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Le procédé de soudage TIG / GTAW / 141

Publié: le 09/10/2018 à 19:24 Dernière mise à jour: le 09/10/2018 à 19:24 Par: Dominique ADMIN Nombre de vues: 5975
Cet article technique décrit le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) ou GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) qui est un procédé à l'arc électrique sous protection de gaz inerte avec une électrode réfractaire infusible (tungstène).


1 - Définition du procédé TIG / 141 / GTAW



Le soudage électrique est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre l'électrode infusible de tungstène (de Ø 1,0 mm à Ø 8,0 mm) et la pièce à souder. Le métal d'apport (baguette de fil dressé de Ø 0,8 mm à Ø 4,0 mm) est amené manuellement ou automatiquement avec un dévidoir motorisé (bobine de fil de Ø 0,8 mm à Ø 2,0 mm) dans le bain de fusion. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre localement la pièce à assembler et le fil d'apport métallique pour constituer le bain de fusion et après refroidissement le cordon de soudure. Le bain de fusion est protégé de l'atmosphère externe par un cône invisible d'inertage de gaz (de 5 à 25 litres/minute) de protection (Argon ou Argon + Hélium ou Argon + H2 pour les procédés automatiques) . Un générateur électrique fournit le courant continu ou alternatif avec une intensité variant de 5 à 300 ampères en fonction de différents paramètres comme le diamètre du fil, la position de soudage, le type d'assemblage, la dimension et la nuance des pièces à assembler. Les sources de courant utilisées sont à caractéristiques plongeantes ou verticales. La polarité de l'électrode est toujours négative en courant continu (polarité directe).

2 - Principe du procédé de soudage

La torche de soudage est reliée sur la borne électrique de sortie négative du générateur de soudage à courant continu ou alternatif. La masse est reliée au générateur sur la borne positive et est placée sur la pièce à souder. Une alimentation en gaz de soudage est branchée sur le poste par l'intermédiaire d'une bouteille et d'un détendeur / débitmètre. Lorsque le poste n'est pas équipé d'un amorçage haute-fréquence, l'arc jaillit lorsque le soudeur actionne la gâchette électrique de la torche et que la pointe de l'électrode infusible touche superficiellement la pièce à souder en créant un court-circuit (avec le risque de créer des inclusions métalliques de tungstène). Avec un équipement d'amorçage par haute fréquence, l'arc de soudage est allumé par l'intermédiaire d'un étincelage d'arc électrique de plusieurs milliers de volts avec une fréquence de 1 à 2 MHz délivré entre l'électrode de tungstène et la pièce pendant un très court instant

3 - Avantages du procédé de soudage



[*]Simple d'emploi
[*]Travail fin et précis
[*]Large gamme d'épaisseur
[*]Très bonnes qualités de joint et bonnes caractéristiques mécaniques
[*]Soudage dans toutes les positions
[*]Aspect de cordon très correct
[*]Procédé automatisable


4
- Inconvénients du procédé de soudage



[*]Exige une dextérité et coordination des deux mains
[*]Vitesse de soudage faible (2 à 20 cm/min)
[*]Taux de dépôt de métal assez faible
[*]Procédé coûteux pour l'assemblage des fortes épaisseurs
[*]Protection gazeuse indispensable à la torche
[*]Nettoyage indispensable des pièces avant soudage
[*]Risque de contamination de l'électrode infusible
[*]Perturbation de la protection gazeuse dans les courants d'air


5
- Le croquis didactique du procédé de soudage





6 - Installation de soudage pour le soudage TIG / 141

[LIST=1]
[*]Un générateur de courant continu ou alternatif (principalement pour l'aluminium).
[*]Un groupe réfrigérant à circuit fermé (lors d'utilisation à forte intensité)
[*]Une bouteille de gaz avec détendeur/débitmètre et boyaux d'alimentation
[*]Une torche de soudage (avec ou sans refroidissement) avec câble conducteur
[*]Une pince de masse avec câble conducteur
[*]Un masque avec verres teintés spéciaux numéro 10 à 13
[*]Une combinaison de soudeur et gants en cuir souple
[*]Une brosse métallique
[*]Une meuleuse d'angle électrique ou pneumatique pour les reprises.
[*]Des écrans ou rideaux de protection
[*]Une ventilation efficace dans les endroits confinés








