Fil ER4043 : spécifications, applications et paramètres de soudage

Qu'est-ce que le fil ER4043 et pourquoi la teneur en silicium est importante

La désignation ER4043 suit le système de classification des électrodes/tiges AWS : « E » indique l'électrode, « R » indique la tige (elle fonctionne comme les deux), « 4043 » la place dans la famille des alliages aluminium-silicium de la série 4000. La teneur élevée en silicium — jusqu'à 6 % — détermine fondamentalement le comportement du fil pendant le soudage de trois manières :

Premièrement, le silicium abaisse le point de fusion de la charge d'aluminium, améliorant ainsi la fluidité et l'action mouillante dans le bain de soudure. Un bain de fusion 4043 s'écoule plus facilement dans les espaces de joints et les géométries de rainures irrégulières qu'un agent de remplissage à faible teneur en silicium, c'est pourquoi l'ER4043 est préféré pour le soudage hors position et pour les joints à ajustement variable. Deuxièmement, le silicium réduit la plage de solidification du métal soudé : la fenêtre de température entre le liquidus et le solidus est réduite, ce qui réduit considérablement la sensibilité à la fissuration à chaud (fissuration par solidification). C'est la principale raison pour laquelle l'ER4043 est utilisé sur les alliages de la série 6xxx comme les 6061, 6063 et 6082, qui sont eux-mêmes sensibles à la fissuration à chaud lorsqu'ils sont soudés avec des charges qui élargissent plutôt quessent rétrécir la plage de solidification. Troisièmement, la teneur en silicium produit une surface de cordon de soudure légèrement plus foncée et teintée de gris, ce qui est une caractéristique connue : les soudures anodisées 4043 apparaissent plus foncées que le métal de base, ce qui est pertinent dans les applications architecturales et décoratives où l'apparence des soudures après anodisation est importante.

ER4043 Composition chimique et propriétés mécaniques

Les tableaux suivants présentent les limites chimiques spécifiées par AWS A5.10 et les propriétés mécaniques telles que déposées pour le fil ER4043. Ce sont les valeurs par rapport aux résultats des tests de certification qui doivent être vérifiées lors de la qualification d'un nouveau fournisseur.

Compatibilité des métaux de base – Quels alliages ER4043 soudent le mieux

L'ER4043 n'est pas universellement compatible avec tous les alliages d'aluminium. Sa forte teneur en silicium le rend excellent pour certaines familles d’alliages et inadapté ou restreint pour d’autres. La répartition suivante couvre les familles de métaux de base les plus courantes rencontrées dans les travaux de fabrication et de réparation :

• Série 6xxx (6061, 6063, 6082, 6005)  : L'application principale du ER4043. Ces alliages contiennent du magnésium et du silicium comme éléments de renforcement, et leur plage de solidification est étroitement adaptée à celle de la charge 4043. La résistance à la fissuration à chaud du 6061-T6 soudé avec ER4043 est nettement meilleure qu'avec ER5356. Le traitement thermique post-soudage des joints soudés 6061 avec ER4043 est possible et permet une récupération partielle de la résistance T6 — la zone de soudure peut atteindre environ 60 à 70 % de la résistance du métal de base après solution et traitement anti-âge.
• Série 3xxx (3003, 3004) : Bonne compatibilité. L'ER4043 soude les 3003 et 3004 sans fissuration à chaud, et la soudure résultante a une résistance à la corrosion acceptable pour les applications 3xxx typiques (conduits CVC, échangeurs de chaleur, ustensiles de cuisine). La résistance est adéquate pour le service non structuré.
• Série 1xxx (1100, 1050, 1070) : Compatible et pratique utilisé pour l'aluminium 1100, où l'ER4043 offre une meilleure fluidité et une résistance de soudure légèrement supérieure à celle d'un enduit 1xxx pur. Utilisé dans les équipements de transformation chimique et alimentaire où la résistance à la corrosion du métal de base est le facteur de conception.
• Série 2xxx (2024, 2014, 2219) : Utilisation restreinte — L'ER4043 peut être utilisé sur le 2219 avec précaution, mais la plupart des alliages 2xxx sont fermés comme non soudables ou nécessitent une sélection de charges spécifiques. Ne pas utiliser le 2024 sans consulter un ingénieur en soudage.
• Série 5xxx (5052, 5083, 5086, 5456)  : Non recommandé. Lorsque l'ER4043 est déposé sur des alliages 5xxx contenant plus de 3 % de magnésium (5083, 5086, 5456), le métal fondu résultant contient un excès de Mg2Si, qui précipite aux joints de grains et réduit considérablement la ductilité et la résistance à la corrosion. Utilisez ER5356 ou ER5183 pour les travaux structurels 5xxx.
• Série 7xxx (7005, 7039) : Limité et spécifique à l’application. L'ER4043 est parfois utilisé sur les alliages 7xxx soudables, mais la composition à faible teneur en magnésium signifie que la zone de soudure ne peut pas répondre au durcissement par vieillissement après soudage aussi efficacement que les charges à teneur plus élevée en magnésium. Consultez la fiche technique de l'alliage.

