Soudage TIG Aluminium avec AVC en courant alternatif

SOUDAGE TIG DE L’ALUMINIUM ET DE SES ALLIAGES
Soudage en courant alternatif (AC) avec contrôle
de la hauteur d’arc (AVC)
La gestion de la régulation de la hauteur d’arc (AVC) pour le soudage de l’aluminium et
ses alliages en courant alternatif (AC), avec la commande Polysoude PC 350 AC/DC et la
source Tetrix 351 (Fig.1), est maintenant maîtrisée. C’est l’aboutissement d’un travail
commun entre Polysoude, côté régulation de l’AVC, et EWM, côté régulation source.
Le problème majeur à surmonter avec le soudage de l’aluminium sous AC est la gestion
de l’AVC qui ne tolère aucun saut de phase.
La disponibilité de la fonction AVC sous AC donne à Polysoude un avantage concurrentiel
important. En effet, à notre connaissance, très peu voire aucun autre fabricant ne donne
une garantie de fonctionnement, bien entendu dans des conditions ʺnormalesʺ
d’utilisation.
Le mot « Aluminium » n’est qu’un terme générique désignant en dehors de l’aluminium
pur, toute la gamme des alliages qui constitue en fait la majorité des applications.
Le soudage orbital de tuyauteries et canalisations en alliages d’aluminium, s’avère
particulièrement intéressant dans le cas d’applications cryogéniques et nucléaires
demandant un haut niveau de qualité. Les points forts d’un procédé automatique résident
dans la traçabilité et la reproductibilité des paramètres liée à l’électronique de commande
des générateurs. Cette reproductibilité autorise la création de mode opératoire de
soudage élaboré permettant l’obtention de soudures de qualité constante.
Prérequis sur le soudage AC de l’aluminium et de ses alliages
Les modes opératoires de soudage (MOS) doivent tenir compte des facteurs suivants :
- conductivité thermique
- présence d’alumine sur les produits
- tendance aux soufflures
Conductivité thermique
Pour atténuer le phénomène, voici quelques recommandations :
- soudage de sections égales
- talons de faible épaisseur
- chanfrein en V à 40° mini (accessibilité et bonne fusion des bords)
L’alumine
L’alumine gêne le soudage car :
- contient de l’eau de cristallisation et absorbe l’humidité (formation des soufflures)
- tenace (ne s’effrite pas) : les inclusions sont des fragments de film d’alumine
équivalent à des défauts de type fissure ou collage.
Avant soudage, il faut donc :
- éliminer la couche d’alumine (usinage, décapage, grattage)
- briser la carre envers
Soufflures
C’est un problème constant en soudage de l’aluminium et ses alliages car :
- très faible solubilité de H2 dans Al solide.
- solidification très rapide
Rappel
:
Dans 90 % des cas, H2 provient de surfaces sales ou de l’humidité adsorbée par les produits.
Dans quelques cas, H2 provient du métal de base lui-même, et du métal d’apport.
Il est donc recommandé de :
- n’employer que des produits propres et secs
- protection des produits d’apport de toute contamination
- meuler les points
- bonne protection gazeuse
- préchauffer les pièces (100 °C)
Rappel du soudage AC
Le courant AC est essentiellement utilisé pour le soudage de l’aluminium et de ses
alliages. En courant alternatif, l’électrode alterne entre un pôle positif (anode) et le pôle
négatif (cathode). En polarité positive, l’électrode devient anode, ce qui permet de briser
la couche d’oxyde présente à la surface de la pièce à souder (séquence de décapage de
la couche d’alumine). En polarité négative, l’électrode devient cathode, la chaleur
nécessaire pour fondre l’aluminium est appliquée à la pièce à souder et l’électrode peut
refroidir (séquence de pénétration).(Fig. 1)
Le rapport entre le temps de décapage et le temps de pénétration est appelé «rapport de
décapage ». Dans l’exemple de la figure 1, le rapport de décapage est de 35 %. Plus le
2/6
temps de décapage sera long, plus la soudure sera « propre » (peu de soufflure), mais la
durée de vie de l’électrode sera raccourcie. Pour le choix du diamètre de l’électrode, il est
recommandé de se baser sur cette formule :
(Ø électrode X 100 A) – 80 A = courant maxi de soudage.
Le nombre de périodes (T) par seconde définira la fréquence de soudage (f). Des
fréquences rapides (60 – 120 Hz) seront préférées pour le soudage de petites épaisseurs
(≤ 1,5 mm) alors que les plus basses (50 Hz) seront utilisées pour des épaisseurs plus
fortes (≤ 3 mm). En courant alternatif, il est possible d’utiliser des courants lisses ou
pulsés, les valeurs de courants vont variées suivant les épaisseurs à souder.
Rappel sur le fonctionnement de l’AVC
Ce système permet, grâce à une mesure faite au niveau de l’électrode et le câble de
mesure situé sur la masse, de garder la tension programmée constante donc la hauteur
électrode/pièce constante. Cette régulation est valable à paramètres constants, un
changement de valeur de courant implique un changement de valeur de tension. (Fig. 3)
Une modification de l’électrode (usure) aura également le même effet. L’AVC va chercher
à garder sa tension constante et donc la hauteur électrode/pièce va varier. (Fig. 4)
Conditions normales d’utilisation de la fonction AVC en soudage AC
Les plages généralement utilisées pour le soudage en AC avec AVC sont :
 Fréquence de soudage entre 50 et 120 Hz
 Courant maximum 250 A, courant moyen maximum 200 A
 Courant minimum 20 A
 Distance électrode/pièce environ 3 mm (la valeur de tension dépend des
courants utilisés)
 Tension de soudage minimum de 10 V
 Rapport de décapage de 30 à 50 %
 Ne pas souder sans décaper la couche d’alumine avant soudage
 Assurer une bonne protection gazeuse.
Les interdits pour le soudage AC en AVC
 Utiliser un diamètre d’électrode trop faible pour souder en courant alternatif
 Utiliser une forme de boule mal adaptée au courant utilisé
 Utiliser un rapport de décapage trop important
3/6
Illustrations
Fig. 1 : Commande PC 350 AC/DC et source Tetrix 351
Fig. 2 : Rapport de décapage
4/6
Fig. 3 : Influence des variations des valeurs de courant et de tension sur
l’AVC
Fig. 4 : Influence de l’usure de l’électrode sur l’AVC
Fig. 5 : Soudage Alu TIG orbital avec AVC
5/6
Fig. 6 : Soudage Alu TIG mécanisé avec AVC
6/6