Procédé(s) recommandé(s) pour souder Alu 6082 T6 et 7020 T6 en épaisseur 10 mm ?

Bonjour à tou(te)s,

Quel(s) procédé(s) recommanderiez-vous pour souder du 6082 T6 (même question pour du 7020 T6, soudés pas ensembles, je précise) en épaisseur ~ 10 mm et soudés à plat bout à bout et en angle (90°) ?
Du MIG en courant pulsé ou alternatif et du gaz 80% Argon + 20% Hélium conviendraient-ils ?
Quel métal d'apport dans ce cas ?
Corollairement, et pour l'avoir lu ailleurs, si la Rm est affectée de 20 à 40% après soudage et si l'assemblage doit être vieilli, caractéristiques du vieillissement ?
La Re est-elle également affectée dans les mêmes proportions ? (car c'est surtout elle qui m'intéresse quand même ;)...)

Merci d'avance pour vos réponses

Gérard LIGNIER

j'ai, mais il y a longtemps, soudé du 7020 les pièces étaient un mix des blocs en 80 mm d'autres en 12 sur 12, du 6 sur du 12, du 6 sur du 80, .
Le cahier de soudage était pas de préchauffage mais un détensionnement (250°C pendant 8h et refroidissement lent).
Argon pur.
Je ne me souviens plus de la référence du fil.
Soudure en MIG pulsé mais avec un arc très court.
Un arc long provoquait des soufflures internes ( d'autant plus redoutables parce qu'invisibles).
Les réglages doivent validés par des contrôle destructifs.
En épaisseur 10 mm en angle le TIG est vraiment limite, déformations importantes et fusion du fond de l'angle plus qu'aléatoire, le MIG est plus approprié.
En bord à bord, sans reprise envers on peut envisager le MIG mais avec une latte support, ou une pénétration en TIG et un rechargement en MIG mais attention à la température entre passes.
La présence de zinc dans le 7020 le rend particulièrement sujet aux soufflures

Bonjour Gérard Lignier,

L'alliage d'aluminium se soude en TIG AC courant alternatif sous argon et Argon + Hélium ou en MIG pulsé en courant continu avec un métal d'apport ER5356 sous argon pur ou argon + hélium
Il faut privilégier une longueur d'arc faible et une tension de soudage basse.
La vitesse de soudage doit être relativement rapide pour limiter l'apport de chaleur.

Les alliages d'aluminium à traitement thermique série 6XXX perdent leurs caractéristiques mécaniques lors du soudage (jusqu'à une valeur de 60% de la Rm initiale)
Il est nécessaire de réaliser un vieillissement naturel (attendre de 20 à 30 jours la maturation de La ZAT) ou plus rarement un vieillissement artificiel (passage dans un four à 250°C pendant 5 à 8 heures) pour récupérer une partie des caractéristiques mécaniques.

Quelques messages sur le forum en rapport avec votre question :

Perte de resistante a la soudure 6061T6 ou 6060T5

Traitement thermique après soudure d'un assemblage 6061-5086

Vieillissement naturel et vieillissement artificiel aluminium

soudage tube aluminium 6061 t6

Metal d'apport pour 6061 T6


Cordialement,

Merci pour vos réponses, Tungstène et Dominique,

Je valide MIG (le TIG, à ma connaissance, au-delà de 6 mm d'épaisseur est un peu juste, connaissances livresques...) pulsé, arc court, argon ou argon + hélium (ARCAL 32 ?) et détensionnement 250° 8h refroidissement lent...

Vos réponses me conduisent à vous poser les questions suivantes de non spécialiste de soudage :

1) ER5356 est-il également valable pour le MIG ?
5% de Mg, je suppose, entre autres, pour contrebalancer affaiblissement des caractéristiques mécaniques...

Ce qui m'amène à cet affaiblissement qui m'inquiète :

2) En quoi consiste exactement ce vieillissement : laisser de temps au temps ou imposer un cycle thermique additionnel après soudage du type, pour les 6xxx et 7xxx, re-maturation après soudage ?
et peut-on espérer récupérer, après soudage, les caractéristiques initiales dues au T6 ?

Encore merci

Je viens juste de voir vos liens Dominique..., merci, je regarde...

Et j'oubliais ou non, avant usinage, la nécessité ou non d'un recuit de stabilisation..., le détensionnement est-il suffisant ?

Ci-dessous, déjà une excellente réponse à toute une partie de mes questions de "Dusweld1", que je remercie :

"Les alliages d'aluminium trempants (série 2000, 6000 et 7000) subissent lors de leurs élaborations des traitements thermiques de durcissement par précipitation ou durcissement structural.
Bien souvent le TTH est un recuit d'homogénéisation suivi d'une trempe par refroidissement rapide puis d'un revenu après trempe .
Lorsque vous soudez votre alliage d'aluminium série 6000, la chaleur de l'arc modifie la structure de l'alliage, détruit les effets du TTH initial et elle diminue considérablement la résistance mécanique initiale (adoucissement).
Il faut rappeler que la résistance d'un joint soudé en série 6000 est toujours inférieure à celle du métal de base.
Les énergies de soudage doivent être les plus faibles possibles pour limiter le grossissement de grains, le sur- revenu et l'adoucissement des ZAT .
Le métal d'apport sélectionné doit être un alliage non trempant.
La série du métal d'apport en alliage d'aluminium dépend de l'usage réservé à la soudure .
Selon IIW, pour des pièces anodisées, il sera judicieux de choisir la série 5356 et surtout ne pas choisir la série 4043 (gris foncé très mat après anodisation ).
Pour des pièces travaillant à la chaleur (entre 100° C et 200° C) , il sera judicieux de choisir la série 4043 ou 4047. Il faut rappeler que les séries 5183, 5356 et 5556 sont sensibles à la corrosion sous contrainte .
Pour des pièces qui subissent un traitement thermique après soudage , il sera judicieux de choisir la série 4643
Pour que l'alliage d'aluminium trempant soudé retrouve une partie de ses caractéristiques mécaniques, il faut qu'il subisse un vieillissement .
Ce vieillissement .sera naturel (temps d'attente) ou artificiel (température et temps de traitement )
Le vieillissement naturel est par exemple une attente de mûrissement de la ZAT pendant une trentaine de jours pour obtenir de 70% à 80% des caractéristiques mécaniques initiales.
Le vieillissement artificiel est par exemple une chauffe de la pièce soudée à 150° C pendant 15 à 20 heures.
Le vieillissement naturel est largement préféré par les industriels au vieillissement artificiel.
Des coefficients d'efficacité de joint sont donnés dans la norme NF EN 288-4 selon le type d'alliage soudé et le type de vieillissement appliqué pour calculer la résistance mécanique minimale du joint après soudage ..."