ER4043 vs ER5356 — Choisir le bon fil pour votre application

Les deux fils de soudage pour aluminium les plus courants sont ER4043 et ER5356, et le choix entre eux est l'une des décisions les plus fréquemment mal prises dans la fabrication de l'aluminium. Ils ne sont pas interchangeables et le bon choix a des effets significatifs sur la fissuration, la résistance et les performances de service.

La règle de décision pratique : utilisez l'ER4043 lors du soudage d'alliages 6xxx où le risque de fissuration est la principale tension, lorsque la soudure sera soumise à des températures élevées ou lorsqu'un traitement thermique après soudage est prévu. Utilisez ER5356 lorsque le métal de base est un alliage structurel 5xxx, lorsqu'une résistance maximale telle que déposée est requise ou lorsque la correspondance des couleurs après anodisation est importante pour des raisons esthétiques.

Paramètres de soudage MIG pour le fil ER4043

Le fil ER4043 est disponible dans des diamètres de bobine MIG standard de 0,030 po (0,8 mm), 0,035 po (0,9 mm), 0,047 po (1,2 mm) , et 1/16 po (1,6 mm). La sélection du diamètre du fil dépend de l'épaisseur du métal de base et de la plage d'ampérage de la machine à souder. Les paramètres suivants sont des points de départ pour le soudage en position plaque et horizontale sur un métal de base 6061-T6 propre  :

Exigences clés du processus qui diffèrent du soudage MIG de l'acier et doivent être respectées avec ER4043 :

• Utilisez du gaz de protection 100 % argon : Pas de CO2 ni de mélanges de gaz : le CO2 oxyde violemment l'aluminium et produit une soudure contaminée. Argon pur à un débit de 35 à 50 PCH (17 à 24 L/min) est standard pour la plupart des applications MIG. Pour des volumes de joints plus importants ou des conditions extérieures venteuses, augmentez à 55-60 CFH.
• Utilisez un revêtement MIG en téflon ou en nylon : La surface douce et à faible friction du fil ER4043 lui permet de nicher et de se coincer dans les gains en acier standard. Une doublure en téflon conçue pour le fil d'aluminium est obligatoire pour une alimentation fiable du fil, en particulier pour les longueurs de fil supérieures à 8 pieds (2,4 m). Remplacez fréquemment la pointe de contact : l'aluminium est plus doux que l'acier et utilisez plus rapidement l'ovale de l'alésage de la pointe.
• Angle de poussée, pas de traînée : Le MIG en aluminium doit être exécuté avec une technique de poussée (coup droit) : le pistolet est incliné de 10 à 15 degrés dans le sens du déplacement. Un angle de traînée (revers) emprisonne le gaz de protection argon derrière le bain de soudure, provoquant des inclusions de porosité et d'oxydation dans le cordon.
• Pré-nettoyer de manière agressive : L'oxyde d'aluminium se forme immédiatement sur toute surface exposée et à un point de fusion de 2 072 °C — bien au-dessus du point de fusion du métal de base (660°C). Brossez le joint avec une brosse en acier inoxydable (dédiée à l'aluminium uniquement – ​​​​jamais à l'acier au carbone), puis essuyez-le avec de l'acétone immédiatement avant de souder. Ne touchez pas la surface nettoyée à mains nues.
• Préchauffer pour les sections épaisses : Sur du métal de base d'une épaisseur supérieure à 6 mm, préchauffer à 100-150°C (212-302°F) pour réduire le gradient thermique et éviter la porosité provoquée par la solidification rapide de la zone de soudure externe avant que la piscine ne soit complètement dégazée. Ne dépassez pas 180°C sur les alliages 6xxx à l'état T6 - le vieillissement commence au-dessus de cette température et réduit la réponse au traitement thermique.

Soudage TIG avec tige ER4043 — Technique et tailles de tige

En tant que classification « ER » (électrode/tige), Fil ER4043 est également fourni sous forme de tiges coupées TIG, généralement en Longueurs de 36 pouces (914 mm) à des diamètres de 1/16 po, 3/32 po et 1/8 po (1,6, 2,4 et 3,2 mm). Le soudage TIG avec ER4043 est préféré pour les travaux de précision, la réparation de sections minces et les applications nécessitant le meilleur aspect de soudure possible et un apport de chaleur minimal.

