Soudure
Inertage d’une soudure inox : purge envers à l’argon
En bref
L’inertage protège l’envers d’une soudure inox. Le volume entre bouchons vaut V = π/4 × Di² × L ; le gaz à passer avant de souder est n × V et le temps de pré-purge t = n × V / Q. Un modèle de mélange parfait, C(t) = C0 · e^(−Q·t / V), donne en plus le temps pour atteindre un seuil d’oxygène.
Calcul
Exemple calculé avec les valeurs par défaut de l’outil.
Saisies
- Volume
- Tube entre deux bouchons
- Tube
- DN50 · 60,3 × 2,9 mm
- Longueur purgée entre bouchons
- 300 mm
- Matière
- Inox austénitique 316L
- Gaz de purge
- Argon
- Renouvellements du volume
- 5
- Débit de pré-purge
- 15 L/min
- Durée de soudage sous purge
- 10 min
- Seuil à atteindre à l’évent
- Selon la matière
Résultats
- Temps de chambrage minimum
- 21 sseuil 100 ppm en mélange parfait
Exemple détaillé
Toutes les valeurs de cette section sont celles de l’exemple, calculé avec les valeurs par défaut de l’outil.
Autres résultats de l’exemple
- Temps de pré-purge
- 14 s5 renouvellements
- Temps pour atteindre le seuil
- 21 s100 ppm, mélange parfait
- Renouvellements pour le seuil
- 7,6
- Volume purgé
- 0,70 L
- Gaz de pré-purge
- 5,4 L
- Gaz pendant le soudage
- 50 L5 L/min (fabricant)
- Consommation totale
- 55 L
- Diamètre intérieur
- 54,5 mm
- Oxygène résiduel visé
- 100ppm maximum : 100 (BOC), 50 chez Huntingdon, 20 en service sévère ; DMOS prioritaire
- Valeurs indicatives de pratique fabricant : elles ne remplacent pas le DMOS/WPS qualifié ni la mesure d’oxygène.
- Seul un analyseur d’oxygène dans la zone purgée confirme que la purge est faite ; le temps seul ne suffit pas.
- Prévoir un évent de sortie et, pendant le soudage, un débit à peine perceptible à la sortie (Huntingdon) : trop de débit monte la pression dans le tube.
- Gaz de purge en grande quantité : risque d’asphyxie autour du poste, vérifier l’aération (BOC).
- Mélange parfait (cas pessimiste) : 1415 ppm d’O2 après 5 renouvellements, soit au-dessus de 100 ppm. Le déplacement par le bas fait mieux en pratique : contrôler à l’analyseur.
- Le seuil de 100 ppm demande 7,6 renouvellements en mélange parfait : chambrage porté à 21 s.
Calcul détaillé
Diamètre intérieur
Di = OD − 2e
60,3 − 2 × 2,90 = 54,5 mm
Volume purgé
V = π/4 × Di² × L
π/4 × 54,5² × 300 = 699849 mm³ = 0,700 L
Gaz de pré-purge
Vg = Q × t chambrage
15,0 L/min × 21 s / 60 = 5,35 L
Temps de pré-purge
t = n × V / Q
3,50 / 15,0 = 0,23 min = 14 s
Oxygène, mélange parfait (pessimiste)
C = 210 000 ppm × e^(−n)
210 000 × e^(−5,0) = 1415 ppm
Renouvellements pour 100 ppm (mélange parfait)
n = ln(210 000 / 100)
7,6
Oxygène à l’évent
C(t) = C0 · e^(−Q·t / V)
C0 = 210 000 ppm ; Q = 15,0 L/min ; V = 0,700 L
Temps pour 100 ppm
t = V / Q × ln(C0 / C)
0,700 / 15,0 × ln(210 000 / 100) = 0,36 min = 21 s
Chambrage minimum
max(t renouvellements ; t seuil)
max(14 ; 21) = 21 s
Comment faire
- Choisir le tube (diamètre extérieur et épaisseur) et la longueur purgée entre bouchons, ou saisir un volume connu.
