GAZ DE PROTECTION
Avec le procédé GTAW, on peut utiliser l'hélium et l'argon comme gaz de protection. L'argon et l'hélium possèdent une chose en commun: ils ne réagissent chimiquement avec aucun autre élément. C'est pourquoi on les appelle des gaz inertes.
Ces deux gaz possèdent cependant des différences importantes lorsqu'ils sont utilisés en soudage. L'argon est beaucoup plus utilisé pour le soudage GTAW que l'hélium à cause de son arc doux, stable et de sa plus grande action nettoyante lors du soudage de l'aluminium et du magnésium avec du courant alternatif. De plus, l'argon convient au soudage de la plupart des métaux, et le débit nécessaire est de beaucoup inférieur à celui de l'hélium pour un travail donné. Cela représente un avantage très important en ce qui concerne le prix de revient d'un travail.
On trouve également sur le marché des mélanges d'argon et d'hélium dans des proportions et avec des propriétés diverses. Enfin, on emploie parfois des mélanges contenant de l'hydrogène et, plus rarement, de l'azote.
Hélium
L'hélium se trouve surtout sous terre près de certains dépôts de gaz naturel. Il est embouteillé dans des cylindres d'acier semblables à ceux utilisés pour l'oxygène. On a longtemps employé l'hélium exclusivement pour gonfler des ballons à cause de sa légèreté et de son ininflammabilité. L'hélium est le gaz le plus léger après l'hydrogène.
L'hélium est plus cher que l'argon. Sa légèreté représente aussi un désavantage, sauf pour soudage au plafond, puisqu'il a tendance à s'élever de la soudure très rapidement.
Avec le procédé GTAW, l'hélium présente les caractéristiques suivantes:
Il produit une haute tension d'arc.
De ce fait, il y a plus de chaleur libérée à l'arc avec l'hélium qu'avec l'argon, ce qui le désigne pour le soudage des métaux dont l'épaisseur est supérieure à 5 mm et qui possèdent une haute conductibilité thermique, comme l'aluminium et le cuivre.
La zone thermiquement atteinte est plus petite.
Avec la température élevée de l'arc, on obtient une plus grande vitesse de soudage pour les fortes épaisseurs, et la zone atteinte par la chaleur est réduite au strict minimum. Il y a moins de déformations et les propriétés mécaniques sont souvent meilleures.
Il exige un grand volume de gaz.
L'hélium est plus léger que l'air. Le débit de gaz doit donc être de deux à trois fois supérieur à celui de l'argon pour fournir la même protection. À cause de sa légèreté, l'hélium est aussi plus sensible aux courants d'air.
Il est recommandé pour le soudage automatique.
Avec une vitesse de soudage supérieure à 25 mm/min, il devient possible d'éliminer les soufflures et les caniveaux, selon la nature et l'épaisseur du métal de base.
Il rend difficile l'amorçage de l'arc avec du courant alternatif.
Il est alors recommandé d'utiliser un mélange d'hélium et d'argon.
Argon
L'argon forme environ 1% de l'atmosphère terrestre. On l'obtient par la liquéfaction de l'air durant la production d'oxygène. L'argon est embouteillé dans le même genre de bouteilles que l'hélium et l'oxygène. Il est aussi possible de se procurer de l'argon liquide lorsqu'on en consomme beaucoup. À ce moment, la bouteille contient de douze à quinze fois le volume des bouteilles standard.
La pureté de l'argon influence la qualité de la soudure. Ainsi, il doit être pur à 99,99 % pour produire un cordon propre et brillant. Si l'argon contient trop d'impuretés, la soudure sera terne et grisâtre.
Voici les principales caractéristiques de l'argon utilisé comme gaz de protection:
Il produit une basse tension d'arc.
L'arc dégage donc moins de chaleur que celui obtenu avec l'hélium. Pour cette raison, l'argon est employé exclusivement pour le soudage manuel des métaux dont l'épaisseur est inférieure à 1,6 mm.
