Comment souder l’aluminium

Un guide détaillé pour souder l’aluminium

Les défis du soudage de l’aluminium

Les principaux problèmes affectant le soudage des alliages d’aluminium sont les suivants :

  1. Forte affinité pour l’oxygène conduisant à une très fine couche d’oxyde persistante (AL2O3) à la surface qui fond à 1926°C, alors que l’aluminium pur fond à 660°C. Ainsi, si la couche d’oxyde n’est pas retirée, le matériau de la plaque fondra et l’oxyde ne fondra pas, et ne formera donc pas de joint de soudure.
  2. Fissuration de solidification dans certaines nuances à faible teneur en manganèse.
  3. Perte de résistance des joints de soudure dans la ZAT.
  4. Risque élevé de porosité invisible (Porosité interne principalement, la soudure sera excellente de l’extérieur mais sera pleine de porosité à l’intérieur de la soudure, ce qui devient visible en radiographie ou en cas de rupture ou de macro test).

Ainsi, l’aluminium doit être pris en charge, surtout par rapport à l’acier. Il a une conductivité thermique élevée de sorte que la chaleur de la zone de soudage se dissipe très rapidement. Sa dilatation thermique élevée peut entraîner une distorsion. Comme l’aluminium ne change pas de couleur lorsqu’il est fondu ou chauffé, il n’est pas possible d’évaluer la température pendant le soudage.

Comment souder l'aluminium

comparaison des propriétés physiques de l’aluminium et de l’acier au carbone affectant la soudabilité

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Spécifications et qualités des matériaux en aluminium

ASTM B209, ASTM B210, ASTM B211, ASTM B221, ASTM B234, ASTM B241, ASTM B247 et ASTM B928.

La désignation du matériau suit la classification à 4 chiffres de l’Aluminium Association. Le premier chiffre spécifie ici les principaux éléments d’alliage, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

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ASTM B209, ASTM B210, ASTM B211, ASTM B221, ASTM B234, ASTM B241, ASTM B247 et ASTM B928.

La désignation du matériau suit la classification à 4 chiffres de l’Aluminium Association. Le premier chiffre spécifie ici les principaux éléments d’alliage, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

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Pour la désignation de la trempe, une lettre spécifique indique l’état de l’alliage. Les différentes lettres utilisées sont les suivantes : 

  • F – Tel que fabriqué – aucun contrôle sur les propriétés mécaniques.
  • O – Recuit, doux.
  • H – écroui.
  • T – Traité thermiquement pour produire des trempes stables.

Quelques exemples:

  • 1100-0 99%min Al+0,12 % Cu, recuit.
  • 2024-T3 Al-4.4Cu-1.5Mg-0,6Mn, traité thermiquement en solution, travaillé à froid et vieilli naturellement.
  • 5052-H34 Al-2.5Mg-0.25Cr, demi-dur.
  • 3003-H14 Al-1.2Mn, demi-dur.
  • Demi dur signifie partiellement travaillé à froid

Sélection de consommables de soudage

Utilisez ce tableau pour trouver le fil d’apport GTAW/GMAW le mieux adapté pour souder les différentes qualités d’aluminium.

La fissuration à chaud peut être évitée en utilisant un fil d’apport de type 4043, mais il donnera une ductilité et une ténacité inférieures par rapport au fil de type 5356. Les types 4043 en raison de la teneur élevée en silicium donnent une mauvaise correspondance de couleur aux métaux de base en aluminium 5XXX et 6XXX après traitement d’oxydation anodique.

Lors du soudage 5XXX (fort en Mg, plus de 3 % en général), le 4043 est un mauvais choix car il produira un composé intermétallique de mg 2 Si dans le métal fondu. Cela réduira la ductilité du métal fondu et augmentera sa sensibilité aux fissures.

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Processus de soudage

L’aluminium peut être facilement soudé par soudage TIG et MIG. Le soudage TIG avec courant alternatif est utilisé pour le soudage de sections plus minces. L’utilisation du courant alternatif donne un demi-cycle de nettoyage cathodique dans les processus manuels et automatiques. Le MIG est utilisé pour les sections plus lourdes.

