Guide pratique : voici comment bien souder le zinc

Le zinc est omniprésent dans nos maisons, mais aussi dans l’industrie qui y a recourt pour un grand nombre d’applications. Doté de belles propriétés thermiques et mécaniques, le zinc présente plusieurs défis lorsqu’il s’agit du soudage, principalement à cause de sa température d’ébullition très basse par rapport aux autres métaux habituels que travaillent les soudeurs. Dans ce guide pratique, on vous donne les clés pour savoir comment souder le zinc en toute sécurité.

Bien connaître son métal avant de le souder

Le zinc (Zn) est un élément chimique, un métal à bas point de fusion du groupe 12 (IIb, ou groupe du zinc) du tableau périodique, qui est essentiel à la vie et qui est l’un des métaux les plus utilisés. Le zinc a une importance commerciale considérable. Un peu plus abondant que le cuivre, le zinc représente en moyenne 65 grammes de chaque tonne de la croûte terrestre. Le principal minéral du zinc est la sphalérite sulfurée (blende de zinc) qui, avec ses produits d’oxydation, la smithsonite et l’hémimorphite, constitue la quasi-totalité du minerai de zinc du monde. Le zinc natif a été signalé en Australie, en Nouvelle-Zélande et aux États-Unis, et les principaux producteurs de zinc du début du XXIe siècle sont la Chine, l’Australie et le Pérou.

Une grande partie du zinc, peut-être plus d’un tiers, est utilisée pour galvaniser des métaux tels que le fer afin d’empêcher la corrosion. En général, cela consiste à tremper l’objet à protéger dans du zinc fondu pendant une courte durée. L’oxyde (ZnO) est utilisé dans la fabrication de peintures, de produits en caoutchouc, de cosmétiques, de produits pharmaceutiques, de revêtements de sol, de plastiques, d’encres d’imprimerie, de savon, de textiles, d’équipements électriques et d’autres produits. Il est également utilisé dans les pommades.

Le zinc est un métal blanc bleuté et lustré. Il est cassant à température ambiante mais malléable à 100 à 150° C. C’est un conducteur d’électricité raisonnable. La densité du zinc est de 7 140 g/mL, ce qui signifie que le métal s’enfonce dans l’eau et qu’il est relativement lourd. La majeure partie de la production de zinc est basée sur des minerais sulfurés. Ceux-ci sont « grillés » dans des installations industrielles pour former de l’oxyde de zinc (ZnO). Celui-ci peut ensuite être réduit avec du carbone pour former du zinc métallique.

Avant de souder un métal qui vous est étranger, vous devez toujours faire quelques recherches pour vous assurer que vous ne vous mettez pas en danger et que vos proches et/ou collaborateurs ne courent pas de risques particuliers. Les fumées de zinc peuvent être extrêmement dangereuses si elles sont inhalées.

Comment souder le zinc ?

Le zinc a un point d’ébullition relativement bas pour un métal, ce qui peut causer des problèmes aux soudeurs et poser quelques défis de taille aux bricoleurs, quel que soit leur niveau. Si votre température de soudage est trop élevée, vous pourriez provoquer l’ébullition du zinc, ce qui provoquerait un dégagement de gaz dangereux et toxique qui, inhalé, produirait de graves symptômes ressemblant à ceux de la grippe. Il est donc extrêmement important de porter un appareil respiratoire si vous allez souder du zinc, de veiller à ce que l’atelier ou tout autre lieu de travail soit extrêmement bien ventilé et que tous les travailleurs soient conscients des dangers et de la manière de manipuler ce métal et de minimiser les risques.

Une fois que vous aurez pris conscience des dangers du zinc et de ses vapeurs toxiques, vous aurez besoin d’une machine TIG, de baguettes de soudure en zinc et de combustible oxyacétylénique (on vous conseille le modèle à l’oxy-propane de Perfk ). En définitive, vous remarquerez que le processus de soudage du zinc est assez similaire au soudage de l’aluminium. L’oxyacétylène est recommandé parce qu’il fonctionne à des températures plus basses que les autres gaz de soudage courants. Rappelons que le zinc nécessite des températures plus basses que les métaux auxquels les soudeurs sont généralement habitués.

