vignette|droite|upright | Soudage à l'arc à l'électrode enrobée : soudeur ivoirien soudant le manche d'un marteau à Abidjan, Côte d'Ivoire.
Le soudage est un procédé d'assemblage permanent qui assure la continuité de la matière à assembler ; la soudure est le résultat obtenu (mais le terme est souvent utilisé pour le procédé). Cette continuité est ce qui distingue le soudage d'autres techniques d'assemblage mécaniques (rivetage, boulonnage, …) ou par adhésion (collage), ainsi que les techniques de brasageSauf dans deux cas : le brasage diffusion (appelé aussi soudage à l'état solide) et le brasage à la forge. Dans ces deux cas il n'y a pas fusion à l'interface entre pièces à assembler, mais la continuité métallique est néanmoins assurée par la mise en œuvre de processus de diffusion/migration d'atomes de part et d'autre de l'interface.. La soudure est l'activité principale du métier de soudeur, et, pour les assemblages métalliques, fait appel au savoir technique du métallurgiste et de l'étude de la physique des plasmas (pour les procédés impliquant une flamme ou un arc électrique).
L'opération peut être appliquée aux métaux ainsi qu'aux matières thermoplastiques (voir soudage de plastiques et Épissure de fibres optiques) et au bois (voir soudage du bois).
Dans le cas des métaux, cette continuité est réalisée par fusion à l'échelle de l'édifice atomique. Bien qu'un soudage puisse être lentement réalisé par les forces interatomiques et la diffusion entre des pièces métalliques mises entièrement en contact suivant des surfaces parfaitement compatibles et exemptes de toute pollution, en pratique le soudage fait intervenir une énergie d'activation pour réaliser rapidement la continuité recherchée, énergie thermique apportée par une combustion ou par l'électricité pour qu'au niveau de la soudure le métal atteigne son point de fusion.
Pour tous les procédés utilisant un arc électrique (ou un plasma lui-même issu d'un arc électrique), l'outil servant à générer le courant ou la tension est communément appelé un poste à souder.
Histoire du soudage Le soudage est une opération connue depuis l'antiquité, mais sa maitrise à une échelle industrielle ne décolle vraiment que pendant la Première Guerre mondiale, avec des améliorations notables tout au long du .
Procédés de soudage de pièces métalliques
vignette|Principe général du soudage : 1. Métal de base ; 2. Cordon de soudure ; 3. Source d'énergie (flamme, arc électrique, arc plasma…). ; 4. Métal d'apport (fil, baguette) Dans la norme ISO 4063, les procédés de soudage sont classés suivant le moyen de générer la chaleur nécessaire au soudage. Ainsi la chaleur peut être produite par un arc électrique (soudage à l'arc), par effet Joule (soudage par résistance), par combustion d'un gaz (soudage aux gaz), par échauffement mécanique (soudage par pression/friction), par faisceau d'électrons (soudage par faisceau d'électrons) ou de photons (soudage laser).
L'American Welding Society, qui est à l'origine de beaucoup d'appellation et de normes en application dans le monde (et donc dans l), distingue les procédés d'abord par ou à l'état solide. L'état solide regroupe l'état pâteux (comme dans le soudage par friction malaxage), ou liquide mais pour un instant le plus bref possible, ce qui exclu souvent les procédés manuels.
Soudage à l'arc
Les procédés de soudage à l'arc utilisent un arc électrique pour générer la chaleur nécessaire au soudage. L'électrode peut être de type fusible ( électrode enrobée, MIG, MAG) ou non fusible ( TIG, plasma). Du métal d'apport peut être utilisé ( électrode fusible, fil d'apport, baguette) ou non ( TIG). Du gaz de protection peut être de type inerte (MIG) ou de type actif (MAG).
Soudage à l'arc électrique avec électrodes enrobées vignette|Soudage à l'arc à l'électrode enrobée. thumb|Assemblage de métal pour fabrication escalier métallique au Sénégal. Le soudage à l'arc électrique avec électrodes enrobées (enrobage de flux) est aussi nommé MMA (), ou SMAW () selon les normes américaines. Son numéro ISO est 111, d'après la norme . Le gaz de protection est fourni par la combustion du flux.
