Généralités sur les techniques de soudure AG, IG, IG, et soudobrasage utilisées dans l automobile et les deux-roues. D e s d i f f é r e n t s m o d e s d e soudage sont issus de techniques anciennes, nées au milieu du 20 ème siècle dans l industrie du magnésium puis étendues aux applications de l acier et, en particulier, à la construction automobile. es techniques sont bien connues des carrossiers qui utilisent essentiellement, le procédé AG pour réaliser des cordons continus ou du bouchonnage. ais l arrivée, depuis peu, de nouveaux matériaux, tels que les aciers à très haute résistance et l aluminium, a nécessité de nouveaux modes de soudure exigeant du matériel spécifique. Il s agit du soudobrasage et de la soudure IG. Il est donc important de rappeler le principe de chacune de ces techniques, afin de bien comprendre leurs particularités et leurs intérêts, et de présenter un descriptif des équipements propres à ces technologies. t les quelques exemples d applications relevés chez les constructeurs automobiles montrent la nécessité pour le carrossier de bien maîtriser méthodes et outils, afin de répondre aux exigences découlant de l arrivée des nouveaux matériaux dans le domaine automobile. Le présent rapport est couvert par des droits de propriété intellectuelle détenus par VI FAN. oute reproduction ou divulgation sans autorisation de VI FAN est illicite et constituerait une contrefaçon passible de sanctions pénales, sans préjudice des dommages-intérêts que VI FAN pourrait demander en réparation de son préjudice 1/9
DFINIIN PINIP D PD D UDAG Les procédés AG, IG et IG outes ces techniques sont des procédés de soudage à l arc, dont le principe est d utiliser l énergie calorifique d un arc électrique, entre une électrode et le métal à assembler, pour créer un échauffement local, puis un bain de fusion (avec le matériau d apport), qui en refroidissant constitue le cordon de soudure. chéma procédé AG/IG (source : uropean Aluminium Association) Les températures atteintes lors de cet échauffement correspondent au point de fusion du métal à souder et du fil d apport (f 1500 pour l acier), de telle manière que le bain de fusion crée une continuité métallique entre le métal de base et le cordon, après solidification. est ce qui explique les bonnes caractéristiques mécaniques de ces trois modes de soudures : AG, IG et IG. Par ailleurs, contrairement à l ancienne méthode de soudage à l arc avec électrode enrobée, les cordons AG, IG et IG se font sous protection gazeuse : le bain de fusion est protégé de l atmosphère extérieure par une enveloppe de gaz, pour éviter toute oxydation du cordon. 2/9 chéma d un cordon vu en coupe (source : AA)
AG : etal Active Gas ette technique est la plus couramment utilisée dans les carrosseries automobiles depuis le milieu des années 70. Avec ce procédé, c est le fil d apport, délivré automatiquement par un dévidoir, qui sert d électrode (borne positive), pour créer un arc électrique avec la pièce à souder (reliée à la masse) et ainsi former le bain de fusion. omme son nom l indique, la soudure AG (etal Activ Gas) utilise un gaz de protection dit «actif». Il s agit généralement d un mélange d argon (80%) et de 2 (20%). e gaz joue bien son rôle de protection contre l air ambiant, mais il est défini comme actif car il peut lui-même réagir avec le bain de fusion et modifier la composition chimique du métal. e mode de soudure est donc essentiellement utilisé pour les aciers au carbone (aciers doux rencontrés couramment dans l automobile pour les pièces de peau) et les aciers faiblement alliés. IG : etal Inert Gas Le principe de fonctionnement du soudage IG est similaire au AG précédemment décrit. La seule différence réside dans le gaz de protection utilisé qui, cette fois, est dit «Inert» ou non actif. Il s agit en général d argon pur ou d un mélange d argon et de 2 (<3%). L absence de 2 a deux conséquences : elle limite les réactions chimiques avec le métal en fusion et elle diminue les risques de déformation des tôles soudées, grâce à une pénétration mieux contrôlée. e procédé est davantage utilisé pour l aluminium et les aciers fortement alliés (tels certains aciers à très haute résistance). IG : ungsten Inert Gas Avec ce procédé, l arc électrique est créé entre une électrode infusible en tungstène et la pièce à souder. Le métal d apport est amené manuellement (sous forme de baguette) et le gaz de protection est inerte (argon pur ou mélange d argon et d hélium). Le niveau élevé de la température de fusion de l électrode de tungstène (f= 3410 ) permet de créer une source thermique puissante et concentrée qui aboutit à des cordons très réguliers, esthétiques, avec une déformation limitée des tôles pour de nombreux métaux. ependant, ce procédé demande une certaine expérience ; il limite la productivité et présente un coût de revient élevé lié à l utilisation de l argon pur et de l électrode en tungstène. est pourquoi, il n est pas utilisé dans l automobile. Il trouve davantage d applications pour les deux-roues, notamment pour le soudage des cadres en aluminium. D chéma procédé IG (source : AA) 3/9
