Soudage du laiton : Techniques et paramètres pour des assemblages réussis

1. Soudabilité du laiton

Le laiton, un alliage de cuivre et de zinc, présente des défis uniques en matière de soudage en raison du faible point d'ébullition du zinc (907°C). Cette caractéristique est la principale préoccupation dans le soudage du laiton, car elle a un impact significatif sur le processus et la qualité finale de la soudure.

Lors du soudage à l'arc avec des baguettes d'apport en laiton, l'environnement à haute température peut provoquer des taux d'évaporation du zinc allant jusqu'à 40%. Cette perte substantielle de zinc a des effets néfastes sur le joint soudé, notamment :

1. Propriétés mécaniques réduites
2. Diminution de la résistance à la corrosion
3. Sensibilité accrue à la fissuration par corrosion sous contrainte (FCC)

Le zinc évaporé s'oxyde rapidement dans l'air, formant de l'oxyde de zinc (ZnO) qui se manifeste sous forme de fumée blanche. Ce phénomène complique non seulement l'opération de soudage, mais présente également de graves risques pour la santé des soudeurs, ce qui nécessite des systèmes de ventilation robustes et des équipements de protection individuelle (EPI).

La mauvaise soudabilité du laiton peut entraîner plusieurs défauts :

• Porosité : due à l'emprisonnement de gaz
• Fissuration : Des fissures à chaud et à froid sont possibles
• Évaporation du zinc : entraînant des modifications de la composition
• L'oxydation : Affectation de la qualité de la surface et de la résistance des joints

Pour atténuer ces problèmes, plusieurs stratégies peuvent être employées :

1. Utilisation de fils de soudure contenant du silicium : Le silicium forme un film d'oxyde dense à la surface du bain de fusion, qui :
   • Inhibe l'évaporation du zinc
   • Prévient l'oxydation
   • Réduit la pénétration de l'hydrogène
2. Traitement thermique après soudage : Le recuit à 470-560°C contribue à :
   • Réduire les contraintes résiduelles
   • Prévenir la fissuration tardive (également connue sous le nom d'"auto-fissuration")
3. Contrôle des processus :
   • Utiliser des techniques à faible apport de chaleur (par exemple, le soudage MIG pulsé).
   • Maintenir une longueur d'arc plus courte pour réduire la propagation de la chaleur
   • Utiliser des vitesses de déplacement plus rapides pour minimiser l'exposition à la chaleur
4. Sélection du métal d'apport :
   • Choisissez des métaux d'apport avec une teneur en zinc légèrement plus élevée pour compenser les pertes.
   • Envisager un apport de bronze au silicium ou de bronze phosphoreux pour certaines applications.
5. Optimisation des gaz de protection :
   • Utiliser des mélanges à base d'argon pour améliorer la stabilité de l'arc et réduire l'oxydation.

En appliquant ces techniques et en maintenant un contrôle strict des paramètres de soudage, il est possible d'obtenir des soudures en laiton de haute qualité tout en minimisant les défis inhérents à cet alliage.

2. Méthodes de soudage pour le laiton

Les méthodes de soudage couramment utilisées pour le laiton dans la production sont le soudage à l'arc et le soudage à l'arc. soudage à l'arc sous argonLes points clés du processus sont les suivants :

(1) Soudage à l'arc en bâton : Laiton baguette de soudure On utilise des fils à âme en bronze, tels que ECuSn-B (T227), ECuAl-C (T237). Les fils de cuivre pur tels que ECu (T107) peuvent être utilisés pour les pièces moulées en laiton qui ne nécessitent pas d'exigences élevées en matière de soudage.

L'alimentation électrique doit être une connexion positive DC, et l'angle de la rainure en V ne doit pas être inférieur à 60°-70°.

Lorsque l'épaisseur de la plaque est supérieure à 14 mm, la surface de la pièce soudée doit être soigneusement nettoyée avant le soudage afin d'éliminer toutes les impuretés de l'huile qui produiront de l'hydrogène gazeux.

Court soudage à l'arc doit être utilisée pendant l'opération, et la baguette de soudage ne doit pas être déplacée horizontalement ou longitudinalement, mais uniquement le long de la ligne droite de la soudure. Les vitesse de soudage doit être rapide, pas moins de 0,2-0,3 m/min.

