Le soudage du cuivre et de ses alliages

Cet article explore le soudage du cuivre et des alliages de cuivre (laitons, bronzes, cupro-nickels etc.) et vous explique comment sélectionner les procédés (TIG, MIG, Laser, brasage ...) et les gaz de protection pour garantir des assemblages sans défauts.

Soudage MIG y MAG

Le cuivre et ses alliages (laitons, bronzes, cupro-nickels etc.) présentent des caractéristiques spécifiques à prendre en compte lors de leur soudage : dissipation thermique, risques de fissuration et évaporation du zinc ... Dans cet article, découvrez les propriétés de chaque nuance, leur soudabilité, les gaz de protection adaptés, et les différents procédés pour garantir des assemblages de qualité.

Le cuivre et ses alliages : propriétés et applications industrielles

Un alliage est une combinaison de métal de base et d’éléments d’addition dont les caractéristiques peuvent être améliorées par rapport à celles du métal de base (par exemple des propriétés mécaniques plus élevées).

L’intérêt du cuivre et des alliages de cuivre dans l’industrie repose essentiellement sur 2 propriétés de ce métal :

  • sa conductivité électrique et
  • sa résistance à la corrosion dans de nombreux milieux.

C’est principalement en présence d’eaux que ces alliages sont utilisés : installations de dessalement d’eau de mer, tuyauteries à bord de navires ou de plate-formes offshore, échangeurs pour les industries chimiques et pétrochimiques...

Les principales familles sont :

  • Le cuivre non allié ou faiblement allié
  • Les alliages cuivre-zinc (laiton)
  • Les alliages cuivre-aluminium (cupro-aluminium)
  • Les alliages cuivre-nickel (cupro-nickel)

D’autres alliages existent également : cuivre-silicium (cupro-silicium), cuivre-étain (bronze), cuivre-manganèse (cupro-manganèse).

L'ajout des éléments d'addition (zinc, étain, aluminium, nickel ou silicium etc.) permet d'adapter le métal de base aux exigences des différents secteurs industriels.

Outre ces propriétés thermiques et électriques, le développement de ces alliages répond à un besoin industriel d'améliorer les performances mécaniques du cuivre pur et lui conférer une résistance supérieure face à des environnements corrosifs : par exemple, les cupro-nickels dans l'industrie navale et les plateformes offshore pour les systèmes de tuyauterie d'eau de mer. Les cupro-aluminiums offrent des résistances mécaniques très élevées pour les composants soumis à de fortes contraintes. Les cupro-siliciums sont adaptés à la fabrication de cuves et d'équipements dans l'industrie chimique.

Avez-vous des questions sur les procédés et les gaz de soudage du cuivre et alliages de cuivre ?

Contactez un expert Demandez un devis

Les principaux types de cuivres et alliages : soudabilité et gaz de protection

Les alliages de cuivre peuvent principalement être soudés par les procédés de soudage à l’arc TIG et MIG sous atmosphère inerte (argon et mélanges argon-hélium).

Les cuivre et alliages principaux se divisent en plusieurs catégories, qui, en les soudant, peuvent présenter certains risques de défauts métallurgiques, et voici nos conseils.

  • Cuivre non allié :

Défaut : Fragilité intergranulaire

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue, Métal de base.Si le cuivre n'est pas désoxydé lors de son élaboration, il y a formation d'oxydule CU-O. La solidification de ces alliages se termine à 1085 °C par la formation aux joints de grain de l'eutectique fragile Cu-Cu-O.Eviter le soudage des cuivres non désoxydés : cuivre Cu-a. Les cuivres désoxydés peuvent être désoxydés au phosphore (cuivre Cu-b), soit affinés par voie électrolytique (cuivre Cu-c), ces derniers étant les plus purs.
  • Cuivre faiblement allié :

Défaut : Pertes en éléments d'addition

Cuivre au cadmium - Cuivre au tellure - Cuivre au béryllium

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue, Zone affectée thermiquement.Volatisation des éléments d'addition.Soudage TIG conseillé. Pour les Cupro-béryllium en soudage TIG et MIG, les alliages à faible teneur (0,5 %) nécessiteront l'utilisation d'un fil plus riche en cet élément pour compenser les pertes.

