Le tungstène a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux à 3422 °C (6192 °F), a une densité trois fois supérieure à celle de l'acier et est le métal préféré de ceux qui veulent percer de grands trous dans des objets. Cependant, le tungstène peut aussi bien créer que détruire, et ces propriétés en font un matériau idéal pour une utilisation comme électrode de soudage. Les électrodes en tungstène sont importantes pour le soudage de certains des métaux et alliages les plus utiles mais les plus difficiles à travailler connus de l'humanité.

Cependant, toutes les électrodes en tungstène ne sont pas identiques. Le type d'électrode de tungstène choisi pour un projet de soudage a une grande importance pour la qualité finale des soudures produites. Souvent, le tungstène étant relativement cher, les fabricants choisissent d'utiliser le tungstène le plus courant et le moins cher disponible. Cependant, la qualité du tungstène a un impact sur le processus de soudage. Pour le soudage TIG, le choix le plus rentable n'est pas le tungstène le moins cher, mais plutôt le tungstène adapté avec la finition appropriée à la classe d'utilisation de soudage. Choisir le type d'électrode de tungstène GTAW adapté au type de joint et au matériau à souder est essentiel pour réaliser des soudures optimisées avec précision, comme l'exigent les industries actuelles.

Types d'électrodes en tungstène standard GTAW

L'optimisation des soudures en termes de régularité, de résistance et de fiabilité est essentielle pour répondre aux exigences des industries actuelles et ne fera que gagner en importance à l'avenir. La capacité des soudeurs, individuellement et collectivement, à relever ces défis dépendra en grande partie de la qualité des électrodes de tungstène utilisées dans ces projets. La composition et l'usinage des électrodes en tungstène sont des facteurs clés pour obtenir un arc de soudage régulier, la formation cristalline du métal déposé et la forme structurelle de la soudure. Il existe plusieurs types d'électrodes de tungstène GTAW standard, et leur composition peut être distinguée d'un coup d'œil par la couleur de l'extrémité non soudable de l'électrode. Les types d'électrodes en tungstène moins courants, destinés à des applications de soudage spécialisées, se distinguent par l'absence de couleur ; leur composition exacte et leur utilisation prévue doivent figurer sur l'emballage et les documents de traçabilité.

Il va sans dire que si le type de tungstène ne peut être déterminé, il ne doit pas être utilisé pour le soudage, et puisque certains agents d'alliage ajoutés au tungstène, tels que le thorium, présentent un risque de radiation en cas d'ingestion, un soudeur ne doit pas meuler ou usiner une électrode de tungstène à moins d'être certain de sa composition.

Le tableau ci-dessous présente les codes couleur des types d'électrodes en tungstène GTAW les plus courants, leur composition et certaines de leurs caractéristiques notables :

Couleur Ajout Pourcentage de tungstène Pourcentage additif Courant Caractéristiques notables
Vert Néant 99.5 0 AC Arc stable pour le soudage en secteur, généralement non utilisé pour le soudage en DC. La buse est arrondie, généralement utilisée pour l'aluminium.
Rouge Thorium 97.3 1.7-2.2 AC/DC Consommation réduite, amorçages d'arc puissants, dépôt de tungstène réduit. Cependant, le thorium est radioactif.
Orange Cérium 97.3 1.8-2.2 AC/DC Excellent démarrage d'arc à faible ampérage ; fonctionne bien avec les métaux fins ou délicats.
Or Lanthane 97.8 1.3-1.7 secteur/DC Excellente amorçage de l'arc et stabilité de l'arc, aussi bien à basse qu'à haute température. Actuellement, la meilleure alternative au thorié.
Brun Zirconium 99.1 0.15-0.4 Secteur uniquement Arc extrêmement stable et faibles niveaux de tungstène dans la soudure. La buse est arrondie, généralement utilisée pour l'aluminium.
Gris Non standard, peut inclure tous les additifs précédents ainsi que du terbium et du yttrium. S/O S/O S/O Indique une électrode de tungstène GTAW non standard pour une utilisation spéciale.

Les additifs présents dans une électrode de tungstène modifient ses propriétés de manière à la fois subtile et importante. L'introduction d'oxydes de thorium, de cérium, de lanthane et de zirconium dans le tungstène diminue la fonction de travail électronique, c'est-à-dire la quantité minimale d'énergie nécessaire pour déplacer un électron d'un atome. Cela signifie qu'il faut moins d'énergie pour amorce un arc électrique et le maintenir. Cela a pour effet d'améliorer la stabilité de l'arc tout en améliorant la formation de la soudure et en réduisant l'apport de chaleur à la pièce.

