Quels sont les meilleurs alliages d'aluminium pour le soudage ?

Qui Les alliages d'aluminium sont les meilleurs pour le soudage? L'aluminium est devenu le plus populaire des métaux utilisés dans les industries contemporaines en raison de sa grande portabilité, de sa forte résistance aux éléments et de sa facilité de fabrication. Ses alliages sont inestimables dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la marine, de l'habitat et de la construction. Mais les défis posés par le soudage de l'aluminium sont différents de ceux posés par le soudage d'autres métaux, en partie à cause de la conductivité thermique élevée, de la vitesse de formation des oxydes et des caractéristiques de déformation et de fissuration de l'aluminium au cours du processus de soudage. La connaissance des propriétés et des caractéristiques des différents alliages d'aluminium est importante pour choisir le matériau qui convient à une tâche particulière.

Tous les alliages d'aluminium ne sont pas également soudables. Certains sont bien adaptés au soudage traditionnel, tandis que d'autres nécessitent une procédure de soudage spéciale, comme le soudage par friction-malaxage. Le choix de l'alliage et de la méthode de soudage dépend de facteurs tels que la solidité, la résistance à la corrosion, la ductilité et l'aptitude au traitement thermique. Les surfaces doivent également être correctement préparées, les métaux d'apport doivent être compatibles et les traitements après soudage doivent être pris en compte pour obtenir des jonctions de haute qualité.

L'article présente un rapport détaillé sur les meilleurs types d'alliages d'aluminium à souder, leurs caractéristiques, les avantages associés à leur utilisation, les recommandations à suivre et les défis à relever lors du soudage de ces types d'alliages d'aluminium. Grâce à ces connaissances, les professionnels seront en mesure de réaliser des structures soudées durables, fiables et performantes dans diverses applications industrielles et structurelles.

Qu'est-ce qu'un alliage d'aluminium ?

Les alliages d'aluminium sont des matériaux utilisés en ajoutant d'autres métaux à l'aluminium pour améliorer ses qualités telles que la solidité, la résistance à la corrosion, l'usinabilité ou la soudabilité. L'aluminium pur est faible, léger, mou et très résistant à la corrosion. En ajoutant d'autres éléments (tels que le cuivre (Cu), le magnésium (Mg), le silicium (Si), le manganèse (Mn) ou le zinc (Zn)), les ingénieurs peuvent créer des alliages adaptés à divers types d'applications, notamment l'aérospatiale, les pièces automobiles, la marine et les structures de bâtiments.

Quelques points sur les alliages d'aluminium

• Force accrue : L'alliage confère une résistance accrue par rapport à l'aluminium brut.
• Résistance à la corrosion : certains alliages comprennent le magnésium et d'autres alliages qui ont la réputation de résister à la rouille et à la corrosion causées par les conditions environnementales.
• Soudabilité : D'autres alliages d'aluminium sont faciles à souder, mais certains ont tendance à se fissurer.
• Catégories :
• Alliages corroyés travaillés mécaniquement : (application aux) extrudés, plaques, feuilles (par exemple, séries 1xxx, 5xxx, 6xxx).
• Alliages de fonderie : Ils sont créés en coulant un flux d'aluminium en fusion dans des moules afin de créer des types complexes.

En termes simples, les alliages d'aluminium possèdent les propriétés de légèreté et de résistance à la corrosion de l'aluminium, ainsi que les qualités supplémentaires nécessaires pour répondre aux besoins d'une application industrielle.

Connaître les alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium sont divisés en alliages corroyés et alliages coulés. Les alliages travaillés mécaniquement sont transformés en feuilles, plaques ou extrusions, tandis que les alliages coulés se présentent sous la forme d'aluminium fondu coulé dans des moules. Les alliages corroyés sont ensuite divisés en séries en fonction des éléments d'alliage :

• Série 1xxx (aluminium pur) - Contient principalement de l'aluminium d'une pureté de 99 % ou plus. Ces alliages sont souples, très peu corrosifs et faciles à souder.
• Série 2xxx (alliages Al-Cu) -Ils sont très résistants, mais leur résistance à la corrosion est réduite et ils sont plus difficiles à souder parce qu'ils sont plus susceptibles de se fissurer.
• Série 3xxx (alliages Al-Mn) -Bonne résistance à la corrosion, résistance modérée et bonne soudabilité.
• Série 4xxx (alliages Al-Si) -Ils présentent généralement une soudabilité moyenne et sont utilisés dans les applications automobiles et aérospatiales.
• Série 5xxx (alliages Al-Mg) - Bonne résistance à la corrosion, haute résistance et bonne soudabilité.
• Série 6xxx (alliages Al-Mg-Si) -Bonne résistance mécanique et à la corrosion ; soudabilité moyenne.
• Série 7xxx (alliages Al-Zn-Mg-Cu) -Très haute résistance, faible capacité de soudage et tendance à la fissuration.
• Le choix de l'alliage a une influence majeure sur sa capacité à être soudé et sur sa capacité à être soudé ensemble, la qualité du joint étant également influencée de cette manière.

