Traitement post-soudure de l'aluminium et des alliages d'aluminium

I. Élimination des résidus

Après le soudage de la pièce, si l'on utilise un soudage au gaz ou des baguettes de soudage avec fil fourré, il est nécessaire d'éliminer rapidement le flux et le laitier résiduels de la soudure et de la zone environnante avant de procéder à l'inspection visuelle et aux essais non destructifs.

Cette étape permet d'éviter la corrosion de la soudure et de sa surface par le laitier et le flux résiduel, ce qui permet d'éviter des conséquences indésirables. Les méthodes courantes de nettoyage après soudage sont les suivantes :

(1) Lavage à l'eau chaude entre 60℃ et 80℃ ;

(2) Immersion dans du bichromate de potassium (K2Cr2O2) ou de l'anhydride chromique (Cr2O2) 2% à 3% ;

(3) Rinçage supplémentaire à l'eau chaude entre 60℃ et 80℃ ;

(4) Séchage en étuve ou à l'air.

Pour tester l'efficacité de l'élimination du flux résiduel, on peut faire tomber de l'eau distillée sur la soudure de la pièce. L'eau distillée est ensuite recueillie et versée dans un tube à essai contenant une solution d'acide nitrique 5%. L'apparition d'un précipité blanc indique que le flux résiduel n'a pas été entièrement éliminé.

II. Traitement de surface des pièces soudées

Par le biais d'une processus de soudage et des techniques d'utilisation correctes, la surface des soudures d'aluminium et d'alliage d'aluminium après le soudage présente un aspect uniforme, sans ondulation et lisse.

L'anodisation, en particulier lorsqu'elle est combinée à des techniques de polissage et de teinture, permet d'obtenir des surfaces décoratives de haute qualité. La zone affectée thermiquement par le soudage peut être minimisée, ce qui réduit au minimum les changements de couleur induits par l'anodisation. Les procédés de soudage rapide peuvent réduire considérablement la zone affectée par la chaleur. Par conséquent, la qualité du traitement d'anodisation sur les soudures par étincelage est bonne.

Le contraste de couleur entre le métal de base et la zone affectée thermiquement est minime après l'anodisation, en particulier pour les pièces à souder en alliages qui ne peuvent pas être traités thermiquement pour être renforcés à l'état recuit. Four et immersion brasagequi n'impliquent pas de chauffage localisé, permettent d'obtenir une couleur métallique très uniforme.

Les alliages qui peuvent être traités thermiquement pour être renforcés, souvent utilisés pour les parties structurelles des bâtiments, sont fréquemment anodisés après le soudage. Dans ces alliages, la chaleur du soudage forme des précipités de éléments d'alliage.

Après l'anodisation, des différences apparaissent entre la zone affectée par la chaleur et la zone de l'anodisation. cordon de soudure. Ces zones de halo près de la zone de soudage peuvent être minimisées par un soudage rapide ou par l'utilisation de blocs de refroidissement. serrage plaques. Ces zones de halo, avant l'anodisation et après le soudage, peuvent être éliminées par un traitement de durcissement par précipitation.

Dans le traitement chimique des pièces soudées, il peut y avoir des différences de couleur significatives entre le métal soudé et le métal de base. Cela nécessite une sélection minutieuse du métal d'apport. composition métalliqueIl est important de ne pas utiliser de produits chimiques, en particulier lorsqu'ils contiennent du silicium, ce qui peut affecter la correspondance des couleurs.

Si nécessaire, la soudure peut être polie mécaniquement. Les opérations mécaniques courantes méthodes de polissage comprennent le polissage, le meulage, le sablage et le grenaillage. Polissage mécanique améliore la surface des pièces en aluminium par des méthodes physiques telles que le meulage, l'ébavurage, le brunissage, le polissage ou le sablage. L'objectif est d'obtenir la qualité de surface souhaitée en un minimum d'étapes.

Cependant, l'aluminium et ses alliages sont des métaux tendres avec des coefficients de friction élevés. Une surchauffe pendant le processus de meulage peut potentiellement entraîner une déformation des pièces soudées, voire des fractures des joints de grains dans le métal de base. Par conséquent, une lubrification suffisante est nécessaire pendant le processus de polissage, et la pression sur la surface du métal doit être réduite au minimum.

