Soudage par projection expliqué : Procédés, techniques et consignes de sécurité

Qu'est-ce que le soudage par projection ?

Le soudage par projection désigne plusieurs procédés de soudage sous forme de projection thermique. C'est une activité industrielle où une poudre ou un fil est atomisé à haute vitesse avec un gaz comprimé et projeté sur une surface métallique.

Il fait appel à du plasma industriel, flamme, canons à détonation, arc pulvérisé, et oxycombustible haute vélocité. En raison de la chaleur importante générée, les procédures et règlements doivent être suivis scrupuleusement pour éviter tout danger pour les personnes et l'environnement.

Lien : Qu'est-ce que le soudage ?

Comment fonctionne le soudage par projection ?

La projection thermique est un terme général représentant plusieurs procédés de revêtement. L'ensemble implique l'utilisation d'un matériau de revêtement (baguette, poudre, fil) fondu par diverses sources d'énergie.

En termes simples, c'est un procédé de revêtement industriel consistant en une source de chaleur et un matériau fondu en gouttelettes pulvérisées à haute vélocité. La pulvérisation est propulsée vers un substrat par un jet d'atomisation ou gaz.

La projection thermique est très polyvalente et hautement efficace. Elle peut être une bonne alternative à plusieurs traitements de surface : traitements thermique ou nitruration, chromage, nickelage, anodisation, etc.

L'épaisseur du revêtement varie selon les préférences. Il répare composants usés et pièces de base. Il peut aussi améliorer la performance et la durabilité de l'élément, pouvant durer jusqu'à 70 % plus longtemps si bien traité.

Lien : Qu'est-ce que la projection thermique ?

Différents types de techniques de soudage par projection

1. Soudage à l'arc par projection (Spray Arc)

Le soudage à l'arc par projection est une méthode de transfert de matériau fondu sous forme de nombreuses petites gouttelettes, de diamètre inférieur à celui du fil d'apport. Comme il n'y a pas de courts-circuits, l'arc est stable et sans projections.

Un prérequis est que les valeurs de courant et tension soient au-dessus de certaines limites. Résultat : plus de chaleur apportée à la pièce qu'avec l'arc court, et seuls les matériaux d'épaisseur 5 mm ou plus conviennent.

Du fait du fort apport de chaleur, le bain de fusion est large, donc le soudage doit se faire en position horizontale. Noter qu'un arc de projection pur ne peut être obtenu avec du CO₂ comme gaz de protection.

Le gaz doit être de l'argon pur, de préférence avec un peu de CO₂ (max 25 %) ou O₂. Le soudage à l'arc par projection convient particulièrement au MIG d'aluminium et d'inox, où le gaz est principalement argon.

Il peut être réalisé à des courants plus faibles avec un fil fin qu'avec un fil épais.

La tension d'arc doit être réglée juste assez haut pour maintenir un arc sans courts-circuits. Le fil d'apport est généralement connecté au pôle positif.

Avantages

Le soudage à l'arc par projection est très efficace. Avantages clés :

• Taux de dépôt élevé
• Bonne fusion et pénétration
• Bel aspect du cordon
• Possibilité d'utiliser des fils de gros diamètre
• Très peu de projections

Limites

Les limites du soudage à l'arc par projection :

• Uniquement pour matériau ≥ 3 mm (1/8 pouce) (manuel) et plus épais
• Limité aux positions à plat et horizontal en angle
• Bon ajustement toujours requis car pas de capacité à racine ouverte

2. Procédé de projection par flamme

La projection par flamme, aussi appelée projection par combustion oxyacétylénique, est la technique originale de projection thermique développée il y a ~100 ans. Elle utilise les principes de base d'un chalumeau de soudage avec addition d'un flux d'air à haute vélocité pour propulser les particules fondues sur le substrat.

Le matériau peut être en fil ou poudre. Les revêtements sont souvent refondus après application pour améliorer l'adhérence et la densité.

Avantages

• Taux de dépôt élevés
• Faible échauffement de surface
• Polyvalent
• Procédé simple et convivial

Inconvénients

• Adhérence relativement faible
• Efficacité de chauffage accrue
• Incompatible avec métaux fondant au-dessus de 2800 °C

3. Oxycombustible haute vélocité (HVOF)

L'HVOF brûle de l'oxygène et un groupe de gaz inflammables : propane, propylène, ou hydrogène. Bien que le système utilise le principe de combustion, le pistolet est conçu différemment du pistolet oxy-combustible standard.

Les différences produisent des températures de flamme et vélocités plus élevées. Résultat : poudre plus complètement fondue et plus d'énergie cinétique pour « aplatir » les particules fondues. L'HVOF produit une résistance de liaison et densité de revêtement supérieures.

Le plus utilisé pour déposer métaux et alliages à haut point de fusion : carbure de tungstène, carbure de chrome.