Conditions affectant la soudabilité

Les alliages d'aluminium peuvent être soudés, en fonction de divers facteurs :

• Éléments d'alliage : Il s'agit d'éléments tels que le magnésium (Mg), le silicium (Si), le cuivre (Cu) et le zinc (Zn) qui affectent la soudabilité. Cuivre : des niveaux élevés de cuivre, comme dans les alliages de la série 2xxx, peuvent compromettre la facilité de soudage et rendre la nature des fissures à chaud plus probable.
• Conductivité thermique et point de fusion : L'aluminium conduit la chaleur environ quatre fois plus que l'acier, ce qui permet à la chaleur de se propager facilement et rend difficile le maintien d'un bain de soudure homogène. Le point de fusion bas de l'aluminium présente un autre risque, celui de la brûlure pendant le soudage.
• Susceptibilité à la fissuration : Les alliages 2xxx et 7xxx ont tendance à se fissurer lors de la solidification en raison des contraintes concentrées pendant le refroidissement.
• Oxydation de la surface : Au contact de l'air, l'aluminium forme spontanément une couche d'oxyde très résistante. Cette couche d'oxyde fusionne à une température plus élevée que celle du métal sous-jacent et doit être.

Les meilleurs alliages d'aluminium à souder

Alliage 5052

L'alliage Al-Mg (aluminium-magnésium) 5052 est considéré par beaucoup comme l'un des alliages les plus faciles à souder. Cela est dû à sa forte teneur en magnésium, qui lui confère une bonne résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements marins et les applications de traitement chimique.

Applications : Résistance moyenne à élevée, ductilité élevée et résistance à la corrosion supérieure à la moyenne.

Avantages :

• Très bonne soudabilité avec les techniques TIG ou MIG.
• Ne résiste pas à la distorsion et à la fissuration à chaud pendant le soudage.
• Possède d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion par soudage.

Matériaux : Structures marines, réservoirs chimiques, panneaux automobiles, tôles de toiture et équipements industriels.

Alliage 5083

L'alliage d'aluminium et de magnésium 5083 présente une résistance élevée à basse température et peut donc être utilisé dans les domaines de la marine et de la cryogénie. Il résiste à la corrosion, en particulier dans l'eau industrielle et l'eau de mer.

Caractéristiques : Très haute résistance, bonne protection contre la corrosion, bonne résistance à la fatigue.

Avantages :

• Excellente soudabilité avec une préparation post-soudure minimale.
• Très résistant à la fissuration sous contrainte et à la corrosion.
• Utilisé dans des applications nécessitant une grande intégrité structurelle, telles que celles impliquées dans les applications lourdes.

Applications : Construction navale, cuves et réservoirs sous pression, châssis et équipements automobiles et équipements de transport.

Alliage 5754

Un autre alliage Al-Mg est l'A-Mg 5754 qui peut être décrit comme étant de résistance moyenne avec une résistance élevée à la corrosion et une grande aptitude au formage. Il présente également une résistance structurelle et une soudabilité, ce qui explique qu'il soit couramment utilisé lorsque la résistance structurelle et la soudabilité sont essentielles.

Caractéristiques : Résistance modérée, ductilité élevée, résistance à la corrosion.

Avantages :

• Superbe soudure avec les méthodes de soudage disponibles.
• Excellente résistance à la corrosion dans des conditions marines et industrielles.
• Bonne aptitude au formage et résistance raisonnablement bonne, même en cas de soudage.

Applications : Panneaux de carrosserie, panneaux structuraux, revêtements de construction et marine.

Alliage 6061

L'alliage Al-Mg-Si de composition 6061 est largement utilisé dans les domaines de la construction et de l'aérospatiale. Il s'agit d'un compromis entre la ténacité, la résistance à la corrosion et l'utilité.

Type de biens : Résistance moyenne à élevée, très bonne résistance à la corrosion et ductilité modérée.

