Les gaz de protection sont inertes ou semi-gaz inertesqui sont couramment utilisés dans plusieurs procédés de soudage, notammentsoudage à l'arc sous gaz avec fil métalliqueetsoudage à l'arc sous gaz tungstène(GMAW et GTAW, plus communément appelés MIG et TIG, respectivement). Leur but est de protéger la zone de soudure contreoxygène, etvapeur d'eauSelon les matériaux soudés, ces gaz atmosphériques peuvent réduire la qualité de la soudure ou rendre le soudage plus difficile. D'autres procédés de soudage à l'arc utilisent également d'autres méthodes pour protéger la soudure de l'atmosphère.soudage à l'arc sous protection métallique, par exemple, utilise unélectrodecouvert dans unfluxqui produit du dioxyde de carbone lorsqu'il est consommé, un gaz semi-inerte qui est un gaz de protection acceptable pour le soudage de l'acier.
Un mauvais choix de gaz de soudage peut conduire à une soudure poreuse et fragile, ou à des projections excessives ; ces dernières, bien que n'affectant pas la soudure elle-même, entraînent une perte de productivité en raison du travail nécessaire pour éliminer les gouttes dispersées
Les propriétés importantes des gaz de protection sont leur conductivité thermique et leurs propriétés de transfert de chaleur, leur densité par rapport à l'air et la facilité avec laquelle ils subissent l'ionisation. Les gaz plus lourds que l'air (par exemple l'argon) recouvrent la soudure et nécessitent des débits inférieurs à ceux des gaz plus légers que l'air (par exemple l'hélium). Le transfert de chaleur est important pour chauffer la soudure autour de l'arc. L'ionisabilité influence la facilité avec laquelle l'arc démarre et la tension élevée requise. Les gaz de protection peuvent être utilisés purs ou sous forme de mélange de deux ou trois gaz. Dans le soudage au laser, le gaz de protection joue un rôle supplémentaire, empêchant la formation d'un nuage de plasma au-dessus de la soudure, absorbant une fraction importante de l'énergie laser. Ceci est important pour les lasers CO2 ; les lasers Nd:YAG ont une tendance plus faible à former un tel plasma. L'hélium joue mieux ce rôle en raison de son potentiel d'ionisation élevé ; le gaz peut absorber une grande quantité d'énergie avant de devenir ionisé.
Héliumest plus léger que l'air ; des débits plus importants sont nécessaires. C'est un gaz inerte, qui ne réagit pas avec les métaux en fusion.conductivité thermiqueest élevé. Il n'est pas facile à ioniser, nécessitant une tension plus élevée pour démarrer l'arc. En raison d'un potentiel d'ionisation plus élevé, il produit un arc plus chaud à une tension plus élevée, fournit un cordon large et profond ; c'est un avantage pour les alliages d'aluminium, de magnésium et de cuivre. D'autres gaz sont souvent ajoutés. Des mélanges d'hélium avec ajout de 5 à 10 % d'argon et de 2 à 5 % de dioxyde de carbone (« tri-mix ») peuvent être utilisés pour le soudage de l'acier inoxydable. Utilisé également pour l'aluminium et d'autres métaux non ferreux, en particulier pour les soudures plus épaisses. Par rapport à l'argon, l'hélium fournit un arc plus riche en énergie mais moins stable. L'hélium et le dioxyde de carbone ont été les premiers gaz de protection utilisés, depuis le début de la Seconde Guerre mondiale. L'hélium est utilisé comme gaz de protection danssoudage au laserpourlasers au dioxyde de carboneL'hélium est plus cher que l'argon et nécessite des débits plus élevés. Malgré ses avantages, il peut ne pas être un choix rentable pour une production à plus grande échelle. L'hélium pur n'est pas utilisé pour l'acier, car il produit alors un arc électrique irrégulier et favorise les projections.
Oxygèneest utilisé en petites quantités en complément d'autres gaz ; généralement en complément de 2 à 5 % à l'argon. Il améliore la stabilité de l'arc et réduit latension superficielledu métal en fusion, augmentantmouillagedu métal solide. Il est utilisé pour le soudage par transfert par pulvérisation de métaux douxaciers au carbone, alliage faibleetaciers inoxydables. Sa présence augmente la quantité de scories. Argon-oxygène (Ar-O2) sont souvent remplacés par des mélanges argon-dioxyde de carbone. Des mélanges argon-dioxyde de carbone-oxygène sont également utilisés. L'oxygène provoque l'oxydation de la soudure, il ne convient donc pas au soudage de l'aluminium, du magnésium, du cuivre et de certains métaux exotiques. L'augmentation de l'oxygène fait que le gaz de protection oxyde l'électrode, ce qui peut entraîner une porosité du dépôt si l'électrode ne contient pas suffisamment d'oxygène.désoxydants. L'excès d'oxygène, surtout lorsqu'il est utilisé dans des applications pour lesquelles il n'est pas prescrit, peut entraînerfragilitédans la zone affectée thermiquement. Les mélanges argon-oxygène avec 1 à 2 % d'oxygène sont utilisés pour l'acier inoxydable austénitique lorsque l'argon-CO2 ne peut pas être utilisé en raison de la faible teneur en carbone requise dans la soudure ; la soudure a un revêtement d'oxyde résistant et peut nécessiter un nettoyage.
Hydrogèneest utilisé pour le soudage du nickel et de certains aciers inoxydables, en particulier des pièces plus épaisses. Il améliore la fluidité du métal en fusion et améliore la propreté de la surface. Il peut cependant provoquerfragilisation par l'hydrogèneL'argon est présent dans de nombreux alliages et notamment dans l'acier au carbone, son application est donc généralement limitée à certains aciers inoxydables. Il est ajouté à l'argon en quantités généralement inférieures à 10 %. Il peut être ajouté aux mélanges argon-dioxyde de carbone pour contrecarrer les effets oxydants du dioxyde de carbone. Son ajout rétrécit l'arc et augmente la température de l'arc, ce qui conduit à une meilleure pénétration de la soudure. À des concentrations plus élevées (jusqu'à 25 % d'hydrogène), il peut être utilisé pour souder des matériaux conducteurs tels que le cuivre. Cependant, il ne doit pas être utilisé sur l'acier, l'aluminium ou le magnésium car il peut provoquer une porosité et une fragilisation par l'hydrogène.
Oxyde nitriquel'ajout sert à réduire la production deozoneIl peut également stabiliser l'arc lors du soudage de l'aluminium et de l'acier inoxydable fortement allié.
D'autres gaz peuvent être utilisés pour des applications spéciales, purs ou sous forme d'additifs mélangés ; par exemplehexafluorure de soufreoudichlorodifluorométhane.
Hexafluorure de soufrepeut être ajouté au gaz de protection pour le soudage de l'aluminium pour lier l'hydrogène dans la zone de soudure afin de réduire la porosité de la soudure.
DichlorodifluorométhaneL'argon peut être utilisé comme atmosphère protectrice pour la fusion des alliages aluminium-lithium. Il réduit la teneur en hydrogène de la soudure d'aluminium, évitant ainsi la porosité associée.