Soudage au fil fourré
Le soudage au fil fourré ( selon les normes américaines), est un procédé semi-automatique utilisant un fil creux rempli de flux. Comme le soudage MMA, le gaz de protection est fourni par la combustion du flux. Ses numéros ISO sont, d'après la norme , 114, 132, 133, 136 et 138, suivant le choix ou non d'un gaz de protection ou de poudre métallique à la place du flux.
Soudage à l'arc sous flux ou à l'arc submergé
Le soudage à l'arc électrique sous flux pulvérulent (), aussi appelé « arc submergé », consiste à effectuer un joint de soudure à l'aide d'un arc électrique qui est submergé de flux en poudre. Son numéro ISO est 12X (X étant un chiffre de 1 à 6 suivant le sous-procédé), d'après la norme . Ce procédés est automatisé car on ne peut pas observer le bain de fusion.
Soudage à l'arc avec électrodes fusibles sous protection gazeuse (MIG, MAG)
Dans les procédés MIG ( ; numéro ISO 131) et MAG ( ; numéro ISO 135), un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode consommable et la pièce à assembler, sous la protection d'un gaz de protection (mélange ou gaz pur). Ce sont des procédés semi-automatiques, que le métal d'apport (fil) se dévide automatiquement, mais qu'un soudeur déplace manuellement la torche. Les deux procédés, MIG et MAG, ne différent que par leurs gaz de protection (A: actif ; I: inactif), et peuvent donc être effectuer avec le même matériel. Ils sont donc souvent regroupés sous l'appellation MIG-MAG. Les gaz inactif (souvent de l'argon, parfois de l'hélium) sont généralement choisi pour ne pas dénaturer le métal. Les gaz actif ( ou un mélange argon / ) sont préférés pour améliorer la pénétration, le mouillage et, ou le rendement.
Soudage à l'arc avec électrodes non fusibles (TIG)
Dans le soudage TIG (), aussi appelé GTAW (, selon les normes américaines ), un arc électrique est établi entre une électrode non fusible en tungstène et la pièce à souder. Son numéro ISO est 141, et son appellation complète est « Soudage à l'arc avec électrode réfractaire sous protection gazeuse », d'après la norme . S'il faut un métal d'apport, celui-ci est apporté dans le bain de fusion à la main (baguette d'apport) ou mécaniquement (bobine de fil d'apport). S'il n'y a pas de métal d'apport, on parle de , numéro ISO est 142. Ce procédé peut s'automatiser voire se robotiser, voir : soudage orbital.
Soudage A-TIG
Dans le soudage A-TIG (), c'est le même procédé que le TIG, à la différence près que les pièces sont revêtues d'un flux qui, au passage de l'arc électrique, provoque un effet constricteur sur l'arc électrique. La concentration d'énergie qui en résulte permet une pénétration plus importante ; pour une même consommation d'électricité, l'épaisseur soudée est plus importante qu'en TIG traditionnel.
Soudage plasma
Le soudage plasma (), , est sensiblement identique au soudage TIG, à la différence que l'arc électrique passe à l'état de plasma sous l'effet mécanique d'un gaz plasmagène (argon pur ou mélangé à l'hélium) expulsé d'une tuyère pour créer un vortex de constriction augmentant ainsi la densité énergétique de façon très supérieure à celle du procédé TIG. Son numéro ISO est 15X (X étant un chiffre de 1 à 5 suivant le sous-procédé), d'après la norme .
Soudage par résistance (effet Joule) Pour les procédés de soudage par résistance (effet Joule), la chaleur de soudage est apportée par le passage d'un fort courant électrique par effet Joule.
Dans la norme ISO 4063, cette catégorie de procédé est identifiée par le préfixe 2 dans le numéro de référence des procédés..
Soudage par point
vignette|Soudage par point.
