Méthodes de soudage de l'aluminium et techniques de soudage des alliages d'aluminium: un guide détaillé

L’aluminium et les alliages d’aluminium représentent la catégorie de matériaux de structure non ferreux la plus utilisée dans l’industrie. Ces alliages d'aluminium se caractérisent par une bonne résistance à la corrosion, une résistance spécifique et une conductivité thermique élevées, ainsi que par la capacité à conserver des propriétés mécaniques favorables à basse température. Grâce à ces propriétés, le soudage des alliages d'aluminium est largement utilisé dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile, l'électrotechnique, l'industrie chimique, les transports et la défense nationale.

Il existe de nombreuses méthodes de soudage de l'aluminium, chacune adaptée à différents scénarios d'application. En plus du soudage par fusion d'aluminium, du soudage par résistance et du soudage au gaz conventionnels, d'autres procédés d'assemblage de l'aluminium, tels que le soudage à l'arc plasma, le soudage par faisceau d'électrons, le brasage et le soudage par diffusion sous vide, peuvent également facilement assembler des alliages d'aluminium.

Le choix d'une technique de soudage de l'aluminium appropriée repose, entre autres facteurs, sur la qualité de l'aluminium ou de l'alliage d'aluminium, l'épaisseur de la pièce, la structure du produit et les exigences de soudabilité.

(1) Soudage au gaz pour l'aluminium (soudage oxy-acétylène)
La flamme de soudage au gaz oxyacétylène possède une faible puissance thermique et une chaleur relativement dispersée, ce qui entraîne une déformation importante de la pièce et une faible productivité. Lors du soudage au gaz de composants en aluminium plus épais, un préchauffage est nécessaire ; le métal post-soudé présente non seulement des grains grossiers et une structure lâche, mais est également sujet à des défauts tels que des inclusions d'alumine, de la porosité et des fissures. Cette méthode de soudage au gaz d'aluminium est utilisée uniquement pour les pièces structurelles en aluminium non critiques d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 mm et pour le soudage de réparation de pièces moulées.

(2) Soudage à l'arc au gaz tungstène (soudage GTAW / TIG pour l'aluminium)
Cette méthode est réalisée sous protection gazeuse argon. La chaleur est relativement concentrée, l'arc brûle de manière stable, le métal soudé est dense et les joints soudés possèdent une résistance et une ductilité élevées. Le soudage TIG de l'aluminium a gagné en applications industrielles de plus en plus répandues. Le soudage à l'arc sous gaz tungstène est un procédé de soudage de l'aluminium hautement raffiné ; cependant, son équipement est relativement complexe et il n’est pas adapté à un fonctionnement en extérieur, à l’air libre.

(3) Soudage à l'arc sous gaz métal (soudage GMAW / MIG pour l'aluminium)
Le soudage à l'arc sous gaz automatique et semi-automatique présente une puissance d'arc élevée, une chaleur concentrée et une petite zone affectée par la chaleur. La productivité peut être augmentée d'un facteur 2 à 3 par rapport au soudage TIG manuel. Ce procédé de soudage MIG de l'aluminium permet de souder des plaques d'aluminium pur et d'alliage d'aluminium jusqu'à 50 mm d'épaisseur. Par exemple, une plaque d'aluminium de 30 mm d'épaisseur peut être soudée sans préchauffage ; en appliquant simplement deux passes, une à l'avant et une à l'arrière, on obtient une soudure à surface lisse et d'excellente qualité. Le soudage MIG semi-automatique de l'aluminium convient aux soudures de pointage, aux soudures courtes intermittentes et aux composants de forme irrégulière. La torche de soudage semi-automatique permet un fonctionnement pratique et flexible, mais comme le diamètre du fil d'apport est relativement fin, les soudures en alliage d'aluminium résultantes présentent une sensibilité à la porosité plus élevée.

(4) Soudage TIG pulsé pour les alliages d'aluminium
Cette méthode de soudage TIG pulsé de l'aluminium améliore considérablement la stabilité du processus de soudage à faibles courants et facilite le contrôle de la puissance de l'arc et la formation des cordons de soudure grâce à l'ajustement de divers paramètres du processus. Il produit une distorsion minimale de la pièce et une zone étroite affectée par la chaleur, ce qui le rend particulièrement adapté au soudage de tôles d'aluminium, au soudage toutes positions et au soudage d'alliages sensibles à la chaleur tels que le forgeage des alliages d'aluminium, du duralumin et du super duralumin.

