Comprendre les Flammes de Soudage : Types Neutre, Carburant et Oxydant

Aujourd'hui, nous étudions les types de flammes de soudage utilisées en soudage au gaz. Dans mon article précédent, nous avons vu le soudage au gaz : combustion de gaz carburants produisant des flammes haute température pour créer le joint soudé.

La flamme joue un rôle majeur dans la création du joint et les propriétés du soudage en dépendent fortement. Trois types : flamme neutre, carburante, oxydante. Neutre = mélange synchronisé carburant/oxygène ; carburante = excès carburant ; oxydante = excès oxygène. Différents matériaux nécessitent différentes flammes selon conditions de soudage.

Qu'est-ce qu'une Flamme de Soudage ?

La flamme de soudage chauffe métal ou thermoplastiques, les fusionnant en refroidissant. La plupart des soudages au gaz utilisent le soudage oxycombustible. L'un des plus anciens procédés (1903). Avec soudage oxyacétylénique, besoin carburant liquide/gaz (acétylène) combiné à l'oxygène pour augmenter température.

Le chalumeau a des tuyaux reliés aux bouteilles. J'ouvre les vannes, j'allume le gaz à la sortie, j'ajuste les vannes pour modifier le débit de chaque gaz, donc le ratio.

Chaque flamme a plusieurs zones appelées cônes. Cône interne = partie la plus chaude, où acétylène et oxygène se combinent. Cône externe = plus frais, plus d'oxygène de l'air ambiant. Aussi appelé enveloppe externe ou gaine.

Types de Flammes de Soudage

Trois types : flamme neutre, carburante, oxydante.

• Flamme neutre : mélange synchronisé carburant/oxygène
• Flamme carburante : excès carburant
• Flamme oxydante : excès oxygène

1. Flamme Neutre

Quantités égales d'oxygène et gaz carburant en volume. Brûle complètement le carburant, sans effet chimique sur le métal. Utilisée pour acier doux, inox, fonte, etc. Peu de fumée.

Deux zones : zone interne blanche ~3100 °C ; zone externe bleue ~1275 °C.

2. Flamme Carburante

Excès gaz carburant. Réagit chimiquement avec le métal formant carbure métallique. Ne pas utiliser sur métaux absorbant le carbone. Flamme fumée et silencieuse. Trois régions :

Zone interne blanche ; zone intermédiaire rouge ; cône externe bleu. Température cône interne ~2900 °C. Utilisée pour acier moyennement allié, nickel, etc.

3. Flamme Oxydante

Réduction acétylène depuis flamme neutre ou augmentation oxygène → cône interne tend à disparaître. Plus chaude que neutre, deux zones bien définies.

Zone interne blanc très brillant ~3300 °C. Flamme externe bleue. Utilisée pour alliages cuivre sans oxygène : laiton, bronze, etc.

Quel Gaz pour une Flamme Idéale ?

L'acétylène est le gaz le plus utilisé pour les flammes de soudage au gaz, mais pas le seul. MAPP et hydrogène sont alternatives. L'acétylène a une « triple liaison » unique entre atomes de carbone.

Quand autres gaz atteignent température d'inflammation, la liaison se rompt et ils absorbent de l'énergie. Quand la liaison se rompt dans l'acétylène, elle libère de l'énergie, permettant des températures plus élevées.

Comparé aux autres gaz, l'acétylène a moins de caractéristiques oxydantes. Mais s'enflamme facilement. MAPP créé comme option plus sûre : GPL mélangé propane/acétylène. Transportable en bouteilles plus petites, température d'inflammation plus haute, pressions plus élevées.

Inconvénient MAPP : température plus basse que flammes acétylène. Pas adapté à la plupart des aciers, mais peut convenir à l'aluminium. L'hydrogène soude aussi facilement l'aluminium. Comme MAPP, températures plus basses, pressions plus hautes.

Sauf pour souder aluminium, restez sur l'acétylène. Températures basses et débit de retrait maintiennent MAPP/hydrogène hors fusion métaux durs. Bien que non idéaux pour soudage au gaz, MAPP/hydrogène populaires pour coupage au gaz. Chalumeau haute pression : coupage plus propre.

Températures plus basses font aussi de MAPP/hydrogène des choix courants pour chauffage, cintrage, brasage.

Ratios Courants pour Flammes Oxyacétyléniques

Flamme neutre = mélange égal oxygène/gaz. Carburante = moins d'oxygène. Oxydante = plus d'oxygène. Comment déterminer le ratio ?

Quoi qu'il en soit, commencez par flamme neutre. Carburante et oxydante créées en augmentant débit acétylène ou oxygène après flamme neutre.

Ratios typiques O2/C2H2 :

• Flamme carburante : 0,8 à 1,0
• Flamme neutre : 1,0 (ratio stœchiométrique)
• Flamme oxydante : 1,0 à 2,5

En augmentant débit acétylène, la « plume » distincte s'étend du cône interne. Plume ~2-3 fois longueur cône interne. Empêcher combustion complète abaisse température.

Pour flamme oxydante : augmenter débit oxygène. Excès oxygène = effet oxydant, combustion plus rapide, températures plus hautes.

Comment Créer une Flamme Neutre pour Soudage au Gaz ?

Flamme neutre = point de départ pour autres flammes, première apprise. Ajuster les détendeurs. Bouteilles O2 et C2H2 ont chacune détendeur avec deux manomètres : pression résiduelle et pression de travail.

Vis de réglage sur détendeur ajuste pression travail, augmentant/diminuant débit O2 ou gaz. Avant allumage, s'écarter face aux détendeurs, ouvrir lentement O2 puis C2H2. Tourner vis pour régler pressions.

Pressions réglées : allumer et ajuster chalumeau. Ouvrir vanne acétylène 1/4 tour, allumer. Ouvrir lentement vanne O2 jusqu'à voir trois zones distinctes : cône interne, cône acétylène en plume, enveloppe externe. Continuer lentement jusqu'à disparition de la plume dans cône interne. Flamme neutre obtenue.

Pour carburante : ouvrir lentement vanne acétylène jusqu'à plume 2-3 fois cône interne. Pour oxydante : augmenter débit O2 jusqu'à cône interne ~1/4 taille originale. Bruit sifflement distinct audible.