Soudage MIG, TIG et par friction-malaxage de l'aluminium

Les alliages d'aluminium étant très largement utilisés, leurs procédés de soudage comprennent désormais, entre autres, le soudage à l'arc sous gaz pulsé, le soudage à l'arc sous gaz avec électrode de tungstène (TIG) en courant alternatif et le soudage par friction-malaxage.

Les alliages d'aluminium présentent généralement une bonne aptitude au formage à chaud et à froid ainsi qu'une bonne soudabilité, et peuvent être assemblés à l'aide de procédés de fusion classiques. Parmi les options courantes, on peut citer le soudage à l'arc sous protection gazeuse, le soudage à l'arc sous argon, le soudage à l'arc plasma, le soudage par résistance et le soudage par faisceau d'électrons. Les procédés caractérisés par une puissance thermique élevée, une énergie concentrée et une protection efficace sont particulièrement adaptés.

Actuellement, les équipements destinés au transport ferroviaire sont principalement soudés à l'aide de procédés automatisés sous protection gazeuse. Les méthodes de pointe, telles que le soudage hybride laser-arc, en sont encore au stade du développement et font l'objet d'essais d'application à petite échelle.

Soudage MIG

Équipement

Un système MIG se compose principalement d'une source d'alimentation, d'un contrôleur, d'un dévidoir, d'une torche de soudage, d'un faisceau de câbles et d'un câble de mise à la terre.

Caractéristiques

Le soudage MIG offre une productivité élevée, et le soudage MIG à courant élevé est particulièrement adapté aux tôles épaisses. La déformation après soudage est un peu plus importante, et la qualité dépend en partie des performances de l’équipement. Le contrôle de la porosité de la soudure est la préoccupation principale. L’hydrogène peut provenir de plusieurs sources.

Mode de transfert de métal

Les trois modes de transfert sont le court-circuit, la projection par pulvérisation et la projection par pulvérisation projetée. Le mode « court-circuit » utilise un arc court accompagné d’un claquement et d’une pénétration peu profonde. Il est principalement utilisé pour les joints d’angle ou les joints bout à bout dans des parois de 1 à 2 mm, avec un faible courant et un fil de 0,8 ou 1,0 mm. Le transfert par pulvérisation présente un arc plus long accompagné d’un sifflement et produit une pénétration étroite et profonde en forme de doigt ; cela peut entraîner une fusion incomplète sur les côtés, de la porosité et des fissures. Le transfert par projection de spray présente un arc légèrement plus long et un léger claquement. Il produit un profil de pénétration en forme de cuvette et offre de meilleures propriétés mécaniques que la pénétration peu profonde du transfert par court-circuit ou que la pénétration en forme de doigt du transfert par spray.

Le transfert par projection est généralement recommandé pour le soudage MIG de l'aluminium.

Facteurs influant sur la qualité

L'argon est le gaz de protection habituellement utilisé ; les mélanges Ar-He peuvent améliorer le rendement et réduire la porosité. La vitesse d'alimentation du fil, l'angle du pistolet, la vitesse de déplacement et la hauteur de la buse doivent être contrôlées. Utilisez une gaine PTFE ou en nylon plutôt qu'une gaine à ressort métallique, et n'utilisez pas de rouleau d'entraînement dentelé.

Remarque : 1.L = première passe ; 2.L = deuxième passe ; le fil d'apport est de la même nature que le métal de base ; le gaz de protection est de l'argon ; G = passe sur la face arrière.

Conception des rainures

La géométrie du joint est déterminée par l'épaisseur du matériau et la conception structurelle. Les angles des rainures en aluminium doivent être plus grands que ceux des rainures en acier, car des défauts de racine se forment facilement ; une ouverture plus grande améliore les conditions au niveau de la racine.

En position à plat, orientez le pistolet dans le sens de déplacement, à un angle compris entre 5° et 20° par rapport à la verticale, en inclinant le fil vers le côté qui évacue le plus efficacement la chaleur.

