Il existe au moins 67 procédés utilisés par les soudeurs pour assembler les métaux ! Le type de pression, de chaleur et d’équipement utilisé sont les trois variables qui différencient un procédé de soudage de l’autre. Le soudage TIG est particulièrement plébiscité, à la fois par les bricoleurs avertis et les professionnels. S’il permet d’obtenir des soudures propres, durables et plutôt esthétiques, il nécessite un certain niveau de compétence, une dextérité et une certaine expérience.
Le soudage TIG est « officiellement » désigné sous l’appellation de « soudage à l’arc au tungstène gazeux ». On doit son développement à l’industrie aéronautique qui l’a utilisé pour souder le magnésium dans les années 1930 et 1940. Son mode opératoire est simple : le fer à souder réalise un arc entre le métal de base et l’électrode de tungstène non consommable (qui ne fond pas). À l’endroit où l’arc « attaque » le métal de base, un bain de soudure en fusion se forme.
Un mince fil de métal d’apport est lentement introduit à la main dans le bain de soudure, via une baguette par exemple. Ce métal d’apport va fondre sur place. Pendant ce temps, un gaz de protection inerte protège l’électrode de tungstène et le bain de soudure de la contamination par l’oxygène (oxydation). Aucun flux n’est utilisé. Le produit fini est une soudure saine, sans scorie, propre et esthétique, qui partage les mêmes propriétés de résistance à la corrosion que le métal de base. Vous l’aurez compris, pour faire dans le soudage TIG, il va falloir apprendre à souder à l’arc ! Si vous débutez, on vous conseille de lire d’abord notre article sur la différence entre le soudage TIG et le soudage MIG.
Flashback : il était une fois, le soudage TIG !
Après la découverte de l’arc électrique pulsé court en 1800 par Humphry Davy et de l’arc électrique continu en 1802 par Vasily Petrov, le soudage à l’arc s’est développé pour épauler les industriels, les métallurgistes et autres professionnels dans les pays développés. L’objectif était clair : soutenir la production en améliorant le rendement dans les usines. C. L. Coffin a eu l’idée de souder sous atmosphère de gaz inerte en 1890, mais même au début du XXe siècle, le soudage de matériaux non ferreux tels que l’aluminium et le magnésium restait difficile car ces métaux réagissent rapidement au contact de l’air, ce qui donne des soudures poreuses et chargées de crasses avec, en définitive, des produits de piètre qualité.
Les procédés utilisant des électrodes recouvertes de flux ne protégeaient pas de manière satisfaisante la zone de soudure contre les souillures et l’oxydation, voire la rouille. Quelques années plus tard, un procédé de soudage en courant continu sous gaz protecteur a fait son apparition dans l’industrie aéronautique pour le soudage du magnésium. Russell Meredith, du groupe Northrop Aircraft, a perfectionné le procédé en 1941, en pleine Seconde guerre mondiale. Meredith a baptisé le procédé « Heliarc », parce qu’il utilisait un arc à électrode de tungstène et de l’hélium comme gaz de protection. Il est plus communément appelé « soudage sous gaz inerte au tungstène » (TIG) dans l’industrie et auprès des professionnels.
Le terme officiel de l’American Welding Society, sur le quel se sont alignés les autres organismes européens puis mondiaux, est « soudage à l’arc au tungstène gazeux », avec l’acronyme anglais « GTAW » que vous retrouverez dans la majorité des équipements de soudage pensés pour cette technique. Les laboratoires de R&D se sont rapidement emparés de l’invention durant la seconde moitié du 20e siècle, et une large gamme de lampes et chalumeaux refroidis par air et par eau, de lentilles de gaz pour améliorer le blindage et d’autres accessoires ont vu le jour, permettant d’accroître l’utilisation de ce procédé.
Au départ, l’électrode surchauffait rapidement et, malgré la température de fusion élevée du tungstène, des particules de tungstène étaient transférées à la soudure, ce qui entamait la qualité du rendu. Pour remédier à ce problème, la polarité de l’électrode a été changée de positive à négative, mais ce changement la rendait inadaptée au soudage de nombreux matériaux non ferreux. Enfin, le développement d’unités de courant alternatif a permis de stabiliser l’arc et de produire des soudures de haute qualité en aluminium et en magnésium.
