Brevet FR2786719A1 — publié le 20000609

La présente invention concerne un procédé de soudage MAG (pour Metal Active Gas) mettant en oeuvre un mélange gazeux ternaire contenant de l'argon, du dioxyde de carbone et de l'hélium, et un fil de soudage plein ou fourré. Le soudage à l'arc électrique de type MAG est réalisé par fusion d'un fil métallique d'apport, en particulier un fil fourré de soudage, de manière à créer un joint de soudure entre les pièces à assembler. Habituellement, la fusion du fil fourré et le dépôt du métal fondu sont réalisés sous flux gazeux de protection, c'est-à-dire en opérant une protection gazeuse aux environs de la zone de soudage, de manière à éviter ou à minimiser l'incorporation d'impuretés gazeuses, présentes dans l'air ambiant, dans le métal fondu et éviter ainsi une fragilisation du joint de soudure. En outre, afin de pouvoir garantir une productivité acceptable au plan industriel, non seulement en soudage manuel mais aussi en soudage automatique ou robotique, il convient de souder à la vitesse de soudage la plus élevée possible pour le procédé de soudage considéré, notamment pour minimiser les pertes de métal dues, en particulier, aux projections et autres éclaboussures de métal en fusion. De plus, pour maîtriser les caractéristiques mécaniques du joint de soudure, il est aussi nécessaire d'obtenir une pénétration de forme arrondie du métal fondu au niveau du plan de joint. Ainsi, le document US-A-4463243 décrit un procédé de soudage MAG mettant en oeuvre un mélange gazeux quaternaire de protection, à savoir argon, hélium, dioxyde de carbone et oxygène, permettant d'obtenir une pénétration profonde et arrondie pour une vitesse du fil allant de 16 à 30 m.min-1. Toutefois, ce procédé engendre un fort développement de fumées et de projections de métal fondu, qui limite son applicabilité au soudage automatique. De plus, des tests réalisés ont montré que, selon ce procédé, la buse de soudage se trouve très rapidement encrassée par les projections de métal fondu, ce qui conduit alors inévitablement à une perturbation néfaste de la protection gazeuse mise en oeuvre engendrant, par- là même, des défauts inacceptables des joints réalisés. La productivité s'en trouve donc aussi détériorée étant donné qu'il est alors nécessaire d'arrêter plus fréquemment les machines pour nettoyer les buses, voire même procéder à leur remplacement dans certains cas. Par ailleurs, on connaît également un procédé de soudage en régime arc court prolongé sous tension plus basse, par exemple 200 A et environ 24 V, permettant d'améliorer la vitesse de soudage sur tôles fines, par exemple de 2 à 5 mm. Ce procédé peut être mis en oeuvre avec des mélanges gazeux variés, en particulier des mélanges binaires argon/CO2, notamment de l'argon contenant 8 % de C02, ou des mélanges ternaires, tels les mélanges Ar/CO2/NO contenant 50 à 5 000 ppm de NO, le mélange Ar/CO2/O2 contenant de 0,5 % de 02. Cependant, ce procédé requiert la mise en oeuvre de postes de soudage spécifiques, compte tenu du régime arc court prolongé et de la tension basse, à savoir des générateurs programmables à transistors. De plus, les mélanges gazeux contenant de l'hélium ne sont pas compatibles avec ce procédé de soudage car ils engendrent l'apparition de défauts, notamment de caniveaux et de porosités, au niveau du joint de soudure. Pour augmenter le taux de dépôt, il est possible d'accroître de 15 à 20 mm environ, l'écart séparant le tube contact de la torche de soudage et l'arc électrique. En effet, une augmentation de cet écart engendre un préchauffage du fil fusible et donc, subséquemment un accroissement non seulement de la vitesse de soudage mais aussi du taux de dépôt, c'est-à-dire de la quantité de métal déposée par période de temps donnée. Cependant, étant donné qu'une partie de l'énergie est consommée lors du préchauffage du fil fusible, on assiste, lors de la mise en oeuvre de ce procédé, à une diminution de la pénétration de la soudure, ce qui n'est pas acceptable industriellement. Afin de tenter d'augmenter la pénétration, des mélanges binaires Argon/CO2 contenant jusqu'à 95 % de C02 ont été proposés. Cependant, il a été observé, en pratique, que si le C02 permet d'obtenir une bonne pénétration et un arrondi acceptable du cordon de soudure, il s'avère que son utilisation dans un procédé de soudage MAG conduit à un très fort taux de projections et un dégagement important de fumées de soudage, diminuant d'autant le taux de dépôt. En d'autres termes, le C02 ou les mélanges binaires CO2/argon ne permettent pas de garantir un taux de dépôt suffisant. En outre, augmenter la quantité d'argon dans un tel mélange argon/CO2 permet de remédier