L'aluminium et ses alliages sont largement utilisés dans diverses industries en raison de leur légèreté, de leur résistance à la corrosion et de leur bonne conductivité thermique et électrique. Cependant, le soudage de l'aluminium présente des défis spécifiques liés à ses propriétés physiques, notamment sa forte conductivité thermique, son bas point de fusion et sa contraction volumique importante lors de la solidification. Cet article explore les données techniques relatives à la contraction volumique de l'aluminium, les difficultés de soudage qui en découlent, et les meilleures pratiques pour obtenir des soudures de qualité.
Comprendre la Contraction Volumique de l'Aluminium
La contraction volumique est la diminution du volume d'un matériau lorsqu'il passe de l'état liquide à l'état solide. L'aluminium présente une contraction volumique relativement élevée par rapport à d'autres métaux, ce qui signifie qu'il se rétrécit considérablement lors du refroidissement et de la solidification après le soudage. Cette contraction peut induire des contraintes importantes dans la soudure et le métal environnant, conduisant potentiellement à des fissures et à une déformation de la pièce.
La fissuration des soudures d'aluminium, en particulier les fissures en étoile dans le cratère de terminaison, est une conséquence directe de cette contraction volumique importante. Le taux élevé de dilatation thermique de l'aluminium exacerbe ce problème, car les variations de température importantes pendant le cycle de soudage amplifient les contraintes.
Défis de Soudage Liés à la Contraction Volumique
Plusieurs défis de soudage sont directement liés à la contraction volumique de l'aluminium :
- Fissuration à chaud : La contraction volumique crée des contraintes de traction dans la zone de solidification, ce qui peut provoquer des fissures à chaud, particulièrement dans le cratère de terminaison de la soudure.
- Distorsion : La contraction non uniforme de la soudure peut entraîner une distorsion de la pièce, rendant difficile le maintien des tolérances dimensionnelles.
- Porosités : La contraction peut favoriser la formation de porosités dans la soudure, réduisant sa résistance et sa ductilité.
- Concentration des contraintes : Les zones de contraction importante peuvent devenir des points de concentration des contraintes, augmentant le risque de rupture en service.
Techniques d'Atténuation de la Contraction Volumique
Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour atténuer les effets néfastes de la contraction volumique lors du soudage de l'aluminium :
Lire aussi: Gérer les contractions en fin de grossesse
1. Préparation Méticuleuse des Pièces
Une préparation adéquate de la surface est essentielle pour un soudage réussi de l'aluminium. L'aluminium forme une couche d'oxyde d'aluminium (Al2O3) à sa surface, qui a un point de fusion beaucoup plus élevé (2038°C) que l'aluminium lui-même (649°C). Cette couche d'oxyde doit être éliminée avant le soudage pour assurer une bonne fusion et une pénétration adéquate.
Les étapes de préparation comprennent :
- Nettoyage mécanique : Utiliser une brosse en acier inoxydable dédiée à l'aluminium pour éliminer la couche d'oxyde. Il est crucial de ne pas brosser trop rudement pour éviter d'incruster les oxydes dans la pièce.
- Dégraissage : Éliminer tout hydrocarbure, huile ou solvant de la surface avec un produit dégraissant approprié pour minimiser le risque de contamination.
- Décapage chimique : Utiliser des solutions d'attaque chimique pour éliminer les oxydes, en veillant à les éliminer correctement de la surface avant le soudage.
- Manipulation : Éviter de toucher les surfaces nettoyées avec les doigts. Utiliser des gants en coton blanc propre pour manipuler les pièces.
2. Préchauffage Contrôlé
Le préchauffage de la pièce d'aluminium peut aider à réduire les gradients thermiques et à minimiser les contraintes de contraction. Cependant, il est crucial de contrôler la température de préchauffage pour éviter la surchauffe et la déformation de la pièce. L'utilisation d'un indicateur de température (thermomètre) est obligatoire.
Le préchauffage est particulièrement important lors du soudage de pièces d'aluminium de différentes épaisseurs. Dans ce cas, le morceau le plus épais doit être préchauffé davantage pour limiter les gradients thermiques.
3. Paramètres de Soudage Appropriés
L'utilisation de paramètres de soudage appropriés est essentielle pour minimiser la contraction volumique et obtenir des soudures de qualité.
Lire aussi: Tout savoir sur le hoquet
- Soudage rapide et chaud : Le soudage de l'aluminium doit être effectué rapidement avec des paramètres de soudage dits "chauds" pour minimiser le temps pendant lequel le métal est à haute température et donc la contraction.