Avantages :

• Peut être soudé au TIG ou au MIG avec un éventuel préchauffage nécessaire sur les sections épaisses.
• Les propriétés mécaniques sont rétablies par un traitement thermique après soudage.
• Son excellent rapport résistance/poids lui permet d'être utilisé dans des pièces structurelles.

Applications : Structures d'aéronefs, pipelines, composants automobiles, structures de ponts et produits structuraux.

Alliage 6063

L'alliage Al-Mg-Si (6063) est un autre alliage d'aluminium architectural et décoratif dont la surface présente une finition lisse et résiste à la corrosion.

Propriétés : Une résistance forte ou modérée, une bonne résistance à la corrosion, un bon état de surface.

Avantages :

• Excellente soudabilité de tous les types d'épaisseur.
• Il est également capable de résister à la corrosion, y compris à l'extérieur et dans l'architecture.
• La surface lisse peut être anodisée et marquée d'un décor.

Applications : Structure architecturale, cadres de fenêtres, portes, murs-rideaux et extrusions.

Alliage 1100

L'alliage d'aluminium 1100 peut presque être considéré comme un alliage d'aluminium pur (il s'agit d'aluminium 99%). Il est souple, ductile et très facile à souder. Il convient donc lorsque la résistivité est plus importante que la résistance.

Haute ductilité : Excellente résistance à la corrosion, faible résistance mécanique.

Avantages :

• Très facile à souder avec peu ou pas de préparation.
• Très bonne résistance à la corrosion, même à des produits chimiques agressifs.
• Il se plie, se façonne et se moule très facilement.
• Applications : Toitures, bardages, équipements chimiques, objets de cuisine et applications à faible résistance.

Alliage 1350

Le1350 est un autre alliage d'aluminium de haute pureté applicable dans les industries électriques et chimiques. Il est incroyablement solide et présente une grande résistance à la corrosion. Il est également très facile à souder et constitue un métal très fiable lorsqu'il est utilisé dans des contextes spécialisés.

Avantages : Immunité à la corrosion, excellente aptitude au soudage et faible poids.

Avantages :

• Facile à souder de manière conventionnelle.
• Léger, il peut donc être utilisé dans des machines transportables.
• Résiste à la corrosion et a une longue durée de vie, même dans des environnements chimiques ou d'eau de mer.
• Applications : Équipement de traitement, conduits, barres électriques et réservoirs de stockage de produits chimiques.

les alliages d'aluminium, ainsi que leurs principales propriétés et leur aptitude au soudage

Le tableau technique ci-dessous contient la liste des noms propres complets des alliages d'aluminium, ainsi que leurs principales propriétés et leur capacité à être soudés :

Il s'agit d'une version qui utilise les noms d'alliages appropriés de référence dans les livres d'ingénierie et les termes aérospatiaux/industriels.

Les types d'alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium sont classés en deux grandes catégories : les alliages corroyés et les alliages moulés. Chaque type d'alliage possède des caractéristiques, des utilisations et une soudabilité spécifiques.

1. Alliages d'aluminium corroyés

Les tôles, plaques, feuilles, barres ou extrusions travaillées mécaniquement sont fabriquées à partir d'alliages corroyés. Elles sont subdivisées en deux séries en fonction de leur composition :

Alliages non traitables à la chaleur :

• Ces alliages ne peuvent pas atteindre la résistance au moyen de ces traitements thermiques, mais par un travail à froid. Les séries 1000, 3000 et 5000 en sont des exemples. Ils sont très résistants à la corrosion et ont une bonne soudabilité. Ils sont donc utilisés pour les structures marines, les toitures et les appareils de traitement chimique.

Alliages pouvant être traités thermiquement :

•  Le traitement de ces alliages par la mise en solution et la trempe peut également leur conférer une plus grande résistance. Les séries 2000, 6000 et 7000 en sont des exemples. Ils sont résistants, mais peuvent être difficiles à souder, nécessitant dans certains cas des méthodes spéciales. Les applications sont l'aérospatiale, l'automobile et les charpentes.

2. Moulage d'alliages d'aluminium

Le moulage de l'aluminium sont réalisés en coulant l'alliage en fusion dans des pièces moulées. Ils s'appliquent aux formes complexes qui sont difficiles à créer avec les procédés de corroyage. Les alliages de fonderie peuvent être traités thermiquement ou non, et offrent un équilibre entre la solidité, la résistance à la corrosion et l'usinabilité. Les utilisations typiques sont les blocs moteurs, les pièces automobiles et les machines.

