Les 12 principaux types de soudage : à quoi servent-ils ?

Le soudage est un procédé de fabrication qui utilise la chaleur, la pression, ou les deux, pour assembler deux ou plusieurs matériaux et créer une liaison solide et permanente. Les matériaux couramment soudés sont les métaux et les thermoplastiques, mais d'autres matériaux, comme le bois, peuvent également l'être.

Il s'agit d'un processus clé dans la plupart des secteurs d'activité. Examinons son fonctionnement et les connaissances sous-jacentes qui le sous-tendent.

Comment s'effectue le soudage ?

Le soudage est un procédé à haute température qui fait fondre le métal de base. C'est la principale différence avec le brasage et le soudage tendre, qui ne font fondre que le métal d'apport et ne fusionnent pas les métaux de base.

Le soudage consiste à assembler deux ou plusieurs pièces à haute température. Cette température élevée crée un bain de fusion qui, en refroidissant, se solidifie en un seul corps solide, formant ainsi une soudure. Cette soudure peut même être plus résistante que les métaux de base.

Il existe de nombreux types de soudage, mais tous utilisent la chaleur ou la pression pour faire fondre les métaux et former le joint soudé. La source de chaleur ou de pression peut varier selon l'application et les matériaux utilisés. Grâce à ses principes simples et bien compris, le soudage des métaux est considéré comme le matériau le plus couramment soudé. Le soudage des plastiques est également très répandu, tandis que le soudage du bois commence tout juste à se développer.

Le procédé de soudage est influencé par divers facteurs, tels que le besoin d'outils spécifiques, de gaz de protection, d'électrodes et de matériaux d'apport. Examinons de plus près certaines des méthodes de soudage les plus courantes et identifions leurs caractéristiques propres.

Différents types de soudage

Bien que le principe de base du soudage soit relativement simple, il peut être classé selon la source d'énergie utilisée. En détaillant ces sous-catégories, nous pouvons approfondir les principes de fonctionnement de chaque méthode.

Soudage à l'arc

Le soudage à l'arc est un procédé de soudage qui utilise la chaleur de l'arc générée entre l'électrode et la pièce à souder pour faire fondre localement le métal et le fil d'apport (ou sans fil d'apport) afin de connecter les matériaux. électrodes de soudage à l'arc Les matériaux utilisés sont soit consommables, soit non consommables. Le courant alternatif (CA) et le courant continu (CC) peuvent tous deux être utilisés en soudage.

1. Soudage MIG/MAG

Le soudage à l'arc sous protection gazeuse (GMAW), également appelé soudage MIG/MAG (métal inerte/métal actif), utilise un fil continu alimenté par une torche de soudage. Lorsque l'arc fait fondre le fil, celui-ci fusionne avec le métal de base dans le bain de fusion.

Simultanément, un gaz de protection est injecté dans la zone de soudure, créant une barrière protectrice pour empêcher toute contamination atmosphérique.

Cette technique de soudage est facile à utiliser. C'est pourquoi elle est très répandue dans les secteurs du soudage industriel, de la fabrication, de la construction et de l'automobile. Grâce à la disponibilité de gaz inertes peu coûteux, le soudage à l'arc sous protection gazeuse (GMAW) a largement remplacé le soudage à l'hydrogène atomique (AHW).

2. Soudage TIG

Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) utilise une électrode de tungstène non fusible et un gaz de protection inerte. Contrairement au soudage MIG/MAG, l'utilisation d'un métal d'apport en soudage TIG peut être déterminée en fonction des exigences du projet. Le soudage à l'arc sous protection gazeuse TIG (GTAW) permet de réaliser des soudures précises et de haute qualité, offrant une excellente pénétration. Ceci le rend idéal pour de nombreuses applications, notamment dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile. Par ailleurs, les postes à souder TIG disposent de nombreuses options de réglage, ce qui fait du TIG un procédé de soudage très polyvalent.

3. Soudage à l'arc avec électrode enrobée

Le soudage à l'arc métallique collant (SMAW), également connu sous le nom de soudage à l'arc métallique manuel (MMAW/MMA) ou soudage à la baguette, utilise une électrode métallique enrobée de flux consommable pour assembler les métaux.

Lorsque l'électrode entre en contact avec le métal de base, un arc électrique se forme, faisant fondre le matériau dans le bain de fusion. Le flux libère un gaz de protection qui préserve le métal fondu de toute contamination. Après refroidissement, le laitier peut être éliminé à l'aide d'outils courants tels que des brosses métalliques.

4. Soudage à l'arc avec fil fourré

Le soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW) est un procédé de soudage généralement automatisé ou semi-automatisé qui peut réduire le temps de soudage jusqu'à 40 % par rapport au soudage manuel traditionnel.

