soudage

soudage, procédé industriel et technique suivant lequel deux ou plusieurs pièces de métal ou de plastique sont assemblées de manière permanente par chauffage, par application de pression, ou encore par une combinaison contrôlée de ces deux actions physiques. Le soudage par chauffage est aujourd'hui la méthode la plus répandue et la plus utilisée dans les ateliers et les chaînes de production modernes. Dans cet article, on ne s'intéressera qu'au soudage de métaux, en laissant de côté les techniques spécifiques propres aux matières plastiques.

Grâce au développement progressif de nouvelles techniques au cours de la première moitié du XXe siècle, le soudage remplaça peu à peu des méthodes plus anciennes comme le boulonnage et le rivetage dans la construction d'un grand nombre de structures industrielles, notamment les ponts, les bâtiments métalliques et les navires. Il s'imposa également comme un procédé fondamental dans l'industrie automobile, dans le secteur de l'aviation et dans la fabrication de machines-outils complexes, où la solidité et la continuité des assemblages sont essentielles.

Lorsqu'on assemble deux pièces de métal, il est indispensable de tenir compte de leurs propriétés physiques et chimiques, telles que leur point de fusion, leur conductivité thermique ou leur résistance mécanique, mais aussi de l'usage auquel le produit final est destiné ainsi que des installations de production disponibles dans l'environnement industriel. C'est pourquoi il existe un grand nombre de méthodes de soudage, qu'il s'agisse de procédés par fusion ou par pression, chacune étant adaptée à des situations particulières. Parmi les procédés de soudage les plus employés aujourd'hui, on peut mentionner le soudage aux gaz, le soudage aluminothermique, le soudage à l'arc, le soudage par résistance, le soudage laser et le soudage par faisceau d'électrons, chacun présentant des avantages spécifiques.

Soudage par fusion

Le soudage par fusion regroupe l'ensemble des procédés dans lesquels les pièces à assembler sont portées à une température suffisante pour provoquer leur fusion locale, permettant ainsi leur liaison après solidification. Cette catégorie comprend plusieurs techniques largement utilisées dans l'industrie moderne.

Soudage aux gaz

Le soudage aux gaz est un procédé qui utilise la chaleur dégagée par la combustion contrôlée d'un gaz combustible, généralement en combinaison avec de l'oxygène. Au moyen d'un chalumeau, l'opérateur applique directement la flamme sur les bords des métaux à assembler, ce qui provoque leur fusion locale. On fait fondre simultanément, sur le joint, un métal d'apport présenté sous forme de baguette afin de renforcer la liaison obtenue.

Le soudage au chalumeau présente l'avantage important de recourir à un équipement relativement simple, facilement transportable et utilisable sur des chantiers ou dans des environnements variés. Par ailleurs, il ne nécessite pas d'alimentation électrique, ce qui le rend particulièrement adapté aux travaux en extérieur. Les surfaces à souder ainsi que la baguette de soudage sont souvent revêtues d'un fondant, c'est-à-dire un matériau fusible qui protège le métal en fusion de l'air ambiant et empêche son oxydation, améliorant ainsi la qualité de la soudure.

Soudage à l'arc

Les techniques de soudage à l'arc, qui comptent parmi les plus courantes dans l'industrie moderne, notamment pour l'assemblage de pièces en acier, requièrent une alimentation en courant électrique, qu'il soit alternatif ou continu. Ce courant est utilisé pour créer un arc électrique entre une électrode et la pièce à souder, arc qui génère une chaleur extrêmement élevée capable de faire fondre le métal et de réaliser la soudure de manière rapide et efficace.

Le soudage à l'arc présente de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes de soudage. Il est particulièrement rapide grâce à la forte température produite par l'arc électrique, ce qui permet d'augmenter la productivité. En outre, certains procédés de soudage à l'arc peuvent fonctionner sans l'utilisation de fondant, ce qui simplifie les opérations et réduit les coûts. Parmi les procédés de soudage à l'arc les plus fréquemment employés, on peut citer le soudage avec électrode enrobée, le soudage TIG (Tungsten Inert Gas), le soudage MIG (Metal Inert Gas) et le soudage sous flux en poudre, chacun étant adapté à des matériaux et des conditions spécifiques.

Soudage avec électrode enrobée

Dans ce procédé, une électrode métallique est recouverte d'un enrobage de fondant et reliée à une source de courant électrique. Le métal à souder est connecté à l'autre borne de cette même source. En plaçant brièvement la pointe de l'électrode en contact avec le métal puis en la retirant légèrement, un arc électrique se forme entre les deux éléments.

La chaleur intense produite par cet arc provoque la fusion des deux pièces à assembler ainsi que celle de la pointe de l'électrode, qui fournit alors le métal d'apport nécessaire à la formation du joint soudé. L'enrobage de l'électrode se décompose sous l'effet de la chaleur et génère des gaz protecteurs ainsi qu'un laitier qui recouvre la soudure, la protégeant contre l'oxydation et les impuretés.

