Gaz de soudage :101 raisons pour lesquelles nous les utilisons et leurs types

Que sont les gaz de soudage ?

Le gaz de soudage est utilisé de différentes manières. Celles-ci incluent la protection de l'arc contre les impuretés telles que l'air, la poussière et d'autres gaz; garder les soudures propres sur la face inférieure du joint à l'opposé de l'arc (ou purger); et chauffer le métal. Les gaz de couverture sont également utilisés pour protéger le métal après le processus de soudage.

Les gaz utilisés dans les procédés de soudage et de coupage comprennent :

• Gaz de protection tels que le dioxyde de carbone, l'argon, l'hélium, etc.
• Gaz combustibles tels que l'acétylène, le propane, le butane, etc.
• Oxygène, utilisé avec les gaz combustibles et également en petites quantités dans certains mélanges de gaz de protection

Alors que les soudeurs à la baguette traditionnels connaissaient très peu les gaz lors de leur soudage, l'essor des machines de soudage MIG et TIG au cours des 70 à 80 dernières années a entraîné le besoin de gaz de soudage comme produit courant dans la plupart des ateliers.

Alors que nous sautons dans les principaux gaz et mélanges utilisés dans le monde du soudage, il est fascinant d'apprendre à quel point nous avons progressé en peu de temps depuis leur première mise en œuvre. La progression est énorme, et ce qui nous attend pour de nouveaux gaz, ou de nouvelles façons d'utiliser ces gaz, est passionnant.

Dans cet article, nous allons explorer les différents types de gaz de soudage et leurs utilisations.

Quel est le but du gaz dans le soudage ?

Il existe une gamme d'utilisations différentes pour le gaz dans le soudage. Cela peut inclure :maintenir l'arc exempt d'impuretés (telles que la poussière, d'autres gaz, la saleté, etc.),

Également utilisé pour aider à la stabilité de l'arc et assurer un bon transfert de métal pour de nombreux procédés de soudage. Assurez-vous que le bain de soudure reste propre sous le joint (c'est ce qu'on appelle la purge), pour la couverture et le chauffage également.

Si vous n'utilisez pas correctement le gaz lors du soudage, vous pouvez vous retrouver avec une soudure faible ou poreuse ou constater qu'il y a trop d'éclaboussures pendant le soudage. Les éclaboussures n'abîment pas la soudure, mais elles réduisent la productivité car elles nécessitent des efforts pour la nettoyer.

1. Gaz inertes et réactifs

Il existe deux types de gaz applicables au soudage :

Gaz inertes. Un gaz inerte est un gaz qui ne change pas dans un ensemble donné de conditions. Les gaz inertes sont souvent utilisés dans les applications de soudage, d'étanchéité ou de marquage afin d'éviter les réactions chimiques indésirables susceptibles de dégrader une pièce. Ces réactions indésirables comprennent l'oxydation et l'hydrolyse qui sont des réactions avec l'oxygène et l'humidité de l'air.

L'azote et l'argon purifiés sont les plus couramment utilisés comme gaz inertes en raison de leur forte abondance naturelle (78 % de N2, 1 % d'Ar dans l'air) et de leur coût relativement faible.

Gaz réactifs. Aussi connus sous le nom de gaz inertes, ce sont des gaz qui ne subissent pas de réactions chimiques dans des conditions spécifiques telles que l'oxydation. Ceux-ci incluent l'argon, le dioxyde de carbone, l'hélium et l'azote.

Les gaz de protection réducteurs dans la technique de soudage sont toujours des gaz mélangés constitués d'argon ou d'azote avec de l'hydrogène. L'argon avec de l'hydrogène est utilisé, par exemple, dans le soudage TIG de l'acier inoxydable. L'azote et l'hydrogène sont appliqués comme gaz de soutien. Attention :si la proportion d'hydrogène est supérieure à 10 %, il doit être brûlé à la torche en raison des risques d'incendie et d'explosion.

2. Gaz de protection

Lorsque l'air pénètre dans l'arc pendant que vous soudez, des bulles d'air se forment dans le métal en fusion, créant une soudure faible et très laide. Vous ne pouvez pas souder MIG ou TIG sans gaz de protection à moins que le matériau de remplissage utilisé soit à noyau de flux ou enrobé de flux. Cela sert le même objectif qu'un gaz de protection, en gardant les impuretés à l'extérieur, mais d'une manière différente.