Il est essentiel de comprendre la nature de l'alliage d'aluminium lors du choix du matériau approprié à utiliser pour le soudage, car elle est susceptible d'influencer les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion ainsi que la qualité des joints.

Alliages d'aluminium les plus difficiles à souder

Alliage 2024

Matériau Al-Cu à haute résistance, utilisé dans l'industrie aérospatiale et dans des applications similaires à haute tension.

Défis :

• Tend à se fissurer à chaud lorsqu'il est soudé.
• Nécessite des méthodes spéciales et des métaux d'apport.
• Doit être suivi d'un traitement thermique post-soudure pour retrouver ses propriétés mécaniques.

Alliage 2219

Caractéristiques : Alliage Al-Cu à haute résistance, applicable dans l'aérospatiale et les composants de fusées.

Défis :

• Très difficile à souder car il peut se fissurer et se déformer.
• Il exige une grande maîtrise du chauffage et une soudure parfaite.

Alliage 7075

Caractéristiques : Alliage Al-Zn-Mg-Cu extrêmement résistant, généralement utilisé dans les produits aérospatiaux et militaires.

Défis :

• Mauvaise soudabilité ; ils ne doivent pas être soudés de manière conventionnelle.
• Très sensible à la corrosion sous contrainte.
• On utilise généralement des procédés de soudage par friction-malaxage ou d'autres procédés spéciaux.

Techniques de soudage de l'aluminium

Il est impératif de choisir la procédure de soudage appropriée, tout comme il est impératif de choisir l'alliage approprié. Les méthodes de soudage de l'aluminium les plus utilisées sont les suivantes :

• Soudage TIG (GTAW) : Des soudures fines et propres peuvent être produites, mais elles conviennent aux matériaux minces. Elle est courante pour les alliages 1xxx, 5xxx et 6xxx.
• Soudage MIG (GMAW) : Il offre des taux de dépôt plus rapides, peut être utilisé avec des sections plus épaisses et est souvent le procédé de soudage de choix dans l'industrie pour souder les alliages d'aluminium des séries 5xxx et 6xxx.
• Métaux d'apport : Il est important de sélectionner le métal d'apport approprié. Ainsi, les charges 5356 sont applicables aux alliages 5xxx et les charges 4043 aux alliages 6xxx.
• Préchauffage et postchauffage : Traitement : Le préchauffage permet d'éviter les problèmes liés aux chocs thermiques et à la fissuration, en particulier pour les pièces épaisses. Certains alliages ont besoin d'un vieillissement artificiel pour retrouver leur résistance après le soudage.

Suggestions pratiques pour le soudage des alliages d'aluminium

Compositions de l'aluminium Soudage L'aluminium peut être facilement soudé, mais cette opération nécessite une planification et une technique supplémentaires car l'aluminium a une conductivité thermique élevée, une tendance à développer des couches d'oxyde et peut être facilement déformé ou fracturé. Le choix du bon alliage et de la bonne technique peut améliorer considérablement la résistance de la soudure et sa qualité. Voici quelques suggestions de travail :

1. Choisir l'alliage adapté à l'utilisation

• Dans les environnements marins, chimiques et sujets à la corrosion : 5052, 5083 et 5754 sont le choix idéal.
• Résistance modérée : 6061, 6063 sont principalement utilisés dans les constructions robustes.
• A utiliser en décoration ou comme matériaux de faible résistance : 1100, 1350 peuvent être utilisés.
• Éviter les alliages : tels que 2024, 2219 et 7075, à moins que des méthodes spécialisées telles que le soudage par friction-malaxage ne soient utilisées.

2. Choisir le procédé de soudage approprié

• TIG (GTAW) : Il s'agit d'un procédé précis et propre, souvent utilisé pour les soudures de sections minces. Il convient le mieux aux 5052, 5083, 6061 et 1100.
• Gaz inerte métallique (GMAW) : Utilise la norme industrielle MIG (gaz inerte métallique ou arc gaz-métal). S'applique plus rapidement lorsqu'un métal plus épais est nécessaire ; couramment utilisé dans les applications industrielles. Convient aux métaux 5052, 6061 et 5754.
• Soudage par friction-malaxage (FSW) : Cette technique de soudage est plus productive avec les alliages à haute résistance tels que le 7075 et le 2219, pour lesquels le soudage par fusion n'est pas recommandé.

3. Préparation de la surface

• Avant d'appeler à se percher, nettoyez la surface de l'oxyde d'aluminium à l'aide d'une brosse en acier inoxydable ou d'un nettoyant chimique avant de procéder au soudage.
• Veillez à ce que la surface ne soit pas huileuse ou humide, sinon le matériau risque d'être poreux et de présenter des faiblesses.

