Gaz de protection pour soudage MIG-MAG, TIG et FCAW et pureté des gaz de protection

Premièrement, les types de gaz de protection.

Il existe deux types de gaz applicables au soudage :

  • Des gaz inertes.  Inerte fait référence à « les gaz non réactifs qui n’ont pas de cellule électronique de cantonnière et ne participent donc à aucune réaction chimique ». Cela inclut, mais sans s’y limiter, les gaz rares (qui sont généralement non réactifs dans la plupart des conditions). Par exemple, l’argon en tant que gaz inerte ne réagira pas avec l’oxygène ou le métal dans l’arc de soudage et la flaque d’eau, nous ne verrons donc pas de scories ou de silicate ou d’oxydes à la surface du soudage TIG avec de l’argon ou de l’hélium.
  • Gaz réactifs.  Comme son nom l’indique, ces gaz sont choisis pour leur capacité à réagir avec d’autres éléments ou composés. Ils peuvent créer des changements dans l’état de la soudure ou les conditions de soudage. Par exemple, le CO2 en tant que gaz de protection se décompose en « CO » et « O » dans l’arc de soudage. L’oxygène réagit alors avec le silicium/manganèse présent dans le bain de soudure pour créer des oxydes.

But des gaz utilisés pour le soudage?

Il existe une gamme d’utilisations différentes pour le gaz dans le soudage. Cela peut inclure garder l’arc exempt d’impuretés (telles que la poussière, d’autres gaz, la saleté, etc.),

Également utilisé pour aider à la stabilité de l’arc et assurer un transfert de métal approprié pour de nombreux procédés de soudage. en s’assurant que le bain de soudure reste propre sous le joint (c’est ce qu’on appelle la purge), pour la couverture et pour le chauffage aussi.

Les principaux objectifs des gaz dans le soudage sont :

  1. Blindage : L’ air qui pénètre dans l’arc formera des bulles d’air dans le métal en fusion. Cela rend la soudure faible et peu attrayante. Lorsque vous effectuez une soudure MIG ou TIG, vous devez utiliser un gaz de protection sauf dans le cas où le matériau d’apport est « flux-coated » ou « flux-coreed ».
  2. Purge : Un gaz de purge fait le même travail qu’un gaz de protection mais sur la face inférieure de la soudure. Cela se fait généralement pendant le soudage de l’acier inoxydable et cela se fait en scellant le bas du joint et en soufflant du gaz dessus (vous pouvez utiliser le même gaz ou un gaz différent de celui utilisé de l’autre côté du joint).
  3. Traînée : La traînée n’est pas courante, mais elle est effectuée lorsque vous voulez vous assurer qu’une soudure ne sera pas tachée ou contaminée une  fois  la soudure terminée. L’espace autour de la soudure est rempli de gaz pour chasser tous les contaminants en suspension dans l’air. La traînée est largement utilisée pour le soudage au titane où la soudure solidifiée peut encore réagir avec l’oxygène atmosphérique pour créer de l’oxyde de titane.

Importance des gaz de protection dans le soudage

Les gaz de protection sont des exigences obligatoires pour tous les procédés de soudage conventionnels.

Gaz de protection fournis en externe dans GMAW

Ils remplissent diverses fonctions bien qu’ils soient principalement nécessaires pour protéger le bain de fusion de la contamination atmosphérique et pour fournir un chemin ionisé qui peut permettre le flux d’électricité d’une électrode à une pièce. Même les procédés qui n’ont pas d’alimentation en gaz externe, tels que le soudage à l’arc métallique blindé (SMAW ou MMAW) et le soudage à l’arc sans fil fourré (FCAW) ont tous un gaz de protection qui est généré par la décomposition du flux par la chaleur de l’arc de soudage. .

Le gaz de protection peut également avoir un effet sur la stabilité de l’arc, la forme de la soudure et la profondeur de pénétration ainsi que sur les propriétés mécaniques et la métallurgie des assemblages soudés en acier inoxydable.