Ces électrodes en tungstène allié pour soudage GTAW permettent de réaliser des soudures de meilleure qualité sur des tubes à parois minces et des pièces délicates que les électrodes en tungstène pur traverseraient. Cela signifie également qu'ils constituent un meilleur choix pour le soudage des métaux sensibles à la chaleur. Le choix de l'électrode en tungstène est particulièrement important lorsqu'il s'agit de souder du Monel®, de l'Inconel® et d'autres métaux tout aussi exigeants, en raison du niveau de contrôle supplémentaire qu'offrent les électrodes de haute qualité. Le soudage GTAW est déjà largement reconnu comme la meilleure façon de souder le Monel® et le choix de la bonne électrode est une étape clé pour assurer une soudure Monel ® de haute qualité. Cependant, la composition de l'électrode en tungstène utilisée pour une soudure n'est pas le seul facteur qui compte. La géométrie de la buse de l'électrode, qu'elle soit pointue ou arrondie, l'angle de cette buse, la finition de surface et le processus de meulage utilisé peuvent tous affecter la soudure résultante.

Meulage des buses d'électrodes de tungstène pour obtenir des soudures de qualité supérieure

En règle générale, les électrodes de tungstène de tous types arrivent avec des extrémités émoussées et il appartient au soudeur de les meuler à la forme requise à l'aide d'une meuleuse d'établi. Cela permet d'obtenir une soudure suffisamment bonne pour les applications manuelles générales. Cependant, chaque soudeur peut préparer le tungstène différemment en utilisant plusieurs méthodes de meulage. La variation et le broyage grossier résultant de ces méthodes peuvent affecter l'électrode de la manière suivante :

  • Vaporisation : Une soudure grossière permet à une plus grande quantité du matériau avec lequel le tungstène est allié de se relâcher de l'électrode pendant le soudage. Cela réduit la durée de vie globale de l'électrode et introduit des variables imprévues dans le processus de soudage TIG, car les propriétés de l'électrode changent au fur et à mesure de son utilisation.
  • Stabilité de l'arc : Une électrode de tungstène meulée manuellement peut être très irrégulière au niveau microscopique, voire même à l'œil nu. Cela affectera le démarrage de l'arc, sa forme et sa stabilité pendant le soudage. Et, puisque la formation de la soudure résulte d'une action au niveau moléculaire, même de légères imperfections dans le meulage peuvent avoir un impact important sur la soudure finale.
  • Inclusions de tungstène : Inévitablement, le meulage d'une électrode de tungstène crée des bavures microscopiques. Lors de l'opération de soudage, ces bavures microscopiques peuvent se détacher et se retrouver incorporées à la soudure. Il s'agit d'une forme de contamination et même de petites quantités de tungstène dans une soudure sont inacceptables dans certaines applications de haut niveau actuelles et peuvent contribuer à des échecs coûteux et inutiles lors des essais non destructifs (END).

Les variations inattendues dans les soudures sont de moins en moins acceptables à mesure que les normes techniques et les exigences en matière de précision et de constance augmentent. L'utilisation d'électrodes en tungstène rectifiées à la machine garantit que l'électrode est rectifiée avec des tolérances serrées et que la surface est nettement plus homogène, éliminant ainsi la rectification de l'électrode comme source de variation dans la production de soudures. Cela permet aux soudeurs et aux procédés de soudage de répondre à des normes de plus en plus élevées. L'élimination des variations est particulièrement importante dans le cas du soudage effectué par des machines à souder automatisées et orbitales, car celles-ci ne peuvent pas s'adapter de manière réflexe aux variations en cours de soudage de la même manière qu'un soudeur expérimenté. L'utilisation d'électrodes en tungstène rectifiées mécaniquement, combinée à des machines à souder automatisées et orbitales, peut également réduire considérablement les temps d'arrêt. Ceci est dû à la combinaison d'une électrode de tungstène préparée avec précision et d'un contrôle exceptionnel de l'arc assuré par l'application automatisée du procédé GTAW.

Alors que la demande de soudage précis et de haut niveau augmente, le nombre de soudeurs possédant les compétences et l'expérience nécessaires pour réaliser ces soudures diminue. Pour de nombreux fabricants, la solution a consisté à automatiser davantage le processus de soudage. Cela est particulièrement vrai dans le soudage complexe de tubes et de tuyaux, où l'électrode doit être déplacée sur toute la circonférence d'une pièce circulaire. Cependant, le soudage orbital automatisé exige une régularité qui ne peut être assurée que par des électrodes rectifiées avec précision. Le concepteur de tout programme de soudage TIG doit accorder autant d'importance au choix du type d'électrode de tungstène GTAW qu'aux qualifications du soudeur et au choix de la machine à souder. Les électrodes en tungstène sont au cœur même des technologies de pointe actuelles, et elles seront encore plus importantes dans la fabrication des technologies de demain.

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