Le soudage des alliages d'aluminium présente des défis uniques en raison de leur point de fusion bas et de leur conductivité thermique élevée. Cet article examine les différentes méthodes de soudage, telles que le TIG, le MIG et le soudage à l'arc plasma, en mettant en évidence leurs applications, leurs avantages et leurs inconvénients. Vous découvrirez les facteurs essentiels dans la sélection des matériaux et les techniques permettant d'obtenir des soudures solides et fiables, garantissant des résultats de haute qualité dans diverses applications industrielles. Découvrez comment choisir la bonne méthode et les bons matériaux pour vos besoins spécifiques, afin d'améliorer vos projets de soudage avec des alliages d'aluminium.
Il existe plusieurs techniques de soudage pour les alliages d'aluminium, chacune ayant ses propres utilisations. Outre les méthodes conventionnelles de soudage par fusion, par résistance et au gaz, d'autres techniques avancées telles que le soudage à l'arc plasma, le soudage par faisceau d'électrons et le soudage par diffusion sous vide permettent également de souder efficacement les alliages d'aluminium.
Les méthodes de soudage courantes pour les alliages d'aluminium, leurs caractéristiques respectives et leur champ d'application sont présentés dans le tableau 1.
Tableau 1 Caractéristiques et champ d'application des produits communs méthodes de soudage pour l'alliage d'aluminium
| Méthode de soudage | Caractéristique | Champ d'application |
|---|---|---|
| Soudage au gaz | Faible puissance thermique, déformation importante des pièces soudées, faible productivité, production facile de scories, de fissures et d'autres défauts. | Il est utilisé pour soudage bout à bout et le soudage de réparation de tôles minces dans des occasions peu importantes |
| Soudage manuel à l'arc | Mauvaise qualité de l'articulation | Utilisé pour le soudage de réparation et la réparation générale des aluminium moulé pièces |
| Soudage TIG | Le métal soudé est compact, le joint présente une résistance élevée et une bonne plasticité, et il est possible d'obtenir un joint de haute qualité. | Il est largement utilisé et peut être soudé avec des plaques d'une épaisseur de 1 à 20 mm. |
| Impulsion Soudage TIG | Les processus de soudage est stable, l'apport de chaleur est précis et réglable, la déformation de l'élément soudé est faible et la qualité du joint est élevée. | Utilisé pour le soudage de feuilles, de toutes les positions, d'assemblages et d'alliages d'aluminium à haute résistance tels que l'aluminium forgé et le duralumin avec une forte sensibilité à la chaleur. |
| Soudage MIG | Puissance d'arc élevée et rapidité vitesse de soudage | Il peut être utilisé pour le soudage de pièces épaisses d'une épaisseur inférieure à 50 mm. |
| Soudage à l'arc sous argon pulsé (MIG) | La déformation lors du soudage est faible, la résistance à la porosité et aux fissures est bonne, les paramètres du processus sont largement ajustés. | Il est utilisé pour le soudage de feuilles ou de toutes les positions, et est généralement utilisé pour les pièces d'une épaisseur de 2 à 12 mm. |
| Arc plasma soudage | La concentration de chaleur, la vitesse de soudage, la déformation et la contrainte de soudage sont faibles, le processus est plus complexe. | Il est utilisé pour le soudage bout à bout lorsque les exigences sont plus élevées que celles du soudage à l'arc sous argon. |
| Soudage par faisceau d'électrons sous vide | Les résultats montrent que la pénétration est importante, la zone affectée thermiquement est faible, la déformation de la soudure est faible et les propriétés mécaniques de l'assemblage sont bonnes. | Utilisé pour le soudage de pièces de petite taille |
| Soudage au laser | Faible déformation de la soudure et haute productivité | Il est utilisé pour le soudage de précision des pièces |
Le choix d'une méthode de soudage pour l'aluminium et les alliages d'aluminium doit être basé sur la qualité du matériau, l'épaisseur de la pièce à souder, la structure du produit et le niveau de résistance souhaité. soudabilité.
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La puissance thermique d'une flamme de soudage oxygène-acétylène est faible, ce qui entraîne une dispersion de la chaleur, une déformation importante de la pièce soudée et une faible productivité.
Lors du soudage de pièces épaisses en aluminium, un préchauffage est nécessaire.
Le métal soudé produit par cette méthode a un grain grossier et une structure lâche, ce qui le rend sujet à des défauts tels que l'inclusion d'alumine, la porosité et la fissuration.