III. Traitement thermique après soudage

Le traitement thermique post-soudure a pour but d'améliorer la structure et les performances du joint soudé ou d'éliminer les éléments suivants contrainte résiduelle. Traitements thermiques alliages d'aluminium peuvent subir un traitement thermique post-soudage, ce qui permet de restaurer la résistance de la zone affectée thermiquement du métal de base à un niveau proche de sa résistance d'origine.

En règle générale, le point de rupture de l'articulation se situe dans le zone de fusion de la soudure. Après le traitement thermique post-soudure, la résistance du métal soudé dépend principalement du métal d'apport dispersé.

1. Caractéristiques de l'aluminium et de l'aluminium Soudage d'alliages

(1) L'aluminium s'oxyde facilement à l'air et pendant le soudage, formant de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) qui a un point de fusion élevé et est extrêmement stable, ce qui le rend difficile à éliminer. Il empêche la fusion du matériau de base. Le poids spécifique élevé du film d'oxyde l'empêche de flotter à la surface, ce qui entraîne des défauts tels que des inclusions de scories, un manque de fusion et une pénétration incomplète.

Le film d'oxyde superficiel de l'aluminium et l'humidité qu'il absorbe peuvent entraîner une porosité du cordon de 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 la pellicule d'oxyde. La protection doit être renforcée pendant le soudage pour éviter l'oxydation.

Pendant le soudage au gaz inerte de tungstène (TIG), une source de courant alternatif doit être utilisée pour éliminer le film d'oxyde par "nettoyage cathodique". Lorsque soudage au gazIl faut donc utiliser un flux qui élimine le film d'oxyde. Lors de l'application d'une couche épaisse de soudage de plaquesla chaleur de soudage peut être augmentée. Par exemple, l'arc à l'hélium a une chaleur élevée, il faut donc utiliser de l'hélium ou un mélange de gaz argon-hélium, ou un gaz de grand diamètre. arc métallique (GMAW) avec un courant continu positif, ce qui élimine la nécessité d'un "nettoyage cathodique".

(2) La conductivité thermique et la chaleur spécifique de l'aluminium et de ses alliages sont plus de deux fois supérieures à celles de l'acier au carbone et des alliages à faible teneur en carbone. acier allié. La conductivité thermique 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 transférée au métal de base, de sorte que lors du soudage de l'aluminium et de ses alliages, outre l'énergie consommée pour faire fondre le bain de métal, une plus grande quantité 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 de ses alliages. soudage de l'acier. Pour obtenir des résultats de haute qualité joints soudésLes sources d'énergie concentrées et de grande puissance devraient être utilisées autant que possible. Le préchauffage et d'autres mesures de traitement peuvent également être utilisés.

(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 présente un retrait volumétrique important pendant la solidification, ce qui entraîne des déformations et des contraintes substantielles dans l'élément soudé. Des mesures doivent donc être prises pour éviter la déformation des soudures. La solidification d'un bain de soudure en aluminium tend à provoquer des cavités de retrait, des porosités, des fissures à chaud et des tensions élevées. stress interne.

Pour éviter l'apparition de fissures chaudesLa production peut ajuster la composition du fil de soudure et le processus de soudure. Dans les situations de résistance à la corrosion, le fil de soudure en alliage d'aluminium-silicium peut être utilisé pour souder l'aluminium alliages, à l'exclusion des alliages d'aluminium et de magnésium.

Dans les alliages aluminium-silicium, la tendance à la fissuration à chaud est considérable 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, sa fluidité s'améliore considérablement et son taux de retrait diminue, ce qui réduit la tendance à la fissuration à chaud.

D'après l'expérience de la production, lorsque la teneur en silicium est de 5%-6%, la fissuration à chaud ne se produit pas, et l'utilisation de fil SAlSi (avec une teneur en silicium de 4,5%-6%) offre donc une meilleure résistance à la fissuration.

(4) L'aluminium a une forte capacité de réflexion de la lumière et de la chaleur. Lors du passage de l'état solide à l'état liquide, il n'y a pas de changement de couleur perceptible, ce qui rend difficile l'évaluation pendant le processus de soudage. L'aluminium à haute température a une très faible résistance, ce qui le rend difficile à soutenir le bain de soudure et sujet à des brûlures.

(5) L'aluminium et ses alliages peuvent dissoudre une quantité importante d'hydrogène à l'état liquide, mais pratiquement pas à l'état solide. Pendant la solidification et le refroidissement rapide du bain de soudure, l'hydrogène n'a pas le temps de s'échapper, ce qui entraîne la formation de porosités d'hydrogène.

