Soudage au plasma

Lorsque le soudage à l’arc électrique est l’option choisie pour souder des tôles ou des tubes d’une épaisseur maximale de 8 mm en une seule passe, il est avantageux d’utiliser un procédé dérivé du soudage TIG : le soudage au plasma. Le procédé de soudage à l’arc plasma garantit une productivité élevée et des pénétrations plus importantes.

Dans certaines applications, l’utilisation du soudage TIG et du soudage au plasma sont nécessaires et complémentaires. La passe de racine est réalisée par une méthode et le remplissage par l’autre.

Le principe du soudage au plasma

schéma de principe du soudage au plasma avec fil électrode d'apport externe et gaz plasma
Schéma illustrant le principe du soudage au plasma avec métal d’apport. L’électrode en tungstène est installée à l’intérieur de la buse refroidie à l’eau et dans laquelle le gaz de soudage plasma est diffusé. Une buse est montée autour de la buse refroidie afin de diffuser le gaz de protection annulaire (Argon, la plupart du temps). Les pièces assemblées sont soudées bout à bout.

Définition

Le SOUDAGE À L’ARC PLASMA est une extension du procédé de soudage TIG. Toutefois, la densité d’énergie de l’arc et la vitesse du gaz de soudage plasma sont beaucoup plus élevées, car le plasma est passé en force à travers une buse rétrécie.

Le procédé de soudage à l’arc plasma est généralement utilisé pour le soudage et le rechargement. Il permet de souder les métaux les plus courants jusqu’à une épaisseur d’environ 10 mm. Avec des torches adaptées, il peut même être utilisé sur l’aluminium, jusqu’à une épaisseur de plaque d’environ 5 mm.

Les principales applications du soudage au plasma, également appelé PAW, se trouvent dans la construction de conteneurs et la fabrication de tuyaux, où l’automatisation du soudage est très répandue et efficace. Le soudage microplasma est utilisé dans la technologie des appareils ménagers, l’électronique, la technologie aéronautique et spatiale, la technologie médicale et l’ingénierie des appareils et des instruments.

patte de soudage plasma tour de soudage automatisé machine automatisée
Exemple d’un tour à souder équipé d’une machine de soudage à l’arc plasma. La torche de soudage plasma se déplace le long ou autour de la pièce. Ce tour a été conçu pour réaliser des soudures en une seule passe sur de l’acier inoxydable 316L de 4, 8 ou 10 mm d’épaisseur.

Avantages du soudage au plasma

  • La constriction mécanique de l’arc par une buse refroidie à l’eau permet de souder des épaisseurs plus importantes en préparation de bouts carrés (3 mm à 10 mm) avec une zone affectée thermiquement plus faible (soudure en trou de serrure).
  • Augmentation de la vitesse de soudage de 50 mm/min à 500 mm/min, en fonction des matériaux et de leur épaisseur.
  • Réduction du nombre de couches de soudure sur des épaisseurs plus importantes lorsqu’il est combiné avec le procédé avec fil chaud.
  • Durée de vie élevée de l’électrode grâce à l’utilisation d’un arc pilote.
  • Soudure de haute qualité.
  • Déformation minimale.
  • Soudage d’un seul côté avec bonne pénétration de la racine.
  • Soudage dans toutes les positions avec synchronisation du courant pulsé et du gaz de soudage plasma.
soudage longitudinal à l'arc plasma Polycar horizontal avec matériau d'apport externe
Polycar équipé d’une torche de soudage plasma avec bobine de fil. Cette machine de soudage automatique au plasma est montée sur un rail fixe de type I-beam. Cet équipement de soudage à l’arc plasma a été conçu pour réaliser des soudures longitudinales ou circulaires en position horizontale ou verticale.

Caractéristiques de performance du procédé de soudage au plasma avec fil d’apport

  • Soudage bout à bout de matériaux d’une épaisseur de 3 à 8 mm à l’aide d’une préparation de bord carrée.
  • Possibilité d’utiliser le procédé fil chaud pour la ou les couches de remplissage.
  • Synchronisation du courant pulsé et du gaz de soudage plasma pour le soudage hors position.

Préparation de la soudure pour le soudage au plasma

Avec une épaisseur de matériau de 5 à 7 mm : préparation en V (30°, 70° ou 90°, selon la combinaison de procédés et le nombre de couches de remplissage). En maintenant une distance correcte entre la buse de la torche et la pièce à souder, on s’assure que l’allumage de l’arc du soudage AU plasma se fera sans problème.

Caractéristiques du bain de fusion en soudage à l’arc plasma

Dans le soudage plasma en trou de serrure, la section transversale du bain de soudure a la forme d’un sablier. À la base, le bain de fusion est très étroit, tandis qu’il s’élargit de manière disproportionnée au sommet. Le refroidissement rapide de la racine et la solidification plus lente de la zone supérieure équilibrent le bain de fusion.

principe du soudage plasma et du soudage par trou de serrure
Polycar équipé d’une torche de soudage plasma avec bobine de fil. Cette machine de soudage automatique au plasma est montée sur un rail fixe de type I-beam. Cet équipement de soudage à l’arc plasma a été conçu pour réaliser des soudures longitudinales ou circulaires en position horizontale ou verticale.

Comportement du bain de fusion en soudage au plasma

Un fait important dans l’examen des facteurs d’influence, est la différence de temps entre la solidification du bain de fusion dans la zone de la racine, et dans la région en surface. Plus la différence est grande, meilleur sera le contrôle du bain de fusion.

La tension superficielle et la viscosité du bain de fusion sont des facteurs fondamentaux qui régissent son équilibre.

