TRAVAUX DE SOUDAGE DANS LE B.T.P.

1. TRAVAUX DE SOUDAGEDANS LE B.T.P. Docteur J.P. BAUD BTP Santé au Travail O.P.P.B.T.P. CR Centre-Est P.REBAUD O.P.P.B.T.P. CR Centre-Est

2. Le but du soudage est d’assembler deux pièces métalliques par création, entre elles, d’une liaison de composition et de structure identiques ou très voisines: par fusion des pièces à souder(métal de base)avec un métal d’apport: - soudage homogène: les pièces à souder et le métal d’apport sont de même nature. - soudage hétérogène: les pièces à souder et le métal d’apport sont de nature différente.  par fusion, seule, des pièces à souder sans métal d’apport : soudage autogène

3. PROFESSIONS EXPOSEES DANS LE B.T.P. De nombreuses activités sont concernées: soudeurs, chalumistes, métalliers, serruriers, monteurs en charpentes métalliques, chaudronniers, tuyauteurs, plombiers, chauffagistes, mécaniciens, canalisateurs T.P., électromécaniciens…

4. PROCEDES DE SOUDAGE LE SOUDAGE AU GAZ

5. LE SOUDAGE AU CHALUMEAU

6. Le soudage au chalumeau à gaz est de moins en moins utilisé : travaux ordinaires de construction, réparations diverses… En plomberie sanitaire et chauffage : utilisation de plus en plus fréquente de plastique collé ou serti P.V.C., P.E.R. P.E.H.D.

7. Le soudage au chalumeau utilise la chaleur d’une flamme (3150°C) alimentée par un mélange d’un gaz combustible (acétylène voire propane) et d’un gaz comburant (oxygène) Le métal d’apport, lorsqu’il est nécessaire (soudage homogène ou hétérogène), est amené manuellement. Le soudage se pratique par chauffage ponctuel, à haute température, de proche en proche.

8. Utilisation de flux décapants destinés à réduire les oxydes qui peuvent se former lors du soudage: poudre, pâte, liquide. Certains flux sont incorporés à la baguette de soudure. Un décapage mécanique ou chimique des pièces à assembler est nécessaire avant le soudage.

9. LE BRASAGE Procédé d’assemblage de matériaux métalliques, identiques ou différents, au moyen d’un métal d’apport, sous forme de baguette en fusion (brasure) La température de fusion du métal d’apport (étain-plomb, cuivre, alliage cuivre-zinc (BROX), laiton, argent…) est nettement inférieure à celle des matériaux à assembler. La diffusion du métal d’apport se fait par capillarité entre les pièces. Le brasage se fait au chalumeau ou au fer à souder.

10. Brasage « tendre » par capillarité

11. LE BRASAGE TENDRE Métal d’apport: étain-plomb, cuivre (60%)-zinc (40%)= BROX en plomberie sanitaire, cadmium-antimoine. Nécessité d’un flux décapant et antioxydant à l’acide borique ou au borate de soude (BORAX) dans lequel la baguette est trempée. Source de chaleur: flamme (chalumeau, lampe à souder) ou fer à souder. Température de fusion: 180°C- 260°C.

12. LE BRASAGE FORT Métal d’apport: alliages de cuivre et d’argent, cadmium, zinc. Utilisation d’un flux décapant: acide borique, borate de soude, fluorures. Source de chaleur: flamme d’un chalumeau. Température de fusion: 600°C-850°C. Utilisation pour souder les colonnes de gaz par les plombiers agréés GDF (brasage fort àl’argent).

13. Le brasage (fort et tendre) peut se faire sur différents métaux de base: cuivre, fer, acier, laiton, aluminium… Lors du brasage du fer galvanisé, le zinc de galvanisation est volatilisé par la chaleur du chalumeau et forme un aérosol très fin d’oxyde de zinc pouvant être responsable de fièvre des métaux. Le procédé gaz-flux consiste à injecter un flux gazeux (ester borique) dans le tuyau d’acétylène permettant de limiter la température de l’opération. Après le brasage le profil des surfaces à assembler est peu modifié.

14. LE SOUDO-BRASAGE Procédé qui permet l’assemblage de deux pièces métalliques de même nature ou de nature différente (métal de base) par l’apport d’un métal ou d’un alliage (métal d’apport) ayant une température légèrement inférieure à celle des pièces à assembler. Le métal d’apport, en fondant, constitue le joint par simple accrochage pelliculaire aux métaux de base lesquels ne fondent pas, sans faire appel au phénomène de capillarité.