Réponse qui semble nous permettre d'espérer, au final, 80% de la résistance initiale..., est-ce la même chose pour la Re (limite élastique de la ZAT...) ? Ce serait intéressant (pour moi) de le savoir...

Grand merci

je ne suis que dans l'empirique, d'après ce que j'ai compris le détentionnement a surtout des vertus de stabilisation géométrique en réduisant les tensions dues au soudage.
En ce qui concerne le 7020 j'ai été impressionné par la limite élastique lors du redressage.
Genre emploi de vérin de 12 tonnes de poussées et mettre plus de 15 cm dans la gueule pour écarter effectivement de moins de 1 cm. Les pièces que j'assemblais étaient des supports de vérin pour des ponts flottants, le client final les éprouvait avec un test d'effort de plus de 30 tonnes

Merci Tungstène, il n'y aurait donc peut-être pas, au final, de perte de caractéristiques mécaniques pour le 7020 après soudage ou pour le moins pas d'abaissement de la Re. En ce qui me concerne, c'est ce qui m'importe, le but n'étant pas de travailler dans le domaine plastique...

Bonsoir à tou(te)s
Je vous joins une petite "synthèse" des réponses à la question posée et de mes recherches en rouge accompagnée de questions en bleu auxquelles je n'ai pas de réponses franches...

Merci d'avance pour vos apports et suggestions sur le texte ci-dessous ainsi que pour votre expertise...


Étude du soudage (Rappel : soudage de 6082 T6 ou 7020 T6 en épaisseur ~ 12 mm)

Mode opératoire :
Les pièces seront soudées en soudage MIG (le TIG, recommandé pour des soudures de qualité, devient problématique dans ces épaisseurs, il n'est guère utilisé au-delà de 6 mm d'épaisseur dans la pratique). Pour le 6082, il est recommandé un courant pulsé, une tension de soudage basse et un arc très court pour éviter les soufflures que pourraient provoquer un arc trop long (de part la présence de Zn, le 7020 serait encore plus sujet aux soufflures). Le gaz recommandé est de l'Argon pur ou un mélange 80% Argon + 20% Hélium (type ARCAL 32 d'Air Liquide).

Il faut savoir que les alliages d'aluminium de la série 6xxx (Al-Mg-Si) sont des alliages à traitement thermique encore dits « à durcissement structural ». Ces alliages ont la particularité de ne pas durcir immédiatement après trempe : aussitôt après la trempe (à l'eau), ces alliages, encore facilement déformables après la trempe (ce qui permet de les industrialiser ? formage, pliage, matriçage - sans difficulté pendant un certain laps de temps'), ne durcissent que progressivement, selon un temps plus ou moins long (on parle de maturation)selon que ce « vieillissement » est naturel (effectué à la q°C ambiante)ou artificiel.

Dans le cas du soudage qui nous intéresse, la chaleur de l'arc provoque la modification de la structure de l'alliage dans la ZAT (équivalent d'un « recuit de coalescence ou précipitation » s'apparentant à un phénomène de grossissement des grains, voir article des Techniques de l'ingénieur « M1290_Traitements thermiques des alliages d'alumium.pdf », pages 10 et 15). Cet apport de chaleur détruit les effets du TTH initial - T6 ici - et provoque une chute des caractéristiques mécaniques jusqu'à une valeur de 60% de la R[SUB]m[/SUB] initiale, on parle d'« adoucissement »? Qu'en est-il de la limite élastique Re ?, qui est plutôt celle qui m'intéresse?

En conséquence, la vitesse de soudage doit être relativement rapide pour limiter au maximum l'apport de chaleur = Les énergies de soudage doivent être les plus faibles possibles pour limiter le grossissement de grains, le sur-revenu et l'adoucissement de la ZAT, et corollairement, les cordons de soudures les plus limités possibles en longueur?

Pour que les pièces retrouvent une partie de leurs caractéristiques mécaniques, il est nécessaire de réaliser le vieillissement mentionné plus haut, naturel (préféré par les industriels mais je ne sais pas pourquoi car plus long?, d'autant plus que la norme NF EN 288-4 donne page 12 des coefficients d'efficacité du joint quasiment identiques (excepté en T4) pour le groupe 23 (6082, 7020,?) quelque soit le mode de vieillissement') ou artificiel.
Le vieillissement naturel peut être, par exemple, une attente de mûrissement de la ZAT pendant une trentaine de jours pour obtenir de 70% à 80% des caractéristiques mécaniques initiales (le vieillissement artificiel est, par exemple, une chauffe de la pièce soudée à 150°C pendant 15 à 20 heures).

Il faut rappeler que la résistance du joint soudé en série 6xxx est toujours inférieure à celle du métal de base (les coefficients d'efficacité - rapport entre la Rm après soudage et la Rm avant soudage - ont du mal à dépasser les 75%...)
Savez-vous pourquoi ? Est-ce dû au fait que le métal d'apport recommandé est de la série 5xxx (ER5356 ? AlMg5), série non trempante ?

