Choisir le gaz de protection approprié : guide pour le soudage MAG, MIG et TIG
Les gaz de protection jouent un rôle important dans presque tous les procédés de soudage à l'arc. Ils protègent le bain de fusion et l'arc électrique contre l'influence de l'air ambiant, influencent la stabilité de l'arc, la forme de la pénétration, la vitesse de soudage, les propriétés mécaniques et la qualité finale de la soudure. Un gaz de protection mal choisi peut entraîner de la porosité, de mauvaises propriétés mécaniques, de l'oxydation, des projections ou même la formation de fissures. Les gaz de protection ne sont pas des consommables, mais un paramètre essentiel pour tout processus de soudage.
Ce blog détaillé explique comment choisir les gaz de protection, les points à prendre en compte, ce qui est important dans la pratique et ce qu'il ne faut pas utiliser. Il aborde également les gaz de soutènement. La norme internationale ISO 14175:2008 sert de référence.
Un gaz protecteur a plusieurs fonctions :
• Protéger le bain de fusion contre l'oxygène (O₂), l'azote (N₂) et l'hydrogène (H₂) présents dans l'air
• Stabiliser l'arc électrique
• Influencer l'apport de chaleur et la pénétration
• Réduire les projections
• Influencer les propriétés mécaniques de la soudure
• Amélioration de l'aspect du soudage
Le choix du gaz approprié n'est donc pas une question secondaire, mais un élément essentiel du processus de soudage.
La norme ISO 14175:2008 classe les gaz de protection et les mélanges gazeux destinés au soudage à l'arc et aux procédés connexes. Elle garantit une désignation univoque, ce qui permet de toujours identifier clairement le type de gaz concerné, indépendamment du fournisseur ou du nom commercial.
ne réagissent pas avec le bain de fusion. L'argon et l'hélium entrent dans cette catégorie, tout comme leurs mélanges. Ces gaz sont principalement utilisés pour le soudage TIG, MIG et au plasma des métaux non ferreux et des matériaux fortement alliés. Ils se caractérisent par un arc très stable, peu ou pas de projections et aucune influence métallurgique.
sont composés d'argon ou d'hélium et contiennent des quantités contrôlées de composants actifs tels que le dioxyde de carbone ou l'oxygène. Ces mélanges sont principalement utilisés pour le soudage MAG des aciers.
Il est utilisé sous forme de gaz pur pour les applications sur acier robuste, où une pénétration profonde est plus importante qu'un soudage sans projections. Ce gaz de protection se caractérise par une pénétration profonde, un arc instable et de nombreuses projections.
contiennent de l'hydrogène et sont utilisés pour améliorer la fluidité du bain de fusion, notamment pour l'acier inoxydable austénitique et les alliages de nickel. Ce gaz n'est pas adapté au soudage de l'acier en raison du risque de fissures dues à l'hydrogène.
sont principalement utilisés comme gaz de protection lors du soudage des aciers duplex et superduplex afin de préserver la microstructure souhaitée.
ne sont pas utilisés comme gaz de protection lors du soudage à l'arc.
il s'agit de mélanges gazeux contenant des composants qui ne figurent pas dans la liste ou de mélanges dont la composition ne correspond pas à celles indiquées.
La répartition complète des groupes dans le tableau ci-dessous, conformément à la norme ISO 14175:2008.