Les développements se sont poursuivis au cours des décennies suivantes. Les ingénieurs ont mis au point des lampes refroidies à l’eau qui ont permis d’éviter la surchauffe lors du soudage avec des courants élevés. Au cours des années 1960, alors que le procédé continuait à gagner en popularité dans les usines et autres ateliers, certains utilisateurs se sont tournés vers le dioxyde de carbone comme alternative aux atmosphères de soudage plus coûteuses constituées d’argon et d’hélium, mais cela s’est avéré contre-productif pour le soudage de l’aluminium et du magnésium car cela réduisait la qualité de la soudure. Aujourd’hui, le dioxyde de carbone est rarement utilisé avec le soudage TIG.
L’utilisation de tout gaz de protection contenant un composé d’oxygène, tel que le dioxyde de carbone, contamine rapidement l’électrode de tungstène, la rendant ainsi inadaptée au procédé de soudage de type TIG. En 1963, un nouveau procédé basé sur le TIG a été développé, appelé « soudage à l’arc au plasma ». Il permet un meilleur contrôle des conditions de soudage et améliore la qualité de la soudure en utilisant une buse pour focaliser l’arc électrique, mais il est largement limité aux systèmes automatisés, alors que le TIG reste principalement une méthode manuelle, à main levée. Le développement du processus de soudage TIG s’est également poursuivi et il existe aujourd’hui un certain nombre de variantes. Parmi les plus populaires, on trouve les méthodes de soudage TIG à courant pulsé, à programmation manuelle, à fil chaud, par barbotage et à pénétration accrue.
Comment souder au TIG ?
Dans le soudage sous gaz inerte au tungstène (TIG), une électrode de tungstène est utilisée pour chauffer le métal, tandis que le gaz argon protège le bain de fusion et la soudure des contaminants en suspension dans l’air. Le soudage TIG sera votre meilleur allié pour des soudures propres et de haute qualité sur la plupart des matériaux, y compris l’acier, l’acier inoxydable (inox), le Chromoly (plus léger et plus solide que l’acier), l’aluminium, les alliages de nickel, le magnésium, le cuivre, le laiton, le bronze et l’or. Suivez les étapes ci-dessous pour mettre votre fer à souder ou poste à souder TIG en service et réalisez vos premiers travaux de soudage TIG dès maintenant !
#1 Configuration du fer ou poste à souder TIG
Avant d’utiliser votre fer ou poster à souder TIG, assurez-vous de mettre des lunettes de protection, des vêtements épais et résistants au feu, ainsi qu’un casque de soudeur avec une protection oculaire. Branchez la lampe à souder TIG. Il faut savoir que toutes les lampes à souder TIG sont équipées d’une buse en céramique pour diriger l’argon, d’un manchon en cuivre pour tenir une électrode et d’un mécanisme de refroidissement. Utilisez l’adaptateur pour brancher la lampe à souder à l’avant de votre poste à souder, puis branchez votre pédale. La pédale sert à contrôler la chaleur à laquelle vous soudez. Sélectionnez ensuite la polarité. Vous choisirez différents réglages en fonction du type de métal que vous soudez. Si vous utilisez de l’aluminium, placez le poste à souder sur le réglage de courant alternatif (CA). Si vous utilisez de l’acier ou d’autres métaux, placez le poste à souder sur le réglage négatif de l’électrode en courant continu (DCEN).
Si votre poste à souder est réglé sur une haute fréquence, il devra également être ajusté. Pour l’aluminium, l’interrupteur devra être sur haute fréquence continue, par exemple. Travaillez par la suite le tungstène. L’épaisseur du métal à souder et le courant de soudage utilisé déterminent la taille de la baguette de tungstène. Assurez-vous de meuler dans une direction radiale autour de la circonférence du tungstène, et non pas directement vers les extrémités. On recherchera une pointe arrondie, en forme de balle, pour le soudage à courant alternatif et une pointe « pointue » pour le soudage à courant continu. Pour faire une soudure bout à bout ou une soudure d’angle (ouverte), travaillez le tungstène sur cinq à six millimètres.
