Avec la croissance de l'aluminium dans l'industrie de la soudure et son acceptation comme excellente alternative à l'acier pour de nombreuses applications, les développeurs de projets en aluminium doivent de plus en plus se familiariser avec ce groupe de matériaux. Pour bien comprendre l'aluminium, il est conseillé de commencer par se familiariser avec son système d'identification et de désignation, les nombreux alliages d'aluminium disponibles et leurs caractéristiques.

Le système de désignation et de trempe des alliages d'aluminiumEn Amérique du Nord, l'Aluminum Association Inc. est responsable de l'attribution et de l'enregistrement des alliages d'aluminium. Actuellement, plus de 400 alliages d'aluminium corroyé et d'alliages d'aluminium corroyé, ainsi que plus de 200 alliages d'aluminium sous forme de pièces moulées et de lingots, sont enregistrés auprès de l'Aluminum Association. Les limites de composition chimique de tous ces alliages enregistrés sont précisées dans le règlement de l'Aluminum Association.Livre turquoiseintitulé « Désignations internationales des alliages et limites de composition chimique pour l'aluminium corroyé et les alliages d'aluminium corroyé » et dans leurLivre roseIntitulée « Désignations et limites de composition chimique des alliages d'aluminium sous forme de pièces moulées et de lingots », cette publication peut s'avérer extrêmement utile à l'ingénieur en soudage lors de l'élaboration de procédures de soudage et lorsque la prise en compte de la chimie et de son lien avec la sensibilité aux fissures est importante.

Les alliages d'aluminium peuvent être classés en plusieurs groupes selon leurs caractéristiques, telles que leur capacité à réagir aux traitements thermiques et mécaniques, et l'élément d'alliage principal qui les compose. Le système de numérotation et d'identification utilisé pour les alliages d'aluminium permet d'identifier ces caractéristiques. Les aluminiums forgés et coulés ont des systèmes d'identification différents. Le système forgé est à 4 chiffres, tandis que les aluminiums coulés ont un système à 3 chiffres et une décimale.

Système de désignation des alliages forgés- Nous allons d'abord considérer le système d'identification des alliages d'aluminium forgé à 4 chiffres. Le premier chiffre (Xxxx) indique l'élément d'alliage principal qui a été ajouté à l'alliage d'aluminium et est souvent utilisé pour décrire la série d'alliages d'aluminium, c'est-à-dire la série 1000, la série 2000, la série 3000, jusqu'à la série 8000 (voir tableau 1).

Le deuxième chiffre unique (xXxx), s'il est différent de 0, indique une modification de l'alliage spécifique, et les troisième et quatrième chiffres (xxXX) sont des nombres arbitraires donnés pour identifier un alliage spécifique dans la série. Exemple : Dans l’alliage 5183, le chiffre 5 indique qu’il appartient à la série des alliages de magnésium, le 1 indique qu’il s’agit du 1^stmodification de l'alliage d'origine 5083, et le 83 l'identifie dans la série 5xxx.

La seule exception à ce système de numérotation des alliages concerne les alliages d'aluminium de la série 1xxx (aluminiums purs), auquel cas les 2 derniers chiffres indiquent le pourcentage minimum d'aluminium supérieur à 99 %, c'est-à-dire l'alliage 13.(50)(99,50% minimum d'aluminium).

SYSTÈME DE DÉSIGNATION DES ALLIAGES D'ALUMINIUM FORGÉS

Tableau 1

Désignation de l'alliage moulé- Le système de désignation des alliages coulés est basé sur une désignation à 3 chiffres plus une décimale xxx.x (c.-à-d. 356.0). Le premier chiffre (Xxx.x) indique l'élément d'alliage principal qui a été ajouté à l'alliage d'aluminium (voir tableau 2).

SYSTÈME DE DÉSIGNATION DES ALLIAGES D'ALUMINIUM COULÉS

Tableau 2

Les deuxième et troisième chiffres (xXX.x) sont des nombres arbitraires donnés pour identifier un alliage spécifique de la série. Le nombre suivant la virgule indique s'il s'agit d'une pièce moulée (.0) ou d'un lingot (.1 ou .2). Un préfixe en majuscule indique une modification d'un alliage spécifique.
Exemple : Alliage – A356.0 le A majuscule (Axxx.x) indique une modification de l'alliage 356.0. Le chiffre 3 (A)3xx.x) indique qu'il s'agit d'un métal de la série silicium plus cuivre et/ou magnésium. Le 56 pouces (Ax)56.0) identifie l'alliage dans la série 3xx.x et .0 (Axxx.0) indique qu'il s'agit d'une pièce moulée de forme finale et non d'un lingot.

