Fissures dues au soudage TIG de l'aluminium : causes et prévention

Le soudage, procédé fondamental de fabrication et de production, joue un rôle crucial dans l'assemblage de composants métalliques avec précision et résistance. Parmi les différentes techniques de soudage disponibles, le soudage TIG (gaz inerte tungstène), également appelé soudage à l'arc sous gaz de tungstène (GTAW), se distingue par sa capacité à produire des soudures nettes et de haute qualité, notamment pour les matériaux complexes comme le cuivre. alliages d'aluminiumCet article explore les subtilités du soudage TIG de l'aluminium, en explorant le processus, la soudabilité de différents alliages d'aluminium et les causes courantes de fissuration, fournissant finalement un aperçu des meilleures pratiques pour obtenir des soudures parfaites.

Qu'est-ce que le soudage TIG ?

Fondamentalement, le soudage TIG est un procédé de soudage à l'arc utilisant une électrode en tungstène non consommable pour générer l'arc de soudage. Cet arc est établi entre l'électrode en tungstène et la pièce en aluminium, faisant fondre le matériau de base et le métal d'apport introduit dans le bain de fusion. Un gaz de protection, généralement un gaz inerte comme l'argon ou l'hélium (ou un mélange des deux), traverse la torche de soudage pour protéger l'électrode, le bain de fusion et le métal de base environnant de la contamination atmosphérique. Contrairement aux autres procédés de soudage, le soudage TIG offre un contrôle exceptionnel de l'apport de chaleur et de la quantité de métal d'apport ajoutée, permettant des soudures précises et esthétiques. Polyvalent et applicable à un large éventail de métaux, le soudage TIG est particulièrement apprécié pour les matériaux comme l'aluminium, où la propreté et la maîtrise de la chaleur sont primordiales.

Quels types d'alliages d'aluminium peuvent être soudés TIG ?

L'aluminium, apprécié pour sa légèreté, sa résistance à la corrosion et son excellente conductivité, est un matériau omniprésent dans de nombreux secteurs, de l'aéronautique et de l'automobile à la construction et aux biens de consommation. Cependant, sa soudabilité varie considérablement selon la composition de son alliage. Comprendre les différentes séries d'alliages d'aluminium et leurs caractéristiques est essentiel pour réussir un soudage TIG.  

Plusieurs séries d'alliages d'aluminium présentent une bonne soudabilité avec le procédé TIG :

• Série 1xxx (Aluminium pur) : Ces alliages, composés d'au moins 99 % d'aluminium, offrent généralement une excellente soudabilité. Ils sont généralement utilisés dans les applications exigeant une conductivité électrique et thermique élevée ou une résistance à la corrosion.  
• Série 3xxx (Aluminium-Manganèse) : L'ajout de manganèse améliore la résistance de ces alliages sans altérer significativement leur soudabilité. Ils trouvent des applications dans les ustensiles de cuisine, les récipients sous pression et les échangeurs de chaleur.  
• Série 5xxx (Aluminium-Magnésium) : Ces alliages présentent une bonne soudabilité et une résistance supérieure à celle des séries 1xxx et 3xxx. Ils sont couramment utilisés dans les applications marines, les carrosseries de véhicules et les réservoirs de stockage.  
• Série 6xxx (Aluminium-Magnésium-Silicium) : Ces alliages traitables thermiquement offrent un bon équilibre entre résistance et soudabilité. Ils sont largement utilisés dans les extrusions pour applications architecturales, les cadres de vélo et les composants automobiles. Un traitement thermique post-soudage permet souvent de restaurer la résistance perdue pendant le soudage.  

A l’inverse, certaines séries d’alliages d’aluminium, notamment le 2xxx (Aluminium-Cuivre) et 7xxx Les séries (aluminium-zinc) sont généralement considérées comme moins soudables en raison de leur susceptibilité à la fissuration à chaud et à d'autres défauts de soudageCes alliages nécessitent souvent des techniques de soudage et des matériaux d’apport spécialisés pour obtenir des résultats acceptables.  

Le choix d'un alliage d'apport approprié est primordial pour le soudage TIG de l'aluminium. Le métal d'apport doit être chimiquement compatible avec le matériau de base afin de garantir une résistance à la corrosion et une solidité de la soudure adéquates, et de minimiser les risques de fissuration. Par exemple, pour le soudage de l'aluminium de la série 5xxx, un alliage d'apport de la série 5xxx est généralement recommandé. La consultation des plans de soudage et des spécifications des matériaux est essentielle pour choisir le métal d'apport adapté à une combinaison d'alliages d'aluminium spécifique.  

Quelle est la cause de la fissure du soudage TIG en aluminium ?

Malgré la précision et le contrôle offerts par le soudage TIG, les fissures restent une préoccupation majeure lors du soudage de l'aluminium. Comprendre les principales causes de ces fissures est essentiel pour mettre en œuvre des mesures préventives efficaces. Les deux principaux types de fissures rencontrés dans le soudage TIG soudage TIG de l'aluminium il y a le craquage à chaud et le craquage à froid.

