Soudage TIG

Echantillon de soudure orbitale TIG sur acier inoxydable

Le soudage TIG est un procédé de soudage à l'arc avec une électrode non fusible. TIG est un acronyme de Tungsten Inert Gas où Tungsten (Tungstène) désigne l'électrode et Inert Gas (Gaz inerte) désignent le type de gaz plasmagène utilisé. L'arc se crée entre l'électrode réfractaire (- du générateur) et la pièce (+ du générateur) sous un flux gazeux. De façon générale, il s'agit d'un gaz ou d'un mélange de gaz rares.(Surtout de l'argon et de l'hélium, ou un mélange de ces deux gaz)

L'amorçage se fait grâce au gaz circulant dans la buse qui entoure une grande partie de l'électrode. Le soudage s'effectue en polarité directe (pole - du générateur relié à l'électrode) pour la majorité des métaux et alliages (aciers, inox, cuivreux, titane, nickel...) sauf dans le cas des alliages légers d'aluminium ou du magnésium où l'on soude en polarité alternée (pendant un laps de temps, l'électrode est reliée au pôle + du générateur). Souder de façon continue en polarité inverse (pôle + relié à l'électrode) détruit cette électrode en la faisant fondre.

Générateurs et méthodes d'amorçage

Les générateurs utilisés sont des générateurs dont la courbe tension-intensité est de type plongeante, c'est-à-dire que pour une variation de tension dans une plage donnée, l'intensité va peu varier. Ces générateurs peuvent également s'employer pour le soudage à l'électrode enrobée.

Il existe 2 façons d'amorcer l'arc :

1. Par contact (lift-arc) : le soudeur va faire entrer en contact l'électrode avec la pièce à souder puis va éloigner l'électrode afin de « tirer » un arc électrique. Cette méthode peut être utilisée avec tous les générateurs de soudage mais peut créer une inclusion de Tungstène pour les soudeurs peu expérimentés. Cette méthode ne s'emploie pas pour les machines de soudage TIG proprement dites. Ces dernières comportent un générateur « haute fréquence » pour amorcer l'arc.
2. Par hautes fréquences : le générateur va créer un arc électrique de faible intensité en appliquant une haute tension (env. 1000 V) à une très haute fréquence (env. 1 000 000 Hz) entre l'électrode et la pièce. L'ionisation de l'air entre pièce et électrode va permettre la création d'un arc de soudage de forte intensité malgré une tension modeste (environ 20-30V). Cette méthode d'amorcage a pour inconvénient d'engendrer une pollution électromagnétique de l'environnement immédiat.

Électrodes utilisées

Les électrodes employées sont majoritairement constituées de tungstène à plus de 99% en masse auquel on ajoute des oxydes métalliques pour augmenter l'émissivité électronique de l'électrode et donc le rendement. Ces oxydes sont ceux du thorium (ThO₂), du cérium (CeO₂), du lanthane (La₂O₃), du zirconium (ZrO₂) ou d'yttrium (Y₂O₃) finement dispersés dans la phase W. Pour le soudage de l'aluminium, on trouve également des électrodes en tungstène pur.

Étant donné la radioactivité naturelle du thorium, il est probable que, dans le futur, celui-ci disparaîtra du marché en Europe Occidentale. Une électrode de tungstène à 2 % de Th0₂ a une radioactivité de 1,3·10⁶ Bq/kg, une électrode avec 2 % de CeO₂ descend à 56 Bq/kg. D'ores et déjà, certaines législations (Belgique, Pays-Bas, ...) requièrent de traiter les restes d'électrodes et la poussière d'affûtage comme des déchets légèrement radioactifs.

La couleur de l'anneau ceignant l'électrode renseigne sur la quantité et la nature d'élément d'addition présent suivant la norme EN 26848. Un code alphanumérique indique aussi la teneur en oxyde. Par exemple, WT20 désigne une électrode de W avec 2 % de ThO₂. Le diamètre d'électrode est compris entre 1 et 8 mm (1,0 - 1,6 - 2,0 - 2,4 - 2,5 - 3,2 - 4,0 - 4,8 - 5,0 - 6,0 - 6,4 - 8,0). Les longueurs courantes sont 50 - 75 - 150 - 175 mm.