Il produit une bonne action nettoyante.
L'argon est un gaz idéal pour le soudage des métaux dont la surface se couvre d'une couche d'oxydes, comme l'aluminium ou les alliages ferreux contenant un fort pourcentage d'aluminium.
Il facilite l'amorçage de l'arc.
Cette caractéristique est très importante pour le soudage des métaux minces.
Il produit un arc stable.
La stabilité de l'arc est supérieure à celle de l'arc obtenu avec de l'hélium. L'argon permet de faire varier la longueur de l'arc sans qu'il s'éteigne.
Il exige un petit volume de gaz.
Parce qu'il est plus lourd que l'air, l'argon assure une bonne protection de la soudure avec un petit débit de gaz et, de ce fait, il est moins touché par les courants d'air que l'hélium.
Il est utilisé pour le soudage en positions verticale et au plafond.
Quelquefois, l'argon est préféré à l'hélium, car il permet un meilleur contrôle du bain de fusion, mais il assure une protection moindre que celle de l'hélium en raison de l'effet de la pesanteur.
Il est déconseillé pour le soudage automatique.
L'argon peut provoquer l'apparition de soufflures et de caniveaux lorsque la vitesse de soudage est supérieure à 25 mm/min. Ces défauts sont plus ou moins amplifiés selon l'épaisseur et la nature du métal de base. ils peuvent être évités par l'utilisation d'un mélange d'argon et d'hélium.
Il est déconseillé pour le soudage des métaux épais.
Pour les métaux plus épais que 5 mm, on recommande d'utiliser un mélange d'argon et d'hélium.
Il convient au soudage de différents métaux.
Il est normalement supérieur à l'hélium. En effet, il rend le soudage plus facile et produit des soudures ayant une meilleure apparence.
Mélange argon-hélium
Le mélange de l'argon et de l'hélium réunit la stabilité d'arc obtenue avec l'argon et la grande température d'arc produite avec l'hélium. Par exemple, avec un mélange constitué de 75 % d'hélium et de 25 % d'argon, on obtient une excellente stabilité de l'arc et une pénétration plus profonde en raison d'une plus grande énergie calorifique. Ce mélange est tout indiqué pour le soudage des fortes sections en aluminium.
Le tableau décrit les effets des gaz de protection recommandés pour le soudage de différents métaux à l'aide du procédé GTAW.
Gaz inertes recommandés pour souder différents métaux
| Métaux | Gaz |
| Alliages d'aluminium | L'argon avec courant alternatif à haute fréquence continue est préféré; produit un arc stable et un bon effet de nettoyage. Argon + hélium avec courant alternatif: produit un arc moins stable, a une bonne action de nettoyage, permet une plus grande vitesse, produit une meilleure pénétration. Hélium avec CCPN: produit un arc stable, autorise une grande vitesse de soudage sur des matériaux chimiquement propres. |
| Aluminium-bronze | L'argon diminue la pénétration dans le métal de base lors d'un surfaçage et c'est à cela qu'est destiné cet alliage |
| Laiton | L'argon produit un arc stable, il y a un peu de fumée. |
| Alliages à base de cobalt | L'argon produit un arc bien stable et facile à contrôler. |
| Cuivre-nickel | L'argon produit un arc stable et facile à contrôler. Employé aussi pour le soudage du cuivre-nickel a l'acier. |
| Cuivre désoxydé | On préfère l'hélium; produit une grande chaleur pour contrecarrer la conductibilité thermique du cuivre. Un mélange de 75 % d'hélium et de 25 % d'argon produit un arc stable, une moins grande chaleur d'arc que l'hélium seul et on le recommande pour le métal de 1,6 mm et moins d'épaisseur. |
| Inconel | L'argon produit une bonne stabilité d'arc. L'hélium est recommandé pour de grandes vitesses en soudage automatique. |
