Environ 70 % des tôles utilisées dans l’industrie automobile et de la sous-traitance sont désormais galvanisées par électrolyse. La fine couche de zinc protège avec fiabilité de la corrosion et améliore la durée de vie ainsi que la rentabilité des composants. Il est en principe possible de souder des tôles galvanisées, mais pas sans compromettre leur qualité. Faut-il alors opter pour le brasage ou la soudure ? Est-il judicieux de le faire compte tenu des inconvénients qui en découlent – et pourquoi le brasage industriel constitue une méthode d’assemblage alternative intéressante pour les tôles galvanisées.
Peut-on procéder au soudage de tôles galvanisées ? Les limites du soudage
« Il est possible de souder des tôles galvanisées de manière tout à fait classique, cela ne pose aucun problème technique », explique Bernd Rutzinger, Coordinator Bodywork chez Fronius International GmbH. Il souligne toutefois les problèmes de qualité qui en découlent. Il s’agit notamment :
- de l’augmentation des éclaboussures ;
- des cordons de soudure irréguliers ;
- d’une formation de pores.
Formation de pores sur une soudure d’angle soudée par MAG
En outre, la soudure sur tôle fine endommage la couche de zinc, ce qui entraîne la destruction de la protection contre la corrosion. En raison des températures élevées et de la faible épaisseur des tôles, cela touche souvent même la face arrière de la pièce. La soudure elle-même est également sensible à la corrosion car elle est composée d’acier dans le cas du soudage MIG/MAG. Un autre sujet central concernant les tôles fines est la déformation liée à l’apport d’énergie élevé.
La cause de ces problèmes de qualité réside dans les différentes propriétés de l’acier et du zinc : le point de fusion de l’acier se situe autour de 1 500 °C, tandis que le zinc fond dès 420 °C environ et s’évapore à 900 °C.
C’est précisément ces vapeurs de zinc qui posent le plus grand problème lors de l’assemblage de tôles galvanisées : le zinc s’évapore dès que l’arc électrique apporte de l’énergie pour faire fondre le matériau de base. Le zinc sous forme de gaz est piégé dans la masse fondue et provoque la formation de pores. De plus, les vapeurs de zinc influencent le processus en lui-même : « Les vapeurs de zinc qui se forment génèrent une contre-pression qui s’oppose à celle de l’arc électrique. Les forces ainsi générées déstabilisent l’arc électrique », explique B. Rutzinger.
Bernd Rutzinger, Coordinator Bodywork chez Fronius International GmbH
Fièvre des métaux : comment se protéger lors du soudage de tôles galvanisées
Bernd Rutzinger, qui s’intéresse depuis plus de 30 ans aux process de soudage et d’assemblage, insiste tout particulièrement sur l’importance de la sécurité au travail : « Les vapeurs toxiques de zinc constituent un sujet extrêmement important. Si on en respire en trop grande quantité, cela peut provoquer ce qu’on appelle la fièvre des métaux. Il est essentiel de veiller à être équipé d’une bonne aspiration. » La fièvre des métaux se manifeste par des symptômes grippaux tels qu’une forte fièvre, de la fatigue ainsi que des douleurs musculaires et articulaires.
Comment fonctionne le brasage MIG ?
Le brasage MIG est une alternative au soudage. Il s’agit également d’un mode opératoire de soudage à l’arc, qui se distingue toutefois sur un point essentiel : alors que le matériau de base est fondu lors du soudage, il reste solide lors du brasage. À la place, un matériau d’apport à base de cuivre fond pour assurer la liaison entre les composants.
« Lors du brasage MIG, les températures dépassent les 900 °C », explique B. Rutzinger. « Il est donc essentiel que le métal d’apport ait un point de fusion inférieur à celui du matériau de base. Tandis que l’acier fond à près de 1 500 °C, le point de fusion du métal d’apport avoisine 1 000 °C, ce qui entraîne un apport d’énergie considérablement réduit dans le composant », ajoute l’expert.
Le brasage MIG génère également des vapeurs de zinc. Même si les quantités sont nettement inférieures à celles produites lors du soudage, une aspiration suffisante et des mesures de sécurité adaptées restent une condition essentielle pour une utilisation en toute sécurité.
Lors du soudage, le matériau de base lui-même chauffe jusqu’à la température de fusion et forme un bain de fusion. En revanche, lors du brasage, le matériau de base reste solide : seul le métal d’apport, dont la température de fusion est plus faible, se liquéfie et relie les composants par capillarité.
Brasage de l’acier : pourquoi privilégier le brasage des tôles galvanisées ?
C’est précisément ce faible apport d’énergie qui constitue un atout lors de l’assemblage de tôles galvanisées. « L’objectif est de limiter au maximum l’apport d’énergie », explique B. Rutzinger à propos de cette méthode.
