Les alliages d’aluminium sont soudés à l’arc, sous atmosphère inerte (argon, hélium ou un mélange des deux) et il existe deux techniques :
1. SOUDAGE À L’ARC SOUS ATMOSPHÈRE INERTE AVEC ÉLECTRODE RÉFRACTAIRE OU PROCÉDÉ TIG (Tungténe Inert Gas). | Dans ce procédé, un arc électrique est déclenché entre une électrode réfractaire en tungstène et la pièce à souder, tandis qu’un jet de gaz inerte, généralement de l’argon, entourant l’électrode, protège le bain de fusion contre l’oxydation. Une tige de remplissage manuelle alimente le bain de fusion. Ce procédé utilise une source alimentée en courant alternatif stabilisée HF spécialement conçue pour le soudage des alliages d’aluminium. Il est utilisé dans des épaisseurs comprises entre 1 et 6 mm et peut être robotisé.
2. SOUDAGE À L’ARC SOUS ATMOSPHÈRE INERTE AVEC ÉLECTRODE CONSOMMABLE OU PROCÉDÉ MIG (Metal Inert Gas). | Dans ce procédé de soudage, l’aluminium ou l’alliage d’aluminium sert à la fois d’électrode et de métal d’apport. Il est fourni en fil préalablement enroulé sur une bobine, qui est automatiquement déroulée à l’outil de soudage, pistolet, au fur et à mesure de sa consommation. L’énergie pour le soudage est fournie par une source de courant continu. La connexion est faite avec une polarité inversée (-) sur la pièce pour assurer à la fois le décapage et la fusion du fil d’électrode. Ce procédé, qui peut être utilisé pour des produits d’une épaisseur supérieure à 2,5 mm, est également automatisable. La version manuelle du MIG est communément appelée soudage semi-automatique. Depuis quelques années, les fabricants de matériaux de soudure proposent des sources de courant pulsé. Cet équipement vous permet de souder très facilement des épaisseurs fines de 1,5 à 4 mm. Pour les épaisseurs moyennes et épaisses, son avantage par rapport aux sources classiques n’est pas prouvé.
Le soudage MIG utilise toujours des matériaux d’apport, tandis que le soudage TIG peut être utilisé ou non. Les meilleures propriétés du joint soudé en termes de résistance, de corrosion et d’absence de fissures sont obtenues lorsque des matériaux d’apport sont utilisés conformément au tableau ci-dessous.
Il n’y a pas de règle générale pour le choix des matériaux de remplissage en raison du type d’utilisation et du paramètre le plus pertinent dans chaque cas.
L’AlMg5 à haute teneur en magnésium (EN AW 5356-5556) donne une plus grande résistance, tandis que l’AlSi5 (EN AW 4043) est plus résistant à la fissuration et offre une meilleure fluidité du métal pendant le processus de fusion des alliages durcis.
Ce type d’alliages (AlCu – AlMgSi – AlZn) ne doit pas être soudé avec un matériau d’apport du même groupe d’alliage par le processus de fissuration. Dans le cas où le matériau doit être anodisé après le soudage, le matériau d’apport AlSi5 est à éviter car il prendra une couleur très foncée dans la zone de soudage. Afin de réduire le risque de corrosion sous contrainte et d’augmenter la résistance, du Cu a été ajouté aux alliages AlZnMg. Cela détériore également la soudabilité. Les recherches suggèrent qu’un maximum de 0,2 % de Cu peut être ajouté avant que le risque de fissuration à chaud n’augmente considérablement. Dans ce cas, c’est l’AlSi5 (EN AW 4043) qui est choisi.
Le nettoyage avant le soudage est essentiel pour obtenir de bons résultats. La saleté, les huiles, les résidus de graisse, l’humidité et les oxydes doivent être éliminés au préalable, soit par des moyens mécaniques, soit par des moyens chimiques. Pour les travaux normaux en atelier, la procédure suivante peut être choisie :
_1º Désalissage et dégraissage à froid avec de l’alcool ou de l’acétone.
_2º Laver à l’eau et sécher immédiatement pour éviter tout risque d’oxydation.
_troisième Enlèvement mécanique par :
– Brossé avec une brosse rotative en acier inoxydable.
– Grattage avec du papier de verre abrasif ou une lime.
– Par sablage.
Lorsqu’il y a des exigences plus élevées en matière de préparation, le nettoyage chimique peut être effectué selon le schéma suivant :
_1º Élimination de la saleté.
_2º Dégraissé au perchloréthylène à 121°C.