(5) Soudage par points par résistance pour les tôles d'aluminium
Cette méthode de soudage par points par résistance de l'aluminium peut être appliquée pour assembler des tôles en alliage d'aluminium jusqu'à 4 mm d'épaisseur. Pour les produits ayant des exigences de qualité plus élevées, des machines de soudage par points par impulsion à courant continu et de soudage par couture peuvent être utilisées. Ce procédé de soudage par points de l'aluminium nécessite un équipement relativement complexe et un courant de soudage élevé, mais il offre une productivité élevée, ce qui le rend particulièrement adapté aux pièces et composants produits en série.

(6) Soudage par friction-malaxage (FSW) des alliages d'aluminium
Le soudage par friction-malaxage de l'aluminium est une technologie d'assemblage à l'état solide applicable à diverses plaques d'alliage. Par rapport au soudage par fusion conventionnel, l'aluminium FSW ne génère aucune projection, aucune fumée, ne nécessite ni fil d'apport ni gaz de protection et produit des joints exempts de porosité et de fissures. Par rapport au soudage par friction ordinaire, il ne se limite pas aux pièces axisymétriques et peut souder des joints droits. Cette méthode de soudage par friction malaxage de l'aluminium offre une série d'avantages supplémentaires, tels que d'excellentes propriétés mécaniques des joints, des économies d'énergie, un fonctionnement sans pollution et de faibles exigences en matière de préparation avant soudage. En raison de leur faible point de fusion, l'aluminium et ses alliages sont particulièrement bien adaptés au procédé de soudage de l'aluminium FSW.

(7) Brasage continu sous atmosphère d'azote (brasage CAB en aluminium)
Le four de brasage à atmosphère continue d'azote est un four tunnel à atmosphère statique couramment utilisé pour le brasage de l'aluminium. Il se compose généralement d'une unité d'application de flux, d'un four de séchage, d'une chambre de brasage, d'une chambre de refroidissement à eau et d'une chambre de refroidissement à air.

1. Unité d'application de flux – Transporte les échangeurs de chaleur en aluminium par une bande transporteuse, pulvérise une suspension de flux dessus, puis souffle l'excès de liquide.

2. Chambre de séchage – Sèche le flux à environ 200°C.

3. Chambre de brasage – Les processus de remplissage des espaces de flux, de remplissage des espaces avec le métal d'apport et d'interaction entre le métal d'apport et le matériau de base se produisent ici. Cette chambre de four de brasage en aluminium est dotée d'une structure de moufle intégrale en acier inoxydable, avec une extrémité d'entrée flottante et une extrémité de sortie fixe. Une courroie en maille d'acier inoxydable traverse le moufle, qui est maintenu sous une atmosphère protectrice d'azote, et les pièces sont brasées à l'intérieur du moufle. L'azote est introduit dans la section où les pièces sont chauffées à la température de brasage et est évacué vers l'entrée et la sortie de la chambre. Des éléments chauffés électriquement sont disposés au-dessus et au-dessous du moufle avec contrôle PID zoné, et la périphérie est entourée d'une isolation thermique et d'un boîtier extérieur en acier.

4. Chemise de refroidissement par eau et chambre de refroidissement par air – Situés au niveau de la queue, les échangeurs de chaleur en aluminium brasé traversent successivement la chambre de la chemise de refroidissement par eau et la chambre de refroidissement par air, où ils sont refroidis à température ambiante.

(8) Brasage sous vide pour les alliages d'aluminium
Le brasage sous vide de l'aluminium fait référence à un processus dans lequel les pièces sont chauffées dans une chambre à vide. Il est principalement utilisé pour les produits brasés en aluminium de haute qualité et pour les matériaux sensibles à l'oxydation.

Avantages du brasage sous vide de l'aluminium :

1. Puisqu'aucun flux n'est utilisé, le brasage de l'aluminium sans flux améliore considérablement la résistance à la corrosion du produit, élimine diverses formes de pollution et les coûts associés aux équipements de traitement, et offre des conditions de production sûres et favorables.

2. Le brasage sous vide de l'aluminium permet non seulement d'économiser une grande quantité de flux métallique coûteux, mais supprime également les procédures complexes de nettoyage du flux, réduisant ainsi le coût de production des composants en aluminium.

3. Le métal d’apport du brasage sous vide présente une bonne mouillabilité et fluidité, permettant le brasage de composants comportant des passages complexes et étroits. Ce procédé de brasage de l'aluminium améliore le rendement du produit et produit des surfaces de travail robustes et propres.

4. Par rapport à d'autres méthodes, la structure interne du four de brasage sous vide et le montage bénéficient d'une durée de vie plus longue, ce qui réduit les coûts de maintenance pour les opérations d'assemblage de l'aluminium.