Défaut : Formation d’oxydes réfractaires - Cuivre au chrome

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue.A haute température le chrome forme des oxydes réfractaires.Soudage TIG conseillé.
  • Laiton (cupro-zinc) :
    Alliage cuivre-zinc de 5 à 45 % avec possibilité d'additions de plomb (1 à 3 %), d'aluminium (2 %), d'étain (1 %) ou de manganèse.

Défauts : Pertes en zinc - Formation de fumées blanches - Porosités

LocalisationOrigine:Conseils
Zone fondue. Zone affectée thermiquement.Volatisation du zinc (température de volatilisation du zinc inférieure à la température de fusion du cuivre).La volatilisation du zinc ets inévitable, pour limiter les défauts, souder vite, utiliser un métal d'apport adapté. Dans le cas des laitons riches en cuivre (80 % et plus) utiliser comme métal d'apport un cupro-silicium ou un cupro-étain. Les laitons à plus forte teneur en zinc (plus de 20 %) se soudent également avec des cupro-silicium ou parfois des cupro-aluminium. Pour limiter les fumées, ne souder que des laitons à teneur en zinc inférieure à 30 %.

Défaut : Fragilisation dans les laitons de décolletage

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue (porosités).Les particules de plomb des laitons de décolletage ont tendance à se rassembler et à coalescer en fragilisant le métal.Laiton difficilement soudable.
  • Cupro-aluminium (bronze aluminium) :

Alliage contenant de 4  à 14 % d'aluminium. Des additions, simultanées ou non, de fer, de nickel et de manganèse, jusqu’à 6 % pour chacun des éléments, sont couramment effectuées.

Défaut : Fissuration à chaud

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue.
Zone affectée thermiquement.		Sensibilité des alliages monophasés (Al <8 %).- Permettre au retrait de s'effectuer librement.
- Utiliser des métaux de base et d'apport de bonne pureté.
- Soigner la préparation avant soudage.
- Souder de préférence des alliages biphasés.

Défaut : Inclusion d’alumine

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue.Formation d'alumine.Protéger efficacement le bain fondu avec une protection gazeuse adaptée.

Défaut : Porosités

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue.Introduction d'hydrogène.Supprimer toute trace éventuelle d'humidité et procéder à un nettoyage soigné des pièces à souder.
  • Cupro-nickel :

Alliage contenant moins de 50 % de nickel (les plus courants en contiennent de 10 % à 30 %). Des additions de fer, manganèse, aluminium et nickel sont possibles.

Défaut : Fissuration à chaud

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue.Les cupro-nickels sont très sensibles à la présence d'impuretés telles que le plomb, le phosphore ou le soufre, ce dernier pouvant venir de l'huile de coupe utilisée lors de l'usinage. Ces impuretés ne doivent pas dépasser les teneurs respectives de 0,01 %, 0,02 % et 0,1 % sinon elles peuvent être la cause de fissures.-Soigner la préparation des pièces avant soudage : décapage - dégraissage.
-Ne pas dépasser une teneur de 0,4 % de silicium dans le bain fondu.

Défaut : Porosités

LocalisationOrigineConseils
Zone fondue.Désoxydation insuffisante du bain fondu.- Assurer une bonne protection gazeuse et une grande propreté du joint avant soudage.
- Employer un fil d'apport contenant du titane ou à la rigueur les éléments aluminium-silicium.
- La présence de 0,4 % de titane ou 0,5 % d'aluminium dans le fil peut supprimer les porosités.
Le titane est préférable à l'aluminium, la quantité préconisée dans le fil est de 0,2 % à 0,5 %.
- Apporter suffisamment de métal d'apport pour assurer une bonne désoxydation de la soudure.
- Utiliser des gaz de protection exempts d'oxygène.
- Dans le cas de soudage de tube, l'intérieur doit être purgé à l'argon. Ne pas employer d'azote pour purger, ce gaz provoque une couche poreuse en surface du cordon.

