Deux facteurs importants qui affectent le soudage de l'acier et de l'aluminium
L'acier et l'aluminium ont des propriétés chimiques et physiques différentes, telles que le point de fusion, le coefficient de dilatation thermique, le module d'élasticité, etc. forment des phases IMP (phase intermétallique) très dures et cassantes, plus l'apport de chaleur de soudage est important, plus les phases IMP sont générées. Cette étape fragile détruit gravement la résistance statique et dynamique du joint et réduit la plasticité du joint. Leurs principales différences physiques sont les suivantes:
L'acier peut faire fondre une partie de l'aluminium à l'état solide, mais lorsque la teneur en aluminium dépasse 12%, la structure cristalline change fondamentalement, formant un mélange très dur (250-520hv) et fragile de FeAL (réseau) et Fe3Al (réseau). Si la teneur en aluminium dans le mélange de Fe2Al, Fe2Al5 et FeAl3 est encore augmentée, une dureté plus élevée (600-1100 HV) et une fragilité plus élevée sont obtenues. Ce matériau fragile est le résultat de la diffusion de l'acier dans l'aluminium ou de l'aluminium dans l'acier. Lorsque les potentiels électrochimiques de deux matériaux différents sont différents, une diffusion moléculaire se produit pour compenser la différence de potentiel. Plus la différence de potentiel (E ~ 1.22v de l'acier et de l'aluminium) est grande, plus la tendance à la diffusion est grande.
Cependant, lorsque l'épaisseur de la phase fragile IMP du joint soudé est inférieure à 10 m, sa fragilité devient moins importante et évidente. A ce moment, les performances de la pièce dépendent principalement de la ductilité du substrat. La corrosion est un autre problème majeur, car le potentiel électrochimique de ces deux matériaux est complètement différent, conduisant à une électrolyse (équivalent à une batterie), alors que le potentiel de l'aluminium est très faible, et l'électrode négative se corrode avec l'électrolyse. En résumé, le soudage de l'acier et de l'aluminium doit répondre à deux exigences:
- Épaisseur de phase IMP au joint <10 m
- Empêcher la corrosion du métal de base après le soudage
Afin de répondre à ces deux exigences, un processus à faible apport de chaleur est nécessaire, puis un fil de soudage spécial ou un traitement anticorrosion des cordons de soudure est nécessaire.
La technologie CMT (Cold Metal Transfer) est développée sur la base du transfert de court-circuit, et son apport de chaleur est beaucoup plus faible que le soudage GMAW ordinaire. Le processus est le suivant: l'arc brûle et le fil est poussé vers l'avant jusqu'à ce que la gouttelette soit raccourcie. À ce moment, la vitesse d'alimentation du fil est inversée, le fil est tiré vers l'arrière et le courant et la tension sont presque nuls. Une fois la boucle suivante formée, l'arc est rallumé et le transfert de gouttelettes recommence avant que le fil ne soit reconnecté. La fréquence moyenne de ce mouvement de rétroaction / rappel est aussi élevée que 70 Hz.
Un exemple réussi est basé sur le soudage de l'acier galvanisé et de l'aluminium. L'expérience de soudage est la suivante: l'épaisseur de l'aluminium est de 0.83 mm, la charge est un matériau aluminium-silicium et le joint de brasage est formé à la surface de l'acier par fusion d'aluminium et de zinc. Un test de base de 1 mm a été réalisé à la jonction de l'acier et de l'aluminium. Le tableau suivant présente l'intensité moyenne du test.
La perte de résistance de la zone affectée par la chaleur pendant le processus de transfert de métal froid est inévitable. Pendant le soudage et le traitement thermique de l'alliage d'aluminium, la résistance de la zone affectée par la chaleur perd de 30 à 40% en raison de la précipitation de cristaux pour former une structure cristalline mixte. Par conséquent, la zone affectée thermiquement du joint est la partie la plus faible du joint et la résistance à la traction minimale est d'environ 60% de celle des matériaux à base d'aluminium. Pour les alliages d'aluminium naturellement durcis, la résistance de la zone affectée thermiquement est également réduite en raison de la recristallisation. La réduction de résistance est liée à l'apport de chaleur pendant le prétraitement et le soudage, et la fracture se produit principalement dans la zone affectée thermiquement.
Les données d'essai montrent que le soudage de l'acier et de l'aluminium est possible, mais l'acier doit être galvanisé et un procédé de soudage spécial à faible consommation d'énergie est une condition préalable au succès. Les joints soudés ont une bonne résistance à la traction, à la corrosion et à la fatigue, et la phase fragile de l'IMP est inférieure à 2.5 m, ce qui est la clé pour éviter la rupture fragile des joints acier-aluminium.
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