Soudage TIG (GTAW) : Principes, Équipements, Applications, Avantages et Inconvénients

Soudage TIG (Tungsten Inert Gas - Gas Tungsten Arc Welding GTAW)

Le soudage TIG est un procédé de soudage à l'arc sous gaz protecteur utilisant une électrode en tungstène non fusible. L'arc, très stable et concentré, fond le métal de base ; le métal d'apport (baguette) est ajouté manuellement ou automatiquement en bordure du bain. Réputé pour sa qualité métallurgique exceptionnelle, sa propreté et son contrôle précis, il est le standard pour les assemblages critiques en aciers inoxydables, aluminium, titane, nickel, cuivre et leurs alliages.

Principe

Un arc électrique est établi entre une électrode tungstène (pôle -, cathode) et la pièce (pôle +, anode) en polarité droite (CC) pour la plupart des métaux (aciers, inox, Cu, Ni, Ti). Pour l'aluminium et ses alliages, le courant alternatif (CA) est utilisé : l'alternance brise la couche d'alumine réfractaire (décapage cathodique) et assure la pénétration (période anode +). Un gaz inerte (Ar, He, Ar/He) protège l'électrode, l'arc et le bain. L'électrode ne fond pas (point de fusion 3 422 °C) ; l'apport métal est découplé de l'énergie arc.

Équipements

Source d'alimentation

CC/CA inverter moderne. Gamme 5-300 A (micro-TIG < 10 A). Tension à vide 70-90 V. Fonctions critiques : amorçage HF (sans contact), courant de base/pic (pulsé), rampe montée/descente, post-gaz (10-30 s), balance CA (temps nettoyage/penetration), fréquence CA (50-250 Hz). Stabilisation arc avancée.

Torche TIG

Corps isolant, porte-électrode (collet + corps porte-collet), buse céramique (diam. 6-16 mm), raccords gaz/eau/électrique. Refroidissement air (< 150 A CC, < 100 A CA) ou eau (> 150 A). Électrodes tungstène : pur (vert, CA Al), 2% Th (rouge, CC acier - radioactif, remplacé), 2% Ce (gris, universel), 2% La (bleu, CC/CA), 1,5% La (or), 0,8% Y (violet). Diamètre 1,0-4,0 mm selon courant.

Gaz de protection

Ar 100% (standard). Ar/He (pénétration, vitesse, Al épais). He 100% (pénétration max, coût élevé). Débit 5-15 l/min. Tuyau gaz + tuyau retour (torche eau). Purge arrière (backing gas) pour racine inox/Ti (Ar, Ar/H₂, Formier).

Métal d'apport

Baguettes (longueur 1 m, diam. 1,0-4,0 mm) nuance adaptée (ex: ER70S-2 acier, ER308L inox, ER4043/5356 Al, ERTi-2 Ti). Apport manuel (soudage main) ou automatique (dévidoir froid push/push-pull).

Déroulement du soudage

1. Préparation : nettoyage rigoureux (brossage inox dédié, acétone, pas de meulage croisé). Jointage précis (jeu 0-1 mm, chanfrein selon épaisseur). Bridage anti-déformation.
2. Amorçage : HF haute fréquence (sans contact) ou "lift arc" (contact levé). Courant démarre bas (démarrage doux).
3. Établissement bain : attente formation bain brillant (miroir), diamètre contrôlé.
4. Apport métal : baguette introduite en bordure avant du bain, fondue par chaleur bain (pas dans l'arc). Technique "pousser" (avant) ou "tirer" (arrière).
5. Avancement : vitesse constante, angle torche 70-80° (pousser), 10-20° (tirer). Longueur arc 1-3 mm.
6. Pulsé (option) : courant pic/base cyclique → contrôle apport chaleur, pénétration, cordon esthétique "écailles".
7. Fin : rampe descendante (crater fill), post-gaz jusqu'à refroidissement électrode/bain (> 10 s).

Applications

• Aéronautique : Structures Ti, Inconel, Al, aciers haute résistance. Tuyauterie hydraulique, carburant. Racines critiques (orbital TIG).
• Nucléaire : Tuyauterie inox (racines TIG, passes de remplissage TIG/MIG), gaines.
• Chimie/Pétrochimie : Échangeurs, cuves, tuyauterie inox, duplex, superalliages (racines TIG).
• Alimentaire/Pharma : Tuyauterie inox 316L, finition sanitaire (électropolissage), orbital TIG.
• Automobile/Moto : Échappements Inconel/Ti, châssis Al, composants course.
• Électronique/Médical : Boîtiers hermétiques, implants, capillaires.
• Artisanat d'art / Sculpture : Inox, Al, Cu, bronzage.

Avantages

• Qualité métallurgique suprême : bain pur (gaz inerte), pas d'inclusions, pas de projections, cordon esthétique, contrôle total apport chaleur/métal.
• Soudage tous métaux conducteurs : aciers, inox, Al, Ti, Cu, Ni, Mg, dissemblables.
• Épaisseurs minces (0,3-4 mm) : contrôle chaleur inégalé (micro-TIG, pulsé).
• Racines parfaites (simple face, purge arrière) : étanchéité, radiographie 100%.
• Pas de laitier, pas de projections → pas de nettoyage inter-passes.
• Automatisable : orbital (tubes), robot (pièces répétitives), dévidoir froid.
• CC et CA sur même poste (inverter moderne).
• Faible coût consommables (électrode tungstène, baguettes, gaz Ar).

Inconvénients

• Vitesse dépôt faible : 0,5-2 kg/h (vs 3-8 kg/h MIG/MAG) → lent sur fortes épaisseurs.
• Apport chaleur par unité longueur élevé (vs MIG pulsé, laser) → déformation tôles minces.
• Extrêmement sensible à la propreté (huile, oxydes, humidité) → pores, manque fusion.
• Sensible aux courants d'air (gaz Ar plus lourd que l'air mais protection étroite).
• Exige main-d'œuvre hautement qualifiée (coordination main torche / main baguette, regard bain).
• Coût horaire main-d'œuvre élevé.
• Épaisseur limitée monopasse (~4-5 mm) → multipasse long/coûteux au-delà.
• Accessibilité réduite : torche encombrante, angle visibilité bain.

Le TIG reste la référence "qualité" pour les soudures critiques racine, les matériaux nobles (Ti, Inconel, Al), les petites séries et l'artisanat de précision. Son coût horaire élevé le réserve aux applications où l'intégrité du joint justifie l'investissement temps/compétence.