Après soudage (et avant vieillissement') est recommandé un détensionnement (= libérer les contraintes internes générées par le soudage en vue d'obtenir une stabilité dimensionnelle et géométrique après usinage) à 250° pendant 8h suivi d'un refroidissement lent que je ferai puisqu'il y a de l'usinage après soudage?, usinage suivi donc d'un vieillissement naturel', n'y a-t-il pas, dans ce cas, malgré tout, risque de déformation après usinage ?

Métaux d'apport recommandés pour série 6xxx :

- 5356 (= AlMg5) sous argon pur ou argon + hélium (Il faut rappeler que les séries 5183, 5356 et 5556 sont sensibles à la corrosion sous contrainte).
- Si pas d'anodisation, série 4043 utilisable, sinon non (gris foncé très mat après anodisation).
- Pour des pièces travaillant à la chaleur (entre 100°C et 200°C), série 4043 ou 4047 (AW[AlSi12]).
- Pour des pièces qui subissent un traitement thermique après soudage , la série 4643 (Catalogue ESAB :4643 est un alliage qu'il est possible de traiter thermiquement. Il présente de meilleures résistances dans les ensembles soudés de la série 6xxx lorsque des solutions de traitement thermique ou de vieillissement après soudage sont appliquées). Semble permettre d'obtenir 90% de la R[SUB][SUP]m[/SUP][/SUB] du métal de base. Le 4643 (AW[AlSi4]) est donné comme similaire au 4043 (AW[AlSi5]))?
Pourquoi n'utilise-t-on pas un métal d'apport identique au métal de base ? (Je présume que c'est pour, essentiellement, des raisons métallurgiques mais n'étant qu'un généraliste de la mécanique (ni métallurgiste, ni soudeur,?), j'ai du mal à trouver une explication qui me satisfasse (je ne parle pas ici d'empirisme mais de « cartésianisme »)?)

A l'étude qui précède, le 7020 semble être l'alliage qui présente les caractéristiques les plus intéressantes après soudage (adoucissement moins important), malgré une moins bonne soudabilité que le 6082?

"…
Pourquoi n’utilise-t-on pas un métal d’apport identique au métal de base"
Je pense en ce qui concerne le 7020 que c'est parce que le zinc ne "survivrait" pas au mode spray arc

Merci Tungstène pour votre réponse, peut-être pour le 7020 mais plus généralement ?, pour le 6082 par exemple..., je vais essayer de voir mes collègues métallurgistes mais je ne suis pas certain qu'ils soient "compétents" sur l'alu...

Bonsoir ,

Vous avez réalisé une sacré synthèse de toutes les informations disponibles sur notre site Soudeurs.com (et certainement d'autres sites d'informations) sur le soudage des alliages d'aluminium série 6xxx et 7xxx.
Première remarque :
La norme NF EN 288-4 est obsolète. Elle est remplacée par la norme NF EN ISO 15614-2 de décembre 2005.
http://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-iso-15614-2/descriptif-et-qualification-d-un-mode-operatoire-de-soudage-pour-les-materiaux-metalliques-epreuve-de-qualification-d-un-mode-/article/738856/fa102827
Deuxième remarque :
Il n'existe pas de métaux d'apport dans les séries 6000 et 7000
Il faut utiliser des métaux d'apport disponibles dans les séries 4000 et de préférence 5000.
http://www.soudeurs.com/soudage-et-brasage-de-l-aluminium-et-alliages/791-quel-metal-d-apport-pour-l-alu-6061-a.html
Troisième remarque:
Lorsque vous soudez un alliage d'aluminium à traitement thermique vous modifiez par effondrement des valeurs suite au soudage ce TTH réalisé pour assurer la résistance améliorée du matériau
Suite à la fusion et l'échauffement la Rm s'effondre ainsi que la Re.

Il existe sur ce site un membre qui se nomme Jacques GOUBIN qui maîtrise bien le soudage des alliages d'aluminium des séries 6000 et 7000.
Toutefois, il vient rarement sur le forum.

Si la grande majorité des membres du site prenaient le temps de lire et de synthétiser les informations comme vous le faites, nous éviterions de répéter inlassablement les même données techniques dans différents messages.

Cordialement,

Merci Dominique, c'est aussi mon boulot de prof et j'incite mes étudiants à cet exercice en chaque occasion car le seul qui permette de mettre ses idées en place, de prendre du recul et donc de progresser?

Merci pour le tuyau concernant cette foutue norme que je n'arrive pas à trouver gratuitement sur le net (peut-être les chaudronnier de chez nous l'auront-ils ?, je verrai?). Change-t-elle beaucoup par rapport à la EN 288-4 ?

J'ai bien vu qu'il n'existe pas de fil d'apport dans les séries 6xxx et 7xxx mais il doit bien avoir une raison à cela !!... J'aurai peut-être des réponses à certaines questions par un collègue enseignant en BTS Traitement des matériaux et donc plus spécialisé que moi en métallurgie la semaine prochaine (je repasserai les infos sur le site) car je pense que les raisons en sont essentiellement métallurgiques comme vous l'abordez en disant :
« Lorsque vous soudez un alliage d'aluminium à traitement thermique vous modifiez par effondrement des valeurs suite au soudage ce TTH réalisé pour assurer la résistance améliorée du matériau. Suite à la fusion et l'échauffement la Rm s'effondre ainsi que la Re ».
Je suis tout à fait d'accord mais la question est : pourquoi n'arrive-t-on pas à récupérer ces caractéristiques après nouvelle trempe après le soudage et vieillissement naturel ? Vous me direz, parce que les métaux d'apports des séries 4xxx et 5xxx ont des caractéristiques plus faibles et ne sont pas trempants', pourquoi les utilisent-on alors ?

