La soudure aluminothermique

Principe de l’aluminothermie

L’aluminothermie est un principe chimique qui permet la production de hautes températures, par une réaction dite exothermique, c'est-à-dire qu’elle produit de la chaleur. Cette réaction est obtenue sur les métaux au moyen d’aluminium en poudre, et est déclenchée par la combustion d’une mèche de magnésium, que l’on met à feu par une étincelle ou une flamme. Une fois amorcé, ce processus ne peut être stoppé, et doit aller à son terme par la combustion complète des métaux mis en œuvre. L’apport d’eau, ou même l’immersion complète, ne peuvent s’opposer à cette réaction.

La température obtenue est supérieure à la température de fusion des métaux utilisés et approche leur température d’ébullition. Ainsi elle peut atteindre de 1800 à 3500°c selon le métal ou l’alliage exposé à la réaction.

L’aluminothermie permet la fusion entre les métaux, cette propriété est notamment utilisée pour des applications industrielles.

Utilisation de l’aluminothermie comme procédé d’extraction des métaux d’après les minerais 

De nombreux minerais existent à l’état naturel sous forme d’oxydes. Par exemple, le fer, le zinc, le chrome, le manganèse, le vanadium, etc. Il est nécessaire de les traiter pour en extraire les métaux que l’on utilise dans l’industrie. Un des procédés possible est l’aluminothermie, et plus précisément l’oxydoréduction engendrée par cette technique. Elle est aussi appelée réaction redox.

C’est une réaction chimique qui consiste en un transfert complet des molécules d’oxygène (et donc de l’oxydation) du métal soumis à la réaction, vers l’aluminium.

Le minerai est mélangé à de la poudre d’aluminium dans des proportions bien déterminée, et une combustion est créée au moyen d’une mèche en magnésium, ce qui déclenche la réaction.

Il se produit une fusion au cours de laquelle l’oxygène est capté par l’aluminium. A la fin du processus, le minerai laisse place à un métal pur, et l’aluminium est oxydé.

Dans ce processus l’aluminium est dit « oxydant », le minerai qui cède son oxygène est dit « réducteur ».

Exemple de métaux et alliages soudables, ainsi que leur température de fusion et d’ébullition :

Laiton : 900°c / 2300°c (environ)
Bronze : 890°c / 2250°c (environ)
Cuivre : 1084°c / 2567°c
Acier inox : 1400°c / 2600°c (environ)
Acier : 1450°c / 2650°c (environ)
Fonte : 1820°c / 3000°c (environ)
Fer  : 1535°c / 2750°c

NB : Pour les alliages, ces températures varient selon la teneur en carbone et autres composants.

Un dosage précis est recherché pour une réaction aluminothermique optimale, en fonction du métal utilisé. Dans le cas du fer, sa proportion idéale sera de 74,7%, qu’on additionnera de 25,3% de poudre d’aluminium.

Utilisation de l’aluminothermie pour ses propriétés oxydoréductrices

Outre cette propriété d’extraction de métal d’un minerai, l’oxydoréduction qui accompagne la réaction aluminothermique permet le retour d’un métal oxydé à sa forme pure initiale, par le même principe que celui décrit précédemment. De ce fait, la soudure aluminothermique permet, par exemple, de souder un câble de cuivre sur un piquet en acier, même si ces deux éléments sont fortement oxydés. Lors de la réaction, l’oxygène contenu dans le métal rouillé sera capté par l’aluminium. Il se produira alors une véritable régénération du métal, permettant un assemblage parfait et sans qu’aucune trace d’oxydation n’altère la conductivité.

Cette application d’oxydoréduction trouve son utilité pour toutes les soudures de métaux situés en extérieur et exposés aux intempéries, et où une bonne conductibilité est recherchée, tels que :

Les câbles, les feuillards, les plaques de cuivre, les grilles, les tresses plates ou rondes en cuivre étamé, les piquets de terre en acier inox ou cuivré, les poutrelles métalliques.

Ces articles sont disponibles chez Maltep, et s’utilisent pour les raccordements à la terre ou à la masse, la protection contre la foudre, les raccordements aux charpentes métalliques, etc.

Ils concernent plusieurs corps de métiers, dont : électriciens, charpentiers en structure métallique, couvreurs-zingueurs, et potentiellement toutes les professions du bâtiment et des travaux publics.

Qu’est ce que la soudure aluminothermique ?

La soudure aluminothermique est un procédé d’assemblage par fusionnement moléculaire de deux parties métalliques, au moyen d’une réaction chimique dénommé aluminothermie.

Cette technique est principalement connue pour son utilisation dans le raccordement des rails de chemins de fer, mais elle est également appliquée en construction navale, dans les transformateurs électriques et le câblage de lignes en haute et moyenne tension, pour la protection cathodique, et dans la construction métallique en général.

Elle permet un assemblage de haute qualité, quasi-inaltérable, exempt de porosité, et très résistant à l’oxydation. Les pièces sont amalgamées de façon totalement homogène. C’est une technique qui permet des soudures particulièrement fiables et pérennes.

De plus, la soudure aluminothermique bénéficie de propriétés générales exceptionnelles, telles que :

Conductibilité élevée, résistance aux afflux d’intensité et courts-circuits.
Excellente résistance mécanique.
Remarquable tenue à l’atmosphère saline.

