Comment le traitement de surface améliore les performances et la capacité d'alimentation du fil de soudage en aluminium

La surface d'un fil décide si un bon alliage reste bon

Un fabricant charge une nouvelle bobine de fil MIG en aluminium ER5356 de 1,2 mm, règle la tension, la vitesse d'alimentation du fil et le gaz de protection conformément à la procédure approuvée, puis observez l'arc commençant à se déplacer. Après vingt mètres de soudure, le tube contact brûle à nouveau. L'alliage est correct. Les paramètres sont corrects. Le gaz est correct. Le problème vient souvent de la surface du fil, non pas de la chimie de l'alliage elle-même, mais de la manière dont cette chimie est transmise à la soudure.

Il s'agit d'un phénomène courant dans la fabrication lourde et cela explique pourquoi les fabricants de fils investissent dans le traitement de surface. Le traitement de surface est l'ensemble des étapes de nettoyage, d'élimination des oxydes et de lubrification appliquées après le tréfilage. Cela ne change pas la classification AWS, mais cela change la régularité du dévidage du fil, la porosité de la soudure et la durée de vie de l'équipement. Un fil qui semble propre peut encore contenir des résidus de tréfilage, de l'oxyde libre ou une couche de lubrifiant instable. Dans cet article, nous nous concentrons sur le fil lui-même, et non sur l'anodisation ou le revêtement de la pièce finie en aluminium.

Que signifie le « traitement de surface » pour le fil de soudage en aluminium

Le traitement de surface commence après la passe d'étirage finale. Le fil d'aluminium est étiré à travers des matrices en carburateur ou en diamant avec des lubrifiants à base d'huile. Un peu de lubrifiant est nécessaire pour éviter les rayures, mais la quantité laissée sur le fil fini doit être contrôlée. Trop de résidus attirent la poussière et créent des fumées dans l'arc ; trop peu peut faire vibrer le fil dans la gaine. Un fabricant fiable conçoit donc le processus de surface autour d’une fenêtre de fonctionnement étroit.

Nettoyage et dégraissage

La première étape élimine les huiles d’étirage, les fines d’aluminium et les débris incrustés du fil. La plupart des lignes de production utilisent une séquence de bains de nettoyage aqueux, de brossage ou d'essuyage et de rinçage déminéralisé. L’objectif n’est pas une surface parfaitement sèche ; c'est une surface chimiquement propre et prête pour l'étape suivante. Si le bain de nettoyage n'est pas entretenu correctement, le fil peut laisser des traces d'huile diluée qui provoqueront ensuite une porosité de la soudure.

Élimination des oxydes et contrôle des couches d'oxydes

L'aluminium forme déjà une couche d'oxyde au moment où il est exposé à l'air. Cet oxyde fond au-dessus 2 000°C , tandis que le métal de base en aluminium fond à 660°C . Si un oxyde épais et lâche atteint le bain de soudure, il peut devenir une inclusion solide ou piéger un gaz. Le processus de traitement de surface élimine la couche d’oxyde lâche et laisse un film d’oxyde fin et uniforme. L'épaisseur exacte dépend de l'alliage et de l'application prévue, mais la cohérence est ce qui compte le plus.

Lubrification et finition finale

Après nettoyage et conditionnement à l’oxyde, le fil reçoit un revêtement final. Il peut s'agir d'un film lubrifiant sec, d'une huile légère ou d'un composé d'étirage spécialement formulé. Ce revêtement contrôle la friction contre le revêtement, le conduit et le tube contact. La quantité idéale est suffisamment fine pour éviter la fumée et la porosité, mais suffisamment solide pour supporter de longs câbles robotiques et des vitesses de déplacement élevées. Les producteurs de fil contrôlent également la rugosité finale de la surface lors de la dernière passe de tréfilage ; une finition rugueuse peut érafler l'intérieur du revêtement et libérer des particules dans le système d'alimentation.

Même avec un revêtement parfait, un diamètre incohérent annulera le traitement de surface. L'ajustement entre le fil et la pointe de contact change immédiatement lorsque le fil est surdimensionné ou sous-dimensionné. Notre article sur commentaire la tolérance de diamètre affecte le soudage MIG explique pourquoi ce problème apparaît dans l'atelier.

Feedability   : là où le traitement de surface affecte la productivité

La facilité d'alimentation est le premier endroit où une surface mal traitée devient évidente. Le fil doit traverser une doublure, un conduit et une pointe de contact sans se déformer. Chaque augmentation de la friction modifie la traînée sur les rouleaux d'entraînement et peut transformer un arc stable en nid d'oiseau. La couche superficielle contrôle une grande partie de ce frottement. Un fil sec ou rugueux peut surchauffer la pointe de contact et brûler, tandis qu'un fil avec un lubrifiant excessif peut salir le revêtement et nécessiter un nettoyage fréquent.

Chimie des lubrifiants et contrôle des résidus

L'aluminium a un coefficient de frottement élevé par rapport à l'acier, surtout lorsqu'il est sec. Un lubrifiant compatible réduit cette friction sans contaminer la soudure. La chimie doit être stable aux températures élevées à l’intérieur d’un câble de torche et ne doit pas réagir avec l’oxyde d’aluminium. Le contrôle des résidus est tout aussi important. Lorsqu'un fabricant passe d'une bobine à une autre, la charge de lubrifiant doit être constante ; un revêtement épais sur une bobine et un revêtement sec sur la suivante entraîneront un comportement différent du processus. Pour une opération MIG à grand volume, un fil tel que Fil de soudure en aluminium ER5356 avec un revêtement fin et homogène rend les opérations robotiques prévisibles.

