Maîtriser le Soudage du Titane : Procédés et Techniques Éprouvés

Le titane est considéré comme un métal exotique en raison de son faible poids, de sa bonne résistance et de sa résistance à la corrosion. Cependant, dans le passé, on croyait que le soudage correct du titane ne pouvait être effectué que dans des chambres scellées.

C'est un métal réactif qui peut être contaminé par les gaz atmosphériques. Mais le soudage du titane n'est en fait pas aussi difficile que beaucoup de soudeurs le pensent. Vous avez juste besoin de maintenir une protection gazeuse appropriée pendant le soudage, le reste est très similaire au soudage d'autres types de métaux.

Soudage du Titane

Le titane et ses alliages sont le plus souvent soudés avec l'arc tungstène sous gaz (GTA ou TIG) et les procédés de soudage à l'arc métal-gaz (GMA ou MIG). La résistance, l'arc plasma, le faisceau d'électrons et le soudage par friction sont également utilisés sur le titane dans une mesure limitée. Tous ces processus offrent des avantages pour des situations spécifiques.

Le titane et la plupart des alliages de titane sont facilement soudables, en utilisant plusieurs procédés de soudage. Les soudures correctement faites dans l'état soudé sont ductiles et, dans la plupart des environnements, sont aussi résistantes à la corrosion que le métal de base. Les soudures impropres, d'autre part, pourraient être fragilisées et moins résistantes à la corrosion par rapport au métal de base.

Les techniques et équipements utilisés dans le soudage du titane sont similaires à ceux requis pour d'autres matériaux à haute performance, tels que l'acier inoxydable ou les alliages à base de nickel. Le titane, cependant, exige une attention plus grande à la propreté et à l'utilisation de protection gazeuse inerte auxiliaire que ces matériaux.

Le métal de soudure de titane en fusion doit être totalement protégé de la contamination par l'air. Aussi, les zones affectées par la chaleur chaudes et le côté racine des soudures de titane doivent être protégés jusqu'à ce que les températures descendent en dessous de 427 °C (800 °F).

Le titane réagit facilement avec l'air, l'humidité, la graisse, la saleté, les réfractaires, et la plupart des autres métaux pour former des composés fragiles. La réaction du titane avec les gaz et les flux rend les processus de soudage communs tels que le soudage au gaz, l'arc sous flux, l'arc fourré et le soudage à l'arc submergé inappropriés.

De même, souder le titane à la plupart des métaux dissemblables n'est pas faisable, car le titane forme des composés fragiles avec la plupart des autres métaux ; cependant, le titane peut être soudé au zirconium, au tantale et au niobium.

En dépit des précautions, qui doivent être prises, de nombreux fabricants soudent routinièrement et économiquement le titane, faisant des soudures saines et ductiles à des taux comparables à de nombreux autres matériaux à haute performance.

L'un des avantages importants du soudage des nuances commercialement pures de titane est qu'elles sont à plus de 99 % de titane pur et qu'il n'y a pas de préoccupation pour la ségrégation. La même chose est vraie pour le fil ou la baguette de soudure en nuances commercialement pures.

Environnement de Soudage

La plupart du soudage du titane aujourd'hui est fait en atelier de fabrication ouvert, bien que le soudage en chambre soit encore pratiqué sur une base limitée. Le soudage sur site est courant. Où que le soudage soit fait, un environnement propre est nécessaire pour souder le titane.

Une zone séparée, spécifiquement réservée pour le soudage du titane, aide à faire des soudures de qualité. Cette zone doit être maintenue propre et doit être isolée des opérations produisant de la saleté telles que le meulage, la coupe au chalumeau et la peinture. En plus, la zone de soudage doit être libre de courants d'air et l'humidité doit être contrôlée.

Préparation du Soudage

L'un des facteurs les plus importants pour déterminer une soudure de titane de qualité est la préparation appropriée de la soudure.

• Nettoyez la surface du titane pour éliminer toute impureté et enlever toute huile, graisse ou saleté. Il est préférable d'utiliser des produits chimiques spécifiquement conçus pour le titane. Rappelez-vous que plus le titane sera propre, plus votre soudure créée sera forte.
• Pour enlever les contaminants, vous pouvez utiliser un nettoyeur vapeur ou une solution diluée d'hydroxyde de sodium.
• Utilisez un petit souffleur d'air chaud pour vous assurer qu'il n'y a pas d'humidité restante sur la surface. Cependant, assurez-vous de ne pas l'utiliser sur des solvants inflammables.
• Assurez-vous que toutes les pièces de soudage sont également propres et sèches.
• N'utilisez jamais de solution de nettoyage à base de chlore sur le titane.
• Même vos mains peuvent être une source de contamination. Mais gardez à l'esprit que les gants en caoutchouc peuvent contenir du chlore, donc optez plutôt pour des gants en plastique ou en coton.
• Avant d'amorcer l'arc, assurez-vous que les solvants que vous utilisiez pour nettoyer la surface se sont complètement évaporés, car ils ont généralement un point d'éclair bas.