16. Le soudo-brasage peut se réaliser sur du cuivre, du laiton, du fer, de l’acier, du bronze, de l’aluminium… Le métal d’apport peut être du laiton ou du cuivre. La source de chaleur est apportée par un chalumeau oxy-acétylénique (voire oxy-propane ou oxy-butane). Après soudo-brasage, le profil des pièces est peu modifié.

17. LE SOUDAGE AU FER A SOUDER Utilisé notamment pour le soudage du zinc ou du cuivre en couverture. Après décapage des feuilles de zinc (à l’acide chlorhydrique ou avec un décapant spécifique) ou de cuivre (décapant à base de chlorure de zinc), un alliage étain-plomb en baguette est appliqué par fusion au fer à souder alimenté au propane à une température d’environ 300°C (point de ramollissement ou point eutectique de l’alliage contenant généralement 33% d’étain).

18. Butane ou Propane Fer à souder à gaz Brasure Brasure sur cuivre

19. L’OXYCOUPAGE L’oxycoupage consiste à découper des métaux à l’aide d’un chalumeau oxy-acétylènique. Le métal est fondu par la chaleur de la flamme du chalumeau, puis un jet d’oxygène pur permet la combustion de l’acier et l’évacuation des scories lors de la découpe. L’oxycoupage ne s’utilise que pour les métaux oxydables, dont l’acier.

20. OXYCOUPAGE

21. LE SOUDAGE à L’ARC ELECTRIQUE

22. LE SOUDAGE A L’ARC AVEC ELECTRODES ENROBEES Procédé M.M.A. (Manual Metal Arc)

23. Procédé très employé: 45% du soudage manuel. Avantages: simplicité, fiabilité, maniabilité du matériel, étendue des applications, faible prix de revient. Inconvénients: soudage lent, remplacement régulier de l’électrode.

24. Ce soudage est réalisé sans apport de gaz. L’arc électrique est obtenu entre une électrode (cathode en général), maintenue par l’intermédiaire d’un porte-électrode relié par un câble au poste de soudage, les pièces à souder étant reliées à l’autre électrode dite « masse » (anode en général). Tension entre électrodes : 50V environ, courant continu ou alternatif, la tension « à vide » peut atteindre 100 volts. La chaleur dégagée par l’arc (3 500°C- 4 000°C) fait fondre très localement la pièce à souder.

25. L’ELECTRODE  Ame métallique: partie centrale métallique de l’électrode en fil rond, généralement en acier doux (parfois en cuivre, en alliage de cuivre et de nickel (monel), bronze, inox) dont la fonction est de conduire le courant électrique et de constituer le métal d’apport.  Enrobage périphérique: facilite la formation et la stabilité de l’arc, concentre la chaleur, et protège le bain de fusion de l’oxydation de l’air.

26. L’électrode fond simultanément avec le métal de base et forme le cordon de soudure qui est recouvert d’un laitier protecteur plus léger que le métal. Le laitier remonte à la surface et forme une couche qui retarde la solidification du métal et le protège contre l’oxydation de l’air et un refroidissement trop rapide. La composition de l’enrobage varie en fonction des caractéristiques opératoires et des propriétés mécaniques souhaitées. Il existe 5 grands types d’enrobage :

27. Type A (acide): oxydes de fer, de ferro-manganèse, silicate… Type O (oxydant): oxyde de fer, silicate de fer, manganèse, ferro-alliages… Type B (basique): carbonate de calcium, spath-fluor, ferroalliages. Type C (cellulosique): matières organiques et cellulose. Type R (rutile): oxyde de titane (95%) ou mélange d’oxyde de titane (50%) et d’oxyde de fer (50%). Les enrobages les plus utilisés actuellement sont de type basique et rutile.

28. Le soudage manuel à l’électrode enrobée convient à la fonte grise, aux métaux non ferreux: nickel, cuivre et alliages, aluminium et alliages et à tous les aciers: - aciers ordinaires (doux, semi-doux, semi-durs, durs) - aciers faiblement alliés. - aciers inoxydables. DIFFERENTS TYPES D’ACIERS Aciers ordinaires: fer + 0,1 à 1% de carbone. Aciers faiblement alliés: fer + 0,06 à 1,2% de carbone + chrome, manganèse, silicium, nickel, molybdène, vanadium, cuivre…(0,1 à 2,5%). Aciers inoxydables: fer + 0,02 à 0,3% de carbone + 11 à 30% de chrome + 8 à 22% de nickel + manganèse, silicium, molybdène, cuivre… (0,25 à 5%).