Cette méthode de soudage ne doit être utilisée que pour réparer des pièces structurelles et des pièces moulées en aluminium sans importance, d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 mm.
Cette méthode, connue sous le nom de soudage TIG, est réalisée sous la protection de l'argon, ce qui permet d'obtenir une source de chaleur plus concentrée et une combustion stable de l'arc. Il en résulte un métal de soudure plus dense, doté d'une résistance et d'une plasticité élevées, ce qui en fait une méthode largement utilisée dans l'industrie.
Si le soudage TIG est une méthode idéale pour souder les alliages d'aluminium, son équipement est complexe, ce qui le rend moins adapté aux opérations en extérieur.
Le gaz automatique et semi-automatique Arc métallique Le procédé de soudage GMAW présente plusieurs avantages, notamment une puissance d'arc élevée, une chaleur concentrée et une petite zone affectée par la chaleur. Son efficacité de production est 2 à 3 fois supérieure à celle du GMAW manuel.
Le procédé GMAW peut être utilisé pour souder de l'aluminium pur et de l'aluminium plaques d'alliage d'une épaisseur inférieure à 50 mm. Par exemple, le préchauffage n'est pas nécessaire pour les plaques d'aluminium d'une épaisseur de 30 mm, et seules les couches avant et arrière doivent être soudées pour obtenir une surface lisse et une soudure de haute qualité.
Le soudage semi-automatique au gaz inerte de tungstène (TIG) est idéal pour le soudage de précision, le soudage court et intermittent et le soudage de structures irrégulières.
Le semi-automatique soudage à l'arc sous argon permet un soudage pratique et flexible, mais le diamètre du fil de soudure est plus petit et la soudure est plus sujette à la porosité.
(1) Soudage au gaz inerte de tungstène pulsé (TIG)
Cette méthode améliore considérablement la stabilité des procédés de soudage à faible courant et permet de contrôler facilement la puissance de l'arc et la formation de la soudure en ajustant divers paramètres. La déformation et la zone affectée par la chaleur de l'élément soudé sont minimes, ce qui en fait un outil idéal pour le soudage de plaques minces, le soudage toutes positions et le soudage de matériaux sensibles à la chaleur tels que l'aluminium forgé, l'aluminium dur et l'aluminium super dur.
(2) Soudage à l'arc sous gaz inerte métallique (MIG) à l'argon pulsé
Cette méthode convient à toutes les positions soudage de l'aluminium tôles d'alliage d'une épaisseur de 2 à 10 mm.
Il peut être utilisé pour souder l'aluminium les tôles en alliage d'une épaisseur inférieure à 4 mm.
Pour les produits répondant à des exigences de qualité élevées, le soudage par points à ondes de choc à courant continu et le soudage à l'arc sont utilisés. soudage des joints peut être utilisé.
Le soudage nécessite un équipement sophistiqué, des courants de soudage élevés et une forte productivité, ce qui le rend particulièrement adapté à la production en série de pièces et de composants.
Le soudage par friction-malaxage (FSW) est un type de technologie d'assemblage à l'état solide qui peut être utilisé pour souder diverses plaques d'alliage.
Par rapport aux méthodes traditionnelles de soudage par fusion, le FSW offre plusieurs avantages tels que l'absence de projections, la réduction des poussières, l'absence de besoin de fil de soudage ou d'autres matériaux de soudage. gaz de protectionet l'absence de pores et de fissures dans le joint.
En outre, par rapport à la friction ordinaire, le FSW n'est pas limité par les pièces de l'arbre et peut produire des soudures droites.
Cette méthode de soudage présente également plusieurs autres avantages, notamment l'amélioration des propriétés mécaniques, l'efficacité énergétique, la réduction de la pollution et la faible préparation nécessaire avant le soudage.
En raison du faible point de fusion de l'aluminium et des alliages d'aluminium, le FSW est particulièrement bien adapté à ces matériaux.
Lors du soudage d'alliages d'aluminium à l'aide de soudage au gaz ou TIG, l'utilisation d'un fil d'apport est recommandée.
Les fils de soudure en aluminium et en alliage d'aluminium peuvent être classés en deux catégories : homogènes et hétérogènes.
Pour parvenir à un système d'information solide et fiable, il est nécessaire de mettre en place un système de gestion de l'information. joint de soudureIl est donc important de choisir le matériau d'apport approprié au métal de base utilisé.
Lors du choix d'un fil de soudure pour les alliages d'aluminium, il est important de prendre en compte plusieurs facteurs, notamment les exigences en matière de composition, les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion, la rigidité structurelle, la couleur et la résistance à la fissuration du produit fini.