L’apport d’énergie peut être décrit à travers l’énergie de soudage : elle résulte du courant, de la tension et de la vitesse de soudage. Lors du brasage MIG, une faible quantité d’énergie suffit étant donné que seul le matériau d’apport fond, et non le matériau de base.
Par ailleurs, ce mode opératoire permet d’atteindre des vitesses de process élevées : « Le process CMT Braze+ de Fronius permet d’atteindre une vitesse de trois mètres par minute, soit l’équivalent de la vitesse de soudage au laser », ajoute B. Rutzinger.
Cela a des conséquences directes sur le process : il se forme moins de vapeur de zinc, moins de pores et l’arc électrique reste stable. Dans le même temps, la déformation du composant diminue, ce qui constitue un avantage décisif, en particulier pour les tôles fines.
Métal d’apport et capillarité : comment les interstices sont remplis lors du brasage
Le brasage présente un autre atout : la capillarité. « Le métal d’apport se répand bien dans les interstices », explique B. Rutzinger. Cela joue un rôle déterminant, notamment dans l’industrie automobile, car les interstices y sont nombreux : « Un jeu d’un millimètre n’a rien d’inhabituel dans la construction automobile. »
Tandis que ces interstices peuvent rapidement devenir problématiques lors du soudage, il est possible de les combler plus facilement avec le brasage. Lors du soudage, l’air présent dans les interstices agit comme un isolant, ce qui concentre l’énergie dans la tôle supérieure et peut entraîner une brûlure.
À l’inverse, lors du brasage, les interstices sont utilisés de manière ciblée : le métal d’apport se répand dans les interstices et se répartit uniformément. Les vapeurs de zinc qui apparaissent peuvent donc circuler, ce qui permet de réduire la formation de pores tout en conservant la stabilité du process.
Protection cathodique : préserver la résistance à la corrosion des tôles galvanisées
La protection contre la corrosion des tôles galvanisées ne repose pas seulement sur la couche de zinc protectrice elle-même, mais surtout sur la protection cathodique.
Le zinc agit comme un métal de base (anode) et transfère des électrons à l’acier. L’acier devient ainsi la cathode et est activement protégé contre la corrosion. Même si la couche de zinc est localement endommagée, cet effet protecteur persiste et s’étend jusqu’à deux millimètres à l’intérieur des zones sans revêtement.
« Lors du brasage de l’acier, nous brûlons certes une petite quantité de zinc à la surface, à côté de la soudure. Cette zone étant très petite, la protection cathodique la couvre entièrement. Le zinc continue de protéger l’acier, rien ne rouille », explique B. Rutzinger.
Un avantage supplémentaire se trouve sur la face arrière du composant :
« À cet endroit, le zinc n’est ni évaporé ni brûlé : la protection contre la corrosion est entièrement préservée. Lors du soudage de l’acier, en revanche, la couche de zinc sur la face arrière disparaît complètement » ajoute l’expert.
Dans quels secteurs le brasage MIG est-il utilisé ?
Le brasage MIG est avant tout utilisé dans la fabrication industrielle, en particulier dans l’industrie automobile. Ce secteur traite principalement de fines tôles galvanisées par électrolyse, pour lesquelles la protection contre la corrosion et la qualité des soudures sont toutes deux déterminantes.
« Les tôles fines sont largement utilisées dans l’industrie automobile, notamment celles ayant une épaisseur inférieure ou égale à un millimètre environ », explique Bernd Rutzinger à propos des exigences spécifiques. La construction de carrosserie, qu’il s’agisse de toits ou de pièces latérales, est l’un des domaines d’application les plus courants.
Outre l’esthétique, la charge mécanique joue également un rôle central. Malgré un apport d’énergie moindre, les assemblages répondent aux exigences de résistance. « Lors des essais de traction, le matériau de base s’est toujours rompu, mais jamais la soudure », ajoute B. Rutzinger. Le brasage MIG répond ainsi à une exigence fondamentale dans la construction de carrosserie : l’assemblage ne constitue pas un point faible, mais est au moins aussi résistant que le reste du composant.
Développement technologique : pourquoi le brasage MIG fonctionne aujourd’hui
Le brasage MIG n’est pas une nouveauté en soi. Dès les années 1960 sont apparues les premières tentatives d’assemblage de tôles galvanisées à l’aide de matériaux d’apport à base de cuivre. Dans la pratique, cependant, la mise en œuvre a longtemps été compromise par les possibilités limitées des appareils disponibles.
