SOUDAGE À L'ARC SOUS PROTECTION DE GAZ INERTE AVEC ÉLECTRODE FIXE AU TUNGSTÈNE (T.I.G. Tungsten Inert Gas)
A. Introduction     
Le soudage à l'arc sous protection de gaz inerte avec électrode infusible de tungstène (Tungsten Inert Gas) est un procédé dans lequel la chaleur nécessaire à l'exécution du soudage est fournie par un arc électrique maintenu entre une électrode non consommable et la pièce en cours de traitement; l'électrode utilisée pour la conduction du courant est une électrode de tungstène ou en alliage de tungstène. La zone de soudage, le métal fondu et l'électrode non consommable sont protégés de l'influence des agents atmosphériques grâce au gaz inerte alimenté par la torche porte-électrode.
Le soudage avec procédé TIG peut s'effectuer avec l'apport d'autre matériau (baguette d'apport) ou bien par la fusion du matériau de base par effet de la chaleur produit par l'arc électrique.

B. Le circuit de soudage
Le circuit de soudage se compose essentiellement des éléments suivants :
1. générateur de courant

2. torche porte-électrode de tungstène avec faisceau câbles

3. electrode

4. bouteille de gaz avec circuit sous pression

5. pince avec câble de masse

6. groupe de refroidissement par eau

1. générateur de courant     
Le générateur de courant a pour fonction d'alimenter l'arc électrique se créant entre le matériel de base et l'électrode de tungstène au moyen de la sortie d'une quantité de courant suffisant à le maintenir allumé.
À l'intérieur est généralement prévu un dispositif de régulation du courant de soudage de type mécanique (dérivation mécanique) ou électronique (système à thyristors ou onduleur).
On peut identifier deux catégories d'appartenance différentes: 
a) générateur à courant alternatif CA (alternating current)     
Le courant/tension en sortie du générateur assume la forme type d'une onde carrée dont la polarité change à intervalles réguliers, avec une fréquence allant de 20 à 200 cycles par seconde (Hertz) ou d'avantage en fonction du type de générateur utilisé. Cette dernière est obtenue au moyen d'un ou plusieurs dispositifs ayant pour fonction de transformer le courant/tension secteur de type sinusoïdal en un courant/tension de type alternatif de soudage adéquat.
b) générateur à courant continu CC (direct current)
Le courant en sortie du générateur présente une forme d'onde continue obtenue au moyen des dispositifs permettant la conversion du courant/tension de type alternatif à continu.
Dans l'hypothèse où le circuit de soudage est composé d'un générateur de courant continu (CC), une classification supplémentaire peut être introduite en fonction du mode de connexion des pôles du courant de soudage au matériel à souder ou de la forme d'onde du courant de soudage :
• courant continu avec connexion en polarité inverse
Avec cette polarité, la torche et son câble sont connectés au pôle positif, et la pièce au pôle négatif de la machine d'alimentation.
Ce type d'alimentation n'est que rarement utilisée car elle produit un bain plat avec une pénétration réduite. La polarité inverse entraîne un chauffage excessif de l'électrode et, pour éviter que cette dernière ne grille, il est nécessaire d'utiliser des intensités de courant plutôt réduites, ce qui justifie son utilisation limitée.
• courant continu avec connexion en polarité directe
Avec la polarité directe, la torche et son câble sont connectés au pôle négatif, et le matériel à souder au pôle positif de la source d'alimentation; dans ce cas, les électrons fluent de l'électrode vers la pièce et provoquent la fusion de cette dernière.
Il s'agit du type de courant le plus utilisé avec le système TIG et garantissant une bonne qualité de soudage avec la quasi-totalité de métaux et alliages courant, à l'exception de l'aluminium. Le courant continu à polarité directe produit un bain de fusion étroit et profond, ainsi qu'une pénétration radicalement supérieure à celle pouvant être obtenue avec la polarité inverse.
This is the reason for its limited use..
Il existe une autre famille de générateurs, désignés comme générateurs de courant continu indépendamment de la polarité de la connexion, et plus précisément comme générateurs de courant continu modulé ou pulsé.
Le générateur de courant modulé est un générateur à courant continu équipé de dispositifs spécifiques permettant de varier l'amplitude du courant de soudage. Le courant modulé ou pulsé s'obtient en superposant au courant continu un second composant, généralement à ondes carrées, produisant une pulsation périodique de l'arc.
Ce système permet d'obtenir un cordon de soudage formé d'une superposition continue de points de soudage et formant, l'un après l'autre, un cordon unique. Ce système est en particulier utilisé en cas d'épaisseurs réduites exigeant de contrôler l'apport de chaleur pour éviter toute perforation de la pièce à souder sans compromettre la pénétrabilité du soudage.