L alimentation automatique du fil d apport est le principal avantage des procédés AG/IG. Il en découle une facilité d utilisation et une productivité accrue avec également une bonne qualité du cordon réalisé. Le fait que la soudure AG (et non IG comme il est courant de dire dans le milieu de la réparation) soit davantage utilisée est en partie liée au coût de revient inférieur qu engendre l ajout de 2 dans le gaz de protection (argon pur beaucoup plus cher). De plus, cette technique correspondait parfaitement aux besoins de l automobile qui n utilisait que des aciers doux ou faiblement alliés ne nécessitant pas l usage d un gaz inerte. est l arrivée de l aluminium et des aciers à très haute résistance, utilisés pour alléger les véhicules mais aussi pour les renforcer, qui explique la nécessité du soudage IG et du soudobrasage. Le brasage et le soudobrasage Le soudobrasage est un procédé différent du brasage ou «brasure», méthode ancienne et bien connue des carrossiers qui l ont pratiquée jusqu au début des années 80. L BAAG Il consiste à apporter manuellement une baguette d alliage (souvent du laiton) dont la température de fusion (f 410 ), est inférieure à celle du métal constituant les pièces à assembler. et alliage, une fois fondu avec le chalumeau (sans protection gazeuse), a la particularité de mouiller le métal de base et, après solidification, adhère sur celui-ci pour créer une liaison entre les deux pièces à assembler. Les caractéristiques mécaniques de ce type de liaison sont nettement inférieures à celles d un cordon AG, IG ou IG. n effet, l alliage apporté est très différent du métal à assembler et ce dernier n est pas amené en fusion, d où l inexistance de la continuité métallique du joint. est pourquoi, le brasage s apparente davantage à du collage. L UDBAAG ette méthode, rencontrée notamment chez pel, est également appelée soudage IG cupro-aluminium chez PA. Il s agit d une soudure IG (avec un gaz inerte), mais avec un fil d apport qui n est plus en acier et dont la température de fusion est inférieure. hez PA, le matériau d apport est un alliage de cuivre et d aluminium, alors que chez pel il s agit essentiellement d un alliage de cuivre et de silicium. L intérêt de ce procédé, compromis entre la soudure IG et le brasage, est donc de chauffer moins (température atteinte 900 ), mais suffisamment pour permettre la diffusion du matériau d apport dans le métal de base et assurer ainsi une bonne liaison métallique. ette méthode est donc particulièrement adaptée pour la soudure des aciers à haute résistance. n effet, les caractéristiques mécaniques élevées de ces aciers, présents notamment au niveau des renforts de pieds ou des montants, sont dues à leur composition chimique (présence d éléments d alliage tels que le silicium, le manganèse ) et aux traitements thermiques qu ils ont subis pendant leur transformation. Lors de la soudure, ils sont donc très sensibles à la présence d un gaz «actif» mais aussi aux fortes températures qui pourraient conduire à des transformations métallurgiques et, par conséquent, à une diminution des caractéristiques mécaniques de l acier dans la zone soudée. n cas de second choc après réparation, le comportement initialement prévu de la pièce pourrait alors être dégradé. est pourquoi certains constructeurs préconisent, pour ces aciers, l usage du soudobrasage. nfin, l autre avantage est une meilleure préservation de la couche de protection anticorrosion sur les tôles (zinc). 4/9
L AIL D UDU D chéma de fonctionnement d un poste de soudure semi-automatique (source : AA) ous les postes de soudure semi-automatiques sont constitués des principaux organes suivants : - 1 : un générateur de courant continu. - 2 : un groupe motodévideur de fil qui comprend : le moteur, un jeu de galets d entraînement, les guides fils et le support de bobine, la bobine de fil d apport. - 3 : une torche, ou pistolet, qui comprend un tube de contact en cuivre pour assurer le contact électrique avec le fil d apport, et une buse pour distribuer le flux de gaz protecteur. - 4 : un câble, ou gaine, pour l alimentation de la torche en gaz et en électricité. - 5 : une bouteille de gaz avec détendeur/débitmètre. - 6 : une pince de masse avec câble conducteur. D une manière générale, l utilisateur intervient sur les paramètres de réglage suivant : - réglage de la tension d arc. - réglage de la vitesse de fil ou de l intensité. - réglage du débit de gaz. A ce système de base, s ajoutent diverses technologies proposant alors des équipements plus «sophistiqués» : - les postes à arc pulsé : le générateur électrique produit un courant pulsé, c est-à-dire divisé en un temps chaud et un temps froid pour permettre un refroidissement du bain de fusion et ainsi éviter des phénomènes de surchauffe et de déformation des tôles assemblées. - les postes synergiques : ils intègrent des préprogrammes ou préréglages pour différents types de matériaux et différentes épaisseurs de tôles. - les postes inverter : le transformateur intégré permet de fournir davantage d intensité et ainsi d augmenter l énergie de soudage tout en limitant la taille des composants (ce qui conduit à des postes plus compacts et plus maniables). 5/9
