Faut-il préchauffer l’aluminium avant le soudage ?
En général, non. L’aluminium ne trempe pas et ne présente pas de fissuration à froid due à l’hydrogène comme l’acier ; il n’y a donc pas de température de préchauffage minimale. Le préchauffage sert à des fins précises : éliminer l’humidité, améliorer le départ à froid, compenser de grandes différences d’épaisseur ou ralentir le refroidissement des pièces épaisses. Pour l’aluminium, ce sont des valeurs maximales qui s’appliquent, car un excès de chaleur fait perdre de la résistance.
C’est la différence la plus importante avec l’acier. Pour l’acier, on calcule la température minimale que doit atteindre une pièce, par exemple avec le calculateur de température de préchauffage selon l’EN 1011-2. Pour l’aluminium, l’EN 1011-4 fixe la température qu’il ne faut pas dépasser.
Quand le préchauffage de l’aluminium est-il utile ?
L’EN 1011-4 cite quatre raisons : éliminer l’humidité avant le soudage, par exemple sur chantier ; éviter les défauts lors d’un départ à froid ; équilibrer la chaleur lorsque l’on assemble des épaisseurs très différentes ; et modérer la vitesse de refroidissement lors du soudage de pièces épaisses.
- Humidité : les pièces froides se couvrent de buée dans l’air chaud de l’atelier. Un bref chauffage sèche le joint, voir Condensation. D’après le manuel ASM, un bref chauffage à 120 °C au maximum suffit pour cela.
- Départ à froid : l’aluminium conduit la chaleur environ trois fois mieux que l’acier. Au départ à froid du cordon, la chaleur s’évacue si vite que des manques de fusion se produisent et que le gaz a trop peu de temps pour s’échapper. Contre les porosités aussi, la norme recommande donc un apport de chaleur plus élevé ou un préchauffage.
- Différences d’épaisseur : la partie épaisse évacue la chaleur, la partie mince surchauffe. Préchauffer la partie épaisse compense cet écart. Une règle pratique consiste à ne pas dépasser un rapport d’épaisseurs de 1:3.
- Pièces épaisses : sur les fortes sections, le préchauffage ralentit le refroidissement rapide qui entraînerait sinon des manques de fusion et des porosités.
Souvent, on peut même se passer totalement du préchauffage. Selon l’EN 1011-4, un gaz de protection argon-hélium ou de l’hélium pur peut remplacer le préchauffage autrement nécessaire, car l’hélium apporte la chaleur plus efficacement dans la pièce ; voir Soudage sous protection gazeuse.
Vidéo (en allemand) : souder de l’aluminium mince sur de l’aluminium épais, quand la conduction thermique devient un piège.
Jusqu’à quelle température peut-on préchauffer et quelle est la température entre passes maximale ?
Selon l’EN 1011-4, 120 °C au maximum pour les alliages sans durcissement structural, 120 °C de préchauffage et 100 °C entre passes pour les alliages 6xxx, et respectivement 100 °C et 80 °C pour les alliages 7xxx. La température entre passes s’applique au début de chaque nouvelle passe.
| Métal de base | Température de préchauffage maximale | Température entre passes maximale |
|---|---|---|
| Sans durcissement structural : 1xxx, 3xxx, 5xxx, alliages de fonderie AlSi, alliages de fonderie AlMg | 120 °C | 120 °C |
| À durcissement structural : 6xxx, alliages de fonderie AlSiMg, alliages de fonderie AlSiCu | 120 °C | 100 °C |
| À durcissement structural : 7xxx | 100 °C | 80 °C |
Valeurs maximales recommandées selon l’EN 1011-4:2001-02, tableau 1. Ces valeurs sont indicatives et peuvent être fixées autrement par contrat ; elles relèvent alors de la qualification du mode opératoire.
- La durée de chauffage doit être aussi courte que possible. Un long maintien en température peut adoucir partiellement les alliages écrouis et provoquer un survieillissement des alliages traités thermiquement.
- Dans les alliages 5xxx à plus de 3,5 % de magnésium et dans les alliages 7xxx, des phases peuvent précipiter qui augmentent la sensibilité à la corrosion feuilletante et à la corrosion sous contrainte dans certains environnements d’utilisation.
- Pour les alliages à durcissement structural, d’après le manuel ASM, la résistance la plus élevée est obtenue avec une température entre passes de 65 °C au maximum. Laisser refroidir la pièce entre les passes fait donc gagner de la résistance.
Valeurs plus élevées issues de la pratique pour les pièces épaisses
Pour les pièces épaisses, la pratique cite aussi des températures de préchauffage plus élevées, mais avec une durée de préchauffage limitée. Un exemple tiré d’une présentation d’Air Liquide (Cerkez Kaya, 19e atelier ÖGS 2018) :
| Matériau | Épaisseur | Température de préchauffage maximale | Durée de préchauffage maximale |
|---|---|---|---|
| AlMgSi | plus de 20 mm | 180 °C | 60 min |
| AlSi1MgMn | plus de 20 mm | 200 °C | 30 min |
| AlZn4,5Mg1 | plus de 16 mm | 140 °C | 30 min |
| AlMg4,5Mn0,7, AlMg3 | plus de 16 mm | 150 à 200 °C | 10 min |
Ces valeurs dépassent nettement les valeurs maximales de l’EN 1011-4. Elles supposent l’épaisseur minimale indiquée et une durée de maintien strictement limitée, et ne constituent pas une norme. Qui souhaite les appliquer doit les fixer par contrat et démontrer lors de la qualification du mode opératoire que la résistance requise est atteinte.
