Qu’est-ce que le soudage?

Les technologies du soudage

Le terme « soudage » fait référence à l’assemblage de plusieurs pièces à l’aide d’une source de chaleur et/ou par la compression, de telle sorte que ces pièces forment un continuum. La source de chaleur utilisée pour le soudage est généralement un arc électrique généré par le dispositif de soudage. Cette méthode s’appelle le soudage à l’arc.

La fusion du métal est possible uniquement grâce à la chaleur produite par l’arc, de sorte que les pièces soudées fondent ensemble lorsque la température atteint le point de fusion des métaux. Cette technique peut être utilisée en soudage TIG, par exemple.

Toutefois, un métal d’apport est généralement fondu dans la soudure. Ce métal d’apport se présente sous la forme d’un fil enroulé autour d’une bobine logée dans un dévidoir. Pendant le soudage, le fil dévidé est conduit jusqu’à l’extrémité du col de la torche de soudage (procédé MIG/MAG). Dans un autre cas, le métal d’apport est une électrode fusible amenée manuellement dans le bain de soudure en fusion. Dans ce scénario, le métal d’apport doit avoir approximativement le même point de fusion que le matériau soudé.

Avant de procéder au soudage, les bords des pièces à souder doivent être façonnés pour former un chanfrein approprié, par exemple une rainure en V. Au fur et à mesure du soudage, l’arc fait fondre les bords de la rainure et le métal d’apport, ce qui crée un bain de soudure en fusion.

Les matériaux les plus fréquemment soudés sont les métaux, tels que l’aluminium, le fer noir, l’acier et l’acier inoxydable. Le plastique peut également être soudé. Dans ce cas, la source de chaleur est de l'air chaud ou une résistance électrique.

Arc de soudage

L’arc nécessaire au soudage provient d’un court-circuit électrique entre l’électrode de soudage et la pièce à souder. L’arc est généré lorsqu’une décharge électrique suffisamment importante est produite entre les pièces (arc enlevé) ou lorsque l’électrode de soudage vient frapper le matériau à souder (amorçage par contact).

L’arc électrique est la base du soudage à l’arc. Il fond le matériau de base à souder et le matériau d’apport, créant ainsi la soudure.

La tension est donc déchargée comme un éclair ; l’électricité peut alors circuler dans l’entrefer, ce qui crée un arc pouvant atteindre jusqu'à 10 000 degrés Celsius. Un courant continu provenant de la source de soudage sur la pièce ouvrée est établi par le biais de l’électrode de soudage. La pièce ouvrée doit par conséquent être reliée à la masse par une connexion au poste à souder avant de débuter l’opération de soudage.

Pour obtenir une soudure lisse et durable, l’arc de soudage doit être stable. Par conséquent, il est important d’utiliser une tension de soudage et une vitesse d’alimentation en fil appropriées aux matériaux à souder et à leur épaisseur.

En outre, la technique de travail du soudeur et son savoir-faire affectent aussi la régularité de l’arc et, de ce fait, la qualité de la soudure. La distance entre l’électrode de soudage et la gorge ainsi que l’avancement de la torche de soudage à une vitesse régulière sont des facteurs importants pour la réussite du soudage. L’évaluation correcte de la tension et de la vitesse d’alimentation en fil représentent un facteur important relevant de la compétence du soudeur.

Toutefois, les postes à souder modernes possèdent diverses fonctionnalités qui assistent le soudeur dans son travail, comme l’enregistrement des paramètres de soudage précédemment utilisés ou l’utilisation de courbes synergiques, ce qui facilite la définition des paramètres de soudage pour la tâche à effectuer.

Gaz de protection

Le gaz de protection joue en général un rôle important dans la productivité et la qualité du soudage. Comme son nom l'indique, le gaz de protection protège le bain de soudure en fusion qui se solidifie. L’oxygénation, la présence d’impuretés et l’humidité de l’air affaiblissent la résistance à la corrosion de la soudure, y engendrent des défauts de porosité et amoindrissent sa durabilité en modifiant les caractéristiques géométriques du joint. De plus, le gaz de protection refroidit la torche de soudage. Les composants les plus courants du gaz de protection sont l’argon, l’hélium, le dioxyde de carbone et l’oxygène.