Le système de désignation de la trempe de l'aluminium -Si l'on considère les différentes séries d'alliages d'aluminium, on constate des différences considérables dans leurs caractéristiques et leurs applications. Après avoir compris le système d'identification, il convient de souligner qu'il existe deux types d'aluminium distincts au sein de la série mentionnée ci-dessus : les alliages d'aluminium traitables thermiquement (qui peuvent gagner en résistance par apport de chaleur) et les alliages d'aluminium non traitables thermiquement. Cette distinction est particulièrement importante pour évaluer les effets du soudage à l'arc sur ces deux types de matériaux.

Les alliages d'aluminium corroyés des séries 1xxx, 3xxx et 5xxx ne sont pas traitables thermiquement et sont uniquement écrouissables. Les alliages d'aluminium corroyés des séries 2xxx, 6xxx et 7xxx sont traitables thermiquement, tandis que la série 4xxx comprend des alliages traitables thermiquement et non traitables thermiquement. Les alliages moulés des séries 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x et 7xx.x sont traitables thermiquement. L'écrouissage n'est généralement pas appliqué aux pièces moulées.

Les alliages traitables thermiquement acquièrent leurs propriétés mécaniques optimales grâce à un procédé de traitement thermique, les plus courants étant la mise en solution et le vieillissement artificiel. La mise en solution consiste à chauffer l'alliage à une température élevée (environ 490 °C) afin de mettre les éléments ou composés d'alliage en solution. Cette étape est suivie d'une trempe, généralement dans l'eau, pour obtenir une solution sursaturée à température ambiante. La mise en solution est généralement suivie d'un vieillissement. Le vieillissement consiste à précipiter une partie des éléments ou composés d'une solution sursaturée afin d'obtenir les propriétés souhaitées.

Les alliages non traitables thermiquement acquièrent leurs propriétés mécaniques optimales par écrouissage. L'écrouissage est une méthode permettant d'augmenter la résistance par écrouissage. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

LES DÉSIGNATIONS DE BASE DU CARACTÈRE

Tableau 3

Outre la désignation de revenu de base, il existe deux catégories de subdivision, l'une concernant le revenu « H » - écrouissage, et l'autre concernant le revenu « T » - désignation traité thermiquement.

Subdivisions de l'état H – Écroui

Le premier chiffre après le H indique une opération de base :
H1– Écroui uniquement.
H2– Écroui et partiellement recuit.
H3– Écroui et stabilisé.
H4– Écroui et laqué ou peint.

Le deuxième chiffre après le H indique le degré d'écrouissage :
HX2– Quart dur HX4– Demi-dur HX6– Trois quarts dur
HX8– Full Hard HX9– Extra dur

Subdivisions de l'état T – Traité thermiquement

T1- Vieilli naturellement après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme à température élevée, tel que l'extrusion.
T2- Travaillé à froid après refroidissement par un procédé de mise en forme à température élevée puis vieilli naturellement.
T3- Mise en solution traitée thermiquement, travaillée à froid et vieillie naturellement.
T4- Solution traitée thermiquement et vieillie naturellement.
T5- Vieilli artificiellement après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme à température élevée.
T6- Solution traitée thermiquement et vieillie artificiellement.
T7- Mise en solution traitée thermiquement et stabilisée (survieillie).
T8- Mise en solution traitée thermiquement, travaillée à froid et vieillie artificiellement.
T9- Solution traitée thermiquement, vieillie artificiellement et travaillée à froid.
T10- Travaillé à froid après refroidissement à partir d'un processus de mise en forme à température élevée puis vieilli artificiellement.

Les chiffres supplémentaires indiquent le soulagement du stress.
Exemples :
TX51ou TXX51– Soulagement du stress par les étirements.
TX52ou TXX52– Soulagement des contraintes par compression.

