Les alliages d’aluminium sont appréciés pour leur rapport résistance/poids, leur résistance à la corrosion et leur polyvalence dans des secteurs tels que l’aérospatiale, l’automobile, la construction et la marine.
Parmi la multitude d’alliages disponibles, les alliages 5052, 6061, 6063 et 7075 se distinguent par leur popularité et leurs propriétés mécaniques uniques. Cependant, en matière de soudage des métaux, tous les alliages d’aluminium ne se comportent pas de la même manière.
Cet article explore la soudabilité, les avantages, les défis et les meilleures pratiques associés au soudage de chacune de ces quatre alliages d’aluminium.
Introduction au soudage de l’aluminium
Le soudage de l’aluminium pose plus de difficultés que celui de l’acier en raison de la conductivité thermique élevée de l’aluminium, de son point de fusion relativement bas et de sa couche d’oxyde persistante. Des facteurs tels que la composition de l’alliage, la capacité de traitement thermique et le choix du métal d’apport jouent un rôle crucial dans la détermination de la soudabilité et des performances après soudage.
Aperçu des alliages d’aluminium
| Alliage | Série | Type | Caractéristiques principales |
|---|---|---|---|
| 5052 | 5xxx | Non traitable thermiquement | Excellente résistance à la corrosion, bonne soudabilité |
| 6061 | 6xxx | Traitement thermique | Polyvalent, robuste, largement utilisé |
| 6063 | 6xxx | Traitement thermique | Bonne formabilité et finition de surface |
| 7075 | 7xxx | Traitement thermique | Très haute résistance, mauvaise soudabilité |
1. Soudage de l’aluminium 5052
Caractéristiques de l’alliage
Le 5052 est un alliage à base de magnésium connu pour son exceptionnelle résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements marins. Il ne peut pas être traité thermiquement et est durci par écrouissage pour plus de résistance.
Soudabilité
Excellente soudabilité, c’est l’un des alliages d’aluminium les plus faciles à souder, ce qui en fait un choix incontournable pour les applications nécessitant une résistance constante des joints et une exposition à des éléments corrosifs.
Méthodes de soudage courantes
- TIG (GTAW) : permet d’obtenir des soudures propres et précises.
- MIG (GMAW) : plus rapide et mieux adapté aux sections plus épaisses.
Métal d’apport
- L’ER5356 est couramment utilisé en raison de sa teneur en magnésium, qui correspond au métal de base et garantit la résistance à la corrosion.
Difficultés
- Minimes, mais il convient de veiller à éviter toute surchauffe, car cela pourrait réduire la résistance dans la zone affectée par la chaleur (HAZ).
Applications
- Équipements marins
- Réservoirs de carburant
- Récipients sous pression
- Équipements de transformation alimentaire
2. Soudage de l’aluminium 6061
Caractéristiques de l’alliage
L’aluminium 6061, un alliage de magnésium et de silicium, offre une excellente combinaison de résistance, de résistance à la corrosion et d’usinabilité. Il est traitable thermiquement, ce qui signifie que sa résistance est renforcée par un traitement thermique.
Soudabilité
Bonne soudabilité, mais propriétés mécaniques après soudage plus faibles que dans son état T6 avant soudage en raison de la perte de traitement thermique.
Méthodes de soudage courantes
- Soudage MIG (GMAW) : courant pour la fabrication de structures.
- Soudage TIG (GTAW) : préféré pour les matériaux de précision ou plus fins.
Métal d’apport
- On utilise les métaux d’apport ER4045 et ER5356. L’ER5356 est plus courant, offrant une meilleure résistance et une meilleure résistance à la fissuration, tandis que l’ER4045 est préférable pour réduire la fissuration à chaud.
Zone affectée par la chaleur (HAZ)
Le plus grand problème lors du soudage du 6061 est le ramollissement dans la HAZ, en particulier si l’alliage est à l’état T6. Un traitement thermique après soudage peut restaurer une partie de la résistance, mais pas nécessairement dans son intégralité.
Meilleures pratiques
- Préparez correctement les joints afin de réduire la contamination.
- Envisagez un traitement thermique après soudage si la résistance est essentielle.
Applications
- Composants structurels
- Châssis de camions
- Pièces aérospatiales
- Cadres de vélos
3. Soudage de l’aluminium 6063
Caractéristiques de l’alliage
Le 6063 est très similaire au 6061, mais il est davantage axé sur la finition de surface et la formabilité que sur la résistance. Il est largement utilisé dans les applications architecturales et peut également être traité thermiquement.
Soudabilité
Très bonne soudabilité, légèrement supérieure à celle du 6061 grâce à une teneur en alliage plus faible qui réduit les tendances à la fissuration.
Méthodes de soudage courantes
- Soudage TIG (GTAW) : excellent pour des soudures propres et esthétiques.
- Soudage MIG (GMAW) : convient aux applications structurelles.
Métal d’apport
- Les métaux d’apport ER4045 et ER5356 conviennent tous deux. Utilisez l’ER4045 pour améliorer l’aspect esthétique et les caractéristiques d’écoulement.
