Gaz de protection

Le soudage MAG est réalisé avec différents types de consommables dont des fils pleins, des fils fourrés à flux et des fils fourrés à métal. L’argon (Ar) et le gaz carbonique (CO₂ ) constituent les gaz protecteurs typiques pour le soudage MAG. Une autre solution consiste à utiliser un gaz de protection composé à 100 % de CO₂, qui peut être une solution de remplacement dans certaines situations pour le soudage MAG avec des fils fourrés de flux.

Les proportions d’argon et de dioxyde de carbone dans les mélanges Ar/CO₂ sont liées au type d’arc appliqué. Certains mélanges sont optimisés pour le soudage à l’arc spécifique. D’autres permettent d’obtenir des résultats favorables lors du soudage avec plusieurs types d’arc.

Les trois principaux types d’arc possibles lors du soudage MAG sont l’arc court, l’arc de projection et l’arc pulsé. Les fils pleins, les fils fourrés de flux et les fils fourrés de métal sont réalisables pour ces trois types d’arcs.

Chaque type d’arc est limité à certains intervalles de courant et de tension appliqués pendant l’opération de soudage. Un schéma de l’émergence d’un arc court et d’un arc de pulvérisation est illustré ci-dessous.
Des réglages incorrects du courant et de la tension peuvent entraîner la formation d’un arc globulaire plus instable. Il est donc indésirable pour de nombreux types de performances de soudage.

L’aspect de l’arc court et de l’arc de pulvérisation pour différents niveaux de réglage de courant et de tension lors du soudage MAG avec un mélange de gaz protecteur Ar/CO2. Le soudage est généralement effectué avec du courant continu.

D’autres paramètres de soudage influencent également l’émergence des types d’arc, y compris la composition chimique du gaz de protection, le diamètre du consommable et la longueur de saillie du fil de la buse de contact.

Un arc électrique court se produit lors du soudage avec des apports thermiques relativement faibles. Cet arc permet de nombreuses opérations de soudage, notamment :

Voici quelques inconvénients généraux du soudage à l’arc court :

Transfert de gouttes lors du soudage à l’arc court

Le soudage à l’arc court se caractérise par un transfert de métal depuis le consommable, où chaque goutte court-circuite l’arc. Le transfert de gouttelettes a une fréquence basse d’environ 50-200 Hz.
Chaque goutte se développe à une taille relativement grande pendant le transfert de métal, puis court-circuite, ce qui donne un courant momentanément élevé. La goutte quitte le fil et l’arc est à nouveau frappé. Le soudage à l’arc court se reconnaît à son son étincelant caractéristique.

Représentation du soudage à l’arc court : a) La goutte commence le formage. b) La goutte avance vers le métal de base. c) Touche le bain de soudage, ce qui provoque un court-circuit. d). Le circuit est interrompu ; une autre goutte commence à se former.

Le soudage à l’arc par projection présente généralement un apport thermique relativement élevé, ce qui entraîne une plus grande productivité par rapport au soudage à l’arc court. Cet arc présente un degré de stabilité qui contribue à un très faible niveau de projections. L’arc de pulvérisation peut être effectué en position plate.

L’utilisation de fils fourrés de flux rutile présente l’avantage d’un soudage dans des positions autres que la position plate.

Les principales positions de soudage, liées à la position du chalumeau de soudage, conformément à la norme EN ISO 6947.

L’apport thermique élevé signifie que la gamme d’épaisseurs de plaque unique est limitée à environ 5 mm et plus. Exception : le soudage à l’arc pulsé, qui permet de souder des assemblages d’épaisseurs de plaque individuelles plus fines. Le son du soudage à l’arc sous flux en poudre se distingue du soudage à l’arc court par sa consistance uniforme.

Transfert de gouttes lors du soudage à l’arc par pulvérisation

Le transfert de gouttelettes de métal est plus fréquent que le soudage à l’arc court et la taille de chaque goutte de métal est réduite. Dans le soudage à l’arc par pulvérisation, il n'y a pas de court-circuit et la goutte quitte le fil sous forme de petite goutte ou de pulvérisation à travers l’arc, comme illustré ci-dessous.

Soudage MAG à l’arc de projection : a) Pince de soudage. b) Gouttelette. c) Métal de base. d) Électrode consommable e) Gaz de protection. f) Groupe de soudage.

Le soudage à l’arc pulsé permet d’obtenir un arc avec un apport thermique faible. Cette technique utilise des paramètres pulsés concernant une interaction entre les valeurs de courant et de tension.

Les principales exceptions avec l’arc pulsé par rapport à une technique d’arc de pulvérisation sont les suivantes :

Le développement de différents types de techniques d’arc pulsé est important. Par conséquent, le nombre de différentes techniques d’arc pulsé augmente dans le temps.

Transfert de gouttes lors du soudage à l’arc pulsé

L’état de soudage à optimiser détermine si la séquence pulsée génère un soudage par pulvérisation ou à l’arc court.
Chaque transfert de gouttelettes est généré par une ou plusieurs séquences d’impulsions d’affilée, voir l’illustration ci-dessous.

Exemple d’aspect courant/temps lors du soudage à l’arc pulsé. Cette séquence illustre un transfert de gouttelettes d’arc de pulvérisation généré par chaque impulsion.

En raison du développement continu du soudage MAG des aciers à haute limite d’élasticité, il existe d’autres types d’arc, plus peu conventionnels que ceux mentionnés dans ce chapitre. Pour obtenir des informations actualisées à ce sujet, veuillez contacter SSAB. 