Lors du soudage multicouche, le film d'oxyde et le laitier entre les couches doivent être éliminés. Le cuivre liquide du laiton étant très fluide, le bain de fusion doit être en position horizontale. Si le bain de fusion doit être incliné, l'angle d'inclinaison ne doit pas être supérieur à 15°.

(2) Soudage à l'arc sous argon : Le fil de soudure étain-laiton HSCuZ-1 (HS221), le fil de soudure fer-laiton HSCuZn-2 (HS222) et le fil de soudure silicium-laiton HSCuZn-4 (HS224) sont utilisés pour le soudage manuel à l'arc sous tungstène.

Ces fils de soudure contiennent une forte teneur en zinc et produisent une importante fumée pendant le soudage. Les fils de soudure en bronze tels que HSCuSi (HS211) et HSCuSn (HS212) peuvent également être utilisés.

Les paramètres de soudage pour le soudage manuel à l'arc au tungstène et à l'argon du laiton sont indiqués dans le tableau.

En raison de l'évaporation du zinc, qui détruit l'effet protecteur du gaz argon, il convient de choisir une ouverture de buse et un débit de gaz argon plus importants lors du soudage du laiton.

En général, le préchauffage n'est pas nécessaire avant le soudage, sauf pour les joints d'une épaisseur supérieure à 10 mm et les joints présentant une différence d'épaisseur importante entre les bords de soudure, auquel cas seule la partie la plus épaisse du bord de la pièce soudée doit être préchauffée.

L'alimentation électrique peut être à courant continu ou à courant alternatif. Lors de l'utilisation d'une alimentation en courant alternatif pour le soudage, la quantité d'évaporation de zinc est relativement faible.

Il convient d'utiliser un courant de soudage plus élevé et une vitesse de soudage plus rapide pour paramètres de soudage.

Les paramètres de soudage des plaques de laiton de 16 à 20 mm d'épaisseur sont les suivants : courant de soudage de 260 à 300 A, diamètre de l'électrode en tungstène de 5 mm, diamètre du fil de soudage de 3,5 à 4,0 mm, ouverture de la buse de 14 à 16 mm et débit de gaz argon de 20 à 25 L/min.

Pour réduire l'évaporation du zinc, le fil de remplissage peut être "court-circuité" avec la pièce pendant l'opération, et l'arc peut être amorcé et maintenu sur le fil de remplissage autant que possible, en évitant le contact direct de l'arc avec le métal de base. Le métal de base est principalement chauffé et fondu par le transfert de chaleur du métal en fusion.

Pendant le soudage, il faut autant que possible souder en une seule couche. Pour les joints d'une épaisseur inférieure à 5 mm, il est préférable de les souder en une seule passe.

Après le soudage, l'élément soudé doit être chauffé à 300-400℃ pour le recuit afin d'éliminer les contraintes de soudage et d'éviter que le composant en laiton ne se fissure en cours d'utilisation.

3. Soudage TIG du laiton

1. Soudabilité du laiton

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc. Comme le zinc a un point d'ébullition plus bas, à seulement 907°C, il a tendance à s'évaporer pendant le processus de soudage, ce qui représente un défi important pour le soudage du laiton.

Sous les températures élevées du soudage, jusqu'à 40% de zinc peuvent s'évaporer pendant le soudage à l'arc.

Cette évaporation substantielle du zinc entraîne une diminution des propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion du joint soudé, et augmente également sa sensibilité à la corrosion sous contrainte.

Le zinc évaporé est immédiatement oxydé en oxyde de zinc dans l'air, formant une fumée blanche qui complique l'opération et affecte la santé du soudeur.

Il est donc essentiel de renforcer la ventilation et les autres mesures de protection dans les endroits où le laiton est soudé. La mauvaise soudabilité du laiton peut entraîner des problèmes tels que la porosité, la fissuration, l'évaporation et l'oxydation du zinc pendant le soudage.

Pour résoudre ces problèmes, on utilise souvent du fil de soudure contenant du silicium, car le silicium forme une couche dense de silice à la surface du bain de fusion, ce qui inhibe l'évaporation et l'oxydation du zinc et empêche l'intrusion de l'hydrogène.