Choisir un Gaz de Protection

Puisque le titane réagit facilement avec l'air, l'huile, la saleté, l'humidité et d'autres métaux pour former des composés fragiles, utiliser le bon gaz de protection est essentiel quand vous cherchez à vous assurer que vous finissez avec une soudure forte. Habituellement, la plupart des soudeurs utilisent de l'Argon pur à 99,999 % pour le processus. Seul l'Argon et l'Hélium vraiment purs fournissent une protection optimale de l'atmosphère.

Quand vous achetez le gaz de protection pour votre projet de soudage, assurez-vous de ne l'obtenir que de fournisseurs de confiance. Même si l'Argon est légèrement moins pur que requis, cela peut résulter en une décoloration. Vous finirez avec une soudure teintée en jaune, ce n'est pas quelque chose que vous voulez qu'il arrive. Un gaz impur ou une couverture incomplète peut aussi causer une teinte bleue et un marbrage.

Avec le titane, vous devez vous assurer que non seulement l'avant mais aussi l'arrière est maintenu protégé de l'atmosphère. Toute zone qui est affectée par la chaleur aura une réaction adverse si elle entre en contact avec l'oxygène.

Pour les petites pièces, vous pouvez utiliser des compartiments fermés faits de boîtes à gants qui sont remplies de gaz de protection. Vous pouvez même utiliser des chambres de gaz de purge en polyéthylène spécialement faites combinées avec un moniteur de purge. Avec eux, vous pouvez vérifier que la chambre a assez d'Argon pour fournir une protection optimale.

Si vous cherchez à avoir un niveau idéal de couverture pendant que vous soudez, voici trois étapes que vous devez suivre :

• Protection Primaire – elle est généralement intégrée dans la torche de soudage et fournit la couverture primaire nécessaire pour protéger le bain de fusion en fusion. Vous pouvez utiliser une torche standard, refroidie à l'eau, équipée d'une buse en céramique et de lentilles à gaz. Nous suggérons que vous choisissiez une torche avec une buse plus large pour la meilleure couverture.
• Protection Secondaire – Les protections traînantes fournissent une protection secondaire. Elles sont attachées au bout de la plupart des torches de soudage et garantissent que toutes les zones affectées par la chaleur sont maintenues à l'abri de la contamination.
• Protection de Secours – Ces dispositifs ressemblent aux protections traînantes et servent pratiquement la même fonction. Ce sont soit des dispositifs tenus à la main, soit scotchés en position. Ils ne viennent presque jamais pré-installés dans la torche de soudage.

Sélection du Fil d'Apport Approprié

Lors du choix du métal d'apport pour souder le titane et ses alliages, nous vous suggérons de choisir un fil d'apport qui détient principalement les mêmes propriétés que le matériau de base. Vous pouvez aussi sélectionner un fil qui est catégorisé dans un niveau de résistance d'un grade en dessous du métal de base. Dans certaines situations, le soudeur peut même utiliser une catégorie complètement différente de fil d'apport.

Votre choix de fil d'apport dépendra des propriétés et de la combinaison du joint. Pour améliorer la ductilité du joint :

• Lors du soudage de titane non allié de résistance plus élevée, utilisez un métal d'apport qui est plus faible en limite d'élasticité que la base.
• Vous pouvez utiliser du matériau d'apport non allié lors du soudage de titane des classifications Ti-5Al-2.5Sn et Ti-6Al-4V.
• Une autre option est le métal d'apport avec des pourcentages plus faibles d'oxygène, d'azote, d'hydrogène, de carbone et d'autres contenus d'alliage que le métal de base.

Procédés de Soudage Utilisables

Lors du soudage du titane et des alliages de titane, vous pouvez utiliser l'un des procédés de soudage suivants :

• Soudage par faisceau d'électrons (EBW)
• Soudage à l'arc tungstène sous gaz (GTAW) ou (TIG) Soudage à l'Arc Tungstène Gaz Inerte
• Soudage par résistance (RW)
• Soudage par faisceau laser (LBW)
• Soudage à l'arc plasma (PAW)
• Soudage à l'arc métal-gaz (GMAW) ou (MIG) Métal Gaz Inerte
• Soudage par friction (FRW)

1. Soudage par Faisceau d'Électrons

C'est un processus de fusion qui utilise un faisceau d'électrons à haute vélocité pour joindre deux métaux ensemble. Quand le faisceau entre en contact avec les pièces métalliques, il génère une chaleur intense. Les deux plaques fondent et fusionnent pour former un joint solide. Les industries aérospatiale et de production d'avions utilisent le soudage par faisceau d'électrons en raison de la durabilité des joints produits.