_troisième Laver à l’eau et sécher immédiatement.
_4º Élimination de l’oxyde d’aluminium comme suit :
– Nettoyage alcalin avec, par exemple, du NaOH.
– Nettoyage à l’acide avec, par exemple, HNO3 + HCl + HF.
– Lavez à l’eau et séchez immédiatement.
– Neutralisation par le HNO3 (après traitement NaOH).
– Bain dans de l’eau déminéralisée.
– Séchage immédiat à l’air chaud. Les méthodes chimiques nécessitent un équipement coûteux pour le traitement de surface et ne peuvent pas toujours être utilisées pour cette raison. Cependant, il ne faut jamais se passer de l’élimination de la rouille ou du dégraissage dans la zone de soudure.
Comme gaz de protection pour le soudage MIG et TIG, les gaz inertes Argon et Helium sont toujours utilisés. Pendant le soudage, le gaz inerte refroidit la buse de soudage et protège en même temps l’électrode et le bassin de fusion. Le gaz est également impliqué dans le processus électrique de l’arc. Les gaz commerciaux généralement utilisés sont les suivants :
_Argon, pureté 99,95 %.
_Argon + Hélium (30/70, 50/50) pour le soudage MIG, donne un bain de fusion plus large et plus chaud.
_Hélium pour le courant continu. Dans le soudage TIG, il fournit une masse fondue plus chaude et une vitesse de soudage plus élevée, mais il est plus cher et nécessite une consommation plus élevée.
L’argon pur est le gaz le plus fréquemment utilisé et doit être utilisé dans le soudage normal en atelier, car il est beaucoup plus économique et nécessite moins de débit de gaz. L’hélium n’est utilisé que lorsqu’une pénétration plus élevée est requise, par exemple pour le soudage d’angle ou lors du soudage d’un matériau très épais.
Lorsque l’aluminium est soudé, différents types de fumées et de gaz sont produits ; Comme dans le cas du soudage de l’acier, afin d’éviter la propagation de cette contamination, il est conseillé d’installer des extracteurs de fumées et de gaz. L’intensité de l’arc est beaucoup plus élevée que dans le soudage de l’acier et vous ne devez en aucun cas regarder l’arc sans un masque de protection approprié. Les rayons ultraviolets (UV) intenses peuvent endommager les yeux et la peau, c’est pourquoi le soudeur d’aluminium doit porter des vêtements de protection qui couvrent tout le corps. La quantité de gaz dépend de la méthode de soudage, du matériau d’apport et du type d’alliage. Le soudage TIG produit une quantité de fumée nettement inférieure à celle du soudage MIG, en raison de la faible teneur en énergie de l’arc. Dans le soudage MIG, les plus grandes quantités de fumées sont produites en soudant des alliages AlZnMg avec AlMg5 (EN AW 5356-5556) comme matériau d’apport. Pour cette raison, une bonne ventilation générale est nécessaire en combinaison avec des mesures individuelles telles que des masques à air frais ou des dispositifs locaux (sur place) de désenfumage.
Le processus électrique dans l’arc est d’une grande importance pour comprendre ce qui se passe dans le soudage de l’aluminium. En principe, il peut être soudé en courant continu (DC) ou en courant alternatif (AC). Si nous regardons d’abord le CC, nous pouvons choisir entre deux cas différents de polarités, la polarité négative et la polarité positive.
La polarité négative cède la majeure partie de son énergie à la pièce, 70 %, de sorte que nous obtenons un bain de fusion profond, avec une bonne pénétration. La charge sur l’électrode est réduite, ce qui est un avantage dans le soudage TIG. Un inconvénient majeur de l’utilisation de cette polarité est que l’arc brise le film d’oxyde, de sorte qu’un prétraitement du matériau est nécessaire, comme une préparation minutieuse des bords, un nettoyage très minutieux et des bords biseautés.
En combinaison avec l’arc pulsé, des tôles minces peuvent être soudées à partir de 0,06 mm. Le soudage en courant continu et à polarité positive (polarité inversée) est utilisé pour le soudage MIG. Il est typique que dans la distribution de la chaleur, 70 % correspondent à l’électrode. Le bassin de fusion est relativement large et peu profond, ce qui entraîne une mauvaise pénétration.
L’avantage décisif pour l’utilisation de la polarité positive est l’effet de rupture du film d’oxyde d’arc avec une efficacité telle que le film n’est plus un obstacle à l’obtention d’une bonne qualité de soudure. Le mécanisme de cet effet de rupture du film d’oxyde n’est pas entièrement compris, mais l’une des explications est qu’il est dû au bombardement en surface d’ions métalliques positifs analogue au dynamitage en surface.
