TS Workshop / Archamps 24-26 mai 2005G. Favre TS-MME-AS1 Le soudage de laluminium et de ses alliages

TS Workshop / Archamps 24-26 mai 2005

G. Favre TS-MME-AS1

Le soudage de l’aluminium Le soudage de l’aluminium et de ses alliageset de ses alliages


G. Favre TS-MME-AS2

Caractéristiques influençant la Caractéristiques influençant la soudabilitésoudabilité

Présence d’aluminePrésence d’alumineSoufflures + inclusionsSoufflures + inclusions

Faible solubilité de l’hydrogèneFaible solubilité de l’hydrogèneSouffluresSoufflures

Conductibilité thermique élevéeConductibilité thermique élevéeManques de fusion (collages)Manques de fusion (collages)

Alliages trempants + coefficient de dilatation élevéAlliages trempants + coefficient de dilatation élevéFissuration à chaudFissuration à chaud


G. Favre TS-MME-AS3

Formation des défauts / remèdesFormation des défauts / remèdes

Supprimer les sources Supprimer les sources d’hydrogèned’hydrogène

Pollutions de surface Humidité Endommagement des circuits

de gaz Protection du bain

Favoriser le dégazage du bainFavoriser le dégazage du bain Paramètres de soudage

Vitesse de refroidissement Gaz « chaud »

Position de soudage

Soufflures : liées à la présence d’hydrogèneSoufflures : liées à la présence d’hydrogène


G. Favre TS-MME-AS4


Supprimer la couche d’alumine Supprimer la couche d’alumine immédiatement avant soudageimmédiatement avant soudage

Voie mécanique Voie chimique

Inclusions d’alumineInclusions d’alumine Oxyde réfractaire (θfusion 2030°C) Inclusion de « peaux » d’alumine assimilables à

des fissures « oxides notches »


G. Favre TS-MME-AS5


Augmenter l’énergie de soudageAugmenter l’énergie de soudage Gaz « chaud » Préchauffer dans le cas de fortes épaisseurs

Choisir une préparation adaptéeChoisir une préparation adaptée Chanfrein permettant une bonne incidence de

l’arc Supprimer si possible les épaisseur différentes

Manques de fusionManques de fusion Conductibilité thermique à 20°C: 217 W.m-1.K-1

(Inox : ~15 W.m-1.K-1)


G. Favre TS-MME-AS6


Limiter les contraintesLimiter les contraintes Bridage/encastrement Volume du bain liquide (retrait de soudage)

Jouer sur la dilutionJouer sur la dilution Emploi de métal d’apport (nuance ≠ métal de base)

Ajuster les paramètres de soudageAjuster les paramètres de soudage Grains fins Faible volume de bain

Fissuration à chaudFissuration 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


G. Favre TS-MME-AS7

TIGTIG

Action de Action de décapagedécapage NONNON OUIOUI OUI (50 %)OUI (50 %)

PénétrationPénétration Profonde et étroiteProfonde et étroite Faible et largeFaible et large MoyenneMoyenne

Tenue de Tenue de l’électrodel’électrode ExcellentExcellent MauvaiseMauvaise MoyenneMoyenne

e- e-

DC polarité directe

e- e-

DC polarité inverse

e- e-

AC

Le problème de la couche d’alumine …Le problème de la couche d’alumine …


G. Favre TS-MME-AS8

40

15

Angle to be cut

20

30

16

21.