| Acier doux | Pour le soudage manuel, on recommande l'argon. Le succès dépend de l'habileté du soudeur. On préfère l'hélium avec de grandes vitesses en soudage automatique; donne une meilleure pénétration que l'argon. |
| Alliages de magnésium | On recommande l'argon avec du courant alternatif à haute fréquence continue. Cela produit une bonne stabilité d'arc et une bonne action de nettoyage. |
| Molybdène 0,5 % d'alliage de titane | L'argon ou l'hélium pur sont recommandés. Le sondage doit s'effectuer dans un endroit exempt de courant d'air pour obtenir une bonne ductilité de la soudure. |
| Alliages de nickel | L'argon produit un arc stable. L'hélium est recommandé pour le soudage automatique à grande vitesse. |
| Bronze-silicium | L'argon diminue les tensions internes du métal de base et de la soudure du fait qu'il y a moins de pénétration avec ce gaz qu'avec l'hélium. |
| Acier inoxydable | L'argon produit un arc stable. L'hélium est recommandé pour une meilleure pénétration. Un mélange argon-5 % hydrogène est idéal pour l'aspect et la qualité de la soudure. |
| Alliages de titane | L'argon donne un arc stable. L'hélium est recommandé pour le soudage à grande vitesse. |
Note: À moins d'indication contraire, le soudage se réalise avec un courant continu et une polante normale.
Hydrogène
L'hydrogène utilisé comme gaz de protection pour le procédé GTAW a pour effet d'augmenter la tension de l'arc. Cet effet est plus prononcé lorsque l'hydrogène est mélangé à l'hélium plutôt qu'à l'argon. Cependant, un mélange argon-hydrogène assure une bonne protection avec un débit de gaz relativement faible. L'usage de ce mélange est limité au soudage de l'acier inoxydable. Il produit une soudure plus claire (brillante) que l'argon pur. De plus, il permet d'abaisser l'intensité du courant au minimum lors du soudage.
Azote
Aujourd'hui, l'azote n'est presque plus utilisé en soudage à l'arc électrique avec électrode réfractaire sous protection gazeuse. On l'utilisait particulièrement pour le soudage du cuivre désoxydé.
Par ailleurs, ce gaz se dissout dans l'acier à la température de soudage. Pour cette raison, il n'a jamais été employé pour le soudage de l'acier doux. Toutefois, on a déjà employé un mélange constitué de 95 % d'azote et de 5 % d'hydrogène comme gaz de protection à l'arrière d'un joint lors du soudage à l'endroit (purge) de l'acier inoxydable de façon à produire un cordon de soudure plus luisant et souder avec des paramètres plus bas.
Résumé
Avec le procédé GTAW, on utilise principalement les gaz de protection suivants:
- argon;
- hélium;
- mélange d'argon et d'hélium (dans diverses proportions);
- mélange d'hydrogène et d'argon ou d'hydrogène et d'hélium;
- mélange d'hydrogène et d'azote (pour les purges).
L'argon est le gaz le plus utilisé avec le procédé GTAW pour les raisons suivantes:
- il convient à la plupart des métaux;
- il produit un arc stable et facilite l'amorc,age;
- il a une action nettoyante sur les métaux ayant tendance à s'oxyder;
- il exige un volume inférieur à celui de l'hélium pour produire la même protection.
L'hélium convient au soudage de métaux épais (5 mm et plus) possédant une haute conductibilité thermique (aluminium, cuivre).
L'hélium cause moins de déformations que l'argon.
L'hélium pur est déconseillé avec du courant alternatif à cause de la difficulté à amorcer l'arc.
L'argon convient au soudage de métaux minces (1,6mm d'épaisseur et moins).
L'hydrogène mélangé à l'hélium ou à l'argon augmente la tension de l'arc électrique.
Le mélange argon-hydrogène est utilisé seulement pour souder l'acier inoxydable. Il produit une soudure plus brillante et offre la possibilité de souder à une intensité plus basse.