Comment souder l’acier zingué ?

Le soudage de l’acier zingué est possible, mais là encore, des précautions spécifiques doivent être prises pour éviter les risques. Lorsque l’acier galvanisé est soudé à l’arc, la chaleur de l’arc de soudage peut provoquer l’ébullition du revêtement de zinc dans la zone de soudure. Cela s’explique par le fait que le point d’ébullition du zinc (871 °C) est inférieur au point de fusion de l’acier (1 538 °C). Le zinc s’évapore et laisse le métal de base adjacent à la soudure. La mesure dans laquelle le revêtement est perturbé dépend de l’apport de chaleur de l’arc et de la perte de chaleur du métal de base. La zone perturbée est plus importante avec les procédés à vitesse de soudage plus lente comme le soudage à l’oxyacétylène ou le soudage à l’arc au tungstène gazeux.

Lorsque la tôle galvanisée est soudée par résistance électrique, la chaleur de soudage perturbe moins le revêtement de zinc que les procédés à l’arc. La résistance à la corrosion ou plutôt la protection par le zinc n’est pas perturbée puisque le zinc forcé par la soudure par points se solidifie à proximité de la soudure par points et protège la soudure. Le soudage par résistance de l’acier galvanisé est toutefois plus problématique que le soudage à l’arc.

Quelle qualité de la soudure pour l’acier zingué ?

La faible température d’ébullition du zinc du revêtement provoque sa volatilisation dans la chaleur produite par un arc ou par une flamme d’oxyacétylène. Le zinc à l’état gazeux peut être piégé dans le métal de soudure fondu lorsqu’il se solidifie. Si cela se produit, il y aura une porosité dans le métal de soudure. Si le zinc est disponible en quantité suffisante, cela provoquera de grands vides à la surface du dépôt, avec une soudure irrégulière et à faible résistance.

La présence de zinc dans les soudures peut provoquer des fissures et peut également entraîner une fissuration retardée due à la corrosion. Pour éliminer ce problème, le joint de soudure doit être conçu de manière à permettre à la vapeur de zinc de s’échapper complètement du joint. Les fixations et les bandes de support doivent être disposées de manière à permettre au zinc de s’échapper complètement. D’autres moyens peuvent aider le soudeur à éviter que le zinc ne soit emprisonné dans le métal de soudure. Il pourra par exemple utiliser un apport de chaleur suffisant lors de la réalisation de la soudure. Il est également important d’assurer une pénétration complète et totale du joint. La précaution ultime consisterait à retirer le zinc de la zone à souder.

Lors du soudage sur de l’acier galvanisé ou tout acier revêtu, en particulier ceux dont le revêtement produit des fumées nocives comme le zinc, une ventilation positive hygroréglable doit être prévue. La ventilation positive implique l’utilisation d’un tuyau d’aspiration au niveau de la zone de soudure. Lors de l’utilisation du procédé à l’arc métallique sous gaz ou du procédé à l’arc avec flux, il convient d’utiliser des buses de pistolet de type « aspiration ». Le soudage sur zinc ou autres aciers revêtus ne doit jamais être effectué dans des espaces confinés.

Il est parfois conseillé d’utiliser un métal de soudure résistant à la corrosion. Cela peut se faire en utilisant un dépôt de bronze tel qu’un alliage cuivre – zinc, ou une électrode en acier inoxydable. Dans tous les cas, lorsque l’on utilise un soudage à l’arc ou à l’oxyacétylène, la zone adjacente à la soudure perd la couche de zinc protectrice qui doit être réparée.

Le soudage du zinc à l’arc

Lorsque l’on utilise des électrodes enrobées, le choix de l’électrode doit être basé sur l’épaisseur du métal et la position qui sera utilisée lors du soudage de l’acier galvanisé. L’électrode E-XX12 ou 13 sera utilisée pour le soudage de matériaux plus fins, l’électrode E-XX10 ou 11 sera utilisée pour le soudage de tuyaux galvanisés et pour le soudage de pièces galvanisées par immersion à chaud d’une épaisseur plus importante. Les électrodes à faible teneur en hydrogène peuvent également être utilisées pour les épaisseurs plus importantes.