- Tension de soudage minimale : La tension de soudage doit être la plus faible possible en rapport avec les paramètres électriques pour réduire l'apport de chaleur.
- Gaz de protection : L'argon 100% est privilégié en raison de sa bonne action de nettoyage et de son profil de pénétration du bain de fusion. L'argon est le gaz de protection le plus couramment utilisé pour le soudage de l'aluminium.
- Fil d'apport : Sélectionner un fil d'apport d'aluminium qui a une température de fusion similaire au matériau de base. Plus l'opérateur peut réduire la plage basse de fusion du métal, plus il sera facile de souder l'alliage d'aluminium. Un diamètre de fil d'apport compris entre 1,2 mm et 1,6 mm est généralement recommandé pour le soudage MIG. Pour souder des épaisseurs fines, un fil de diamètre 1,0 mm combiné à une procédure de soudage en courant pulsé avec une vitesse de dévidage de fil de 2,5 à 7 mètres / minute fonctionne bien si la longueur du faisceau de la torche est inférieure à 3 mètres.
4. Techniques de Soudage Spécifiques
- Remplissage des cratères : Les soudeurs doivent remplir les cratères de terminaison pour former un arrêt avec une forme convexe et un léger monticule de soudure (qui sera fraisé en finalité). Cela permet de réduire les contraintes et le risque de fissuration.
- Transfert de métal : Le transfert par pulvérisation (spray-arc) utilise de très petites boules de métal fondu qu'il vaporise à travers l'arc sur le matériau de base. Le transfert par impulsion (pulsé) est habituellement réalisée avec une source d'alimentation de type onduleur. Les sources d'alimentation les plus récentes contiennent des procédures synergiques d'impulsion intégrées basées sur le type de fil d'apport et le diamètre du fil. Pendant le soudage MIG à courant pulsé, une gouttelette fondue de métal d'apport est transférée à la pièce au cours de chaque impulsion de courant de soudage. Ce processus produit un transfert de gouttelettes et des résultats positifs avec moins de projections et des vitesses de soudage plus rapides que le soudage par transfert par pulvérisation.
- Alimentation du fil : La méthode privilégiée pour l'alimentation du fil en alliage d'aluminium sur de longues distances (supérieures à 5 mètres) est la méthode du push-pull. Un moteur à vitesse variable à couple constant dans le dévidoir permet de pousser et de guider le fil à travers la gaine guide-fil dans la torche de soudage à une vitesse et une force constante. Un moteur à couple élevé dans le pistolet ou la torche de soudage tire le fil et maintient la vitesse de dévidage et de la longueur de l'arc. Dans ce cas, l'utilisation de gaine guide fil en plastique ou en Téflon aidera à assurer en douceur l'alimentation continue du fil d'aluminium sans pompage. Il est recommandé de biseauter l'extrémité de la gaine guide fil et de la placer le plus près possible de la sortie des galets d'entraînement pour empêcher le fil d'apport de s'emmêler. Vérifier le bon alignement entre les rouleaux d'entraînement et les tubes de guidage pour empêcher le fil de frotter et la formation de copeaux du fil d'aluminium qui s'agglutinent dans la gaine et freinent le dévidage. Utiliser des galets d'entraînement avec des gorges conçues pour l'aluminium. Réglez justement la tension d'appui des galets d'entraînement sur le fil d'apport en aluminium. Le fil doit légèrement patiner au niveau des galets du dévidoir si vous retenez fermement le fil en sortie de buse de soudage. Dans le cas contraire vous aurez un bourrage (nid d'oiseau) entre la sortie des galets et l'entrée de la gaine de la torche. Utilisez de préférence un pistolet ou une torche de soudage équipés avec une gaine guide fil spéciale aluminium en plastique ou téflon ou téflon carbone réservés uniquement pour le soudage des alliages d'aluminium. Pour éviter les frottements du fil, essayez de limiter les écarts entre la gaine et les galets et de maintenir les deux extrémités de la gaine guide fil entre le dévidoir et le diffuseur de gaz dans la torche de soudage ou le pistolet. Soufflez et changer régulièrement la gaine guide fil en plastique ou en carbone Téflon pour minimiser le potentiel abrasif de l'oxyde d'aluminium qui provoque des problèmes d'alimentation du fil électrode.
Lire aussi: Solutions pour les contractions musculaires
tags: #contraction #volumique #aluminium #données #techniques