Brevet FR2829955A1 — publié le 20030328

chambre (10) de combustion. La présente invention se rapporte à un procédé de soudage TIG avec apport de fil fusible en particulier utilisable pour souder des pièces en aciers au carbone ow inox, dans lequel on met en ceuvre une protection gazeuse adaptée formée d'un mélange gazeux constitué d'argon, d'hélium et éventuellement d'hydrogène. Aujourd'hui, il existe deux procèdés principalement utilisés pour souder les aciers au carbone ou les aciers inox,vdables, à savoir le procédé de soudage TIG (Tungsten Inert Gas) et le procédé de soudage MAG (Metal Active Gas). Le procèdé TIG permet d'obtenir un excellent aspect de cordon, c'est- à-dire un cordon de soudure de qualité élevée, mais est limité en termes de vitesse de soudage étant donné qu'il n'est habituellement mis en _uvre qu'à des vitesses de l'ordre de 15 crn/min environ. Le procédé MAG permet, à l'inverse, d'accro^'tre notablement la vitesse de soudage jusqu'à 30 cm/min environ, mais au détriment de la qualité du cordon puisqu'il conduit à un cordon qui présente un aspect moins 2 0 régulier. De plus, le procédé MAG engendre plus de projections de gouttelettes métalliques durant sa mise en _uvre qui sont adhérentes sur les tôles et doivent être ensuite être éliminées par post-traitement des pièces ainsi soudées. Dès lors, aucun de ces procédés ne peut être considéré comme pleinement satisfaisant. Le but de la présente invention est alors de proposer un procédé efficace d'assemblage de pièces métalliques, en particulier en acier au carbone ou en acier inox, lequel ne présente pas les inconvénients susmentionnés, c'est-à-dire qui permette d'augmenter la vitesse de soudage par rapport à celle obtenue en procédé TIG mais sans conduire à une q dégradation du cordon de soudure et sans engendrer de projections importantes comme avec un procédé MAG. La solution est alors un procédé de soudage TIG, dans lequel on assemble au moins deux pièces métalliques en réalisant une fusion d'un fil d'apport fusible au moyen d'une torche de soudage TIG munie d'une électrode en tungstène alimentée en courant électrique, et en mettant en _uvre une protection gazeuse, de manière à réaliser au moins un joint de soudure entre les dites pièces métalliques, et dans lequel la protection gazeuse est formée d'un mélange gazeux contenant: - de5à60%envolumed'héllumet - d'argon pour le reste. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - il convient, en outre, de 0.1 à 10 % en volume d'hydrogène. - I'électrode en tungstène est alimentée en courant électrique continu de manière à générer au moins un arc électrique. - I'intensité du courant est comprise entre 30 A et 400 A, de préférence comprise entre 60 A et 250 A. - le diamètre du fil est compris entre 0.4 mm et 2 mm, de préférence 2 0entre 0,6 mm et 1,2 mm. - la vitesse de soudage est supérieure à 20 cm/min, de préférence comprise entre 30 cm/min et 100 cm Imin. - I'épaisseur des pièces est comprise entre 0.1 mm et 3 mm, de préférence de l'ordre de 0.5 mm à 2 mm. - le gaz de protection est constitué d'au moins 10% en volume d'hélium et le reste étant de l'argon, de préférence d'environ 35% à environ % en volume d'hélium et le reste étant de l'argon. - le gaz de protection est constitué de 10 à 40 % en volume d'hélium, de 1 à 9 % en volume d'hydrogène et d'argon pour le reste, de préférence le gaz de protection est constitué de 15 à 30 % en volume d'hélium, de 2 à 8 % en volume d'hydrogène et d'argon pour le reste - on met aussi en _uvre un dévidage automatique du fil pour amener le fil de façon régulière et permettre ainsi d'atteindre des vitesses d'assemblage élevées, par exemple plus de 20 cm/min. En d'autres termes, I'invention repose sur l'utilisation d'arc électrique obtenu par une torche de soudage TIG (Tunsgten Inert Gas) comme source de chaleur pour fondre un fii d'apport fusible de soudage, en présence d'un mélange gazeux de protection ayant une composition particulière à base d'héllum, d'argon et éventuellement d'hydrogène. La mise en _uvre de l'invention peut être opérée au moyen d'un matériel de soudage TIG classique, par exemple une torche PROTIG_, un système