Comment chauffer l'aluminium pour éviter les fissures après pliage

Akhmad Bayuri / iStock / Getty Images Plus

Q : Je construis plusieurs grilles à ordures pour s'adapter au-dessus des débordements des bassins de rétention des eaux de surface des sous-développements. J'ai fait un simple gabarit de pliage "tirez-le autour" en utilisant un 0.5-in. tige d'acier comme matrice. J'ai reçu une nouvelle commande de 0,5 po. tige et le chauffer avec un bouton de rose. Tout s'est déroulé de manière agréable et prévisible, produisant des pièces avec la précision dimensionnelle souhaitée, jusqu'à ce que j'aie terminé environ les trois quarts de la tâche. Du coup, je ne pouvais plus rien faire de bien, et 90 % des tiges craquaient mal. J'ai boité en soudant.

Après avoir ajusté la chaleur de ma torche (s'il fait trop froid, il ne se pliera pas), j'ai supposé que la seule chose qui fonctionnait était beaucoup de chaleur. J'ai dû entrer dans un stock de tiges plus ancien et contenant plus d'oxyde. Tout avait l'air assez nouveau. J'ai utilisé du matériel qui était resté dans un rack pendant 6 à 12 mois, mais je ne peux pas tout blâmer sur le "vieux stock".

Je pensais que je chauffais peut-être trop chaud trop vite, alors j'ai modifié cela, mais sans meilleurs résultats. Je mettais un peu de tension de ressort sur la pièce, appliquais de la chaleur, et quand la pièce cédait, je la tirais lentement et constamment à 90 degrés tout en gardant la torche dessus, en veillant à ne pas chauffer excessivement le travail. Cela a si bien fonctionné que cela m'a fait peur… jusqu'à ce qu'il cesse de fonctionner.

Dans l'une de vos colonnes passées, où vous avez couvert le pliage de l'aluminium 6061-T6, vous avez décrit l'utilisation d'une torche pour enduire la zone pliée de suie. Est-ce que cela fonctionnerait pour mon application ? Et si je passais à la brosse métallique les zones à plier ? Et l'élimination manuelle de l'oxyde aiderait-elle? Tout conseil serait très apprécié.

R : Avant d'en venir à la suie et à l'aluminium, examinons le problème de cohérence de flexion. Parce que je ne connais pas la qualité et le type exacts d'acier ou d'aluminium que vous utilisez pour fabriquer vos poubelles, il est difficile de dire la raison précise pour laquelle le matériau vous donne du fil à retordre.

À ce stade de la conversation, cependant, cela n'a vraiment pas d'importance. L'ancien matériel ou le nouveau matériel n'est probablement pas le problème. Notez que chaque type et qualité de métal présentera au hasard les mêmes variations lorsqu'il est soumis aux mêmes processus. Ainsi, le problème de répétabilité est enraciné dans le fait qu'il n'y a pas deux lots de matériaux identiques, même pas issus de la même chaleur, car le mélange des matériaux de base n'est jamais parfait.

Tous les matériaux que vous utilisez ont des zones de tolérance autour de différents attributs, notamment l'épaisseur, la dureté, la limite d'élasticité et la résistance à la traction. Cela ne signifie pas que vous avez parfois du matériel "médiocre" et parfois du "meilleur" matériel. Le matériau est juste différent dans sa zone de tolérance désignée et, par conséquent, se pliera différemment.

L'acier peut être classé en fonction de sa limite d'élasticité et d'autres facteurs. Par exemple, les valeurs de limite d'élasticité peuvent être très variables en fonction des impuretés dans le matériau, des imperfections et des techniques de production.

Les réglementations exigent une déclaration de la limite d'élasticité minimale lors de la définition d'un type de matériau spécifique. Un acier avec une limite d'élasticité minimale de 36 000 PSI peut être étiqueté A36. Étant donné qu'il n'y a pas deux pièces de matériau identiques, une tolérance variable doit être appliquée. Cela peut signifier qu'une limite d'élasticité de 41 000 PSI sera toujours vendue en tant que A36, bien qu'elle soit 13% plus forte. La résistance accrue à la flexion de ce matériau nécessitera une force de flexion plus importante. Le matériau à limite d'élasticité de 36 000 PSI se pliera à un angle, et un autre matériau avec une limite d'élasticité de 41 000 PSI se pliera à un angle moindre, sans modifier la profondeur de pénétration ou la force de flexion requise (voir Figure 1). Pour la même raison, des variations de ductilité ou de dureté, ou un rayon de courbure trop faible peuvent expliquer la fissuration. Ces variations sont vraies pour tous les matériaux que vous pourriez utiliser.

Le chauffage aidera à recuire le matériau, le rendant plus doux et donc plus facile à plier. Cela aide également à contrôler la fissuration que vous rencontrez.