7 - Différents types de buses de torche pour le soudage TIG



[*]Céramique (couleur rose foncé et brun clair)
[*]Alumine (couleur rose)
[*]Corindon (couleur blanche)
[*]Pyrex (transparente)


FOURCHETTE DE DIAMÈTRE DE BUSE PAR INTENSITÉ
Fourchette d'intensité Fourchette de diamètre interne
Moins de 70 ampères de Ø 5 à Ø 9 mm
De 70 ampères à 150 ampères de Ø 9 à Ø 11 mm
De 150 ampères à 200 ampères de Ø 11 à Ø 13 mm
De 200 ampères à 250 ampères de Ø 13 à Ø 15 mm
De 250 ampères à 350 ampères de Ø 15 à Ø 19 mm

Ce tableau n'est donné que pour information et les données ne sont pas à prendre à la lettre !
Car vous utiliserez par exemple de grosse buse céramique de Ø intérieur 19 mm avec un débit de 22 litres à 25 litres par minute de gaz inerte pour pointer ou souder un matériau sensible à l'oxydation à chaud comme le titane ou le zirconium avec une intensité de 100 ampères.

L'orifice de sortie du gaz de protection sur une buse de torche TIG est mesurée en pouce (").
Un pouce correspond à 25,4 mm en système métrique.
L'augmentation du diamètre des buses se fait par incrément de 1/16 de pouce, soit environ 1,6 mm.
Exemple:
une buse numéro 4 représente 1/4 de pouce ou 4/16", ce qui donne: (4 / 16) x 25,4 = 6,35 mm
une buse numéro 8 représente 1/2 pouce ou 8/16", ce qui donne: (8 / 16) x 25,4 = 12,7 mm
La plus petite buse est la numéro 3 (3/16) et la plus grosse la numéro 16 soit un 1" ou 25,4 mm de diamètre.

8 - Différents types d'électrodes infusibles pour le soudage TIG



[*]Tungstène pur (couleur d'extrémité verte)
[*]Tungstène thorié (0,5 à 4 % thorium - couleur d'extrémité rouge )
[*]Tungstène cérié (0,5 à 4% cérium)
[*]Tungstène zirconié (0,5 à 4% zirconium)


L'oxyde de thorium augmente le pouvoir émissif de l'électrode infusible de tungstène. Il facilité l'amorçage de l'arc et sa stabilité. Les électrodes thoriées sont principalement utilisées en courant continu, polarité directe (polarité négative à l'électrode)
Les électrodes de tungstène avec 0,3 à 0,5% de zirconium sont employées en courant alternatif sur les alliages d'aluminium.

CODIFICATION ET COMPOSITION D' UNE ÉLECTRODE
codification % oxyde Nature oxyde Impuretés % Tungstène % Couleur repère
WP / / < 0,20% 99,8% vert
WT 4 0,35 à 0,55% ThO[SUB]2[/SUB] < 0,20% solde bleu
WT 10 0,80 à 1,20% ThO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde jaune
WT 20 1,70 à 2,20% ThO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde rouge
WT 30 2,80 à 3,20% ThO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde violet
WT 40 3,80 à 4,20% ThO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde orange
WZ 3 0,15 à 0,50% ZrO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde brun
WZ8 0,70 à 0,90% ZrO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde blanc
WL10 0,90 à 1,20% LaO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde noir
WC 20 1,80 à 2,20% CeO[SUB]2[/SUB] <0,20% solde gris


Lors du soudage, l'électrode de tungstène doit continuellement être protégée par un courant de gaz argon jusqu'à son refroidissement complet afin d'éviter son oxydation et sa détérioration.
Le diamètre de l'électrode de tungstène doit être adapté à la plage d'intensité appliquée lors du soudage.

9 - Les fourchettes d'intensité par diamètre d'électrode infusible

FOURCHETTE D' INTENSITÉ PAR DIAMÈTRE D' ÉLECTRODE
COURANT CONTINU (polarité directe)
Diamètre électrode Tungstène pur Tungstène thorié
Ø 1,0 mm 10 à 70 ampères 10 à 80 ampères
Ø 1,6 mm 50 à 100 ampères 50 à 120 ampères
Ø 2,0 mm 80 à 160 ampères 80 à 190 ampères
Ø 2,4 mm 100 à 200 ampères 100 à 240 ampères
Ø 3,2 mm 140 à 260 ampères 140 à 300 ampères


