Comment souder des métaux dissemblables avec un Tig pour des joints plus forts

Comprendre les défis du soudage de métaux différents avec TIG

Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) offre un contrôle exceptionnel sur l'apport de chaleur et les dépôts métalliques de remplissage, ce qui en fait une méthode privilégiée pour l'assemblage de métaux différents. Cependant, le soudage de deux métaux avec des compositions chimiques différentes, des points de fusion, des coefficients d'expansion thermique et des conductivités électriques introduit des risques tels que des composés intermétalliques fragiles, la corrosion galvanique et la fissuration sous contrainte.

Métallurgie des soudures métalliques dissemblables

Lorsque deux métaux différents sont fondus ensemble, le métal de soudure résultant est un alliage de matériaux de base et de toute charge. Le succès de la soudure dépend d'éviter la formation de phases de fragilité excessive.

• L'aluminium en acier – forme des intermétalliques en fer-aluminium solides et cassants qui se fissurent facilement.
• Copper en acier inoxydable – le cuivre peut pénétrer les limites de grain de l'acier inoxydable, provoquant des fissures chaudes.
• Le titane en acier inoxydable – crée des phases de sigma et des carbures de titane fragiles.

Pour surmonter ces problèmes, le soudage TIG permet l'utilisation de métaux de remplissage spécialisés et un contrôle thermique précis pour limiter l'interdiffusion des éléments. Dans certains cas, une couche de buttering -(une fine couche d'un remplissage compatible appliqué en premier) peut servir de tampon entre les deux métaux de base.

Principales propriétés du matériau à considérer

• – Si un métal fond beaucoup plus tôt que l'autre, il peut s'agglutiner ou brûler avant que le second métal n'atteigne l'état fondu.
• Conductivité thermique – Les métaux comme le cuivre et l'aluminium conduisent la chaleur rapidement, nécessitant un ampère ou un préchauffage plus élevé pour établir une flaque sur le côté de la conductivité supérieure.
• Coefficient d'expansion thermique – Un grand décalage provoque des contraintes résiduelles et une distorsion; utiliser un métal de remplissage avec un coefficient entre les deux métaux de base lorsque cela est possible.

Préparation pour le soudage TIG métallique dissemblable

La préparation adéquate est essentielle parce que les oxydes, les huiles et les contaminants peuvent causer de la porosité ou empêcher l'humidité.

Nettoyage de surface

• Retirer la graisse, les fluides de coupe et peindre avec de l'acétone ou un dégraissant.
• Pour l'aluminium, retirer la couche d'oxyde avec une brosse en acier inoxydable (dédiée à l'aluminium seulement) ou une gravure chimique.
• Pour l'acier au carbone ou l'acier inoxydable, utilisez un broyeur ou un disque de rabat pour enlever l'échelle et la rouille du moulin.
• Après un nettoyage mécanique, essuyer à nouveau avec un chiffon propre et un solvant.

Préparation des bords et conception des joints

• Fonctionnements de bout – Pour les matériaux d'épaisseur inégale, faire pivoter l'élément plus épais à un angle de 30 à 45°.
• Lapse ou joint en T – Augmenter le chevauchement pour tenir compte des taux différentiels de fusion.
• Barres de recul[ – Utilisez un support en cuivre ou en céramique pour faciliter la dissipation de la chaleur et empêcher la fonte.

Préchauffage et gestion de la température de l'interpass

La préchauffage peut réduire les chocs thermiques et aider à établir une piscine de soudure des deux côtés.

• Pour l'assemblage de métaux à haute conductivité (cuivre, aluminium) à des métaux à basse conductivité (acier), préchauffer le côté à haute conductivité à 150–300°C.
• Surveillez la température de l'interpass pour rester en dessous du point où les propriétés du métal de remplissage se dégradent (souvent <250°C pour de nombreuses charges à base de nickel).
• Utilisez un crayon à température ou un thermomètre infrarouge.

Sélection du métal de remplissage de droite

Le métal de remplissage est la variable la plus critique dans le soudage TIG métal dissemblable. Il doit être compatible avec les deux métaux de base et devrait idéalement produire un métal de soudure ductile.

• Remplisseurs à base de nickel (p. ex., ERNiCr-3, ERNiCu-7) – Excellent pour l'assemblage de l'acier inoxydable à l'acier au carbone ou au nickel cuivre-acier. Ils acceptent la dilution des deux côtés et forment des soudures résistantes et résistantes à la corrosion.
• Fillères en aluminium-silicon (p. ex. ER4047)[ – utiles pour l'aluminium en aluminium lorsqu'un alliage est coulé; limitées pour l'Al-to-acier à moins d'utiliser une technique de brasage.
• Filtres à brasage cuivre-argent ou cuivre-phosphore – Pour l'assemblage du cuivre à l'acier ou au laiton, souvent à des températures plus basses pour éviter la fonte de l'acier.
• Filtres en acier inoxydable (p. ex. ER309L, ER312)[ – ER309L est largement utilisé pour souder l'acier inoxydable au carbone; ER312 gère une dilution plus élevée et fournit une structure ferrite-austenite qui résiste aux fissures.

Consultez toujours les cartes de sélection des métaux de remplissage et effectuez un petit coupon de test avant de souder les pièces de production. Lincoln Electric="s guide on dissimilar metal fournit des recommandations spécifiques pour de nombreuses combinaisons.