Pour éviter une usure trop rapide des électrodes lors de l'affûtage manuel, la plupart des fournisseurs de matériel de soudage vendent aussi de petites meules transportables qui garantissent un angle constant avec le minimum de perte de matière. Les électrodes sont affutées de sorte que les stries d'affutage soient orientées de la pièce vers l'électrode.

Gaz de soudage

Dans la majorité des cas le gaz employé est de l'argon (utilisé en UE). Ce gaz neutre permet d'éviter l'oxydation instantanée lors de la fusion du métal soudé et préserve l'électrode. Il est aussi influant sur la facilité d'amorçage de l'arc (plus facile sous argon car sa tension d'ionisation est plus faible que celle de l'hélium), la forme du cordon, la profondeur de pénétration, la vitesse de soudage (les vitesses élevées sont plutôt réservées aux mélanges majoritaires en hélium). Cependant, aux États-Unis les gisements d'hélium étant plus abondant ce gaz est donc plus utilisé. Bien qu'il rende l'amorçage plus difficile l'hélium élève la tension d'arc et par conséquent permet une pénétration et une vitesse de soudage plus importante. Pour les aciers inoxydables austénitiques, l'utilisation de mélanges binaires argon + hydrogène améliore la productivité en augmentant la pénétration et les vitesses de soudage.

Défauts rencontrés

• Inclusions de tungstène liés à la dextérité du soudeur cf.Equipe de soudeurs
• Porosités (surtout avec de l'argon)
• Collages et manques de pénétration
• Oxydation si mauvaise protection gazeuse, notamment à l'envers des soudures débouchantes ("rochage")
• Caniveaux (Si l'angle de l'électrode par rapport à la pièce à souder est incorrect)

Qualité du soudage TIG

La qualité visuelle d'une soudure TIG est excellente, le procédé convient à tous les métaux. Noter qu'un gaz de protection envers (cas du soudage d'acier inox) voire une boîte à gants ou un traînard (cas du soudage du titane) peuvent être nécessaires. La compacité de la torche permet de souder dans des endroits difficilement accessibles pour d'autres procédés.

Automatisation du soudage TIG

Le procédé nécessite une bonne dextérité du soudeur (pour certains assemblages l'électrode est à 0,25 mm de la pièce). Néanmoins il existe des installations semi-automatiques où l'apport de métal est réalisé par un dispositif annexe. Le métal d'apport sous forme de bobine (bobine au même format que celles utilisées en Soudage MIG-MAG) est amené à travers une gaine, puis une canne qui le présente devant l'électrode. Différents systèmes existent permettant de reproduire l'amenée du fil manuelle par un mouvement de cadençage. Le TIG peut également être complètement automatisé au travers d'installation robotisée.

Variantes du procédé

Sur les autres projets Wikimedia :

• « Soudage », sur Wikibooks (livres pédagogiques)

• Soudage TIG orbital : c'est un cas où le soudage s'automatise très facilement. En effet, la torche est mobile et la pièce fixe, ce procédé est particulièrement bien adapté au soudage des tubes. La soudure « en position » en est aussi grandement facilitée.

Pour la soudure TIG automatisée orbitale pour tuyauterie d'acier inoxydable, plusieurs facteurs influent sur la répétivité. On pourrait nommer : la forme que l'on donne au tungstène, la pression du gaz de purge à l'intérieur de la tuyauterie, la pureté du gaz de purge, la préparation des surfaces lors de la coupe, etc. La préparation des surfaces est primordiale pour obtenir une soudure de qualité. Les pièces (tuyaux) à être jointes doivent être coupés très droits et la propreté est essentielle.

Ce type de soudure est utilisée pour les tubulures des gaz purs de l'industrie des semi-conducteurs, pour l'eau pure (eau pour injection, par exemple) de l'industrie pharmaceutique et aussi dans l'industrie nucléaire. De plus en plus, même l'industrie alimentaire se tourne vers ce type de soudage relativement peu coûteux et qui donne d'excellents résultats.

• Soudage ATIG : Ce procédé est une variante du soudage TIG dans laquelle un flux tensio-actif est ajouté sur le joint avant soudage. Ce flux modifie la convection dans le bain de fusion et rend possible d'atteindre de plus grandes profondeurs de pénétration pour un même apport calorifique.