Qu'est-ce que le soudage TIG

Le soudage au tungstène au gaz inerte (TIG), également connu sous le nom de soudage à l'arc au tungstène (GTAW), utilise une électrode en tungstène non consommable et un gaz de protection inerte. - Le soudage TIG permet d'assembler des objets sans utiliser de matériau d'apport, ce qui permet d'obtenir des soudures plus nettes et sans éclaboussures.

Dans le procédé de soudage TIG, l'arc est formé entre une électrode pointue en tungstène et la pièce à usiner dans une atmosphère inerte d'argon ou d'hélium. Le petit arc intense fourni par l’électrode pointue est idéal pour un soudage de haute qualité et de précision. Étant donné que l'électrode n'est pas consommée pendant le soudage, la soudeuse TIG n'a pas besoin d'équilibrer l'apport de chaleur de l'arc lorsque le métal est déposé à partir de l'électrode de fusion. Lorsque du métal d’apport est requis, il doit être ajouté séparément au bain de fusion.

Source d'alimentation

Le soudage TIG doit être effectué avec une source d'alimentation à courant constant et tombant, soit en courant continu, soit en courant alternatif. Une source d'alimentation à courant constant est essentielle pour éviter que des courants trop élevés ne soient tirés lorsque l'électrode est court-circuitée sur la surface de la pièce. Cela peut se produire soit délibérément lors de l'amorçage de l'arc, soit par inadvertance pendant le soudage. Si, comme pour le soudage MIG, une source d'énergie à caractéristique plate est utilisée, tout contact avec la surface de la pièce endommagerait la pointe de l'électrode ou fusionnerait l'électrode à la surface de la pièce. En courant continu, étant donné que la chaleur de l'arc est distribuée environ un tiers à la cathode (négative) et deux tiers à l'anode (positive), l'électrode a toujours une polarité négative pour éviter la surchauffe et la fusion. Cependant, la connexion alternative à la source d'alimentation de polarité positive de l'électrode CC présente l'avantage que lorsque la cathode est sur la pièce à usiner, la surface est nettoyée de toute contamination par l'oxyde. Pour cette raison, le courant alternatif est utilisé lors du soudage de matériaux présentant un film d'oxyde superficiel tenace, comme l'aluminium.

Démarrage de l'arc

L'arc de soudage peut être démarré en grattant la surface, formant ainsi un court-circuit. Ce n’est que lorsque le court-circuit est rompu que le courant principal de soudage circule. Cependant, il existe un risque que l'électrode colle à la surface et provoque une inclusion de tungstène dans la soudure. Ce risque peut être minimisé en utilisant la technique du « lift arc » dans laquelle le court-circuit se forme à un niveau de courant très faible. La manière la plus courante de démarrer l’arc TIG est d’utiliser la HF (Haute Fréquence). Les HF sont constituées d'étincelles haute tension de plusieurs milliers de volts qui durent quelques microsecondes. Les étincelles HF provoqueront la rupture ou l'ionisation de l'espace entre l'électrode et la pièce. Une fois qu’un nuage d’électrons/ions est formé, le courant peut provenir de la source d’énergie.

Remarque : Comme le HF génère une émission électromagnétique (EM) anormalement élevée, les soudeurs doivent être conscients que son utilisation peut provoquer des interférences, en particulier dans les équipements électroniques. Étant donné que les émissions EM peuvent être aériennes, comme les ondes radio, ou transmises le long de câbles électriques, il faut veiller à éviter les interférences avec les systèmes de contrôle et les instruments à proximité du soudage.

HF est également important dans la stabilisation de l’arc AC ; en courant alternatif, la polarité des électrodes est inversée à une fréquence d'environ 50 fois par seconde, provoquant l'extinction de l'arc à chaque changement de polarité. Pour garantir que l'arc soit rallumé à chaque inversion de polarité, des étincelles HF sont générées à travers l'espace entre l'électrode et la pièce pour coïncider avec le début de chaque demi-cycle.

Électrodes

Les électrodes pour le soudage DC sont normalement en tungstène pur avec 1 à 4 % de thorium pour améliorer l'amorçage de l'arc. Les additifs alternatifs sont l'oxyde de lanthane et l'oxyde de cérium qui sont censés offrir des performances supérieures (amorçage de l'arc et consommation d'électrode inférieure). Il est important de sélectionner le diamètre d'électrode et l'angle de pointe adaptés au niveau de courant de soudage. En règle générale, plus le courant est faible, plus le diamètre de l'électrode et l'angle de la pointe sont petits. Dans le soudage AC, comme l'électrode fonctionnera à une température beaucoup plus élevée, du tungstène additionné de zircone est utilisé pour réduire l'érosion de l'électrode. Il convient de noter qu'en raison de la grande quantité de chaleur générée au niveau de l'électrode, il est difficile de maintenir une pointe pointue et l'extrémité de l'électrode prend un profil sphérique ou « sphérique ».

Gaz de protection

Le gaz de protection est sélectionné en fonction du matériau à souder. Les directives suivantes peuvent vous aider :

Argon + 2 à 5 % H2 - l'ajout d'hydrogène à l'argon rendra le gaz légèrement, aidant ainsi à la production de soudures d'apparence plus propre sans oxydation de surface. L’arc étant plus chaud et plus resserré, il permet des vitesses de soudage plus élevées. Les inconvénients incluent le risque de fissuration par l’hydrogène dans les aciers au carbone et la porosité du métal fondu dans les alliages d’aluminium.

Hélium et mélanges hélium/argon : l’ajout d’hélium à l’argon augmentera la température de l’arc. Cela favorise des vitesses de soudage plus élevées et une pénétration plus profonde de la soudure. Les inconvénients de l'utilisation de l'hélium ou d'un mélange hélium/argon sont le coût élevé du gaz et la difficulté d'amorçage de l'arc.

Applications

Le soudage TIG est appliqué dans tous les secteurs industriels mais convient particulièrement au soudage de haute qualité. Dans le soudage manuel, l'arc relativement petit est idéal pour les matériaux en feuilles minces ou pour une pénétration contrôlée (à la racine des soudures de tuyaux). Étant donné que le taux de dépôt peut être assez faible (en utilisant une tige d'apport séparée), le MMA ou le MIG peuvent être préférables pour les matériaux plus épais et pour les passes de remplissage dans les soudures de tuyaux à paroi épaisse.

Le soudage TIG est également largement appliqué dans les systèmes mécanisés, soit de manière autogène, soit avec fil d'apport. Cependant, plusieurs systèmes « prêts à l'emploi » sont disponibles pour le soudage orbital de tuyaux, utilisés dans la fabrication d'usines chimiques ou de chaudières. Les systèmes ne nécessitent aucune compétence de manipulation, mais l'opérateur doit être bien formé. Étant donné que le soudeur a moins de contrôle sur le comportement de l'arc et du bain de fusion, une attention particulière doit être portée à la préparation des bords (usinés plutôt que préparés à la main), à l'ajustement des joints et au contrôle des paramètres de soudage.