Alliages d'aluminium et leurs caractéristiques- Si nous considérons les sept séries d’alliages d’aluminium corroyés, nous apprécierons leurs différences et comprendrons leurs applications et leurs caractéristiques.

Alliages de la série 1xxx– (non traitable thermiquement – ​​avec une résistance à la traction ultime de 10 à 27 ksi). Cette série est souvent appelée « série aluminium pur » car elle exige une teneur minimale en aluminium de 99,0 %. Ils sont soudables. Cependant, en raison de leur plage de fusion étroite, certains aspects doivent être pris en compte pour garantir des procédures de soudage acceptables. Pour la fabrication, ces alliages sont principalement sélectionnés pour leur résistance supérieure à la corrosion, notamment dans les réservoirs et tuyauteries chimiques spécialisés, ou pour leur excellente conductivité électrique, notamment dans les jeux de barres. Ces alliages présentent des propriétés mécaniques relativement médiocres et sont rarement utilisés pour des applications structurelles générales. Ces alliages de base sont souvent soudés avec un matériau d'apport adapté ou avec des alliages d'apport 4xxx, selon l'application et les exigences de performance.

Alliages de la série 2xxx– (traitables thermiquement – ​​avec une résistance à la traction ultime de 27 à 62 ksi) : ces alliages aluminium/cuivre (avec des ajouts de cuivre compris entre 0,7 et 6,8 %) sont des alliages à haute résistance et hautes performances, souvent utilisés dans les applications aéronautiques et spatiales. Ils présentent une excellente résistance sur une large plage de températures. Certains de ces alliages sont considérés comme non soudables par les procédés de soudage à l'arc en raison de leur sensibilité à la fissuration à chaud et à la corrosion sous contrainte ; en revanche, d'autres sont très bien soudables à l'arc avec les procédures de soudage appropriées. Ces matériaux de base sont souvent soudés avec des alliages d'apport haute résistance de la série 2xxx conçus pour égaler leurs performances, mais peuvent parfois être soudés avec des alliages d'apport de la série 4xxx contenant du silicium ou du silicium et du cuivre, selon l'application et les exigences de service.

Alliages de la série 3xxx– (non traitables thermiquement – ​​avec une résistance à la traction ultime de 16 à 41 ksi) Il s'agit d'alliages aluminium/manganèse (ajouts de manganèse allant de 0,05 à 1,8 %). Ils présentent une résistance mécanique moyenne, une bonne résistance à la corrosion, une bonne formabilité et sont adaptés à une utilisation à températures élevées. L'une de leurs premières utilisations était la fabrication de casseroles et de poêles, et ils constituent aujourd'hui le composant principal des échangeurs de chaleur des véhicules et des centrales électriques. Cependant, leur résistance mécanique moyenne exclut souvent leur utilisation pour des applications structurelles. Ces alliages de base sont soudés avec des alliages d'apport des séries 1xxx, 4xxx et 5xxx, en fonction de leur composition chimique spécifique et des exigences particulières de leur application et de leur service.

Alliages de la série 4xxx– (traitables thermiquement et non traitables thermiquement – ​​avec une résistance à la traction ultime de 25 à 55 ksi) Il s'agit des alliages aluminium/silicium (ajouts de silicium allant de 0,6 à 21,5 %) et sont la seule série à contenir à la fois des alliages traitables thermiquement et non traitables thermiquement. Le silicium, lorsqu'il est ajouté à l'aluminium, abaisse son point de fusion et améliore sa fluidité à l'état fondu. Ces caractéristiques sont recherchées pour les matériaux d'apport utilisés pour le soudage par fusion et le brasage. Par conséquent, cette série d'alliages est principalement utilisée comme matériau d'apport. Le silicium, indépendamment de l'aluminium, n'est pas traitable thermiquement ; cependant, un certain nombre de ces alliages de silicium ont été conçus avec des ajouts de magnésium ou de cuivre, ce qui leur confère la capacité de réagir favorablement au traitement thermique de mise en solution. Généralement, ces alliages d'apport traitables thermiquement ne sont utilisés que lorsqu'un composant soudé doit être soumis à des traitements thermiques après soudage.