L'utilisation d'un métal d'apport dont la température de fusion est inférieure à celle du métal de base peut réduire considérablement le risque de fissuration intergranulaire dans la zone affectée thermiquement.
Pour les alliages non traités thermiquement, la résistance de l'alliage de la joint soudé augmentent dans l'ordre suivant : série 1000, série 4000 et série 5000.
Il est important de noter que les fils de soudure de la série 5000 contenant plus de 3% de magnésium ne doivent pas être utilisés dans des structures dont la température de service est supérieure à 65°C, car ces alliages sont très sensibles à la corrosion fissurante sous contrainte dans ces conditions.
Afin d'éviter les fissures, il est souvent recommandé d'utiliser un métal d'apport ayant une teneur en alliage plus élevée que le métal de base.
Les fils de soudage les plus couramment utilisés pour les alliages d'aluminium sont des fils de qualité standard dont la composition est similaire à celle du métal de base. En l'absence de fil de soudage de qualité standard, une bande peut être découpée dans le métal de base et utilisée comme matériau d'apport.
Un choix populaire de fil de soudure est le HS311, qui est connu pour sa bonne fluidité, son retrait minimal pendant la solidification et son excellente résistance aux fissures. Pour améliorer encore la taille des grains, la résistance aux fissures et les propriétés mécaniques de la soudure, de petites quantités de éléments d'alliage tels que Ti, V, Zr et autres sont souvent ajoutés en tant que modificateurs.
Lors de la sélection du fil de soudure en alliage d'aluminium, il convient de prêter attention aux points suivants :
(1) Sensibilité à la fissuration du joint de soudure
Le principal facteur qui influe sur la sensibilité aux fissures est la compatibilité du métal de base et du fil de soudure.
L'utilisation d'un métal de soudure dont la température de fusion est inférieure à celle du métal de base peut réduire la sensibilité à la fissuration du métal de soudure et de la zone affectée thermiquement.
Par exemple, lors du soudage d'un alliage 6061 avec une teneur en silicium de 0,6%, l'utilisation du même alliage pour la soudure entraîne une très grande sensibilité aux fissures.
Cependant, l'utilisation du fil de soudure ER4043 avec une teneur en silicium de 5% offre une bonne résistance aux fissures, car sa température de fusion est inférieure à celle de l'alliage 6061 et il présente une plasticité accrue pendant le refroidissement.
En outre, il est conseillé d'éviter la combinaison de Mg et de Cu dans le métal soudé, car l'Al-Mg-Cu présente une sensibilité élevée aux fissures.
(2) Propriétés mécaniques des joints soudés
L'aluminium industriel pur présente la résistance la plus faible, tandis que l'aluminium 4000 série aluminium se situent dans la moyenne et les alliages d'aluminium de la série 5000 ont la résistance la plus élevée.
Bien que le fil de soudure Al-Si présente une résistance élevée à la fissuration, sa plasticité est médiocre.
Par conséquent, pour les joints qui nécessitent une déformation plastique après le soudage, il est préférable d'éviter le fil de soudure au silicium.
(3) Performance du joint de soudure
Le choix du métal d'apport n'est pas seulement basé sur la composition du métal de base, mais aussi sur la géométrie du joint, les exigences opérationnelles en matière de résistance à la corrosion et les exigences en matière d'apparence de la pièce soudée.
Par exemple, pour garantir une bonne résistance à la corrosion ou pour éviter la contamination des produits stockés, un conteneur destiné à stocker du peroxyde d'hydrogène doit être fabriqué dans un alliage d'aluminium de haute pureté.
Dans ce cas, la pureté du métal d'apport doit être au moins égale à celle du métal de base.
Le modèle, les spécifications et les applications de la baguette de soudage en alliage d'aluminium sont présentés dans le tableau 2. Le tableau 3 présente la composition chimique et les propriétés mécaniques de l'électrode en alliage d'aluminium.