Je suis tombé sur une doc de Jacques Goubin de chez Alstom transport. Si vous avez ses coordonnées, ce serait intéressant de lui demander?

Cordialement,

Bonjour Gérard Lignier,

Jacques GOUBIN est depuis quelques années consultant en certification et assurance qualité soudage

Son adresse disponible sur son site professionnel est :

Jacques GOUBIN
Consultant
Conseils, formations et audits en Assurance de la Qualité du Soudage
1 bis allée des Résistants - Lieu dit : Champ Gaillard
71350 - SERMESSE
France
Tel : +33 (0)9 510 00 994
Mobile : +33 (0)6 37 25 36 86
Courriel : yourweldingpartner@free.fr
Page Web : Untitled Page

Je vous donne le lien d'un article technique de notre site sur le soudage de l'aluminium pour compléter votre synthèse de connaissance :
Comment réaliser le soudage TIG et MIG de l'aluminium et de ses alliages ?


Cordialement,

Merci pour cet excellent article sur la pratique du TIG et MIG sur les alu, Dominique, ainsi que pour les coordonnées de Jacques Goubin que je vais contacter de votre part (je vous mettrai en copie perso avant de passer éventuellement sur le site)...

Je lis cependant dans l'article au §18 : "Le métal d'apport utilisé doit être de même composition et de même degré de pureté que le métal de base à souder..."... A l'examen du tableau, ceci semble à peu près vrai pour la série 5xxx mais pas pour les autres..., je m'interroge donc encore plus à ce sujet... N'y a-t-il donc que la série 5xxx - au demeurant recommandée pour le filage à chaud et je suppose donc, très "souple" (ductile) à chaud - qui convienne comme métal d'apport (à l'exception - notable - des 1100 et 4043 (~ 4643)) ?...

... et cordialement, toutes mes excuses...

Bonjour,


Je reviens vers cette synthèse n'ayant pas eu de réponse en privé du spécialiste du site, Monsieur GOUBIN...


Je vous propose le texte ci-dessous pour avis, corrections, apports d'informations, retour d'expériences,? Les interrogations auxquelles je n'ai pas de réponse sont écrites en bleu.



Étude de soudage(Soudage de EN AW-6082-T6 ou 7020-T6 en épaisseur ~ 12 mm)



1) Données opératoires (les paramètres de soudage sont surlignés en bleu):
Les pièces seront soudées en soudage MIG (le soudage TIG - « Tungsten Inert Gaz » - recommandé pour des soudures de haute qualité - aéronautique - devient problématique dans ces épaisseurs, il n'est guère utilisé, dans la pratique, au-delà de 6 mm d'épaisseur). Le MIG offre quelques avantages intéressants par rapport au TIG : - Possibilité de vitesse de soudage beaucoup plus élevée ; - Taux de dépôt de métal d'apport beaucoup plus élevé ; - Épaisseurs soudables plus importantes (soudage multipasses effectué sans difficultés particulières) ; - Automatisation relativement facile? Pour le 6082, il est recommandé un courant continu (contrairement au soudage TIG où il est, sauf applications particulières, alternatif,?)pulsé(fil électrode au +, pièce au -, afin que le flux d'électrons, se déplaçant de la pièce vers le fil, casse la couche d'Al[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] - qui a une T°C[SUB]fusion[/SUB] élevée ~ 2000°C. De plus, le courant pulsé facilite l'obtention d'un mode de transfert en « spray-arc » (voir T.Ingénieur « BM7732_Soudage MIG-MAG pulsés.pdf », §3 p.2), et voir ci-dessous).
Deux modes de transferts, seulement, sont ici possibles (en effet, le transfert d'arc par court-circuit ne peut pas être obtenu avec des gaz inertes, mais j'avoue ne pas avoir trouvé pourquoi?):

- Un transfert du fil par grosses gouttes (dit « globulaire »)impliquant une tension U de soudage moyenne (~ 20V) et une intensité I également moyenne (~ 150 à 200 A en ~ 12 mm d'épaisseur) ;

- Un transfert du fil par pulvérisation axiale (dit « spray-arc ») impliquant une tension U de soudage haute (20 à 40V) et une intensité I élevée (~ 280 A en ~ 12 mm d'épaisseur) assurant un fort taux de dépôt en métal d'apport.

Le mode « spray-arc » sera préféré car il permet de délivrer une puissance spécifique élevée P (P = U x I, exprimée en W/cm[SUP]2[/SUP]), absolument nécessaire compte tenu de la capacité calorifique élevée de l'aluminium (conductivité thermique élevée associée, ici, à une épaisseur non négligeable de 12 mm). En d'autres termes, l'apport de chaleur doit être rapide et important afin de provoquer une mise en fusion rapide du joint, laquelle a pour but d'annihiler la tendance à la prompte dissipation de cette même chaleur dans la pièce (capacité calorifique élevée = dissipation rapide des calories dans l'assemblage de pièces). Noterqu'il faudra veiller à travailler, malgré le mode « spray-arc », avec un arc le plus court possible afin d'éviter au maximum les soufflures - surtout avec la série 7xxx sans Cu, type 7020, à cause de la vaporisation du Zn' De plus, la nécessité (car il y a des usinages après soudage?)de limiter les déformations (si pas de bridage pendant le soudage)ou les contraintes internes (si bridage pendant le soudage), implique d'opérer avec une vitesse de soudage élevée afin d'apporter le minimum d'énergie calorifique W à l'assemblage (W = U x I x t, que l'on peut exprimer en J ou J/cm[SUP]2[/SUP] si l'on parle d'énergie spécifique?).

Noter que la diminution de W permettra corollairement de diminuer la création des soufflures en limitant au maximum les phénomènes de vaporisation (le Zn dans le 7020 par exemple?) et, permettra, cerise sur le gâteau, d'obtenir un cordon très lisse de bel aspect. Nous verrons une 3[SUP]ème[/SUP] raison à cette limitation au §2.

