L’acier au carbone est une grande famille d’alliages d’acier qui comportent un élément d’alliage de carbone commun ainsi que divers autres éléments en fonction de l’utilisation finale prévue de l’acier. Il existe plusieurs méthodes de fabrication utilisées pour assembler ces matériaux, le soudage étant l’un des exemples les plus populaires. L’acier à faible teneur en carbone est assez facile et simple à souder en utilisant un certain nombre de méthodes différentes, y compris les procédés à l’arc et au gaz protégé. Le soudage de l’acier à haute teneur en carbone est un peu plus délicat et nécessite un préchauffage et un refroidissement post-soudage soigneux du métal.
Le terme acier au carbone est une description assez générique d’une grande famille de produits d’alliage d’acier. Ces matériaux peuvent comporter un certain nombre d’éléments d’alliage différents en fonction de leur utilisation prévue, mais tous contiennent du carbone à des degrés divers. L’une des méthodes les plus courantes de construction et de fabrication de structures et de pièces utilisant ces matériaux est le soudage de l’acier au carbone. Le soudage consiste à réunir deux pièces de métal pour former une union étroite avec peu ou pas d’espace entre elles. Un joint permanent entre les deux est ensuite formé en faisant fondre les pièces ensemble dans une ligne étroite et focalisée le long de l’union avec des températures élevées localisées.
La teneur en carbone de tout produit en acier au carbone dicte non seulement ses caractéristiques de travail, mais affecte également le soudage des matériaux. Pour cette raison, le soudage de l’acier au carbone des variétés à haute et basse teneur en carbone diffère les uns des autres dans une mesure déterminée par la teneur totale en carbone du métal. L’acier à faible teneur en carbone, ou acier doux comme on l’appelle communément, est la gamme la plus facile à souder et représente la majorité du soudage d’acier au carbone dans la fabrication et la construction. L’acier doux peut être soudé en utilisant le soudage à l’arc conventionnel, le soudage oxyacétylénique ou l’un des procédés de soudage à l’arc sous protection gazeuse.
Le soudage à l’arc ou à la baguette est l’une des deux méthodes les plus courantes de soudage des aciers à faible teneur en carbone. Les machines de soudage à l’arc produisent un courant électrique élevé qui passe à travers une paire de câbles reliés aux bornes sous tension et à la terre de la machine. Le câble sous tension a une pince à ressort à son extrémité dans laquelle une électrode recouverte de flux est serrée. Le câble de terre est fixé aux pièces métalliques avec une autre pince. Lorsque l’électrode est rapprochée du métal, le courant forme un arc sur le métal, produisant une zone fortement focalisée et localisée de chaleur intense.
Cette chaleur fait fondre les pièces métalliques au point de soudure avec l’électrode et le flux, la piscine de flux fondu empêchant la contamination par oxydation de la soudure. L’autre méthode courante de soudage de l’acier à faible teneur en carbone est le soudage à l’arc sous gaz ou MIG. Ce processus fonctionne de la même manière que le soudage à l’arc, seule l’électrode est un brin de fil continu acheminé jusqu’au point de soudage par la machine à souder. Un flux constant de gaz argon ou d’un mélange argon/hélium est dirigé sur le point de soudure, ce qui protège le bain de fusion de la contamination. Le soudage à l’arc au gaz tungstène, ou TIG, et le soudage oxyacétylénique sont des méthodes de soudage d’acier à faible teneur en carbone moins couramment utilisées.
L’acier à haute teneur en carbone est utile en raison de sa dureté, une caractéristique qui le rend plus difficile à souder que l’acier doux en raison du fait que le chauffage du métal a tendance à le ramollir. Bien que les mêmes méthodes de soudage de l’acier au carbone soient utilisées pour souder l’acier à haute teneur en carbone, les traitements de préparation et de post-soudage diffèrent. Pour éviter le ramollissement de l’acier pendant le soudage, les pièces sont généralement préchauffées et refroidies de manière contrôlée après le soudage. L’étendue de ce processus de préchauffage et de refroidissement est dictée par la teneur globale en carbone de l’acier.