Propriétés et caractéristiques des gaz de protection de soudage

Importance des gaz de protection

Les gaz de protection de soudage sont une partie essentielle d’un bon dépôt de soudure. En général, nous étudions les informations de base sur les gaz de protection. Dans cet article, j’ai creusé plus profondément pour un aperçu détaillé des propriétés importantes des gaz de protection qui affectent et influencent la sortie de soudage dans les procédés de soudage à l’arc sous protection gazeuse. Voici les principales propriétés des gaz de protection :

  1. Potentiel d’ionisation
  2. Point de rosée
  3. Conductivité thermique
  4. Gravité spécifique, et
  5. Densité du gaz

Potentiel d’ionisation pour le soudage des gaz de protection

Le potentiel d’ionisation (mesuré en électron-volts (eV) ou kJ/mol) pour un gaz de protection est la tension requise pour retirer un électron d’un atome du gaz de protection et convertir cet atome retiré en ion. En termes simples, cela dit, avec quelle facilité le gaz de protection peut-il former un plasma électriquement conducteur ?

La stabilité de l’arc et l’amorçage de l’arc dépendent fortement du potentiel d’ionisation du gaz de protection dans l’arc de soudage. Par exemple, un blindage à l’argon a un bien meilleur amorçage d’arc et un arc plus doux qu’un blindage à l’hélium en raison du faible potentiel d’ionisation de l’argon.

Habituellement, plus le potentiel d’ionisation du gaz de protection est élevé, plus l’arc de soudage est chaud. Cela est dû au fait que les particules ionisées retournent à la surface du travail et libèrent une énergie d’ionisation plus élevée. De plus, à mesure que le potentiel d’ionisation augmente, il faut une tension plus élevée pour allumer l’arc. La tension d’arc plus élevée de l’hélium produit un arc plus fort avec un apport de chaleur élevé, créant ainsi une soudure avec plus de pénétration.

Ci-dessous, un tableau du potentiel d’ionisation des gaz de protection est donné. Le potentiel d’ionisation pour l’argon est de 15,7 eV, l’hydrogène 13,5, l’hélium 24,5 eV, l’azote 14,51, le dioxyde de carbone 14,4, l’oxygène 13,2. C’est pourquoi l’argon nécessite une tension plus faible que l’hélium lors du soudage.

Point de rosée pour le soudage des gaz de protection

Le point de rosée du gaz de protection doit être très bas. Le point de rosée d’un gaz est la température à laquelle l’humidité du gaz se condense sous forme de vapeur d’eau. Le gaz de protection de soudage doit être très sec (point de rosée bas) car l’humidité (eau) du gaz est convertie en hydrogène et en oxygène lors de son passage dans l’arc de soudage (2H2O = 2H2 + O2). L’humidité conduit à la porosité du métal fondu. Le point de rosée du gaz de protection doit être de 104 °F ou 40 °C ou moins.

La pureté minimale du gaz, l’humidité maximale et le point de rosée maximal à 1 pression atmosphérique sont indiqués dans le tableau ci-dessous. Pour le gaz argon, un gaz de protection pour le soudage, le niveau de pureté minimum est de 99,997, CO2 99,8, hélium 99,995.

Référence : AWS A 5.32

Détermination du point de rosée pour le gaz de protection

Les échantillons de gaz pour l’analyse du point de rosée doivent être prélevés de la bouteille, du récipient ou de la source de sortie de gaz individuelle. Toute méthode standard de mesure du point de rosée peut être utilisée.

Le point de rosée peut être exprimé en °F à une pression atmosphérique (14,7 psia), [°C à 760 mm de mercure] ou en ppm. Le tableau de conversion du point de rosée, présenté dans le tableau ci-dessous, peut être utilisé pour convertir les mesures du point de rosée en °F, °C ou ppm. Les résultats de l’essai du point de rosée doivent satisfaire ou dépasser les exigences du tableau 1 pour les gaz analysés.

Conductivité thermique pour le soudage des gaz de protection

La conductivité thermique du gaz signifie sa capacité à conduire la chaleur pendant le soudage. Un gaz avec une bonne conductivité thermique améliore la conductivité thermique de l’ouvrage. La conductivité thermique du gaz de protection affecte la forme du cordon de soudure, définit la profondeur de pénétration de la soudure.

AzoteArgonHéliumHydrogèneOxygèneGaz carbonique
Conductivité thermique
(10-5W/cm °C)
2416.3142.2171,52514.4

L’hélium offre une excellente conductivité thermique en soudage. Dans le soudage TIG ou MIG à l’hélium, l’arc disperse la chaleur dans le bain de fusion et produit un aspect de cordon de soudure plus large et plus lisse. L’argon, en revanche, a une faible conductivité thermique, ce qui rétrécit la colonne d’arc et donne ainsi un profil de pénétration de la soudure en forme de verre à vin. La conductivité thermique du dioxyde de carbone se situe entre l’argon et l’hélium, ce qui crée un bon cordon de soudure entre les deux gaz mais des projections de soudure élevées.

Densité spécifique pour le soudage des gaz de protection

La gravité spécifique du gaz de protection dépend de la vitesse requise pour générer un arc protégé par un gaz efficace et est également affectée par la densité spécifique du gaz de protection. Plus la densité du gaz de protection est faible, plus le débit de gaz requis pour produire une protection de gaz efficace est élevé. Par exemple, les débits d’hélium et d’hydrogène comme protection gazeuse doivent être nettement plus élevés que ceux de l’argon pour le soudage.

Densité du gaz pour le soudage des gaz de protection

La densité du gaz est le poids par unité de volume de gaz. Les gaz de protection plus lourds tels que le CO2 ou l’argon produisent une meilleure couverture que les gaz à faible densité (par exemple l’hélium), ainsi que les gaz plus légers, nécessitent un débit de gaz plus important car ils se disperseront facilement dans l’atmosphère en raison de leur faible densité. Le gaz argon est 1,5 fois plus lourd que l’air et 10,5 fois plus lourd que l’hélium, il nécessite donc un débit de 1,5 fois celui de l’hélium, mais le but du soudage est le même. La densité des gaz de protection importants pour le soudage est indiquée dans le tableau ci-dessus.