L'humidité dans l'atmosphère de l'arc, matériaux de soudageet l'humidité adsorbée sur le film d'oxyde de la surface du matériau de base sont des sources importantes d'hydrogène dans le cordon de soudure. Par conséquent, un contrôle strict des sources d'hydrogène est nécessaire pour prévenir la formation de porosités.

(6) Les éléments de l'alliage ont tendance à s'évaporer et à brûler, ce qui réduit les performances de la soudure.

(7) Si le métal de base du matériau de base est écroui ou traité par mise en solution, la chaleur de soudage peut réduire la résistance de la zone affectée thermiquement.

(8) L'aluminium, qui possède un réseau cubique à faces centrées et aucune forme allotropique, ne subit pas de transition de phase pendant le chauffage et le refroidissement. Il en résulte de gros grains dans le cordon de soudure, qui ne peuvent pas être affinés par des transitions de phase.

2. Méthodes de soudage

Presque toutes les méthodes de soudage peuvent être utilisées pour souder l'aluminium et ses alliages. Cependant, l'adaptabilité de l'aluminium et de ses alliages aux différentes méthodes de soudage varie, et chaque méthode a ses propres applications.

Le soudage au gaz et le soudage à l'arc sous protection sont simples et pratiques. Le soudage au gaz peut être utilisé pour la réparation des joints sur les tôles et les pièces moulées en aluminium lorsque les exigences de qualité ne sont pas élevées. Le soudage à l'arc sous protection métallique peut être utilisé pour la réparation des tôles et des pièces moulées en aluminium lorsque les exigences de qualité ne sont pas élevées. pièces moulées en alliage.

Inerte soudage sous protection gazeuse (TIG ou MIG) est la méthode la plus utilisée pour souder l'aluminium et ses alliages. Les tôles d'aluminium et d'alliages d'aluminium peuvent être soudées en utilisant le soudage au gaz inerte de tungstène à courant alternatif ou le soudage au gaz inerte de tungstène pulsé.

Les plaques d'aluminium et d'alliage d'aluminium peuvent être soudées à l'hélium. soudage à l'arc en tungstèneLe soudage sous gaz inerte métallique et le soudage sous gaz inerte métallique pulsé sont de plus en plus répandus (argon ou mélange d'argon et d'hélium). L'application du soudage sous gaz inerte métallique et du soudage sous gaz inerte métallique pulsé est de plus en plus répandue (argon ou mélange argon/hélium).

3. Matériaux de soudage

(1) Fil de soudure

Outre les bonnes performances du processus de soudage, la sélection des fils de soudage en aluminium et en alliage d'aluminium doit garantir que la résistance à la traction et la plasticité (par le biais d'essais de flexion) des assemblages bout à bout répondent aux exigences spécifiées en fonction des exigences du navire.

Les exigences en matière de résilience doivent être satisfaites pour les alliages aluminium-magnésium dont la teneur en magnésium est supérieure à 3%. Pour les navires soumis à des exigences de résistance à la corrosion, la résistance à la corrosion du joint soudé doit atteindre ou être proche du niveau du matériau de base. Par conséquent, la sélection du fil de soudure est principalement basée sur les propriétés de l'aluminium.

1) La pureté du fil de soudure en aluminium pur n'est généralement pas inférieure à celle du matériau de base ;

2) Le produit chimique composition de l'aluminium Le fil de soudure en alliage est généralement similaire ou proche de celui du matériau de base ;

3) La teneur en éléments résistant à la corrosion (magnésium, manganèse, silicium, etc.) du fil de soudure en alliage d'aluminium n'est généralement pas inférieure à celle du matériau de base ;

4) Lorsque vous soudez différents types de matériaux en aluminium, choisissez le fil de soudage en fonction du matériau de base le plus résistant à la corrosion et le plus solide ;

5) Les alliages d'aluminium à haute résistance (alliages d'aluminium renforcés par traitement thermique) qui ne nécessitent pas de résistance à la corrosion peuvent utiliser des fils de soudage de composition différente, tels que des fils de soudage en alliage aluminium-silicium résistant à la fissuration comme SAlSi-1 (il convient de noter que la résistance peut être inférieure à celle du matériau de base).

(2) Gaz de protection

Le gaz de protection est de l'argon, de l'hélium ou un mélange de ces gaz. Pour le courant alternatif à haute fréquence Soudage TIGutiliser plus de 99,9% d'argon pur. Courant continu positif soudage par polarité est adapté à l'hélium.

