La protection est un procédé qui consiste à remplacer une atmosphère réactive (oxydante, inflammable, explosive) ou simplement l'air ambiant par un gaz inerte, également appelé gaz de protection.
Le gaz inerte le plus souvent utilisé en soudage est l'argon, mais d'autres gaz comme l'azote ou le CO2 sont également employés. Les gaz de protection sont destinés à éliminer l'oxygène ambiant autour d'une zone de soudage, principalement pour éviter toute corrosion sur la surface chauffée à haute température.
D'où vient le terme gaz de protection ?
Un gaz de protection ne contient aucune matière active susceptible d'influencer le résultat final d'une soudure. Cependant, il faut être très attentif à la définition correcte du terme gaz de protection car certains soudeurs ajoutent de très petites quantités de gaz actifs. Ces gaz actifs ont un effet direct sur la soudure.
Il existe deux types de gaz actifs : les gaz oxydants et les gaz réducteurs.
- Les gaz oxydants sont utilisés en soudage MAG manuel et automatique (Metal Active Gas welding) ainsi qu'en soudage robotisé.
- Les gaz réducteurs, tels que l'hydrogène, qui présente une forte avidité pour l'oxygène et améliore ainsi l'aspect du cordon de soudure tout en limitant au minimum la décoloration de la surface, sont utilisés en soudage TIG (Tungsten Inert Gas welding). L'hydrogène est également utilisé pour dynamiser la soudure et ainsi permettre une pénétration plus profonde.
Dès qu'un mélange gazeux contient plus de 1 % de gaz actif, il n'est plus considéré comme un gaz inerte mais comme un gaz actif.
Dans toutes les applications, le gaz inerte sort d'une buse de soudage qui distribue le gaz pour expulser l'air ambiant, lequel est généralement composé de 21 % d'oxygène, 78 % d'azote et 1 % d'autres gaz (vapeur d'eau, méthane, ozone, dioxyde de carbone, etc.). Ces différents gaz auront un impact négatif sur la zone chauffée pendant le soudage – en particulier l'oxygène, qui endommagera le résultat de la soudure.
Quelles sont les applications les plus courantes ?
Pour le soudage orbital de tubes, on choisirait une tête de soudage fermée, une machine de préfabrication ou une tête ouverte.
Une tête fermée – plus précisément sa chambre close dans laquelle le tube est soudé – sera remplie de gaz de protection.
Lors de l'utilisation d'une machine de préfabrication ou d'une tête ouverte, le gaz est pulvérisé à un débit très élevé, tel un jet d'eau, afin d'assurer la présence d'une atmosphère inerte à la sortie de la buse.
D'autres applications sont les soudures linéaires – qui sont très courantes – ainsi que des soudures plus exotiques nécessitant l'utilisation d'un gaz de protection.
Pourquoi la protection est-elle essentielle pour le soudage ?
Les métaux réagissent généralement dès que l'oxygène est présent, surtout lors du soudage de l'acier chauffé à haute température. C'est particulièrement le cas pour les aciers inoxydables. Les aciers inoxydables possèdent une fine couche de chrome pour les protéger de la corrosion. Cependant, dès le début de la soudure, cette couche est altérée et l'oxydation se produit presque instantanément. Lorsque les pièces soudées se corrodent, on parle de porosité de la racine. De petits trous se forment à l'intérieur de la soudure et la partie brûlée ne peut plus être qualifiée d'acier inoxydable car la couche de chrome a été détruite. Ce cas s'applique également à d'autres métaux nobles tels que le titane et d'autres alliages résistants à la corrosion.
Protection et acier : Une application peu courante
Certains soudeurs utilisent des gaz de protection même pour les aciers « conventionnels ». Lors du soudage, ces aciers s'oxydent facilement en surface et forment une couche appelée calamine, qui – contrairement à la porosité de la racine – ressemble à une décoloration. Si l'application exige une durabilité mécanique pour des pièces mobiles susceptibles d'être soumises à des effets de fatigue, cela peut poser des problèmes en raison de défauts de forme, de géométrie ou de pureté. Ces impacts sont souvent de taille microscopique et invisibles à l'œil nu – malgré le dimensionnement important des composants de l'équipement. Grâce à la protection, la soudure aura le même aspect lisse et brillant avec le même degré de pureté qu'une soudure en acier inoxydable et le risque de fissuration au fil du temps est repoussé.