Tableau 2 Type (marque), spécification et application de la baguette de soudure en aluminium et en alliage d'aluminium
| Les types | Grade | Types de peau | Matériau de base | Spécification de l'électrode / mm | Objectif | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Type de base | Aluminium pur | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soudage de plaques et de conteneurs en aluminium pur |
| E4043 | L209 | Type de base | Alliage Al Si | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soudage de plaques d'aluminium, de pièces moulées en aluminium au silicium, d'alliages d'aluminium en général, d'aluminium forgé, de duralumin (à l'exception de l'aluminium). alliage de magnésium) |
| E3003 | L309 | Type de base | Alliage d'aluminium et de manganèse | 3.2,4.5 | 345〜355 | Soudage d'alliages d'aluminium et de manganèse, d'aluminium pur et d'autres alliages d'aluminium |
Tableau 3 Composition chimique et propriétés mécaniques des électrodes en aluminium et en alliage d'aluminium
| Les types | Grade | Types de peaux | Types d'alimentation électrique | Composition chimique du noyau de soudure /% | Résistance à la traction du métal déposé / MPa | Tensile résistance du joint soudé / MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1100 | L109 | Type de base | DCEP (Direct Current Electrode Positive) | Si+Fe≤0,95,Co0,05〜0,20 Mn≤0,05,Be≤0,0008 Zn≤0,10,autres≤0,15 AI≥99,0 | ≥64 | ≥80 |
| E4043 | L209 | Type de base | DCEP | Si4.5〜6.0,Fe≤0.8 Cu≤0.30,Mn≤0.05 Zn≤0.10,Mg≤0.0008 autres≤0.15,Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
| E3003 | L309 | Type de base | DCEP | Si≤0,6,Fe≤0,7 Cu0,05〜0,20,Mn1,0 〜1,5 Zn≤0,10,autres≤0,15 Al Rem. | ≥118 | ≥95 |
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Les gaz inertes préférés pour le soudage des alliages d'aluminium sont l'argon et l'hélium.
Les exigences techniques pour l'argon sont un niveau de pureté de 99,9% ou plus, une teneur en oxygène inférieure à 0,005%, une teneur en hydrogène inférieure à 0,005%, une teneur en humidité inférieure à 0,02 mg/L et une teneur en azote inférieure à 0,015%.
Une augmentation des niveaux d'oxygène et d'azote dégrade l'atomisation cathodique.
Si la teneur en oxygène est supérieure à 0,3%, la perte de combustion de l'électrode de tungstène s'intensifie et si la teneur en oxygène dépasse 0,1%, la surface de la soudure devient terne ou noircie.
Pour le soudage TIG, l'argon pur est choisi pour le soudage AC plus HF, qui convient au soudage de plaques épaisses. Pour le soudage à l'électrode positive en courant continu, on utilise un mélange d'Ar + He ou de l'Ar pur.
Pour les plaques d'une épaisseur inférieure à 25 mm, on utilise de l'argon pur.
Pour les plaques d'une épaisseur de 25 à 50 mm, on utilise un mélange d'Ar + He avec 10% à 35% Ar.
Pour les plaques d'une épaisseur de 50 à 75 mm, il convient d'utiliser un mélange d'Ar + He avec 10% à 35% ou 50% He.
Pour les plaques d'une épaisseur supérieure à 75 mm, un mélange d'Ar + He avec 50% à 75% He est recommandé.
L'efficacité thermique du soudage au gaz oxygène-acétylène est faible et l'apport de chaleur n'est pas concentré, ce qui fait que la qualité et les performances du joint ne sont pas élevées. En outre, un flux est nécessaire pour souder l'aluminium et les alliages d'aluminium, et les résidus doivent être éliminés après le soudage.
Malgré ces inconvénients, le matériel de soudage au gaz est couramment utilisé pour le soudage d'alliages d'aluminium de faible qualité, tels que les tôles minces et les petites pièces, ainsi que pour la réparation d'alliages d'aluminium et de pièces moulées. Cela est dû à sa simplicité, au fait qu'il ne nécessite pas d'alimentation électrique et à sa nature pratique et flexible.
(1) Forme de jointure du soudage au gaz
Les joints de recouvrement et les joints en T ne sont pas idéaux pour le soudage au gaz des alliages d'aluminium, car il est difficile d'éliminer le flux résiduel et le laitier de soudure dans l'interstice. C'est pourquoi il est recommandé d'utiliser des joints bout à bout dans la mesure du possible.
Pour garantir un soudage complet sans effondrement ni brûlure, il est recommandé d'utiliser une plaque d'appui munie d'une rainure. La plaque d'appui est généralement en acier inoxydable ou en cuivre pur.
Le soudage avec une plaque d'appui permet d'obtenir un bon formage inverse et d'améliorer la productivité du soudage.
(2) Sélection du flux pour le soudage au gaz
Lors du soudage au gaz d'alliages d'aluminium, l'utilisation d'un flux est nécessaire pour assurer une soudure lisse. processus de soudage et une bonne qualité de soudure. Le flux, également appelé flux gazeux, élimine le film d'oxyde et les autres impuretés à la surface de l'alliage d'aluminium pendant le soudage.