- Choisir la matière et le gaz de purge : argon ou azote.
- Saisir le nombre de renouvellements du volume, le débit de pré-purge et la durée de soudage sous purge.
- Choisir le seuil d’oxygène à atteindre à l’évent, ou saisir celui du DMOS en ppm.
- Lire le temps de chambrage minimum.
Questions fréquentes
Comment faire l’inertage d’une soudure TIG sur tube inox ?
On ferme le tube de part et d’autre du joint (bouchons, ballons ou film soluble), on prévoit un évent de sortie et on remplace l’air par le gaz de purge avant de souder. La pratique fabricant retenue est d’environ 5 renouvellements du volume à 15 à 20 L/min, puis un débit d’environ 5 L/min pendant le soudage, à peine perceptible à la sortie.
Comment calculer le temps de purge à l’argon ?
Exemple : tube de 60,3 × 2,9 mm, soit Di = 54,5 mm, sur 300 mm entre bouchons : V = π/4 × 54,5² × 300 = 0,700 L. Avec 5 renouvellements à 15 L/min, t = n × V / Q = 3,50 / 15,0 = 0,23 min, soit 14 s. Pour descendre à 100 ppm d’oxygène en mélange parfait, il faut t = V / Q × ln(C0 / C) = 21 s : le chambrage minimum retenu est donc 21 s.
Quel gaz d’inertage pour souder l’inox ?
L’argon convient à tous les matériaux. L’azote sans oxygène est admis par BOC sur les austénitiques et les duplex, mais il stabilise l’austénite et peut donner une microstructure inacceptable : le calcul le réserve aux travaux non critiques sur austénitique (exclu en ASME BPE). Sur duplex, les sources divergent : suivez le DMOS, sinon argon.
Quelle teneur en oxygène viser à l’envers ?
Sur inox, 100 ppm (0,01 %) est jugé satisfaisant par BOC, 50 ppm chez Huntingdon, 20 ppm en service sévère. Sur acier non allié, la purge est normalement inutile ; si elle est exigée, 1 % d’O2 est souvent jugé acceptable. Le DMOS reste prioritaire, et seul un analyseur d’oxygène confirme la purge.
Combien de renouvellements pour une purge sur duplex ?
L’IMOA recommande l’argon pur, alimenté par le bas, et au moins 7 renouvellements du volume ; le calcul avertit en dessous. En mélange parfait, 5 renouvellements laissent encore 1415 ppm d’oxygène : la purge par déplacement fait mieux en pratique, mais il faut contrôler à l’analyseur.
Limites
Résultats indicatifs, tirés de la pratique de fabricants (Huntingdon, BOC) et de l’IMOA : ils ne remplacent ni le DMOS qualifié ni la mesure d’oxygène. Le modèle de mélange parfait est le cas pessimiste ; seul un analyseur dans la zone purgée confirme la purge. Un débit au-dessus de 20 L/min crée des turbulences qui rallongent la purge. Gaz de purge en grande quantité : risque d’asphyxie, vérifier l’aération.
Sources
- Huntingdon Fusion Techniques : pré-purge (≈ 5 renouvellements, 15–20 L/min, 5 L/min en soudage) : Shielding Gas and Purging Techniques during Welding, Part 2 (lien)
- Huntingdon Fusion Techniques : oxygène résiduel inox < 50 ppm : Welding Stainless Steel (lien)
- BOC / Linde : gaz de purge, teneurs en O2 admises, azote : The right gas working for you, Purging or root backing (lien)
- Orbital Welding Guide : azote, travaux non critiques : Argon Purge Welding Guide (lien)
- Dilution : équation de purge d’un volume (mélange parfait) : Basic room purge equation, t = V/Q · ln(C0/C) (lien)
- IMOA : envers à l’argon, par le bas, au moins 7 fois le volume : Practical Guidelines for the Fabrication of Duplex Stainless Steels, § 12.3.1 (lien)
- Géométrie : Volume d’un cylindre