Influence du choix des gaz de protection dans le soudage TIG orbital

Le gaz de protection est le deuxième élément le plus important – après l'électrode – dans le procédé de soudage TIG.

On trouve actuellement sur le marché un large choix de gaz de protection spécialement conçus pour le procédé de soudage TIG.

Réactivité chimique

En règle générale, les gaz de protection sont classés en trois catégories en fonction de leur réactivité chimique. Cette classification permet de choisir le gaz le plus adapté en fonction des propriétés des métaux à souder et du type de résultat de soudage souhaité.

GAZ INERTES

Les gaz inertes sont des gaz monoatomiques, tels que l'argon, l'hélium et leurs mélanges, quelle que soit leur composition. Ils ne réagissent pas avec le métal en fusion. Ces gaz sont utilisés pour le soudage TIG, le soudage MIG de l'aluminium et de ses alliages, ainsi que pour le soudage au plasma.

GAZ OXYDANTS (ACTIFS)

These gases cause a more important oxidation of the surface of the weld seam and they have a higher oxidation index. These gases are the following: oxygen (only in a blend with <6%), carbon dioxide and in the same way the blends of carbon dioxide: argon/carbon dioxide, argon/carbon and dioxide/oxygen. The carbon dioxide is an inert gas at ambient temperature and active at welding temperature. This kind of gas is used for manual, automatic and robotised MAG welding.

GAZ RÉDUCTEURS (ACTIFS)

Il s'agit d'hydrogène et, bien sûr, de tous les mélanges tels que l'argon/hydrogène.

L'hydrogène consomme l'oxygène et tous les gaz oxydants ; c'est pourquoi on le qualifie de gaz réducteur. L'utilisation de l'hydrogène améliore l'aspect du cordon de soudure (car il réduit les oxydes) et a une influence directe sur le profil de pénétration et la vitesse de soudage en raison de sa conductivité thermique. Il n'est pas recommandé d'utiliser de l'hydrogène avec les aciers ferritiques.

Potentiel d'ionisation, conductivité thermique et chimie des dépôts

Le potentiel d'ionisation des gaz de protection est un aspect très important pour le soudage TIG orbital, car il a une influence directe sur la vitesse de soudage et la pénétration.

Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs relatives au potentiel d'ionisation des atomes et molécules les plus courants.

On constate ici que le potentiel d'ionisation de l'argon est de 15,76 eV. Cela signifie que l'argon est un gaz idéal pour l'amorçage de l'arc. Plus le potentiel d'ionisation est élevé, plus l'amorçage de l'arc est facile. L'hélium présente un potentiel d'ionisation de 24,6 eV et génère une tension d'arc élevée. Une tension d'arc plus élevée permet d'atteindre des vitesses de soudage plus élevées et influe sur la forme de la pénétration.

CONDUCTIVITÉ THERMIQUE

Un autre facteur essentiel est la conductivité thermique, c'est-à-dire la capacité à transmettre la chaleur. Chaque gaz de protection utilisé pour le soudage orbital possède une conductivité thermique qui varie en fonction de sa température. Plus la conductivité du gaz est élevée, plus l'arc de soudage sera chaud.

STABILITÉ DE L'ARC

La stabilité de l'arc peut être améliorée en utilisant un gaz oxydant tel que l'oxygène ou le CO₂. Leur utilisation entraîne la formation d'un dépôt d'oxydes à la surface, ce qui contribue à maintenir la stabilité de l'arc.

CHIMIE DES DÉPÔTS

Le gaz de protection a une grande influence sur les caractéristiques chimiques du dépôt. Il s'agit de gaz actifs tels que : O₂, CO₂, N₂, H₂.

Effets de l'hydrogène et de l'azote

EFFETS DE L'HYDROGÈNE

L'hydrogène est un gaz réducteur ; il contribue à réduire la teneur en oxygène du dépôt ainsi que celle de la surface de la pièce.

Pour des raisons métallurgiques également, l'hydrogène ne doit pas être utilisé pour :

• Soudage multicouche
• Aciers inoxydables non austénitiques
• Aciers trempés

EFFETS DE L'AZOTE

L'azote est principalement utilisé en complément d'autres gaz afin de protéger les aciers inoxydables, les aciers duplex et super-duplex (structure ferritique-austénitique). Il contribue à la fois à favoriser la formation d'austénite et à améliorer la résistance à la corrosion par piqûres.

FORME DE L'ARC

La conductivité thermique décrit le transfert de chaleur du centre vers la partie externe de la colonne d'arc et, par conséquent, vers l'axe central de l'arc, où la température atteint son niveau maximal.

L'argon présente une faible conductivité thermique et concentre l'énergie au centre de l'arc. Comme le montre la figure ci-dessous, un arc électrique est constitué de deux éléments :

– L'axe central, qui présente la température la plus élevée et qui détermine la forme de la pénétration.

– La forme de l'arc de soudage dépend également de la densité relative du gaz de soudage par rapport à l'air ambiant ; plus la densité du gaz est faible, plus l'arc sera élargi.

Ar : Pénétration limitée, mauvais mouillage

Ar/O₂ : Pénétration limitée, bon mouillage

CO2 : bonne pénétration, enracinement solide (excellente compacité), mouillage modéré

Ar/CO₂ : pénétration plus arrondie et mouillage moindre qu'avec Ar/O₂

Il : Zone de fusion élargie, racine solide et bon mouillage

Ar/He : La zone de fusion est plus large et s'élargit davantage au niveau de la racine qu'avec l'argon.

Gaz de protection de fond

La protection par gaz de protection est indispensable pour tous les aciers faiblement ou fortement alliés, ainsi que pour les aciers spéciaux et tous les aciers inoxydables.

Le gaz de soutien n'est pas indispensable pour certains aciers au carbone, mais il est vivement recommandé pour toutes les applications de soudage TIG orbital, car il assure la protection du cordon de soudure interne et facilite le contrôle du bain de fusion.

Le choix du gaz de protection a une influence directe sur les caractéristiques du matériau et la coloration des soudures.

Conclusion:

Même pour le soudage TIG orbital, le choix d'un gaz de protection adapté permet souvent d'augmenter considérablement la productivité. Nous espérons que ce guide vous aidera à choisir le gaz le plus adapté en fonction du résultat final souhaité et du procédé de soudage que vous utilisez. Les machines AXXAIR vous permettront de prérégler et d'enregistrer un certain nombre de paramètres.Demandez une démonstration pouren savoir plus sur les machines AXXAIR.