Les procédés de soudage avancés tels que le soudage au laser et le soudage par friction-malaxage sont aujourd’hui largement utilisés dans la fabrication de l’aluminium.

Paramètres de soudage en aluminium TIG

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Paramètres de soudage en aluminium MIG

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Gaz de protection

L’argon pur est largement utilisé. Mélange Argon-Hélium en soudage MIG. L’ajout d’hélium contribue à une meilleure formation de la soudure et augmente la vitesse de soudage. L’hélium minimise également le risque de pores et de manque de fusion. L’hélium pur n’est pas utilisé en raison du potentiel d’ionisation élevé du gaz ainsi que du coût élevé du gaz.

Préchauffage

Le préchauffage est recommandé pour les sections plus épaisses ou lorsqu’une pénétration suffisante ne peut pas être obtenue en raison de la conductivité thermique élevée de l’aluminium.

Ainsi, si l’un des problèmes ci-dessus est rencontré, une température de préchauffage de 150 à 200°C peut être appliquée. De plus, lors de la réparation des grades 5XXX (Al-Mg), il peut se fissurer dans la zone de soudure ou de ZAT. Suivre un préchauffage dans ces conditions est très bénéfique pour atténuer la fissuration entre autres en utilisant le bon fil d’apport.

Température entre les passes :

Habituellement, la température entre les passes est maintenue au-dessus de la température minimale de préchauffage.

Dépannage en soudage aluminium

Adoucissement de la ZAT et diminution de la résistance à la traction du soudage

La ZAT de l’aluminium est sujette au ramollissement de la zone affectée par la chaleur à moins qu’elle ne soit recuite. La figure 1 montre comment le ramollissement de la ZAT se produit dans les alliages d’aluminium non traités thermiquement tels que le type 3003 soudé avec du fil d’apport ER1100.

À la chaleur, l’alliage traitable, par exemple 6061-T4, qualité d’aluminium couramment utilisée, présente une diminution de la dureté HAZ entraînant un ramollissement HAZ.

En raison de ces problèmes de ramollissement, le joint de soudure TS tombe pour l’aluminium et ses alliages à l’état brut de soudage. Les nuances Al-Zn-Mg gagnent en résistance avec le temps en raison des caractéristiques naturelles de durcissement par vieillissement.

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Fissuration à chaud

La fissuration à chaud est rencontrée lors des soudures d’aluminium à une température proche de la température de solidus du métal de base et du métal d’apport lorsque la soudure refroidit. La fissuration à chaud est principalement due à la ségrégation des éléments d’alliage ainsi qu’aux phases de fusion faible aux joints de grains.

Comment éviter la porosité dans le soudage de l’aluminium

L’aluminium et ses alliages sont très sensibles à la porosité du métal de soudure (bulles d’hydrogène) en raison de la grande solubilité de l’hydrogène qu’il contient. Des gaz de protection ayant un point de rosée minimum de -60°C doivent être utilisés. Pour éviter les problèmes de porosité, en particulier lors de l’utilisation du MIG, les éléments suivants doivent être pris en compte :

  1. Les gaz de protection doivent être exempts de contamination. Les raccords de gaz, les tuyaux et les connexions doivent être exempts de poussière, d’humidité, d’huile, etc. Utilisez des tuyaux en plastique (comme le téflon) au lieu de tuyaux en caoutchouc et en chlorure de vinyle, qui peuvent absorber l’humidité. Laissez le gaz de protection (un débit jusqu’à 5 LPM) s’écouler pendant 10 à 15 minutes avant de souder à travers le pistolet de soudage.
  2. Le métal de base, le fil d’apport doit être exempt de toute humidité.
  3. L’humidité doit être contrôlée car l’humidité atmosphérique peut atteindre le bain de fusion et entraîner une porosité.
  4. Il est recommandé d’utiliser des techniques de soudage à main levée qui offrent une bonne action de nettoyage de l’oxyde.
  5. Une protection contre les gaz inadéquate/insuffisante/contaminée peut provoquer des dépôts (oxydes d’aluminium et de magnésium), visibles sous forme de couleur noire, comme le montre la figure ci-dessous. Il peut être évité en utilisant du fil à souder de la série 4000 qui ne contient pas de mg. tandis que la série 5000 contient une teneur élevée en Mg.