ts workshop / archamps 24-26 mai 2005g. favre ts-mme-as1 le soudage de laluminium et de ses alliages
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TS Workshop / Archamps 24-26 mai 2005
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Le soudage de l’aluminium Le soudage de l’aluminium et de ses alliageset de ses alliages
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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
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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
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G. Favre TS-MME-AS4
Formation des défauts / remèdesFormation des défauts / remèdes
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 »
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Formation des défauts / remèdesFormation des défauts / remèdes
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)
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Formation des défauts / remèdesFormation des défauts / remèdes
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
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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 …
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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)
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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
Métal d’apport: 5356
Courant alternatif
Gaz: 70% hélium / 30% argon
Préparation: dégraissage + grattage
Contrôle : test de fuite
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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
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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
Préparation: dégraissage + grattage
Température max 180°C
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Soudage MIG Soudage MIG supports sur ECT supports sur ECT
ATLASATLAS
Métaux de base: 5083
Métal d’apport: 5183
Courant pulsé
Gaz: 70% hélium / 30% argon
Préchauffage 120°C
Préparation: dégraissage + grattage
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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
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Soudage FE corne Soudage FE corne CNGSCNGS
Alliage 6082
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Soudage FE câble Soudage FE câble supra CMSsupra CMS
64
30
22
20
Supraconducteur NbTi
Al 99.998 %
Al allié
2.3
4
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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
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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
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FSW : technologies disponiblesFSW : technologies disponibles
Pion Fixe Pion Ajustable Double épaulement
AvanceAvanceAvance
Fermeture du trou Suppression de l’enclume
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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)
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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
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AnnexesAnnexes
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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
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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
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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
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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