Lors du soudage MAG, l’utilisation d’un gaz mélangé d’argon et de gaz carbonique présente des avantages et des inconvénients pour chaque élément chimique. L’objectif est d’optimiser l’assemblage pour chaque situation de soudage spécifique. Cela se fait en tirant parti des avantages des deux produits chimiques tout en minimisant autant que possible les inconvénients.

Il existe d’autres solutions que les mélanges de gaz suggérés mentionnés dans ce chapitre. Une alternative consiste à remplacer partiellement ou complètement le CO₂ par de l’oxygène. Comme ces mélanges ont une utilisation limitée, ils ne sont pas mentionnés plus loin dans ce contexte. Vous obtiendrez des informations complémentaires sur ces mélanges de gaz de protection auprès des fabricants de gaz.

L’argon améliore également la formation du transfert d’arc de pulvérisation. Toutefois, un gaz protecteur à 100 % d’argon conduirait à un arc instable. Les gaz protecteurs doivent donc inclure un autre composant gazeux capable de stabiliser l’arc.

L’argon favorise un arc étroit et intense qui produit un profil de pénétration profond au centre du métal de soudage, souvent appelé doigt d’argon, voir illustration ci-dessous. Il réduit la capacité de transfert de chaleur dans la fusion pendant le soudage, contribuant à un profil de pénétration plus étroit pour chaque passe de soudage.

Le profil de pénétration favorisé par un gaz protecteur à forte teneur en argon.

Les effets négatifs d’un profil de pénétration relativement petit et étroit incluent un risque accru d’absence de consolidation dans l’articulation. De plus, il en résulte une sensibilité un peu plus élevée à la porosité dans le métal de soudage.

Le CO₂ participe également à une plus grande capacité de transfert de chaleur vers la fusion liquéfiée, ce qui influe sur la forme du métal de soudage. Cela permet de donner au métal de soudage une forme relativement grande et ronde, comme illustré dans la figure ci-dessous. La forme et la taille du métal soudé renforcent la tenue au manque de fusion et à la porosité du métal soudé.

Performances de pénétration d’un gaz de protection composé uniquement de CO₂.
 

Le CO₂ est normalement ajouté en quantités relativement faibles. Si la teneur en CO₂ dans le gaz protecteur est trop élevée, cela obstrue la formation du soudage à l’arc par projection. La teneur maximale en CO₂ sous laquelle le soudage à l’arc par pulvérisation est réalisable dans les mélanges Ar/CO₂ est d’environ £ 25 %.

Le dioxyde de carbone contenu dans les mélanges de gaz protecteur Ar/CO₂ stabilise l’arc.

En raison de l’influence du gaz protecteur, la performance de soudage finale est une combinaison des propriétés de chaque composant gazeux individuel. Une fraction plus importante d’un composant gazeux entraîne une influence plus importante sur les caractéristiques de ce gaz spécifique.

Les profils de pénétration typiques pour différents mélanges de gaz sont illustrés ci-dessous dans l’illustration ci-dessous pour le soudage des joints d’angle.

Profils de pénétration schématiques en cas de variation de la composition du gaz protecteur lors du soudage MAG : a) Ar+ et 2 % de CO₂. b) Ar+ et 5 % CO₂. c) Ar+ et 10 % CO₂. d) Ar+ et 20 % CO₂. e) 100 % CO₂.

Le choix du mélange de gaz protecteur pour le soudage TIG est plus facile, car il existe moins d’options que le soudage MAG. Pendant le soudage TIG, un gaz doit être utilisé pour :

En règle générale, nous proposons un gaz de protection à base d’argon pur pour le soudage TIG, qui répond à ces exigences.

Les gaz de protection proposés dans le tableau ci-dessous pour le soudage MAG et TIG des aciers Hardox^® et Strenx^® sont bien équilibrés afin de garantir des performances de soudage de haute qualité. En cas de soudage des nuances Hardox^® et Strenx^® sur d’autres types d’acier, les mêmes types de gaz peuvent être appliqués.

Procédé de soudage	Type d'arc	Poste	Gaz de protection [poids %]
MAG, fil plein	Court-circuit	Toutes les positions	18-25 % CO2, reste Ar
MAG, fil fourré	Court-circuit	Toutes les positions	18-25 % CO2, reste Ar
MAG, fil plein	Pulvérisation	Horizontal (PA, PB, PC)	15-20 % CO2, reste Ar
MAG, MCAW	Pulvérisation	Toutes les positions	15-20 % CO2, reste Ar
MAG, MCAW	Pulvérisation	Horizontal (PA, PB, PC)	15-20 % CO2, reste Ar
MAG robotisé et automatique	Pulvérisation	Horizontal (PA, PB, PC)	8 à 18 % CO2, reste Ar
TIG	Pulvérisation	Toutes les positions	100% Ar

Suggestions de différents mélanges de gaz pour le soudage des nuances Hardox^® et Strenx^®.

Notez que d’autres gaz de protection peuvent également être utilisés. Le fabricant de consommables peut également spécifier une certaine composition de gaz de protection pour un consommable spécifique. Dans ce cas, les recommandations relatives au consommable doivent être appliquées.

Flux de gaz

Le flux de gaz peut être optimisé afin d’obtenir des performances de soudage bien équilibrées. Un débit de gaz trop faible entraîne une protection insuffisante de la masse fondue. Un flux excessif peut devenir provoquer des turbulences, détériorant ainsi la protection au gaz.

Le débit de gaz pour toutes les méthodes de soudage basées sur des gaz protecteurs, en règle générale, peut être réglé en utilisant le même nombre de débit de gaz mesuré en l/min que le diamètre interne de la tuyère mesuré en mm.