FOURCHETTE D' INTENSITÉ PAR DIAMÈTRE D' ÉLECTRODE
COURANT ALTERNATIF
Diamètre électrode Tungstène pur Tungstène thorié
Ø 1,0 mm 10 à 50 ampères 20 à 70 ampères
Ø 1,6 mm 40 à 80 ampères 50 à 100 ampères
Ø 2,0 mm 60 à 110 ampères 70 à 180 ampères
Ø 2,4 mm 80 à 150 ampères 90 à 200 ampères
Ø 3,2 mm 100 à 200 ampères 150 à 250 ampères


10 - L'affûtage de l'électrode infusible pour le soudage TIG


La préparation géométrique de la pointe de l'électrode infusible est une variable importante en courant continu. L'affûtage est exécuté à l'aide d'une meuleuse à grain fin avec récupération des poussières. L'affûtage de l'électrode est réalisé par un cône avec un angle compris entre 30° et 60 degrés. Les stries d'usinage ou de meulage doivent être dans le sens longitudinal de l'électrode.
La meule du touret fixe est souvent constituée de carbures de silicium (meule carborundum) pour affûter le tungstène. Le grain de la meule est de l'ordre de 120.
La pointe d'extrémité du cône doit être adoucie pour supporter les densités de courant. Il ne faut pas appointer l'électrode de tungstène en courant alternatif. Le bout de l'électrode infusible prend une forme de boule en courant alternatif.

11 - Les gaz industriels de soudage en TIG / GTAW

Le débit de gaz de protection a appliquer à la torche de soudage est de 1 litre par millimètre de diamètre intérieur de buse.
Vous avez une buse TIG de Ø 10 mm, vous mettez un débit de 10 litres par minute à la torche. Bien entendu, cette méthode est mnémotechnique et vous permet d'estimer le débit de gaz à appliquer. Vous pouvez bien entendu réduire ou augmenter ce débit selon le type et la densité du gaz, le type d'assemblage, la configuration, la nuance du matériau et l'aspect de la soudure.

GAZ DE PROTECTION ENDROIT POUR LE SOUDAGE TIG
Composition Ancienne couleur d'ogive Nouvelle couleur d'ogive Descr_iption
GAZ PUR
ARGON

Utilisable dans la grande majorité des applications de soudage TIG.
MÉLANGES BINAIRES
ARGON + 20 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Polyvalence / Performance. Coût relativement important
ARGON + 1 à 3 % AZOTE

Utilisable sur les aciers duplex et super-duplex (austéno-ferritique).
ARGON + 2 à 10% HYDROGÈNE

Utilisable en TIG automatique avec les inox austénitiques - Bain de fusion plus chaud - Meilleur mouillage - Vitesse d'avance plus élevée - Pénétration améliorée.
A interdire sur les aciers inoxydables martensitiques et les matériaux sensibles à l'oxydation à chaud (titane, zirconium, tantale).


Nota important :

L'utilisation d'un gaz de protection inerte à l'envers du bain de fusion est obligatoire et techniquement impérative sur les matériaux comme les aciers inoxydables, les bases nickel, le titane, le zirconium. (rochage sur les inoxydables et pollution par les gaz H, O et N pour les matériaux très réactifs à l'air)

Les gaz utilisés en soudage ne sont pas toxiques. Toutefois à concentration élevée, ils n'entretiennent pas la vie. Ne travaillez jamais dans un local fermé non aéré ou une enceinte confinée non ventilée.

12 - Préparations de joints pour le soudage TIG

QUELQUES PRÉPARATIONS DE JOINTS POUR LE SOUDAGE TIG
Epaisseur en mm Fourchette d'intensité Ø métal d'apport Préparation
De 0,5 à 0,8 mm 10 à 25 ampères Sans
De 0,5 à 0,8 mm 10 à 25 ampères Sans
De 0,8 à 1,0 mm 20 à 40 ampères Sans ou Ø 1,0 mm
De 1,5 à 2,0 mm 30 à 60 ampères Ø 1,6 mm
De 2,0 à 3,0 mm 45 à 80 ampères Ø 1,6 à 2,0 mm
De 2,5 à 4,0 mm 45 à 80 ampères Ø 2,0 mm
De 4,0 à 6,0 mm 60 à 100 ampères Ø 2,0 mm
De 8,0 à 12 mm 90 à 180 ampères Ø 2,0 à 3,0 mm
De 8,0 à 12 mm 90 à 180 ampères Ø 2,0 à 3,0 mm

13 - Un échange sur le forum du site

La question porte essentiellement sur l'affinage des paramètres pour mieux gérer à la fois l'aspect, la pénétration, la vitesse, pour de la pleine pénétration monopasse sur tube inox de 0,8 mm à 4 mm d'épaisseur.