3

24

24

Soudage TIG orbital des Soudage TIG orbital des lignes hélium ECT ATLASlignes 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)


G. Favre TS-MME-AS9

50

50

Mesure de température

A BC

16

3141

60

50

6

Soudage TIG manuel des Soudage TIG manuel des bandes étanchéité portes bandes étanchéité portes

barrel ATLASbarrel ATLAS

Métal de base: 5083


Courant alternatif

Gaz: 70% hélium / 30% argon


Contrôle : test de fuite


G. Favre TS-MME-AS10

MIGMIG

Adapté au soudage des « fortes » Adapté au soudage des « fortes » épaisseurs avec un rendement élevéépaisseurs avec un rendement élevé

Cycle thermique court Cycle thermique court (comparativement (comparativement au TIG)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



Soudage MIG câble Soudage MIG câble supraconducteur ATLASsupraconducteur ATLAS

Temperature measurement

90°

57

5

12

5

Métal de base: Al 99.99%

Métal d’apport: Al 99.99%

Courant pulsé

Gaz: argon


Température max 180°C



Soudage MIG Soudage MIG supports sur ECT supports sur ECT

ATLASATLAS

Métaux de base: 5083


Courant pulsé

Gaz: 70% hélium / 30% argon

Préchauffage 120°C




Faisceau d’électrons / laserFaisceau d’électrons / laser

Densité d’énergie très élevéeDensité 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

LimitesLimites FE: emploi difficile de métal d’apport Laser: problème de réflectivité

http://www.techmeta.fr/engl/06_contacts/06_heating.asp



Soudage FE corne Soudage FE corne CNGSCNGS

Alliage 6082



Soudage FE câble Soudage FE câble supra CMSsupra CMS

64

30

22

20

Supraconducteur NbTi

Al 99.998 %

Al allié

2.3

4



Friction Stir Welding (FSW)Friction Stir Welding (FSW)

Liaison obtenue en phase pâteuse sans fusionLiaison obtenue en phase pâteuse sans fusion Soufflures quasi inexistantes Possibilité de souder les alliages trempants (pas de

fissuration à chaud) Propriétés mécaniques élevées

Autres avantagesAutres avantages Pas de chanfrein / tolérant vis-à-vis de l’accostage Pas de métal d’apport Faibles déformations Pas de fumées



FSWFSW

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

12 mm

30 mm

7xxx

7xxx



FSW : technologies disponiblesFSW : technologies disponibles

Pion Fixe Pion Ajustable Double épaulement

AvanceAvanceAvance

Fermeture du trou Suppression de l’enclume



Enceinte en cuivreL: 5m

Ø: 1 m

Epaisseur: 50 mm

Durée de vie

100 000 ans

Enceinte de stockage de déchets radioactifs Enceinte de stockage de déchets radioactifs (Suède)(Suède)



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



AnnexesAnnexes



Alliages trempantsAlliages trempants

Mise en solution des éléments d’alliageMise en solution des éléments d’alliage TrempeTrempe

État de trempe fraîche (solution solide sursaturée)

RevenuRevenu Précipitation

Hv

heures

0.1 1 10 100 1000

130°C

Zones GP

Θ’’

Θ’

60

140

100



SériesSéries

Non trempantsNon trempants1 1 xxxxxx

Al non alliéAl non allié

3 3 xxxxxx

Al / Mn (1 à 3%)Al / Mn (1 à 3%)

4 4 xxxxxx

Al / Si (0.5 à 13%)Al / Si (0.5 à 13%)

5 5 xxxxxx

Al / Mg (3 à 8%)Al / Mg (3 à 8%)

TrempantsTrempants2 2 xxxxxx

Al / Cu (0.5 à 8%)Al / Cu (0.5 à 8%)

6 6 xxxxxx

Al / Mg (1.5 à 3%) / Si (Si : 0.3 à Al / Mg (1.5 à 3%) / Si (Si : 0.3 à 1.5%)1.5%)

7 7 xxxxxx

Al / Zn (4 à 5%)Al / Zn (4 à 5%)

O : état recuitH : état durci par écrouissageW : état de trempe fraîcheT : état durci par revenu



Défauts typesDéfauts types

Cavités allongéesCavités allongées Vitesse de rotation, vitesse d’avance

Manques de pénétrationManques de pénétration Contrôle de l’outil en effort vertical plutôt qu’en

position

« Hook flow »« Hook flow » Mauvaise fragmentation de la couche d’alumine



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.

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.

Documents ESAB