Le soudage FCAW utilise une électrode fourrée pour protéger la soudure. De plus, le soudage FCAW à double protection offre une protection supplémentaire contre les contaminants grâce à l'utilisation d'un gaz de protection au-dessus de l'électrode fourrée. Comparé à d'autres méthodes de soudage, le FCAW ne nécessite pas d'équipement de protection gazeuse supplémentaire (notamment pour le soudage à double protection), ce qui permet de réduire considérablement les coûts d'équipement et de matériaux à long terme.

5. Soudage au gaz

Le soudage au gaz, également appelé soudage oxyacétylénique, est l'une des méthodes les plus traditionnelles d'assemblage des métaux. Il utilise un mélange d'oxygène et d'un gaz combustible tel que l'acétylène ou le propane. Ce procédé génère une chaleur intense qui fait fondre le métal au niveau du joint, permettant ainsi sa fusion. Il est couramment utilisé pour les métaux ferreux et non ferreux, et est particulièrement efficace pour les matériaux minces.

L'un des principaux avantages du soudage au gaz est son fonctionnement sans électricité, ce qui en fait une solution très portable dans les zones où l'accès à l'énergie est limité. L'équipement est relativement simple d'utilisation et moins coûteux que les autres méthodes de soudage, ce qui explique sa popularité pour les petits projets et le bricolage. Le soudage au gaz peut également être utilisé pour le découpage oxyacétylénique, offrant ainsi une grande polyvalence avec le même matériel.

Bien qu'ancienne, la soudure au gaz reste efficace pour de nombreuses applications. La possibilité d'ajuster le profil de la flamme en régulant le débit de gaz permet un contrôle précis, la rendant idéale pour des travaux délicats comme le brasage et le soudage de tôles fines. C'est une technique fiable et accessible pour répondre à divers besoins en métallurgie.

6. Soudage au plasma

Le soudage à l'arc plasma fonctionne selon un principe similaire au soudage TIG, mais la conception unique de sa torche permet d'éjecter un gaz inerte de la buse à une vitesse plus élevée, en suivant un parcours plus étroit. Au contact de l'arc, le gaz forme un plasma qui s'ionise en pénétrant dans la zone de soudure, générant des températures extrêmement élevées. Ceci permet d'atteindre des températures de soudage d'environ 28 000 °C, suffisantes pour faire fondre la quasi-totalité des métaux.

Grâce à leur capacité à générer des températures de fonctionnement très élevées, les torches à plasma conviennent non seulement au soudage de précision, mais aussi à la découpe des métaux. Lors du soudage, l'arc plasma produit une chaleur très concentrée, ce qui permet d'obtenir des soudures plus fines et des vitesses de soudage plus rapides. Cette technique est donc particulièrement adaptée au travail des métaux exigeant une grande précision et des structures complexes.

7. Soudage à l'arc submergé

Le soudage à l'arc submergé (SAW) fonctionne selon un principe similaire au soudage à l'arc avec métal en fusion (SMAW), utilisant un flux pour protéger le métal d'apport. Ce procédé de soudage automatisé ou semi-automatisé utilise une trémie de flux séparée pour déposer un métal d'apport granulaire sur la soudure.

Cette technique de soudage produit des soudures régulières et nettes, surpassant la plupart des procédés de soudage manuels traditionnels. Elle est particulièrement adaptée aux métaux comme le nickel, l'acier et l'acier inoxydable et est couramment utilisée dans la fabrication de tuyaux, de récipients sous pression et de chaudières.

Soudage par résistance

Le soudage par résistance, ou soudage par pression, consiste à appliquer une pression et un courant électrique entre deux surfaces métalliques pour créer une liaison par fusion. Les pièces sont mises en contact sous haute pression, et un courant électrique traverse les points de contact. La résistance du métal génère de la chaleur, fusionnant ainsi les surfaces métalliques.

1. Soudage par points

Le soudage par points par résistance (RSW) utilise deux électrodes pour presser l'une contre l'autre des métaux superposés tout en appliquant simultanément un courant de soudage à travers la résistance des métaux. La chaleur générée pendant le processus de soudage provoque la fusion des surfaces métalliques, formant une soudure en forme de bouton ou de pastille.

Les métaux fusionnent sous haute énergie en un temps très court (environ 10 à 100 millisecondes), assemblant les pièces presque instantanément. La zone autour de la soudure n'est pas endommagée par la chaleur excessive, ce qui réduit considérablement la zone affectée thermiquement (ZAT) lors du soudage par points.

Le soudage par points est souvent automatisé grâce à des robots de soudage. Cela en fait l'une des méthodes de soudage les plus efficaces utilisées sur les chaînes de montage, et donc une option intéressante pour les industries automobile, électronique et manufacturière.

2. Soudage à la molette

Le soudage à la molette est un type de soudage par points. Il utilise deux molettes d'électrodes qui exercent une pression sur les pièces à souder, tandis que le courant électrique les traverse. Le soudeur peut utiliser la puissance de deux manières : soit de façon intermittente pour réaliser des soudures individuelles, soit en continu, selon les besoins du projet.