La plupart des gaz de protection sont inertes, ce qui les rend idéaux pour protéger un processus de soudage car ils restent stables dans les conditions extrêmes du soudage. Ils nourrissent également la soudure de différentes manières, selon le gaz utilisé, y compris plus de pénétration, plus de fluidité lors de la fusion et une surface plus lisse sur le cordon.

3. Gaz de purge

Les gaz de purge sont utilisés pour couvrir la face inférieure du matériau que vous soudez de la même manière qu'un gaz de protection, sauf que cela se fait séparément du processus naturel de la soudure.

Pendant que vous soudez le haut d'un joint, le bas du joint est scellé et est purgé par un flux de gaz. Il est fréquemment utilisé avec des articles en acier inoxydable, et il peut s'agir du même type de gaz ou d'un gaz différent de celui utilisé sur le dessus du joint.

4. Chauffage gaz

Certains soudages, comme le soudage au gaz et le brasage, nécessitent du gaz pour chauffer le métal ou les baguettes d'apport pour réaliser le soudage. Cela remplace le besoin d'un arc.

Certains types de soudage nécessitent que le métal soit préchauffé avant le soudage, pour lequel ce gaz est utilisé. Le gaz est simplement un combustible mélangé à de l'air ou à de l'oxygène, qui est allumé par une flamme pour réchauffer ou faire fondre le métal.

5. Gaz inerte

L'inertage est un processus dans lequel les réservoirs et les espaces confinés sont remplis de gaz une fois qu'ils sont terminés pour empêcher l'air et d'autres contaminants d'endommager ou de tacher le produit fini.

Parfois, il est utilisé pour remplir entièrement les projets terminés. D'autres fois, le gaz est ajouté au réservoir rempli d'air, créant un mélange pour garder le réservoir pur contre d'autres gaz ou réactions.

Les différents types de gaz utilisés pour le soudage

Les deux premiers gaz de protection, l'argon et l'hélium, sont inertes, tandis que les quatre autres (hydrogène, oxygène, dioxyde de carbone et azote) sont semi-inertes.

Assurez-vous d'évaluer les objectifs de votre projet afin de sélectionner le bon gaz pour la soudure en cours. Les éléments à garder à l'esprit lors de la sélection sont le coût, la préparation, le matériau de base que vous souderez, les propriétés de la soudure finie et ce qui doit être fait pendant le nettoyage après soudage.

Les quatre gaz de protection les plus couramment utilisés dans le soudage MIG sont l'argon, l'hélium, le dioxyde de carbone et l'oxygène. Chacun offre des avantages et des inconvénients uniques dans une application donnée.

Argon (Ar)

L'argon permet une pénétration plus étroite, ce qui est pratique pour les soudures bout à bout et d'angle. Il possède également un arc lisse et relativement fluide. Si vous allez souder des métaux non ferreux, comme le titane, l'aluminium ou le magnésium, vous devrez utiliser de l'argon pur.

L'argon est aussi souvent mélangé avec de l'hydrogène, de l'hélium ou de l'oxygène. Cela permet d'intensifier les caractéristiques de l'arc et de faciliter le transfert de métal.

Si la qualité et l'esthétique de la soudure sont importantes, les gaz mixtes sont bons à utiliser. Vous avez plusieurs options qui varient entre 75-95% d'argon et 5-25% de CO2. Ils produisent une meilleure stabilité de l'arc et réduisent les projections par rapport à 100 % de CO2.

Des gaz mixtes peuvent également être utilisés dans le processus de transfert par pulvérisation qui, à son tour, fournit des soudures plus attrayantes visuellement ainsi qu'une productivité accrue. Les mélanges argon/CO2 conviennent au soudage des métaux faiblement alliés, de certains aciers inoxydables et des métaux au carbone. Sachez toutefois que des niveaux de CO2 plus élevés peuvent entraîner une augmentation des éclaboussures.