TIG Technique de soudage pour métaux différents

Même avec une préparation et un remplissage appropriés, la technique doit être adaptée. L'objectif est de créer un bassin de soudure équilibré qui fusionne les deux métaux de base sans surchauffer celui avec le point de fusion inférieur.

Manipulation de la flamme et du remplissage

• Angle de torche – Orienter l'électrode légèrement plus vers le métal à point de fusion supérieur ou moins conducteur pour le chauffer davantage.
• Position de la bouteille – Ajouter la tige de remplissage au bord d'attaque de la flaque, en alternance entre les deux côtés pour assurer le mélange.
• Longueur de l'arc – Gardez un arc serré (1–2 mm) pour concentrer la chaleur et empêcher l'arc de errer.

Ampère et équilibre thermique

Commencez par un ampère légèrement inférieur à celui que vous utiliseriez pour le métal seul (généralement 10 à 20% plus bas). Utilisez une pédale de pied ou un contrôle manuel pour moduler la chaleur tout en observant la flaque. Si un côté fond trop vite, réduisez la puissance ou déplacez la torche pour refroidir cette zone. Passes courtes et contrôlées – max 50 à 75 mm (2 à 3 pouces) à la fois – permettent le refroidissement de l'entre-pass et réduisent la contrainte résiduelle.

Technique de pulsation

Le fait de pousser le courant (haute pression/bas pression) aide à contrôler l'entrée de chaleur. Réglez le pouls élevé pour former brièvement la flaque, puis déposez-le dans un faible courant de fond pour refroidir la soudure et éviter de surchauffer le côté le plus faible.

Les défauts courants et comment les éviter

• Craquage – Souvent dû à une formation intermétallique fragile ou à une forte contrainte. Utilisez un remplissage à base de nickel et minimisez la retenue de soudure.
• Porosité[ – Cause de l'hydrogène, de l'humidité ou des éléments d'alliage volatils (p. ex., zinc en laiton). Nettoyer soigneusement et dégazer la fonte en maintenant la piscine ouverte légèrement plus longtemps.
• Fusion incomplète – Particulièrement fréquente sur le côté avec la dissipation de chaleur plus rapide. Augmenter la préchauffe sur ce côté et utiliser une légère oscillation de torche.
• Sous-coup – De l'emperrage excessif ou de la vitesse de déplacement. Réduire la chaleur et assurer un dépôt de remplissage adéquat.

Inspection et traitement post-soudage

Après soudage, laissez refroidir lentement l'articulation – potentiellement envelopper dans une couverture résistante à la chaleur ou enterrer dans la chaux pour ralentir le refroidissement. Ceci empêche les fissures de choc thermique.

• Inspection visuelle – Vérifier les fissures de surface, la porosité ou la décoloration.
• Essais de particules magnétiques ou de pénétration de l'ye – Pour les articulations critiques.
• Le traitement thermique postsoudé (PWHT)[ – Le soulagement du stress à 600–650°C (pour les joints à base d'acier) peut réduire la dureté de la zone affectée par la chaleur.
• Essais de corrosion[ – Si l'articulation est exposée à des environnements corrosifs, coupons d'essai dans le support de service.

Exemples pratiques de soudures métalliques différentes TIG

Aluminium à acier (batterie ou automobile)

Utilisez un insert de transition bimétallique (p. ex., bande d'acier Al-lié par explosion) ou effectuez un processus de brasage ti-tig avec le remplissage en aluminium-silicon (ER4047) tout en maintenant l'acier solide. Le remplissage humidifie l'acier sans le fondre, formant une forte liaison mécanique. Lire la suite sur le brasage TIG de métaux différents.

Acier inoxydable à acier au carbone (systèmes de guidage)

Beurrer le côté en acier au carbone avec ER309L d'abord (une ou deux couches). Puis remplir le joint avec ER309L ou ERNiCr-3. Cela évite de diluer l'acier inoxydable avec du carbone, ce qui causerait la formation de martensite.

Cuivre à acier inoxydable (échangeurs de chaleur)

Préchauffer le cuivre à 250°C, utiliser un fil de silicone-bronze (ERCuSi-A) et garder l'arc sur le côté cuivre. Le fil de bronze mouille bien l'acier inoxydable et fournit un joint ductile.

Considérations de sécurité

Le soudage TIG de métaux différents peut produire des fumées toxiques, surtout lorsque l'on soude de l'acier galvanisé (oxyde de zinc), des alliages de cuivre (cadmium, béryllium) ou des matériaux enduits. Toujours travailler dans une zone bien ventilée et utiliser une ventilation locale des gaz d'échappement. Porter un EPI approprié : casque auto-darkène (ombre 9-13), gants en cuir et vêtements résistant au feu. OSHA=s s s s s'appuie sur des lignes directrices de sécurité pour le soudage sont une référence essentielle.

Avantages et limites du TIG pour les métaux différents

Conclusion

En comprenant le comportement métallurgique de chaque paire de matériaux, en choisissant le bon métal de remplissage et en contrôlant soigneusement l'entrée et la technique de chaleur, vous pouvez produire des joints solides, étanches et durables. Commencez par des combos simples (comme l'acier inoxydable à l'acier au carbone) avant de tenter des paires plus difficiles (aluminium à l'acier ou cuivre au titane).