Soudage MIG/MAG sous protection 80/20 vs 92/8 : Quand changer de mélange gazeux

1. MIG vs MAG : le rappel essentiel

Avant de parler mélange, il est utile de redéfinir les deux procédés (souvent confondus dans le langage courant) :

• MIG (Metal Inert Gas) : soudage sous gaz inerte (typiquement argon pur ou Ar/He), utilisé sur aluminium, cuivre, magnésium, certains aciers inoxydables.
• MAG (Metal Active Gas) : soudage sous gaz actif (mélanges Ar + CO₂, ou CO₂ pur), utilisé sur aciers au carbone et certains inox.

Procédé numéroté 131 pour le MIG et 135 pour le MAG selon EN ISO 4063. Sur les aciers, l'écrasante majorité des soudures industrielles relèvent du MAG, donc d'un mélange Ar/CO₂.

Les variantes courantes en MAG

• MAG fil massif (procédé 135) : le plus répandu, fil plein.
• MAG fil fourré gaz (procédé 136) : fil rempli de poudre, sous protection gazeuse externe — productivité plus élevée sur fortes épaisseurs.
• Fil fourré sans gaz (procédé 114) : la protection vient du flux interne du fil — utile en chantier extérieur, mais hors champ de cet article qui se concentre sur les mélanges externes.

2. Pourquoi le mélange gazeux est décisif

Le gaz de protection joue plusieurs rôles simultanés dans une soudure MAG :

1. Protéger le bain de fusion contre l'oxygène et l'azote de l'air ambiant, qui causeraient porosités et fragilisation.
2. Stabiliser l'arc : la composition du gaz influe directement sur le comportement de l'arc électrique (transfert de gouttelettes, projection, stabilité).
3. Modifier le bain de fusion : viscosité, mouillage, profondeur de pénétration, profil du cordon.
4. Influencer les propriétés mécaniques finales : ténacité, limite d'élasticité, ductilité, résistance à la corrosion.

Le rôle spécifique du CO₂

Dans les mélanges Ar/CO₂, le CO₂ apporte trois effets distincts :

• Augmente la pénétration par dissociation thermique du CO₂ qui libère de l'énergie supplémentaire dans l'arc et le bain.
• Modifie le mode de transfert : court-circuit (dipping), globulaire ou pulvérisation axiale (spray) selon l'intensité.
• Induit une perte d'éléments d'addition par oxydation : le CO₂ « brûle » silicium, manganèse et certains éléments d'alliage du bain. Plus le CO₂ est élevé, plus la perte est marquée.

C'est ce dernier point qui justifie le choix d'un mélange plus pauvre en CO₂ pour les applications exigeantes : moins de perte d'éléments d'alliage = meilleure tenue mécanique de la zone fondue.

Le rôle de l'argon

L'argon, gaz inerte, sert avant tout à :

• Stabiliser l'arc : il favorise le transfert en pulvérisation axiale (spray) qui donne des cordons lisses et peu de projections.
• Protéger le bain de l'air sans intervenir chimiquement.
• Réduire les projections par rapport à un gaz très oxydant.

Plus le mélange est riche en argon, plus le cordon est esthétique et propre, mais avec moins de pénétration. C'est l'arbitrage central.

3. Le 80/20 : le mélange standard chaudronnerie

Le 80/20 (80 % Ar + 20 % CO₂, classification ISO 14175 type M21) est le mélange par défaut de la chaudronnerie générale française et européenne. C'est le « cheval de trait » du MAG sur acier au carbone.

Forces du 80/20

• Pénétration solide : le 20 % de CO₂ fournit l'énergie pour de bonnes pénétrations sur épaisseurs courantes (3-15 mm).
• Tolérance aux conditions atelier : moins sensible aux courants d'air légers, à la propreté approximative des tôles.
• Coût modéré : disponible chez tous les distributeurs, prix au m³ raisonnable.
• Polyvalence : fonctionne sur fil massif G3Si1 / G4Si1 standard, pas besoin de fil dédié.
• Modes de transfert variés : court-circuit pour faibles épaisseurs, globulaire en moyennes intensités, pulvérisation axiale en hautes intensités.

