Comment souder du cuivre - Un guide technique

Comment souder du cuivre

Le soudage du cuivre n'est pas difficile. La chaleur requise pour ce type de soudage est environ le double de celle requise pour un acier d'épaisseur similaire. Le cuivre a une conductivité thermique élevée. Pour compenser cette perte de chaleur, une pointe d'une ou deux tailles plus grande que celle requise pour l'acier est recommandée.

Lors du soudage de grandes sections de fortes épaisseurs, un chauffage supplémentaire est conseillé. Ce processus produit une soudure moins poreuse.

Le cuivre peut être soudé avec une flamme légèrement oxydante car le métal en fusion est protégé par l'oxyde formé par la flamme. Si un fondant est utilisé pour protéger le métal en fusion, la flamme doit être neutre. Le cuivre sans oxygène (baguette de cuivre désoxydée) doit être utilisé plutôt que le cuivre contenant de l'oxygène pour les assemblages soudés au gaz. La tige doit être de la même composition que le métal de base.

Qu'est-ce que le cuivre ?

Le cuivre est un métal doux non ferreux qui peut être facilement plié, coupé, façonné et assemblé à l'aide de plusieurs procédés de soudage. Bien qu'il soit souvent utilisé pour fabriquer des articles ménagers et architecturaux décoratifs, c'est un excellent conducteur d'électricité et de chaleur, et il est donc largement utilisé dans l'industrie électrique, tandis que les tuyaux en cuivre, les vannes et autres raccords sont couramment utilisés pour la plomberie.

Puisqu'il est ductile et hautement malléable, le cuivre est également utilisé comme élément principal dans des centaines d'alliages différents, notamment le laiton, le bronze et le nickel-cuivre. Les éléments d'alliage les plus couramment utilisés pour les alliages de cuivre sont l'aluminium, le nickel, le zinc, l'étain et le silicium.

Parce que le cuivre pur est trop ductile pour être usiné avec succès, de petites quantités d'autres éléments sont ajoutées aux différents alliages pour améliorer l'usinabilité, ainsi que pour désoxyder le métal, le rendre plus résistant à la corrosion, améliorer ses propriétés mécaniques et améliorer sa réponse. aux traitements thermiques. Au total, il existe plus de 300 alliages de cuivre disponibles dans le commerce.

Les différentes méthodes de soudage du cuivre

Le cuivre peut être soudé par plusieurs méthodes. Cependant, nous n'aborderons que les techniques les plus courantes dans cet article sur l'enseignement du soudage du cuivre. Il s'agit notamment du soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW), du soudage à l'arc sous gaz et tungstène (GTAW) et du soudage manuel à l'arc et métal (MMAW). Voici une explication de chacun.

Soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW)

Également appelé soudage MIG, le soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW) suit le système SMAW pour le soudage. Cela signifie que le matériau d'apport utilisé dans cette technique de soudage est une électrode.

Cependant, il existe une différence entre les deux méthodes; tandis qu'une série de tiges courtes sont utilisées par SMAW comme électrode consommable, la méthode GMAW alimente automatiquement un « fil » continu vers la torche de soudage à une vitesse définie par l'utilisateur. De plus, il existe un réglage régulé pour l'alimentation du gaz de protection.

Lorsque vous utilisez la méthode GMAW pour souder du cuivre, il est recommandé d'utiliser des électrodes en cuivre ERCu. L'utilisation du cuivre désoxydé Aufhauser est également recommandée; il s'agit d'un alliage de cuivre ou d'un matériau d'apport d'une pureté de 985.

L'épaisseur de la section de cuivre que vous devez souder déterminera le mélange de gaz nécessaire. Généralement, l'argon est utilisé pour des épaisseurs allant jusqu'à 6 mm. Pour les épaisseurs supérieures, un mélange d'hélium et d'argon est utilisé. Dans la méthode GMAW pour le soudage du cuivre, vous devez déposer le métal d'apport avec des perles à tissage étroit ou à cordes; cela peut être fait en utilisant le transfert par pulvérisation.

Soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW)

Également appelé soudage TIG, le soudage à l'arc au tungstène au gaz (GTAW) soude le cuivre d'une manière similaire à la plupart des procédés de soudage à l'arc ; cela signifie que GTAW implique l'utilisation d'un arc électrique pour chauffer et fondre à la fois la pièce de cuivre et le matériau de remplissage.

Au fur et à mesure que le bain de soudure fondu se refroidit et se solidifie, il est protégé des effets atmosphériques en introduisant un gaz de protection tel que l'argon ou l'hélium à la pointe de la torche. Bien que le GTAW soit similaire à de nombreux procédés de soudage à l'arc, il ne soude pas comme les méthodes de soudage à l'arc qui transmettent l'arc électrique au cuivre à souder à l'aide d'électrodes consommables.

Au lieu de cela, GTAW utilise une électrode non consommable pour créer un joint de soudure entre les pièces; il peut le faire avec ou sans matériau de remplissage. En outre, dans de nombreuses autres méthodes de soudage à l'arc, le matériau d'apport est utilisé comme électrode transportant l'arc électrique vers le cuivre à souder.

Cependant, un fil d'apport séparé est utilisé dans la méthode de soudage à l'arc au gaz tungstène. De plus, il n'est pas du tout nécessaire d'introduire un matériau d'apport alors que la méthode GTAW est utilisée pour souder le cuivre.

Les méthodes GTAW peuvent souder avec succès des pièces en cuivre d'une épaisseur allant jusqu'à 16 mm. Le fil d'apport recommandé pour cette méthode est tout métal ayant une composition similaire au métal de base. Le gaz de protection argon est préféré pour les sections en cuivre d'une épaisseur allant jusqu'à 1,6 mm. Pour les pièces dépassant ce niveau d'épaisseur, un mélange d'hélium et d'argon est utilisé.

Par rapport à l'argon, un mélange d'hélium et d'argon permet des vitesses de déplacement plus élevées et une perforation plus profonde à un courant de soudage similaire. Pour conférer à la pièce en cuivre à souder les bonnes caractéristiques de perforation de l'hélium ainsi que les propriétés de stabilité à l'arc de l'argon, le mélange couramment utilisé est 25 % Ar/75 % He. Enfin, le soudage à l'avant est recommandé lors de l'exécution de cette méthode sur une pièce de cuivre à tissage étroit ou à cordons.

Soudage manuel à l'arc métallique (MMAW)

Cette méthode est principalement utilisée pour effectuer des soudures de réparation ou de maintenance sur du cuivre et des alliages de cuivre. Le matériau d'apport recommandé pour cette méthode est l'électrode ECuSn-C. Une autre recommandation consiste à utiliser une électrode à courant continu positive (DC +) avec une technique de cordon de cordon. Lorsque ce matériau de remplissage est utilisé, la méthode MMAW peut aider dans les cas suivants :

• Soudage du cuivre à d'autres métaux
• Petite réparation de pièces de cuivre minces
• Joints de soudure à accès restreint

Ce sont les trois méthodes les plus couramment utilisées pour souder le cuivre. Maintenant que vous disposez d'informations de base sur chaque méthode, vous pouvez choisir une technique/méthode qui convient le mieux à vos besoins et au travail effectué. Cependant, quelle que soit la méthode que vous choisissez pour souder le cuivre, vous devez suivre certaines étapes de base pour produire une soudure efficace. Nous discutons de ces étapes dans la section suivante.

Les étapes clés du soudage du cuivre

Lorsque vous soudez du cuivre par vous-même, vous devez connaître les étapes critiques impliquées dans le soudage efficace du cuivre. Il y a 11 étapes impliquées dans le soudage du cuivre DIY. En effectuant ces étapes dans l'ordre suivant, vous serez en mesure de produire une soudure au cuivre extrêmement durable.

#1. Assurer la sécurité

Lorsque vous cherchez à souder du cuivre par vous-même, la première chose que vous devez faire est d'assurer votre sécurité. Quel que soit le métal que vous soudez, vous devez prendre les précautions nécessaires avant de commencer à souder. Ne pas le faire peut vous exposer à un risque de blessure.