Ce procédé, développé au début du XX^e siècle, est encore aujourd'hui largement utilisé, notamment pour le soudage des structures en acier dans les secteurs du bâtiment, de la construction métallique et de la maintenance industrielle, en raison de sa robustesse, de sa simplicité et de sa grande polyvalence.

Soudage TIG

Ce procédé utilise une électrode réfractaire en tungstène, placée dans l'atmosphère contrôlée d'un gaz inerte, tels que l'argon, l'hélium ou parfois l'hydrogène, selon les conditions d'utilisation. Ce gaz de protection entoure la zone de travail et protège efficacement le métal en fusion contre l'oxydation et les contaminations provenant de l'air ambiant. La chaleur intense de l'arc électrique formé entre l'électrode et le métal de base fait fondre progressivement les bords du métal à assembler, créant ainsi un bain de fusion localisé. On peut ajouter un métal d'apport à la soudure, sous la forme d'une barre métallique nue, introduite manuellement au niveau de l'arc ou directement dans le bain de fusion afin de renforcer le joint. Ce procédé peut s'appliquer à quasiment tous les métaux, y compris les alliages légers ou difficiles à souder, et produit des soudures de très haute qualité, précises et propres. Néanmoins, la vitesse de soudage est beaucoup plus lente que dans les autres procédés, ce qui peut limiter son utilisation dans les productions industrielles de grande série.

Soudage MIG

Dans cette méthode, une électrode métallique continue est protégée de l'atmosphère ambiante par un gaz inerte, généralement de l'argon, de l'hélium ou un mélange de gaz spécifiques adaptés au matériau à souder. L'électrode peut être constituée d'un fil nu ou parfois recouvert d'un flux protecteur, et elle est automatiquement alimentée à vitesse constante vers la zone de soudage. Sous l'effet de l'arc électrique, l'électrode fond en formant de fines gouttelettes métalliques qui se détachent et se mêlent au métal liquide du bain de fusion pour former la soudure. Ce procédé permet un travail relativement rapide et continu, avec une bonne qualité de joint. Les métaux les plus courants, comme l'acier, l'aluminium ou certains alliages, peuvent être assemblés efficacement par cette technique largement utilisée dans l'industrie moderne.

Soudage sous flux en poudre

Le soudage sous flux en poudre s'apparente au soudage MIG dans son principe général, mais il n'utilise pas de gaz pour protéger la soudure contre l'air ambiant. À la place, l'arc électrique et l'extrémité du fil-électrode sont entièrement enveloppés dans une couche d'un matériau granulaire et fusible appelé flux en poudre. Ce flux fond sous l'effet de la chaleur, créant une protection efficace contre l'oxydation et formant une couche protectrice liquide puis solide au-dessus du cordon de soudure. Le matériau est soigneusement choisi pour produire une soudure de bonne qualité, avec des propriétés mécaniques adaptées. Ce procédé est très efficace, notamment pour les longues soudures continues, mais il n'est en général utilisé qu'avec les aciers, en raison de ses caractéristiques spécifiques et de ses conditions d'application.

Soudage aluminothermique

Dans le soudage aluminothermique, la chaleur nécessaire à la fusion n'est pas produite par un arc électrique mais par une réaction chimique fortement exothermique entre un mélange de poudre d'aluminium et des oxydes métalliques. L'aluminium réagit avec l'oxygène contenu dans les oxydes et produit une quantité très importante de chaleur, libérant simultanément du métal en fusion, généralement de l'acier liquide. Cet acier fondu sert alors de matériau d'apport pour remplir le joint et réaliser la soudure. Le procédé est particulièrement adapté aux assemblages massifs, car il permet d'atteindre des températures très élevées sans équipement électrique complexe. Le soudage aluminothermique est surtout employé pour souder des joints dans de grosses sections en fer ou en acier, notamment dans les infrastructures lourdes. On l'utilise également très fréquemment pour souder des rails sur les voies ferrées, où il assure une continuité mécanique et une grande solidité des assemblages.

Soudage par pression

Soudage par résistance

Dans le soudage par résistance, la chaleur nécessaire à l'assemblage provient de l'effet Joule produit par le passage d'un courant électrique à travers les pièces métalliques en contact. On fixe des électrodes conductrices de part et d'autre des pièces à souder, puis on exerce simultanément une forte pression mécanique sur celles-ci tout en appliquant un courant électrique de forte intensité pendant un temps très court. Le point de contact entre les deux métaux présente une résistance électrique plus élevée, ce qui provoque un échauffement localisé et un dégagement de chaleur suffisant pour faire fondre le métal à cet endroit précis. Cette fusion locale, combinée à la pression exercée, permet la formation d'un point de soudure solide après refroidissement. Le soudage par résistance est largement utilisé dans la fabrication de tôles métalliques, de structures légères et de câbles. Il est particulièrement adapté aux opérations répétitives et automatisées, réalisées par des machines industrielles capables de produire rapidement un grand nombre de soudures identiques avec une qualité constante.