Le soudage par résistance permet d'obtenir des joints très étanches. Ce procédé, extrêmement rapide et propre, est idéal pour le soudage automatisé. L'industrie de la tôlerie utilise le soudage par résistance pour la fabrication de boîtes de conserve, de radiateurs et de fûts en acier.

Soudage laser

Le soudage laser (LBW), comme son nom l'indique, utilise un faisceau laser comme source de chaleur concentrée pour faire fondre le métal et former la soudure. La forte densité de puissance du LBW permet de réduire la zone affectée thermiquement. La taille du point d'impact du laser varie de 0,2 à 13 mm, ce qui le rend adapté au soudage de matériaux d'épaisseurs variables et permet d'obtenir des résultats supérieurs aux procédés de soudage traditionnels.

Le soudage laser permet de réaliser rapidement des soudures de haute qualité avec une grande précision. Ce procédé est souvent automatisé et largement utilisé dans les secteurs de l'automobile, du médical et de la joaillerie.

Certains pensent que les torches laser peuvent couper et souder comme les torches oxyacétyléniques et plasma. Or, c'est généralement faux. Les têtes de découpe laser standard ne conviennent pas au soudage, et les têtes de soudage laser ne permettent pas d'atteindre les vitesses et la qualité de coupe requises par la plupart des applications industrielles.

Soudage par faisceau d'électrons

Le soudage par faisceau d'électrons (EBW) est une technique de soudage de haute précision qui utilise un faisceau focalisé d'électrons de haute énergie pour fondre et assembler des surfaces métalliques. Les électrons sont accélérés sous vide et dirigés sur les pièces à souder, générant une chaleur intense au niveau de la zone de soudure. Ce procédé se déroule sous vide, ce qui empêche l'oxydation et la contamination.

L'un des principaux avantages du soudage par faisceau d'électrons (EBW) réside dans sa capacité à réaliser des soudures profondes et étroites avec une déformation thermique minimale. Ceci le rend idéal pour les applications de haute précision, telles que la fabrication de dispositifs aérospatiaux et médicaux. Ce procédé permet également le soudage de métaux dissemblables et produit des joints à haute résistance, d'une excellente qualité et nécessitant un minimum de post-traitement.

Soudage par friction

Le soudage par friction est un procédé de soudage à l'état solide qui, comme son nom l'indique, utilise la friction pour fusionner des métaux. Contrairement à la plupart des procédés de soudage, il ne nécessite ni pistolet de soudage, ni baguette de soudage, ni gaz de protection. Le procédé crée un joint grâce à la chaleur générée uniquement par la rotation à grande vitesse, les vibrations ou le contact latéral entre deux pièces métalliques propres. Les résidus métalliques formés pendant le procédé sont éliminés après refroidissement.

Le matériel de soudage par friction est plus respectueux de l'environnement que les autres méthodes car il n'émet ni fumées ni toxines nocives. Sa simplicité d'utilisation le rend idéal pour le soudage de forets, de bielles, de tubes d'arbre et de vannes.

Sécurité du soudage

Dans l'atelier de tôlerie de LVMA, en explorant le soudage avec des ingénieurs, j'ai réalisé que la sécurité en soudage est un aspect crucial du processus de soudage.

Les ingénieurs de l'atelier de tôlerie de LVMA sont équipés de masques de soudage, de gants ignifugés, de vêtements de protection et de chaussures de sécurité, les protégeant efficacement des hautes températures, des rayons UV, des étincelles et des gaz nocifs. Les masques de soudage, en particulier, m'ont empêché d'être ébloui par la lumière de l'arc électrique et d'inhaler les fumées nocives. J'ai également remarqué que les responsables de l'atelier LVMA leur fournissent des bouchons d'oreille pour limiter les risques de dommages auditifs liés au bruit.

Cependant, les équipements de protection individuelle ne constituent qu'un aspect de la sécurité en soudage ; la vigilance des soudeurs est tout aussi essentielle. La complexité du processus de soudage exige d'eux un haut niveau de responsabilité et une conscience aiguë des risques. Ils doivent parfaitement maîtriser l'environnement de travail, l'état du matériel et les procédures d'urgence. Les soudeurs doivent veiller en permanence à une ventilation adéquate de leur zone de travail afin d'éviter l'accumulation de gaz nocifs et inspecter régulièrement leur matériel pour prévenir tout dysfonctionnement.

Résumé

La technologie du soudage permet d'assembler des pièces métalliques, réalisant des prouesses impossibles à obtenir avec des pièces individuelles. Grâce aux progrès technologiques constants, le soudage continue d'innover et de se développer. À l'avenir, les procédés de soudage deviendront plus intelligents et plus efficaces, le soudage automatisé et robotisé se généralisant, ce qui améliorera la productivité et réduira les erreurs humaines. Parallèlement, l'émergence de nouveaux matériaux et procédés de soudage élargira le champ d'application, offrant des solutions de soudage plus performantes et plus respectueuses de l'environnement à des secteurs tels que l'aéronautique, l'automobile et l'énergie.