La fonction première du flux est d'éliminer le film d'oxyde formé à la surface de l'aluminium pendant le soudage, d'améliorer la mouillabilité du métal de base et de favoriser la formation d'une microstructure de soudure dense.
Le flux est généralement saupoudré directement sur la rainure de la pièce à souder avant le soudage, ou ajouté au bain de fusion sur le fil de soudage.
Les fondants pour alliages d'aluminium sont généralement constitués de chlorures d'éléments tels que le potassium, le sodium, le calcium et le lithium. Ces composés sont broyés, tamisés et mélangés dans des proportions spécifiques pour créer le fondant.
Par exemple, la cryolithe d'aluminium (Na3AlF6) peut faire fondre l'alumine à 1000°C, et le chlorure de potassium peut transformer l'alumine réfractaire en chlorure d'aluminium fusible. Le flux a un point de fusion bas et une bonne fluidité, ce qui peut également améliorer la fluidité du métal fondu et assurer une bonne formation de la soudure.
(3) Sélection de la buse de soudage et de la flamme
Les alliages d'aluminium ont une forte tendance à s'oxyder et à absorber l'air. Pendant le soudage au gaz, il est important d'utiliser une flamme neutre ou une flamme faiblement carbonisante (avec un excès d'acétylène) pour éviter l'oxydation de l'aluminium. Cela permet de maintenir le bain de fusion d'aluminium dans une atmosphère réductrice et d'éviter l'oxydation.
Il est strictement interdit d'utiliser une flamme d'oxydation, car elle oxyde fortement l'aluminium et entrave le processus de soudage.
Cependant, s'il y a trop d'acétylène, l'hydrogène libre peut se dissoudre dans le bain de fusion, ce qui provoque une porosité dans la soudure et la rend lâche.
(4) Soudure par points
Pour éviter les changements de taille et de position relative pendant le soudage, il est nécessaire de procéder à un soudage par points préalable.
Le soudage au gaz a un coefficient d'expansion linéaire élevé, une vitesse de conduction de la chaleur rapide et une grande surface de chauffe, de sorte que les soudures de positionnement doivent être plus denses que celles des pièces en acier.
Le fil d'apport utilisé pour le soudage de positionnement est le même que celui utilisé pour le soudage des produits. Avant de procéder au soudage de positionnement, il convient d'appliquer une couche de flux gazeux dans l'espace de soudure.
La puissance de la flamme pendant le soudage par positionnement doit être légèrement supérieure à celle du soudage au gaz.
(5) Opération de soudage au gaz
Lors du soudage de matériaux en acier, la température de chauffe peut être déterminée en observant le changement de couleur de l'acier. Toutefois, cela n'est pas possible lors du soudage d'alliages d'aluminium, car il n'y a pas de changement de couleur évident pendant le chauffage.
Pour contrôler la température de soudageLe temps de soudage peut être déterminé sur la base des observations suivantes :
Pour le gaz feuilles de soudureLa méthode de soudage à gauche peut être utilisée, le fil de soudage étant placé devant la flamme de soudage. Cela permet d'éviter la surchauffe du bain de fusion et la croissance du grain ou la brûlure dans la zone affectée thermiquement en réduisant la perte de chaleur.
Pour les métaux de base d'une épaisseur supérieure à 5 mm, il est possible d'utiliser la bonne méthode de soudage, en plaçant le fil de soudure derrière la torche de soudage. Cela permet de minimiser les pertes de chaleur, d'augmenter la profondeur de fusion et d'améliorer l'efficacité du chauffage.
Pour le soudage au gaz de pièces d'une épaisseur inférieure à 3 mm, l'angle d'inclinaison de la torche doit être de 20 à 40°. Pour les pièces épaisses, l'angle d'inclinaison de la torche doit être de 40 à 80°, avec un angle entre le fil de soudage et la torche de 80 à 100°.
Pour le soudage au gaz des alliages d'aluminium, il est préférable de réaliser le joint en une seule passe, car le dépôt d'une deuxième couche peut entraîner l'inclusion de laitier dans la soudure.
(6) Traitement post-soudure
Les corrosion de l'aluminium La détérioration des joints causée par le flux résiduel et le laitier sur la surface de soudure du soudage au gaz est une cause potentielle d'endommagement futur du joint.
Dans les 1 à 6 heures suivant le soudage au gaz, il est nécessaire de nettoyer le flux et le laitier résiduels afin d'éviter la corrosion de l'élément soudé.