Limites du 80/20

• Projections plus marquées que les mélanges plus pauvres en CO₂, particulièrement en mode globulaire.
• Perte d'éléments d'alliage par oxydation : 20 % de CO₂ « brûle » davantage Si et Mn que des mélanges plus pauvres. Pour des aciers à haute limite élastique, l'effet peut être pénalisant.
• Cordons moins esthétiques que sous mélanges riches en argon.
• Moins adapté aux aciers spéciaux : aciers HLE, micro-alliés, aciers résistants au fluage, aciers traités thermiquement.

Cas d'usage typiques

• Charpentes métalliques en S235 / S275 / S355.
• Cuves et réservoirs en acier au carbone non allié.
• Tuyauteries acier carbone standard (P235GH, P265GH).
• Chaudronnerie générale et serrurerie.
• Mécano-soudure sur aciers de construction non alliés.

4. Le 92/8 et les mélanges pauvres en CO₂

Le 92/8 (92 % Ar + 8 % CO₂, classification ISO 14175 type M20) et plus généralement les mélanges à basse teneur en CO₂ (90/10, 95/5, 98/2) sont les mélanges des applications exigeantes.

Forces des mélanges pauvres en CO₂

• Cordons très esthétiques : peu de projections, surface lisse, profil régulier.
• Moins de perte d'éléments d'alliage : meilleure préservation des caractéristiques mécaniques (Rp 0,2, Rm, ténacité Charpy).
• Stabilité d'arc supérieure en pulvérisation axiale (spray), mode de transfert favorable aux soudures de qualité.
• Adapté aux aciers HLE (haute limite élastique) et aux aciers traités thermiquement où la perte d'alliage est critique.
• Bonne tenue Charpy à basse température, important pour les applications offshore, cryogéniques ou en zones froides.

Limites des mélanges pauvres en CO₂

• Pénétration plus faible à intensité égale : il faut compenser par une intensité ou une vitesse de fil supérieure.
• Plus sensible aux conditions : courants d'air, propreté, écartement de torche moins permissif.
• Coût supérieur au 80/20.
• Moins polyvalent : moins bon en court-circuit basse intensité que le 80/20.

Cas d'usage typiques

• Aciers HLE (S420 / S460 / S690 / S890 / S960) : charpentes lourdes, fabrications offshore, machines lourdes.
• Aciers résistants à basse température : stockage cryogénique, applications nordiques, exigences Charpy à -40 ou -50 °C.
• Aciers résistants au fluage : tuyauteries vapeur, chaudières (P235GH, P355GH, X10CrMoVNb9-1).
• Construction navale, ferroviaire, aéronautique : exigences mécaniques fortes, qualité de cordon essentielle.
• Soudage robotisé / automatisé : la stabilité d'arc supérieure facilite la programmation et la régularité.

Cas particuliers : Ar/O₂ et mélanges tertiaires

Pour certaines applications, on peut rencontrer des mélanges Ar/O₂ (ISO 14175 type M11/M12) avec 1 à 3 % d'O₂. L'oxygène stabilise l'arc en pulvérisation axiale en augmentant un peu la chaleur sans pénaliser autant les éléments d'alliage que le CO₂.

On rencontre aussi des mélanges tertiaires Ar/CO₂/O₂ ou Ar/He/CO₂ (ISO 14175 type M22 / M23) pour des applications spécifiques (forte pénétration, hautes vitesses).

