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Comment réaliser le soudage TIG et MIG des cupro-nickels ?

Publié: le 11/04/2012 à 11:55 Par: Dominique ADMIN
Cet article technique aborde le soudage des cupro-nickels. Les alliages de cuivre les plus employés contiennent de 10% à 30% de nickel.

1 - Définition des cupro-nickels

Les cupro-nickels sont des alliages de cuivre contenant de 10 à 30% de nickel. Il existe aussi des cupro-nickels spéciaux, ternaires et quaternaires (addition de Fe, Mn, Cr, Sn, Si, Al, Zn et Ag).

Cet alliage de cuivre présente des propriétés physiques et mécaniques suivantes :

[*]Résistance élevée à la corrosion à l'eau de mer
[*]Pratiquement insensible à la corrosion sous contrainte et la corrosion intergranulaire
[*]Résistance à certains acides


Ces alliages présentent des inconvénients :

[*]Ne résiste pas à l'acide nitrique
[*]Sensible à la fissuration à chaud en présence d'impuretés (S < 0,1%, Pb < 0,01%, P < 0,02%)
[*]Sensible à la corrosion galvanique - Pas de couplage avec du fer ou de l'acier carbone non allié
[*]Sensible à la corrosion caverneuse par faible vitesse de circulation de l'eau de mer.(0,5 mètre / seconde à 1 mètre / seconde)
2 - Caractéristiques mécaniques des cupro-nickels

Nuance
Rm en N/mm[SUP]2[/SUP]
Allongement A%
95Cu-5Ni
280 38
90Cu-10Ni
340 40
80Cu-20Ni
360 45
70Cu-30Ni
420 45


3 - Domaines d'application des cupro-nickels

[*]Coques de petits bateaux
[*]Tuyauteries et serpentins de transport d'eau de mer
[*]Pompes d'alimentation d'eau de mer
[*]Boîtes à eau d'échangeurs de chaleur
[*]Roues, moyeux, pâles d'hélices
4 - Généralités sur le soudage des cupro-nickels

Les cupro-nickels les plus utilisés sont des alliages de cuivre contenant de 10 à 30% de nickel. Ce sont des matériaux parfaitement soudables en TIG (141 / GTAW) ou en MIG (131 / GMAW).
L'état de surface doit être exempte de contamination comme graisse, huile, peinture ou traces de crayon. Il faut éviter la surchauffe.

5 - Les procédés de soudage

Les cupro-nickels se soudent relativement bien en TIG / 141 / GTAW. Le procédé TIG est préférentiellement utilisé pour les épaisseurs inférieures ou égales à 8 mm et lors de réparation par soudage.
Les alliages de cupro-nickels se soudent relativement bien en MIG / 131 / GMAW. Le procédé MIG est utilisé pour les épaisseurs supérieures à 6 mm.

Pour le procédé TIG/GTAW, le courant de soudage de type continu avec polarité négative à l'électrode (polarité directe) avec un gaz de protection à la torche type Argon pur est le plus utilisé.
Un amorçage Haute Fréquence est recommandé pour l'allumage de l'arc électrique.
La protection envers du bain de fusion est obligatoire avec un gaz neutre type argon 99,995%.

Comment réaliser la protection gazeuse à l'envers du joint des soudures ?

La longueur d'arc de l'électrode de tungstène doit être la plus faible possible (1 mm maxi du bain).

Quelles sont les électrodes réfractaires de tungstène pour le soudage TIG et le PLASMA ?

Intérêt du procédé TIG / GTAW :

[*]Maîtrise aisée de la passe de pénétration
[*]Facilité d'exécution
[*]Grande souplesse d'emploi
[*]Bel aspect des cordons
Pour le MIG/GMAW, le courant de soudage est de type continu et la polarité est positive au fil électrode (polarité inverse). Le courant de soudage peut être de type pulsé pour le soudage en position (maîtrise du bain de fusion).
La protection envers du bain de fusion est obligatoire avec un gaz neutre type argon 99,995%.

Intérêt du procédé MIG / GMAW :

[*]Fort taux de dépôt
[*]Vitesse de soudage élevée
[*]Limitation du nombre d'arrêt et de reprises
6 - Les gaz industriels de soudage en TIG / GTAW

Les gaz industriels de soudage de type inerte (aucune addition de gaz oxydant ou réducteur) sont les seuls utilisables pour le soudage des cupro-aluminiums. Une protection gazeuse inerte à l'envers du joint est recommandée.

