Soudage du titane

Soudage du titane

Le titane commercialement pur et la plupart des alliages de titane sont soudés facilement grâce à un certain nombre de procédés de soudage utilisés aujourd'hui. La méthode la plus usuelle de soudage du titane est le procédé de soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode de tungstène (TIG), puis vient le procédé de soudage sous protection gazeuse fil-électrode fusible (MIG). D'autres méthodes comprennent le faisceau d'électrons et, plus récemment, le soudage au laser ainsi que des procédés d'assemblage à l'état solide tels que le soudage par friction, et le soudage par diffusion. Le titane et ses alliages peuvent également être liés par le soudage par résistance et le brasage.

Les techniques de soudage du titane ressemblent à celles employées pour les alliages de nickel et des aciers inoxydables. Pour obtenir des soudures parfaites avec le titane, on met insiste tout d'abord sur la propreté des surfaces et l'utilisation appropriée de la protection par flux de gaz inerte. Le titane fondu réagit facilement avec l'oxygène, l'azote et à l'hydrogène et l'expositon à ces éléments contenus dans l'air ou dans les contaminants de surface au cours du soudage peut affecter négativement les propriétés du métal de titane soudé. Par conséquent, certains procédés de soudage tels que le soudage à l'arc avec électrode enrobée, le soudage avec fil fourré et le soudage à l'arc immergé sont inappropriés pour le soudage du titane. De plus, le titane ne peut pas être soudé à la plupart des autres métaux du fait de la formation de composés métalliques friables qui entraînent la fissuration de la soudure.

Environnement de soudage

Alors que le soudage du titane sous chambre ou boîte à gants reste utilisé aujourd'hui, la grande majorité du soudage est réalisée en atmosphère sous protection gazeuse. L'argon est le gaz de soudage préféré, bien que le mélange argon-helium soit occasionnellement utilisé lorsque le procédé nécessite plus de chaleur et une plus grande pénétration de la soudure. Les sources d'énergie conventionnelles de soudage sont utilisées aussi bien pour le soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode de tungstène que pour le soudage sous protection gazeuse à fil-électrode fusible. Le soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode de tungstène s'effectue au moyen de la polarité directe (DCSP) alors que la polarité inverse (DCRP) est utilisée pour le soudage sous protection gazeuse à fil-électrode fusible.

Soudage sous protection gazeuse

L'une des exigences essentielles d'un soudage réussi du titane est une protection gazeuse adéquate. Il faut s'assurer que la protection gazeuse soit maintenue jusqu'à ce que le métal soudé se refroidisse et que sa température passe en dessous de 426°C (800°F). On y parvient en maintenant trois flux gazeux distincts pendant le soudage. Le premier, ou flux gazeux primaire, part de la torche et protège le bain de fusion et les surfaces adjacentes. La protection gazeuse secondaire ou arrière protège le métal fondu solidifié et la zone affectée par la chaleur au cours du refroidissement. La troisième, ou protection de secours protège le revers de la soudure pendant le soudage et le refroidissement. Diverses techniques sont utilisées pour fournir ces protections arrière et de secours. Un exemple de mise en place typique de protection gazeuse arrière est présenté ci-dessous. La protection de secours peut se présenter sous plusieurs formes. L'une des formes couramment utilisées pour les soudures en continu droites est une barre de support envers en cuivre dotée d'entrées pour le gaz servant de puits de chaleur et de source pour le gaz de protection. Des configurations complexes de pièces et certaines circonstances d'atelier et de terrain nécessitent parfois une certaine ingéniosité dans la création des moyens de protection gazeuse de secours. Ceux-ci se présentent souvent sous la forme d'enveloppes ou de "tentes" de feuilles d'aluminium attachées à l'arrière de la soudure ou l'on injecte le gaz inerte.

Préparation des joints de soudure

Les configurations des joints de soudure du titane sont similaires à celles d'autres métaux, et la préparation des bords se fait généralement par usinage ou par meulage. Avant le soudage, il est essentiel de débarrasser les surfaces de soudure de toute contamination et qu'elles restent propres pendant toute l'opération de soudage. Il en va de même pour le fil-électrode utilisé comme métal d'apport. Les contaminants tels que l'huile, la graisse et les empreintes digitales doivent être nettoyés à l'aide de détergents ou de solvants non chlorés. Les légères oxydations de surface peuvent être nettoyées par décapage à l'acide alors que les oxydations plus importantes peuvent nécessiter un grenaillage suivi d'un décapage.

Contrôle de la qualité des soudures

L'un des meilleurs indicateurs de la qualité de la soudure est la couleur. Une soudure argent brillant indique que la protection de soudure est satisfaisante et que les bonnes températures d'interpasse ont été observées. Toute décoloration de la soudure doit entraîner l'arrêt de l'opération de soudage et la résolution du problème. Une légère décoloration paille peut être éliminée à l'aide d'une brosse métallique en acier inoxydable propre, et le soudage peut reprendre. Une oxydation bleu foncé ou une oxydation blanche poudreuse sur la soudure indiquent une défaillance sérieuse du nettoyage. Il faut arrêter le soudage, en déterminer la cause et retirer complètement la soudure couverte d'oxyde et souder à nouveau.

Pour une soudure terminée, il faut effectuer un contrôle non destructif par ressuage, par radiographie et/ou par ultrason, conformément à une norme de soudage appropriée. Au début du soudage, il est conseillé de contrôler la qualité de la soudure par un essai mécanique. Ce contrôle s'effectue parfois sous la forme d'un essai de pliage de la soudure, et s'accompagne souvent de tests d'élasticité.

Soudage par résistance

Avec le titane, les procédés de soudage par points et de soudage continu sont similaires à ceux d'autres métaux. Le soudage sous protection gazeuse nécessaire avec le soudage à l'arc n'est généralement pas nécessaire ici. Il est possible de réaliser des soudures satisfaisantes avec de nombreuses combinaisons de courant, de temps de soudure et de force des électrodes. Une bonne règle à observer est de commencer par les conditions de soudage qui ont été établies pour des épaisseurs similaires d'acier inoxydable et d'ajuster au besoin le courant, le temps et la force. Tout comme avec le soudage à l'arc, les surfaces à joindre doivent être propres. Avant de commencer la mise en série de soudages par points ou continus, la qualité de la soudure doit être contrôlée par un essai de traction et cisaillement des premières soudures.