On peut résumer tout cela en disant qu'il faudra « frapper fort et vite » en termes de chaleur apportée et avoir un taux de dépôt important?,tout en s'efforçant de souder le plus loin possible des usinages ultérieurs ou, pour le moins, de souder symétriquement par rapport à ces usinages pour limiter les effets néfastes des contraintes et/ou déformations générées par le soudage, contraintes et/ou déformations inévitables en soi?

Concernant la protection gazeuse, on préfèrera un mélange Argon + Hélium (type ARCAL 33 d'Air Liquide = 70% Ar + 30% He) à de l'Argon pur (gaz inertes => seulement 2 modes de transferts possibles'). L'ajout d'hélium - qui se fait au détriment du prix - permet d'élever la T°C de l'arc et, en cela, permet d'augmenter la vitesse de soudage (=> diminution de t => diminution de W)?

Pour le 7020, la présence du Zn qui vaporise (T°C[SUB]fusion[/SUB] ~ 410°C)et a tendance à souffler l'arc, augmente la propension de l'alliage à générer des soufflures dans le cordon. Afin de les limiter, les recommandations (voir article « Soudage TIG et MIG de l'Aluminium et ses alliages_Pratique du soudage.doc », §19)sont les suivantes :
- Apporter un soin particulier à la préparation des bords à souder ; - Veiller au bon état de surface du fil d'apport ; - Sécher, gratter mécaniquement et dégraisser les pièces à assembler ; - Chercher, malgré le mode de transfert (« spray-arc »), à avoir l'arc le plus court possible. Nous aborderons au §3 les nuances des métaux d'apports? à apporter, en fonction des alliages à souder.
2) Données métallurgiques sur le métal de base :

Il faut savoir que les alliages d'aluminium des séries 6xxx (Al-Mg-Si)et 7xxx (Al-Zn-Mg avec ou sans Cu) sont des alliages à traitement thermique encore dits « à durcissement structural ». Appelés ainsi car ils ont la particularité de ne pas durcir immédiatement après leur trempe. Ils sont, en effet, encore facilement déformables aussitôt après (la trempe)(le type de trempe dépendra de l'alliage, eau pour Al-Cu, air pour Al-Zn,? voir article « Aluminiums_Durcissement par précipitation.pdf », §2.2 p.2), ce qui permet de les industrialiser - par formage, pliage, matriçage,? - sans difficultés pendant un certain laps de temps? Ils ne durcissent que progressivement après la trempe, selon un temps plus ou moins long (à titre indicatif ~ 1 mois si ce durcissement, appelé « vieillissement », se fait à T°C[SUB]ambiante[/SUB]).
Lors de la trempe (et de la génération d'un équilibre métastable comme dans toute trempe?), des regroupements d'atomes des éléments d'alliages présents (Al + Mg, Si, Zn,?)- vus comme en excès par la matrice - sont initiés au sein de la matrice (on parle de « germes » ; il n'y a pas encore de phénomène de « démixtion » = pas de séparation (non miscibilité) des phases en présence). Ces regroupements sont, la plupart du temps, très limités en nombre d'atomes'


On parle de vieillissement naturel lorsque cedurcissements'effectueàlaT°C[SUB]ambiante[/SUB]. Ce vieillissement est appelé « maturation » (il est plutôt long - voir courbes jointes') et l'alliage est alors dit « trempé - mûri », c'est l'état métallurgique T4. Seuls les alliages des séries 2xxx, 6xxx et 7xxx ainsi que certains alliages de la série 4xxx (fils pour soudage,?)sont aptes à mûrir (donc par « durcissement structural »?).
Ce durcissement est dû à la formation, par germination et croissance (phénomène de démixtion = plusieurs phases non miscibles sont alors en présence, le temps détruisant peu à peu l'équilibre métastable généré par la trempe?) des regroupements d'atomes initiés lors de la trempe, et qui ont pour effet de déformer localement le réseau cristallin.
Or, en métallurgie, chaque fois que l'on déforme la structure cristalline ? par formation de précipités comme ici, ou par écrouissage (=> formation de dislocations,?),?, on « durcit »... Ces zones de regroupement d'atomes sont appelées zones de Guinier-Preston (voir article « Aluminiums_Durcissement par précipitation.pdf », §2.3, p.3).



On parle de vieillissement artificiel (plus court - en temps - que le vieillissement naturel, voir courbes jointes')lorsque la pièce est durcie en étant chauffée entre 150 et 200°C pendant 5 à 25h(voir article « Aluminiums_ Durcissement par précipitation.pdf », §2.3 p.4).
Ce vieillissement est appelé « revenu » et l'alliage est alors dit « trempé - revenu ». C'est l'état métallurgique T6. De la même manière, seuls les alliages des séries 2xxx, 6xxx et 7xxx (ainsi que quelques 4xxx : 4006[AlSiFe], 4007[AlSi1,5Mn], 4043A[AlSi5] (fil pour soudage), 4045[AlSi10] (fil pour soudage), 4046[AlSi10Mg] (fil pour soudage), 4047A[AlSi12] (fil pour soudage),?)sont aptes à être durcis par un revenu (donc par « durcissement structural »?). Métallurgiquement, ce revenu a pour effet de favoriser, comme précédemment mais plus rapidement (T°C plus élevée => mobilité plus grande des atomes')la création d'une multitude de petits précipités « d'AlSiMg » - lesquels sont dits « cohérents » (voir article « Aluminiums_Durcissement par précipitation. pdf »,tableau1 p.1) car ilsdéforment (= contraignent) localement très fortement le réseau cristallin, et « durcissent » d'autant plus la matrice qu'ils sont petits et nombreux (blocage maximal des déplacements des atomes au sein de la matrice contrainte)?
