4. Réguler l'apport de chaleur

• L'aluminium conduit la chaleur trop rapidement et la surchauffe provoque des déformations, des brûlures ou une résistance.
• Réduire au minimum les longues passes de soudure et les tailles d'électrodes inappropriées et utiliser le préchauffage (si nécessaire) pour assurer une distribution uniforme de la chaleur.

5. Utiliser des métaux d'apport compatibles

• Pour conserver la résistance et éviter la corrosion, l'alliage d'apport doit être adapté au métal de base.
• Les alliages d'apport les plus courants sont les 4045, 5356 et 5556, en fonction de la base de l'aluminium.

6. Traitements post-soudure

• Dans le cas d'alliages nécessitant un traitement thermique, tels que les alliages 6061 ou 2024, un traitement thermique post-soudure doit être effectué pour restaurer les propriétés mécaniques.
• Une plus grande résistance à la corrosion peut être obtenue par anodisation ou par d'autres revêtements protecteurs dans les environnements marins ou autres environnements corrosifs.

7. Minimiser la distorsion

• Les soudures en quinconce, le serrage et le soudage par points peuvent contribuer à réduire le gauchissement ou les tensions.
• Des barres d'appui ou des plaques de refroidissement peuvent être utilisées pour absorber la chaleur supplémentaire sur les tôles minces.
• Ces conseils utiles garantissent un assemblage soudé robuste, solide et résistant à la corrosion dans l'aluminium, et réduisent les risques de fissuration, de déformation ou d'écrasement.

Conclusion

Le soudage des alliages d'aluminium nécessite une sorte d'équilibre entre la sélection du matériau, la procédure et la thérapie thermique post-soudage pour obtenir des joints robustes, stables et résistants à la corrosion. Parmi la grande variété d'alliages d'aluminium disponibles, les alliages 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 et 1350 présentent les meilleures caractéristiques en termes de résistance à la corrosion, de ductilité et de facilité de fabrication pour être soudés avec succès. Ce type d'alliage est commun à des industries telles que la marine, l'automobile, l'aérospatiale et l'industrie structurelle en raison de sa résistance moyenne à élevée et de sa bonne soudabilité. À l'inverse, aux extrémités du spectre des alliages (2024, 2219 et 7075), les alliages à haute résistance sont particulièrement difficiles à souder car ils sont susceptibles de se fissurer à chaud, de se déformer et de perdre leurs propriétés de résistance, ce qui nécessite soit des méthodes de soudage spéciales (soudage par friction-malaxage, traitement thermique contrôlé), soit des traitements thermiques spéciaux.

Des aspects pratiques tels que la préparation de la surface de fixation, la température, l'utilisation de charges appropriées, ainsi que les traitements après soudage sont importants pour garantir une utilisation optimale des structures soudées en aluminium. En connaissant les propriétés, les avantages et les inconvénients de chaque alliage, les ingénieurs et les fabricants peuvent prendre des décisions éclairées qui conduiront à une résistance structurelle adéquate et à une longue durée de vie. Enfin, en choisissant le bon alliage d'aluminium et en respectant les procédures de soudage correctes, il est possible de garantir une qualité et une sécurité élevées en matière de soudage, ce qui accroît la sécurité et l'efficacité de tous les produits et applications industriels, architecturaux et technologiques.

FAQ

1. Quels sont les alliages d'aluminium les plus faciles à souder ?

Les alliages 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 et 1350 sont les plus faciles à souder. Ces alliages présentent une bonne résistance à la corrosion, une ductilité élevée et un risque très faible de fissuration pendant le soudage, ce qui permet de les utiliser dans la majorité des applications industrielles et structurelles.

2. Pourquoi certains alliages d'aluminium sont-ils difficiles à souder ?

Alloys like 2024, 2219, 7075 are hard to weld due to the high strength and that it can be heat treated, that they have a tendency to develop hot cracking, distortion and these are some of the risks they face during the conventional fusion welding process, the ability to lose its mechanical properties. Special joining processes, such as friction stir welding are also usually necessary to produce strong and defect-free joints.

3. Quelles sont les meilleures pratiques en matière de sources de soudage de l'aluminium ?

Best practices involve how to clean the surface properly to remove the oxide layers, careful control of the heat input, types of filler metals as compatible with each other, clamping or tack welding, to minimize any distortion, and any post-weld treatment such as heat treatment or protective coating. These practices effectively result in high, strong, and durable welds and anti-corrosion.