Procédez ensuite au réglage du débit de gaz. Il faudra utiliser un gaz d’argon pur ou un gaz d’argon mélangé (argon et hélium, par exemple). Retirez le capuchon de protection en plastique. Déplacez le corps de la valve en ouvrant et en fermant rapidement la valve pour nettoyer les débris éventuels du corps de la valve filetée. Vissez le détendeur, puis serrez l’écrou tout en tournant simultanément le détendeur jusqu’à ce qu’il soit en place dans la vanne. Serrez le régulateur à l’aide d’une clé, en vous assurant que le bouton de pression est repoussé dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Mettez le tuyau de gaz et le débitmètre, puis ouvrez le robinet de la bouteille. Veillez à ouvrir le robinet de la bouteille doucement et par petits paliers. En général, un quart de tour suffit.
Enfin, vérifiez s’il y a des fuites, auquel cas vous entendrez un sifflement. Vous pouvez utiliser un aérosol détecteur de fuites. Réglez le débit de gaz en ajustant le régulateur de la bouteille. Bien que le débit puisse varier en fonction de votre projet, on recherche généralement un débit compris entre 4 et 12 litres par minute. Nous allons enfin régler l’ampérage. Plus le métal est épais, plus l’ampérage devra être élevé. Voici quelques rapports de courant conventionnels : 1,6 mm à 30 à 120 ampères ; 2,4 mm à 80 à 240 ampères ; 3,2 mm à 200 à 380 ampères.
#2 Le soudage TIG à proprement parler
Commencez par nettoyer rigoureusement votre matériel de soudage TIG. Votre plan de travail doit être exempt de débris et d’autres sources de saletés qui peuvent compromettre le rendu final. Pour préparer l’acier au carbone, utilisez une meuleuse ou une ponceuse et polissez-le pour obtenir un métal nu et brillant. Pour l’aluminium, il est préférable d’utiliser une brosse métallique en acier inoxydable. Pour l’acier inoxydable, il suffit d’essuyer la zone de soudure avec du solvant par l’intermédiaire d’un chiffon. Veillez à ranger le chiffon et les produits chimiques dans un endroit sûr avant de souder.
Insérez l’électrode en tungstène dans sa pince de serrage. Dévissez l’arrière du porte-électrode sur la pince de serrage, insérez l’électrode en tungstène et revissez. En général, l’électrode doit être suspendue à environ 1,5 cm de la gaine de protection de la pince de serrage. Serrez les pièces de manière vigoureuse. Utilisez une cornière et/ou une barre plate avec des pinces en C pour fixer les pièces que vous voulez souder. On procédera à un soudage par points. En somme, il s’agit de réaliser de très petites soudures destinées à maintenir une pièce en place jusqu’à ce que la soudure finale puisse être réalisée. Placez des points de soudure tous les quelques centimètres à l’endroit où vos deux métaux se rencontrent.
Prenez à présent votre lampe/torche à souder TIG. Veillez à la tenir à un angle d’environ 75 degrés, car le tungstène ne doit pas être soulevé de plus de 0,6 cm du métal. Ne laissez pas le tungstène toucher la pièce de travail, sinon il contaminera votre matériau et compromettra la qualité de la soudure. Entraînez-vous à utiliser les pédales pour contrôler la chaleur. Votre bain de fusion (ou « flaque de soudure ») doit avoir une largeur d’environ 6 mm. Il est important que la taille de votre bain de fusion soit constante tout au long de la soudure afin d’éviter une finition hasardeuse.
Prenez la baguette d’apport dans l’autre main. Tenez-la de manière à ce qu’elle repose horizontalement à un angle de 15 degrés par rapport à la pièce, dans l’emplacement ou la torche, lampe ou chalumeau chauffera la pièce. Utilisez votre torche pour chauffer le métal de base. La chaleur de l’arc va créer un bain de fusion qui va assembler les matériaux à souder. Une fois le bain de fusion réalisé, tapotez la baguette d’apport sur la flaque en fusion par petites touches rapides pour éviter qu’elle ne s’agglutine.
Faites avancer la flaque dans la direction souhaitée à l’aide de votre arc. Contrairement au soudage MIG, où vous faites avancer la flaque dans la direction où la torche est dirigée, avec le soudage TIG, vous poussez la flaque dans la direction opposée. Continuez à faire avancer la flaque jusqu’à ce que vous ayez soudé toute la zone souhaitée.