Comment préparer et souder le titane et les alliages de titane

Pour souder le titane et les alliages de titane, il faut d’abord éliminer l’oxyde, l’huile, l’humidité et toute autre contamination de la zone d’assemblage, puis protéger tout le métal qui reste suffisamment chaud pour s’oxyder. Le soudage à l’arc au tungstène sous gaz et le soudage à l’arc sous gaz avec fil-électrode sont les méthodes abordées ici, les dispositifs de protection étant choisis en fonction de l’assemblage et de l’épaisseur de la pièce.

Préparation du titane et des alliages de titane en vue du soudage

Avant de souder du titane ou un alliage de titane, il faut nettoyer soigneusement la zone de soudure et ses environs afin d'éliminer toute trace d'huile, de saleté, de rouille et de calamine, et veiller à ce que les surfaces restent sèches.

1. Éliminer la couche d'oxyde. La calamine d'oxyde peut être éliminée à l'aide d'une brosse métallique en acier inoxydable ou d'une lime, par jet de vapeur ou par grenaillage, ou encore par meulage à l'aide d'une meule en carbure de silicium. Le décapage à l'acide doit être effectué immédiatement après l'élimination de la calamine afin de garantir que la surface soit exempte d'oxydes et de graisse.
2. Dégraissez la surface. En cas de présence de tartre, il convient de l'éliminer avant le dégraissage ; en l'absence de tartre, le dégraissage seul suffit. Des solvants adaptés peuvent être utilisés sur les surfaces contaminées par de l'huile. Une solution de nettoyage couramment utilisée contient 3% d'acide fluorhydrique et 35% d'acide nitrique en volume. La pièce est immergée à température ambiante pendant environ 10 minutes, rincée pour éliminer les résidus de solution, puis séchée. Une pièce sensible à la corrosion sous contrainte doit être rincée après le décapage avec de l’eau sans chlorure plutôt qu’avec de l’eau du robinet. Les gants en caoutchouc peuvent laisser des plastifiants sur la pièce et entraîner ainsi une porosité de la soudure. Les bords de tôles fraîchement cisaillés nécessitent également cette opération de décapage, car les fragments métalliques et les petites fissures créés lors du cisaillage peuvent favoriser l’apparition de porosité lors du soudage.

Les pièces nettoyées doivent être soudées immédiatement. Si un stockage s’avère nécessaire, placez les pièces dans un conteneur contenant un dessiccant ou dans un local à humidité contrôlée. Sinon, effectuez à nouveau un léger décapage avant le soudage.

Choix d'un procédé de soudage

Le titane s'oxyde facilement dans les zones de soudure à des températures supérieures à 400 °C. Toutes les zones dépassant cette température doivent donc être protégées par un gaz inerte pendant le soudage. Le soudage à l'oxyacétylène, le soudage à l'arc avec électrode enrobée, le soudage à l'arc submergé et le soudage par électro-scories ne conviennent pas au titane ni aux alliages de titane.

Soudage TIG (à l’arc avec électrode de tungstène)

Le soudage à l'arc sous gaz avec électrode de tungstène (GTAW ou TIG) peut être manuel ou automatique. En fonction de l'environnement de soudage, on distingue le soudage à l'air libre et le soudage en chambre.

1. Soudage à l'air libre. Une configuration classique comprend une buse de chalumeau de grand diamètre, un écran de protection arrière et un dispositif de gaz de protection. L'écran de protection arrière et le dispositif de gaz de protection protègent le métal soudé à une température supérieure à 400 °C à l'aide d'argon ou d'un mélange d'argon et d'azote afin d'empêcher son oxydation.
2. Soudage en chambre. Les assemblages soudés complexes peuvent être difficiles à protéger efficacement à des températures supérieures à 400 °C ; ils peuvent donc être soudés à l'intérieur d'une chambre rigide ou flexible.
   1. Chambre rigide. Avant le soudage, évacuer la chambre jusqu'à une pression comprise entre 1,3 et 13 Pa, puis la remplir d'argon ou d'un mélange d'argon et d'hélium. La torche peut être relativement simple, sans écran de protection arrière, et aucun débit supplémentaire de gaz de protection n'est nécessaire pendant le soudage.
   2. Chambre flexible. L'air peut être éliminé soit en mettant la chambre sous vide avant le soudage, soit en la repliant et en la purgeant à plusieurs reprises à l'argon. La pureté du gaz de protection étant moindre dans une chambre flexible, on utilise toujours une torche classique et la protection par gaz doit être maintenue tout au long du soudage.

Soudage MIG (à l’arc avec fil-électrode)

Le soudage à l'arc sous gaz avec fil-électrode (GMAW ou MIG) est couramment utilisé pour les pièces d'épaisseur moyenne et épaisse. Le transfert par court-circuit convient aux pièces à parois minces, tandis que le transfert par pulvérisation est adapté aux sections d'épaisseur moyenne et épaisse.

Par rapport au GTAW, le GMAW présente un apport de chaleur plus élevé. Étant donné que la quantité de fil d'apport déposée est plus importante, un angle de rainure plus grand est généralement nécessaire. Pour les pièces d'une épaisseur comprise entre 15 et 25 mm, on utilise couramment une rainure en V simple à 90° ou une rainure en I avec un écart de 1 à 2 mm et une passe de soudure de chaque côté. Le soudage GMAW permet de réduire le nombre de couches, de diminuer la porosité et de réduire les coûts de production. Un écran de protection arrière de la torche reste toutefois nécessaire. La partie de la soudure exposée à une température supérieure à 400 °C étant plus longue qu’avec le soudage GTAW, cet écran de protection doit également être plus long et refroidi à l’eau. Le principal inconvénient réside dans une plus grande projection de soudure.