Alors, quelles sont les éventuelles précautions à prendre avant de commencer à souder du cuivre ? Vous devez mettre un équipement de sécurité, vous assurer qu'il n'y a pas d'objet inflammable autour de vous et travailler dans une zone propre ou exempte de matières étrangères.

Prendre des précautions de sécurité est particulièrement important lors du soudage du cuivre; en effet, le cuivre est un très bon conducteur d'électricité et vous pouvez vous électrocuter si vous manipulez le métal à mains nues.

En plus du risque d'électrocution, le soudage du cuivre peut vous exposer à des gaz toxiques. Ainsi, vous ne devez pas vous arrêter aux gants en cuir et aux vêtements de sécurité pour assurer votre sécurité lors du soudage du cuivre. Au lieu de cela, vous devriez également inclure un masque respiratoire et une protection oculaire dans votre équipement de sécurité.

#2. Préparez la surface

La préparation de surface pour le soudage du cuivre signifie garder la zone de soudure exempte de graisse, d'huile, de peinture, de saleté et d'autres particules étrangères avant de commencer à souder. Pourquoi avez-vous besoin de garder la zone de soudure exempte de ces particules ? Parce que la soudure peut se fissurer si elle se mélange au métal. De plus, ils peuvent contenir des produits chimiques nocifs tels que le soufre, le phosphore et le plomb.

En plus de la zone de soudure, vous devez également nettoyer le cuivre avant de commencer à souder. Comment pouvez-vous nettoyer la zone de soudure et le cuivre ? Avec une brosse métallique en bronze et un produit de nettoyage approprié. Brosser d'abord avec puis dégraisser avec le produit de nettoyage. Assurez-vous également d'éliminer le film d'oxyde qui se forme lors du soudage avec une brosse métallique après avoir déposé chaque passe de soudure.

#3. Préchauffage

Pourquoi est-il important de préchauffer le cuivre avant de commencer à souder ? Parce que ce métal a une conductivité thermique élevée. Ceci est particulièrement important si l'épaisseur du cuivre métallique est supérieure à 0,01 pouce. Vous devez préchauffer tous les segments qui devaient être soudés uniformément.

Étant donné que le cuivre peut conduire rapidement la chaleur du joint de soudure dans le métal de base qui l'entoure, un préchauffage élevé est nécessaire pour souder les sections de cuivre épaisses. La température dépendra de l'épaisseur du métal et peut varier entre 50° et 752° F.

Cependant, si vous soudez un alliage de cuivre, vous pouvez ignorer cette section car la diffusivité thermique, dans ce cas, est bien inférieure à celle du cuivre. Si vous soudez du cuivre et non un alliage de cuivre, vous devez sélectionner le préchauffage approprié pour votre application. Vous devez porter une attention particulière au cuivre à souder, à son épaisseur de métal de base, au processus de soudage et même à la masse globale de la soudure.

En plus de ce qui précède, une autre chose importante à faire est de limiter autant que possible la chaleur à une zone localisée; cela vous aidera à vous assurer qu'il n'y a pas trop de matériau dans une plage de températures qui entraîne une perte de ductilité.

De plus, vous devez maintenir la température de préchauffage jusqu'à ce que le joint soit soudé. Après avoir commencé à souder, la chaleur du cuivre préchauffé commence à se dissiper, ce qui réduit le risque de fissuration.

#4. Envisager une conception conjointe

Une autre étape importante dans le soudage efficace du cuivre est une considération de conception de joint. Qu'est-ce que cela implique ? Tout d'abord, vous devez tenir compte de la distance entre les joints. Idéalement, vous devriez contrôler cette distance dans certaines tolérances en fonction du métal de base et de l'alliage de brasage utilisé. Cependant, l'écart optimal pour les joints se situe entre 0,04 et 0,20 mm.

