Comment préparer les alliages d'aluminium pour le soudage

Le nettoyage avant soudage est essentiel à la qualité des soudures de l'aluminium et des alliages d'aluminium. L'aluminium s'oxyde facilement et forme un film d'oxyde dense et dur qui absorbe l'humidité. Ce film empêche une bonne fusion et est à l'origine de porosités et d'inclusions. L'huile, la rouille, le calamine et d'autres contaminants peuvent également générer des pores. Le fil et l'assemblage doivent donc être nettoyés minutieusement pour éliminer l'oxyde et l'huile. Les trois principales méthodes sont le dégraissage, le nettoyage chimique et le nettoyage mécanique.

1. Dégraissage

Nettoyez les traces d'huile présentes sur le fil d'apport et la zone de soudure à l'aide d'essence, d'alcool, d'acétone, d'acétate d'éthyle, de tétrachlorure de carbone ou d'un autre solvant adapté. Nettoyez la rainure ainsi qu'une bande de 30 à 50 mm de chaque côté.

2. Nettoyage chimique

Les solutions acides et alcalines réagissent avec l'huile, la saleté, la rouille, le tartre et l'oxyde pour former des produits solubles et mettre à nu la surface métallique de la pièce à usiner et du fil.

Pour un nettoyage chimique complet :

1. Graver la pièce et le fil pendant 10 à 15 minutes dans une solution de NaOH 8%–10% à une température comprise entre 40 et 60 °C.
2. Rincez à l'eau froide pendant environ 2 minutes.
3. Neutraliser dans une solution d'acide nitrique diluée selon le rapport 30% en volume. Il ne doit subsister aucune tache jaune ou noire.
4. Rincez pendant 2 à 3 minutes à l'eau à une température comprise entre 50 et 60 °C et frottez à l'aide d'une brosse à poils durs.
5. Faites sécher environ 30 minutes dans un four à une température comprise entre 100 et 150 °C.

Si la pièce est trop grande pour être entièrement immergée, retirez le film localement :

1. Chauffez la rainure et une bande de 30 à 50 mm de chaque côté à une température comprise entre 80 et 100 °C à l'aide d'une flamme oxyacétylénique.
2. Essuyez ces zones avec une solution de NaOH 10%–15%. Lorsqu’elles commencent à blanchir, neutralisez-les avec une solution d’acide nitrique diluée 30%.
3. Rincez abondamment à l'eau froide.
4. Laissez sécher la pièce à l'air libre.

Ni la température ni la concentration de la solution ne doivent être trop élevées. Une réaction trop vive entraîne la formation d’un film blanc qui nuit au soudage. Il faut éliminer les résidus de solution par rinçage afin d’éviter l’apparition de piqûres localisées et de réduire la durée de vie de la pièce. Grâce aux progrès réalisés dans la fabrication des fils d’apport, le nettoyage chimique des fils modernes n’est généralement plus nécessaire.

3. Nettoyage mécanique

Les méthodes mécaniques permettent d'éliminer les films d'oxyde, les produits de corrosion et la calamine. Elles sont couramment utilisées pour les pièces de grande taille, les cycles de production longs, les soudures multicouches ou en cas de recontamination après un nettoyage chimique.

Commencez par dégraisser à l'essence, à l'alcool, à l'acétone ou avec un autre solvant organique. Utilisez ensuite une brosse métallique en acier inoxydable ou un grattoir pour éliminer l'oxyde sur une largeur de 50 mm de part et d'autre de la rainure, jusqu'à ce que le métal retrouve son éclat. N’utilisez pas de papier abrasif ni de meule : l’aluminium tendre peut retenir des particules abrasives qui provoqueront par la suite des défauts de soudure. Après le nettoyage mécanique, essuyez la face d’extrémité et les deux côtés de la zone de soudure avec de l’acétone ou de l’alcool pour éliminer les résidus d’oxyde, d’huile et autres impuretés.

Le nettoyage mécanique est simple, mais généralement moins efficace que le nettoyage chimique et permet difficilement d'éliminer l'oxyde présent sur le fil d'apport. L'utilisation conjointe des deux méthodes donne les meilleurs résultats, même si les pièces non critiques peuvent parfois être soudées après un simple dégraissage.

Le soudage doit commencer sans délai, car un nouveau film d'oxyde se forme pendant le stockage. Le délai après le nettoyage ne doit pas dépasser 4 h ; dans le cas contraire, les pièces doivent être nettoyées à nouveau. Cette exigence est particulièrement importante en cas d'humidité relative élevée. Le fil d'aluminium poli par voie électrochimique peut rester utilisable pendant une période relativement longue à l'air libre et pendant près de six mois s'il est conditionné sous plastique.

4. Barres d'appui

L'aluminium présente une faible résistance aux hautes températures — seulement 10 MPa à 370 °C —, ce qui peut entraîner l'effondrement ou la perforation de la soudure. On utilise souvent une barre d'appui en graphite, en acier inoxydable ou en cuivre pour soutenir le métal en fusion tout en permettant une pénétration complète. Une barre d'appui en cuivre ne doit pas contaminer la soudure : si l'arc l'atteint, un alliage aluminium-cuivre peut se former, créant une zone fragile et sensible à la corrosion. Usinez une rainure arquée directement sous le cordon de soudure afin de donner à la racine de la soudure un profil solide.

Le support doit également refroidir la racine, ce qui permet de réduire la zone affectée par la chaleur et d'améliorer les propriétés du joint. Une barre de cuivre refroidie à l'eau offre un excellent refroidissement, tandis que l'acier inoxydable est le matériau qui offre le moins bon effet de refroidissement.

5. Dispositifs de soudage

Des dispositifs de fixation adaptés permettent de réaliser rapidement des soudures reproductibles et de haute qualité. Ils réduisent le recours au soudage par points, améliorent l'ajustement des pièces et simplifient le soudage. Leur conception doit assurer une force de serrage uniforme, offrir un bon accès à la torche, permettre un démontage aisé et rester aussi simple et pratique que possible.

6. Préchauffage

Les alliages d'aluminium non traitables thermiquement ne nécessitent généralement pas de préchauffage, tandis que les alliages traitables thermiquement peuvent en tirer profit. Le préchauffage élimine l’humidité de surface, réduit les gradients de température grâce à un chauffage et un refroidissement lents, diminue les risques de déformation, de manque de pénétration, de porosité et de fissuration, augmente la vitesse de déplacement et réduit la durée pendant laquelle l’aluminium fondu reste à haute température, limitant ainsi la perte d’éléments d’alliage.

Les pièces d’une épaisseur supérieure à 8 mm nécessitent généralement un préchauffage. Utilisez une température comprise entre 100 et 300 °C, car une température excessive réduit la résistance de la soudure et la résistance à la corrosion. Le chauffage peut être effectué à l'aide d'une flamme oxyacétylénique ou dans un four et doit couvrir environ 150 mm de chaque côté du cordon de soudure. Pour les assemblages entre des épaisseurs inégales, ne chauffez pas le côté le plus fin.

Exigences environnementales

Le soudage de l'aluminium est sensible à la température ambiante et à l'humidité. Les conditions environnementales recommandées sont une température d'au moins 8 °C et une humidité relative ne dépassant pas 80%.