Métaux d’apport, produits consommables et outils auxiliaires
- Types de fils à souder
- Aciers non alliés et faiblement alliés
- Aciers fortement alliés et alliages à base de nickel
- Aluminium et alliage d'aluminium
- Autres matériaux
Types de fils à souder
Les fils à souder pour le soudage MIG/MAG d’aciers non alliés et d’aciers à grain fin sont normalisés dans la norme NF EN 440. Selon la composition chimique, la norme distingue 11 types de fils d’apport. Mais elle mentionne également certains types de fils d’apport qui sont d’usage courant uniquement dans d’autres pays européens. En Allemagne, seuls les types G2Si1, G3Si1 et G4Si1 sont utilisés de manière significative pour les aciers non alliés. Dans cet ordre, ces types présentent une teneur moyenne croissante en silicium et en manganèse, comprise entre 0,65 et 0,9 % pour le silicium et entre 1,10 et 1,75 % pour le manganèse. Pour les aciers à grain fin, on utilise également les types G4Mo et G3Ni1 et G3Ni2. La norme NF EN 758 mentionne les électrodes fils fourrés destinés au soudage de ces aciers. Selon la composition du remplissage, on distingue ici entre les types rutiles, les types basiques et les types de fil fourré à poudre métallique. En outre des fils fourrés destinés au soudage MIG/MAG, les fils fourrés sans gaz, qui peuvent être soudés sans l’ajout de gaz de protection, sont également normalisés dans la norme NF EN 758. Ils sont souvent utilisés comme rechargement par soudage. Les fils à souder destinés au soudage des aciers réfractaires sont normalisés selon la norme NF EN 12070 et les électrodes fils fourrés pour ces aciers selon la norme NF EN 12071. Les fils à souder vont des types alliés uniquement au molybdène en passant par les fils contenant 1, 2,5, 5 et 9 % de chrome jusqu’aux fils à souder contenant 12 % de chrome. Les autres éléments d’alliage sont les suivants : molybdène, vanadium et tungstène. Les électrodes fils fourrés contiennent jusqu’à 5 % de chrome. Les fils destinés au soudage des aciers inoxydables et réfractaires sont normalisés dans la norme NF EN 12072 ; les électrodes fils fourrés pour ces aciers dans la norme NF EN 12073. Les normes différencient les additifs pour les aciers chromés ferreux / martensitiques, les aciers austénitiques, les aciers ferreux / austénitiques et les aciers très résistants à la corrosion complètement austénitiques ainsi que les types spéciaux et les types réfractaires.
Produits consommables pour le soudage MIG/MAG
Aciers non alliés et faiblement alliés
Le soudage des aciers faiblement et non alliés s’effectue par association de mélanges gazeux M1, M2,e M3 ou de dioxyde de carbone pur. En Allemagne, on utilise surtout les mélanges gazeux en raison des faibles projections qu’ils génèrent. Ces aciers se soudent généralement relativement facilement selon le procédé de soudage MAG. Les types à haute teneur en carbone font exception comme par exemple E 360 présentant environ 0,45 % de carbone. Grâce à une bonne pénétration du processus, le métal fondu absorbe une quantité importante de carbone par mélange ce qui peut augmenter le risque de fissure à chaud. Il existe des solutions telles qu’un ensemble de mesures qui permettent de réduire la pénétration et de ce fait le mélange. Parmi ces solutions, on compte les faibles intensités de courant ainsi que le soudage sur un métal fondu en marche avant - Attention : risque de défaut de fusion. La formation de pores sur les aciers faiblement alliés est principalement due à l’azote. Ceci peut provenir de la dilution lors de soudage d’aciers à haute teneur en azote, par exemple les aciers nitrurés. La plupart du temps, l’azote est absorbé par l’air en raison d’une enceinte gazeuse défectueuse. On peut y remédier en calculant la bonne quantité de gaz de protection, réduisant ainsi les tourbillons dans le gaz de protection dus par exemple aux projections dans la buse de gaz de protection ou à l’instabilité du processus. Le dioxyde de carbone en tant que gaz de protection est moins sensible à ce type de porosité que les mélange gazeux. La sensibilité des mélanges gazeux diminue à mesure que la teneur en CO2 augmente.
Aciers fortement alliés et alliages à base de nickel
On obtient également en principe de bons résultats de soudage MIG/MAG avec ce groupe de matériaux. Les gaz de protection utilisés pour les aciers fortement alliés sont des mélanges d’oxygène / argon présentant 1,5 % d’oxygène (M1.1) ou d’argon avec des teneurs en CO2 allant jusqu’à 2,5 % (M1.2). Lors du soudage des aciers résistants à la corrosion, la formation d’une couche d’oxyde sur le cordon et à proximité de celui-ci représente un désavantage considérable. Ces couches doivent être retirées par brossage, décapage ou sablage avant d’utiliser le composant car ils altèrent la résistance à la corrosion. Le temps nécessaire au nettoyage des cordons soudés selon le principe MAG est supérieur à celui pour le soudage à l'électrode enrobée car les scories empêchent l’oxygène de pénétrer à la surface de la soudure à hautes températures. Une partie des avantages économiques du soudage partiellement mécanisé peut être perdue en raison des coûts élevés de nettoyage. Dans ce contexte, les mélanges gazeux contenant du CO2 sont plus avantageux que ceux contenant de l’O2. Pour cette raison, ils sont davantage utilisés. La proportion de dioxyde de carbone contenue dans le gaz de protection ne doit pas être trop importante car le gaz se décomposant dans l’arc provoque la saturation du métal fondu, qui à son tour réduit la résistance à la corrosion. La teneur en CO2 admissible doit donc s’élever au plus à 5 %. Il faut éviter à tout prix la surchauffe lors du soudage d’aciers résistants à la corrosion car elle peut les fragiliser et réduire leur résistance à la corrosion en raison des dépôts de carbure de chrome. Il est par conséquent important de réguler l’apport de chaleur et il peut être nécessaire de laisser refroidir la pièce à usiner au cours du soudage. En présence du groupe d’aciers entièrement austénitiques, le soudage « froid » peut être également une option pour éviter les fissures à chaud. Étant donné que les aciers austénitiques ne sont pas fragilisés lorsqu’ils sont soumis à l’hydrogène, un faible pourcentage d’hydrogène peut être également ajouté à l’argon pour améliorer la force d’adhérence (augmentation de la vitesse de soudage). Afin d’éviter le risque de formation de pores, la teneur en H2 devrait tout au plus s’élever à 7 %. Les aciers duplex ayant une structure biphasée d’austénite et de ferrite, présentent, quant à eux, un risque plus élevé de formation de fissures en raison de la présence d’hydrogène. Les alliages à base de nickel sont en général soudés en association avec de l’argon selon le procédé MIG. Pour le nickel pur et d’autres alliages, de faibles ajouts d’hydrogène peuvent réduire la tension de surface et ainsi améliorer la formation du cordon.