quelque peu à cet inconvénient, mais cette augmentation de la quantité d'argon dans le mélange binaire argon/CO2 a pour conséquence néfaste de détériorer l'aspect du cordon de soudage, c'est-à-dire la forme de la pénétration. De manière analogue, l'ajout de 1 à 6 % d'oxygène dans un mélange argon/C02, conduisant ainsi à des mélanges ternaires argon/C02/02, permet d'améliorer un peu l'aspect du cordon de soudure, c'est-à-dire son arrondi, mais seulement au prix d'une diminution néfaste da la pénétration. Le but de la présente invention est donc de résoudre les problèmes et inconvénients précités, en proposant d'une part, un procédé de soudage MAG avec protection gazeuse et, d'autre part, un mélange gazeux susceptible d'être utilisé en tant que flux de protection gazeuse pour mettre en oeuvre un tel procédé, permettant d'obtenir non seulement une vitesse de soudage élevée et un taux de dépôt acceptable, mais aussi une pénétration profonde de la soudure, un aspect arrondi et sans caniveau des cordons de soudure, et un taux de projections et un dégagement de fumées faibles, et ce, en soudage manuel, automatique ou robotique. La présente invention concerne alors un procédé de soudage MAG à l'arc électrique avec protection gazeuse des aciers et aciers alliés, notamment des aciers inoxydables, caractérisé en ce que ladite protection gazeuse est constituée par un flux d'un mélange gazeux contenant de 1 à 25 % de dioxyde de carbone (C02), de 5 à % d'hélium, le reste étant de l'argon essentiellement. Dans le cadre de la présente invention, les "%" sont des "% en volume". De préférence, le mélange gazeux de protection contient de 5 à 20% de C02, de 15 à 50% d'hélium et le reste étant essentiellement de l'argon. Avantageusement, le mélange gazeux de protection contient de 7 à 14% de C02, de préférence environ 10% de C02 et/ou le mélange gazeux de protection contient de 20 à 40% d'hélium, de préférence environ 30% d'hélium. Préférentiellement encore, le mélange gazeux de protection contient moins de 70% d'argon, de préférence moins de 65% d'argon. Préférentiellement, la vitesse de soudage est d'au moins 0,35 m.min-1, de préférence au moins 0,50 m.min 1. Avantageusement, on soude ensemble au moins deux pièces métalliques formant au niveau du plan de joint un angle de 0 à 180 , l'une avec l'autre, tel un soudage bord-à-bord jointif de tôles, de préférence un angle de l'ordre de 90 environ. L'invention concerne, en outre, un mélange gazeux ternaire constitué de 1 à 25% de Co2, de 5 à 75% d'hélium et le reste étant essentiellement de l'argon, et éventuellement des impuretés gazeuses. De préférence, il contient de 5 à 20% de C02, de 15 à 50% d'hélium et le reste étant essentiellement de l'argon. Dans certains cas, le mélange gazeux peut contenir des impuretés choisies parmi l'oxygène, l'azote, la vapeur d'eau et les hydrocarbures, tel le méthane, la proportion d'impuretés dans le mélange étant inférieure à i %, de préférence inférieure à 0,5 %. Selon le cas, le procédé de l'invention met en oeuvre un fil fusible plein et/ou un fil fusible fourré. En outre, le procédé de l'invention peut être de type manuel ou, à l'opposé, de type automatique et/ou robotisé. L'invention va maintenant être mieux comprise à l'aide des exemples ci-après et des figures annexées, donnés à titre illustratif mais non limitatif. ExempleL Cet exemple 1 vise à comparer un mélange gazeux ternaire Ar/He/C02 selon l'invention à un mélange binaire Ar/CO2 selon l'art antérieur, les deux mélanges étant utilisés en tant que gaz de protection dans un même procédé de soudage MAG. Le mélange gazeux binaire Ar/CO2 selon l'art antérieur est constitué de 8% de C02 et de 92% d'argon. Le mélange gazeux ternaire Ar/CO2/He selon l'invention est constitué de 10% de C02, de 30% d'hélium et de 60% d'argon. Les deux mélanges à tester sont utilisés en tant que gaz de protection dans un procédé de soudage MAG, dans lequel on met en oeuvre une torche de soudage de type MAMIGTM commercialisée par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE, un générateur de type 480 TRS commercialisé par LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE et un fil fusible de soudage de type NERTALICTM 70S commercialisé par LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE. Le débit du gaz de protection est identique pour les deux mélanges, à savoir 18 l.min-1 environ. Les deux pièces en acier sont soudées perpendiculairement l'une à l'autre, ainsi que schématisé sur les figures 1 et 2. Pour chaque mélange testé, on détermine, à des fins de comparaison, les vitesses maximales de fil et de soudage pouvant être atteintes et on examine, par ailleurs, l'aspect du cordon de soudure