Noter qu'une T°C plus élevée(recuit de « restauration » entre 250 et 300°C pendant 2 à 8h) aurait pour effet de créer des précipités plus gros - dits « semi-cohérents » ou « incohérents » - qui auraient un effet inverse à celui recherché (= ne déformant pas le réseau cristallin) et provoqueraient « l'adoucissement » du métal (chute des caractéristiques R[SUB]m[/SUB] et R[SUB]p0,2[/SUB] entre autres').







La norme ISO 15614-2(§7.4.2 tableau 2, extrait ci-contre?)donne les coefficients d'efficacité T d'un joint soudé bout à bout.
On note que ceux-ci sont légèrement plus élevés pour la série 7xxx que pour la série 6xxx. On note également que : [SUP](e)[/SUP]« lorsque les assemblages de qualification sont vieillis artificiellement après soudage et avant essai (destructif), T s'applique à l'état T6 du matériau de base (avant soudage) », et donc non à l'état T4 comme mentionné dans le tableau, de telle sorte que, malgré des coefficients T apparemment égaux (0.7 pour la série 6xxx), les propriétés mécaniques du joint vieilli artificiellement sont supérieures à celles du joint vieilli naturellement. C'est un peu différent pour la série 7xxx puisque les coefficients sont de 0.95 (naturel) et 0.75 (artificiel), de telle sorte que les propriétés mécaniques obtenues après maturation et revenu seront certainement très proches.























Dans le cas du soudage qui nous intéresse, la chaleur de l'arc provoque la modification de la structure de l'alliage dans la ZAT. Plusieurs phénomènes métallurgiques différents - étroitement dépendant de la T°C atteinte dans cette zone lors du soudage - peuvent être observés :
- Dans la zone la plus proche du cordon (zone « sous cordon », T°C la plus élevée ~ 500 à 550°C), se produit une remise en solution complète des précipités impliquant un adoucissement maximal et donc les propriétés mécaniques (R[SUB]m [/SUB], R[SUB]p0.2 [/SUB], H,?)les plus faibles. Cette zone pourra évoluer dans le temps car la mise en solution a été faite, la matrice est sursaturée en éléments d'alliages (= elle contient les éléments d'alliages, Si, Zn, Mg, Cu,? en solution,c'est-à-dire mélangés aux atomes d'Al mais sans plus aucun précipité, ceux-ci ont été dissous (= remis en solution) par la T°C'On dit « sursaturé », parce qu'à la T°C[SUB]ambiante[/SUB], la matrice d'aluminium ne peut pas contenir autant d'atomes étrangers : cette « surabondance » d'atomes étrangers est le résultat de la trempe => équilibre métastable?, voir diagrammes d'équilibres (= de phases)?).
La matricedeviendra état T4 (elle « mûrira »)si on laisse le métal à la T°C[SUB]ambiante[/SUB].
- Dans les deux zones suivantes, un peu plus loin du cordon (T°C ~ 350 à 400°C, T°C ~ 160 à 350°C), se produit un recuit dit « de coalescence - ou précipitation » se traduisant par une transformation des petits précipités, nombreux (mentionnés page précédente) en de plus gros beaucoup moins nombreux (c'est le phénomène de coalescence),et surtout incohérents (= ne déformant pas, ne contraignant pas la matrice ; ne bloquant plus le déplacement des atomes,?)avec la matrice(leur grosseur (et leur nombre) dépend de la T°C et du temps de maintien à cette T°C? ; dans la zone T°C ~ 160 à 350°C, on parle de « sur-revenu » = état T7).
Ces (gros)précipités, dès lors, ne constituent plus d'obstacles aussi infranchissables que (les petits précipités) précédemment (voir T.Ingénieur « M1290_Traitements thermiques des alliages d'alumium.pdf », pages 10 et 15) pour les atomes et donc ne « durcissent » plus... Cette faculté redonnée aux atomes, par l'apport de chaleur de l'arc, de se déplacer librement, détruit donc les effets du Traitement thermique initial - T6 ici - et provoque une chute des caractéristiques mécaniques jusqu'à une valeur de 60% (soit T = 0,6) de la résistance à la rupture R[SUB]m[/SUB] initiale, on parle d'« adoucissement ». On peut estimer, dans des proportions identiques, une chute de la limite élastique R[SUB]e[/SUB](ou R[SUB]p0,2[/SUB] dans le cas des aluminiums), (voir les courbes et la norme ISO 15614-2)?
?Et cette situation ne pourra plus évoluer positivement car la matrice n'est plus sursaturée (= les éléments d'alliages ayant précipité en gros précipités incohérents, il n'y en a plus, ou presque, en solution - c'est-à-dire mélangés aux atomes d'Al sans aucun précipité - dans la matrice d'aluminium, alors quasiment pure et devenue « molle » comme tout matériau métallique pur?)sauf si on retrempe à nouveau tout l'ensemble (remise en solution (des gros précipités) suivie d'une trempe?). C'est la 3[SUP]ème[/SUP] raison(mentionnée précédemment)pour opérer avec une vitesse de soudage relativement rapide (le temps étant, bien entendu, un paramètre important dans toute opération de soudage?)limitant au maximum l'apport de chaleur : les énergies de soudage doivent être les plus faibles possibles (avec un temps court : W = U x I x t ; et une zone chauffée faible => P = U x I est importante lorsque la surface chauffée est faible ; le procédé de soudage par LASER, par exemple, réalise très bien ces conditions de soudage?)pour limiter la coalescence des précipités, le sur-revenu et l'adoucissement de la ZAT, et corollairement, les cordons de soudures les plus limités possibles en longueur?