Facteurs maintenant la stabilité du bain de fusion

Ces facteurs peuvent influencer l’équilibre du bain de fusion créé par la machine de soudage plasma :

  • la taille du bain de fusion
  • les propriétés physiques du bain de fusion
  • la préparation de la soudure
  • la vitesse de soudage

Taille du bain de fusion en soudage au plasma

Il n’est pas possible d’agir sur la viscosité du métal fondu. Il est en revanche possible de contrôler le volume du métal de soudure et sa solidification, en modifiant spécifiquement les paramètres de soudage lors du procédé de soudage.

Propriétés physiques du bain de fusion au plasma

Il est plus facile de contrôler le bain de fusion s’il répond aux spécifications suivantes :

  • Une préparation des bords carrés de 90 degrés.
  • Le diamètre du trou de serrure doit être le plus petit possible (entre 1 et 3 mm).

Préparation de la soudure

Afin de ne pas affecter l’équilibre du bain de soudure, les paramètres de soudage au plasma doivent être contrôlés et la préparation de la soudure doit être constamment bonne. Cette cohérence a une influence directe sur la régularité de la soudure. Les buses plasma sont spécialement conçues pour des courants maximums spécifiques ; à l’approche de cette limite, des arcs parasites peuvent se former, affectant l’arc plasma et le flux du gaz de soudage plasma.

Vitesse de soudage

Si le soudage plasma en trou de serrure est effectué à une vitesse de soudage trop lente, il en résultera une soudure irrégulière ou, dans des cas extrêmes, la soudure pourra se détacher. En pratique, le courant de soudage et le volume de gaz doivent être réglés de manière à ce que le jet de plasma soit juste assez puissant pour pénétrer complètement dans la pièce à souder. Pour obtenir une soudure parfaite, la vitesse de soudage doit être adaptée à ces paramètres.

Critères d’utilisation du soudage plasma en trou de serrure

Le soudage longitudinal ne présente aucun problème particulier, quelle que soit la position, pour toutes les machines de soudage à l’arc plasma. La synchronisation du courant d’impulsion et du gaz de soudage plasma nécessite un système de contrôle approprié.

Deux difficultés sont cependant associées au soudage plasma orbital :

  1. La fermeture du trou de serrure
  2. Le risque de pénétration concave de 6 à 9 heures. Toutes les autres positions sont faciles à maîtriser.

Le débit du gaz de soudage plasma doit être réglé de manière à éviter que le matériau ne soit « soufflé » et à éliminer les erreurs de collage ou les inclusions involontaires.

Avec une buse spéciale, les torches plasma peuvent également être utilisées pour le soudage TIG. Le gaz central et le gaz de soudage plasma sont contrôlés séparément. Les variations suivantes sont possibles lors de l’utilisation d’un générateur et d’une torche de soudage plasma/TIG :

  • méthode TIG normale
  • Méthode TIG double gaz 
  • Plasma /soudage plasma en trou de serrure
diagramme de comparaison du soudage au plasma avec le tig gtaw productivité tension de l'arc par rapport à l'intensité du courant
Sur le schéma, les courbes caractéristiques U = f(I) comparent les valeurs de tension d’arc enregistrées en fonction de l’intensité du courant de soudage entre les procédés plasma et TIG. Il s’avère que, pour une même intensité de courant, les valeurs de tension en soudage au plasma sont deux fois plus élevées qu’en TIG. Ceci montre l’influence de la distance électrode/pièce (qui est plus longue dans le procédé de soudage à l’arc plasma) et celle du second gaz (gaz de soudage plasma).

Chacune de ces méthodes peut également être utilisée pour augmenter la productivité (amélioration du taux de dépôt) en combinaison avec le procédé de soudage au plasma/TIG avec fil chaud.

Soudage au plasma avec gaz de soudage plasma pulsé

La méthode de soudage plasma en trou de serrure à l’aide d’un gaz pulsé a été développée par le service de technologie d’application POLYSOUDE. Ce développement rend possible le soudage au plasma dans toutes les positions. La vitesse d’écoulement du gaz de soudage plasma est utilisée pour générer l’énergie cinétique nécessaire au contrôle complet du trou de serrure.

La synchronisation du courant de soudage pulsé et du gaz de soudage plasma réduit la puissance linéaire absorbée. Cet « effet machine à coudre » permet de déterminer le volume et donc le contrôle du bain de fusion au plasma.

Effet machine à coudre

  • fusion à courant élevé du ð métal de base
  • refroidissement à ð faible courant
  • accentuation de cet effet par réduction du débit de gaz de soudage plasma en phase de courant faible ð contrôle précis du trou de serrure

Qui sommes-nous ?

La société Polysoude est spécialisée dans la conception, le développement et la fabrication de solutions innovantes de soudage à l’arc. La marque est synonyme d’expertise de premier plan au niveau mondial dans 3 secteurs clés : les solutions de soudage orbital TIG automatisé, les solutions de soudage TIG et plasma automatisés et le rechargement par soudure TIGer™.
Créée à Nantes en 1961, la société fabrique de nombreux types de générateurs de soudage et d’équipement de soudage orbital, avec pour spécialité le soudage plasma orbital, et le soudage automatique au plasma ainsi que dans le soudage à joint étroit et le rechargement par soudure.

Aujourd’hui, en tant qu’entreprise orientée vers l’usine intelligente, nous concevons tous nos produits Polysoude pour l’industrie 4.0.

Nous consulter

Rejoignez notre communauté sur LinkedIn : @Polsyoude

Suivez-nous sur les réseaux sociaux :

Facebook @polysoude

Instagram @polysoudeglobal