PTA vs PAW : comparaison des procédés de soudage plasma
Analyse métallurgique et procédés de rechargement dur (Hardfacing)
1. Introduction
Le procédé Plasma Transferred Arc (PTA) constitue une évolution du Plasma Arc Welding (PAW), particulièrement adaptée aux opérations de rechargement (hardfacing) à faible dilution.
Contrairement au PAW :
- PAW → fil (wire)
- PTA → poudre (powder)
Cette différence modifie profondément :
- la cinématique du bain
- la dilution
- la microstructure finale
- les performances en service
Les dilutions typiques observées :
- PTA : 6–10 %
- procédés classiques : 20–25 %
2. Principe physique du procédé PTA
Configuration fondamentale
Les deux procédés utilisent :
- électrode tungstène non fusible
- buse constrictrice refroidie
- gaz plasma + gaz de protection
Mais :
PTA ajoute un gaz vecteur de poudre
Formation de l’arc
Le procédé comporte deux phases :
- Arc pilote (non transféré)
- Arc principal (transféré pièce)
Permet :
- amorçage stable
- faible résistance électrique
- meilleure reproductibilité
3. Paramètres clés du procédé
Les paramètres critiques identifiés dans l’étude :
- courant de soudage
- débit gaz plasma / protection / transport
- vitesse d’avance
- distance buse–pièce (NWD)
- recul électrode (Rc)
Influence directe sur :
- géométrie du cordon
- dilution
- microstructure
4. Influence géométrique (lecture ingénieur)
Distance buse–pièce (NWD)
- ↑ NWD → ↓ pénétration, ↑ largeur
- limite optimale : 10–15 mm
Recul électrode (Rc)
- ↑ Rc → arc plus constricté
- ↓ Rc → arc diffus
Effet mesuré :
≈ 2.4 V/mm variation tension arc
Diamètre buse constrictrice
- petit diamètre → arc concentré → pénétration élevée
- grand diamètre → bain large → dilution réduite
5. Résultats expérimentaux PTA vs PAW
Géométrie du cordon
Observations majeures :
- PTA → cordon plus large
- PAW → pénétration plus forte
- PTA → meilleure mouillabilité
- PTA → faible convexité
Indice de convexité optimal ≈ 30 %
Dilution
Résultats typiques :
- PAW : ≈ 17–25 %
- PTA : ≈ 6–10 %
Explication physique :
- énergie plus diffusée (PTA)
- apport poudre indépendant
- interaction bain / substrat réduite
Rendement de dépôt
- PTA : 85–95 %
- pertes dues à :
- vaporisation
- dispersion poudre
6. Microstructure et métallurgie
Observations microstructurales :
- PTA → structure plus fine
- PAW → structure plus grossière
Influence directe :
- dilution plus faible → composition proche métal d’apport
- solidification plus contrôlée
Microdureté
- PTA → dureté plus élevée
- PAW → dureté plus faible
Corrélation directe :
dilution ↑ → dureté ↓
7. Analyse métallurgique avancée
Mécanismes clés
- Dilution
- gouverne composition chimique
- impact carbures (Stellite)
- Cinétique thermique
- refroidissement → taille dendritique
- Hydrodynamique du bain
- PTA → bain calme
- PAW → convection plus forte
Cas Stellite 6
- Co-base + carbures (Cr, W)
- sensibilité dilution :
dilution élevée → perte résistance usure
8. Synthèse comparative (niveau expert)
| Paramètre | PTA | PAW |
|---|---|---|
| Dilution | 🔻 Faible | 🔺 Élevée |
| Pénétration | Faible | Élevée |
| Largeur cordon | Large | Étroit |
| Microstructure | Fine | Grossière |
| Dureté | Élevée | Plus faible |
| Application | Rechargement | Soudage |
9. Conclusion
Le procédé PTA s’impose comme une technologie de référence pour :
✔ rechargement anticorrosion
✔ anti-usure
✔ applications critiques (turbines, pétrole, offshore)
Ses avantages fondamentaux :
- faible dilution
- contrôle microstructural
- haute performance tribologique