Soudage de métaux : les principaux procédés

La soudure à l'arc est par définition un procédé d'élévation de température au point de fusion obtenu grâce à l'utilisation d'un arc électrique. C'est l'échauffement créé par la résistivité des métaux en contact avec l'électricité qui élève la température au point de soudure jusqu'à obtenir la fusion du métal.

Beaucoup de procédés de soudage utilisent l'arc électrique comme source d'énergie de fusion car la chaleur de l'arc peut être facilement concentrée et maîtrisée. Le soudage à l’arc électrique se décline donc en différentes méthodes : soudure MIG-MIG, soudure TIG, soudure plasma…

Le matériel de soudure à l’arc se compose de plusieurs éléments :

-              Le poste à souder (générateur électrique).Existent aussi des postes à souder électriques portatifs.

-              L’électrode soudure : Le vecteur de transport de l’énergie électrique. Elle peut être soit fusible (c’est-à-dire que l’électrode fond et devient donc un métal d’apport) soit non fusible (c’est-à-dire que l’électrode ne fond pas).

-              Le fil à souder : Le fil à souder est le métal d’apport qui permet la liaison entre les deux pièces à souder; il sert également de  conducteur pour le courant électrique.

-              La baguette à souder : La baguette à souder sert (comme le fil à souder ou l’électrode fusible) de métal d’apport. Elle permet la liaison entre deux éléments métalliques à assembler.

Le métal d’apport dans le processus de soudage n’est pas systématiquement nécessaire. La soudure de pièces métalliques minces peut se passer d’élément d’apport. Les procédés du soudage à l’arc se déclinent en différentes techniques : comme le soudage MIG-MAG, ou le soudage plasma.

Qu'il s'agisse de souder de l'aluminium, cuivre, acier, inox, zinc, or, fonte, chaque métal nécessite un mode de soudure selon sa structure et selon l'épaisseur des pièces à souder.

Idem pour la soudure plastique, ou la soudure PVC. 

La soudure TIG est un procédé de soudage à l'arc avec une électrode non fusible, en présence (ou pas) d'un métal d'apport. TIG est un acronyme de Tungsten Inert Gas. Tungstène désigne l'électrode et le gaz inerte, le type de gaz plasmagène utilisé. L'arc se crée entre l'électrode et la pièce à souder sous protection gazeuse.

Évolution du soudage semi-automatique, la soudure TIG remplace le fil fusible par une électrode non fusible en conservant l'avantage de la protection de la zone de soudage sous un gaz de protection.

Puisque l'électrode est non fusible, la soudure TIG nécessite l'apport de métal.

Souder au TIG nécessite la mise en action une électrode de soudage non fusible en tungstène incorporée dans la torche.

Le gaz est stocké dans une bouteille raccordée à la torche. Le débit et la pression sont contrôlés grâce à une électrovanne.

Le poste à souder électrique TIG est un générateur relié par un câble à la pièce à souder et par un fil à la torche de soudage. Une unité de contrôle semi-automatique ou automatique permet de faire varier l'intensité du courant de soudage en fonction de l'arc désiré et de la taille de la baguette de métal d'apport.

La torche à souder TIG est équipée d'une buse en céramique permettant de diriger le flux de gaz sur la zone de soudage.

Le soudage MIG – MAG est un procédé de soudage semi-automatique. La fusion des métaux est obtenue par l’énergie générée par un arc électrique qui éclate entre un fil électrode fusible et les pièces à assembler. Les acronymes MIG et MAG signifient respectivement Metal inert gas et Metal active gas. La différence entre les deux tient à la composition du gaz.

Le procédé MIG utilise un gaz neutre qui ne réagit pas avec le métal fondu, contrairement au procédé MAG. Le MIG-MAG est utilisé systématiquement lorsqu'on recherche du rendement (soudage en continu) ou de fortes épaisseurs de cordons comme pour les charpentes métalliques.

Le matériel requis est composé généralement d’un poste à souder MIG-MAG avec un dévidoir continu de  fil de soudage. Le gaz est conditionné dans des bouteilles reliées à la torche à souder. 

Largement utilisé en construction mécanique, l’arc plasma est un procédé de soudage très performant. Le plasma est un gaz ionisé. Le procédé du soudage au plasma nécessite l’utilisation d’un arc électrique qui assure le soudage du métal, mais l’énergie générée est ici est bien plus grande. Cette énergie permet de fondre localement la pièce à assembler et le fil d’apport métallique pour constituer le bain de fusion, puis après refroidissement, le cordon de soudure.

Les avantages du soudage plasma résident dans la qualité et la précision des soudures, peu visibles. Ce procédé permet également de souder des pièces de très fine épaisseur (0.05 mm dans le cas du micro-plasma). Le matériel nécessaire pour le soudage plasma est composé de divers éléments : une électrode de soudage non fusible incorporée dans la torche. Un fil de soudage fusible, et bien sûr le gaz conditionné en bouteilles raccordées à la torche. 

L'énergie est générée par un faisceau laser qui augmente très fortement et très rapidement la température des matériaux à souder. Le soudage laser permet une grande précision et une grande rapidité. De plus, la soudure réalisée par le biais de ce procédé n’est quasi pas visible.  

C’est pourquoi ce procédé est préconisé pour une application nécessitant une précision extrême aussi bien dans les domaines industriels, automobile par exemple, médical voire pour l’orfèvrerie. Le soudage laser se fait par le biais d’une machine de soudage laser.

Ce procédé n’implique pas plusieurs éléments distincts, comme c’est le cas pour les différentes techniques de soudage à l’arc électrique. 

Il s’agit d’un procédé de soudage particulier qui implique la rotation en continu à 360° d’un arc autour d’une pièce de forme cylindrique. Les formes cylindriques telles que les tubes rendent difficile le soudage manuel mais pas impossible. Le soudage orbital mécanisé permet la maîtrise de l’opération avec des paramètres de soudage programmés.

La plupart des métaux peuvent être soudés par le biais de ce procédé : les aciers les plus durs, les plus résistants à la chaleur et à la corrosion, les aciers au carbone non alliés et peu alliés, les alliages au nickel, ainsi que le titane, le cuivre, l’aluminium et leurs alliages. 

Il existe en France 200 000 salariés dont l’activité principale est le soudage. Ils utilisent des équipements de protection spécialisés, pour se protéger des risques liés à cette activité. Les principaux risques liés à cette activité sont chimiques (fumées de soudage) ; thermiques (chaleur dégagée par les procédés de soudage), oculaires (rayonnement émis), ou encore électriques.  

L’équipement de protection individuelle du soudeur comporte :

 - un casque de soudeur ou casque à souder avec écran en matériau adapté (pour la soudure électrique) ou lunettes avec verre adéquat (pour la soudure au chalumeau). Eventuellement cagoule à souder. 
- gants en cuir avec manchettes
- chaussures de sécurité et guêtres
- vêtements de travail (ensemble pantalon, veste, cagoule) en coton ignifugé ou textile technique ininflammable, tablier en cuir
- Protection antibruit en fonction du niveau de bruit.

Les équipements individuels de protection sont complémentaires des dispositifs de protection collectives que l’on trouve dans les ateliers ou sur les chantiers. Quand cela est possible : Il faut mettre en place des précautions spécifiques telle : l’aspiration des fumées de soudage à la source.

Ou encore la protection anti-UV du personnel par le biais d’écrans de soudage opaques de longueur suffisante pour la séparation des postes de travail.