Qu'est-ce que l'aluminium ?
L'aluminium est un métal léger de couleur blanc argenté. C'est le troisième élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l'oxygène et le silicium, avec une répartition de 7,57 %. Cependant, en raison de ses propriétés de métal commun, il se présente presque exclusivement sous forme combinée. En science des matériaux, le terme « aluminium » désigne tous les matériaux à base d’aluminium. Cela inclut l’aluminium pur (contenant au moins 99,0 % d’aluminium), l’aluminium ultra-pur (contenant au moins 99,7 % d’aluminium) et, en particulier, les alliages d’aluminium, qui sont aussi résistants que l’acier mais dont la densité n’est que d’un tiers de celle de ce dernier.
La production mondiale de bauxite devrait augmenter de 1,8 % pour atteindre 421,5 millions de tonnes métriques (mt) en 2024. Les cinq principaux pays producteurs de bauxite étaient les suivants :
Parmi les autres producteurs importants figuraient la Guyane, qui a produit 1,7 million de tonnes en 2024, et les sites d'exploitation de bauxite de Rio Tinto, qui ont produit 58,7 millions de tonnes en 2024.
L'aluminium fait partie des métaux légers. Ceux-ci sont utilisés dans de nombreux domaines technologiques en raison de leurs propriétés. Les alliages d'aluminium sont des alliages composés principalement d'aluminium. Utilisez l'explorateur interactif ci-dessous pour trouver l'alliage idéal pour votre projet. Cliquez sur les boutons de filtrage en fonction des propriétés dont vous avez besoin pour affiner instantanément vos options et découvrir le matériau adapté à votre application.
Voici un aperçu du système de désignation des alliages d'aluminium corroyés selon les normes EN 573-3/4 et EN 1706.
Alliage AL AW = aluminium corroyé (alliages d'aluminium corroyés AW)
Alliages AI AC = groupe d'alliages d'aluminium de fonderie AC (en anglais : « aluminium cast »)
Il existe également les désignations M (alliage-maître) et B (bloc métallique).
AA signifie « Aluminium Association » et s'applique spécifiquement à l'aluminium. Ce système est utilisé dans le monde entier comme base pour les normes et les désignations relatives à l'aluminium. Il est identifié par le préfixe AA, suivi de quatre chiffres. Ces chiffres se décomposent comme suit :
Premier chiffre : composant(s) principal(aux) de l'alliage
Deuxième et troisième chiffres : désignation spécifique de l'alliage (le nombre n'a pas de signification particulière, mais est unique)
Quatrième chiffre : lingots (0) ou pièces moulées (1, 2).
Les procédés de soudage les plus courants sont le soudage TIG et le soudage MIG. Dans ces procédés, la couche d’oxyde est éliminée grâce à l’effet nettoyant de l’arc. Le soudage TIG s’effectue généralement en courant alternatif, tandis que le soudage MIG s’effectue en courant continu à polarité positive. L’argon ou des mélanges argon-hélium sont utilisés comme gaz de protection dans ces procédés, qui offrent une meilleure qualité de soudure et une moindre sensibilité à la formation de pores ; leurs inconvénients sont le prix plus élevé du gaz et une consommation plus importante pendant le soudage. Le soudage au gaz, qui était courant par le passé, a perdu de son importance car il nécessite l’utilisation de flux spéciaux et agressifs pour éliminer la couche d’oxyde ; l’efficacité de ces flux diminue avec l’augmentation de la teneur en Mg et leurs résidus peuvent provoquer de la corrosion. L’élimination des résidus de flux prend également beaucoup de temps et nécessite des mesures particulières en matière de sécurité au travail et de protection de l’environnement. Cela vaut également pour le soudage à l’arc manuel avec des électrodes enrobées, car leur enrobage contient des sels agressifs faisant office de flux.
Fonctions du gaz de protection
- Permet la formation d'un plasma pour la commutation du courant
- Protège le bain de fusion contre toute réaction avec l'air ambiant
- Exerce une action nettoyante qui élimine partiellement l'oxyde d'aluminium du matériau base (DCEP)
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Argon |
Hélium |
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Avantages |
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Bonne initiation et bonne stabilité de l'arc |
Tension d'arc plus élevée |
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Une protection plus efficace |
Largeur importante du fond de soudure |
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Des coûts réduits |
Poroïosité réduite |
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un bon nettoyage |
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Inconvénients |
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Largeur réduite du creux de soudure |
Nettoyage insuffisant |
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Problèmes d'amorçage et de stabilité de l'arc |
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Coûts plus élevés |
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Des débits plus élevés sont nécessaires |
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Soudure aluminium avec L' Argon
Soudure aluminium avec d’Hélium
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- Composition du matériau de base
- Apport thermique
- Épaisseur de la tôle
- Position de la soudure
- Qualité de la soudure (aspect)
- Effort de soudage (productivité)
- Compétences du soudeur
Cette opération s'effectue par meulage, fraisage ou découpe au plasma. Les abrasifs ne doivent pas être liés à la résine. La préparation mécanique s'effectue généralement à sec. En règle générale, il faut veiller à ce que l'angle d'ouverture des soudures en Y soit de 70° et que les arêtes frontales longitudinales soient cassées du côté de la racine (le côté opposé étant chanfreiné à 0,5 mm x 45°).