La seule façon de faire pour que les pièces retrouvent une grande partie (voir norme ISO 15614-2 sur les valeurs des T) de leurs caractéristiques mécaniques initiales est de réaliser une mise en solution complète de toute la pièce suivie d'une trempe puis d'un revenu à T°C ~ 160°C préconisé pendant ~ 20h(vieillissement artificiel - état T6 - voir courbes ci-contre).
De plus, ce revenu à ~ 160°C pourra, dans une certaine mesure, servir à détensionner partiellement, la pièce soudée, en vue des usinages ultérieurs (l'idéal aurait été de détensionner à T°C ~ 250°C pendant 8h suivi d'un refroidissement lent mais cela conduirait à effectuer un sur-revenu (état T7) et donc à re-perdre l'essentiel des caractéristiques mécaniques, tout le dilemme est là?)?
Noter que : - Le vieillissement naturel (état T4)permet de « remonter » les caractéristiques mécaniques mais dans des proportions moins importantes que le vieillissement artificiel. - La résistance du joint soudé en série 6xxx est toujours inférieure à celle du métal de base (les coefficients d'efficacité des joints - rapport entre la R[SUB]m[/SUB] après soudage et la R[SUB]m[/SUB] avant soudage - ont du mal à dépasser les 75%..., voir norme ISO 15614-2).
















3) Données métallurgiques sur le métal d'apport :

Dans l'article joint « Soudage TIG et MIG de l'Aluminium et ses alliages_Pratique du soudage.doc », il est indiqué au §18 : « Le métal d'apport utilisé doit être de même composition et de même degré de pureté que le métal de base à souder »?, ce que ne semble pas corroborer ce même article ni l'article des T.Ingénieur « M439_Propriétés technologiques de l'aluminium et ses alliages corroyés.pdf », tableau 4, page 7, qui par contre, se rejoignent sur les nuances à utiliser?, c'est déjà ça?

Les Métaux d'apport recommandés pour la série 6xxx sont les suivants : - La série 5356 (AlMg5) (les séries 5183, 5356 et 5556 sont sensibles à la corrosion sous contrainte mais je ne sais pas pourquoi). - S?il n'y a pas d'anodisation ultérieure, la série 4043 (nuance à durcissement structural => qui peut vieillir)est utilisable, sinon non (car gris foncé très mat après anodisation). - Pour des pièces travaillant à la chaleur (100°C à 200°C), les séries 4043 ou 4047(AW[AlSi12])(nuances qui peuvent vieillir). - Pour des pièces qui subissent un traitement thermique après soudage, la série 4643 (d'après le Catalogue ESAB, p.7 : le 4643 est un alliage qu'il est possible de traiter thermiquement et qui peut donc vieillir. Il présente de meilleures résistances dans les ensembles soudés de la série 6xxx lorsque des solutions de traitement thermique ou de vieillissement après soudage sont appliquées'). Celui-ci semble permettre d'obtenir 90% de la R[SUB]m[/SUB] du métal de base(donc T = 0,9, ça vaudrait le coup de vérifier !!...). Le 4643 (AW[AlSi4])est donné comme similaire au 4043(AW[AlSi5])?

J'ai par ailleurs relevé :

- Dans les T.Ingénieur « M439_Propriétés technologiques de l'aluminium et ses alliages corroyés.pdf » p.6, §2.1.3 :
« Alliages de la série 6xxx (Al-Mg-Si): très bonne soudabilité opératoire à condition d'utiliser un métal d'apport du type Al-Si (4043) ou Al-Mg (5356) (sans métal d'apport, ces alliages sont très sensibles à la fissuration mais je ne sais pas pourquoi). Soudés sur état revenu (T5 ou T6) le coefficient d'efficacité du joint T varie entre 0,45 et 0,6 ». (un peu plus faible que dans la norme ISO 15614-2,?, et beaucoup plus faible que dans le catalogue ESAB?)?
« Alliages de la série 7xxx sans Cu (Al-Zn-Mg) (alliage représentatif 7020?) : soudabilité opératoire moins favorable que celle des alliages de la série 6xxxmais acceptable à condition d'utiliser un métal d'apport chargé en magnésium (5356 ou 5183). Du fait de sa faible vitesse critique de trempe (alliage autotrempant), l'alliage durcit par maturation après soudage et le coefficient de joint T est de l'ordre de 0,8 un mois après soudage (donc similaire à norme ISO 15614-2). Par contre, la ZAT est plus sensible à certains phénomènes de corrosion et l'utilisation du 7020 en construction soudée nécessite des protections contre l'environnement. »
- Dans les T.Ingénieur « M440_Propriétés de l'aluminium et des alliages d'aluminium corroyés.pdf » : - p.6, §1.4.1.1 : « L'alliage 4043 à 5 % environ de silicium est recommandé toutes les fois que les alliages à souder ou les types d'assemblages à réaliser présentent des difficultés du point de vue soudabilité opératoire (risque de fissuration (à chaud certainement) en particulier). »? ?« L'alliage 4043 est, de plus, en pratique systématiquement conseillé dans le cas du soudage des alliages d'aluminium de moulage ainsi que dans le cas du soudage d'un alliage d'aluminium de moulage avec un alliage d'aluminium de transformation (corroyé)... ». - p.8, §1.5.3 : « Alliages pour métal d'apport en soudage : en raison de leur bonne soudabilité opératoire, les alliages Al-Mg sont très utilisés en tant que métal d'apport lors du soudage des différents alliages d'aluminium. Différentes nuances d'alliages ont été spécialement mises au point à cet égard, tant du point de vue composition (présence de titane pour affiner le grain de la zone fondue, de béryllium pour limiter l'oxydation)que du point de vue fabrication du fil lui-même (états de surface spéciaux). Les alliages les plus utilisés sont les nuances (voir T.Ingénieur « M438_Aluminium et alliages d'aluminium corroyés : propriétés métalliques.pdf »): ? 5554, 5654, 5754, 5854 ;
? 5183 ;
? 5356, 5556. »

Une hypothèse toute personnelle pouvant donner une raison supplémentaire de l'utilisation des alliages de la série 5xxx comme métal d'apport est la « souplesse » générale à chaud (ductilité)de ces alliages, par ailleurs recommandés pour le filage à chaud, souplesse pouvant permettre d'éviter les phénomènes de fissuration à chaud que ne permettrait peut-être pas un métal d'apport de même nuance que celle du métal de base, surtout dans la série 7xxx, qui pose beaucoup plus de problèmes de soudabilité.


