Comment souder du titane :processus et techniques

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 pensait qu'un soudage correct du titane ne pouvait être effectué que dans des chambres étanches.

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 le pensent de nombreux soudeurs. Vous avez juste besoin de maintenir une bonne protection contre les gaz 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 les procédés de soudage à l'arc sous gaz de tungstène (GTA ou TIG) et sous gaz métal-arc (GMA ou MIG). Le soudage par résistance, à l'arc plasma, par faisceau d'électrons et par friction est également utilisé 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 réalisées à l'état brut de soudage sont ductiles et, dans la plupart des environnements, sont aussi résistantes à la corrosion que le métal de base. Les soudures inappropriées, en revanche, peuvent être fragilisées et moins résistantes à la corrosion que le métal de base.

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

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

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 cassants. La réaction du titane avec les gaz et les flux rend les procédés de soudage courants tels que le soudage au gaz, l'arc métallique sous protection, l'arc fourré et le soudage à l'arc submergé inadaptés.

De même, le soudage du titane sur la plupart des métaux dissemblables n'est pas réalisable, car le titane forme des composés cassants avec la plupart des autres métaux; cependant, le titane peut être soudé au zirconium, au tantale et au niobium.

Malgré les précautions qui doivent être prises, de nombreux fabricants soudent régulièrement et économiquement du titane, réalisant des soudures saines et ductiles à des taux comparables à ceux de nombreux autres matériaux hautes performances.

L'un des avantages importants du soudage des nuances de titane commercialement pures est qu'elles contiennent plus de 99 % de titane pur et qu'il n'y a aucun problème de ségrégation. Il en va de même pour le fil ou la baguette de soudure dans des qualités commercialement pures.

Environnement de soudage

Aujourd'hui, la plupart des soudures au titane sont effectuées dans l'atelier de fabrication ouvert, bien que la soudure en chambre soit encore pratiquée de manière limitée. Le soudage sur le terrain est courant. Partout où le soudage est effectué, un environnement propre est nécessaire pour souder le titane.

Un espace séparé, spécifiquement dédié au soudage du titane, permet de réaliser des soudures de qualité. Cette zone doit être maintenue propre et doit être isolée des opérations génératrices de saleté telles que le meulage, le coupage au chalumeau et la peinture. De plus, la zone de soudage doit être exempte de courants d'air et l'humidité doit être contrôlée.

Préparation de la soudure

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

• Nettoyez la surface du titane pour éliminer toutes les impuretés et enlever toute huile, graisse ou saleté. Il est préférable d'utiliser des produits chimiques spécialement conçus pour le titane. N'oubliez pas que plus le titane sera propre, plus la soudure créée sera solide.
• Pour éliminer les contaminants, vous pouvez utiliser un nettoyeur à vapeur ou une solution diluée d'hydroxyde de sodium.
• Utilisez une petite soufflerie à air chaud pour vous assurer qu'il ne reste plus d'humidité sur la surface. Cependant, assurez-vous de ne pas l'utiliser sur des solvants inflammables.
• Assurez-vous que toutes les pièces à souder 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, alors 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

Étant donné que le titane réagit facilement avec l'air, l'huile, la saleté, l'humidité et d'autres métaux pour former des composés cassants, l'utilisation du bon gaz de protection est essentielle lorsque vous cherchez à vous assurer que vous obtenez une soudure solide. Habituellement, la plupart des soudeurs utilisent de l'argon pur à 99,999 % pour le processus. Seuls l'argon et l'hélium vraiment purs offrent une protection optimale contre l'atmosphère.

Lorsque vous achetez le gaz de protection pour votre projet de soudage, assurez-vous que vous n'obtenez ce gaz qu'auprès de fournisseurs de confiance. Même si l'argon est légèrement moins pur que nécessaire, il peut entraîner une décoloration. Vous vous retrouverez avec une soudure teintée de jaunâtre, ce qui n'est pas quelque chose que vous voudriez qu'il se produise. Un gaz impur ou une couverture incomplète peut également provoquer une coloration bleue et des marbrures.

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

Pour les petites pièces, vous pouvez utiliser des compartiments fermés constitués de boîtes à gants remplies de gaz de protection. Vous pouvez même utiliser des chambres à gaz de purge spécialement conçues en polyéthylène combinées à un moniteur de purge. Avec eux, vous pouvez vérifier que la chambre contient suffisamment d'argon pour fournir une protection optimale.

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

• Blindage principal – il est généralement intégré à la torche de soudage et fournit une couverture primaire nécessaire à la protection du bain de fusion en fusion. Vous pouvez utiliser une torche standard refroidie à l'eau équipée d'une coupelle en céramique et de lentilles à gaz. Nous vous suggérons de choisir une torche avec une coupe plus large pour une meilleure couverture.
• Blindage secondaire – Les boucliers arrière offrent une protection secondaire. Ils sont fixés à l'extrémité de la plupart des torches de soudage et garantissent que toutes les zones affectées par la chaleur sont à l'abri de la contamination.
• Blindage de secours – Ces appareils ressemblent à des boucliers traînants et remplissent pratiquement la même fonction. Il s'agit soit d'appareils portatifs, soit de dispositifs scotchés en place. Ils sont rarement pré-installés dans la torche de soudage.

