Pourquoi l'aluminium se soude différemment de l'acier
Trois faits physiques façonnent chaque procédure de soudage de l’aluminium marin. Premièrement, le film d'oxyde sur la surface fond à environ 2072 C contre environ 660 C pour le métal en dessous, l'oxyde doit donc être éliminé mécaniquement ou chimiquement avant le soudage et re-cassé pendant la passe. Deuxièmement, la conductivité thermique est d'environ 237 W/mK, soit plusieurs fois celle de l'acier au carbone, de sorte que la chaleur est évacuée du joint et qu'un apport d'énergie ou un préchauffage plus élevé est nécessaire sur des tôles épaisses. Troisièmement, il n'y a pas de changement de couleur avant la fusion, de sorte que l'opérateur n'a aucun avertissement visuel de l'approche du point de fusion.
Les conséquences sont familières : fusion incomplète lorsque l’oxyde est laissé en place, porosité lorsque l’hydrogène provenant de l’humidité, de l’huile ou de l’oxyde hydraté est piégé et distorsion lorsque la chaleur est concentrée en fines sections. Tous trois sont contrôlés par la discipline de nettoyage et par la procédure plutôt que par la machine à souder.
TIG et MIG comparés
| Facteur | TIG (GTAW) | MIG (GMAW) |
|---|---|---|
| Gamme de plaques typique | 1,5 à 6 mm, plus passages radiculaires sur plaque épaisse | 3 mm et plus, congés de production et soudures bout à bout |
| Actuel | Électrode AC ou DC négative avec hélium | Électrode DC positive, pulsée pour le travail de position |
| Gaz de protection | Mélanges d'argon, d'argon-hélium pour coupes épaisses | Argon ou argon-hélium pour les tôles lourdes |
| Force du résultat | Qualité et contrôle les plus élevés, vitesse inférieure | Taux de dépôt élevé, plus d'apport de chaleur |
| Utilisation marine typique | Plaque de coque, chicanes de réservoir, racines, réparation | Ponts, superstructure, coutures longues, raidisseurs |
Les deux procédés reposent sur un blindage inerte, car l'aluminium ne contient pas de scories protectrices et tout oxygène ou azote présent dans l'arc produit des inclusions d'oxyde ou une porosité de nitrure. Le courant pulsé est utilisé dans les deux processus pour réduire l'apport de chaleur, améliorer la forme des cordons et permettre des travaux-hors de position-sur les joints verticaux et aériens.
Sélection de métaux d'apport
Le choix du matériau de remplissage n'est pas un détail mineur : pour les tôles de coque 5xxx, il détermine la résistance aux fissures et le comportement à la corrosion. AWS A5.10 classe les charges utilisées dans les travaux maritimes, et les trois qualités courantes sont ER4043 (aluminium avec 4,5 à 6,0 % de silicium), ER5356 (aluminium avec 4,5 à 5,5 % de magnésium) et ER5183 (aluminium avec 4,3 à 5,2 % de magnésium et environ 0,5 à 1,0 % de manganèse).
L'ER4043 donne le métal d'apport le plus résistant aux fissures- et s'écoule bien, mais il est moins ductile et présente une résistance à la corrosion plus faible en service, il est donc généralement évité pour les tôles de coque exposées à l'eau de mer. ER5356 est le choix à usage général-pour les 5083 et 5086, avec une bonne résistance et une bonne résistance à l'eau salée. ER5183 est utilisé là où la résistance soudée la plus élevée-est requise sur les plaques 5083 et 5383. Il est essentiel d'adapter la charge à l'alliage de base ; une charge métallurgiquement inappropriée pour la plaque peut produire des fissures à chaud pendant la solidification même lorsque la soudure semble saine en surface.