FIGURE 1. Une modification de la limite d'élasticité entraînera des variations d'angle.

Pour bien chauffer votre matériel, utilisez un chalumeau à pointe bouton de rose. Gardez également un œil sur la température et continuez à chauffer dans des limites raisonnables. Pour l'acier, il est de 900 à 1 050 degrés F.

En gardant l'acier entre ces températures, vous devriez être d'accord en ce qui concerne la limite d'élasticité et la résistance à la traction. Cependant, si vous chauffez le matériau entre 1 600 et 2 000 degrés F, vous verrez un changement significatif dans l'état du métal, ce qui peut nécessiter que la pièce finie soit traitée thermiquement jusqu'à la limite d'élasticité/résistance à la traction requise pour cette pièce.

Il existe de nombreuses façons de mesurer la température. Au fur et à mesure que vous chauffez l'acier, il change de couleur, ce que vous pouvez comparer à un tableau couleur-température (voir Figure 2). Si vous voulez être précis, vous pouvez utiliser une jauge de température numérique, que vous pouvez trouver pour aussi peu que 30 $. Visez simplement la zone chauffée et lisez les résultats.

Cela nous amène maintenant à votre question sur la suie et l'aluminium. Le chauffage de l'aluminium fonctionne aussi bien que celui de l'acier, à quelques exceptions près. Premièrement, l'aluminium ne change pas de couleur comme l'acier, donc se brûler devient un vrai problème. Et parce qu'il ne change pas de couleur, vous ne pouvez pas le comparer au tableau des températures. Si vous n'avez pas de jauge de température numérique, que faites-vous ?

Avant de répondre à cette question, il y a un autre problème lié à la chaleur à considérer si vous travaillez avec de la tôle et de la plaque plutôt qu'avec une tige d'aluminium ou d'acier : vous pouvez faire un trou à travers la tôle. Vous pouvez le faire avec de l'acier, mais vous le verrez venir ; avec l'aluminium, vous ne serez pas. Pourquoi? A cause de l'oxyde d'aluminium.

Le point de fusion de l'oxyde d'aluminium de 3 600 degrés F est beaucoup plus élevé que le point de fusion de l'aluminium de 1 220 degrés F. Cela signifie que l'aluminium fondra de l'intérieur vers l'extérieur et peut faire un trou dans le matériau. Et comme l'aluminium ne change pas de couleur, vous ne le verrez pas venir. Ainsi, la prudence et l'uniformité dans le chauffage sont indispensables.

L'acier est plus tolérant, selon l'alliage d'acier. Le point de fusion peut être aussi bas que 2 599 degrés F pour l'acier à faible teneur en carbone à 2 786 degrés F pour l'acier au chrome-molybdène. Quoi qu'il en soit, l'acier change de couleur, vous pouvez donc juger de sa température et voir une éruption arriver.

Si vous chauffez de l'aluminium et que vous n'avez pas de pistolet à température numérique, comment l'empêchez-vous de surchauffer ? C'est là que la suie entre en scène. La suie de carbone noir est libérée lorsque le combustible fossile n'est pas complètement brûlé. Vous pouvez facilement produire de la suie de carbone noir simplement en désaccordant la même torche à acétylène que vous allez utiliser pour chauffer la pièce que vous allez plier. Étendez une couche de carbone sur toute la longueur intérieure de la ligne de pliage. Ensuite, réaccordez la torche et commencez à chauffer ce qui sera l'extérieur du virage, du côté opposé à la suie de carbone.

La suie de carbone brûlera à 752 degrés F ; c'est 460 degrés F de moins que le point de fusion de l'aluminium. C'est assez chaud pour rendre l'aluminium suffisamment malléable pour se plier facilement sans risque de changer la trempe ou de faire un trou.

L'élimination de l'oxyde d'aluminium n'est pas nécessaire pour le formage mais peut être utile lors du soudage. Vous pouvez le gratter avec une brosse métallique puis l'essuyer avec un chiffon non pelucheux.

Le problème est que la réaction entre la surface brute de l'aluminium et l'air commence en une fraction de seconde seulement. L'oxyde d'aluminium n'a qu'une épaisseur de 1,5 µm. Stable et mécaniquement résistant, l'oxyde adhère à la surface de l'aluminium. Cela sépare alors l'aluminium de toute autre réaction avec l'air. Connu sous le nom de passivation, c'est le même processus que vous utiliseriez pour maintenir la stabilité de l'acier inoxydable ou du titane. Cela dit, vous pouvez retirer brièvement l'oxyde d'aluminium, mais cela n'aidera pas à stabiliser votre opération de formage.

FIGURE 2. Un tableau couleur-température peut être utilisé pour juger de la température approximative de l'acier.