Les soudures bout à bout sans espacement des barres sur les fusibles à pastille en acier inoxydable CrNi.
- Disjoncteur de baignoire en cuivre
- Disjoncteur de baignoire en acier inoxydable
- Disjoncteur de baignoire en céramique
- Disjoncteur de baignoire en aluminium (intégré dans une partie du joint)
- Profilé en aluminium intégré à la pièce
- Point de fusion : 2 052 °C. Résistance aux intempéries et à la corrosion dans des conditions oxydantes
- Bonne résistance à l'usure (matériau le plus dur après le diamant).
- Matériau transparent.
- L'épaisseur de l'oxyde augmente rapidement jusqu'à 10 nm (0,000010 mm).
- Il peut se former par voie électrolytique et chimique jusqu'à 0,05 - 0,1 mm
- (oxydation anodique).
- Décoloration.
- Lorsque l'oxydation s'intensifie, la porosité augmente.
- Le matériau de base en aluminium forme une couche d'oxyde lorsqu'il entre en contact avec l'oxygène.
- Il présente une grande capacité de régénération :
- lorsque la couche d'oxyde est endommagée, elle se régénère d'elle-même.
- Le soudage TIG en courant continu de l'aluminium avec une polarité (-) et un gaz de protection à l'argon est impossible, car le point de fusion de la couche d'oxyde sous cette polarité est élevé ; l'énergie de l'arc n'est donc pas suffisante pour briser la couche d'oxyde.
- L'arc TIG en courant continu peut faire fondre le matériau de base, mais ne peut pas faire fondre les deux faces en raison de la couche d'oxyde présente au niveau de la racine.
- Le matériau de base en aluminium forme une couche d'oxyde lorsqu'il entre en contact avec l'oxygène.
- L'oxyde se régénère spontanément lorsqu'il est endommagé.
- L'arc TIG en courant alternatif brise efficacement la couche d'oxyde.
- La couche d'oxyde la plus résistante est celle de la norme AWS 5356 (résistante à l'eau de mer).
- Lorsque l'aluminium est oxydé, cette couche doit être éliminée avant le soudage (sur 5 mm autour de la zone de soudure).
- La profondeur du joint dans le bain de fusion dépend de l'épaisseur de la tôle.
- Si la profondeur est insuffisante, le bain de fusion se refroidit trop rapidement, ce qui peut entraîner
- l'apparition de défauts dans la soudure.
- Un joint trop profond entraîne une racine trop large et un bain de fusion trop important.
- apport de chaleur élevé
- faible vitesse de soudage
- forme incorrecte de la soudure
| épaisseur de matériaux (mm) |
A | B |
| ≤ 1,5 | 10 | 0,2 – 0,5 |
| ≤ 6,0 | 10 - 15 | 1,0 – 2,5 |
| ≥ 6,0 | 10 - 15 | 2,5 – 3,5 |
- Lors du soudage d'assemblages en I (soudures en I, en U et en V), les arêtes vives doivent être éliminées mécaniquement (meulage, etc.).
- En arrondissant les angles, on obtient une racine sans défaut.
Les bords tranchants des racines provoquent:
- Profil de joint incorrect
- Pores
- Inclusions d'oxyde
- Risque de fissures
| Épaisseur materiau | Préparation des joints | Note |
| 0,9 - 1,6 mm | Square butt joint, Flare V-groove weld | |
| ≤ 3,8 mm | Square butt joint | If no backing plate possible to weld from both sides |
| ≤ 4,8 mm | Square butt joint, V groove weld | 1 or 2 layers, If no backing plate possible to weld from both sides |
| ≤ 6,4 mm | V groove weld | 1 or 2 layers, If no backing plate possible to weld from both sides |
| ≤ 9,5 mm | V groove weld | 1 or 2 layers, If no backing plate possible to weld from both sides |
- Le débit de gaz doit être supérieur à celui utilisé pour le soudage de l'acier.