Bien que l’arc ait cette propriété, l’élimination de la rouille ne doit pas être supprimée avant de commencer le soudage. L’arc n’est pas capable de briser les films d’oxyde épais formés lors du laminage à chaud des tôles, mais seulement les couches minces qui se forment après le nettoyage. Le soudage à courant alternatif (AC) implique que la polarité est modifiée environ 100 fois par seconde, et donc les propriétés du soudage AC peuvent être considérées comme la moyenne entre les deux cas dans le soudage en courant continu. La répartition de la chaleur est presque la même entre l’électrode et la pièce ; La pénétration et la largeur du bain de fusion se situent entre les valeurs qui s’appliquent aux deux cas précédents. L’arc a toujours un effet révolutionnaire du film de rouille. Le courant alternatif est utilisé dans le soudage TIG normal avec de l’argon comme gaz de protection. Le courant absorbé par l’équipement est altéré en raison de l’action de meulage de l’arc ; pour cette raison, une machine à souder TIG a été conçue pour compenser cet effet.
Le même équipement peut être utilisé pour le soudage MIG de l’aluminium que pour le soudage des aciers auCO2. La capacité de la source d’alimentation est choisie en fonction de la production prévue. Pour des épaisseurs de soudage allant jusqu’à 10 mm, il est généralement de 250-300 A. Le système d’alimentation doit de préférence être de type push-pull, c’est-à-dire une combinaison d’effet push-pull, mais les types push-only peuvent également être utilisés pour des guide-fils courts et un diamètre de fil de 1,6 mm. En raison de sa résistance plus faible, l’aluminium permet une poussée sur de courtes longueurs. Cependant, les alliages tels que ceux du groupe AlMg5 (EN AW 5356-5556) sont beaucoup plus durs que ceux du groupe AlSi5 (EN AW 4043) et l’aluminium pur Al 99.5 (EN AW 1050) permet une poussée sur des longueurs plus longues. Dans tous les cas, la longueur du conduit fileté doit toujours être aussi courte que possible, et le long de son parcours, les rayons de courbure doivent être larges, en évitant les boucles et les contours prononcés.
L’état des buses et des conduits doit être surveillé périodiquement en les nettoyant des copeaux et des restes de matériaux qui y sont déposés.
Le soudage MIG est toujours effectué en courant continu (DC), avec de l’argon pur comme gaz de protection et convient à tous les postes de soudage, même au plafond. Le soudage en position verticale se fait toujours vers le haut. La qualité de la soudure est généralement élevée mais le risque de porosité est toujours plus élevé qu’en soudage TIG, car l’arc est autorégulé, il peut devenir temporairement instable, ce qui peut provoquer des interférences dans l’entrée de matière. Cette méthode convient très bien au soudage manuel et mécanisé, dans des épaisseurs de 3 mm ou plus. Les soudeurs qualifiés peuvent souder des matériaux encore plus fins. Dans le cas où les exigences de qualité de soudure sont faibles, des matériaux encore plus minces peuvent être soudés, mais dans ce cas, l’arc ne fonctionne pas dans la zone de « pulvérisation » pure, en raison de la basse tension, qui induit une tendance à l’arc court. La vitesse de soudage est pour le soudage manuel de 0,3 à 0,75 mts./min. et pour le soudage robotisé de 2 à 3 mts./min. Cette vitesse relativement élevée rend la méthode plus productive que le TIG et, en combinaison avec la densité d’énergie élevée dans l’arc, une zone affectée par la chaleur (HAZ) plus étroite est obtenue que dans le TIG. Il s’agit d’un facteur favorable puisque la déformation due au soudage diminue lorsque l’apport d’énergie thermique diminue. Les domaines d’application de la méthode MIG sont nombreux, ce qui a conduit au développement et au perfectionnement de la technologie de soudage.
La façon habituelle d’assembler deux plaques dans un joint qui se chevauche est le soudage par points par résistance. Cette méthode nécessite toutefois un investissement élevé en machines et est limitée à des épaisseurs allant jusqu’à 4 mm. Comme méthode alternative, la méthode MIG peut être utilisée pour le soudage par points qui peut être effectué avec certains des équipements MIG standard, avec un relais temporisé et une buse à gaz. La soudure est vérifiée en appuyant le pistolet contre la feuille supérieure. Le temps de soudage est réglé au moyen d’un relais temporisé, ce qui assure une bonne reproductibilité. La pénétration peut être contrôlée pour s’assurer que la pièce moulée pénètre entre les deux feuilles. La méthode préférée dépend de l’épaisseur de la feuille inférieure. Les avantages du point de vue de la construction reposent sur le fait que de grandes différences d’épaisseur entre la tôle supérieure et inférieure peuvent être acceptées. Lorsqu’il s’agit de grandes épaisseurs, le soudage de la feuille supérieure peut être facilité en perçant une perceuse.