Des électrodes non fusibles et refroidies pincent adéquatement deux pièces superposées et conduisent un courant électrique ; la température de fusion est atteinte par effet Joule au droit des pièces à souder et le soudage s'effectue lors du pincement. Ce procédé est majoritairement utilisé dans l'assemblage de tôle d'acier de faible épaisseur (< ). Cette technique bénéficie d'un savoir-faire très important et d'une productivité incomparable (dans le domaine d'application). Pour exemple, une caisse automobile est assemblée à plus de 80 % par des points soudés.
Soudage à la molette Dans ce cas, les électrodes sont cylindriques (molette) et ont un mouvement de rotation.
Soudage par bossage Il peut s'agir également d'un soudage par bossagesPrincipaux procédés de soudage par résistance décrits sur le site de MCI (Magazine Circuit Industriel). Consulté le 11 avril 2009., sur des pièces ayant subi au préalable un emboutissement.
Soudage par étincelage Des étincelles éclatent entre les bords des pièces à souder. Une fois la fusion obtenue, les bords à souder sont vivement rapprochés jusqu'à provoquer l'éjection de la phase liquide et des impuretés éventuelles, puis on maintient l'ensemble sous pression.
Soudage aux gaz Dans le cas des procédés de soudage aux gaz, la chaleur de soudage est apportée par la combustion d'un gaz ( acétylène, propane). De l'oxygène peut également être ajouté pour augmenter la température, on parle alors de soudage oxygaz ( soudage oxyacétylénique, soudage oxypropane).
Soudage oxyacétylénique
vignette|Un poste de soudure autogène.
Lors du soudage à la flamme (), le cordon de soudure est produit au moyen d'une flamme dirigée sur les bords à souder. Lorsqu'un métal d'apport est utilisé, c'est sous forme de baguette (baguette de soudure) de nuance adaptée que celui-ci est apporté, manuellement, dans le bain de fusion. L'énergie thermique, générée par l'oxycombustion, d'acétylène (le carburant) et d'oxygène (le comburant), les deux contenus dans des réservoirs sous pression dont on régule manuellement le débit d'échappement via des manomètres dédiés, permet de créer une flamme (un plasma) d'une température de Weman, p. 13 à 18. Focalisée à la sortie de la buse du chalumeau, elle est utilisée pour faire fondre les bords à souder.
Dans la norme ISO 4063, ce procédé est identifié par le numéro de référence 311.
Soudage « à l'eau déminéralisée »
Il s'agit d'une alternative aux postes à souder à l'acétylène. Depuis 2013, les soudeurs peuvent se passer de bouteille de gaz. Quelques décilitres d'eau permettent de produire par électrolyse de l'eau de l'hydrogène et de l'oxygène purs Grégoire Noble(2019) Fini l'acétylène, maintenant on soude à l'eau, batiActu, brève du 25/02/2019.
Soudage par pression Dans le cas des procédés de soudage par pression, la chaleur de soudage est obtenue par frottement mécanique.
Soudage par friction vignette|Soudage par friction d'une tige filetée sur un support. Ce procédé s'apparente au soudage à la forge. Les bords des pièces à souder sont maintenus pressés l'un contre l'autre, l'une des pièces étant mise en rotation ou en déplacement linéaire (vibrations) jusqu'à ce que le frottement produise la température de forgeage, les pièces sont alors vivement rapprochés et maintenues sous pression.
Le mouvement relatif entraine un échauffement de l'interface jusqu'à plastification locale du matériau, puis soudage par diffusion atomique. La qualité de la liaison ainsi obtenue est supérieure à celle des matériaux utilisés. Il n'y a pas de métal d'apport. On peut souder des matériaux différents.
On distingue deux familles de soudage par friction :
le soudage linéaire (), obtenu par un mouvement d'aller-retour linéaire. Une variante, appelée friction orbitale, permet la génération d'un mouvement ovoïde de la pièce en lieu et place du mouvement linéaire ; le soudage rotatif, obtenu par rotation relative des deux pièces (méthode utilisée pour souder les deux parties d'une soupape d'un moteur thermique).
Ce dernier type se compose de deux familles : le soudage à friction pilotée, pour lequel le couple du moteur d'entraînement est transmis directement à la pièce en rotation ;