Soudage à l'aluminium au gaz expliqué : techniques, conseils et sécurité

Les procédés oxyacétylénique et oxyhydrogène sont les plus couramment utilisés pour le soudage à l'aluminium et ses alliages. L'hydrogène peut être brûlé avec l'oxygène en utilisant les mêmes buses que l'acétylène. Cependant, la température est plus basse et des buses de plus grand diamètre sont nécessaires.

Lorsque l'acétylène et l'oxygène sont mélangés dans les bonnes proportions et enflammés, la flamme résultante atteint 3482 °C (6300 °F). C'est assez intense pour fondre tous les métaux commerciaux si complètement que les métaux à assembler s'écoulent ensemble pour former un lien complet sans pression mécanique ni martelage.

Sauf sur matériaux très minces, du métal d'apport sous forme de baguette est généralement ajouté au métal en fusion pour renforcer légèrement le joint. Si la soudure est bien exécutée, la zone du joint sera aussi résistante que le métal de base lui-même.

Les métaux soudables à la flamme oxyacétylénique incluent le fer, l'acier, la fonte, le cuivre, le laiton, l'aluminium, le bronze et de nombreux alliages. La flamme oxyacétylénique sert aussi à la coupe, la cémentation et le recuit.

Préparation et traitements de la soudure

Nettoyage du métal de base avant soudage

De bonnes pratiques de nettoyage sont toujours importantes pour souder l'aluminium. Le niveau de propreté et de préparation requis dépend du niveau de qualité désiré. Une préparation adaptée avant soudage est cruciale quand les fabrications doivent répondre aux exigences de qualité des codes de fabrication comme AWS D1.2.

Les soudures de haute qualité sont bien plus difficiles à réaliser sur l'aluminium que sur l'acier. L'aluminium a un potentiel bien plus grand de développer des problèmes de qualité comme le manque de fusion, le manque de pénétration et la porosité.

Le film d'oxide tenace sur l'aluminium peut créer des problèmes de manque de fusion et doit être contrôlé. La conductivité thermique élevée de l'aluminium peut créer des problèmes de manque de pénétration. La solubilité élevée de l'hydrogène dans l'aluminium fondu peut créer de la porosité et exige que toute humidité et hydrocarbures soient éliminés avant soudage.

L'épaisseur du film d'oxide sur l'aluminium doit être contrôlée et empêchée de s'hydrater par la présence d'humidité excessive.

Stockage du métal et préparation des joints – Ce qu'il faut faire et ne pas faire

Stockage

• Stockez tout le fil d'apport et le métal de base dans un endroit sec avec une fluctuation minimale de température.
• Le fil d'apport devrait de préférence être stocké dans une pièce ou un armoire sèche et chauffée.
• Stockez le métal verticalement pour minimiser la condensation d'humidité et l'absorption d'eau entre les couches.
• Apportez tous les matériaux d'apport et de base dans la zone de soudage 24 heures avant pour qu'ils atteignent la température ambiante.
• Gardez le fil d'apport couvert en permanence.

Préparation du joint

• N'utilisez pas de méthodes laissant une surface meulée ou lustrée. Par exemple, une surface sciée circulaire est soudable alors qu'une surface scie à ruban laisse une surface lustrée pouvant causer un manque de fusion et doit être limée pour enlever le métal lustré avant soudage. Un disque abrasif grossier est préférable à une meule, mais si possible évitez tout type de meuleuse.
• N'utilisez pas de lubrifiants dans le processus de préparation des joints métalliques, si possible.
• N'utilisez pas de solvants chlorés dans la zone de soudage car ils peuvent former des gaz toxiques en présence d'arcs électriques.
• N'utilisez pas de coupe oxyfuel, de coupe ou gougeage à l'arc carbone, ou de flammes oxyfuel pour le préchauffage. Ces procédés endommagent la zone affectée thermiquement et favorisent la croissance et l'hydratation du film d'oxide de surface.
• Utilisez la coupe et gougeage à l'arc plasma et la coupe laser.
• Enlevez mécaniquement les bords de coupe plasma et laser sur les alliages séries 2xxx, 6xxx et 7xxx. Les bords fondus de ces alliages contiendront des fissures de solidification néfastes et des conditions de zone affectée thermiquement. Enlevez au minimum 3 mm de métal du bord coupé. Utilisez des méthodes d'enlèvement mécanique qui coupent et enlèvent des copeaux.
• Préparez et nettoyez le joint avant assemblage. Dégraissez les surfaces avec un solvant.
• Utilisez un chiffon propre comme de la étamine ou du papier essuie-tout pour nettoyer et sécher un joint de soudage au solvant.
• N'utilisez pas de chiffons d'atelier pour nettoyer les joints de soudage et n'utilisez pas d'air comprimé pour souffler le joint. L'air comprimé contient de l'humidité et des contaminants d'huile.
• Brossez le joint avec une brosse en acier inoxydable APRÈS le nettoyage au solvant. Brosser avant le nettoyage incorpore les hydrocarbures et autres contaminants dans la surface métallique.
• Brossez à l'acier inoxydable tout métal qui a été attaqué chimiquement. Les résidus de l'attaque doivent être enlevés avant soudage.
• Nettoyez fréquemment toutes les brosses et outils de coupe.