4) Informations complémentaires :

J'ai par ailleurs relevé :

- Dans les T.Ingénieur « B7730_Soudage à l'arc.pdf » p.16, §4.3 : « Le soudage MIG est la solution semi-automatique et automatique des assemblages en alliages d'aluminium et en aciers inoxydables dans la chaudronnerie des réservoirs transportés, des silos propres et des conteneurs des industries agro-alimentaires.
Malgré les tentatives faites dans la composition des fils et des gaz, très vite limitée en comparaison avec les flux ou les enrobages, les soudures MIG/MAG ne sont pas performantes du point de vue mécanique (manque de compacité)et métallurgique (appauvrissement des liaisons en éléments d'apport). Le procédé n'est donc pas pris en considération dans les cas critiques. »

- Dans les T.Ingénieur « M715_Soudage et soudabilité métallurgique des métaux.pdf » p.22, 23 et 24, §6.1 au sujet des alliages d'aluminium : « Sa conductivité thermique élevée impose la mise en ?uvre de sources de chaleur à grande densité d'énergie afin de permettre une réduction de la durée des cycles thermiques de soudage et cela malgré la basse température de fusion du métal de base (il peut être nécessaire de procéder à un préchauffage pour limiter la quantité d'énergie à mettre en ?uvre). Le niveau de cette conductivité a une contrepartie favorable en ce sens qu'il induit une diminution des gradients thermiques et, de ce fait, conduit à des déformations moins localisées. »

« Son module d'élasticité relativement faible limite favorablement l'amplitude des contraintes résiduelles. » « Ainsi donc le soudeur devra, pour souder des alliages d'aluminium, mettre en ?uvre des procédés à grande densité d'énergie et permettant de protéger efficacement le métal contre l'action de l'oxygène. »

« Si le métal de base est un alliage durci par traitement thermique (alliages des séries 2xxx, 6xxx et 7xxx,voire 4xxx?), le soudage peut engendrer un adoucissement, par sur-revenu d'une part, et par remise en solution des précipités d'autre part. Dans ce dernier cas seulement, il peut être envisagé de provoquer un re-durcissement à l'aide d'un nouveau revenu ou, si l'alliage le permet, par maturation à la T°C[SUB]ambiante[/SUB].

D'une manière générale, il subsiste toujours (si les conditions pratiques le permettent), la possibilité de reprendre dans son intégralité le traitement thermique après soudage. »

5) Conclusion générale :

Le 7020 semble être l'alliage susceptible de présenter les caractéristiques mécaniques les plus élevées après soudage (voir coefficients T de la norme ISO 15614-2) et vieillissement artificiel, mais il pose beaucoup plus de problèmes que le 6082 en termes de soudabilité et de sensibilité à l'environnement lors du soudage (corrosion)?

Quoiqu'il en soit du choix (6082 ou 7020), la gamme qui me semble la plus adaptée compte-tenu du Cdcf donné est la suivante :

Bonjour Gérard,

Merci pour cette excellente collecte de ressources didactiques sur le soudage de l'alliage d'aluminium 6082 T6 et 7020 T6
Merci d'avoir échangé vos informations sur notre site.

Pour le coût des procédés de soudage, il faut tabler sur :
4000 € en moyenne pour un poste à souder TIG AC/DC de 300 ampères
7000 € en moyenne pour un poste à souder MIG DC avec courant pulsé de 400 ampères

Pour le soudage LASER HYBRIDE et le STIR WELDING, les prix sont calculés selon les configurations matériels et ces prix restent assez confidentiels

Cordialement,

Avec plaisir Dominique,

Je ne suis pas arrivé, avec l'éditeur du site, à mettre cet article en forme tel que je l'aurai voulu. Je m'aperçois notamment que les paramètres de soudage ne sont pas ressortis surlignés en bleu...
Si vous vouliez le faire, je peux vous envoyer l'article en privé...

Bien cordialement

Bonjour,

Si vous le voulez et si vous m'envoyez le fichier, je placerai vos informations dans un article technique
L'article sera à votre nom de pseudo
Merci de votre attention.

Cordialement,

Bonjour,

Merci pour cet excellent travail.

On peut résumer tout cela en disant qu'il faudra « frapper fort et vite » en termes de chaleur apportée et avoir un taux de dépôt important?

dans ce très long article seuls deux points m'ont fait tiquer, pour les pièces de fonderie d'après ma pratique le métal d'apport à employer serait plutôt de l' AS 5 , car ce sont des alliages au silicium, d'autre part par 2 fois il est cité des alliages d'aluminium contenant du cuivre, qui à mon avis sont classés comme non soudable, mais je n'ai pas la science infuse, juste de très longues années de pratique

Bonjour,

Merci à tous, je cherchais depuis un moment des infos sur le soudage de la famille des 7XXX.
Seul le 7020 est mentionné, j'en déduis que les 7049 - 7075 ne doivent pas être terrible pour la soudure.
De toute façon se sont les seuls alu que j'ai, on verra bien...
Et à la question si il existe un métal d'apport pour le 7020, ben c'est du 5356, affaire réglé.

Cordialement,

pour le 7020 les CNIM préconisaient le 5356 préchauffage interdit , mais ce que j'en ai ai surtout retenu , vraiment gaffe pour la compacité on peut se faire de magnifiques et invisibles gruyères , l'astuce que j'ai archaïquement trouvé avec des essais destructifs, est d'être ne mode pulsé mais avec un arc le plus court possible