obtenu. Les résultats sont consignés dans le tableau I suivant: TABLEAU I VITESSE MAXIMALE de fil de soudage MELANGE GAZEUX -1 (m.min-) (cm.min-) Ar + 8% CO2 (art antérieur) 13,7 58 Ar + 30% He + 10% CO2 18,5 65 (invention) Au vu du tableau I précédent, on constate que le mélange ternaire Ar/CO2/He selon l'invention permet d'obtenir de bien meilleurs résultats que le mélange binaire Ar/CO2 selon l'art antérieur. En particulier, la vitesse de soudage est améliorée de 30% environ. En outre, on constate également qu'avec un mélange selon l'invention le taux de dépôt augmente aussi de 30% par rapport à celui obtenu avec un mélange binaire Ar/CO2. Par ailleurs, l'aspect des cordons 3 et 4 obtenus a été schématisé sur les figure 1 et 2, respectivement. La figure 1 représente le cordon 3 obtenu avec un mélange binaire Ar/C02 selon l'art antérieur (Ar + 8 % CO2) et la figure 2 représente le cordon 4 obtenu avec un mélange ternaire Ar/C02/He selon l'invention (Ar + 30 % He + 10 % C02). Il apparaît immédiatement que le cordon 4 selon l'invention présente un aspect nettement amélioré, tant en ce qui concerne la pénétration, qu'en ce qui concerne l'arrondi de la soudure réalisée. De plus, on a constaté, après analyse, que le cordon 3 de la figure 1 présente un taux de porosité plus important, notamment au niveau de la zone 5 (zone d'angle) du joint 3 unissant les pièces métalliques 1 et 2 selon un angle d'environ 90 . En définitive, à débit gazeux constant et à conditions identiques par ailleurs, le mélange gazeux ternaire selon l'invention a une influence bénéfique très nette sur, en particulier, la vitesse de soudage et la forme de pénétration, et conduit à des dégagements de fumées et à un taux de projection tout à fait acceptable industriellement, tant en soudage manuel qu'automatique ou robotisé. Exemple 2 Cet exemple 2 est analogue à l'exemple 1, à l'exception de la composition des mélanges testés. Dans cet exemple 2, les mélanges ternaires selon l'invention contiennent de 13% à 15% de C02, 10% d'hélium et de 75% à 77% d'argon, alors que les mélanges gazeux selon l'art antérieur sont, d'une part, un mélange ternaire contenant 8% C02, 0,015 % de NO et solde d'argon et, d'autre part, un mélange binaire contenant 18% de C02 et 82% d'argon. Les résultats obtenus confirment l'efficacité des mélanges ternaires Ar/C02/He selon l'invention qui conduisent, dans ce cas, à des vitesses de soudage de 10 à 20% supérieures à celles obtenues avec les mélanges Ar/ C02/NO ou Ar/C02 selon l'art antérieur. L'invention présente, de façon générale, un avantage économique notable étant donné qu'elle permet de réduire le temps de soudage et, à l'inverse, d'augmenter la productivité et la qualité des cordons réalisés. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage MAG à l'arc électrique avec protection gazeuse des aciers et alliages d'aciers, notamment des aciers inoxydables, caractérisé en ce que ladite protection gazeuse est constituée par un flux d'un mélange gazeux contenant de 1 à 25 % de dioxyde de carbone (CO2), de 5 à 75% d'hélium, et le reste étant essentiellement de l'argon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux de protection contient de 5 à % de C02, de 15 à 50% d'hélium et le reste étant essentiellement de l'argon. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange gazeux de protection contient de 7 à 14% de C02, de préférence environ 10% de CO2. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange gazeux de protection contient de 20 à 40% d'hélium, de préférence environ 30% d'hélium. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange gazeux de protection contient moins de 70% d'argon, de préférence moins de 65% d'argon. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vitesse de soudage est d'au moins 0,35 m.min-1, de préférence au moins 0,50 m.min1. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on soude ensemble au moins deux pièces métalliques formant au niveau du plan de joint un angle de 0 à 180 , l'une avec l'autre, de préférence un angle de l'ordre de 90 environ. 8. Mélange gazeux ternaire constitué de 1 à 25% de C02, de 5 à 75% d'hélium et le reste étant essentiellement de l'argon, et éventuellement des impuretés gazeuses. 9. Mélange gazeux selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il contient de 5 à 20% de C02, de 15 à 50% d'hélium et le reste étant essentiellement de l'argon. 10. Mélange gazeux selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les impuretés gazeuses sont choisies parmi l'oxygène, l'azote, la vapeur d'eau, et les hydrocarbures, et en ce que la proportion d'impuretés dans le mélange est inférieure à 1 %, de préférence inférieure à 0,5 %.