Ces matériaux peuvent être soudés à l'arc en procédé TIG ou MIG, seuls des gaz totalement inertes (Argon, Hélium et leurs mélanges) sont à sélectionner. Les solutions Air Liquide pour le cuivre et ses alliages sont disponibles dans la gamme ARCAL™ : ARCAL™ Prime, ARCAL™ He20, ARCAL™ He70, ARCAL™ He20µC.

Contactez les experts Air Liquide pour vous accompagner dans la sélection du gaz de protection adapté à votre projet.

 

Au-delà du soudage à l'arc : autres procédés de soudage du cuivre et de ses alliages

Si le soudage à l’arc (TIG, MIG) reste la norme en chaudronnerie et tuyauterie, la fabrication de composants spécifiques (comme par exemple : électronique de puissance, e-mobilité, micro-connectique ...) nécessite l’emploi d’autres procédés de haute technologie capables de contourner la haute conductivité thermique et électrique du cuivre. Par exemple le brasage ou le soudage laser.

Brasage : il existe plusieurs méthodes pour le brasage de pièces fabriquées avec des alliages de cuivre, selon l’application finale ou les caractéristiques mécaniques souhaitées : flamme/chalumeau, induction, four, par résistance par exemple. Différents métaux d’apport peuvent être utilisés, les plus classiques sont l’étain et dans certains cas des combinaisons de cuivre, phosphore, argent de différentes teneurs. Pour braser, il faut prendre en compte les conditions opératoires de la pièce et ses exigences industrielles ou normatives (absence de cadmium, teneur minimum d'Argent etc.). Pour les applications industrielles exigeantes (chaudronnerie lourde, génie chimique, aérospatial par exemple), le soudage par fusion (procédés à l'arc électrique TIG et MIG) est privilégié.

Soudage Laser (Laser Beam Welding) : La soudabilité avec le laser CO2 est difficile et en laser solide est moyenne (à l’exception des faibles épaisseurs). Les matériaux hautement conducteurs et réfléchissants comme le cuivre sont difficilement soudables au laser. Le cuivre fond difficilement sous l’action du faisceau laser car le cuivre pur solide réfléchit massivement les rayonnements infrarouges.
Toutefois, dès que la fusion s'amorce, en maîtrisant la focalisation et la puissance (ou en utilisant des lasers à longueurs d'onde adaptées), il est possible de créer un "trou de serrure" (keyhole) stable, rendant ce procédé laser opérant pour l’assemblage à très grande vitesse de bandes minces de cuivre.

D’autres procédés de soudage du cuivre et de ses alliages peuvent être utilisés, comme le Soudage par Faisceau d'Électrons (Electron Beam Welding).

Air Liquide propose aux professionnels une large gamme de gaz adaptés au soudage et au coupage du cuivre et de ses alliages. Nos experts mettront à votre disposition leur expérience pour vous recommander le gaz le plus adapté.

Pour des soudures à l’arc de qualité optimale, la gamme ARCAL™ d'Air Liquide vous offre les gaz adaptés à tous vos besoins.

Pour le soudage et le coupage laser, la gamme LASAL™ d'Air Liquide vous offre les solutions de haute qualité.

Téléchargez notre eBook

Avez-vous des questions sur les procédés et les gaz de soudage du cuivre et alliages de cuivre ?

Contactez un expert Demandez un devis

Découvrez nos solutions

Avez-vous des questions sur les procédés et les gaz de soudage du cuivre et alliages de cuivre ? Veuillez remplir notre formulaire de contact.

Nos experts vous répondront dans les plus brefs délais.

1/3
Vos informations
  • vos_informations
  • votre_entreprise
  • votre_demande
Êtes-vous déjà client ?
Saisir un code client au format: 0012345678 ou 12345678 ou 0000123456.
commercial

En savoir plus

FAQ