En superposant un courant d’une fréquence de 16 à 100 Hz sur le courant normal, il est possible d’obtenir une pulsation courte, avec des propriétés telles que des matériaux d’une épaisseur inférieure à 3 mm peuvent être soudés. À chaque impulsion maximale, une goutte de matériau d’apport est libérée. Les avantages de cette méthode sont les suivants :
L’utilisation récente de l’aluminium épais, en particulier de l’alliage AlMg4.5Mn (EN AW 5083), a conduit au développement d’une technique, spécialement adaptée à ces usages, basée sur la méthode MIG. En ce sens, nous pouvons mentionner la méthode NARROW GAP de Sciaky, qui avec des supports placés obliquement les uns derrière les autres, permet le soudage bout à bout sans préparation des bords et avec une ouverture de 6-9 mm. pour les matériaux épais. Au Japon, la méthode NHA (NARROW GAP HORIZONTAL welding process for aluminium) pour les ouvertures horizontales a été développée. Une torche à double enroulement avec mouvement oscillant est automatiquement guidée le long de l’articulation. Les avantages de ces deux variantes de la méthode MIG sont la meilleure utilisation de la chaleur et le plus petit volume du joint, ce qui entraîne une augmentation de la productivité.
Table d’ampérage recommandée pour le soudage MIG
| Diamètre du | fil Courant (A) |
|---|---|
| 0,8 mm | 80 ÷ 140 |
| 1,2 mm | 120 ÷ 210 |
| 1,6 mm | 160 ÷ 300 |
| 2,4 mm | 240 ÷ 450 |
Le soudage à l’arc de tungstène et au gaz de protection inerte (TIG) de l’aluminium utilise une source de courant alternatif de 50 Hz, un courant haute fréquence (CA) superposé. L’électrode est infusible, fabriquée en tungstène pur ou en tungstène allié au zirconium. Cette méthode de soudage peut être utilisée dans toutes les positions et utilisée correctement permet une soudure de haute qualité. Le risque de porosité est plus faible que dans le soudage MIG. L’arc brise le film d’oxyde et est donc utilisé pour le fil automatique dans les bobines. En règle générale, le soudage TIG est utilisé pour des épaisseurs de 0,7 à 10 mm, mais il n’y a vraiment pas de limite supérieure. La vitesse de soudage est inférieure à celle du SOLIM.
Les bords doivent être soigneusement préparés de manière à ce qu’il n’y ait pas d’ouvertures entre les plaques, car il est beaucoup plus facile de contrôler le bain de fusion si la séparation est minimale. Dans les épaisseurs supérieures à 5 mm, les bords des joints à souder doivent être biseautés. Lorsqu’il s’agit de souder des tôles minces, il est plus avantageux d’utiliser un gabarit pour éviter les distorsions dues à la chaleur de la soudure et les séparations entre les bords qui en découlent.
De nombreuses sources d’alimentation TIG sont capables de soudage par impulsions. Pour d’autres, une unité supplémentaire peut facilement être connectée. Le principe est similaire à celui décrit dans le MIG – soudage par impulsions, à la seule différence que le soudage TIG est effectué à une fréquence beaucoup plus basse, environ 10 Hz. Cela implique que les impulsions sont bien visibles ce qui, à la longue, peut être une source d’imitation pour le soudeur. La technique peut être appliquée à la fois au soudage AC et DC. Il fonctionne avec deux niveaux de courant. Le plus bas est choisi pour que l’arc ne s’éteigne pas. Le niveau le plus élevé est généralement plus élevé que dans le soudage TIG normal. Les périodes des différents niveaux peuvent varier. L’avantage est qu’une soudure parfaite peut être obtenue avec une intensité de courant moyenne inférieure à celle d’un soudage normal. L’apport de chaleur est plus faible et un matériau plus fin peut être soudé : 0,3 à 0,4 mm. Avec les combinaisons de DC et d’impulsion, des épaisseurs de l’ordre de 0,05 mm peuvent être soudées.