Hélium (He)

Généralement utilisé sur les métaux non ferreux, l'hélium peut également être utilisé sur l'acier inoxydable. Il fonctionne bien avec les métaux épais en raison de ses capacités de pénétration larges et profondes. Il est généralement utilisé dans des rapports de 25 à 75 % d'hélium pour 75 à 25 % d'argon.

En ajustant ces ratios, vous pouvez modifier la pénétration et le profil du cordon. Lorsqu'il est utilisé sur des aciers inoxydables, l'hélium est généralement utilisé dans une combinaison de gaz tri-mélange avec du CO2 et de l'argon. L'hélium est également utilisé pour empêcher l'oxydation lors du soudage de métaux tels que l'acier inoxydable, l'aluminium, le magnésium et les alliages de cuivre.

L'hélium crée un arc plus chaud, ce qui permet des vitesses de déplacement plus rapides et, par conséquent, une productivité accrue. Cela étant dit, l'hélium est plus cher et nécessite un débit plus élevé que l'argon. Il est important de garder à l'esprit la valeur du coût du gaz par rapport aux taux de productivité lorsque vous envisagez d'utiliser de l'hélium.

Dioxyde de carbone (CO2)

Le CO2 est, de loin, le plus courant et est l'un des seuls gaz qui peut être utilisé sous sa forme pure sans nécessiter l'ajout de gaz inerte, comme l'argon ou l'hélium. Pour cette raison, le CO2 est l'option la plus rentable et un bon choix si les coûts du projet sont une priorité.

Le CO2 pur, également connu sous le nom de 100 % CO2, fournit une pénétration profonde de la soudure, ce qui le rend pratique lorsqu'il est nécessaire de souder des matériaux épais. Cela étant dit, le CO2 pur est limité au seul processus de soudage en court-circuit et produit un arc moins que stable ainsi que plus de projections que lorsqu'il est combiné avec d'autres gaz (également appelés "gaz mixtes").

Le CO2 pur est bon pour les projets où l'esthétique de la soudure n'est pas importante ou la soudure ne peut pas être vue, comme sur le dessous d'une voiture. Le nettoyage après soudure est également un peu plus complexe.

Oxygène (O2)

Un gaz réactif, l'oxygène est généralement utilisé en petites quantités lorsqu'il est ajouté aux gaz de protection, généralement entre 1 et 9 %. Cela améliore la fluidité du bain de soudure, ainsi que la stabilité et la pénétration de l'arc dans l'acier inoxydable, le carbone doux et les métaux faiblement alliés.

Il n'est pas recommandé d'utiliser de l'oxygène avec de l'aluminium, du cuivre, du magnésium ou d'autres métaux exotiques car cela peut provoquer une oxydation.

Les mélanges oxygène/argon sont généralement utilisés sur l'acier inoxydable et les métaux au carbone ordinaire. Il produit un arc stable avec des projections limitées. Cependant, des niveaux d'oxygène plus élevés peuvent rendre le soudage hors position difficile car cela augmente la fluidité de la flaque d'eau.

Azote (N)

Autre gaz de protection peu coûteux, l'azote augmente la pénétration de la soudure et la stabilité de l'arc lorsqu'il est mélangé à d'autres gaz. Ces mélanges peuvent également améliorer les propriétés chimiques des alliages contenant de l'azote.

L'azote est utilisé comme gaz de purge pour le soudage des tubes en acier inoxydable. Ajouté à l'argon en petite quantité, il peut également être utilisé comme gaz de protection pour l'acier inoxydable.

Hydrogène (H)

Lorsqu'il est ajouté à l'argon, l'hydrogène permet une pénétration plus profonde et des vitesses de soudage plus rapides. Le mélange d'hydrogène, d'argon et de dioxyde de carbone peut améliorer la pénétration de la soudure. Cependant, s'il est mal utilisé, l'hydrogène peut provoquer une porosité.

L'hydrogène sert de gaz de protection dans les applications à haute température, telles que l'acier inoxydable. Il est souvent mélangé à de l'argon pour une utilisation sur de l'acier inoxydable austénitique.