- La longueur de saillie doit être comprise entre 10 et 15 mm (la longueur correcte de la pointe du fil qui dépasse est de 15 fois le diamètre du fil (mm) pour des paramètres élevés et de 10 à 12 fois le diamètre du fil (mm) pour des paramètres faibles).
- L'angle de la torche doit être compris entre 60 et 80° pour le perçage
- Souder selon la technique par étapes, c'est-à-dire souder pas à pas
- Ne pas utiliser de métaux d'apport anciens (datant de plus de six mois)
- Choisir la forme de cordon appropriée
- La meilleure façon de préparer la soudure est que le soudeur utilise un fusible de bain de fusion pour sécuriser la soudure
- Le préchauffage est recommandé pour les épaisseurs de matériau supérieures à 8,0 mm
Lors du soudage de l'aluminium, la torche doit toujours être orientée droit devant ou présenter un angle légèrement incliné de 60 à 80°.
- Soudure propre, absence de fumée à la surface
- Bonne protection par gaz
- Meilleure forme de la soudure
Dans le soudage « par étapes », la soudure est fondue à deux reprises, ce qui laisse plus de temps aux gaz de s'échapper du bain de fusion.
- Porosité réduite
- Meilleure protection par gaz et oxydation superficielle moindre
- Soudure d'aspect plus esthétique
La principale cause de la formation de pores dans le métal d'apport est la diminution soudaine de la solubilité des gaz lors de la solidification. L'hydrogène joue ici un rôle particulièrement important, car l'oxygène présent est lié à l'Al₂O₃ et l'azote forme du nitrure d'aluminium. La diminution de la solubilité des gaz entraîne la précipitation de noyaux de bulles de gaz submicroscopiques, qui grossissent en absorbant davantage de gaz et remontent dans le bain de fusion. Le dégazage est plus difficile à des vitesses de soudage élevées et en cas de solidification rapide du bain de fusion, ce qui entraîne la formation de pores dans le métal d'apport. Les sources d'hydrogène sont multiples et liées au matériau du tuyau de gaz de protection. La différence de pression partielle de vapeur d'eau entre l'air ambiant et le flux de gaz de protection étant considérable, l'humidité peut pénétrer relativement facilement dans le gaz de protection et l'arc par diffusion.
En général, le problème des pores est plus important dans le soudage MIG que dans le soudage TIG, car l’air ambiant, moins humide, pénètre moins facilement dans l’atmosphère du gaz de protection lors du procédé TIG, relativement calme.
- Nettoyer et sécher les surfaces du matériau de base et du matériau d'apport
- Prétraitement par meulage, brossage, décapage, dégraissage
- Arc stable et guidage précis de la torche
- Débit de gaz de protection sans turbulence, avec un dosage et une pureté corrects
- Buse de gaz de protection de grande section et propre
- Veiller à ce que le faisceau de tuyaux soit court
- Utiliser une torche à système de refroidissement fermé
- Rincer pendant une durée suffisante avant le soudage
- Assurer la protection de la racine
- Si possible, souder en position PA ou PF. Éviter les positions de soudage PC et PE
Il existe un risque accru de fissuration lors de la solidification et du retrait. C'est notamment le cas lorsque l'alliage présente un large intervalle de solidification et des joints de grains à bas point de fusion issus d'eutectiques. La tendance à la fissuration dépend fortement du type d'alliage et doit donc toujours être prise en compte lors du choix du métal d'apport. Le tableau présente les plages de fissuration à chaud et les teneurs minimales recommandées en silicium, cuivre et magnésium dans le métal d’apport pour certains types d’alliages. La teneur en plomb de l’aluminium doit toujours être aussi faible que possible. Les fissures de cratère d’extrémité peuvent être évitées grâce à un programme de remplissage du cratère d’extrémité intégré aux équipements de soudage modernes ou en soudant sur une plaque de prolongement supplémentaire. Les fissures à la racine du cordon sont souvent dues à la présence d’oxydes d’aluminium et peuvent être évitées en chanfreinant la plaque inférieure.
Les alliages de cette composition peuvent être durcis par vieillissement pour atteindre une résistance élevée et sont considérés comme très sensibles à la fissuration : le soudage par fusion n'est donc pas possible, ou ne l'est que dans une mesure très limitée, en fonction de la teneur en cuivre.