Le processus de nettoyage après le soudage comprend les étapes suivantes :
Également connu sous le nom de soudage au gaz inerte de tungstène (TIG), il implique l'utilisation de tungstène comme électrode pour générer un arc entre le tungstène et la pièce à souder. La chaleur générée par l'arc fait fondre le métal à souder, qui est ensuite assemblé par le fil d'apport pour former un joint de soudure solide.
Le soudage à l'arc sous argon de l'aluminium utilise les propriétés d'"atomisation cathodique" de l'argon pour éliminer le film d'oxyde de la surface.
Le procédé de soudage TIG protège l'électrode de tungstène et la zone de soudage en les protégeant avec un gaz inerte, tel que l'argon, qui est émis par la buse. Cela permet d'éviter toute réaction entre la zone de soudage et l'air ambiant.
Le procédé de soudage TIG est idéal pour le soudage de plaques minces d'une épaisseur inférieure à 3 mm. Il entraîne moins de déformation de la pièce que le soudage au gaz et le soudage manuel à l'arc.
La méthode de soudage TIG AC est particulièrement utile pour le soudage des alliages d'aluminium, car la cathode peut éliminer le film d'oxyde et empêcher la corrosion. Il en résulte une surface brillante et lisse, avec une forme de joint qui n'est pas limitée. Le flux d'argon refroidit également rapidement le joint, améliorant sa microstructure et ses propriétés, ce qui le rend adapté au soudage toutes positions.
Toutefois, le procédé de soudage TIG exige un nettoyage plus rigoureux avant le soudage en raison de l'absence de flux. Le soudage TIG en courant alternatif et le soudage TIG par impulsion en courant alternatif sont les méthodes préférées pour le soudage des alliages d'aluminium, suivies par le soudage TIG inversé en courant continu.
En général, le soudage à courant alternatif est le plus couramment utilisé pour les alliages d'aluminium, car il offre la meilleure combinaison de capacité de transport du courant, de contrôle de l'arc et de nettoyage de l'arc. Lorsque l'on utilise une connexion positive en courant continu (électrode connectée à l'électrode négative), la chaleur générée à la surface de la pièce permet une pénétration profonde et un courant de soudage plus important peut être utilisé pour une certaine taille d'électrode.
Cette méthode ne nécessite pas de préchauffage, même pour les sections épaisses, et entraîne une déformation minimale du métal de base. Cependant, la méthode de soudage TIG à connexion inversée (électrode vers électrode positive) est rarement utilisée pour le soudage de l'aluminium. Malgré cela, elle offre des avantages tels qu'une faible profondeur de fusion, un contrôle facile de l'arc et de bons effets de purification pour les métaux de base. soudage en continu ou le soudage de réparation des échangeurs de chaleur à paroi mince et des composants similaires dont l'épaisseur du tube est inférieure à 2,4 mm.
(1) Électrode en tungstène
Le point de fusion du tungstène est de 3410°C.
Le tungstène a une forte capacité d'émission d'électrons à haute température.
En ajoutant des traces de terres rares telles que le thorium, le cérium et le zirconium, l'efficacité de l'émission d'électrons est considérablement réduite et la capacité de transport de courant est considérablement améliorée.
Dans le soudage TIG des alliages d'aluminium, une électrode de tungstène est principalement utilisée pour conduire le courant, amorcer un arc et maintenir une combustion normale de l'arc.
Les matériaux couramment utilisés pour les électrodes de tungstène comprennent le tungstène pur, le thorium-tungstène et le cérium-tungstène.
(2) Paramètres du processus de soudage
Pour obtenir une formation et une qualité de soudure excellentes, les paramètres du processus de soudage doivent être sélectionnés en fonction des exigences techniques de l'élément soudé.
Les principaux paramètres du processus de soudage manuel TIG des alliages d'aluminium comprennent le type de courant, la polarité, la taille du courant, le débit du gaz de protection, la longueur d'extension de l'électrode de tungstène et la distance entre la buse et la pièce à souder.
Les paramètres du processus de soudage TIG automatique comprennent également la tension de l'arc (longueur de l'arc), la vitesse de soudage et la vitesse d'alimentation du fil.
En fonction du matériau et de l'épaisseur à souder, les paramètres du processus comprennent le diamètre et la forme de l'électrode de tungstène, le diamètre du fil de soudage, le type de gaz protecteur, le débit du gaz, le diamètre de la buse, le courant de soudage, la tension de l'arc, la vitesse de soudage, et ces paramètres peuvent être ajustés en fonction des résultats de soudage réels jusqu'à ce qu'ils répondent aux exigences souhaitées.