Aluminium et alliages d'aluminium
Les matériaux d’aluminium sont en principe soudés selon le procédé MIG. On utilise généralement l’argon comme gaz de protection. En raison de la haute conduction de chaleur de l’aluminium, l’ajout d’hélium est dans ce cas particulièrement utile. L’hélium améliore, comme déjà mentionné plus haut, la conduction de chaleur et la rétention de chaleur de la couverture protectrice gazeuse, ce qui favorise une pénétration plus profonde et plus large. Pour les matériaux nécessitant une pénétration peu profonde, par exemple, le soudage de tôles minces, il est possible de souder plus rapidement en faisant appel à la même forme de pénétration. Les tôles d’aluminium plus épaisses doivent être préchauffées en raison de leur haute conduction de chaleur. Le préchauffage garantit non seulement une pénétration suffisante mais réduit aussi le risque de porosité car le métal soudé dispose de plus de temps pour libérer le gaz pendant le processus de solidification. L’utilisation de gaz de protection contenant de l’hélium - les teneurs standards sont entre 25 et 50 % - permet la réduction du préchauffage, et pour les parois de faibles épaisseurs, le préchauffage n’est pas nécessaire. Ce qui contrebalance le prix élevé des gaz à l’hélium. Les difficultés pour éliminer la couche d’oxyde formée au cours du soudage ne se présentent pas lors du soudage MIG car le pôle positif se situe sur l’électrode (nettoyage cathodique). Toutefois, il est conseillé de retirer les couches d’oxyde immédiatement avant le processus de soudage par brossage ou grattage étant donné qu'ils sont hygroscopiques et font pénétrer par conséquent l’hydrogène dans le métal fondu. La formation de pores est uniquement due à l’hydrogène lors du processus de soudage des pièces en aluminium. L’aluminium à l’état liquide présente une solubilité relativement élevée pour l’hydrogène tandis qu’à l’état solide, ce gaz est quasiment insoluble dans le métal. L’hydrogène qui est absorbé pendant le soudage doit être libéré du métal fondu avant la solidification pour réduire le risque de porosité. La libération du gaz n’est pas toujours possible, notamment en présence de larges épaisseurs. En présence notamment de larges épaisseurs d’aluminium, on ne parvient pas à produire des soudures exemptes de porosité. L’effet positif d’un préchauffage a été énoncé plus haut. Les alliages AlMg et AlSi ont tendance à se fissurer à la chaleur pendant le soudage lorsqu’ils contiennent environ 1 % de Si ou environ 2 % de Mg. Il est préférable de ne pas utiliser cette gamme d’alliage lors de la sélection des métaux d’apport. Les fils à souder ayant une teneur en alliage d’un degré plus important sont par conséquent plus appropriés que les fils ayant exactement le même type.
Autres matériaux
En plus des matériaux cités plus haut, seuls le cuivre et les alliages de cuivre sont soudés selon le procédé MIG dans des quantités significatives. Le cuivre pur nécessite un niveau relativement élevée de préchauffage afin d’éviter le risque de défaut de fusion en raison de sa conduction de chaleur élevée. Le métal fondu pour les fils de bronze par exemple constitués de bronze d’aluminium ou de bronze à l’étain présente de bonnes propriétés de glissement. Par conséquent, il est utilisé pour les rechargements par soudage sur des surfaces de glissement. Avec ce genre de soudures sur des matériaux en fer, la pénétration doit demeurer peu profonde au moyen de techniques appropriées car le fer présente une faible solubilité dans le cuivre. Il est compris dans le métal fondu sous forme de petites billes et réduit les propriétés fonctionnelles. Les conditions sont identiques pour le brasage MIG. On utilise par exemple ce procédé pour assembler des tôles galvanisées dans la construction automobile. Des fils à souder constitués de bronze au silicium ou de bronze à l’étain sont utilisés en supplément. Le point de fusion faible de ces bronzes permet de réduire le risque d’évaporation du zinc. Il se produit moins de pores et la protection par la couche de zinc est maintenue jusqu'au cordon et également sur l'arrière des tôles. Ici aussi, aucune pénétration ne devrait se produire dans l’acier ; l’assemblage devrait se produire uniquement par des forces de diffusion et d’adhérence, comme lors du brasage. On y parvient en adoptant des paramètres de soudage appropriés et grâce à une position spéciale de la torche de soudage, de sorte que l’arc ne s’amorce que sur le bain de fusion.