Qualification des procédures et niveaux de qualité
Les procédures de soudage pour les structures marines sont normalement qualifiées selon AWS D1.2/D1.2M, le code de soudage structurel pour l'aluminium, ou selon la norme ISO 15614-2 pour le soudage à l'arc de l'aluminium et de ses alliages. Les deux voies nécessitent un dossier de qualification de procédure basé sur un assemblage d'essai, avec des essais de traction et de pliage et, le cas échéant, un examen radiographique ou ultrasonore. Les niveaux d'acceptation des soudures sont généralement rédigés selon la norme EN ISO 10042, qui classe les imperfections telles que la porosité, le manque de fusion et les contre-dépouilles en niveaux de qualité B, C et D. La plaque de base doit être commandée selon une spécification qui contrôle l'équilibre des éléments lourds, généralement ASTM B928M pour les produits marins à haute teneur en magnésium ou ASTM B209M pour les tôles et plaques générales.
Deux détails du processus déterminent la plupart des résultats. Le préchauffage est utilisé pour les sections épaisses afin de ralentir la vitesse de refroidissement et de réduire le risque de pénétration incomplète et de fissuration, la température étant vérifiée par un thermomètre à contact ou un crayon thermique plutôt qu'estimée. Des séquences multi-passes avec une température entre passes contrôlée et un ordre de soudage équilibré sont utilisées pour limiter la distorsion sur les joints longs.
Nettoyage, inspection et protection contre la corrosion
Le nettoyage est une opération en deux -étapes. Avant de souder, éliminer les huiles et graisses avec un solvant, puis éliminer l'oxyde des faces de joint et une zone d'environ 50 mm de chaque côté avec une brosse métallique en inox réservée à l'aluminium uniquement ; une brosse précédemment utilisée sur l'acier contamine le joint. Entre les passes, éliminez à nouveau l'oxyde et la suie. Après le soudage, lavez la soudure et la zone affectée par la chaleur-pour éliminer les résidus contenant du chlorure-, qui sont une cause fréquente de corrosion précoce sur les structures marines.
La pratique d'inspection combine l'examen visuel de la forme du cordon, de l'état des contre-dépouilles et du cratère avec des tests radiographiques ou ultrasoniques des joints critiques et des tests par ressuage sur les congés là où les défauts de rupture de surface sont importants. Lorsque la soudure sera immergée, une protection supplémentaire est normale : un système de revêtement approuvé sur la soudure et la zone affectée thermiquement-, ou une protection cathodique avec une attention particulière à l'interface aluminium-acier, car la différence de potentiel entre les deux métaux entraîne une corrosion galvanique dans l'eau de mer.
Foire aux questions
Q:Le TIG ou le MIG sont-ils meilleurs pour l'aluminium marin ?
R : Le TIG offre un meilleur contrôle et est utilisé pour les plaques minces, les passages de racines et les réparations. Le MIG est plus rapide et est utilisé pour les ponts, les joints longs et les sections plus épaisses où son apport thermique plus élevé peut être géré.
Q:Pourquoi l’aluminium doit-il être nettoyé immédiatement avant le soudage ?
R : L'oxyde de surface fond à environ 2 072 °C contre environ 660 °C pour le métal de base, donc l'oxyde non soudé provoque une fusion incomplète. L’huile et l’humidité se décomposent également en hydrogène et créent de la porosité.
Q:Quel enduit est utilisé pour la tôle de coque 5083 ?
R : ER5356 est le choix standard à usage général-, le ER5183 étant sélectionné là où une résistance de soudage plus élevée est requise. Le ER4043 est généralement évité pour le service d'eau de mer immergée-.
Q:Quel préchauffage est utilisé sur une plaque d'aluminium marine épaisse ?
R : Le préchauffage est appliqué pour un refroidissement lent sur des sections épaisses, la température réglée étant vérifiée par un instrument. Il est précisé dans la procédure qualifiée plutôt que choisi au niveau de la machine.
Q:Comment les soudures en aluminium sont-elles acceptées ou rejetées ?
R : Par rapport à un niveau de qualité défini, généralement EN ISO 10042 niveaux B, C ou D, en utilisant un examen visuel et des tests radiographiques ou ultrasoniques sur les joints critiques.
Q:Peut-on utiliser une brosse métallique en acier pour nettoyer l'aluminium ?
R : Non. Les particules d’acier s’incrustent dans la surface molle de l’aluminium et favorisent à la fois la porosité et la corrosion galvanique. Une brosse en acier inoxydable réservée uniquement à l'aluminium doit être utilisée.