5. Tableau comparatif et critères de choix

Critères de bascule du 80/20 vers le 92/8

Plusieurs signaux justifient le passage à un mélange plus pauvre en CO₂ :

1. Le matériau de base le justifie : acier HLE, acier traité thermiquement, acier résistant au fluage, acier soudo-formé.
2. Les exigences Charpy sont strictes (≤ -20 °C, et a fortiori ≤ -40 °C ou -50 °C).
3. L'aspect esthétique du cordon est critique (charpente apparente, robotisation visible).
4. La requalification client impose des essais Charpy ou de traction qui ne passent pas en 80/20.
5. Le poste est robotisé et la stabilité d'arc devient essentielle pour la régularité.
6. Des projections excessives sur le 80/20 deviennent problématiques (ralentissent le travail, abîment le matériel).

Quand garder le 80/20

• Aciers de construction courants S235 / S275 / S355 sans exigence Charpy stricte.
• Faibles épaisseurs (1,5 à 4 mm) avec besoin de tolérance en mode court-circuit.
• Atelier polyvalent avec pluralité de matériaux et budget gaz contraint.
• Conditions de soudage moins favorables (chantier extérieur abrité, courants d'air légers).

6. Cas pratiques de bascule

Cas 1 : Charpente métallique d'un bâtiment industriel

• Matériau : poutres en S235 / S275, sans exigence Charpy particulière.
• Mélange recommandé : 80/20. Mode court-circuit ou pulvérisation selon intensité.
• Justification : pas besoin de qualité supérieure, le 80/20 est plus tolérant et économique.

Cas 2 : Charpente offshore en S420 ML

• Matériau : acier HLE traité thermomécaniquement, exigence Charpy à -40 °C.
• Mélange recommandé : 92/8 (M20) ou Ar/He/CO₂ (M22 selon EN ISO 14175).
• Justification : le 80/20 ferait chuter la ténacité Charpy par perte d'éléments d'alliage. Le 92/8 préserve les caractéristiques mécaniques.

Cas 3 : Tuyauterie vapeur P355GH (chaudière)

• Matériau : acier résistant au fluage, exigences DESP / EN 13445.
• Mélange recommandé : 92/8 ou plus pauvre (95/5) selon la qualification du WPS.
• Justification : préservation de la composition chimique, qualité de cordon, tenue mécanique long terme.

Cas 4 : Production série robotisée (sous-traitance automobile)

• Matériau : acier S275 ou S355, séries de pièces en 3-6 mm d'épaisseur.
• Mélange recommandé : 92/8 ou Ar/CO₂/O₂ (M22).
• Justification : stabilité d'arc supérieure pour la régularité robot, peu de projections (entretien torche), esthétique constante.

Cas 5 : Mécano-soudure générale en atelier polyvalent

• Matériau : aciers de construction non alliés, mix d'épaisseurs.
• Mélange recommandé : 80/20.
• Justification : polyvalence, coût, tolérance aux variations de conditions atelier.

Pièges fréquents

1. Conserver le même fil après bascule de mélange : un fil G3Si1 standard peut donner une composition de zone fondue insuffisante avec 92/8 sur certains aciers HLE. Vérifier la combinaison fil/gaz dans le DMOS.
2. Ne pas requalifier le mode opératoire (DMOS / WPS) après changement de mélange : la qualification EN ISO 15614-1 est attachée à la combinaison fil + gaz + paramètres. Tout changement significatif demande re-qualification.
3. Mélange Ar/CO₂ pour inox austénitique : à proscrire au-delà de ~3 % CO₂. Pour l'inox, utiliser des mélanges spécifiques (ISO 14175 type Z avec CO₂ très bas, plus N₂ et He).
4. Choix par habitude sans relire le DMOS du projet : un atelier qui « passe tout en 80/20 par défaut » peut se retrouver hors qualification sur les pièces exigeantes.
5. Économie courte sur le gaz en surdosant le débit : le 80/20 à 25 L/min ne remplace pas le 92/8 à 18 L/min sur un acier HLE. Le bon mélange à débit normal est plus économique que le mauvais à débit gonflé.