Pourquoi un excès de chaleur fait-il perdre de la résistance ?
Parce que la zone affectée thermiquement à côté du cordon perd son état de résistance. Les alliages écrouis s’adoucissent, les alliages traités thermiquement subissent un survieillissement. Chaque degré de préchauffage et chaque passe trop chaude élargit cette zone.
- Les alliages écrouis sans durcissement structural comme le 5083-H perdent leur écrouissage après quelques secondes seulement au-dessus de 345 °C, d’après le manuel ASM sur 25 à 38 mm à côté du cordon. Soudés à l’état recuit O, ils conservent en revanche presque toute leur capacité portante : dans une étude sur du 5083-O de 13 mm d’épaisseur, le cordon MIG a atteint une résistance à la traction de 308 MPa, le métal de base environ 333 MPa.
- Les alliages à durcissement structural comme le 6082-T6 subissent un survieillissement dans la zone affectée thermiquement, le plus rapidement entre 290 et 425 °C. Dans la même étude, les cordons MIG sur 6082-T6 n’ont atteint que 232 MPa au lieu d’environ 300 MPa, et la rupture se situait dans la zone affectée thermiquement. Le préchauffage, l’absence de refroidissement entre les passes et un balayage lent réduisent encore cette valeur, jusqu’à faire échouer une qualification de mode opératoire.
Le cordon lui-même réagit aussi. Dans le projet de recherche AiF 12.239 N, un support envers chauffé à 40 °C n’a fait aucune différence. À 85 °C, les cordons sont devenus plus larges et la pénétration plus profonde, avec une tendance à percer. Qui préchauffe doit adapter les paramètres en conséquence.
Plus d’informations sur les différences entre les groupes d’alliages et sur le choix du métal d’apport : Souder l’aluminium : ce qui change par rapport à l’acier.
Comment préchauffer correctement et comment mesurer ?
De manière uniforme, aussi brièvement que possible et en mesurant la température. Les méthodes adaptées sont le four, les nattes chauffantes électriques, l’induction ou l’air chaud. Selon l’EN 1011-4, la température se contrôle avec des thermomètres de contact, des peintures thermochromiques ou des crayons thermosensibles, la température entre passes aussi près que possible du métal fondu.
Le préchauffage à la flamme est courant, mais délicat avec l’aluminium. La flamme apporte elle-même de la vapeur d’eau : selon Air Liquide, environ 31 % avec le propane-oxygène et environ 3,6 % avec l’acétylène-oxygène. Sur le métal froid, elle se condense d’abord en eau. Qui travaille à la flamme chauffe jusqu’à ce que la surface soit sèche et évite l’excès d’oxygène, qui selon l’EN 1011-4 favorise les inclusions d’oxyde.
Entre les passes, nettoyer chaque cordon à la brosse en acier inoxydable avant de déposer la passe suivante. L’EN 1011-4 le recommande également.
Questions fréquentes
À partir de quelle épaisseur faut-il préchauffer l’aluminium ?
Il n’y a pas de limite fixe. La décision de préchauffer dépend de l’épaisseur, du rapport d’épaisseurs, de l’environnement et du gaz de protection, et elle est fixée dans le descriptif de mode opératoire de soudage. Avec des mélanges argon-hélium, on peut souvent s’en passer.
Jusqu’à quelle température le 6082 peut-il monter pendant le soudage ?
Selon l’EN 1011-4, 120 °C au maximum au préchauffage et 100 °C entre les passes. La meilleure résistance est obtenue avec une température entre passes encore plus basse, d’après le manuel ASM 65 °C au maximum.
Qu’est-ce que la température entre passes ?
La température de l’assemblage soudé au début de chaque passe suivante. Elle se mesure aussi près que possible du métal fondu et ne doit pas dépasser les valeurs maximales.
Pourquoi l’aluminium n’a-t-il pas besoin d’une température de préchauffage minimale comme l’acier ?
Dans l’acier, le préchauffage empêche la trempe et la fissuration à froid due à l’hydrogène. L’aluminium ne trempe pas lors du soudage. Il ne s’agit ici que d’humidité, d’équilibre thermique et de fusion, et trop de chaleur nuit à la résistance.
Pour aller plus loin : articles sur le soudage de l’aluminium
La série suit l’ordre de la fabrication, de la préparation de surface jusqu’au cordon terminé. Pour une vue d’ensemble, voir Souder l’aluminium : ce qui change par rapport à l’acier.
À propos de l’auteur
Robert Lahnsteiner, Ing., est ingénieur international en soudage (IWE) et gérant de MIGAL.CO GmbH. Après une formation en télécommunications et en électronique à la HTL de Braunau, il a travaillé dix-huit ans dans les techniques de soudage chez Fronius à partir de 1983. Depuis 2001, il dirige avec Martin Erl MIGAL.CO, le fabricant de fil de soudage en aluminium établi à Landau an der Isar. Ses domaines de prédilection sont les métaux d’apport en aluminium, la fabrication et le dévidage du fil ainsi que la surveillance des procédés de soudage. Au sein du DVS, il participe depuis une trentaine d’années au comité technique FA03 « Soudage à l’arc » et préside le groupe de travail 2.4.4 « Soudage MIG de l’aluminium ».