d'alimentation DVT 1500 en fil fusible à cadenceur et un poste de soudage TIG SAF 300 ACDC; ces équipements étant commercialisés par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE. Le gaz de protection utilisé est un mélange d'argon et d'hélium (50% en vol.) commercialisé sous la dénomination INARC_ 8 ou, selon le cas, préférentiellement un mélange d'argon, d'héllum (20% en vol.) et d'hydrogène (5% en vol.) commercialisé sous la dénomination ARCAL_ 11. Ceci ressort des essais comparatifs qui ont été réalisés en utilisant différents mélanges gazeux et en mettant en _uvre soit un procédé MAG classique, soit le procédé de l'invention. Dans ces essais, le fil d'apport utilisé est un fil fusible en acier inoxydable 316 commercialisé par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE sous la référence NERTALIC 316 et les pièces à souder sont 2 5 en acier au carbone. L'intensité du courant continu a été fixée à 114 A, la vitesse du fil à 4, 3 m/min (fil de 0,6 mm de diamètre), et l'électrode en tungstène avait un diamètre de 2 mm (électrode en tungstène thorié). Le tableau ci-dessous rapporte les résultats obtenus, en termes de vitesse de soudage (en cm/min), lors de ces essais. Tableau Procédé et Vitesse de soudage gaz de protection maximale (cm/min) MAG classique avec gaz ARCAL_ 121 31 (Ar + 8% CO2) Procédé de l'invention avec gaz ARCAL_ 31 24 (Ar+ 5% He) Procédé de l'invention avec gaz ARCAL_ 32 26 (Ar + 25 % He) Procédé de l'invention avec gaz ARCAL_ 11 31 (Ar + 20% vol He + 5% vol H2) Procédé de l'invention avec gaz NOXAL_ 2 27 (Ar+2, 5% H2) Procédé de l'invention avec gaz INARC_ 8 37 (50% vol Ar + 50% vol He) Les gaz ARCAL_, NOXAL_ et INARC_ sont disponibles auprès de la société L'AIR LIQUIDE. Comme on le voit dans le tableau ci-dessus, la vitesse de soudage atteinte dépend étroitement du mélange gazeux utilisé en tant que gaz de protection et les meilleurs résultats sont obtenus pour le mélange gazeux à % d'argon et 50% d'héllum (INARC_ 8) qui conduit à une vitesse de soudage égale à celle obtenue avec un procédé MAG classique et, mieux encore, pour le mélange gazeux contenant 20 % d'héllum, 5% d'hydrogène et le reste d'argon (ARCAL_ 11), lequel permet d'accro^'tre la vitesse de soudage d'environ 20% par rapport à un procédé MAG classique. REVENDICATIONS 1 - Procédé de soudage, dans lequel on assemble au moins deux pièces métalliques en réalisant une fusion d'un fil d'apport fusible au moyen d'une torche de soudage TIG munie d'une électrode en tungstène alimentée en courant électrique, et en mettant en _uvre une protection gazeuse, de manière à réaliser au moins un joint de soudure entre les dites pièces métalliques, et dans lequel la protection gazeuse est formée d'un mélange gazeux contenant: - de 5 à 60 % en volume d'hélium et - d'argon pour le reste. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux contient, en outre, de 0.1 à 10 % en volume d'hydrogène. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce que le gaz de protection est constitué d'au moins 20% en volume d'hélium et le reste étant de l'argon, de préférence d'environ 40% à environ 55% en volume d'hélium et le reste étant de l'argon. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz de protection est constitué de 10 à 40 % en volume d'hélium, de 1 à 9 % en volume d'hydrogène et d'argon pour le reste. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'intensité du courant est comprise entre 30 A et 400 A, de préférence comprise entre 60 A et 250 A. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pièces à souder sont en acier au carbone ou en acier inox. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre du fil est compris entre 0.4 mm et 2 mm, de préférence entre 0,6 mm et 1,2 mm. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse de soudage, en manuel, est supérieure à 20 cm/min, de préférence comprise entre 30 cm/min et 100 cm /min. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur des pièces est comprise entre 0.1 mm et 3 mm, de préférence de l'ordre de 0.5 mm à 2 mm. - Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que le gaz de protection est constitué de 15 à 30 % en volume d'hélium,