Voici les principales considérations à prendre en compte pour choisir les paramètres de soudage TIG pour les alliages d'aluminium :
Défauts courants et causes du soudage de l'aluminium
Causes de la fermeture des stomates
Mesures préventives :
Causes de Fissures de soudure
Mesures préventives :
Causes de l'incomplétude Pénétration de la soudure
Mesures préventives :
Causes de l'inclusion de tungstène dans la soudure
Mesures préventives :
Causes du contre-dépouillement
Mesures préventives :
Les défauts de l'aluminium pièces moulées en alliage peuvent généralement être réparés par soudage à l'arc sous argon, avec de meilleurs résultats en utilisant le soudage TIG en courant alternatif.
Lors de l'utilisation de la soudure de réparation pour réparer défauts de couléeIl est donc important de nettoyer le fil de soudage et les pièces avant le soudage, de sélectionner les matériaux appropriés pour le fil de soudage et d'utiliser un fil de soudage à arc court et à petit angle. Dans la pratique, de nombreuses expériences réussies ont été réalisées avec différents types de fils de soudure. les types de défautsIl s'agit notamment d'utiliser un courant de soudage faible dans la mesure du possible.
Le fil de soudure doit avoir une composition d'alliage plus élevée que le métal de base afin de compléter tout alliage brûlé pendant le soudage de réparation et de maintenir la cohérence de la composition de la soudure.
Pour les pièces moulées présentant des défauts de fissuration, des trous d'arrêt de fissure doivent être réalisés aux deux extrémités avant le soudage de réparation. La pièce doit être préchauffée et soudée en utilisant une méthode de soudage à gauche pour observer la fusion de la soudure. Le fil doit être rempli pour former un bain de fusion entièrement mouillé.
Lorsque le défaut est important, une fine couche de surfactant (surfactant ATIG) peut être appliquée sur la position de soudage pour augmenter l'efficacité du soudage TIG traditionnel. L'agent tensioactif provoque le rétrécissement de l'arc de soudage ou la modification du flux de métal dans le bain de soudure, ce qui a pour effet d'augmenter le rendement du soudage TIG. pénétration de la soudure.
Lors du soudage TIG AC d'un alliage d'aluminium, une couche de SiO2 Un agent actif peut être appliqué à la surface de la soudure pour modifier la pénétration, réduire le préchauffage et faciliter le processus de soudage.
(1) L'aluminium est très sensible à l'oxydation dans l'air et pendant le soudage, formant de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) qui a un point de fusion élevé et est très stable, ce qui le rend difficile à éliminer. Cela entrave la fusion du matériau de base. Le film d'oxyde lourd ne fait pas facilement surface, ce qui entraîne des inclusions de scories, une fusion incomplète et une pénétration insuffisante.
Le film d'oxyde superficiel de l'aluminium et la grande quantité d'humidité adsorbée peuvent provoquer des porosités dans la soudure. Avant le soudage, il convient de procéder à un nettoyage rigoureux de la surface à l'aide de méthodes chimiques ou mécaniques afin d'éliminer ce film d'oxyde. La protection doit être renforcée pendant le processus de soudage pour éviter l'oxydation. Lors du soudage au gaz inerte de tungstène, une source de courant alternatif doit être sélectionnée pour éliminer le film d'oxyde par "nettoyage cathodique".
Lors du soudage au gaz, un flux doit être utilisé pour éliminer la pellicule d'oxyde. Dans le cas du soudage de tôles épaisses, le chaleur de soudage peut être augmentée. Par exemple, la chaleur de l'arc à l'hélium est élevée, de sorte que l'on peut utiliser une protection à l'hélium ou un mélange de gaz argon-hélium, ou encore un soudage à l'arc sous protection gazeuse à grande spécification. Dans le cas d'une connexion positive en courant continu, le "nettoyage cathodique" n'est pas nécessaire.
(2) La conductivité thermique et la capacité thermique spécifique de l'aluminium et des alliages d'aluminium sont plus de deux fois supérieures à celles de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié. La conductivité conductivité de l'aluminium est des dizaines de fois supérieure à celle de l'acier inoxydable austénitique.
Au cours du processus de soudage, une grande quantité de chaleur peut être rapidement conduite dans le métal de base, de sorte que lors du soudage de l'aluminium et des alliages d'aluminium, en plus de l'énergie consommée pour faire fondre le bain de métal, davantage de chaleur est gaspillée dans d'autres parties du métal. Ce gaspillage d'énergie est plus important que dans le cas du soudage de l'aluminium et des alliages d'aluminium. soudage de l'acier.