Considérations relatives à la ZES
Comme le 6061, le revenu T6 perdra de sa résistance dans la ZES. Cependant, comme le 6063 n’est généralement pas utilisé dans des applications soumises à des contraintes élevées, cela est moins critique.
Applications
- Cadres de fenêtres
- Portes
- Garde-corps
- Tubes architecturaux
4. Soudage de l’aluminium 7075
Caractéristiques de l’alliage
Le 7075 est un alliage d’aluminium et de zinc, réputé pour sa très grande résistance, souvent utilisé dans l’aérospatiale et la défense. Il est traitable thermiquement, mais n’est pas considéré comme soudable selon les normes conventionnelles.
Soudabilité
Soudabilité médiocre. Le 7075 est sensible à la fissuration à chaud, à la porosité et à la perte de résistance dans la zone de soudure.
Pourquoi est-il difficile à souder ?
- La teneur élevée en zinc augmente le risque de fissuration par solidification.
- La zone affectée thermiquement (HAZ) devient extrêmement fragile en raison de la perte rapide des propriétés mécaniques.
- Sujette à la corrosion sous contrainte (SCC) après soudage.
Approches courantes de soudage
- Soudage par friction-malaxage (FSW) : une méthode à l’état solide qui évite la fusion, réduisant ainsi les risques associés au soudage du 7075.
- Soudage par résistance ou soudage par faisceau d’électrons : parfois utilisé dans des applications spécialisées.
Métal d’apport
Si l’on tente un soudage conventionnel (rare), l’ER5356 peut être utilisé, mais uniquement dans des applications à faible contrainte.
Alternatives
Au lieu du soudage :
- Utilisez des fixations mécaniques (rivets, boulons).
- Envisager de redessiner la pièce en utilisant des alliages soudables pour les joints.
Applications
- Structures aéronautiques
- Pièces aérospatiales
- Articles de sport (cadres de vélo, équipement d’escalade)
Tableau comparatif de la soudabilité
| Alliage | Soudabilité | Métal d’apport | Traitement thermique | Perte de résistance après soudage | Commentaires |
|---|---|---|---|---|---|
| 5052 | Excellent | ER5356 | Non | Minimal | Très facile à souder |
| 6061 | Bien | ER4045 / ER5356 | Oui | Modéré | Alliage courant et résistant |
| 6063 | Très bien | ER4045 / ER5356 | Oui | Modéré | Idéal pour les soudures esthétiques |
| 7075 | Pauvre | ER5356 (rare) | Oui | Sévère | Évitez autant que possible de souder |
Considérations clés pour le soudage
1. Compatibilité des métaux d’apport
Il est essentiel de choisir un métal d’apport qui correspond ou complète la composition de l’alliage de base afin de minimiser les fissures à chaud et d’optimiser la résistance à la corrosion.
2. Préparation avant soudage
La propreté est essentielle. L’oxyde d’aluminium fond à une température beaucoup plus élevée (~3700 °F) que l’aluminium lui-même (~1200 °F). L’élimination des oxydes empêche la contamination et améliore la qualité du soudage.
3. Zone affectée par la chaleur (HAZ)
Les alliages thermotraitables tels que les 6061, 6063 et 7075 perdent leur résistance dans la HAZ en raison de la perturbation de leur trempe. Le 5052, qui n’est pas thermotraitable, offre de meilleures performances à cet égard.
4. Techniques de soudage
- Utilisez le soudage TIG pour la précision et l’aspect esthétique.
- Utilisez le soudage MIG pour la vitesse et les matériaux plus épais.
- Le soudage par friction-malaxation est le mieux adapté au 7075 et aux alliages similaires difficiles à souder.
5. Traitement thermique après soudage
Les alliages thermo-traitables peuvent nécessiter un vieillissement ou un traitement de mise en solution après soudage afin de retrouver leur résistance mécanique.
Choix de l’alliage de soudage en fonction de l’application
| Industrie | Alliage recommandé | Justification |
|---|---|---|
| Marine | 5052 | Excellente résistance à la corrosion et soudabilité |
| Construction | 6063 | Bonne finition, facile à souder, résistance modérée |
| Fabrication générale | 6061 | Résistance et soudabilité équilibrées |
| Aérospatial | 7075 (avoid welding) | Utilisez une fixation mécanique ou le soudage par friction-malaxage (FSW) |
Conclusion
Lors du soudage de l’aluminium, le choix de l’alliage influe considérablement sur la facilité de fabrication, l’intégrité des joints et la durée de vie. Parmi les quatre alliages suivants :
- L’aluminium 5052 est le plus facile et le plus sûr à souder.
- L’aluminium 6061 est un choix équilibré avec une gestion de la trempe après soudage.
- L’aluminium 6063 offre une esthétique et une formabilité exceptionnelles, ainsi que de bons résultats de soudage.
- L’aluminium 7075 n’est pas recommandé pour le soudage, sauf si vous utilisez des techniques avancées telles que le soudage par friction-rotation (FSW).
Le choix de l’alliage approprié dépend des exigences de performance de votre application, des conditions d’exposition et des capacités de production. La compréhension du comportement métallurgique de chaque nuance d’aluminium garantit des soudures de haute qualité et durables dans vos conceptions et assemblages.