Brevet FR2738517A1 — publié le 19970314

La présente invention concerne le soudage à l'arc avec électrode réfractaire (soudage TIG pour Tungsten Inert Gas) de pièces en aluminium et en alliage d'aluminium et plus particulièrement un mélange gazeux de protection pour ce type de soudage. On sait que, du fait de la tendance à la formation de couches d'alumine Ae203 à la surface de pièces en aluminium, ces couches, isolantes, constituent une gêne pour le soudage TIG de pièces en aluminium. Pour détruire cette couche d'alumine, on peut utiliser la torche à arc en courant alternatif, l'électrode en tungstène étant ainsi alternativement réceptrice (polarité dite inverse), le flux d'électrons s'échappant de la pièce en aluminium craquant et dispersant la couche d'alumine, puis émissive (polarité directe), le flux d'électrons bombardant la pièce et assurant la pénétration de la soudure. Dans ce dernier cas, l'électrode est froide alors que lorsqu'elle est réceptrice (anode), elle s'échauffe sous l'effet du flux d'électrons, ce qui explique que la commutation de la polarité inverse à la polarité directe est aisée alors que l'inversion de polarité directe en polarité inverse peut être délicate, le bain de soudure étant moins émissif que l'électrode de tungstène. Ce phénomène peut être aggravé par la présence d'hélium dans le gaz de soudage. L'hélium, à la différence de l'argon, ne favorise pas l'ionisation du gaz, ce qui peut entraîner l'apparition de brèves ruptures d'arc ou d'instabilité, ceci d'autant plus que le pourcentage en hélium est élevé. En soudage manuel, le soudeur est alors obligé de compenser en restant momentanément sur place, la vitesse de soudage s'en trouvant réduite. En soudage automatique, les instabilités peuvent occasionner des irrégularités de la pénétration entraînant rebut ou reprise de pièces soudées. On comprend que, alors que l'addition d'hélium améliore intrinsèquement les performances du soudage TIG des pièces en aluminium, essentiellement un accroissement de la profondeur de pénétration et une meilleure compacité par une tension d'arc plus importante et un bain plus chaud, en pratique, les teneurs en hélium dans les mélanges de soudage TIG de pièces d'aluminium n'excèdent pas quelques dizaines de pourcents, une teneur atteignant 50 % étant exceptionnelle, comme le rappelle l'ouvrage "Welding Aluminum: Theory and Practice" édité par The Aluminum Association, Second Edition, June 1991, page 6.3, colonne de gauche, ou le document EP-A-0.639.423, qui décrit en outre l'addition de 2 2738517 faibles teneurs de dioxyde de carbone ou d'oxygène dans le gaz de soudage à base d'argon pour améliorer sensiblement la stabilité de l'arc et assurer un meilleur transfert calorifique vers le bain de soudure. La présente invention a pour objet de proposer un nouveau mélange gazeux pour le soudage TIG en courant alternatif de pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium permettant de profiter pleinement des effets bénéfiques d'une haute teneur en hélium au niveau des performances de soudage et de la compacité du cordon sans affecter la stabilité de l'arc. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, on utilise, à I'emplacement de la soudure, un mélange gazeux comprenant au moins % d'hélium et entre 1000 et 1500 vpm de dioxyde de carbone (CO2), le solde étant de l'argon. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la teneur en hélium est comprise entre 70 et 80 % et la teneur en CO2 inférieure à 1200 vpm. La Demanderesse a en effet constaté que, contrairement à l'enseignement du document EP-A-0.639.423 sus-mentionné, qui dans l'exemple de soudage TIG décrit un mélange gazeux dépourvu d'hélium, le rôle stabilisateur du CO2 ne présentait un réel intérêt que pour les fortes teneurs en hélium, pour lesquelles les ruptures d'arc apparaissent de façon significative. Ainsi, avec un mélange comprenant: -80 % He - 1000 vpm CO2 - solde argon, on réalise, en soudage TIG courant alternatif, des assemblages sur une épaisseur de 5 mm de pièces en alliages d'aluminium et de magnésium en une passe avec seulement une intensité de 90 Ampères. La compacité et les caractéristiques mécaniques de la soudure sont bonnes et il n'y a pas de détérioration visible de l'électrode. Des teneurs en CO2 pouvant atteindre 0,5 %, voire près de 1 %, peuvent être utilisées avec le même effet stabilisant dans une buse annulaire venant gainer le flux de protection gazeuse axial à l'électrode, ce flux axial étant constitué d'un mélange hélium majoritaire/argon exempt de CO2. 3 2738517 Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, I'oxygène pourrait être utilisé en lieu et place du C02 mais dans des quantités plus faibles encore qui rendraient le conditionnement du mélange gazeux délicat et onéreux. 4 2738517 REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage à l'arc en courant alternatif avec électrode réfractaire de pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium utilisant, à l'emplacement de la soudure, un mélange gazeux de protection comprenant au moins 60 % d'hélium, au moins 1000 vpm de dioxyde de carbone, le solde étant l'argon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un mélange gazeux de protection contenant entre 70 et 80 % environ d'hélium et moins de 1200 vpm de dioxyde de carbone. 3. Mélange gazeux pour le soudage à l'arc avec électrode réfractaire et sous courant alternatif de pièces en aluminium ou d'alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend entre 60 % et 80 % d'hélium, entre 1000 et 1200 vpm de dioxyde de carbone, le solde étant l'argon.