30. LE SOUDAGE SOUS PROTECTION GAZEUSE L’arc électrique et la soudure sont protégés par un gaz qui empêche la pénétration de l’air. L’utilisation d’un gaz protecteur permet de renoncer à l’enrobage de l’électrode ce qui a pour effet de diminuer les émissions de fumées par rapport au soudage à l’électrode enrobée. Ce type de soudage s’effectue, en principe, sur des postes fixes à l’intérieur de bâtiments.

31. LE SOUDAGE T.I.G. Tungsten Inert Gas (Soudage à l’argon)

32. L’arc électrique est créé entre la pièce sous tension et une électrode réfractaire en tungstène pur ou « dopé » avec de l’oxyde de thorium, du cérium ou du lanthane. La température de fusion atteint 3 410°C. Le métal d’apport est introduit par une baguette tenue par l’autre main. Une atmosphère inerte, produite par une veine de gaz qui sort de la torche de soudage, enveloppe le bain de fusion et protège le métal de l’oxydation de l’air.

33. Electrodes Soudage TIG

34. Electrodes « dopées » au Thorium Références : W pour le tungstène (Wolfram) et T pour le Thorium

35. Dans le procédé de soudage T.I.G. le gaz inerte le plus souvent utilisé est l’argon pur. On peut utiliser également l’hélium pur, un mélange argon-hélium (NERTAL), exceptionnellement un mélange argon-hydrogène (NOXAL) ou de l’azote. Le soudage T.I.G. s’adresse aux métaux de faible épaisseur: acier inoxydable, nickel et alliages, cuivre et alliages, aluminium et alliages légers.

36. Chambrage (azote) Soudage TIG Rochage (argon)

37. LE SOUDAGE A L’ARC PLASMA

38. Le soudage plasma est un T.I.G. « amélioré ». Technique de soudage à l’arc avec une électrode réfractaire en tungstène (cathode) sous atmosphère gazeuse: gaz plasmagène. Le métal d’apport est amené en continu. La pièce à souder constitue l’anode. L’arc est plus rigide et plus énergétique grâce à une tuyère (canal de sortie) et une protection par un gaz auxiliaire servant à protéger le bain de fusion et augmenter la pénétration. Les températures atteintes peuvent avoisiner les 20 000°C

39. La torche de soudage est alimentée par une source de courant continu. Le gaz plasmagène est le milieu qui forme le plasma (gaz fortement ionisé) entre l’électrode et la pièce à souder. On utilise de l’argon ou des mélanges argon -hydrogène ou argon-hélium-azote pour les aciers inoxydables et des mélanges argon-hélium pour les métaux non ferreux. Le gaz de protection est identique ou différent du gaz plasmagène.

40. Tous les métaux soudables avec le procédé T.I.G. peuvent être soudés avec une torche plasma, sauf l’aluminium. C’est un soudage coûteux qui nécessite une haute qualification.

42. LE DECOUPAGE PLASMA( PLASMA-COUPAGE)

43. LE PLASMA-COUPAGE fait appel à un arc électrique énergétique, identique au soudage à l’arc plasma, pour couper le métal. Procédé permettant de bonnes propriétés de coupe et une productivité élevée. On utilise l’air comprimé pour la découpe d’aciers d’une épaisseur ≤ 15 mm, un mélange argon-hydrogène pour les fortes épaisseurs (60 à 80 mm) et l’azote pour les aciers inoxydables et l’aluminium.

44. DECOUPAGE PLASMA

45. DECOUPAGE PLASMA automatique

46. LE GOUGEAGE

47. Le gougeage correspond à l’élimination mécanique ou thermique des irrégularités et des dépôts éventuels sur un cordon de soudure. Technique dérivée du soudage à l’arc plasma et du plasma-coupage. On fond le métal et on envoie un jet d’air qui chasse les dépôts.

48. LE SOUDAGE M.A.G. Metal Active Gas (Soudage « semi-automatique ») Procédé de soudage sous gaz actif avec une électrode fusible.

49. Le métal d’apport est constitué par une électrode à fil plein, enroulée sur un dévidoir, à l’extrémité duquel jaillit un arc électrique. L’arc se crée directement entre la pièce sous tension et le fil fusible qui avance automatiquement.

50. Pour protéger la soudure de l’oxydation de l’air, une atmosphère gazeuse enveloppe le bain de fusion et isole, ainsi, le métal de l’air. Les gaz utilisés sont le CO2pur, ou un mélange de CO2 et d’argon (FERROMAXX 7, EUROMIX 21, ATAL ou CARGAL) qui participent activement au processus en réagissant dans l’arc avec les métaux d’apport et de base. Le procédé M.A.G. est utilisé pour les aciers doux, les aciers faiblement alliés, galvanisés et les métaux ferreux.