Vous pouvez utiliser la procédure de soudage par faisceau d'électrons pour des plaques allant de 6 mm à 76 mm et plus. Le processus produit des soudures de haute qualité avec de faibles niveaux de contamination car le processus a lieu dans une atmosphère de vide élevé.

2. Tungstène Gaz Inerte / GTAW

Les procédés TIG ou GTA utilisent une électrode de tungstène non consommable qui transfère le courant à l'arc de soudage. Le gaz de protection est utilisé pour protéger le bain de fusion de la contamination externe, qui peut résulter en des soudures faibles et de basse qualité. Dans le processus, vous avez besoin d'un métal d'apport ou fil pour le joint de soudure.

C'est un processus largement utilisé pour souder le titane et ses alliages. Vous pouvez utiliser le TIG sans matériau d'apport pour les joints bout à bout à gorge carrée sur des métaux de base jusqu'à 2,5 mm d'épaisseur. Pour des tôles plus épaisses, vous devez utiliser un métal d'apport pour garantir que le joint de soudure résultant est durable.

3. Soudage par Résistance (RW)

Le soudage par résistance est une procédure thermo-électrique. Il joint deux pièces de métal ensemble en faisant passer un courant contrôlé à travers les plaques pour une période contrôlée. Il est commun d'utiliser une quantité significative de pression pour la procédure aussi. Dans cette méthode, la chaleur est strictement restreinte à la zone qui a besoin d'être jointe.

Vous pouvez utiliser le soudage par résistance pour joindre le titane et ses alliages pour des soudures par points ou continues. Il est particulièrement utile quand il s'agit de souder le titane avec d'autres métaux comme des plaques d'acier au carbone ou d'acier inoxydable.

4. Soudage par Faisceau Laser (LBW)

C'est un autre processus de soudage par fusion qui joint deux pièces de métal ensemble via un laser. Il chauffe l'intersection entre les deux plaques, qui fondent et fusionnent, formant le joint. Une fois le bain de fusion en fusion refroidi et solidifié, il résulte en une soudure ferme et durable.

Les soudeurs préfèrent de plus en plus le soudage par faisceau laser pour le titane car il élimine le besoin d'une chambre à vide. Cependant, l'utilisation de gaz de protection est toujours un must car le risque de contamination reste.

Même si un faisceau laser et un faisceau d'électrons sont tous deux des procédés de soudage par fusion, la portée du premier est plus restreinte. Vous ne pouvez pas utiliser efficacement le processus sur des plaques de titane de plus de 13 mm d'épaisseur.

5. Soudage à l'Arc Plasma (PAW)

Le soudage à l'arc plasma est similaire au TIG car il utilise aussi un arc entre une électrode de tungstène et la pièce. Il est approprié pour une utilisation sur presque toutes les classifications de titane et performe bien même sur des tôles plus épaisses. En utilisant la technique du trou de serrure, vous pouvez aussi l'utiliser sur une plaque en un passage jusqu'à 13 mm d'épaisseur.

6. Métal Gaz Inerte (MIG) / Soudage à l'Arc Métal-Gaz (GMAW)

Le soudage MIG utilise un fil de métal d'apport solide qui est continuellement chauffé et alimenté via un pistolet de soudage. Le processus justifie l'utilisation de gaz de protection pour protéger le bain de fusion de la contamination. Beaucoup de soudeurs préfèrent le GMAW pour ses taux élevés de dépôt de métal et de productivité.

Vous pouvez aussi utiliser le processus pour des soudures de titane sur des plaques de plus de 3 mm d'épaisseur. En utilisant la technique du courant pulsé, vous pouvez produire des soudures de haute qualité. La méthode s'avère moins coûteuse que les autres, surtout pour une utilisation sur des plaques de titane de plus de 13 mm d'épaisseur.

7. Soudage par Friction (FRW)

Comme son nom l'implique, la méthode utilise la friction pour joindre deux pièces de métal ensemble. C'est un processus de soudage à l'état solide dans lequel le joint résultant est aussi fort que la base. Il est largement utilisé dans diverses industries et est utile pour joindre des tubes, tuyaux ou tiges. Il performe particulièrement bien dans les situations où vous pouvez obtenir la propreté du joint sans l'utilisation de mesures de protection supplémentaires. Pour plus d'informations cliquez Qu'est-ce que le Soudage par Friction ?

Vidéo de Soudage du Titane