GAZ DE PROTECTION ET LEURS EFFETS SUR LES PROPRIÉTÉS DE SOUDAGE

Effet de l’argon (Ar) sur le soudage

L’argon (gaz inerte) représente 1 pour cent de l’air et est un sous-produit des processus de réduction de l’air utilisés pour produire de l’oxygène. Ce gaz est bon pour le blindage des soudures à plat et dans les rainures profondes.

L’argon convient aux démarrages plus faciles et aux applications à courant alternatif, ainsi qu’aux arcs plus longs à des tensions plus basses. Sous sa forme pure, l’argon est souvent utilisé avec l’aluminium et les métaux non ferreux. L’ajout d’hélium améliore les propriétés de transfert de chaleur de l’argon et la combinaison de l’argon avec du dioxyde de carbone ou de l’oxygène peut aider à stabiliser l’arc.

Effet de l’hélium (He) sur le soudage

L’hélium (gaz inerte) est efficace pour les applications mécanisées mais moins tolérant pour le soudage manuel. Étant donné que l’hélium pur crée un arc erratique, il peut en résulter des projections lors du travail avec de l’acier. Même ainsi, l’hélium pur est idéal pour le magnésium, le cuivre et l’aluminium. Lorsqu’il est mélangé à de l’argon, l’hélium peut nettoyer la cathode. D’autres mélanges peuvent être utilisés sur l’aluminium et l’acier inoxydable.

Effet de l’hydrogène (H) sur le soudage

L’hydrogène est souvent utilisé en combinaison avec d’autres gaz. Lorsqu’il est ajouté à l’argon, il peut approfondir la pénétration et augmenter les vitesses de soudage. Sur les nuances d’acier inoxydable sensibles à l’oxygène, il peut en résulter des surfaces de soudure plus propres et de meilleurs profils de cordon.

Le mélange d’argon, de dioxyde de carbone et d’hydrogène peut augmenter la température de l’arc, rétrécir l’arc et améliorer la pénétration de la soudure. L’hydrogène n’est pas parfait, cependant. S’il n’est pas utilisé correctement, il peut provoquer une porosité de la soudure, un phénomène provoqué par un gaz trop emprisonné, entraînant la formation de trous ronds. La fissuration peut également se produire sous le cordon dans les aciers au carbone et faiblement alliés. 

Effet de l’azote (N) sur le soudage

L’azote augmente la pénétration de la soudure et la stabilité de l’arc. Les mélanges de gaz contenant de l’azote peuvent augmenter les propriétés mécaniques des alliages contenant de l’azote et empêcher la corrosion par piqûres et la perte d’azote du métal. L’azote favorise les phases austénitiques dans le soudage des aciers inoxydables austénitiques et duplex. Il est utilisé dans la purge pour le soudage Duplex en acier inoxydable.

Effet de l’oxygène (O) sur le soudage

Semblable à l’hydrogène, l’oxygène est généralement utilisé avec d’autres gaz pour protéger la soudure.

Par exemple, l’oxygène est généralement utilisé en combinaison avec l’argon pendant le processus de soudage pour ces avantages :

  • Stabilisation d’arc
  • Minimisation des projections
  • Amélioration du transfert de métal

Cependant, ce gaz peut provoquer une oxydation, il ne peut donc pas être utilisé avec du cuivre, de l’aluminium ou du magnésium. Et soyez prudent dans son utilisation : une abondance d’oxygène peut entraîner une fragilité.

Effet du dioxyde de carbone (CO 2 ) sur le soudage

Le dioxyde de carbone est le mieux adapté à l’acier et est particulièrement utile dans le soudage au gaz inerte métallique (MIG) car il augmente la vitesse de soudage, la pénétration et les propriétés mécaniques.

Bien que peu coûteux, le dioxyde de carbone n’est pas sans défauts lorsqu’il est utilisé en soudage. Il provoque un arc plus tremblant et des pertes de projections, et son utilisation peut produire beaucoup de fumées sur un lieu de travail. Cependant, le mélange de dioxyde de carbone et d’argon peut minimiser les projections.

Le dioxyde de carbone ne doit pas non plus être utilisé pour les métaux minces, en particulier l’aluminium et le cuivre, qui ont une conductivité thermique élevée. Il fait généralement trop chaud pour que le métal fin puisse résister.