Support de soudure (Weld Backing)

Les bandes de support temporaires sont généralement en cuivre, aluminium anodisé, acier inoxydable, ou divers matériaux céramiques. Elles servent à contrôler la pénétration et sont enlevées après soudage. Attention à ne pas faire fondre le matériau de support dans le bain de fusion.

Les bandes de support permanentes sont toujours faites du même alliage que le métal de base soudé. Reportez-vous à AWS D1.2 pour les exigences de retrait. Typiquement, aucun écart à la racine n'est utilisé avec un support temporaire. Un écart à la racine est typiquement utilisé avec un support permanent.

Préchauffage et températures interpasses

Le préchauffage peut réduire les effets thermiques de la section quand on soude des métaux de base d'épaisseurs différentes. Les métaux de base traitables thermiquement et les séries 5xxx contenant plus de 3% Mg ne doivent pas être soumis à des préchauffages et températures interpasses supérieurs à 121 °C (250 °F) pendant plus de 15 minutes. Reportez-vous à AWS D1.2.

Traitement thermique post-soudage et vieillissement

Quand les alliages d'aluminium traitables thermiquement sont soudés, ils perdent une quantité significative de leurs propriétés mécaniques dans la zone affectée thermiquement. Si le métal de base est dans le revenu -T4, une grande partie de la résistance d'origine peut être récupérée après soudage par vieillissement post-soudage.

Si le métal de base est soudé dans le revenu -T6, il peut être traité en solution et vieilli après soudage pour restaurer le revenu -T6. Selon le métal d'apport utilisé, le traitement thermique et vieillissement post-soudage peut causer des problèmes.

Si le métal d'apport ne répond pas au traitement thermique et vieillissement de la même façon que le métal de base, le joint peut présenter des propriétés mécaniques inférieures à celles du métal de base. À cause des concentrations de contrainte dans la soudure elle-même, ce n'est pas une condition souhaitable.

Donc, si un traitement thermique et vieillissement post-soudage sont effectués, le choix du métal d'apport est crucial. Contactez Hobart pour obtenir des conseils métallurgiques sur les métaux d'apport les mieux adaptés à votre application.

Procédé de soudage de l'aluminium au gaz

Après que le matériau a été correctement préparé, fluxé et préchauffé, la flamme est passée en petits cercles sur le point de départ jusqu'à ce que le flux fonde. Le métal d'apport doit être gratté sur la surface du bord à intervalles de trois ou quatre secondes, en laissant la baguette sortir de la flamme à chaque fois.

Le mouvement de grattage indique quand commencer à souder sans surchauffer l'aluminium. Le métal de base doit être fondu avant d'appliquer la baguette d'apport. Le soudage en avant (forehand) est généralement considéré comme le meilleur pour l'aluminium car la flamme préchauffe la zone à souder. Pour l'aluminium mince, il y a peu de besoin de mouvement de torche autre que l'avancement.

Pour du matériau de 4,8 mm (3/16 po) d'épaisseur et plus, la torche doit avoir un mouvement latéral doux. Cela répartit le métal d'apport sur toute la largeur de la soudure. Un doux mouvement d'avant en arrière aidera le flux à enlever l'oxide.

La baguette de soudage doit être trempée périodiquement dans le bain de fusion et retirée avec un mouvement vers l'avant. Ce processus de « stripping » referme le bain, empêche la porosité, et aide le flux à enlever le film d'oxide.

RÈGLES DE SOUDAGE

Note : La procédure suivante est pour l'oxyacétylène, en raison de sa nature plus technique et de la disponibilité variable de l'hydrogène.

Les règles sont simples. Suivez-les ou échouez !

• Ouvrez complètement la bouteille d'oxygène pour mettre en place le joint supérieur, puis entrouvrez juste l'acétylène. Réglez les détendeurs à pressions égales, de 2 à 5 livres chacun, les buses plus petites nécessitant des pressions plus basses.
• Choisissez une buse d'une taille supérieure à celle utilisée sur l'acier. Ex : si vous choisissez une buse 00 pour tôle acier 1 mm, passez à une buse 0 pour tôle alu 1 mm.
• Si gras, nettoyez le matériau avec solvant, diluant laque, ou alcool. Brossez avec une brosse inox des deux côtés juste avant de souder.
• Fluxez soit la baguette (ou fil), soit la pièce — ou, dans les cas extrêmes, les deux. Le flux sera une poudre blanche mélangée 1/3 avec 2/3 d'eau ou d'alcool.
• Précautions de sécurité : protection oculaire, ventilation adéquate, et garder la tête hors des fumées, sont recommandées.
• Choisissez le bon métal d'apport pour l'alliage à souder. Alliages de tôle aéronautique courants soudables.

Des baguettes creuses remplies de flux ont été disponibles il y a des années, mais en plus de l'alliage discutable, elles avaient la mauvaise habitude persistante de se diviser proprement, construisant les bords du joint sans les assembler.