Les différents types de gaz mélangés utilisés dans le soudage

Argon &CO2

Le mélange de gaz le plus courant pour le blindage en soudage est un mélange CO2 Argon. Il peut fonctionner de 95 % à 80 % d'argon et de 5 % à 20 % de CO2. Dans la plupart des applications, cela créera une soudure agréablement lisse et réduira au minimum la quantité de projections.

Plus l'acier que vous cherchez à souder est épais, plus vous avez besoin de dioxyde de carbone dans le mélange et plus il est fin, plus vous avez besoin d'argon.

Les soudeurs utilisent ces mélanges gazeux dans :

• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur acier au carbone
• Soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW) sur acier au carbone
• Soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW) sur acier inoxydable

Argon, CO2 et oxygène

Si vous recherchez un peu plus de fluidité dans le bain de soudure, vous recherchez probablement un mélange d'argon, de gaz CO2 et d'oxygène. Vous obtenez des propriétés assez similaires au mélange d'argon et de dioxyde de carbone en ce qui concerne la soudure finie.

Cependant, en plus de la fluidité améliorée, cela peut également améliorer la vitesse de déplacement du processus de soudage et rendre un soudeur beaucoup plus productif. Nous l'utilisons dans les processus suivants :

• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur acier au carbone
• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur acier inoxydable dans certains cas

Argon, Hélium, CO2

Il existe une large gamme de mélanges différents disponibles lorsque le gaz de soudage choisi est un mélange d'argon, d'hélium et de dioxyde de carbone. En fonction de ce qu'il sera utilisé pour le mélange sera soit dominé par l'hélium ou l'argon.

Les gaz utilisés rendent ce mélange adapté au soudage de tout, de l'acier au carbone à l'acier inoxydable, et il peut même être utilisé comme gaz de soudage pour l'aluminium. (un bon mélange pour souder l'inox avec les machines MIG)

Argon/Hélium/CO2 est le meilleur pour les processus suivants :

• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur acier inoxydable
• Soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW) sur acier au carbone
• Soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW) sur acier inoxydable

Hélium &Argon

Si vous recherchez du gaz pour souder l'aluminium, vous opterez probablement pour l'hélium et l'argon mélangés. En plus de l'aluminium, il convient également au soudage des alliages.

Pourquoi? Eh bien parce que le mélange offre un niveau de pénétration plus profond et offre également une finition large sur la soudure elle-même.

Nous utilisons ce mélange le plus souvent dans :

• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur aluminium
• Soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW) sur acier inoxydable ou aluminium

Argon &Oxygène (o2)

Ce mélange de gaz n'est pas adapté à l'acier inoxydable et si vous soudez de l'acier avec, ce sera normalement de l'acier de faible épaisseur. Son but est d'aider à la fusion matérielle de l'acier.

Vous ne trouverez normalement pas beaucoup d'oxygène dans ce mélange de gaz argon car sinon, il brûlerait trop chaud et le soudage au gaz argon est pour des choses plus fines et des matériaux plus fins.

Utilisez des mélanges argon/O2 pour les procédés de soudage et les métaux suivants :

• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur aciers inoxydables
• Soudage à l'arc sous gaz métallisé (GMAW) sur acier au carbone

Argon &Hydrogène

Si vous soudez TIG avec du gaz, un mélange d'hydrogène et d'argon est idéal lorsque vous avez besoin d'une soudure propre. L'hydrogène empêche l'oxygène de l'air de pénétrer dans la soudure et de provoquer une oxydation.

Le déchet de cette réaction est de l'eau qui s'évapore rapidement sous la chaleur du soudage. Il aide à maintenir un arc étroit et précis tout en augmentant la transmission de chaleur.

• Soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW) sur acier austénitique

Azote et Hydrogène

Ce mélange a une utilisation assez spécialisée et c'est un gaz de protection pour la préparation des aciers inoxydables austénitiques (c'est-à-dire riches en chrome et en nickel à faible teneur en carbone).

Il permet un niveau de pénétration plus élevé tout en accélérant le processus de soudage. Il contribue également à améliorer les propriétés mécaniques du produit final en acier inoxydable.

Gaz dans le soudage oxycombustible

Les trois gaz ci-dessous l'acétylène, le propane et le propylène sont utilisés dans le soudage oxy-combustible et sont extrêmement inflammables.

