Comment fonctionne une soudure autogène à la flamme ?

La soudure autogène ou soudure oxyacétylénique (SOA) lorsqu’elle utilise un mélange d’oxygène et d’acétylène, est un procédé thermique. Elle permet l’assemblage de deux pièces par fusion directe de la matière. Cette technique repose sur la création d’un bain de fusion. Celui-ci est obtenu grâce à une flamme neutre, générée par la combustion d’un gaz combustible, généralement de l’acétylène, mélangé à de l’oxygène via un chalumeau.

Le résultat est un cordon de soudure uniforme, sans ajout de matériau extérieur. Toutefois, une soudure avec métal d’apport peut être réalisée si les propriétés des pièces à assembler le nécessitent. La température de fusion atteinte peut dépasser les 3 000 °C. Cela permet l’assemblage de nombreux métaux à souder, tels que l’acier, l’inox, l’aluminium, le cuivre, le nickel, le laiton, le titane ou encore le tungstène.

Le soudage à la flamme repose sur le réglage du débit de gaz, permettant d’obtenir différents types de flamme selon les proportions d’oxygène et d’acétylène utilisées. On distingue :

• La flamme neutre : elle résulte d’un équilibre entre l’oxygène et l’acétylène. Elle est utilisée pour souder des métaux comme l’acier ou l’inox.
• La flamme oxydante : elle contient une quantité d’oxygène supérieure à celle de l’acétylène. Elle convient au laiton, au cuivre ou au zinc.
• La flamme carburante : elle présente un excès d’acétylène par rapport à l’oxygène. Elle s’applique au soudage de métaux non ferreux comme le nickel.

Le dard de la flamme, situé au centre, atteint une température proche de 3 100 °C. Le panache, zone plus étendue, se situe autour de 1 300 °C. Un ajustement précis du mélange gazeux permet de maintenir la flamme stable et d’obtenir une fusion régulière.

Le poste de soudage oxyacétylénique comprend :

• Bouteilles de gaz : deux contenants sont requis. L’un pour l’oxygène, l’autre pour l’acétylène. L’oxygène est stocké à 200 ou 300 bars. L’acétylène est utilisé à une pression de service entre 0,2 et 0,7 bar.
• Manodétendeurs : ils régulent la pression en sortie. Pour l’oxygène, la pression recommandée est de 0,7 à 1,5 bar. Pour l’acétylène, elle reste entre 0,2 et 0,7 bar.
• Pare-flammes : ce sont des dispositifs de sécurité installés à l’entrée du chalumeau ou à la sortie du détendeur. Ils bloquent tout retour de flamme vers les bouteilles.
• Tuyaux flexibles : ils assurent le transport des gaz. Ils sont souples, résistants et bicolores : bleu pour l’oxygène, rouge pour l’acétylène.
• Chalumeau : il constitue l’outil de soudage lui-même. Il mélange les gaz juste avant la combustion. Le diamètre des buses varie entre 0,5 mm et 3 mm. Le débit peut aller de 50 à 1 400 litres par heure.

Chaque vanne permet d’ajuster le débit de gaz séparément. Ce réglage détermine le type de flamme produit. L’équipement peut être monté sur chariot pour les déplacements. Certains postes sont conçus pour fonctionner sans alimentation électrique.

Le soudeur ouvre d’abord légèrement la vanne d’acétylène, puis allume le gaz avec un allumeur piézoélectrique ou une pierre à briquet. Il ouvre ensuite progressivement l’oxygène jusqu’à obtenir une flamme neutre. Ce réglage se fait en ajustant le débit de chaque gaz pour former un dard blanc bien net sans excès de bruit ni de turbulence. Une flamme neutre se reconnaît par son cône blanc fixe et un panache bleu clair.

Le soudeur place le dard de la flamme à environ 3 à 4 mm de la zone à souder. Le métal change de couleur en chauffant : rouge sombre vers 700 °C, rouge clair autour de 900 °C. Le point de fusion est atteint quand les bords des pièces commencent à fondre. Ce chauffage progressif évite les déformations et prépare un bain de fusion stable.

Si la soudure nécessite un renforcement ou une meilleure liaison, un métal d’apport est introduit dans le bain de fusion. Il peut s’agir d’une baguette adaptée au métal de base. Le métal d’apport fond au contact du bain. Le soudeur veille à maintenir la fusion homogène entre les pièces et le métal ajouté.

Après la soudure, les pièces sont laissées au repos pour un refroidissement à l’air libre. Aucun jet d’eau ni ventilation forcée n’est utilisé, afin d’éviter les chocs thermiques. Une fois refroidie, la zone soudée peut être brossée pour enlever les oxydes de surface. En cas de projection ou d’excès de matière, un meulage ou un ponçage est possible.

Plusieurs précautions doivent être prises pour limiter les risques liés à la chaleur, aux projections, aux fumées et à la pression. Le port d’un équipement de protection individuelle est nécessaire. Il comprend :

• Des lunettes de soudage avec verres filtrants adaptés au type de flamme,
• Un masque respiratoire pour limiter l’exposition aux fumées de soudage,
• Des gants de soudeur résistants à la chaleur,
• Un tablier en cuir ou en tissu ignifugé,
• Des vêtements couvrants, sans fibres synthétiques, et des chaussures fermées.

La zone de travail doit être dégagée, sèche et ventilée. Une ventilation des gaz naturelle ou forcée est recommandée, surtout en cas de soudure en milieu confiné. Un extincteur à proximité du poste est fortement recommandé. Les bouteilles de gaz doivent être placées à la verticale, à distance des sources de chaleur, et solidement fixées.

Le soudage autogène peut être utilisé sans source électrique. Il fonctionne uniquement avec des gaz, ce qui le rend autonome dans des environnements non équipés. L’ensemble du matériel peut être transporté facilement sur un chariot. Cela permet de réaliser des interventions sur chantier ou dans des zones isolées.

Le même équipement peut être utilisé pour plusieurs opérations : soudage, chauffe ou découpe. Le réglage des gaz se fait manuellement, sans interface électronique. Le soudeur adapte le débit d’oxygène et d’acétylène en fonction du travail à réaliser. Le matériel peut être utilisé en atelier ou en extérieur, dans des conditions variées, à condition de sécuriser la zone.

Le soudage oxyacétylénique demande plus de temps qu’un autre procédé comme le procédé TIG ou MIG. La fusion se fait par chauffage progressif, ce qui allonge la durée de l’opération. Le résultat dépend directement du geste de l’opérateur. Une mauvaise position ou une vitesse irrégulière peut entraîner des défauts dans le cordon. Ce procédé convient moins aux fortes épaisseurs.

La chaleur de la flamme ne pénètre pas aussi profondément que celle d’un arc électrique. Certains matériaux comme l’aluminium et les tôles fines peuvent se déformer sous l’effet de la chaleur. Le poste génère également des fumées et des gaz chauds. Une ventilation est nécessaire pour limiter l’exposition. Enfin, la présence d’une flamme nue impose de retirer tout produit inflammable autour du poste de travail.