Les matériaux d'une épaisseur supérieure à 8 mm nécessitent plusieurs passes. La passe de racine est cruciale, car de nombreux défauts de soudure de l'aluminium apparaissent au niveau de la racine. Réalisez-la rapidement en utilisant un cordon de soudure fin afin que le métal déposé ne recouvre pas la racine et n'emprisonne pas les défauts.

Soudage TIG

Équipement

Un système TIG se compose principalement d'une source d'alimentation de soudage, d'un contrôleur et d'une torche.

Caractéristiques

Le soudage TIG est adapté aux tôles fines et offre une faible déformation, une faible porosité et une qualité élevée pour les produits exigeants. Utilisez le soudage TIG en courant alternatif avec protection gazeuse par l'arrière. La demi-période négative élimine le film d'oxyde, tandis que la demi-période positive réduit la surchauffe du tungstène. Les causes typiques de porosité sont un argon de faible pureté, un fil ou des rainures encrassés, un protection inefficace, des paramètres inadaptés, une extension excessive de l'électrode et un arc trop long ou instable.

Technique opératoire

La technique habituelle pour un soudeur droitier est le soudage « en coup droit » : tenir la torche dans la main droite, le fil dans la main gauche, incliner la torche de 20° vers la droite et faire avancer le fil vers le bain de fusion à un angle de 15° par rapport à la pièce à souder.

Commencez par former un bain de fusion à l'aide de l'arc. Introduisez le fil dans ce bain par le dessous de l'arc en effectuant un mouvement répétitif d'avant en arrière. Ne déplacez pas le fil trop loin sous l'arc, car cela ferait baisser la température du bain de fusion. Faites fondre la pointe du fil dans le bord d'attaque du bain de fusion et maintenez-la à l'intérieur de l'enveloppe de protection.

Soudage par friction-malaxage

Équipement

L'opération est réalisée à l'aide d'un outil rotatif composé d'une tige profilée, d'un support et d'un épaulement cylindrique.

Principe et caractéristiques

L'outil rotatif transfère la chaleur de friction dans le joint, amenant le matériau à un état thermoplastique plastifié à mesure que l'outil se déplace le long du joint. Au début, la broche profilée tourne rapidement et pénètre dans le joint. La friction entre la broche et le métal forme une couche thermoplastique, tandis que le contact avec l'épaulement apporte de la chaleur supplémentaire. Le métal plastifié se déplace en continu de l'avant vers l'arrière de l'outil et comble la cavité. La zone de soudure subit une compression, un échauffement par frottement, une déformation plastique, un transfert, une diffusion et une recristallisation.

Parmi les avantages, on peut citer :

1. Assemblage à l'état solide.
2. Peu ou pas de distorsion.
3. Capacité à assembler des matériaux difficiles à joindre, tels que l'aluminium à haute résistance, les pièces moulées et les matériaux composites.
4. Pas de gaz de protection.
5. Excellentes propriétés mécaniques, notamment en matière de résistance à la fatigue.
6. Pas de fumée nocive, ni de rayonnement infrarouge, ni de rayonnement ultraviolet.
7. Vitesse de déplacement élevée.
8. Aucun défaut de soudage par fusion, tel que des pores ou des fissures.
9. En règle générale, aucune préparation préalable à la soudure n'est nécessaire au niveau du joint.
10. Pas de grains colonnaires dans la jointure ; l'écoulement plastique affine les grains.

Parmi les limites, on peut citer :

1. Aucun renfort de soudure ; les extrémités de la pièce doivent former un joint bout à bout, et les soudures d'angle ne sont pas autorisées.
2. À l'heure actuelle, il n'est pas possible de souder des surfaces courbes en trois dimensions.
3. La partie saillante de l'outil peut laisser un trou de sortie à l'extrémité du joint.
4. Un support doit résister à la force de frottement.
5. Le désalignement et l'écart au niveau des joints doivent faire l'objet d'un contrôle rigoureux.
6. Son utilisation en production se limite actuellement aux métaux légers.