• Utiliser le courant alternatif : Le TIG sur l'aluminium nécessite du courant alternatif (courant alternatif) pour fournir une action de nettoyage cathodique sur la couche d'oxyde d'aluminium. Le demi-cycle positif élimine l'oxyde de la surface ; le demi-cycle négatif chauffe le tungstène. Un Solde EN (électrode négative) de 60 à 75 % est optimal pour la plupart des applications : plus d'EN produit un arc plus étroit et plus chaud avec une meilleure pénétration ; plus d'EP augmente le nettoyage de l'oxyde au détriment de la durée de vie du tungstène.
• Utilisez une électrode en tungstène pur ou en tungstène zircone : Le tungstène pur (bande verte) forme une extrémité sphérique lors du soudage AC qui est stable et préférable aux électrodes cériées ou thoriées, conçues pour les applications DC. Le tungstène zircone (bande blanche) transporte un courant plus élevé que le tungstène pur et est préféré pour les applications CA à ampérage plus élevé. Broyez l’électrode jusqu’à obtenir un point émoussé avant de former la boule – ne l’utilisez pas d’abord sur DC.
• Diamètre de la tige par rapport au métal de base : À titre indicatif, le diamètre de la tige doit correspondre ou être d'une taille inférieure à l'épaisseur du métal de base jusqu'à environ 4 mm. Pour un métal commun de 2 mm, une tige de 1/16 po (1,6 mm) est appropriée ; pour métal commun de 4 à 6 mm, 3/32 po (2,4 mm) ; verser 6 à 10 mm, 1/8 po (3,2 mm). Les tiges de plus grand diamètre utilisées sur des matériaux minces refroidissent le bain de soudure et provoquent un manque de fusion.
• Démarrage à haute fréquence et sans rayures : Utilisez toujours un démarrage d'arc à haute fréquence (HF) - ne démarrez jamais par contact ou par grattage sur le TIG en aluminium. Le démarrage par grattage contamine l'électrode avec de l'oxyde d'aluminium, qui transfère ensuite des inclusions de tungstène dans la soudure. Le démarrage HF initie l'arc à un espace défini sans contact avec l'électrode.

Stockage, manipulation et prévention de la porosité pour le fil ER4043

La porosité (des vides de gaz emprisonnés dans la soudure solidifiée) est le défaut de qualité le plus courant dans le soudage de l'aluminium, et l'état du fil ER4043 est un principal facteur contributif. L'oxyde d'aluminium et l'hydroxyde d'aluminium hydraté à la surface du fil sont les principales sources de porosité ; les deux sont évitables grâce à un stockage et une manipulation correcte :

• Conserver dans un emballage scellé jusqu'à utilisation : Le fil ER4043 et la tige absorbent l'humidité de l'air humide dans les heures suivant l'ouverture de l'emballage. Une bobine de fil laissée sur la machine MIG dans un atelier humide pendant la nuit peut développer suffisamment d'hydroxyde en surface pour provoquer une porosité visible lors du soudage du lendemain. Conservez les bobines ouvertes dans un sac scellé avec une pochette déshydratante. Remettez les tiges TIG coupées dans leur tube scellé d’origine. Un four à tige chauffante (60°C / 140°F) est la meilleure solution de stockage à long terme dans les environnements humides.
• Inspectez la surface du fil avant utilisation : Le nouveau fil ER4043 doit avoir une finition de surface brillante, légèrement argentée métallique. Les fils qui semblent d'un blanc terne, qui présentent de la poudre blanche visible à la surface ou des piqûres visibles doivent être rejetés : la couche d'oxyde/hydroxyde de surface est déjà développée et entraînera une porosité quel que soit l'effort de nettoyage sur le métal de base.
• Ne pas utiliser de fils ou de tiges mouillées : L'humidité absorbée dans la couche d'hydroxyde d'aluminium à la surface du fil se décompose en hydrogène atomique pendant le soudage. L’hydrogène a une solubilité extrêmement élevée dans l’aluminium liquide, mais une solubilité proche de zéro dans l’aluminium solide – le gaz précipite sous forme de pores lors de la solidification. Même une brève exposition à la pluie ou à la condensation sur une tige TIG rend impropre au soudage de production sans ré-séchage.
• Rayonne de courbure minimum pour la manipulation des fils : ER4043 durcit sous la flexion — le fil d'aluminium souple se plie de manière irréversible s'il est plié à un rayon inférieur à environ 10× diamètre de fils . Le fil plié provoque une alimentation de fil incohérente, une longueur d'arc irrégulière et un dépôt variable lors du soudage MIG. Ne forcez jamais le déroulement d'une bobine en tirant le fil en biais - alimentez-le à partir d'un porte-bobine correctement monté qui permet une rotation libre.