Le soudage de l’aluminium et de ses alliages

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1 Le soudage de l’aluminium et de ses alliages
TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

2 Caractéristiques influençant la soudabilité
Présence d’alumine Soufflures + inclusions Faible solubilité de l’hydrogène Soufflures Conductibilité thermique élevée Manques de fusion (collages) Alliages trempants + coefficient de dilatation élevé Fissuration à chaud TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

3 Formation des défauts / remèdes
Soufflures : liées à la présence d’hydrogène Supprimer les sources d’hydrogène Pollutions de surface Humidité Endommagement des circuits de gaz Protection du bain Favoriser le dégazage du bain Paramètres de soudage Vitesse de refroidissement Gaz « chaud » Position de soudage TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

4 Formation des défauts / remèdes
Inclusions d’alumine Oxyde réfractaire (θfusion 2030°C) Inclusion de « peaux » d’alumine assimilables à des fissures « oxides notches » Supprimer la couche d’alumine immédiatement avant soudage Voie mécanique Voie chimique TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

5 Formation des défauts / remèdes
Manques de fusion Conductibilité thermique à 20°C: 217 W.m-1.K-1 (Inox : ~15 W.m-1.K-1) Augmenter l’énergie de soudage Gaz « chaud » Préchauffer dans le cas de fortes épaisseurs Choisir une préparation adaptée Chanfrein permettant une bonne incidence de l’arc Supprimer si possible les épaisseur différentes TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

6 Formation des défauts / remèdes
Fissuration à chaud Concerne les alliages trempants Dans le cordon ou en ZAT Diffusion et ségrégation d’éléments d’addition aux joints de grains Contraintes + film liquide = fissuration intergranulaire ou interdendritique Limiter les contraintes Bridage/encastrement Volume du bain liquide (retrait de soudage) Jouer sur la dilution Emploi de métal d’apport (nuance ≠ métal de base) Ajuster les paramètres de soudage Grains fins Faible volume de bain TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

7 TIG Le problème de la couche d’alumine … Action de décapage NON OUI
Pénétration Profonde et étroite Faible et large Moyenne Tenue de l’électrode Excellent Mauvaise TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

8 Soudage TIG orbital des lignes hélium ECT ATLAS
Métaux de base: 5083/6061 Métal d’apport: 4043 Courant continu pulsé Gaz: 100% hélium AVC Préparation: dégraissage + grattage Contrôle : 100% RX (exigence élevée B / ISO 1042) TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

9 Soudage TIG manuel des bandes étanchéité portes barrel ATLAS
Métal de base: 5083 Métal d’apport: 5356 Courant alternatif Gaz: 70% hélium / 30% argon Préparation: dégraissage + grattage Contrôle : test de fuite TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

10 MIG Adapté au soudage des « fortes » épaisseurs avec un rendement élevé Cycle thermique court (comparativement au TIG) ZAT réduite Risque accru de manques de fusion Emploi d’hélium « gaz chaud » limite ces risques Préchauffage Sensibilité à la formation de soufflures Dégraissage et décapage de la couche d’alumine Emploi d’hélium TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

11 Soudage MIG câble supraconducteur ATLAS
Métal de base: Al 99.99% Métal d’apport: Al 99.99% Courant pulsé Gaz: argon Préparation: dégraissage + grattage Température max 180°C TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

12 Soudage MIG supports sur ECT ATLAS
Métaux de base: 5083 Métal d’apport: 5183 Courant pulsé Gaz: 70% hélium / 30% argon Préchauffage 120°C Préparation: dégraissage + grattage TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

13 Faisceau d’électrons / laser
Densité d’énergie très élevée ZAT quasi nulle Peu de déformations (cordons à bords //) Faible volume de bain Permet de souder des alliages difficilement soudables en soudage à l’arc (2219, 6061 …) Sensibilité à la formation de soufflures Limites FE: emploi difficile de métal d’apport Laser: problème de réflectivité TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

14 Soudage FE corne CNGS Alliage 6082
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15 Soudage FE câble supra CMS
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16 Friction Stir Welding (FSW)
Liaison obtenue en phase pâteuse sans fusion Soufflures quasi inexistantes Possibilité de souder les alliages trempants (pas de fissuration à chaud) Propriétés mécaniques élevées Autres avantages Pas de chanfrein / tolérant vis-à-vis de l’accostage Pas de métal d’apport Faibles déformations Pas de fumées TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

17 FSW 30 mm 12 mm 7xxx 7xxx A : Métal de base non affecté
B : ZAT : Zone affectée Thermiquement C : TMAZ : Zone Affectée Thermo Mécaniquement (déformation plastique avec zone de recristallisation) D : Noyau : recristallisation dynamique 30 mm 12 mm 7xxx 7xxx TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

18 Suppression de l’enclume
FSW : technologies disponibles Pion Fixe Pion Ajustable Double épaulement Avance Avance Avance Fermeture du trou Suppression de l’enclume TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

19 Enceinte de stockage de déchets radioactifs (Suède)
Enceinte en cuivre L: 5m Ø: 1 m Epaisseur: 50 mm Durée de vie ans TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

20 Vitesse de soudage max : 2 m/min
Machine 3D 19 m x 3 m x 1.2 m Vitesse de soudage max : 2 m/min Force max : 89 kN Machine 2D 2 m x 0.4 m Vitesse de soudage max : 1 m/min Force max : 89 kN TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

21 Annexes TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

22 Alliages trempants Mise en solution des éléments d’alliage Trempe
État de trempe fraîche (solution solide sursaturée) Revenu Précipitation Θ’ Hv Θ’’ 140 Zones GP 100 130°C 60 heures 0.1 1 10 100 1000 TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

23 Séries Non trempants Trempants O : état recuit
1 xxx Al non allié 3 xxx Al / Mn (1 à 3%) 4 xxx Al / Si (0.5 à 13%) 5 xxx Al / Mg (3 à 8%) Trempants 2 xxx Al / Cu (0.5 à 8%) 6 xxx Al / Mg (1.5 à 3%) / Si (Si : 0.3 à 1.5%) 7 xxx Al / Zn (4 à 5%) O : état recuit H : état durci par écrouissage W : état de trempe fraîche T : état durci par revenu TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

24 Défauts types Cavités allongées Manques de pénétration « Hook flow »
Vitesse de rotation, vitesse d’avance Manques de pénétration Contrôle de l’outil en effort vertical plutôt qu’en position « Hook flow » Mauvaise fragmentation de la couche d’alumine TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS

25 Production station for the FSW welding of circumferential seams with a bobbin tool for Boeing, USA, Delta II tanks. The yellow part is the welding head and the two blue rings are fixtures. Documents ESAB The first installation at Hydro Marine Aluminium, Norway, has now been in production for more than four years and has produced about 250,000 metres of defect free welds. TS Workshop / Archamps mai 2005 G. Favre TS-MME-AS