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Coulée, hélice et diamètre comme contrôles complémentaires

L’état de la surface n’est pas tout. La fonte et l'hélice absorbent la forme du fil lorsqu'une longueur est libérée de la bobine. AWS A5.10 documente les valeurs acceptables et elles doivent être stables d'une bobine à l'autre. Si l'hélice est haute, le fil appuie contre la paroi du revêtement, la friction augmente et le lubrifiant est gratté de manière inégale. Si le modèle est trop petit, le fil risque de ne pas se redresser avant d'atteindre le tube contact. La surface et la géométrie doivent être vérifiées ensemble car un lubrifiant ne peut pas correspondre à une mauvaise géométrie du fil. Les opérateurs expérimentés savent que l'adressage comportement d'alimentation du fil cela signifie parfois changer la source du fil, pas la doublure du pistolet.

Qualité de la soudure : porosité, inclusions d'oxyde et humidité

Le traitement de surface affecte également les résultats métallurgiques. L'oxyde d'aluminium attire l'humidité de l'air humide et forme des oxydes hydratés. Lors de l’arc de soudage, cette humidité se dissocie en hydrogène et en oxygène. L'aluminium fondu peut dissoudre une grande quantité d'hydrogène, mais lorsque le bain de soudure se solidifie, la solubilité de l'hydrogène diminue fortement et le gaz est piégé sous forme de porosité. C'est pourquoi un fil avec une couche d'oxyde non contrôlée peut produire de la porosité même lorsque le métal de base est propre.

Le lubrifiant d’étirage résiduel est une deuxième source de gaz. Lorsqu’une couche de pétrole lourd pénètre dans l’arc, elle se vaporise rapidement. Si le gaz de protection ne peut pas purger la vapeur du bain de soudure, il en résulte des trous d'épingle et une fabrication de la surface. Un traitement de surface approprié n’élimine pas nécessairement tout le lubrifiant ; il supprime l'excédent et laisse une quantité contrôlée. La même logique s’applique aux fines d’aluminium issues du brossage. Si la surface du fil contient des particules libres, ces particules peuvent tomber dans le bain de fusion et agir comme des inclusions d'oxyde.

Pour la fabrication structurelle et marine, la porosité n’est pas seulement un défaut esthétique ; cela réduit la résistance à la fatigue et peut faire échouer une soudure sous une charge dynamique. Charges en alliage de magnésium à haute résistance telles que Fil de soudure en aluminium ER5183 sont souvent choisis pour ces applications, mais l'alliage ne fonctionne que si la surface du fil est propre et que la charge de lubrifiant est correcte.

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Les familles d'alliages ont des sensibilités de surface différentes

Différents alliages d'aluminium réagissent différemment au traitement de surface. Les fils 5xxx contenant du magnésium sont plus durs et plus abrasifs contre le revêtement, de sorte que l'étape de lubrification doit être suffisamment robuste pour supporter de longues distances d'alimentation. Ils sont également plus sensibles à l’humidité car les oxydes de magnésium se forment facilement et peuvent augmenter la captation d’hydrogène. Les fils 4xxx à base de silicium sont plus souples et plus sujets aux rayures de surface lors du tréfilage. Si la dernière matrice d'étirage est utilisée, la surface peut développer de fines rainures qui collectent le lubrifiant et la saleté.

L'application modifie également les exigences de surface. Lorsque la soudure sera anodisée, l'alliage d'apport est souvent sélectionné pour la correspondance des couleurs ; Fil de soudure en aluminium et silicium ER4043 est un choix courant pour les pièces moulées et l'aluminium architectural car sa teneur en silicium aide la soudure à se mélanger au métal de base. Mais une surface de film mal traité peut apparaître sous la forme de stries sombres ou d’une finition anodisée trouble. Cela fait du traitement de surface une partie intégrante des spécifications d’apparence, et non seulement une traction mécanique.

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Ce que les acheteurs et les ingénieurs en soudage devraient vérifier

Les acheteurs comparent généralement la composition des alliages, le prix et les délais de livraison, mais le traitement de surface est difficile à évaluer sans se poser les bonnes questions. Il y en a plusieurs facteurs autres que le prix qui devrait influencer les décisions d'achat de câbles , et la consistance de la surface en fait partie. Le tableau ci-dessous répertorie les contrôles pratiques utilisés par les ingénieurs soudage et les services qualité. Utilisez-les lorsque vous qualifiez un nouveau fournisseur ou auditez un fournisseur existant.

Un fabricant fiable doit être en mesure de fournir des chiffres, pas seulement des affirmations. Si un fournisseur ne peut pas décrire le processus de nettoyage et de lubrification, le fil peut sembler acceptable mais néanmoins fonctionner mal.

Le traitement de surface mérite une place dans vos spécifications de fils

Le traitement de surface n’est pas une étape cosmétique. Il s'agit d'un processus fonctionnel qui détermine si un alliage correctement classé fonctionne dans l'atelier de production. Les meilleures spécifications de fil incluent la chimie des alliages, la classification AWS, la tolérance de diamètre, la fonte, l'hélice, la propreté de la surface et la charge de lubrifiant. Lorsque ces variables sont contrôlées, la qualité des soudures devient reproductible et le coût des reprises diminue.

Chez Kunli Welding, nous traitons le traitement de surface comme un point de contrôle de la production et non comme une réflexion après coup. Nos étapes de nettoyage, de conditionnement de l'oxyde et de lubrification sont vérifiées avant l'emballage, et la même discipline s'applique à l'ensemble de notre gamme de fils de soudage pour aluminium. Pour le fabricant qui s’est déjà penché sur un problème de porosité ou de retour de brûleur, la réponse n’est souvent pas un alliage différent ; c'est une surface de fil qui est exactement comme spécifié.