Ce n’est qu’avec l’apparition de la technologie d’onduleurs dans les années 1980 et 1990 qu’il est devenu possible d’obtenir une régulation stable dans la plage de courant basse. Précisément là où intervient le brasage MIG. « Il s’agit de 40 à 50 ampères. Les appareils de soudage de l’époque n’étaient pas capables d’assurer une régulation stable, ce qui a entraîné de nombreuses projections et un arc électrique irrégulier. D’un point de vue technique, ce processus était pratiquement irréalisable. Le développement des onduleurs a constitué une avancée technologique majeure », se remémore Bernd Rutzinger à propos des défis de l’époque.
C’est grâce à cette avancée technologique que le brasage MIG est devenu un processus reproductible et applicable à l’échelle industrielle.
L’appareil de soudage adapté au brasage industriel
Tous ces éléments montrent clairement que, dans le cas de l’assemblage de tôles galvanisées, la question ne porte pas tant sur la faisabilité fondamentale du soudage que sur la sécurité du processus, la qualité et le maintien de la protection contre la corrosion. Entre souder et braser, l e brasage MIG présente ici des avantages décisifs :
- Apport d’énergie réduit
- Faibles vapeurs de zinc
- Procédés à l’arc électrique stables
- Soudures de haute qualité
Afin de pouvoir tirer parti de ces avantages dans la pratique, il convient de choisir des onduleurs modernes dotés d’une régulation précise dans la plage de courant basse, car ceux-ci constituent la base des process de brasage MIG stables. Dans la fabrication industrielle, ce sont en particulier les appareils de la série Fronius TPS/i qui sont utilisés, avec la possibilité d’ajouter en option les process CMT ou CMT Braze+.
Vous souhaitez en apprendre davantage sur les process CMT ? Rendez-vous dès maintenant sur notre site Internet : vous y trouverez des informations détaillées sur cette technologie et ses possibilités d’application.
FAQ à ce sujet
1) Qu’est-ce que la fièvre des métaux et quels sont les risques pour la santé en cas de soudage d’acier galvanisé ?
La fièvre des métaux (« Metal Fume Fever ») est causée par l’inhalation de fumées d’oxyde de zinc libérées lors du soudage de matériaux galvanisés. Ces fumées sont nocives pour la santé et peuvent se manifester par des symptômes semblables à une grippe, tels que des maux de tête, de la fièvre, des frissons ainsi que de la fatigue et des douleurs articulaires.
Si ces symptômes apparaissent, il faut les prendre au sérieux. Mais il vaut mieux ne pas en arriver là : une aspiration efficace et des casques de soudage équipés d’un système d’apport d’air frais réduisent considérablement l’exposition aux fumées et aux particules.
Vous découvrirez dans cet article de blog les expériences vécues par les personnes ayant souffert de la fièvre des métaux et les conséquences que des mesures de protection insuffisantes lors du soudage peuvent avoir.
2) Pourquoi les tôles galvanisées forment-elles autant de projections lors du soudage ?
Cela repose avant tout sur le fait que la couche de zinc se comporte différemment de l’acier lors du soudage : elle s’évapore déjà à des températures relativement faibles, avant même que l’acier ne commence à fondre. Une pression de vapeur élevée se forme directement dans le bain de fusion. Celle-ci fait littéralement « éclater » le métal en fusion, ce qui entraîne davantage de projections, un arc irrégulier et une formation de soudure instable.
De plus, le zinc qui s’évapore perturbe la formation homogène du bain de fusion, ce qui favorise l’apparition de pores et de soudures irrégulières. Plus la couche de zinc est épaisse et irrégulière, plus ces effets sont marqués.
Dans la pratique, il peut s’avérer utile d’éliminer la couche de zinc dans la zone de la soudure ou de travailler avec des paramètres adaptés ou des process appropriés. Le CMT (Cold Metal Transfer) peut présenter des avantages grâce au faible apport d’énergie, en particulier avec les fines tôles galvanisées.
3) Quelle est la différence entre le brasage fort et le brasage tendre de tôles galvanisées ?
La différence entre le brasage fort et le brasage tendre réside principalement dans la température de travail : lors du brasage tendre, les températures restent inférieures à 450 °C, tandis que lors du brasage fort, les températures dépassent 450 °C.
L’équipement diffère également : en règle générale, lors du brasage tendre, une simple torche au gaz de propane (chalumeau) suffit, tandis qu’une torche au gaz plus puissante est utilisée pour le brasage fort.
Le brasage tendre est particulièrement adapté aux tôles galvanisées, car les plus faibles températures préservent en grande partie la couche de zinc. Le brasage fort, quant à lui, est utilisé lorsque l’assemblage doit résister à des contraintes mécaniques ou thermiques plus importantes. Dans ce cas, les températures plus élevées permettent d’obtenir des assemblages soudés plus résistants, par exemple pour les assemblages structurels dans l’industrie automobile.