Avantages

• Supporte fortement les revêtements épais
• Faibles niveaux de porosité
• Hauts niveaux d'adhérence
• Plus de carbures retenus vs projection flamme ou plasma

Inconvénients

• Relativement bruyant (jusqu'à 130 dB)
• Faible taux de dépôt
• Légèrement coûteux

4. Procédé de projection plasma (PTA)

Le procédé plasma (arc non transféré) utilise des gaz inertes passés devant une électrode induisant l'état « plasma ». Quand les gaz sortent de la buse et reviennent à l'état normal, une énorme quantité de chaleur est libérée.

Une poudre de revêtement est injectée dans la « flamme » plasma et propulsée sur le substrat.

Les revêtements céramiques sont le plus souvent appliqués par projection plasma en raison de leurs hauts points de fusion (souvent > 1925 °C / 3500 °F). Plusieurs types de céramiques peuvent être appliqués.

Avantages

• Facile à appliquer
• Particules cermet plus grosses
• Résistance à l'usure
• Porosité très faible ou nulle
• Revêtement épais
• Faible échauffement du substrat vs TIG

Inconvénients

• Forte oxydation du matériau projeté
• Difficile d'obtenir une couche fine ≤ 1 mm

5. Projection par détonation

La projection par détonation est une technique de projection thermique qui applique un revêtement protecteur à vitesses supersoniques pour modifier les caractéristiques de surface et améliorer la durabilité.

Inventée en 1955 par H.B. Sargent, R.M. Poorman, H. Lamprey, elle utilise un pistolet à détonation (D-gun) spécifique. La pièce doit être préparée : éliminer huiles, graisses, débris, et rugosifier la surface pour une liaison forte.

Ce procédé implique les plus hautes vélocités (≈3500 m/s onde de choc) et températures (≈4000 °C) de toutes les techniques de projection thermique.

Il permet d'appliquer des revêtements protecteurs à faible porosité (<1 %) et faible teneur en oxygène (0,1–0,5 %) protégeant contre corrosion, abrasion, adhérence sous faible charge.

Il permet des revêtements de surface très durs et denses, utiles comme revêtements résistants à l'usure. Couramment utilisé pour : moteurs d'avions, jauges bouchon/anneau, arêtes de coupe (couteaux à évider), forets tubulaires, pales rotor/stator, rails de guidage, ou tout matériau métallique soumis à forte usure.

Matériaux courants : poudres de métaux, alliages, cermets, et leurs oxydes (aluminium, cuivre, fer, etc.).

La projection par détonation est un procédé industriel dangereux si mal réalisé. De nombreuses précautions de sécurité doivent être respectées.

6. Procédé de projection à froid

La projection à froid (CS) est une méthode de dépôt de revêtement. Des poudres solides (1–50 µm) sont accélérées dans un jet de gaz supersonique à des vélocités jusqu'à ~1200 m/s. À l'impact, les particules se déforment plastiquement et adhèrent à la surface.

Pour obtenir une épaisseur uniforme, la buse est balayée le long du substrat. Métaux, polymères, céramiques, composites, poudres nanocristallines peuvent être déposés.

L'énergie cinétique, fournie par l'expansion du gaz, se convertit en énergie de déformation plastique pendant la liaison. Contrairement aux techniques thermiques (plasma, arc, flamme, HVOF), les poudres ne sont pas fondues.

Avantages du soudage par projection

• Cordon lisse
• Haute pénétration, adapté aux métaux > 5 mm
• Taux de dépôt élevés, productivité accrue
• Très peu de projections
• Économique : matériaux moins chers renforcés par projection
• Polyvalent : la plupart métaux, céramiques, plastiques projetables
• Fonctionne à diverses épaisseurs
• Vitesse rapide : 1,5–27 kg/h selon procédé

Inconvénients du soudage par projection

• Formation spéciale requise pour le soudeur
• Coûts gaz plus élevés (>85 %) dus aux concentrations argon élevées
• Recommandé uniquement position à plat et horizontal en angle
• Chaleur élevée inconfortable pour soudeurs
• Risque de sous-coupe, surtout aux bords
• Liaison mécanique, pas métallurgique
• Procédé en ligne de visée
• Faible résistance des revêtements au chargement ponctuel

FAQ

Qu'est-ce que le soudage par projection ?

Terme classant plusieurs procédés sous forme de projection thermique. Activité industrielle atomisant et projetant poudre ou fil sur surface métallique à haute vélocité avec gaz comprimé.

Qu'est-ce que le soudage à l'arc par projection ?

Méthode de transfert de matériau fondu en nombreuses petites gouttelettes (diamètre < fil d'apport). Pas de courts-circuits, arc stable sans projections.

Comment régler un arc de projection ?

Pour vitesses élevées utiliser transfert par projection. Mélange >80 % argon, tension 23–24 V. Vitesse fil ~300–400 ipm pour ~150 A. Ajuster vitesse fil jusqu'à 150 A.

Jusqu'à quelle épaisseur peut-on souder par projection ?

La projection thermique donne des revêtements épais (~20 µm à plusieurs mm selon procédé et matière première), sur grande surface à taux de dépôt élevé vs galvanoplastie, PVD, CVD.