Pour obtenir des joints soudés de haute qualité, il convient d'utiliser autant que possible des sources d'énergie concentrées et de grande puissance. Parfois, le préchauffage et d'autres mesures de traitement peuvent également être adoptés.
(3) Le coefficient de dilatation linéaire de l'aluminium et de ses alliages est environ deux fois supérieur à celui de l'acier au carbone et de l'acier faiblement allié. L'aluminium subit un retrait volumétrique important lors de la solidification, ce qui entraîne une déformation et une contrainte considérables dans la soudure, nécessitant des mesures pour empêcher la déformation de la soudure. Les cordons de soudure en aluminium sont sujets aux trous de retrait, à la porosité, à la fissuration à chaud et à la déformation élevée. stress interne pendant la solidification.
En production, l'ajustement de la composition du fil de soudure et du processus de soudage peut empêcher l'apparition de fissures chaudes. Le fil de soudure en alliage aluminium-silicium peut être utilisé pour souder des alliages d'aluminium, autres que les alliages aluminium-magnésium, lorsque la résistance à la corrosion est admissible. Dans les alliages aluminium-silicium, la tendance à la fissuration à chaud est plus élevée lorsque la teneur en silicium est de 0,5%.
Lorsque la teneur en silicium augmente, la plage de température de cristallisation de l'alliage diminue, la fluidité s'améliore considérablement, le taux de retrait diminue et la tendance à la fissuration à chaud diminue en conséquence. D'après l'expérience de production, la fissuration à chaud ne se produit pas lorsque la teneur en silicium est comprise entre 5% et 6%. Par conséquent, l'utilisation de barres de SAlSi (avec une teneur en silicium comprise entre 4,5% et 6%) pour le soudage peut entraîner une meilleure résistance à la fissuration.
(4) L'aluminium a une forte réflectivité à la lumière et à la chaleur. Il n'y a pas de changement de couleur notable pendant la transition solide-liquide, ce qui rend difficile l'évaluation pendant les opérations de soudage. L'aluminium à haute température a une faible résistance, ce qui le rend difficile à soutenir le bain de soudure et facile à brûler.
(5) L'aluminium liquide et ses alliages peuvent dissoudre une grande quantité d'hydrogène, alors que l'aluminium à l'état solide n'en dissout pratiquement pas. Pendant la solidification et le refroidissement rapide du bain de soudure, l'hydrogène n'a pas le temps de s'échapper, ce qui entraîne facilement la formation de pores d'hydrogène. L'humidité dans l'atmosphère de la colonne d'arc, les matériaux de soudage et l'humidité adsorbée par le film d'oxyde de surface du matériau de base sont tous des sources critiques d'hydrogène dans le cordon de soudure. Par conséquent, les sources d'hydrogène doivent être strictement contrôlées pour éviter la formation de pores.
(6) Les éléments d'alliage ont tendance à s'évaporer et à brûler, ce qui entraîne une diminution de la performance du cordon de soudure.
(7) Si le métal de base du matériau de base est déformé ou subit un renforcement par vieillissement en solution, la chaleur du soudage peut réduire la résistance de la zone affectée thermiquement.
Les soudures à l'arc TIG et MIG, qui sont pratiques et rentables, peuvent être utilisées pour souder et réparer les alliages d'aluminium.
Lorsque le soudage par faisceau à haute énergie et le soudage par friction-malaxage sont utilisés pour le soudage des alliages d'aluminium, les problèmes de combustion des éléments d'alliage, de ramollissement des joints et de déformation des soudures peuvent être résolus de manière efficace. Le soudage par friction-malaxage, en particulier, est une connexion à l'état solide qui présente l'avantage supplémentaire d'être respectueuse de l'environnement.
Lorsque des méthodes conventionnelles de soudage de réparation sont utilisées pour réparer des défauts dans des pièces moulées en alliage d'aluminium, il est important de veiller au nettoyage avant le soudage, de sélectionner un fil d'apport approprié et de suivre les spécifications correctes du processus de soudage. Le soudage de réparation AC TIG est généralement préféré afin d'éviter défauts de soudure.
Afin d'améliorer la réparation qualité du soudage des pièces moulées en alliage d'aluminium, des méthodes spéciales de soudage de réparation peuvent être utilisées en combinaison avec la situation réelle lorsque les défauts de la pièce moulée sont uniques et que les conditions le permettent.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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