as particulier du soudobrasage pour les aciers à haute résistance : Les postes pour ce type de soudure doivent être équipés : - d une bouteille de gaz d argon pur. - d une bobine de fil spécifique (cupro-aluminium ou cuprosilicium). - de galets correspondant au diamètre de fil. as particulier de la soudure IG aluminium : Les postes pour ce type de soudure doivent être équipés : - d une bouteille de gaz d argon pur. - d une bobine de fil d aluminium. - de galets spécifiques pour aluminium. - d une gaine spécifique pour aluminium. - d une torche spécifique pour aluminium. arrosserie 2004/10 05 es trois composants sont différents de ceux utilisés couramment pour les fils aciers, car l aluminium étant beaucoup plus «tendre», il faut davantage contrôler son guidage pour éviter tout bourrage lors de son avancée. ous les principaux fabricants de matériels de soudure proposent aujourd hui des nouveaux postes qui permettent de réaliser, en plus de la soudure AG couramment pratiquée, le soudobrasage pour les aciers à haute résistance. De même, des postes IG aluminium se trouvent aisément sur le marché. XPL D APPLIAIN DU UDBAAG Z L NUU AUBIL Les deux principaux constructeurs qui utilisent et préconisent ce mode d assemblage en après-vente sont, à ce jour, PA et pel. - hez PA, la technique du soudobrasage est appliquée ponctuellement pour réaliser des petits cordons ou points bouchons sur des zones bien précises. n aucun cas, elle n est utilisée pour réaliser des cordons sur des sections d ailes arrière, de bas de caisse ou de longerons, par exemple. 6/9 xemple de la itroën 3 avec des cordons «cupro-aluminiums» sur le côté de caisse (source : PA)
D xemple de la Peugeot 407 avec au total, six zones contenant des cordons «cuprobrasages» (source : PA) outes ces zones sont bien indiquées dans les méthodes constructeur. A titre d information, la itroën 2, la itroën 3 PLUIL ou encore la Peugeot 307 (berline et cabriolet) sont également concernées par ce type de soudage. - hez pel, la position est différente puisque l usage du soudobrasage est généralisé à tout type de cordon, y compris des sections au niveau des bas de caisse et des longerons. eules les charnières de portes restent soudées avec le procédé AG classique. De plus, dès lors qu un cordon soudobrasé (cuprosilicium) est réalisé sur une pièce de structure, type section de longeron ou passage de roue, celui-ci ne doit pas être meulé. e sont les préconisations du constructeur pour garantir une tenue mécanique maximale. xemple de remplacement d embout de longeron avant sur l pel IVA (source : PL) 7/9
xemple de remplacement de bas de caisse sur l pel AA (source : PL) NLUIN Les technologies de ces procédés de soudage IG ou soudobrasage n ont finalement rien de très nouveau. Ils utilisent des méthodes et principes anciens adaptés pour répondre davantage aux exigences des nouveaux matériaux. Le matériel nécessaire est tout de même différent de celui utilisé actuellement en carrosserie pour réaliser la soudure AG classique et implique donc un investissement pour le carrossier. Avec le développement des capots aluminium, même sur les véhicules de petit segment, un IG alu trouvera vite sa place dans l atelier pour reboucher un trou suite à un perçage avec un tire-clou spécifique, ou une petite fissuration suite à déformation. Les applications restent cependant limitées puisqu elles ne concernent pas la caisse (sauf chez Audi, mais, dans ce cas, seuls les centres agréés VAG peuvent faire de la soudure aluminium). Pour le soudobrasage, les besoins d un matériel spécifique sont bien réels. La volonté d alléger les véhicules, tout en les renforçant, conduira certainement à un usage de plus en plus fréquent des aciers à très haute résistance. e mode de soudure moins agressif en terme de chauffe s avère alors indispensable. ela peut être l occasion pour le carrossier de renouveler son semi-auto, qui lui servira à la fois pour la soudure AG classique et pour le soudobrasage (à condition de changer gaz et bobine pour respecter les spécificités du soudobrasage). 8/9
A LI U L Ê P IG/AG «DUGY AU» D GY - eptembre 2009 A Bi-cupro - ai 2006 oudure mig : GY Duomig - eptembre 2005 D 9/9