|
Symbole |
Composants en pourcentage nominal du volume | ||||||
|
Main |
Sub |
Oxidizing |
Inert |
Reducing |
Low reactivity |
||
|
CO2 |
O2 |
Ar |
He |
H2 |
N2 |
||
|
I |
1 |
|
|
100 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
100 |
|
|
|
|
3 |
|
|
balance |
0,5 ≤ He ≤ 95 |
|
|
|
M1 |
1 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
|
balancea |
|
0,5 ≤ H2 ≤ 5 |
|
|
|
2 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
|
balancea |
|
|
|
|
|
3 |
|
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
balancea |
|
|
|
|
|
4 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
balancea |
|
|
|
|
M2 |
0 |
5 < CO2 ≤ 15 |
|
balancea |
|
|
|
|
|
1 |
15 < CO2 ≤ 25 |
|
balancea |
|
|
|
|
|
2 |
|
3 < O2 ≤ 10 |
balancea |
|
|
|
|
|
3 |
0,5 ≤ CO2 ≤ 5 |
3 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
|
|
4 |
5 < CO2 ≤ 15 |
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
|
|
|
|
|
|
5 |
5 < CO2 ≤ 15 |
3 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
|
|
6 |
15 < CO2 ≤ 25 |
0,5 ≤ O2 ≤ 3 |
|
|
|
|
|
|
7 |
15 < CO2 ≤ 25 |
3 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
|
M3 |
1 |
25 < CO2 ≤ 50 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
10 < O2 ≤ 15 |
|
|
|
|
|
|
3 |
25 < CO2 ≤ 50 |
2 < O2 ≤ 10 |
|
|
|
|
|
|
4 |
5 < CO2 ≤ 25 |
10 < O2 ≤ 15 |
|
|
|
|
|
|
5 |
25 < CO2 ≤ 50 |
10 < O2 ≤ 15 |
|
|
|
|
|
C |
1 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
balance |
0,5 < O2 ≤ 30 |
|
|
|
|
|
R |
1 |
|
|
|
|
0,5 ≤ H2 ≤ 15 |
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|
|
2 |
|
|
|
|
15 ≤ H2 ≤ 50 |
|
|
N |
1 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
0,5 ≤ N2 ≤ 5 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
5 ≤ H2 ≤ 50 |
|
|
4 |
|
|
|
|
0,5 ≤ H2 ≤ 10 |
0,5 ≤ N2 ≤ 5 |
|
|
5 |
|
|
|
|
0,5 ≤ H2 ≤ 50 |
Balance |
|
O |
1 |
|
100 |
|
|
|
|
|
Z |
Mélanges gazeux contenant des composants non répertoriés ou mélanges dont la composition ne correspond pas aux plages indiquées.b | ||||||
| a Aux fins de la présente classification, l'argon peut être remplacé partiellement ou totalement par l'hélium. | |||||||
| b Deux mélanges gazeux ayant la même classification Z ne sont pas nécessairement interchangeables.. | |||||||
Gaz les plus couramment utilisés : argon (I1) - mélanges argon/hélium (I3)
Le soudage TIG s'effectue presque toujours avec des gaz inertes. L'argon est le choix standard en raison de la stabilité de l'arc et de la facilité d'allumage. Pour les matériaux plus épais ou les vitesses de soudage plus élevées, on peut ajouter de l'hélium afin d'augmenter l'apport de chaleur.
Gaz les plus couramment utilisés : l'argon (I1) et les mélanges argon/hélium (I3)
Le soudage MIG de l'aluminium, du cuivre et du nickel fait également appel à des gaz inertes. L'argon convient aux matériaux de faible épaisseur, tandis que les mélanges argon/hélium présentent des avantages pour les matériaux plus épais.
Gaz les plus couramment utilisés : mélanges d'argon et de dioxyde de carbone
Le soudage MAG se distingue justement par l'utilisation de mélanges de gaz actifs. Pour l'acier non allié et faiblement allié, on utilise des mélanges d'argon/CO₂ et d'argon/O₂. La quantité de gaz actif doit être choisie avec soin : un excès de gaz actif augmente l'oxydation et les projections, tandis qu'un excès de gaz inerte peut entraîner une instabilité de l'arc. Plus la proportion de gaz actif est élevée, plus le risque d'oxydation est important et plus la ténacité à la rupture est réduite.
Afin d'éviter que l'arrière de la soudure (le bain de fusion) ne s'oxyde au contact de l'oxygène présent dans l'air, il est nécessaire d'utiliser un gaz de protection du côté soudé lors du soudage de certains types d'acier. C'est ce que l'on appelle le gaz de protection. Si la soudure ou le matériau de base s'oxyde malgré tout, la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques de l'assemblage diminuent sensiblement. Outre la protection contre l'oxydation, le gaz de protection permet également d'obtenir une soudure lisse et esthétique.