La mise en œuvre du processus ne nécessite pas d’énergie autre que celle produite par la réaction chimique elle-même. La réalisation des soudures sur chantier se fait donc en toute autonomie.

Les qualités que présente la soudure aluminothermique permettent entre-autres son utilisation pour la réalisation de raccordements de tous câbles nus, et notamment ceux dédiés aux prises de terre, aux prises de masse, et à la protection contre la foudre.

Maltep propose tout le matériel nécessaire pour réaliser de façon simple et accessible à tous une soudure aluminothermique de câbles électriques de mise à la terre, de descente paratonnerre en méplat ou rond ou encore pour la liaison d’un conducteur de mise à la terre sur une charpente ou structure métallique.

Comment réaliser un raccordement électrique par soudure aluminothermique ?

Pour effectuer une soudure aluminothermique, il faut d’abord réunir les éléments suivants :

  • un moule graphite adapté aux composants à souder (câble - câble, câble - piquet de terre, câble - méplat, méplat – méplat, méplat – piquet de terre, câble – charpente métallique, méplat – charpente métallique, câble – fer à béton, câble – rail, ou autre selon demande)
  • le métal d’apport (ensemble poudre de soudure et poudre d’allumage)
  • un allumeur
  • une brosse cardes
  • un grattoir
  • un pinceau de nettoyage
  • une pince adaptée à la taille du moule
  • du mastic d’étanchéité pour certaines configurations

Maltep propose également de kits de soudure aluminothermique complets, notamment pour la soudure de deux câbles en parallèle, ou pour la soudure d’un câble sur une charpente métallique.

Mode opératoire

Après avoir très soigneusement nettoyé les matériaux à souder, placer le moule au moyen de la pince, puis le chauffer au moyen d’un chalumeau ou une lampe à souder, afin d’éliminer toute trace d’humidité.

Ensuite, placer les conducteurs à souder en veillant à une parfaite étanchéité du moule. Pour cela, utiliser le mastic, si nécessaire. Placer le disque métallique au fond du creuset de moule. Verser ensuite le métal d’apport, puis par-dessus la poudre d’allumage en en laissant déborder une partie au bord du moule, afin de favoriser l’allumage.

Refermer le moule et provoquer une étincelle au moyen de l’allumeur vers la poudre d’allumage. Se maintenir à distance durant la combustion, et porter un équipement de protection durant toute l’opération, notamment des gants et une visière ou des lunettes de sécurité.

Environ une minute après la fin de la combustion, rouvrir le moule et le débarrasser des scories et du laitier, au moyen du grattoir, de la brosse, et du pinceau.

La soudure est terminée et le moule est réutilisable, à condition qu’il soit toujours propre et sec.

Retrouvez tout le matériel pour la soudure aluminothermique chez Maltep !

Notre société met à votre disposition toutes les pièces nécessaires à la soudure aluminothermique de  câble, feuillard, méplat, charpente métallique, rail, fer à béton, et piquet de terre :

  • Kit de soudure aluminothermique : kit pour soudure de 2 câbles en parallèle, Kit pour soudure d’un câble sur poutrelle métallique
  • Accessoires : Allumeur, brosse cardes, pinceau de nettoyage moule, grattoirs de nettoyage moule, mastic d’étanchéité
  • Pinces pour soudure aluminothermique : pince pour mini moule, pince pour moule standard, pince pour maxi moule.
  • Soudure de câbles : moule de soudure aluminothermique de section 16mm², 25mm², 35mm², 50mm², 70mm², 75mm², 95mm², 120mm², 150mm², 185mm², 240mm², 300mm² en modèle CC1, CC2, CC14, CS27, CS2, CS25, et CR2 pour piquet de diamètre 17,2 mm
  • Soudure de conducteurs en acier galvanisé : soudure pour câble nu de 95 mm² en acier galvanisé et méplat de 30 X 3,5 mm en acier galvanisé, câble en Té de 95 mm², câble en croix de 95 mm²,  câble en parallèle de 95 mm²,  dérivation d’un câble de 95 mm² sur méplat traversant de 30 X 3,5 mm, dérivation d’un méplat de 30 X 3,5 mm sur câble traversant de 95 mm², méplat de 30 X 3,5 mm bout à bout à plat, méplat de 30 X 3,5 mm en Té à plat, méplat de 30 X 3,5 mm en croix pleine à plat, méplat de 30 X 3,5 mm en patte d’oie à plat
  • Soudure de feuillard 30 X 2 mm : bout à bout sur tranche à l’horizontal, bout à bout à l’horizontal, en Té à l’horizontal, en croix à l’horizontal (avec grand moule), en croix à l’horizontal (avec mini moule), en bout sur charpente verticale, traversant sur charpente horizontale, sur tête de piquet diamètre 14,2 mm, sur tête de piquet diamètre 17,2 mm, liaison type patte d’oie (grand moule)
  • Métal d'apport : contient la poudre de soudure, la poudre d'allumage, ainsi qu'un opercule métallique pour obstruer le trou de coulée du moule. Métal d’apport type 25, métal d’apport type 32, métal d’apport type 45, métal d’apport type 65, métal d’apport type 90, métal d’apport type 115, métal d’apport type 150, métal d’apport type 200, métal d’apport type 250

raisons de choisir Maltep :

  • Excellente réactivité
  • Un stock conséquent
  • Fabrication sur mesure possible