Sélectionner le bon fil d'apport

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

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

• Lors du soudage de titane non allié de résistance plus élevée, utilisez un métal d'apport dont la limite d'élasticité de la base est inférieure.
• Vous pouvez utiliser un matériau d'apport non allié lors du soudage du titane des classifications Ti-5A1-2.5Sn et Ti-6A1-4V.
• Une autre option est le métal d'apport avec des pourcentages d'oxygène, d'azote, d'hydrogène, de carbone et d'autres alliages inférieurs à ceux du métal de base.

Procédés de soudage utilisables

Lors du soudage de titane et d'alliages de titane, vous pouvez utiliser l'une des procédures de soudage suivantes :

• Soudage par faisceau d'électrons (EBW)
• Soudage à l'arc gaz-tungstène (GTAW) ou (TIG) soudage sous gaz inerte au tungstène
• Soudage par résistance (RW)
• Soudage par faisceau laser (LBW)
• Soudage à l'arc plasma (PAW)
• Soudage à l'arc gaz-métal (GMAW) ou (MIG) Metal Inert Gas
• Soudage par friction (FRW)

1. Soudage par faisceau d'électrons

Il s'agit d'un processus de fusion qui utilise un faisceau d'électrons à grande vitesse pour joindre deux métaux ensemble. Lorsque 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 de l'aérospatiale et de la production aéronautique 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 se déroule dans une atmosphère de vide poussé.

2. Gaz inerte de tungstène/GTAW

Les procédés de soudage 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, ce qui peut entraîner des soudures faibles et de mauvaise qualité. Dans le processus, vous avez besoin d'un métal d'apport ou d'un fil pour le joint de soudure.

C'est un procédé largement utilisé pour le soudage du titane et de ses alliages. Vous pouvez utiliser TIG sans matériau de remplissage pour les joints à rainures bout à bout carrés sur les métaux de base jusqu'à 2,5 mm d'épaisseur. Pour les tôles plus épaisses, vous devez utiliser un métal d'apport pour garantir la durabilité du joint de soudure résultant.

3. Soudage par résistance (RW)

Le soudage par résistance est un procédé thermoélectrique. Il relie deux pièces de métal ensemble en faisant passer un courant contrôlé à travers les plaques pendant une période contrôlée. Il est courant d'utiliser également une quantité importante de pression pour la procédure. Dans cette méthode, la chaleur est strictement limitée à la zone qui doit 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 lorsqu'il s'agit de souder du titane avec d'autres métaux comme l'acier au carbone ou des plaques d'acier inoxydable.

4. Soudage par faisceau laser (LBW)

Il s'agit d'un autre processus de soudage par fusion qui relie deux pièces de métal via un laser. Il chauffe l'intersection entre les deux plaques, qui fondent et fusionnent, formant le joint. Une fois que le bain de fusion fondu refroidit et se solidifie, il en résulte une soudure ferme et durable.

Les soudeurs préfèrent désormais de plus en plus le soudage par faisceau laser pour le titane car il supprime le besoin d'une chambre à vide. Cependant, l'utilisation de gaz de protection reste indispensable car le risque de contamination demeure.

Même si un faisceau laser et un faisceau d'électrons sont tous deux des procédures 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 également un arc entre une électrode de tungstène et la pièce. Il convient à presque toutes les classifications de titane et fonctionne bien même sur des tôles plus épaisses. En utilisant la technique du trou de serrure, vous pouvez également l'utiliser sur une plaque monopasse jusqu'à 13 mm d'épaisseur.

6. Metal Inert Gas (MIG)/Soudage à l'arc gaz-métal (GMAW)

Le soudage MIG utilise un fil métallique d'apport solide qui est chauffé en continu 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. De nombreux soudeurs préfèrent GMAW pour ses taux de dépôt de métal et de productivité élevés.

Vous pouvez également utiliser le procédé pour les soudures au 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 d'autres, en particulier pour une utilisation sur des plaques de titane de plus de 13 mm d'épaisseur.

7. Soudage par friction (FRW)

Comme son nom l'indique, la méthode utilise la friction pour assembler deux pièces de métal. Il s'agit d'un processus de soudage à l'état solide dans lequel le joint résultant est aussi solide que la base. Il est largement utilisé dans diverses industries et est utile pour joindre des tuyaux, des tubes ou des tiges. Il fonctionne particulièrement bien dans les situations où vous pouvez obtenir une propreté des joints sans utiliser de mesures de protection supplémentaires. Pour plus d'informations, cliquez sur Qu'est-ce que le soudage par friction ?

Vidéo sur le soudage du titane