Après le soudage, un traitement de recuit à 470-560°C peut être utilisé pour réduire les tensions et empêcher l'"auto-fissuration".

2. Méthodes de soudage du laiton

En production, les méthodes courantes de soudage du laiton sont le soudage à l'arc par bâtonnets et le soudage à l'arc sous argon. Les points essentiels de ces procédés sont les suivants :

(1) Soudage à l'arc en bâton

L'électrode utilisée est une électrode à âme en bronze, telle que ECuSn-B (T227), ECuAl-C (T237). Pour les pièces moulées en laiton qui ne nécessitent pas un soudage de haute qualité, une électrode à âme en cuivre pur, telle que ECu (T107), peut être utilisée.

L'alimentation électrique utilise le courant continu, l'électrode étant connectée à la borne positive, et l'angle de la rainure en forme de V ne doit pas être inférieur à 60°-70°.

Pour les plaques d'une épaisseur supérieure à 14 mm, la surface des pièces à souder doit être soigneusement nettoyée avant le soudage afin d'éliminer toutes les impuretés de l'huile susceptibles de produire de l'hydrogène.

Pendant l'opération, il convient de souder à l'arc court et de ne pas déplacer l'électrode d'un côté à l'autre ou d'avant en arrière, mais uniquement en ligne droite le long de la soudure.

La vitesse de soudage doit être rapide, pas moins de 0,2-0,3 m/min. Lors du soudage multicouche, le film d'oxyde et le laitier entre les couches doivent être soigneusement nettoyés.

Le laiton étant très fluide, le bain de soudure doit idéalement être en position horizontale. Si le bain doit être incliné, l'angle ne doit pas dépasser 15°.

(2) Soudage à l'arc sous argon

Lors du soudage manuel à l'arc sous argon avec électrode de tungstène, les fils de soudage utilisés sont en laiton étamé HSCuZ-1 (HS221), en laiton ferreux HSCuZn-2 (HS222), en laiton siliconé HSCuZn-4 (HS224).

Ces fils contiennent une grande quantité de zinc, ce qui entraîne une grande quantité de fumée pendant le soudage. Les fils de soudure en bronze HSCuSi (HS211), HSCuSn (HS212) peuvent également être utilisés.

Les paramètres de soudage pour le soudage manuel à l'arc sous argon avec électrode de tungstène du laiton sont énumérés dans le tableau.

Comme l'évaporation du zinc perturbe l'effet protecteur du gaz argon, il convient d'utiliser un diamètre de buse et un débit de gaz argon plus importants lors du soudage du laiton.

Le préchauffage n'est généralement pas nécessaire, sauf dans les cas suivants joints de soudure dont l'épaisseur est supérieure à 10 mm et les joints dont l'épaisseur des bords est très différente. Dans ce dernier cas, seul le bord le plus épais de la pièce doit être préchauffé.

Le courant continu, avec l'électrode connectée à la borne positive, ou le courant alternatif peuvent être utilisés comme source d'alimentation. Lors du soudage en courant alternatif, l'évaporation du zinc est plus faible.

Les paramètres de soudage doivent utiliser un courant de soudage plus élevé et une vitesse de soudage plus rapide.

Les paramètres de soudage pour les plaques de laiton de 16 à 20 mm d'épaisseur sont les suivants : courant de soudage de 260 à 300 A, diamètre de l'électrode en tungstène de 5 mm, diamètre du fil de 3,5 à 4,0 mm, diamètre de la buse de 14 à 16 mm, débit de gaz argon de 20 à 25 L/min.

Pour réduire l'évaporation du zinc, le fil d'apport peut être "court-circuité" avec la pièce pendant l'opération, ce qui permet d'amorcer et de maintenir l'arc sur le fil d'apport afin d'éviter que l'arc n'affecte directement le matériau de base, qui est chauffé et fondu principalement par la chaleur transférée du métal dans le bain de soudure. Lors du soudage, il convient d'effectuer autant que possible un soudage en une seule couche, et les joints d'une épaisseur inférieure à 5 mm devraient idéalement être soudés en une seule fois.

Après le soudage, la pièce doit être chauffée à 300-400℃ pour le recuit afin d'éliminer les tensions de soudage et d'éviter que le composant en laiton ne se fissure pendant l'utilisation.