Pour le soudage MIG, il est recommandé d'utiliser de l'argon additionné d'hélium 50% à 75% lorsque l'épaisseur de la plaque est de 75 mm. L'argon doit répondre aux exigences de la norme GB/T 4842-1995 "Pure Argon". La pression de la bouteille d'argon est insuffisante et ne peut être utilisée si elle est inférieure à 0,5 MPa.

(3) Electrodes en tungstène

Quatre types d'électrodes en tungstène sont utilisés dans le cadre de la production d'électricité. soudage à l'arc sous argonLes électrodes en tungstène peuvent être de différents types : tungstène pur, tungstène thorié, tungstène au cérium et tungstène au zirconium. Les électrodes en tungstène pur ont des points de fusion et d'ébullition élevés, ce qui les rend moins sujettes à la fusion, à l'évaporation, à la brûlure de l'électrode et à la contamination de la pointe.

Cependant, leur capacité d'émission d'électrons est plus faible. Les électrodes en tungstène thorié, fabriquées en ajoutant de l'oxyde de thorium 1% à 2% au tungstène pur, ont une capacité d'émission d'électrons plus élevée, permettent une densité de courant plus élevée et maintiennent un arc plus stable. Toutefois, le thorium étant légèrement radioactif, des mesures de protection appropriées doivent être prises lors de son utilisation.

Les électrodes de tungstène au cérium sont fabriquées en ajoutant 1,8% à 2,2% d'oxyde de cérium (avec des impuretés ≤0,1%) à du tungstène pur. Ces électrodes ont une faible fonction de travail des électrons, une grande stabilité chimique, permettent une densité de courant élevée et n'ont pas de radioactivité. Ce sont les électrodes les plus couramment utilisées actuellement.

Les électrodes en zirconium tungstène permettent d'éviter la contamination du métal de base par l'électrode. Leurs pointes sont faciles à maintenir en forme hémisphérique, ce qui les rend adaptées au soudage en courant alternatif.

(4) Flux

Le flux utilisé dans le soudage au gaz est composé de chlorures et de fluorures d'éléments tels que le potassium, le sodium, le lithium et le calcium, qui peuvent éliminer la pellicule d'oxyde.

4. Préparation avant le soudage

(1) Nettoyage avant soudage

Avant de souder l'aluminium et ses alliages, il est essentiel d'éliminer rigoureusement la pellicule d'oxyde et la graisse sur la surface de la pièce. ligne de soudage et la surface du fil de soudure.

La qualité de ce nettoyage a une incidence directe sur le processus de soudage et la qualité du joint, comme la tendance à générer des porosité de la soudure et diverses propriétés mécaniques. Ce nettoyage est généralement réalisé à l'aide de méthodes de nettoyage chimique ou mécanique.

1) Nettoyage chimique

Le nettoyage chimique est très efficace et d'une qualité constante, ce qui le rend adapté au nettoyage des fils de soudure et des pièces de petite taille produites en série. L'immersion et le lavage sont deux méthodes courantes.

Les solvants organiques tels que l'acétone, l'essence et le kérosène sont utilisés pour le dégraissage des surfaces, suivi d'un lavage alcalin à l'aide d'une solution de NaOH de 5% à 10% à une température de 40°C à 70°C pendant 3 à 7 minutes (plus longtemps pour l'aluminium pur, mais pas plus de 20 minutes), puis d'un rinçage à l'eau courante.

Ensuite, un lavage acide à l'aide d'une solution de HNO3 30% à température ambiante et à 60°C pendant 1 à 3 minutes est effectué, suivi d'un autre rinçage à l'eau courante et d'un séchage à l'air ou à basse température.

2) Nettoyage mécanique

Le nettoyage mécanique est souvent utilisé lorsque la pièce est de grande taille, que le cycle de production est long, qu'il s'agit d'un soudage multicouche ou que la pièce est à nouveau contaminée après un nettoyage chimique.

Des solvants organiques tels que l'acétone ou l'essence sont d'abord utilisés pour dégraisser la surface, puis la brosser avec une brosse métallique en cuivre ou en acier inoxydable d'un diamètre de 0,15 mm à 0,2 mm jusqu'à ce qu'un éclat métallique apparaisse.

L'utilisation de meules ou de papier de verre ordinaire est généralement déconseillée pour éviter que des grains de sable ne restent sur la surface du métal, ce qui pourrait pénétrer dans le bain de fusion pendant le soudage et provoquer des inclusions de laitier ou d'autres défauts. Il est également possible d'utiliser des grattoirs ou des limes pour nettoyer la surface à souder.