APERÇU DES GROUPES DE GAZ DE PROTECTION SELON ISO 14175

Groupe R

Le groupe R contient des mélanges argon/hydrogène qui ont un effet réducteur. En plus de l’argon et de l’hélium, les gaz du groupe R1 sont utilisés pour le soudage TIG et le soudage plasma, tandis que les gaz du sous-groupe 2, qui ont une teneur en hydrogène (H) plus élevée, sont utilisés pour le coupage plasma et le backing (gaz de formation).

Groupe I

Le groupe I regroupe les gaz inertes. Il comprend l’argon (Ar), l’hélium (He) et les mélanges argon/hélium. Ils sont utilisés pour le soudage TIG, MIG et plasma, et pour le support.

Groupe M

Le grand groupe M, qui est subdivisé en M1, M2 et M3, combine les gaz mélangés pour le soudage MAG. Il y a 3 ou 4 sous-groupes dans chaque groupe. Les gaz sont classés de M1.1 à M3.3 selon leur comportement à l’oxydation, c’est-à-dire que M1.1 est le moins oxydant et M3.3 est l’agent oxydant le plus fort. Le composant principal de ces gaz est l’argon. L’oxygène (O) ou le dioxyde de carbone (CO2) ou l’oxygène et le dioxyde de carbone (gaz à trois composants) sont mélangés aux composants actifs.

Groupe C

Dans la gamme des gaz pour le soudage MAG, le groupe C comprend le dioxyde de carbone pur et un mélange dioxyde de carbone/oxygène. Ce dernier n’est pas important en Allemagne. Les gaz du groupe C sont les plus fortement oxydants, car le CO2 se décompose à la température élevée de l’arc, produisant de grandes quantités d’oxygène en plus du monoxyde de carbone.

Groupe F

Enfin, le groupe F comprend l’azote (N) et un mélange azote/hydrogène. Les deux gaz peuvent être utilisés pour le coupage plasma et le formage.

VUE D’ENSEMBLE DES GROUPES DE GAZ DE PROTECTION SELON LE SFA 5.32

AWS A5.32 « Specification for Welding Shielding Gases », prescrit les exigences pour la classification des gaz de protection, de la même manière que AWS 5.18 « Specification for Carbon Steel Electrodes and Rods for Gas Metal Arc Welding », prescrit un système de classification pour identifier le carbone électrodes et tiges en acier. Le système de classification décrit dans l’AWS A5.32 est un système qui identifie clairement la composition chimique du gaz de protection en question, de la même manière que le fil de soudage est identifié. Pour faire une analogie : si vous commandez du fil à souder E70S-6, vous devez être sûr que vous recevrez un fil à souder contenant un certain pourcentage de silicium, de manganèse, etc. De même, lorsque vous commandez un gaz de protection, vous devez être sûr que lorsque vous commandez du SG-AC-10, ce produit doit contenir 10 % de dioxyde de carbone, 90 % d’argon,et que le produit est cohérent d’un cylindre à l’autre. AWS A5.32 établit non seulement un système d’identification pour les gaz de protection, mais il spécifie également les niveaux de pureté et de point de rosée qui sont requis pour les gaz individuels qui sont indiqués dans le tableau X. Les exigences pour le point de rosée, la pureté et la précision du mélange des mélanges gazeux sont également couvert dans le cahier des charges.

Afin de se conformer à cette spécification, un fournisseur de gaz de protection est tenu de tester les bouteilles remplies individuellement ou une bouteille de chaque collecteur de remplissage pour vérifier la précision du mélange, la pureté et le point de rosée.

Pour vous assurer que vos gaz sont conformes à la spécification AWS SFA A5.32, examinez la bouteille si vos gaz répondent à cette spécification. Le diagramme ci-dessous met en évidence les principales exigences, leur classification et les types de gaz de protection à utiliser en soudage conformément à la SFA 5.32.

Points de rosée et niveau de pureté minimum des gaz de protection pour le soudage TIG, MIG-MAG