Automatisation du soudage au magnésium avec des robots

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

Propriétés

Les alliages de magnésium d'une densité d'environ 1,74 g par centimètre cube (0,063 livre par pouce cube), lorsqu'ils sont sous forme moulée alliés à de l'aluminium, du manganèse, des terres rares, du thorium, du zinc ou du zirconium, présentent un rapport résistance/poids élevé, ce qui en fait des matériaux de choix chaque fois que la réduction de poids est importante ou lorsqu'il est impératif de réduire les forces d'inertie (pour les pièces de machines en mouvement rapide). Le magnésium représente environ 20 % du poids de l'acier et 67 % du poids de l'aluminium. Les pièces moulées en magnésium présentent une capacité d'amortissement remarquable.

• Le magnésium pur fond à 650 degrés Celsius (1 202 degrés Fahrenheit).
• La contraction du liquide au solide est de 3,9 à 4,2 % et du liquide à température de fusion à un solide à température ambiante est de 9,7 %.
• Le magnésium est utilisé comme élément d'alliage dans la production de certains alliages d'aluminium.
• Dans les fonderies de fonte produisant de la fonte nodulaire, le magnésium est utilisé pour rendre les particules de graphite nodulaires. Il est également utilisé pour la protection cathodique d'autres métaux contre la corrosion.

Sécurité

Les consignes de sécurité doivent être comprises et respectées. Le magnésium s'oxyde facilement. S'il s'enflamme lorsqu'il se présente sous forme de copeaux usinés ou de poudres, il brûle intensément. L'usinage doit être effectué dans des conditions contrôlées, avec des agents extincteurs à portée de main.

Spécifications

• Les alliages de fonderie sont couverts par les spécifications ASTM B80, B94 et B199.
• Alliages corroyés selon ASTM B90, B107 et B217.
• Les métaux d'apport pour le soudage des alliages de magnésium sont spécifiés dans
• Spécification AWS A5.19 pour les électrodes et baguettes de soudage en alliage de magnésium
• Spécification ASTM B 448 pour les baguettes de soudage et les électrodes nues en alliage de magnésium
• Fil de magnésium SAE AMS 4397, soudage.

Caractéristiques

Le soudage des alliages de magnésium nécessite moins de chaleur pour fondre que les autres matériaux. Cependant, ils sont susceptibles de se déformer, en raison de la conductivité thermique élevée et du coefficient de dilatation thermique. Des précautions adéquates doivent être prises.

Allier des éléments

Le magnésium étant trop faible mécaniquement pour être utilisé tel quel, il doit être allié à d'autres éléments qui lui confèrent des propriétés améliorées. Le groupe d'alliages Mg-Al-Zn contient de l'aluminium, du manganèse et du zinc, qui sont les éléments d'alliage les plus courants pour les applications à température ambiante. Les éléments d'alliage Thorium, Cérium et Zirconium (sans Aluminium) sont utilisés pour les températures élevées, formant le groupe Mg-Zn-Zr.

Une augmentation de la teneur en alliage abaisse le point de fusion, élargit la plage de fusion et augmente la tendance à la fissuration des soudures. La teneur élevée en alliage nécessite moins de chaleur pour fondre et limite la croissance des grains, ce qui montre une plus grande efficacité du magnésium de soudage.

• L'aluminium est l'ingrédient le plus efficace pour obtenir de meilleurs résultats. En pourcentages de 2 à 10%, avec des ajouts mineurs de zinc et de manganèse, il augmente la résistance et la dureté, au détriment de moins de ductilité. Les alliages de magnésium contenant plus de 1,5 % d'Al sont sensibles à la corrosion sous contrainte et doivent être détendus après le soudage.
• Le zinc combiné à l'aluminium aide à surmonter les effets corrosifs nocifs des impuretés de fer et de nickel qui peuvent être présentes dans les alliages de magnésium. Plus la teneur en Zn est élevée (plus de 1 %), plus la brièveté à chaud est élevée, ce qui provoque la fissuration de la soudure.
• Le manganèse améliore (légèrement) la limite d'élasticité et la résistance à l'eau salée des alliages de magnésium. Un point de fusion plus élevé nécessite un apport de chaleur plus élevé pour fondre. La croissance du grain adjacent à la soudure réduit la résistance.
• Thorium ou Cérium peuvent être ajoutés pour améliorer la résistance à des températures de 260 à 370 degrés Celsius (500 à 700 degrés Fahrenheit). Le zirconium en petites quantités est un affineur de grain qui améliore la soudabilité.
• Le béryllium est parfois ajouté pour réduire la tendance du magnésium à brûler lors de la fusion. Aucun effet indésirable sur le soudage n'a été observé. Il peut être avantageux, dans un alliage de brasage, de réduire le risque d'inflammation lors du brasage au four.
• Le calcium est ajouté en petites quantités pour réduire l'oxydation, mais il peut augmenter le risque de fissuration des soudures.

Processus

Le soudage du magnésium est généralement réalisé avec des procédés à l'arc utilisant un courant continu à polarité inversée (électrode positive). Les alliages corroyés sont généralement plus soudables que certains alliages coulés.

Modes de transfert de métal pour le soudage à l'arc au gaz de magnésium (GMAW) ou au gaz inerte métallique (MIG)

• Mode court-circuit - la charge touche la pièce plusieurs fois par seconde et éteint l'arc, le métal est fourni en une séquence de gouttes.
• Mode arc pulsé - une alimentation fournit un courant modulé. L'arc est ininterrompu et le métal est transféré de manière intermédiaire.
• Mode de transfert par pulvérisation :le métal est transféré avec une pulvérisation de gouttelettes.
• Le gaz de protection le plus utilisé est généralement l'argon, tandis que les mélanges avec de l'hélium sont acceptables.

Gas Tungsten Arc for Welding magnésium (GTAW) également connu sous le nom de Tungsten Inert Gas (TIG)

• On utilise des machines à courant alternatif ou des alimentations à courant continu à polarité inversée (électrode positive), avec courant haute fréquence superposé.
• For thin sheets both are suitable, for heavier sheets alternating current is preferred as it provides deeper penetration.
• Direct current straight polarity (electrode negative) is not preferred because it lacks the cathodic cleaning action.

Electron Beam welding magnesium has been used for repairing expensive casting on alloys containing less than 1% Zinc. The relative weldability of the different magnesium alloys is similar to that displayed for the more common arc processes.

The conditions have to be strictly monitored because of the danger of developing voids and porosity due to the low boiling point of Magnesium and the still lower one of Zinc. A slightly defocused beam may help to obtain sound welds.

Laser Beam is a preferred method for welding magnesium because of its low heat input, elevated speed and limited deformation. However this method has a tendency of developing porosity.

Resistance welding magnesium for either spots or seams is performed on wrought alloys like sheets and extrusions, essentially with equipment and conditions similar to those used for aluminum.

Repairing Castings:One of the most common Welding magnesium applications is repairing castings either as cast or after service. Preparation is important and should exclude contamination from extraneous materials. Generous bevels should be prepared to allow for full penetration.

Preheating:The need for preheating when welding magnesium is dictated by the degree of joint restraint and by metal thickness:for thick walls and a short welding bead, it may not be required. Preheating should be performed in a furnace with a protective atmosphere for reducing oxidation. One of the recommended procedures to minimize weld cracking is to weld from the center towards the sides (one half after the other). Thermal shocks should be avoided.