Alliages de la série 5xxx– (non traitables thermiquement – ​​avec une résistance à la traction ultime de 18 à 51 ksi) Il s'agit d'alliages aluminium/magnésium (ajouts de magnésium compris entre 0,2 et 6,2 %), qui présentent la résistance la plus élevée des alliages non traitables thermiquement. De plus, cette série d'alliages est facilement soudable, ce qui explique son utilisation pour une grande variété d'applications telles que la construction navale, les transports, les appareils à pression, les ponts et le bâtiment. Les alliages à base de magnésium sont souvent soudés avec des alliages d'apport, sélectionnés en fonction de la teneur en magnésium du matériau de base, ainsi que des conditions d'application et de service du composant soudé. Les alliages de cette série contenant plus de 3,0 % de magnésium ne sont pas recommandés pour un service à température élevée supérieure à 150 °F en raison de leur potentiel de sensibilisation et de leur sensibilité ultérieure à la fissuration par corrosion sous contrainte. Les alliages de base contenant moins de 2,5 % de magnésium environ sont souvent soudés avec succès avec les alliages d'apport des séries 5xxx ou 4xxx. L'alliage de base 5052 est généralement reconnu comme l'alliage de base à teneur maximale en magnésium pouvant être soudé avec un alliage d'apport de la série 4xxx. En raison des problèmes liés à la fusion eutectique et aux mauvaises propriétés mécaniques après soudage qui en découlent, il est déconseillé de souder des matériaux de cette série d'alliages, qui contiennent des quantités plus élevées de magnésium, avec des alliages d'apport de la série 4xxx. Les matériaux à forte teneur en magnésium ne peuvent être soudés qu'avec des alliages d'apport 5xxx, dont la composition correspond généralement à celle de l'alliage de base.

Alliages de la série 6XXX– (traitable thermiquement – ​​avec une résistance à la traction ultime de 18 à 58 ksi) Il s'agit d'alliages aluminium/magnésium-silicium (ajouts de magnésium et de silicium d'environ 1,0 %), largement répandus dans l'industrie de la soudure, principalement utilisés sous forme d'extrusions et incorporés dans de nombreux composants structurels. L'ajout de magnésium et de silicium à l'aluminium produit un composé de siliciure de magnésium, qui confère à ce matériau sa capacité à être mis en solution par traitement thermique pour une résistance accrue. Ces alliages sont naturellement sensibles aux fissures de solidification ; pour cette raison, ils ne doivent pas être soudés à l'arc de manière autogène (sans matériau d'apport). L'ajout de quantités adéquates de matériau d'apport pendant le soudage à l'arc est essentiel pour diluer le matériau de base et ainsi prévenir le problème de fissuration à chaud. Ils sont soudés avec des matériaux d'apport 4xxx et 5xxx, selon l'application et les exigences de service.

Alliages de la série 7XXX– (traitable thermiquement – ​​avec une résistance à la traction de 32 à 88 ksi) Il s'agit d'alliages aluminium/zinc (avec des ajouts de zinc compris entre 0,8 et 12 %), parmi les plus résistants. Ces alliages sont souvent utilisés dans des applications hautes performances telles que l'aéronautique, l'aérospatiale et les équipements sportifs de compétition. À l'instar de la série 2xxx, cette série comprend des alliages considérés comme inadaptés au soudage à l'arc, tandis que d'autres sont souvent soudés à l'arc avec succès. Les alliages couramment soudés de cette série, comme le 7005, sont principalement soudés avec les alliages d'apport de la série 5xxx.

RésuméLes alliages d'aluminium actuels, avec leurs différents états, constituent une gamme étendue et polyvalente de matériaux de fabrication. Pour une conception optimale des produits et un développement réussi des procédés de soudage, il est important de comprendre les différences entre les nombreux alliages disponibles, ainsi que leurs diverses caractéristiques de performance et de soudabilité. Lors de l'élaboration de procédés de soudage à l'arc pour ces différents alliages, il est essentiel de tenir compte de l'alliage spécifique à souder. On dit souvent que le soudage à l'arc de l'aluminium n'est pas difficile, « c'est juste différent ». Je pense qu'il est important de comprendre ces différences en se familiarisant avec les différents alliages, leurs caractéristiques et leur système d'identification.