SavoirFer a classé ces paramètres dans leur ordre d'importance :

- L'intensité
C'est le paramètre essentiel, mais aussi le plus grossier.
Il faut savoir arrêter de jouer avec le bouton pour passer à ce qui suit.
L'intensité n'est pas le seul paramètre à prendre en compte et certains ne sont pas dans les DMOS.

- Le type de gaz à la torche
L'argon pur.
Le mélange argon avec de l'hélium jusqu'à 30%, pour plus de chaleur. Très efficace pour la pénétration et principalement utilisé pour l'aluminium. C'est cher.

- Le type de gaz d'inertage
L'azote "U" le plus froid, le moins cher.
L'argon pur.
L'argon avec de l'hydrogène jusqu'à 15%. Des pénétrations plus fortes, parfaitement blanches et brillantes. Le must mais cher et pas pour tous les inox. Et des risques de brûlures ou d'explosion en teneur d'hydrogène élevée.

- La hauteur d'arc
On assimile un arc au faisceau d'une lampe torche. Plus on éloigne la torche et plus le diamètre du faisceau s'agrandi et l'intensité lumineuse (ou la chaleur) diminue.

- Le diamètre de métal d'apport
Plus le diamètre du métal d'apport est important et plus il va refroidir le bain de fusion, et augmenter son volume .
Au lieu de modifier une intensité, il peut être préférable de changer de diamètre de fil.

- Le débit de gaz à la torche
C'est mon paramètre préféré pour affiner une pénétration
Quand tu augmentes le débit, tu refroidis le bain et tu le pousses vers l'avant au lieu de le laisser pénétrer.
Moins de gaz = plus de péné. Et tu vas sauver la planète
Avec tes 12 litres ton patron va pleurer. 6 litres sont suffisant en atelier. Ta péné et ta vitesse seront améliorés.
J'ai pratiqué souvent le contrôle du taux de ferrite, et une soudure grise n'est pas forcément plus polluée qu'une soudure brillante. Il ne s'agit que de la surface du cordon.
Avec tes 12 litres tu vas devoir augmenter ton intensité et donc ton taux de ferrite.

- L'angle d'affûtage de l'électrode
Tu peux faire varier ton angle de 15° (peu de péné mais arc très stable) à 60° (forte péné mais arc moins stable).

- L'angle de la torche de soudage
Il influe de la même manière que la hauteur d'arc.
A la perpendiculaire la torche donne un impact circulaire.
Quand on couche la torche , l'impact est oblong et un peu moins pénétrant.

Le mode pulsé est adapté au soudage automatique, mais pénible sur le long terme en manuel.
Il est censé limiter les déformations sur la tôle fine et augmenter la pénétration.

SavoirFer l'apprécie, par exemple, pour obtenir de belles vagues de solidification sur aluminium.
Il permet aussi de rythmer la vitesse d'avance et ainsi d'obtenir une soudure plus régulière.


14 - Les liens Internet utiles
Quel type de gaz de protection dois je utiliser pour souder en TIG / 141 / GTAW ?
Les gaz industriels de soudage et la norme européenne EN ISO 14175 : 06/2008
Quelles sont les électrodes réfractaires de tungstène pour le soudage TIG et le PLASMA ?
Comment monter l'embout de sa torche de soudage TIG / GTAW / 141 ?
Comment choisir son premier poste de soudage TIG / 141 ?
Comment brancher sa torche de soudage TIG au générateur ?
Comment souder un tube inox Ø 63 x 1,5 mm en TIG / GTAW en bord droit en corniche PC ?
Comment souder une tôle d'acier carbone de 2 mm en TIG en bord droit à plat ?
Comprendre le schéma du cycle de soudage sur un générateur TIG / GTAW
Qu'est ce que le soudage TIG / GTAW / 141 avec la méthode à deux soudeurs-opérateurs ?



15 - Vos commentaires et réactions sur cet article

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Par: Dominique ADMIN

Commentaires (11)

11/12/2013 13:20:55 - linuxjca
Quelle est l'influence de l'hauteur de l'arc ?