2. torche porte-électrode de tungstène avec faisceau câbles 
La torche porte-électrode est un dispositif englobant l'électrode de tungstène, et est connectée à des câbles branchés au générateur ayant pour fonction de l'alimenter électriquement et d'en convoyer le gaz de protection.
En fonction du type d'utilisation nécessaire, il existe des torches à refroidissement naturel, au moyen d'un gaz de protection et en cas de nécessité de basses intensités de courant, et des torches à refroidissement à eau en cas de courants élevés (200 - 500 A) et de soudages fréquents.

3. baguette d'apport 
L'épaisseur du matériel, le type de raccord et les caractéristiques de soudage nécessaires influent sur la nécessité d'utiliser ou non un métal d'apport à ajouter au bain. L'ajout du métal d'apport au soudage manuel s'effectue en immergeant une baguette de matériau dans la zone de l'arc, sur le côté du bain de fusion.
Le matériau d'apport est très souvent similaire au métal de base et est fréquemment additionné d'une quantité réduite de désoxydants ou d'autres éléments permettant d'améliorer les propriétés de la zone fondue.

4. bouteille de gaz avec circuit de pression     
La bouteille de gaz avec circuit de pression se compose comme suit:
- une bouteille contenant le ou les gaz de protection
- un manomètre utilisé pour signaler la quantité de gaz présent à l'intérieur de la bouteille
- un réducteur de pression
- une électrovanne, si la torche est équipée d'un poussoir d'amorçage de commande permettant l'ouverture et la fermeture du débit de gaz en fonction des nécessités de l'opérateur.

5. pince avec câble de masse 
La pince avec câble de masse permet la connexion électrique entre le générateur de courant et le matériel de base à souder. Le câble doit avoir une section et une longueur adaptées à l'ampérage maximal de la source de soudage.
6. groupe de refroidissement par eau     
Le groupe de refroidissement par eau est un dispositif utilisé pour le refroidissement de la torche lorsque cette dernière est refroidie à eau, pour éviter toute surchauffe en cas de courants de soudage élevés. Cet appareil permet, au moyen d'une pompe, une circulation constante de l'eau dans la torche et, au moyen d'un système de refroidissement, le contrôle des surtempératures.

C. Gaz de protection     
1. Généralités
La fonction principale du gaz de protection est de le substituer à l'air à proximité du bain de fusion, de l'électrode et de l'extrémité de l'éventuelle baguette d'apport, pour éviter tout risque de contamination des agents nocifs présents dans l'atmosphère.
Les caractéristiques physiques et chimiques du gaz de protection peuvent avoir des influences variées sur le soudage en fonction des types de métal. Les gaz de protection utilisés pour le soudage TIG sont les suivants: argon, hélium, mélanges argon-hélium et mélanges argon-hydrogène.  
Il est dans tous les cas essentiel que ces gaz soient purs, des taux d'impuretés, même infimes, risquant de compromettre la qualité du soudage et de le rendre inacceptable.
Durant le soudage utilisant l'argon comme gaz de protection, l'arc est relativement stable mais le bain est moins chaud; il en découle que ce gaz est indiqué pour un soudage sur des épaisseurs réduites.
Il convient de remarquer que l'argon est un gaz largement utilisé du fait de son coût bien inférieur à celui de l'hélium; ce facteur se révèle décisif dans le choix du gaz de protection.
L'arc en hélium développe une chaleur supérieure à celui avec l'argon; son utilisation est donc conseillée pour le soudage de matériaux présentant une conductibilité thermique élevée car elle permet une vitesse de soudage supérieure.
L'hélium étant plus léger que l'air, il est indispensable de l'utiliser en quantité supérieure à l'argon pour une protection adéquate du bain.
Les mélanges argon et hélium sont utilisés pour obtenir des gaz de protection aux caractéristiques intermédiaires
D. Électrodes fixes     
Différents types d'électrodes fixes (non soumise à fusion) sont disponibles dans le commerce:
- électrodes de tungstène pur. Utilisées avec des intensités de courant réduites et en courant alternatif, l'arc étant plus stable. Ce type d'électrode est le plus économique.
- électrodes de tungstène thorié. Supportent des intensités de courant élevées. L'allumage de l'arc s'effectue facilement et, une fois amorcé, reste relativement stable. L'utilisation de ces électrodes est indiquée pour le soudage d'aciers en courant continu en polarité directe.
- électrodes de tungstène au zircon. Utilisées pour le soudage manuel sur aluminium, magnésium et alliage avec une intensité de courant moyenne ou basse.
- électrodes au cérium. Se caractérisent par une forte émission d'électrons, permettent une bonne pénétration et une résistance à l'usure satisfaisante.

