PARTIE 2 : LA SOUDABILITÉ DES ALLIAGES D’ALUMINIUM

Soudabilité des alliages d’aluminium

Les différentes séries d’alliage sont toutes soudables, mais certaines nuances de la série 7XXX sont plus difficilement soudables de par leur grande sensibilité à la fissuration. La soudabilité opératoire de l’aluminium est généralement bonne. Cependant, il faut prendre certaines précautions lors du soudage de l’aluminium.

Les familles d’alliages qui se soudent le plus facilement sont les séries 1XXX, 3XXX et 5XXX qui n’ont pas été traitées thermiquement. La série 6XXX peut aussi être soudée facilement, mais le soudage provoque une baisse des propriétés mécaniques.

Les alliages à résistance élevée des séries 2XXX et 4XXX sont soudables, mais il faut prendre des précautions particulières. À l’intérieur de la famille 7XXX, seulement les alliages 7039 et 7005 sont soudables. De plus, les soudures vieillissent naturellement et retrouvent 70 à 90% de leur résistance mécanique antérieure à l’intérieur de 30 à 90 jours suivant le soudage.

Soudabilité globale

La chaleur nécessaire pour fusionner le métal de base lors du soudage abaisse la résistance mécanique à l’intérieur de la zone affectée thermiquement en provoquant un recuit. Dans le cas d’un alliage ayant été écroui pour obtenir ses propriétés mécaniques, il n’est pas possible de régénérer les propriétés de cette zone par un traitement thermique.

Soudabilité opératoire

La couche d’alumine (Al2O3) recouvrant l’aluminium et ses alliages est de l’ordre de 0,01 mm (0,0004 po) et a tendance à s’accroître avec la température. Cette mince couche est isolante thermiquement et électriquement en plus d’être insoluble dans le métal liquide. Elle est également de densité moindre et c’est pour cette raison que lors de la fusion du métal, elle demeure sur le dessus du bain de fusion.

Pour souder l’aluminium, il faut donc éliminer cette couche néfaste au soudage, soit par des moyens mécaniques, tels que la meule et la brosse d’acier inoxydable, soit par des moyens chimiques comme les solutions fortement alcalines.

Lors du soudage au gaz (Sodel 480) ou à l’électrode enrobée (Sodel 118), le décapant (flux) contenu dans la baguette ou le laitier provenant de la fusion de l’enrobage empêche la couche d’oxyde de se reformer. De même, avec les procédés de soudage GTAW (TIG) ou GMAW (MIG), la protection gazeuse utilisée protège le bain de fusion de la contamination de l’air et aide à minimiser la formation de la couche d’oxyde. De plus, lors du soudage au GTAW (TIG), l’utilisation du courant alternatif brise la couche d’oxyde qui se reforme à haute température.

Une autre difficulté lorsqu’on soude l’aluminium est due à sa grande conductibilité thermique. Pour contrer les pertes de chaleur par le phénomène de diffusion thermique, il est souvent nécessaire de préchauffer les parties à joindre entre 200 et 260°C (400 et 500°F). Le préchauffage stabilise l’arc de soudage en le rendant moins erratique en plus de favoriser une bonne pénétration. Lorsqu’il s’agit de pièces en aluminium traitables thermiquement ou sujettes au vieillissement, il est important de connaître les conséquences du préchauffage sur les propriétés mécaniques de l’alliage en cause. Parfois une température trop élevée provoque une baisse de certaines propriétés mécaniques ou une fragilisation.

Soudabilité métallurgique

Le soudage des alliages d’aluminium peut entraîner une baisse de la résistance mécanique du métal de base s’il est écroui, et ce partout où la température atteinte à l’intérieur de la pièce est supérieure à 350°C (660°F) lors du soudage. Il est impossible de régénérer les propriétés mécaniques qui ont été obtenues par écrouissage avec un traitement thermique après le soudage. Selon l’application, il est important de tenir compte de cette perte de résistance dans la ZAT.

Si l’alliage a subi un ou des traitements thermiques avant le soudage, il faut tenir compte que le soudage fera disparaître tous les effets des traitements thermiques précédents. Plus la zone affectée est grande, plus la diminution des propriétés mécaniques a un effet néfaste sur la performance de la pièce lorsque mise en service. Cependant une faible zone a des effets limités sur la baisse des propriétés mécaniques. C’est pourquoi, il est important de toujours restreindre au minimum la largeur de la zone affectée thermiquement.

Généralement dans le cas d’un alliage d’aluminium qui a été durci par précipitation, même si en pratique c’est difficilement réalisable, il est préférable de suivre dans l’ordre l’une ou l’autre des méthodes suivantes;

-homogénéisation                             -soudage d’un alliage déjà mis en solution

-Soudage                          ou               (exemple condition T4)

-mise en solution                              -Vieillissement

-Vieillissement

Métaux d’apport

Le choix du métal d’apport est surtout fonction de la soudabilité, des propriétés mécaniques désirées ou de la résistance à la corrosion.

Pour minimiser la fissuration à chaud, on utilise la Sodel 118 pour le soudage à l’électrode enrobée ou la Sodel 480 au chalumeau. La teneur élevée en silicium de cette électrode et cette baguette offre un bon pouvoir désoxydant en plus d’abaisser la température de fusion du métal d’apport. De plus, la faible teneur en magnésium de ces produits diminue également les risques de fissuration à chaud.

CONSEILS PRATIQUES LORS DU SOUDAGE DE L’ALUMINIUM

1- Dans le cas des alliages traités thermiquement :
– Choisir un alliage qui est le moins affecté par le cycle thermique de soudage.
– Concevoir les assemblages de telle sorte que le joint soudé soit situé dans un endroit moins sollicité.
– Utiliser un cycle de soudage aussi bref que possible.

2- Les alliages aluminium – cuivre (série 2XXX), sont très susceptibles aux effondrements du bain de fusion. Pour minimiser les risques, il faut passer l’intervalle de solidification rapidement.

3- Si la température du métal de base dépasse 350°C (660°F), il y a recristallisation de la zone écrouie entraînant une baisse de la résistance mécanique.

4- Lors du soudage, il peut se produire un recuit qui fait disparaître tous les effets des traitements thermiques antérieurs.

5- La sensibilité à la fissuration à chaud est plus grande si le bain de fusion contient entre 0,5% et 1,5% de silicium et / ou entre 0,5% à 2,5% de magnésium.

6- Les alliages aluminium – magnésium (série 6XXX) sont les plus résistants à la corrosion atmosphérique. Cependant, ils sont anodiques par rapport à plusieurs alliages non-traités thermiquement et peuvent se corroder lorsque joints à ces derniers.

7- L’utilisation d’un métal d’apport contenant du silicium (exemple 4043), pour le soudage d’un alliage sans silicium, entraîne un noircissement de la soudure lors d’un traitement d’anodisation postsoudage.

8- Une bonne préparation du joint assure une bonne pénétration et de bonnes propriétés mécaniques (voir le paragraphe sur la Soudabilité opératoire).