Une autre considération importante ici est un chevauchement conjoint. Le chevauchement de joint idéal sera au moins trois fois plus épais que la partie la plus fine que vous devez joindre. Vous devriez essayer d'utiliser le moins de matériau possible car cela vous aidera à atteindre la résistance souhaitée.

#5. Ajustez la flamme

Si vous souhaitez produire une soudure au cuivre efficace, vous devez régler la flamme de manière appropriée. La meilleure chose à faire ici serait d'utiliser une flamme neutre. Que signifie une flamme neutre ? Une flamme neutre est une flamme ajustée pour permettre aux mêmes quantités d'acétylène et d'oxygène de se mélanger à la même vitesse. Une autre chose essentielle à faire ici est de définir clairement le cône intérieur blanc et de s'assurer qu'il n'y a pas de brume.

#6. Supprimer le Flux

Vous devez éliminer les résidus de l'une des manières suivantes si le flux a été utilisé :

• Brosser au fil et à la vapeur
• Frotter avec du fil et utiliser de l'eau chaude pour rincer
• Diluer dans de la soude caustique chaude

Si vous ne parvenez pas à éliminer complètement le flux, cela peut entraîner l'affaiblissement et même la défaillance du joint.

Choisissez le matériau de remplissage

Choisir le bon matériau d'apport est l'une des étapes les plus critiques pour souder efficacement le cuivre. Choisir le bon matériau d'apport aide à souder une pièce en cuivre plus résistante que le métal de base. Le matériau d'apport le meilleur ou le plus approprié pour le soudage du cuivre dépendra de la résistance du métal à la corrosion, de la résistance requise pour le joint, de la température de fonctionnement et des coûts impliqués.

Pour de meilleurs résultats, vous devez choisir un métal d'apport contenant du silicium (Si) ou du manganèse (Mn) agissant comme désoxydant. Ceci indépendamment du fait que vous utilisiez la méthode GMAW, GTAW ou MMAW pour souder le cuivre.

En ce qui concerne les matériaux d'apport pour le soudage du cuivre, les matériaux les plus recommandés et les plus couramment utilisés sont ErCu et ErCuSi-A. Le premier facilite la fluidité car il contient à la fois du Si et du Mn avec de l'étain (Sn). D'autre part, vous devriez opter pour le matériau d'apport ErCuSi-A si vous souhaitez souder du cuivre oxydé P; c'est également une bonne option pour le soudage de cuivre à pas dur contenant à la fois du Si et du MN comme désoxydants.

Soudure au cuivre

La soudure, qui est l'une des premières méthodes utilisées pour assembler du métal, consiste à chauffer le métal d'apport (sous la forme d'un fil d'apport) afin qu'il fonde et remplisse les joints. Le brasage tendre est le processus le plus simple et celui couramment utilisé à l'intérieur et autour de la maison pour réparer de petits objets métalliques. C'est aussi la méthode utilisée par les plombiers pour assembler et réparer les tuyaux en cuivre et les raccords en cuivre.

Vous pouvez utiliser un fer à souder bon marché ou un chalumeau avec un flux approprié pour le brasage tendre. La soudure dure consiste à chauffer les matériaux de remplissage à une température beaucoup plus élevée, de sorte que le joint sera beaucoup plus résistant que les autres joints soudés.

Le matériau de remplissage est différent et contient généralement de l'argent, de sorte que la technique est souvent appelée brasage à l'argent. Cependant, le vrai brasage est exécuté à une température encore plus élevée.

Brasage au cuivre

Le brasage est essentiellement une technique similaire au brasage et utilise le même type de matériau de remplissage (fil ou baguette de brasage) que celui utilisé pour le brasage. Les joints doivent être très ajustés afin que l'action capillaire puisse attirer le métal d'apport entre les pièces de cuivre à assembler.

Même si les températures utilisées doivent être considérablement plus élevées que celles requises pour le brasage, le métal de base ne doit pas être chauffé au point de fusion.

Largement utilisé pour les travaux de plomberie, le brasage peut également être utilisé pour assembler différents types de métaux ainsi que des pièces métalliques d'épaisseurs différentes.