GAZ DE PROTECTION POUR LE SOUDAGE TIG
Composition
Ancienne couleur d'ogive
Nouvelle couleur d'ogive
Descr_iption
GAZ PUR
ARGON

Utilisable dans la grande majorité des applications de soudage TIG.
HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Amorçage très difficile. Stabilité d'arc moyenne. Coût important


GAZ DE PROTECTION POUR LE SOUDAGE TIG
Composition
Ancienne couleur d'ogive
Nouvelle couleur d'ogive
Descr_iption
MÉLANGES BINAIRES
ARGON + 30 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Coût important
ARGON + 50 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Coût important
ARGON + 70 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Stabilité d'arc moyenne. Coût important


7 - Les gaz industriels de soudage en MIG / GMAW

GAZ DE PROTECTION POUR LE SOUDAGE MIG
Composition
Ancienne couleur d'ogive
Nouvelle couleur d'ogive
Descr_iption
GAZ PUR
ARGON

Utilisable dans la grande majorité des applications de soudage MIG.

GAZ DE PROTECTION POUR LE SOUDAGE MIG
Composition
Ancienne couleur d'ogive
Nouvelle couleur d'ogive
Descr_iption
MÉLANGES BINAIRES
ARGON + 30 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Coût important
ARGON + 50 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Coût important
ARGON + 70 % HELIUM

Élévation de la température de l'arc. Vitesse de soudage plus importante. Stabilité d'arc moyenne. Coût important

Comment réaliser la protection gazeuse à l'envers du joint des soudures ?


8 - Les métaux d'apport de soudage

Le soudage par fusion (sans métal d'apport) du métal de base cupro-nickel est déconseillé. Le soudage doit être réalisé avec un apport de métal.
Le métal d'apport utilisé pour le soudage d'un cupro-nickel doit être de même composition chimique que le métal de base ou de composition chimique avoisinante.

[*]Choisir un fil d'apport type CuNi10Fe ou CuNi30Fe
Certains spécialistes recommandent d'utiliser un fil 70-30 même sur un 90-10 pour rendre le joint moins sensible à la corrosion et mécaniquement plus résistant.

Le diamètre de la baguette dressée de fil TIG sera compris entre Ø 1,6 mm et Ø 3,2 mm.
Le diamètre du fil électrode sera compris entre Ø 1,0 mm et Ø 1,6 mm pour le soudage MIG.
Sélectionner le plus petit diamètre de fil en rapport avec le type de soudage pour diminuer l'échauffement du bain.

9 - Le préchauffage avant soudage

Le préchauffage n'est pas nécessaire pour le soudage des cupro-nickels. Ils possèdent une conductivité thermique assez faible.
Si un préchauffage est nécessaire pour la jonction de pièces minces sur des pièces massives, la température de 100° Celsius ne doit pas être dépassée.
La température entre passe doit être inférieure à 120° C maxi.

10 - Les préparations de joints en TIG / GTAW

QUELQUES PRÉPARATIONS DE JOINTS POUR LE SOUDAGE TIG
Epaisseur en mm
Fourchette d'intensité
Ø métal d'apport
Préparation
De 1,5 à 2,0 mm
30 à 60 ampères
Ø 1,6 mm

De 2,0 à 3,0 mm
45 à 80 ampères
Ø 1,6 à 2,0 mm

De 2,5 à 4,0 mm
45 à 80 ampères
Ø 2,0 mm

De 4,0 à 6,0 mm
60 à 100 ampères
Ø 2,0 mm

De 8,0 à 12 mm
100 à 180 ampères
Ø 2,0 à 2,4 mm


L'angle d'ouverture des chanfreins est compris entre 60° et 80°. Un jeu de 1,5 à 3 mm entre les bords de tôles de 4 à 12 mm d'épaisseur est nécessaire pour assurer un cordon de pénétration de qualité.

11 - Les défauts de soudage

Les principaux défauts de soudage rencontrés sont :

[*]Les manques de fusion : Ils proviennent principalement d'un régime thermique trop faible (intensité de soudage trop faible ou température de préchauffage trop basse si requis) ou d'une mauvaise position de la torche de soudage
[*]Les soufflures ou porosités : Les cupro-nickels sont sujets aux porosités. Le métal d'apport doit contenir des éléments désoxydants (Addition de Silicium ou Aluminium) .
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CASTOLIN Le cuivre et les alliages de cuivre
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13 - Quelques liens Internet utiles

http://www.castolin.net/
http://www.cuivre.org/



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Par: Dominique ADMIN

Commentaires (1)

13/03/2018 19:53:51 - yaochris
Très bonne analyse et bons renseignements.
Merci.