Cette technique de soudage doit mobiliser une vitesse de déplacement lente pour permettre le dégazage du métal en fusion. L’électrode doit pointer vers l’avant pour forcer la vapeur de zinc à passer devant l’arc. La qualité des soudures sera égale à celle du métal nu, en supposant que la soudabilité de l’acier soit égale. Le procédé de soudage à l’arc sous gaz protecteur est de plus en plus utilisé pour l’assemblage d’acier galvanisé. Pour les travaux fins, la méthode de court-circuit à fil fin est recommandée. Dans ce cas, la technique serait similaire à celle utilisée pour le métal nu. Le gaz de protection peut être du CO₂ à 100 % ou un mélange de 75 % d’argon et de 25 % de CO₂. Le choix dépend principalement de l’épaisseur du matériau et de la position de la soudure. Pour certaines applications, on utilisera plutôt un mélange argon-oxygène.

La quantité de projections produites lors du soudage d’acier galvanisé est légèrement plus importante que lors du soudage d’un métal nu. Le procédé de soudage à l’arc avec fil fourré peut être utilisé aussi facilement que le soudage à l’arc sous gaz pour l’acier galvanisé. Il est recommandé pour les gros calibres et sur les pièces galvanisées par immersion à chaud. Il convient d’utiliser une électrode de soudage hautement désoxydée.

Le procédé de soudage à l’arc au gaz tungstène n’est pas recommandé pour le soudage de l’acier galvanisé, car c’est l’un des procédés de soudage les plus lents et il entraîne la destruction d’une plus grande surface de zinc adjacente à la soudure. De plus, le zinc volatilisé est susceptible de contaminer l’électrode de tungstène et nécessite un redressement fréquent de l’électrode. Pour y remédier, on utilise parfois des débits de gaz très élevés, ce qui peut être coûteux et dangereux si l’on ne maîtrise pas la technique.

Le procédé de soudage à l’arc au carbone a été largement utilisé pour le soudage de l’acier galvanisé. Il est possible d’utiliser un arc carbone de soudage simple ou double. L’arc double carbone est utilisé comme source de chaleur de la même manière que la flamme d’oxyacétylène. Cependant, lorsque l’arc carbone simple est utilisé, le carbone peut être utilisé sur la baguette d’apport avec une vitesse de soudage rapide. Normalement, dans cette situation, on privilégiera la barre de soudage de type RBCuZn – A (60 % de cuivre et 40 % de zinc). En dirigeant l’arc vers la barre de soudage, celle-ci fond et une chaleur suffisante est produite dans le métal de base pour la fusion, mais pas assez pour détruire le revêtement de zinc. Ce procédé et cette technique sont largement utilisés dans l’industrie des conduits en tôle.

Pour souder du zinc à l’arc dans les règles de l’art, optez pour le poste à souder MMA professionnel de Stamos Welding Group , une référence absolue en la matière !

Le brasage du zinc au chalumeau

Le chalumeau oxyacétylénique est également largement utilisé pour le brasage de l’acier galvanisé. La technique est similaire à celle mentionnée avec l’arc au carbone. La torche est dirigée vers la barre d’apport qui fond et remplit ensuite le joint de soudure. Une quantité généreuse de flux de brasage est utilisée, ce qui permet de réduire la perte de zinc à proximité de la soudure.

La réparation du revêtement de zinc

La zone adjacente à la soudure à l’arc ou au gaz sera exempte de zinc en raison de la température élevée de la soudure. Pour réaliser un joint résistant à la corrosion, le zinc doit être remplacé dans cette zone et sur la soudure elle-même, sauf si un métal d’apport non ferreux a été utilisé. Il existe plusieurs façons de remplacer le zinc. On pourra par exemple utiliser des bâtonnets de pâte à base de zinc, parfois appelés bâtonnets de zinc ou bâtonnets galvanisés, vendus sous différents noms de marque déposée.

Ces bâtonnets sont essuyés sur le métal nu chauffé. Avec de la pratique, on peut placer un très bon revêtement qui se mélangera au revêtement de zinc d’origine. Ce revêtement sera toutefois plus épais que le revêtement d’origine.