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RÉSUMÉ
Cet article décrit l’ensemble des équipements liés au procédé de soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire (TIG). L’ensemble des paramètres tels que l’intensité, la tension et la vitesse de soudage, la nature du gaz de protection, influents sont présentés. La conception des joints soudés est abordée. L’automatisation et les procédés dérivés du procédé TIG sont explicités en indiquant leurs avantages par rapport au procédé classique. Les défauts de soudage les plus fréquemment rencontrés sont listés en regard des causes de leur apparition, ainsi que les remèdes à mettre en place pour les éviter. Enfin, un aspect hygiène et sécurité est inclus dans l’article.
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Pascal PAILLARD : Professeur des Universités - Responsable de la formation en Soudage - Responsable de l’équipe de recherche « Ingénierie des Matériaux et Métallurgie » de l’IMN - Polytech Nantes – Institut des Matériaux Jean Rouxel UMR 6502 Nantes, France
INTRODUCTION
Le soudage TIG est un procédé qui utilise comme source de chaleur, un arc jaillissant entre une électrode non fusible, généralement en tungstène, et la pièce à souder. La protection du bain de fusion est assurée par un gaz de protection inerte : argon, hélium ou un mélange des deux. Le procédé peut être utilisé sans ou avec métal d’apport.
Dans la nomenclature de la norme NF EN ISO 4063, le soudage à l’arc en atmosphère inerte avec électrode de tungstène porte le numéro 14.
Les initiales TIG proviennent de l’appellation anglaise du procédé « Tungsten Inert Gas ». Ce sigle est utilisé en France et en Grande Bretagne. En Allemagne, le métal tungstène se disant wolfram, le procédé a pris le nom de « Wolfram Inert Gas », soit WIG. Aux États-Unis, on continue à désigner le procédé sous l’appellation GTAW pour Gas Tungsten Arc Welding.
Le principe du procédé TIG est un procédé majeur dans l’industrie pour produire des soudures de très haute qualité sur les matériaux les plus divers.
Historiquement, le procédé est né pendant la seconde guerre mondiale au cours de laquelle il a été fort utilisé et a donné des résultats spectaculaires dans certains pays, notamment aux États-Unis. Il a permis de souder les matériels utilisés pour les applications militaires (aluminium, magnésium). Un certain nombre d’améliorations ont été apporté au procédé original, principalement afin d’améliorer sa productivité tout en gardant un niveau de qualité élevé.
Cet article décrit de façon complète le procédé de soudage, ses variantes, ainsi que les emplois que l’on peut en faire, les matériaux soudables et les préparations des joints.
Un glossaire et un tableau de sigles et de symboles sont présentés en fin d’article.
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Automatisation du procédé
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2. Variables du procédé TIG
Les variables principales du procédé sont :
-
tension d’arc Us (aussi hauteur ou longueur d’arc en mm),
-
courant d’arc Is,
-
vitesse d’avance Vs,
-
gaz de protection (nature et débit),
-
métal d’apport.
L’énergie apportée dans la soudure s’exprime par la formule suivante :
avec :
- Es :
- énergie linéaire en J/cm,
- Is :
- en A,
- Us :
- en V,
- Vs :
- en cm/min,
- r :
- coefficient de rendement du procédé (TIG : 60 % environ en DCEN).
2.1 Caractéristique de l’arc électrique
Toutes les variables interagissent entre elles et il n’est pas possible de les traiter comme des variables indépendantes lors de la mise au point d’un mode opératoire de soudage TIG.
Us et Is sont liées par une relation appelée « caractéristiques de l’arc » (figure 9).
Au-dessus d’une certaine valeur de Is, environ 70 A, si Is augmente, Us aussi (pour une longueur d’arc donnée). En deçà de cette valeur, la variation s’inverse et Us augmente très rapidement comparativement à Is. Pour réguler la tension d’arc, il faudra tenir compte de ce phénomène.
On voit aussi que pour un courant Is donné, la valeur de la tension d’arc Us varie en fonction d’autres paramètres comme la longueur d’arc ou le gaz de soudage.
En soudage manuel, les seules variables contrôlées véritablement sont le courant Is, le métal d’apport et le gaz, le reste est à la main du soudeur : hauteur d’arc et vitesse d’avance. On peut noter sur la figure ...
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Variables du procédé TIG
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LIU (L.), HAO (X.), SONG (G.) - Anew Laser – arc hybrid welding technique based on energy conservation – - Materials Transaction, Vol 47, N° 6, p 1611-1614 (2006).
-
(2) - BERTHIER (A.), PAILLARD (P.), CARIN (M.), PELLERIN (S.), VALENSI (F.) - TIG and A-TIG welding experimental investigations and comparison to simulation. Part 1 : identification of Marangoni – - Science and Technology of Welding and Joinning, Vol 17, N° 8, p 609-615 (2012).
-
(3) - BERTHIER (A.), PAILLARD (P.), CARIN (M.), PELLERIN (S.), VALENSI (F.) - TIG and A-TIG welding experimental investigations and comparison to simulation. Part 2 : arc constriction and arc temperature – - Science and Technology of Welding and Joinning, Vol 17, N° 8, p 616-621 (2012).
-
(4) - LOHSE (M.), FUSSEL (U.), SCHUSTER (H.), FRIEDEL (J.), SCHNICK (M.) - Keyhole welding with CF-TIG (Cathode focussed GTA) – - Weld Word, Vol 57, p 735-741 (2013).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Soudage et techniques connexes – Nomenclature et numérotation des procédés. - NF EN ISO 4063 - (février 2011),
-
Soudage et coupage à l’arc – Électrodes non consommables en tungstène – Classification. - NF EN ISO 6848 - (décembre 2015),
-
Soudage et techniques connexes – Types de préparation de joints – Partie 1 : soudage manuel à l’arc avec électrode enrobée, soudage à l’arc avec électrode fusible sous protection gazeuse, soudage aux gaz, soudage TIG et soudage par faisceau des aciers. - NF EN ISO 9692-1 - (novembre 2013),
-
Soudage et techniques connexes – Types de préparation des joints – Partie 3 : soudage MIG et TIG de l’aluminium et de ses alliages – Soudage et techniques connexes – Recommandations pour la préparation des joints. - NF EN ISO 9692-3 - (octobre 2016),
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