Après le nettoyage de la pièce et du fil de soudure, un film d'oxyde réapparaît pendant le stockage, en particulier dans les environnements humides ou contaminés par des vapeurs acides ou basiques, où le film d'oxyde se développe encore plus rapidement.

Par conséquent, le temps de stockage entre la fin du nettoyage et le début du soudage doit être réduit au minimum. Dans des conditions humides, le soudage doit généralement être effectué dans les 4 heures suivant le nettoyage. Si le temps de stockage après le nettoyage est trop long (par exemple, plus de 24 heures), le processus de nettoyage doit être répété.

(2) Plaque d'appui

L'aluminium et ses alliages présentent une faible résistance à haute température et l'aluminium en fusion s'écoule facilement, ce qui risque d'entraîner l'effondrement du métal soudé pendant le soudage. Pour garantir une pénétration complète sans effondrement, des plaques d'appui sont souvent utilisées pour soutenir le bain de soudure et le métal adjacent.

Les plaques d'appui peuvent être en graphite, en acier inoxydable, en acier au carbone, en plaques de cuivre ou en barres de cuivre. Une rainure incurvée est réalisée sur la surface de la plaque d'appui afin d'assurer la formation de la soudure sur l'autre face.

Il est également possible de réaliser un soudage sur une seule face avec une formation double face sans plaque d'appui, mais cela nécessite des opérations de soudage qualifiées ou l'application de mesures avancées telles qu'un contrôle automatique strict de l'énergie de soudage.

(3) Préchauffage avant soudage

Les petites pièces minces en aluminium ne nécessitent généralement pas de préchauffage. Le préchauffage peut être effectué pour des épaisseurs comprises entre 10 mm et 15 mm, avec des températures allant de 100℃ à 200℃ selon le type d'alliage d'aluminium.

Des techniques telles que les flammes oxyacétyléniques, les fours électriques ou les chalumeaux peuvent être utilisées pour le chauffage. Le préchauffage permet de minimiser la déformation de la pièce soudée et de réduire les défauts tels que la porosité.

5. Traitement post-soudure

(1) Nettoyage après soudage

Résiduelle flux de soudage et le laitier laissés sur et près de la soudure peuvent endommager le film de passivation sur la surface de l'aluminium et peuvent même corroder les pièces en aluminium, ce qui nécessite un nettoyage approfondi. Pour les pièces de forme simple répondant à des exigences générales, des méthodes de nettoyage simples telles que le rinçage à l'eau chaude ou le brossage à la vapeur peuvent être utilisées.

Pour les pièces en aluminium très demandées et de forme complexe, après un brossage à l'eau chaude avec une brosse dure, elles doivent être trempées dans une solution aqueuse d'acide chromique ou une solution de bichromate de potassium de concentration 2-3% à environ 60℃-80℃ pendant 5-10 minutes, suivi d'un lavage avec une brosse dure.

Ils doivent ensuite être rincés à l'eau chaude et séchés dans une étuve ou à l'air chaud. Le séchage naturel est également acceptable.

(2) Traitement thermique après soudage

En général, le traitement thermique n'est pas nécessaire après le soudage des conteneurs en aluminium. Toutefois, si le matériau en aluminium en cours d'utilisation présente une sensibilité importante à la corrosion sous contrainte dans les conditions du milieu en contact avec le conteneur, il est nécessaire de subir un traitement thermique après soudage afin d'éliminer les contraintes de soudage élevées, réduisant ainsi la contrainte sur le conteneur en dessous du seuil de fissuration par corrosion sous contrainte.

Cette exigence doit être spécialement mentionnée dans les documents de conception du conteneur avant qu'un traitement thermique de détente ne soit effectué après le soudage. Si le traitement thermique recuit un traitement thermique est nécessaire, la température recommandée pour l'aluminium pur, 5052, 5086, 5154, 5454, 5A02, 5A03, 5A06, etc. est 345℃ ; pour 2014, 2024, 3003, 3004, 5056, 5083, 5456, 6061, 6063, 2A12, 2A24, 3A21, etc. c'est 415℃ ; pour 2017, 2A11, 6A02, etc. c'est 360℃.

En fonction de la taille et des exigences de la pièce, la température de recuit peut être ajustée à la hausse ou à la baisse de 20℃-30℃, tandis que le temps de maintien peut varier de 0,5 à 2 heures.