Automatisation robotique pour le soudage du magnésium : précision et efficacité

Le soudage du magnésium est réalisé pour la fabrication primaire ou la réparation.

Propriétés

Les alliages de magnésium, densité ~1,74 g/cm³ (0,063 lb/in³), en forme coulée alliés à l'aluminium, manganèse, terres rares, thorium, zinc ou zirconium, affichent un rapport résistance/poids élevé, en faisant des matériaux de choix quand la réduction de poids est importante ou qu'il faut réduire les forces d'inertie (pièces mobiles rapides). Le magnésium pèse ~20 % de l'acier et 67 % de l'aluminium. Les fontes de magnésium ont une capacité d'amortissement remarquable.

• Magnésium pur fond à 650 °C (1202 °F).
• Contraction liquide-solide : 3,9-4,2 % ; liquide à température de fusion à solide à température ambiante : 9,7 %.
• Le magnésium sert d'élément d'alliage pour certains alliages d'aluminium.
• En fonderie fonte nodulaire, le magnésium rend les particules de graphite nodulaires. Aussi utilisé pour protection cathodique d'autres métaux contre la corrosion.

Sécurité

Les précautions de sécurité doivent être comprises et suivies. Le magnésium s'oxyde facilement. S'il s'enflamme sous forme de copeaux ou poudres, il brûle intensément. L'usinage doit se faire sous conditions contrôlées, avec agents extincteurs à portée.

Spécifications

• Alliages de fonderie : ASTM B80, B94, B199.
• Alliages déformés : ASTM B90, B107, B217.
• Métaux d'apport pour soudage alliages magnésium :
• AWS A5.19 Électrodes et baguettes alliages magnésium
• ASTM B448 Baguettes et électrodes nues alliages magnésium
• SAE AMS 4397 Fil magnésium, soudage.

Caractéristiques

Le soudage d'alliages magnésium demande moins de chaleur que d'autres matériaux. Cependant, ils sont sensibles à la distortion, dû à la conductivité thermique élevée et au coefficient de dilatation thermique. Précautions adéquates nécessaires.

Éléments d'alliage

Le magnésium étant trop faible mécaniquement pour être utilisé tel quel, il doit être allié à d'autres éléments conférant des propriétés améliorées. Le groupe Mg-Al-Zn (aluminium, manganèse, zinc) sont les plus communs pour applications température ambiante. Thorium, cérium, zirconium (sans aluminium) pour températures élevées, groupe Mg-Zn-Zr.

Une augmentation du contenu en alliage abaisse le point de fusion, élargit la plage de fusion et augmente la tendance à la fissuration. Un fort contenu en alliage demande moins de chaleur pour fondre et limite la croissance de grain, montrant une efficacité de soudage magnésium plus élevée.

• Aluminium : ingrédient le plus efficace. 2-10 % avec ajouts mineurs zinc/manganèse augmente résistance/dureté, au détriment de la ductilité. Alliages >1,5 % Al sensibles à la corrosion sous contrainte, doivent être traités après soudage.
• Zinc : combiné à l'aluminium, surmonte effets corrosifs nocifs des impuretés fer/nickel. Zn >1 % augmente la fragilité à chaud, causant fissures.
• Manganèse : améliore légèrement la limite d'élasticité et résistance eau salée. Point de fusion plus haut demande plus de chaleur. Croissance de grain près du soudage réduit résistance.
• Thorium/Cérium : améliorent résistance à 260-370 °C (500-700 °F). Zirconium en petites quantités affine le grain, améliore soudabilité.
• Béryllium : parfois ajouté pour réduire tendance du magnésium à brûler en fusion. Aucun effet adverse sur soudage observé. Peut être bénéfique en alliage de brasage pour réduire danger d'inflammation en four.
• Calcium : petites quantités réduisent oxydation, mais peuvent augmenter risque fissuration.

Procédés

Le soudage magnésium se fait généralement par procédés à l'arc avec courant continu polarité inverse (électrode positive). Alliages déformés généralement plus soudables que certains alliages coulés.

Modes de transfert métal pour GMAW (MIG) magnésium

• Mode court-circuit : l'apport touche la pièce plusieurs fois/seconde et éteint l'arc, métal fourni en gouttes successives.
• Mode arc pulsé : alimentation courant modulé. Arc ininterrompu, transfert métal intermittent.
• Mode transfert spray : métal transféré par spray de gouttelettes.
• Gaz de protection le plus utilisé : argon, mélanges hélium acceptables.

GTAW (TIG) pour magnésium

• Machines courant alternatif ou courant continu polarité inverse (électrode positive) avec haute fréquence superposée.
• Pour tôles fines les deux conviennent, pour tôles épaisses le courant alternatif est préféré (pénétration plus profonde).
• Courant continu polarité directe (électrode négative) non préféré car manque action nettoyage cathodique.

Soudage par faisceau d'électrons pour réparer fontes chères sur alliages <1 % Zinc. Soudabilité relative similaire aux procédés à l'arc courants. Conditions strictement surveillées danger vides/porosité (point ébullition Mg bas, Zn encore plus bas). Faisceau légèrement décentré peut aider obtention cordons sains.

Laser privilégié pour soudage magnésium : faible apport chaleur, vitesse élevée, déformation limitée. Mais tendance porosité.

Soudage par résistance pour points ou cordons sur alliages déformés (tôles, extrusions), équipements/conditions similaires à l'aluminium.

Réparation fontes : Application courante. Préparation importante, exclure contamination. Chanfreins généreux pour pénétration complète.

Préchauffage : Nécessité dictée par degré de contrainte joint et épaisseur : parois épaisses et cordon court, peut ne pas être requis. Préchauffage en four avec atmosphère protectrice pour réduire oxydation. Procédure recommandée minimiser fissuration : souder du centre vers les côtés (une moitié après l'autre). Éviter chocs thermiques.