes est un cordon de soudure non constant, il peut être large et plat et devenir fin et epais sur la fin du cordon. On a alors un cordon plus fragile par endroit.

Ce problème est souvent dû a une energie non maitrisé qui varie trop.

• Mauvais accostage:

Mauvais accostage

Un mauvais accostage entre les deux pièces à souder provoque un mauvais cordon, en effet pour avoir une soudure de qualité, il faut que le coeur des deux pièces soit aligné pour avoir une soudure optimale.

• Déformation:

Si la pièce à souder chauffe trop, celle ci aura tendance à se contracté et se déformer. On crée alors des contraintes supplémentaires sur le cordon lorsque la pièce refroidi.

Excès de pénétration

Un excès de pénétration est défini par un métal débordant sur la face extérieur du cordon. Elle est due a l’utilisation de trop d’energie lors du soudage. On peut corriger se problème en réduisant la tension de soudage, la vitesse d’apport du fil ou encore en augmentant la vitesse de soudage.

Collage / Manque de pénétration

A l’inverse de l’excès de pénétration, le manque de pénétration crée un cordon fragile du à une fusion peu profonde entre le métal de base et le métal d’apport.

Cela est due à une mauvaise préparation du joint de soudure (matériel trop épais) ou encore à un manque d’énergie.

Voir aussi

Liens externes

• Cours soudage MAG

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