E. Systèmes d'allumage de l'arc     
L'allumage de l'arc électrique s'effectue par contact rapide entre l'électrode au tungstène et la pièce, ou bien au moyen d'un dispositif d'allumage spécifique sans contact.
Pour éviter toute contamination de l'électrode et tout coup d'arc sur le matériel de base, l'arc est souvent amorcé sur une plaque extrêmement propre (en cuivre, ou du matériel identique an matériel de base) placée à proximité du chanfrein.
Les types d'allumage de l'arc les plus fréquemment utilisés sont les suivants:
- amorçage (haute fréquence). L'étincelle pilote est fournie par un générateur haute fréquence superposant à la tension de soudage une impulsion haute tension; la puissance de ce dispositif est minime mais permet néanmoins l'amorçage à distance de l'arc électrique.
L'amorçage HF exige l'utilisation d'une torche de soudage spécifique comportant une gachette permettant la commande de l'amorçage.
- amorçage à arc pilote. Dans ce cas, l'arc jaillit entre l'électrode de tungstène et une électrode auxiliaire pouvant être un anneau placé sur la buse de la torche.
L'allumage de l'arc pilote s'effectue par une étincelle haute fréquence agissant dans le circuit de l'arc pilote; après allumage de l'arc pilote, l'étincelle pilote est suspendue, l'arc principal s'amorçant spontanément par simple décharge de l'électrode de tungstène rendue incandescente en atmosphère de gaz ionisé. Ce type d'amorçage est surtout utilisé pour les installations automatiques.
- amorçage LIFT. S'obtient au moyen d'un dispositif fournissant un courant à valeur réduite pour ne pas endommager la pointe de l'électrode de tungstène quand cette dernière se trouve en contact avec le matériel à souder.
Dès que l'on éloigne l'électrode de la pièce, une étincelle jaillit et entraîne l'allumage de l'arc; le générateur augmente par conséquent le courant de soudage jusqu'à la valeur définie initialement. Le départ LIFT, du fait de l'absence de haute fréquence, a la propriété de ne créer aucune perturbation électromagnétique; le contact de la pointe de l'électrode avec le matériau à souder entraîne quoi qu'il en soit une pollution du bain.
- amorçage par frottement (scratch). Ce type d'amorçage s'effectue par frottement de l'électrode de tungstène sur la pièce à souder, ce qui provoque l'allumage de l'arc. Le contact entre électrode et pièce à souder entraîne, au début du cordon, des inclusions de tungstène compromettant la qualité du soudage.
F. Soudage TIG des matériaux     
Ce procédé est principalement appliqué pour le soudage des aciers inoxydables, de l'aluminium et de ses alliages, du nickel, du cuivre, du titane et de leurs alliages. Les aciers inoxydables sont soudés en courant continu (CC) avec polarité directe.
Il est possible de souder sans matériel d'apport des pièces d'une épaisseur arrivant jusqu'à 2,5 mm; au-delà de cette épaisseur, les bords doivent être chanfreinés et exigent l'utilisation de la baguette d'apport, cette dernière devant être particulièrement adaptée à la qualité de l'acier inoxydable à souder.
Avant de procéder au soudage, il est conseillé de procéder à un nettoyage attentif au moyen d'un brosse en acier inoxydable. L'aluminium et ses alliages sont soudés en courant alternatif (CA) et, pour une bonne exécution du cordon, exige l'application d'un générateur haute fréquence de caractéristiques adéquates. En cas de forte oxydation, il est nécessaire d'éliminer cette dernière au moyen d'une brosse ou d'un décapage (procédé chimique pour éliminer l'oxyde).
Dans ce cas également, il est possible de souder sans matériel d'apport des pièces d'une épaisseur arrivant jusqu'à 2,5 mm; au-delà de cette épaisseur, les bords doivent être chanfreinés et exigent l'utilisation de la baguette d'apport.
Le soudage en atmosphère d'argon avec électrode au tungstène est également utilisé pour les aciers doux et leurs alliages, le nickel et ses alliages, le cuivre et ses alliages, le titane et les métaux nobles. Pour tous ces métaux et alliages, on utilise un courant continu (CC) en polarité directe.  
 

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