Le gaz de protection peut être inerte ou actif. Un gaz inerte protège la zone de métal en fusion contre l’air ambiant en créant un bouclier gazeux, mais ne provoque aucune réaction sur le bain de soudure en fusion, tandis qu’un gaz actif participe au processus de soudage en stabilisant l’arc et en sécurisant le transfert régulier de matériau vers la soudure. Le gaz inerte est utilisé en soudage MIG (soudage à l’arc sous protection gazeuse avec fil fusible), tandis que le gaz actif est utilisé en soudage MAG (soudage à l’arc en atmosphère active).

L’hélium (He) est également un gaz de protection inerte. L’hélium et un mélange d’hélium et d’argon sont utilisés pour les soudages TIG et MIG. L’hélium procure une meilleure pénétration latérale et une vitesse de soudage plus rapide que l'argon.

Le dioxyde de carbone (CO2) et l’oxygène (O2) sont des gaz actifs utilisés comme composant d’oxygénation en vue de stabiliser l’arc et d’assurer une transmission régulière du matériau en soudage MAG. La proportion de ces composants gazeux dans le gaz de protection est déterminée par le type d’acier.

Normes et standards en soudage

Plusieurs normes et standards internationaux s’appliquent aux procédés de soudage ainsi qu’à la structure et aux caractéristiques des postes à souder et des fournitures. Ils proposent des définitions, des instructions et des restrictions concernant les procédures et la structure des machines en vue d’accroître la sécurité des procédés et des machines et de garantir la qualité des produits.

Par exemple, la norme IEC 60974-1 décrit la réglementation générale des postes de soudage à l’arc, tandis que les conditions techniques de livraison, les formes des produits, les dimensions, les tolérances et les étiquettes sont définies par la norme SFS-EN 759.

Sécurité dans le soudage

Plusieurs facteurs de risque sont associés au soudage. L’arc produit une lumière extrêmement puissante et des radiations ultraviolettes qui peuvent provoquer des dommages oculaires. Les étincelles et les projections de métal en fusion peuvent brûler la peau et provoquer un incendie, tandis que l’inhalation des fumées générées par le soudage peut se révéler dangereuse pour la santé.

Toutefois, ces dangers peuvent être évités par une préparation et l’utilisation de vêtements de protection appropriés.

La protection contre le risque d’incendie est obtenue par la vérification préalable de l’environnement du site de soudage et la suppression de tout matériau inflammable à proximité de ce site. En outre, des extincteurs doivent être facilement accessibles. Les personnes extérieures ne sont pas autorisées à pénétrer dans la zone à risque.

Les yeux, les oreilles et la peau doivent être protégés par un équipement de protection approprié. Un masque de soudage doté d’une visière teintée protège les yeux, les cheveux et les oreilles. Des gants de soudage en cuir et un vêtement de soudage robuste non inflammable protègent les bras et le corps des étincelles et de la chaleur.

Les fumées de soudage peuvent être évitées par une ventilation suffisante du site de travail.

Procédés de soudage

Il est possible de classifier les procédés de soudage selon la méthode utilisée pour produire la chaleur de soudage et la façon dont le métal d'apport est introduit dans la soudure. La méthode de soudage à utiliser est choisie d’après les matériaux à souder et leur épaisseur, les critères de rentabilité et la qualité visuelle souhaitée de la soudure.

Les méthodes de soudage les plus couramment utilisées sont le soudage MIG/MAG, le soudage TIG et le MMA (soudage manuel avec électrode métallique). La plus ancienne, la plus connue et la plus courante de ces méthodes reste le soudage MMA, qui est utilisé sur les sites d’installation et extérieurs nécessitant une grande facilité d’accès.

Plus lente, la méthode de soudage TIG permet d’obtenir des résultats extrêmement fins et est donc utilisée pour les soudures dont la qualité et l’aspect visuel sont importants ou nécessitent une précision particulière.

Le soudage MIG/MAG est une méthode de soudage polyvalente, dans laquelle le métal d'apport ne doit pas être introduit séparément dans la soudure en fusion. En effet, l'alimentation en fil se fait par le biais de la torche de soudage directement dans le bain de soudure. Un gaz de protection protège la zone du bain de soudure en fusion.

Il existe également d’autres méthodes de soudage qui répondent à des besoins spécifiques, telles que le soudage au laser, le soudage au plasma, le soudage par points, le soudage à l'arc sous flux en poudre, le soudage par ultrasons et par friction.

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Caractéristiques techniques