1. Fissuration à chaud (fissuration par solidification)

Ce type de fissuration se produit lors de la solidification du bain de fusion et se caractérise par des fractures intergranulaires le long des joints de grains. Plusieurs facteurs contribuent à la fissuration à chaud des soudures d'aluminium :  

• Sélection inappropriée du métal d'apport : L'utilisation d'un alliage d'apport avec une teneur insuffisante en silicium peut augmenter la susceptibilité à la fissuration à chaud. Le silicium améliore la fluidité du bain de soudure et réduit la plage de solidification.  
• Vitesses de soudage élevées : Une solidification rapide due à des vitesses de soudage élevées peut entraîner une augmentation des contraintes sur le métal de soudure en cours de solidification, favorisant ainsi la formation de fissures.  
• Apport de chaleur excessif : Bien qu’une chaleur suffisante soit nécessaire pour la fusion, un apport de chaleur excessif peut créer un bain de soudure large et peu profond, plus sujet aux contraintes de retrait lors de la solidification.
• Conception conjointe : Les conceptions de joints qui limitent le retrait ou créent des concentrations de contraintes peuvent augmenter considérablement le risque de fissuration à chaud.  
• Présence d'eutectiques ou d'impuretés à bas point de fusion : Certaines impuretés ou la formation de phases à bas point de fusion aux joints de grains peuvent affaiblir le métal de soudure en cours de solidification.

2. Craquage à froid (craquage induit par l'hydrogène)

Ce type de fissuration survient généralement après la solidification complète de la soudure et est souvent associé à la présence d'hydrogène dans le métal d'apport. Les facteurs contributifs sont les suivants :  

• Humidité et contaminants : L'humidité présente sur le métal de base, le métal d'apport ou même dans le gaz de protection peut introduire de l'hydrogène dans le bain de soudure. Les oxydes et autres contaminants présents à la surface de l'aluminium peuvent également piéger l'humidité.  
• Porosité: La porosité dans la soudure peut créer des vides où l’hydrogène peut s’accumuler, augmentant ainsi le risque de fissuration.
• Contraintes résiduelles élevées : Des contraintes résiduelles élevées dans la soudure, souvent dues à des joints contraints ou à un chauffage et un refroidissement inégaux, peuvent exacerber les effets de la fragilisation par l'hydrogène.  

3. Autres causes potentielles

Une mauvaise préparation des joints, comme un nettoyage insuffisant de la couche tenace d'oxyde d'aluminium, peut entraîner une fusion incomplète et des défauts potentiels susceptibles de se propager en fissures. Une couverture insuffisante de gaz de protection peut favoriser la contamination atmosphérique, entraînant porosité et fragilisation des soudures. Des techniques de soudage inadaptées, comme une longueur d'arc excessive ou un angle de course incorrect, peuvent également contribuer à l'apparition de défauts de soudure et augmenter le risque de fissuration.

Comment éviter les fissures dans le soudage TIG de l'aluminium

La prévention des fissures dans les soudures TIG de l'aluminium exige une attention méticuleuse tout au long du processus de soudage. La mise en œuvre des bonnes pratiques suivantes peut réduire considérablement le risque de fissures :

• Materielle préparation: Nettoyez soigneusement le métal de base et la baguette d'apport immédiatement avant le soudage afin d'éliminer toute trace d'oxyde, de graisse, d'humidité et autres contaminants. Des méthodes de nettoyage mécaniques, comme le brossage à l'aide d'une brosse métallique en acier inoxydable, sont souvent nécessaires pour percer la couche d'oxyde d'aluminium.  
• Sélection du métal d'apport : Choisissez toujours un alliage d'apport spécialement conçu pour l'alliage d'aluminium de base à souder et envisagez d'utiliser des alliages d'apport avec une teneur en silicium légèrement plus élevée (par exemple, 4043 ou 4643 pour de nombreux alliages d'aluminium) pour améliorer la fluidité du bain de soudure et la résistance aux fissures.
• Paramètres de soudage : Contrôlez soigneusement l'apport de chaleur en ajustant l'ampérage et la vitesse de soudage. Recherchez un apport de chaleur équilibré qui assure une pénétration adéquate sans élargissement excessif du bain de soudure. Envisagez le soudage TIG pulsé, qui peut réduire l'apport de chaleur moyen tout en maintenant la pénétration et en améliorant la qualité de la soudure. Maintenez une longueur d'arc constante et courte.  
• Gaz de protection: Utilisez un gaz de protection argon de haute qualité, sec et pur avec un débit approprié pour assurer une couverture complète du bain de soudure et éviter la contamination atmosphérique.  
• Conception conjointe : Concevez les joints de manière à minimiser les concentrations de contraintes et à permettre un retrait adéquat lors de la solidification. Envisagez d'utiliser des angles plus larges pour les joints bout à bout et d'éviter les configurations de joints trop contraintes.
• Préchauffage: Pour les sections en aluminium plus épaisses, le préchauffage à une température modérée (généralement entre 200 et 400 °F ou 93 et ​​204 °C) peut aider à réduire les gradients thermiques, à ralentir la vitesse de refroidissement et à minimiser les contraintes de retrait, réduisant ainsi le risque de fissuration à chaud.
• Nettoyage après soudure : Après le soudage, nettoyez soigneusement la zone de soudure pour éliminer tout résidu de soudure ou décoloration.

Le soudage TIG de l'aluminium, tout en offrant une précision et une qualité exceptionnelles, exige une compréhension approfondie des propriétés du matériau et des risques potentiels. Il est essentiel de connaître les caractéristiques de soudabilité des différents alliages d'aluminium et les principales causes de fissuration – fissuration à chaud lors de la solidification et fissuration à froid due à la fragilisation par l'hydrogène. En respectant les meilleures pratiques en matière de préparation du matériau, de choix du métal d'apport, de paramètres de soudage et de conception des joints, les soudeurs peuvent réduire considérablement le risque de fissuration et maîtriser l'art de réaliser des soudures TIG en aluminium solides, durables et esthétiques, exploitant ainsi tout le potentiel de ce matériau polyvalent pour un large éventail d'applications.