Gaz de protection couramment utilisés
- Argon (le plus utilisé)
- Mélanges argon/hydrogène
-
Mélanges azote/hydrogène (application limitée)
Les mélanges azote/hydrogène sont largement utilisés car ils sont relativement bon marché. La teneur en hydrogène se situe généralement entre 5 et 20 %. Cependant, dans le cas d'aciers inoxydables sensibles à l'hydrogène, tels que l'acier inoxydable duplex et martensitique, il ne faut pas utiliser de gaz de protection contenant de l'hydrogène. Lorsque la teneur en hydrogène est supérieure à 10 %, le gaz s'échappant doit être brûlé en raison du risque d'explosion.
Pour une bonne protection de la soudure, un temps de rinçage suffisant est nécessaire afin de réduire au maximum la teneur en oxygène. La teneur en oxygène doit être suffisamment faible avant le soudage et rester stable pendant le soudage (<50 ppm, souvent <20 ppm pour l'acier inoxydable) afin d'éviter l'oxydation ou même la combustion des éléments d'alliage. Il faut également toujours prévoir une évacuation contrôlée des gaz afin d'éviter toute surpression et tout emprisonnement de gaz.
L'oxydation du côté de la soudure se reconnaît à des décolorations pouvant aller du brun clair au bleu. Cette décoloration apparaît déjà avec de très faibles quantités d'oxygène.
Lors de l'utilisation d'argon ou d'argon/hydrogène, il faut tenir compte du fait que ces gaz sont plus lourds que l'air. Lors du soudage horizontal de tuyaux, il peut donc arriver que de l'air reste sur le dessus (position 12 heures). Les mélanges azote/hydrogène sont quant à eux plus légers que l'air, ce qui peut entraîner l'effet inverse.
Ci-dessous, la décoloration due au soudage à l'intérieur des tubes en acier inoxydable austénitique selon la norme AWS D18.2.
Pour l'acier non allié et faiblement allié, on utilise généralement des mélanges argon/CO₂ pour le soudage MAG. Les mélanges contenant environ 15 à 18 % de CO₂ offrent un bon équilibre entre pénétration et productivité. Pour des exigences de qualité plus élevées et une meilleure ténacité, on utilise des mélanges à plus faible teneur en CO₂ ou en O₂. Pour le soudage TIG, l'argon est le choix standard, éventuellement complété par de l'argon comme gaz de protection.
| Procédé de soudage | Groupe ISO | Composition typique |
Application / points à prendre en considération |
| MAG | M21 | Ar + 18 - 20% CO₂ |
Construction standard, bonne pénétration |
| MAG | M20 | Ar + 8 - 15% CO₂ |
peu de projections, meilleur aspect de soudure |
| MAG | M12 | Ar + ≤2% CO₂ |
Tôle fine, meilleure qualité de soudure |
| MAG | M13 | Ar + 1 - 3% O₂ | Arc très stable |
| MAG | C1 | 100% CO₂ |
Une pénétration profonde, beaucoup de projections, aspect rugueux |
| TIG | I1 | 100% Ar |
Passe de racine et de soudage des tubes |
| Backing | I1 | 100% Ar |
Protection contre la pénétration lors du soudage TIG/MAG |
Niet aanbevolen: Waterstofhoudende gassen, hoge O₂-gehaltes (>3%) bij eisen aan kerftaaiheid
L'acier inoxydable austénitique nécessite un choix judicieux du gaz. Des pourcentages de gaz faiblement actifs sont autorisés pour le soudage MIG/MAG, tandis que pour le soudage TIG, on utilise souvent de l'argon ou de l'argon avec un faible ajout d'hydrogène pour obtenir une soudure lisse. Les gaz de protection sont ici presque toujours nécessaires.