1. Acétylène

L'acétylène est très inflammable et hautement combustible dans l'air. Il est très facile à fabriquer et assez bon marché à utiliser.

Il est combiné avec de l'oxygène et utilisé comme source de combustible dans certains types de soudage. Il produit une flamme très chaude capable de couper ou de souder la majorité des métaux.

2. Propane

Le propane est également très inflammable et hautement combustible dans l'air. Il est mieux connu sous le nom de GPL (gaz de pétrole liquéfié) et est utilisé comme source de carburant dans de nombreux contextes.

Il brûlera la peau s'il entre en contact avec elle. Étonnamment, cependant, il ne peut pas être utilisé dans le soudage au gaz car, contrairement à l'acétylène, lorsque vous le brûlez dans de l'oxygène, il ne crée pas de zone réductrice (qui nettoierait la surface de l'acier pendant que vous soudez).

Il est principalement utilisé pour le brasage une fois le soudage terminé.

3. Propylène

Le propylène n'est pas réellement un gaz pur, c'est un mélange avec de l'oxygène. Il brûlera à une chaleur beaucoup plus élevée que le propane et l'oxygène et il est parfaitement adapté au soudage par fusion non structurel, au brasage, au chauffage, etc.

Cependant, il est généralement fourni dans de petites boîtes jetables qui ne sont pas vraiment assez grandes pour permettre le chauffage pendant le soudage de gros articles.

4. Air comprimé

Comme on peut s'y attendre, l'air comprimé est le moins cher des gaz utilisés dans le soudage, car c'est de l'air. (Bien qu'il soit souvent purifié un peu). Lorsque vous mélangez de l'air comprimé avec un autre combustible, il peut produire une flamme forte à une température inférieure à celle d'une flamme oxygénée. Pour les soudeurs, cela signifie qu'ils peuvent mieux contrôler l'épaisseur du revêtement de carbone qu'ils appliquent à la soudure.

Sécurité du soudage au gaz

Stockage et manutention

• Gardez les bouteilles à l'abri des dommages physiques, de la chaleur et de la falsification.
• Enchaînez solidement l'équipement pour éviter qu'il ne tombe.
• Stocker à l'écart des matériaux inflammables et combustibles.
• Stockez les bouteilles de gaz et d'oxygène supplémentaires séparément.
• Stocker en position verticale.
• Fermez les robinets des bouteilles avant de vous déplacer.
• Les capuchons de protection ou les régulateurs doivent être maintenus en place.
• Faites rouler les cylindres sur les bords inférieurs pour les déplacer. Ne faites pas glisser.
• Autoriser très peu de mouvement lors du transport.

Conseils généraux de sécurité pour le soudage au gaz

• Inspectez l'équipement à la recherche de fuites au niveau de toutes les connexions à l'aide d'une solution de test d'étanchéité approuvée.
• Inspectez les flexibles à la recherche de fuites et d'endroits usés.
• Remplacez les tuyaux défectueux.
• Protégez les tuyaux et les cylindres des étincelles, des flammes et du métal chaud.
• Utilisez un briquet à pierre pour allumer la flamme.
• Tenez-vous sur le côté (loin des régulateurs) lors de l'ouverture des robinets des bouteilles.
• Ouvrez les robinets des bouteilles très lentement pour éviter que les hautes pressions soudaines n'explosent les régulateurs.
• N'ouvrez le robinet de la bouteille d'acétylène que de ¼ à ¾ de tour ; laissez la clé en place afin que le cylindre puisse être fermé rapidement en cas d'urgence.
• Ouvrir et allumer d'abord l'acétylène, puis ouvrir et ajuster l'oxygène à une flamme neutre.
• Suivez les recommandations du fabricant pour éteindre la torche. Si les directives ne sont pas facilement disponibles, la pratique généralement acceptée consiste à fermer d'abord la vanne d'oxygène.
• Lorsque vous avez terminé, fermez les vannes des bouteilles, purgez les conduites pour éliminer la pression des régulateurs, enroulez soigneusement les flexibles et remplacez l'équipement.
• Avoir un extincteur facilement accessible sur le site de soudage.