Soudage laser
Soudage des tôles d’acier revêtues

Dans l’industrie des véhicules automobiles, mais aussi dans l’électroménager et dans d’autres secteurs utilisateurs de tôles d’acier, une tendance lourde des dernières décennies est d’employer des tôles prérevêtues contre la corrosion, ce qui permet d’assurer un bon contrôle et une bonne homogénéité des épaisseurs de revêtement déposées.

Le mode de dépôt le plus courant est l’immersion de la tôle dans un bain fondu du métal à déposer (galvanisation au trempé). Le dépôt est généralement constitué de zinc presque pur (galvanisé), mais qui peut être enrichi en fer (10 %) par traitement thermique (galvannealed). Le bain peut également contenir de l’aluminium à différentes teneurs (moins de 0,5 % pour le galvanisé, 5 % pour le Galfan, 55 % pour l’Aluzinc), et même être constitué essentiellement d’aluminium (Alupur ou Alusi, qui contient 10 % de silicium).

Le mode de dépôt par électrodéposition, plus coûteux, reste cependant employé pour le zinc pur, le zinc allié au nickel, ou encore l’étain dans les emballages alimentaires.

L’épaisseur de revêtement métallique déposée est typiquement de l’ordre de 10 µm, et comprise dans tous les cas entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres.

À ce revêtement métallique peut s’ajouter, dans certains cas, un traitement chimique de conversion de la surface (phosphatation ou chromatation principalement) destiné à renforcer la protection contre la corrosion, et à faciliter la mise en forme de la tôle ou l’accrochage d’une peinture. Ces traitements modifient la surface sur une épaisseur très faible (1 à 2 µm pour la phosphatation, beaucoup moins pour la chromatation).

Enfin, il arrive qu’un revêtement organique soit déposé en plus des couches précédentes, soit en faible épaisseur (ROM ou Revêtement Organique Mince, d’épaisseur inférieure à 5 µm), soit en épaisseurs plus importantes (primaires avant peinture, d’épaisseur 10 à 20 µm), soit même en multicouches jusqu’au laquage complet (tôles prélaquées, avec une épaisseur de revêtement organique de plusieurs dizaines de micromètres).

Il s’avère que la présence de ces couches de revêtement sur les tôles rend plus complexe leur mise en œuvre, et en particulier leur assemblage par soudage. La principale difficulté, commune à tous les procédés de soudage, est liée à la fusion précoce du zinc (419 ^oC) et à sa vaporisation (906 ^oC) bien avant la fusion de l’acier (1 536 ^oC). De même, un éventuel revêtement organique se décompose entre 300 et 500 ^oC. Ces résidus gazeux, liquides ou solides de revêtement dans la zone de soudure sont à l’origine de pollutions diverses du bain fondu ou des outils de soudage, plus ou moins dommageables à la qualité de la soudure et au bon déroulement du procédé.

Le présent article passe en revue les principaux procédés de soudage des tôles fines (soudage par résistance, soudage à l’arc, soudage laser), les particularités qu’implique la présence d’un revêtement, et les solutions industrielles proposées pour surmonter les difficultés rencontrées. Parmi celles‐ci, la question des fumées de soudage issues d’un revêtement concerne tous les procédés. En présence d’un revêtement métallique, des poussières de zinc et/ou d’aluminium sont dégagées lors du soudage. En présence d’un revêtement organique, des COV (Composés Organiques Volatils) divers peuvent également être émis. Dans tous les cas, il est préférable de disposer d’un système d’évacuation des fumées et poussières, dont le captage soit le plus proche possible des soudures. La puissance de ce système doit être adaptée aux cadences de soudage, au volume de l’atelier, à sa ventilation, etc… afin de respecter les VLE (Valeurs Limites d’Exposition) pour les opérateurs concernés.

Enfin, parmi les questions soulevées par le soudage des tôles d’acier revêtues, certaines ne concernent pas directement l’opération de soudage mais les qualités en service de la soudure.

Très généralement, la tenue mécanique d’une liaison soudée entre deux tôles revêtues est équivalente à celle obtenue entre deux tôles nues de métallurgie équivalente, à condition toutefois d’adapter les paramètres du procédé de soudage selon les directives proposées dans cet article.

Le revêtement étant détruit par l’opération de soudage, se pose la question de la protection anticorrosion de l’ouvrage au niveau de la soudure. Du zinc étant généralement présent dans le revêtement, l’effet de protection galvanique de cet élément s’exerce à une distance qui peut être évaluée autour de 5 mm, de telle sorte que la surface d’un point soudé ou d’un cordon laser n’a généralement pas besoin d’être reprotégée, la protection galvanique du revêtement restant autour de la soudure s’avérant suffisante. En revanche, les cordons de soudure à l’arc détruisent le revêtement sur une largeur plus importante, et doivent généralement être reprotégés après soudage par un moyen approprié.

Le lecteur se reportera utilement aux articles consacrés aux procédés de soudage dans ce traité, et en particulier aux articles « Soudage par résistance » , « Soudage à l’arc » , et « Soudage par faisceaux à haute énergie : faisceau d’électrons et laser » , ainsi qu’aux articles « Traitements de surface par immersion en bain métallique fondu » [M 1 528], [M 1 530] [M 1 531] [M 1 532] [M 1 536], « Galvanisation à chaud » [COR 1 534], « Films de protection temporaire » [COR 1 515], « Hygiène industrielle » [A 8 630] et « Soudage et soudabilité métallurgique des métaux » [M 715].