| Procédé de soudage | Groupe ISO | Composition typique |
Application / points à prendre en considération |
| TIG | I1 | 100% Ar | Soudage TIG standard |
| TIG | R1 | Ar + 2 - 5% H₂ |
Meilleure pénétration et une meilleure fluidité |
| MIG/MAG | M12 | Ar + 1 - 2% CO₂ |
Faible oxydation, bonnes propriétés mécaniques |
| MIG/MAG | M13 | Ar + 1 - 2% O₂ | Arc très stable |
| Backing | I1 | 100% Ar |
La meilleure qualité de couches de racine |
| Backing | N5 | N₂ + 5 - 10% H₂ |
Passe de racine et de soudage des tubes |
Niet aanbevolen: - 100% CO₂ - Hoge actieve gaspercentages
Dans le cas des aciers duplex et superduplex, la microstructure joue un rôle déterminant. Les gaz de protection et de support contenant de l'azote contribuent à maintenir le bon rapport austénite/ferrite. Les mélanges contenant de l'hydrogène ne doivent être utilisés que s'ils ont été explicitement homologués.
| Procédé de soudage | Groupe ISO | Composition typique |
Application / points à prendre en considération |
| TIG | I1 / N2 | 100% Ar |
Équilibre stable entre l'austénite et la ferrite |
| MIG/MAG | M12 + N₂ | Ar of Ar + 1 - 3% N₂ |
Préservation de la microstructure |
| Backing | N1 | Ar + 1 - 2% CO₂ + N₂ |
Favorise la formation d'austénite |
| Backing | N5 | N₂ + max. 5% H₂ |
Uniquement si autorisé dans WPS |
Niet aanbevolen: - Waterstofrijke mengsels zonder procedurekwalificatie
L'aluminium et les alliages d'aluminium sont soudés exclusivement à l'aide de gaz inertes. Les gaz actifs ou l'azote provoquent systématiquement des défauts de soudure et sont donc exclus.
| Procédé de soudage | Groupe ISO | Composition typique |
Application / points à prendre en considération |
| TIG | I1 | 100% Ar | Matériau fin et de moyenne épaisseur |
| TIG | R1 | Ar + He |
Matériaux plus épais, apport thermique plus élevé |
| MIG | I1 / I3 | 100% Ar |
Standard Aluminium MIG |
| MIG | I1 | Ar + 30 - 70% He |
Vitesse de soudage plus élevée, pénétration en profondeur |
Niet aanbevolen: - Actieve gassen (CO₂, O₂) - Stikstof
Le nickel et les alliages de nickel sont généralement soudés à l'argon ou à des mélanges d'argon et d'hélium. De faibles quantités d'hydrogène peuvent améliorer la fluidité, à condition que le matériau de base le permette.
| Procédé de soudage | Groupe ISO | Composition typique |
Application / points à prendre en considération |
| TIG | I1 | 100% Ar | Applications standard |
| TIG | R1 | Ar + 2 - 5% H₂ | Fluidité améliorée |
| MIG | I1 / I3 | Ar of Ar/He | Matériaux plus épais |
| Backing | I1 | 100% Ar | Protection de la couche de fond |
Pour les aciers soumis à des exigences élevées en matière de ténacité à l'entaille, notamment à basse température, il est préférable d'utiliser des mélanges gazeux à faible activité afin d'éviter l'absorption d'oxygène et la formation de structures de soudure fragiles.
| Procédé de soudage | Groupe ISO | Composition typique |
Application / points à prendre en considération |
| MAG | M12 | Ar + ≤2% CO₂ | Faible consommation d'oxygène |
| TIG | M13 | Ar + 1% O₂ | Bonne ténacité |
| MIG | I1 | 100% Ar | Racines |
Niet aanbevolen: M21 en hoger bij strenge kerftaaiheidseisen
Le débit de gaz réglé mérite une attention particulière. Un débit trop faible n'offre pas une protection suffisante, tandis qu'un débit trop élevé provoque des turbulences et peut au contraire aspirer de l'air. Les valeurs indicatives se situent généralement entre 6 et 12 l/min pour le soudage TIG et entre 12 et 20 l/min pour le soudage MIG/MAG, en fonction du diamètre de la buse à gaz, de l'environnement et de la position.
Les facteurs environnementaux tels que les courants d'air et le vent ont une grande influence sur l'efficacité du gaz de protection. Dans de telles situations, il est nécessaire d'utiliser des écrans de protection ou d'adapter la configuration de soudage.
La qualité de l'alimentation en gaz joue également un rôle. Des raccords qui fuient, des tuyaux encrassés ou des détendeurs inadaptés peuvent sérieusement perturber la protection par gaz.
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