Comprendre les flammes de soudage : Neutre, Carburante et Oxydante

Aujourd'hui, nous apprenons les types de flammes de soudage utilisés en soudage au gaz. Dans mon article précédent, nous avons discuté du soudage au gaz. Dans ce procédé, des gaz combustibles sont brûlés pour produire des flammes à haute température utilisées pour créer un joint de soudure.

La flamme joue un rôle principal dans la création du joint et les propriétés du soudage en dépendent fortement. Il existe trois types de flammes : flamme neutre, flamme carburante et flamme oxydante. La flamme neutre a un mélange synchronisé de combustible et d'oxygène, la flamme carburante a plus de combustible, et la flamme oxydante a plus d'oxygène. Différents matériaux nécessitent différentes flammes selon les conditions de soudage.

Qu'est-ce qu'une flamme de soudage ?

La flamme de soudage chauffe le métal ou les thermoplastiques, les fusionnant lors du refroidissement. La plupart des procédés de soudage au gaz utilisent le soudage oxycombustible. C'est l'un des plus anciens procédés, développé en 1903. Avec le soudage oxycombustible, aussi appelé soudage oxyacétylénique, on a besoin d'un combustible liquide ou gazeux, comme l'acétylène. Le gaz est combiné avec de l'oxygène pour augmenter la température de la flamme.

Le chalumeau a des tuyaux connectés aux bouteilles de gaz. Quand je suis prêt à souder, j'ouvre les vannes et j'allume le gaz à la sortie de la buse. Je peux alors régler les vannes pour ajuster le débit de chaque gaz, modifiant le ratio gazeux.

Chaque flamme a plusieurs zones appelées cônes. Le cône interne est la partie la plus chaude. C'est là que l'acétylène et l'oxygène se combinent. Le cône externe est plus froid car il reçoit plus d'oxygène de l'air ambiant. On l'appelle aussi enveloppe externe ou gaine.

Types de flammes de soudage

Il y a trois types de flammes : neutre, carburante et oxydante.

• Flamme neutre : mélange synchronisé de combustible et d'oxygène
• Flamme carburante : excès de combustible
• Flamme oxydante : excès d'oxygène

1. Flamme Neutre

Comme son nom l'indique, cette flamme a des quantités égales d'oxygène et de gaz combustible en volume. Elle brûle complètement le combustible sans produire d'effet chimique sur le métal à souder. Elle est surtout utilisée pour souder l'acier doux, l'acier inoxydable, la fonte, etc. Elle produit peu de fumée.

Cette flamme a deux zones. La zone interne est blanche avec une température d'environ 3100 °C, la zone externe est bleue avec une température d'environ 1275 °C.

2. Flamme Carburante

Cette flamme a un excès de gaz combustible. Elle réagit chimiquement avec le métal et forme du carbure métallique. Pour cette raison, on ne l'utilise pas avec les métaux qui absorbent le carbone. C'est une flamme fumante et silencieuse. Elle a trois régions.

La zone interne est blanche, la zone intermédiaire rouge, et le cône externe bleu. La température du cône interne est d'environ 2900 °C. Cette flamme sert à souder l'acier au carbone moyen, le nickel, etc.

3. Flamme Oxydante

Quand la quantité d'acétylène diminue par rapport à la flamme neutre ou que l'oxygène augmente, le cône interne tend à disparaître et la flamme obtenue est la flamme oxydante. Elle est plus chaude que la flamme neutre et a deux zones bien définies.

La zone interne est blanc très brillant avec une température d'environ 3300 °C. La flamme externe est bleue. Cette flamme sert à souder les alliages de cuivre sans oxygène comme le laiton, le bronze, etc.

Quel gaz utiliser pour une flamme idéale ?

L'acétylène est le gaz le plus utilisé pour produire les flammes de soudage au gaz discutées, mais ce n'est pas la seule option. Le MAPP et l'hydrogène sont souvent cités comme alternatives. L'acétylène a une « liaison triple » qui lie les atomes de carbone de façon unique.

Quand les autres gaz atteignent leur température d'inflammation, la liaison se brise et les gaz absorbent de l'énergie. Quand la liaison se brise dans l'acétylène, elle libère de l'énergie. Cela permet à l'acétylène d'atteindre des températures plus élevées.