En fonction de sa composition, cet alliage est généralement sujet à la fissuration ; c'est pourquoi on n'utilise pas de métal d'apport du même type, mais on procède au soudage avec du CEWELD AISi5, conformément à la norme EN ISO 18273. Si la pièce doit être anodisée après le soudage, on utilise toutefois le CEWELD AIMg3 comme métal d'apport. Si les exigences en matière de propriétés mécaniques sont élevées, il convient de choisir le métal d'apport CEWELD AIMg4.5Mn.
Les alliages AIZnMg sont durcissables par vieillissement et ont tendance à se fissurer lors du soudage en raison de la teneur en éléments d'alliage ; ils ont donc tendance à se fissurer lors du soudage : il n'est donc pas possible de réaliser un soudage de ce type. L'alliage AIZn4,5Mg1 est considéré comme présentant une bonne soudabilité. On utilise couramment, en standard, les alliages non durcissables par vieillissement CEWELD AIMg5 ou CEWELD AIMg4,5Mn.
La composition respective de ces alliages est déterminante pour leur sensibilité à la fissuration. Les alliages AIMg présentent une sensibilité maximale à la fissuration à chaud à 1,2 % de magnésium, tandis que les alliages AISi atteignent leur sensibilité maximale à la fissuration à chaud à environ 0,75 % de silicium. En règle générale, un métal d’apport plus fortement allié est généralement plus résistant à la fissuration lors du soudage. Le métal d’apport est donc clairement surallié avec 2 % de silicium ou 3,5 % de magnésium dans tous les cas. Il est possible d’améliorer encore la sécurité du soudage en ajoutant du manganèse ou du chrome, ce qui rend l’AIMg4,5Mn plus avantageux en termes de soudabilité que les nuances AIMg. Si l’un des matériaux est un alliage de magnésium, le métal d’apport est choisi en fonction de celui-ci.
Il n'est pas possible d'obtenir un résultat acceptable en réalisant un assemblage direct entre ces matériaux par soudage à l'arc électrique. Les principales raisons en sont les suivantes :
- Les différences de points de fusion sont trop importantes (> 800 °C). Cette situation est aggravée par les différences de chaleur spécifique, de chaleur de fusion, de conductivité thermique, etc.
- La mouillabilité de l'aluminium sur le fer est médiocre.
- Le fer dissous dans l’aluminium peut provoquer une fragilisation due à la formation d’une phase FeAl₃ fragile. De plus, les alliages AlNi présentent certaines phases intermétalliques aux propriétés moins adaptées.
Les assemblages hétérogènes entre ces alliages sont donc généralement réalisés à l’aide d’une pièce intermédiaire bimétallique ou trimétallique, appelée « insert », placée entre l’aluminium et l’alliage à base de Ni ou de Fe. Ces inserts sont généralement fabriqués par soudage par explosion. Pour éviter de faire fondre l’insert lors du soudage du côté Fe/Ni, celui-ci doit être suffisamment épais. Plus les différences de points de fusion sont importantes, plus l’insert doit être épais.
Le soudage est ensuite réalisé avec des consommables adaptés à la combinaison de matériaux choisie. Les propriétés mécaniques de l’assemblage seront comparables à celles du côté aluminium.
De bons résultats ont été obtenus en utilisant le procédé GTAW pour recouvrir le côté acier de bronze d’aluminium, puis en le soudant au côté aluminium à l’aide de la méthode MMA. La galvanoplastie peut également être utilisée pour appliquer un revêtement de Ni, de Zn ou de Cu sur le côté acier (environ 50 microns), mais cette méthode est moins sûre en raison de la fragilité du revêtement.
Les alliages à base de cuivre et d’aluminium présentent certaines phases intermétalliques très fragiles (CuAl₂ , CuAl, Cu₃Al₂), ce qui rend les soudures entre ces alliages très difficiles à réaliser. Cependant, les procédés SAW et GTAW ont tous deux été utilisés pour fabriquer des pièces de contact électrique de grande taille.
Le procédé SAW a été utilisé pour des épaisseurs comprises entre 12 et 20 mm. Un flux riche en cryolite a été utilisé en association avec un fil d’Al. L’axe longitudinal du fil a été décalé vers le côté cuivre d’environ 0,5 fois l’épaisseur de la plaque de cuivre. Le procédé GTAW a été utilisé pour des pièces plus minces, dans le cadre d’un joint en forme de tulipe, à l’aide de baguettes d’aluminium. L’alimentation des baguettes a été réglée de manière à minimiser la dilution du côté cuivre. Le placage électrolytique du côté cuivre (environ 50 microns) avec de l’Ag, du Sn, du Zn et surtout du Ni améliore la mouillabilité de ce côté et optimise ainsi le résultat global de l’opération de soudage.