11/12/2013 17:39:31 - Dominique ADMIN
Bonsoir linuxjca,

La hauteur d'arc en TIG doit être la plus faible possible sans toutefois toucher le bain de fusion avec l'électrode de tungstène
Une augmentation de la hauteur de la torche fait augmenter la tension d'arc affichée au poste.
L'augmentation de la hauteur d'arc agit sur la diminution de la profondeur de pénétration du bain de fusion.
Dans les cas extrêmes, il y a risque de contamination du bain de fusion par l'air ambiant

Cordialement,

16/12/2013 10:50:46 - linuxjca
Merci Dominique.
J'ai fait des tests ce week-end mais c'était pas la gloire !
Je n'arrive pas à voir la pointe de tungstène et je finis par toucher :mad:
Ou j'oublie d'ouvrir le gaz avant d'amorcer et je dois retailler l'électrode :mad:
En plus je me demande si je me suis pas trompé de gaz et d'avoir utilisé
un mix argon / co² au lieu de l'argon pur, faudra que je vérifie.
Je dois être trop vieux pour faire du Tig à mon avis ;)

Cordialement,

Juan Carlos

16/12/2013 18:07:59 - BLONDIN2170
Bonsoir linuxjca,
Si vous ne parvenez pas à voir l'électrode de tungstène, c'est certainement parce que vous n'inclinez pas suffisamment la torche.
N'ayez pas peur de la positionner de tel que l'électrode forme un angle compris entre 20 et 45° par rapport à la pièce.
Vous la sortirez en conséquence d'une dizaine de millimètre afin qu'elle soit écartée de la pièce de 3 à 5mm.

Cordialement,

04/03/2014 18:22:55 - linuxjca
Merci BLONDIN2170, en fait me suis trompé de bouteille, j'ai mis celle du mag ( co² + argon ) :o
J'ai essayé avec l'argon pur et là je vois beaucoup mieux :cool:
Mais je pense que le Tig ne me convient pas, je m'en sors mieux avec la baguette enrobée
pour les fortes épaisseurs et avec le MAG pour le reste.

15/05/2016 06:50:35 - Dominique ADMIN
bonjour à tous,

Pour information tous les croquis des procédés de soudage(TIG, ASF, MAG ...) disponibles sur le site Soudeurs.com sont créés par Dominique DUSEVEL
Ces croquis ont été copiés par la société LINCOLN ELECTRIC FRANCE pour illustrer leurs documentations commerciales.
Le seul hic c'est que LINCOLN n'a pas précisé l'origine des dessins !
Dommage pour l'auteur.

http://www.lincolnelectric.com/assets/global/Products/K1855-2/tig-welding-fr.pdf

Cordialement

19/05/2017 10:40:17 - silopolis
C'est vraiment le top cet série d'articles sur le TIG ! 👍
Quel boulot, merci

16/11/2017 17:09:24 - nours830
tres bonne explications c est precis et clair merci a vous

13/05/2018 08:45:17 - Durer
Formidables, vos articles,
J’ai un mig et un tig de chez Igbtig et c’est très bien, très pros.
(sans pub, juré!)
Pour le retour d’experience, soyez patients, je n’ai pas beaucoup le temps pour tout cela ces temps-ci, désolé.
Encore merci à vous tous,
mi.

13/05/2018 09:23:09 - Moi37
Envoyé par Dominique
bonjour à tous,

Pour information tous les croquis des procédés de soudage(TIG, ASF, MAG ...) disponibles sur le site Soudeurs.com sont créés par Dominique DUSEVEL
Ces croquis ont été copiés par la société LINCOLN ELECTRIC FRANCE pour illustrer leurs documentations commerciales.
Le seul hic c'est que LINCOLN n'a pas précisé l'origine des dessins !
Dommage pour l'auteur.

http://www.lincolnelectric.com/assets/global/Products/K1855-2/tig-welding-fr.pdf

Cordialement


Pas bien de faire ça, pas sûr qu'ils auraient apprécié l'inverse!!!!

22/05/2018 04:42:11 - aramis18
Debutant au tig, je m'inspire des toutes les infos des ces articles.

Une vraie mine qui permet de gagner du temps d'apprentissage en évitant de tâtonner.

Les réglages sont pointus mais le résultat est la.

Bon "comme tout le monde" j'ai oublié d'ouvrir le gaz une fois...retour à l'affutage.

Merci a tous pour ces fiches et infos techniques, bravo pour ce partage et la transmission de savoir