Comment souder Nickel Aluminium Bronze Ni-Al Bronze ?

Qu’est-ce que le bronze Ni-Al ?

Le bronze Ni-Al est un alliage de cuivre biphasé, normalement utilisé pour le pétrole, le gaz et le service maritime où les pièces sont soumises à des contraintes élevées et à des conditions de corrosion. Le bronze Ni-Al est composé de 5 % en poids à 11 % en poids d’Al avec des ajouts de Ni et de Fe. Par exemple, une gamme générale de composition d’alliage est de 8 à 13 % d’aluminium, de 3 à 5 % de nickel, de 3 à 5 % de fer et de 0 à 3 % de manganèse. Cet alliage offre une résistance équivalente à l’acier à teneur moyenne en carbone ainsi qu’une résistance élevée à la corrosion par rapport à l’acier inoxydable utilisé dans l’eau de mer. Cette haute résistance à la corrosion est due à la formation d’une forte couche adhérente d’oxyde d’aluminium (Al203).

Malgré les qualités exceptionnelles de ce matériau, il peut encore échouer en service en raison de mécanismes d’usure et/ou de corrosion tels que la fatigue par corrosion sélective, l’érosion par cavitation, l’érosion-corrosion et la corrosion de phase. Parce qu’il s’agit d’un matériau coûteux à changer, diverses approches ont été acceptées pour assurer l’augmentation de la durée de vie des pièces en bronze Ni-Al. Ces techniques consistent en la réparation par soudage, la finition de surface au laser et le revêtement métallique. 

Propriétés chimiques du bronze Ni-Al

Cuivre restant, aluminium 8,5-11%, nickel 4,0-6,0%, fer (Fe) 2,0-5,0%, Mn 1,5% maximum

Spécification matérielle de Ni-Al Bronze

Problèmes de soudage pour le bronze Ni-Al

Cette haute résistance à la corrosion du bronze Ni-Al est due à la formation d’une couche adhérente forte d’oxyde d’alumine (Al203). Cependant, ce film d’oxyde peut produire des inclusions et d’autres défauts pendant le soudage s’il est piégé dans le bain de fusion. Le contrôle de la température entre les passes et le nettoyage avant soudage doivent être assurés pour éviter ce problème. Maintenir de bonnes pratiques de nettoyage pendant le soudage.

Tous les bronzes en aluminium et Ni-Al subissent des changements métallurgiques dans la zone affectée thermiquement et les zones de soudage après le soudage, ce qui peut avoir des effets néfastes sur les propriétés de résistance à la corrosion de la pièce soudée. Selon la sévérité des conditions de service des composants, un traitement thermique post-soudage peut être recommandé.

Électrode de soudage/ fil d’apport pour Ni-Al Bronze

L’électrode de soudage adaptée pour SMAW pour le soudage Ni-Al Bronze est ECuNiAl (AWS A5.6/A5.6M). De même, pour le soudage TIG et MIG du bronze Ni-Al, le fil d’apport correspondant est ERCuNiAl (AWS A5.7/A5.7M).

Le fil d’apport ERCuNiAl TIG/MIG est utilisé pour les alliages Cu-Al avec addition de nickel et de fer. Il est également utilisé pour les applications de revêtement de soudure sur la fonte et l’acier au carbone ainsi que pour les joints de soudure dissemblables de l’acier Al-bronze. Le fil de soudage en bronze ERCuNiAl Ni-Al est également utilisé pour les applications de soudage et de placage d’alliage Cu-Al, d’acier revêtu d’aluminium dans l’équipement et le secteur chimique ainsi que pour le soudage d’acier au carbone. Il convient également bien au soudage de tubes en laiton et de matériaux en cuivre et aluminium qui nécessitaient une résistance à l’érosion.

Les tableaux ci-dessous résument les exigences chimiques pour les fils d’apport ERCuNiAl et leurs matériaux équivalents selon diverses spécifications.

spécificationISO-24373GB/T9460BS-14640AWS SFA A5.7DIN-1733
ClassificationCu6328SCu6328Cu6328C632802.0923
AlliageCuAl9Ni5Fe3Mn2CuAl9Ni5Fe3Mn2CuAl9Ni5ERCuNialSG-CuAl8Ni6
Le cuivreéquilibreéquilibreéquilibreéquilibreéquilibre
Aluminium8,5- 9,58,5-9,58,5-9,58,50-9,508,5-9,5
Le fer3,0-5,03,0-53,0-53,0-53,0-4
Manganèse0,6-3,50,6-3,50,6-3,50,60-3,501,0-2,0
Nickel4-5,54,0-5,54,0-64.0-5.54.0-6
Phosphore
Pb (Plomb)0,020,02 maximum0,020,02au maximum 0,02
Silicium0,1au maximum 0,10,20,1au maximum 0,2
Sn
Zinc0,10,10 maximum0,100,10au maximum 0,1
Restant0,50,50 maximum0,400,500,4 maximum

Traitement thermique du bronze Ni-Al

Les microstructures des groupes d’alliages CuAlNiFe et CuMnAlFeNi sont très complexes en raison de la gamme de phases qui existent dans le système. Le bronze Ni-Al peut être exposé à différents types de traitements thermiques :
• Détensionnement
• Recuit
• Trempe
• Revenu ou vieillissement.


Les raisons du traitement thermique sont :
• Pour soulager les contraintes internes
• Pour augmenter la ductilité
• Pour ajuster les propriétés de traction et de dureté
• Pour améliorer la résistance à la corrosion • Pour améliorer la résistance
à l’usure
• Pour réduire la perméabilité magnétique

Les tableaux ci-dessous donnent les détails du traitement thermique pour les matériaux Ni-Al Bronze.