Comparé aux autres gaz, l'acétylène a aussi moins de caractéristiques oxydantes. Cependant, il s'enflamme facilement. Le MAPP a été créé comme option plus sûre. Le gaz MAPP est un gaz de pétrole liquéfié combiné avec du propane et de l'acétylène. Il peut être expédié en plus petits contenants, a une température d'inflammation plus élevée, et fonctionne à des pressions bien plus hautes.

L'inconvénient du MAPP est la température. Les flammes MAPP atteignent des températures plus basses que l'acétylène. Il ne convient pas pour la plupart des aciers mais peut bien fonctionner pour l'aluminium. L'hydrogène soude aussi facilement l'aluminium. Comme le MAPP, les flammes d'hydrogène atteignent des températures plus basses et fonctionnent à des pressions plus élevées.

À moins de souder de l'aluminium, restez avec l'acétylène. Les basses températures et taux de retrait empêchent le MAPP et l'hydrogène de fusionner correctement les métaux durs. Bien qu'ils ne soient pas les meilleurs pour le soudage au gaz, ils sont devenus populaires pour le coupage au gaz. Avec un chalumeau haute pression, MAPP et hydrogène offrent une coupe plus nette.

Les températures plus basses font aussi du MAPP et de l'hydrogène des choix courants pour le chauffage, le cintrage et le brasage.

Ratios courants pour produire les flammes oxyacétyléniques

Les flammes neutres ont un mélange égal d'oxygène et de gaz. Les flammes carburantes ont moins d'oxygène, les flammes oxydantes plus d'oxygène. Comment déterminer le ratio ?

Quoi qu'il en soit, commencez toujours par une flamme neutre. La flamme carburante et la flamme oxydante sont créées en augmentant le débit d'acétylène ou d'oxygène après avoir obtenu une flamme neutre.

Voici la liste des ratios typiques d'oxygène/acétylène pour chaque flamme :

• Flamme carburante : 0,8 à 1,0
• Flamme neutre : 1,0
• Flamme oxydante : 1,0 à 2,5

En augmentant le débit d'acétylène, la « plume » distincte commence à s'étendre depuis le cône interne. La plume doit atteindre environ deux à trois fois la longueur du cône interne. Empêcher la combustion complète du gaz abaisse aussi sa température.

Pour une flamme oxydante, augmentez le débit d'oxygène au lieu de l'acétylène. L'oxygène supplémentaire produit l'effet oxydant et permet une combustion plus rapide, résultant en températures plus élevées.

Comment créer une flamme neutre pour le soudage au gaz ?

Comme la flamme neutre est le point de départ pour créer les autres flammes, c'est la première qu'on apprend à produire. Commencez par régler les détendeurs. Les bouteilles d'oxygène et d'acétylène ont chacune un détendeur avec deux manomètres. L'un indique la pression restante, l'autre la pression de travail.

Ajuster la vis du détendeur règle la pression de travail, permettant d'augmenter ou diminuer le débit d'oxygène ou de gaz. Avant d'allumer le chalumeau, tenez-vous à l'écart de l'avant des détendeurs et ouvrez lentement la bouteille d'oxygène puis celle d'acétylène. Tournez les vis pour régler les pressions.

Avec les pressions réglées, vous pouvez allumer et régler le chalumeau. Ouvrez le robinet d'acétylène d'un quart de tour et allumez. Ouvrez lentement le robinet d'oxygène jusqu'à voir trois zones distinctes : le cône interne, le cône d'acétylène en forme de plume, et l'enveloppe externe. Continuez à ouvrir lentement l'oxygène jusqu'à ce que la plume disparaisse dans le cône interne. Vous avez maintenant une flamme neutre.

Pour créer une flamme carburante, ouvrez lentement le robinet d'acétylène jusqu'à ce que la plume atteigne deux à trois fois la longueur du cône interne. Pour une flamme oxydante, augmentez le débit d'oxygène jusqu'à ce que le cône interne soit environ un quart de sa taille originale. Vous devriez aussi entendre un sifflement distinct.