En chaudronnerie navale, deux alliages d'aluminium dominent : le 5083 (série 5xxx, Al-Mg) pour les coques, ponts et superstructures, et le 6061 (série 6xxx, Al-Mg-Si) pour les profilés, pièces mécaniques et longerons.
Ils sont à l'origine du succès de l'aluminium en construction navale : moitié moins denses que l'acier (≈ 2,7 contre 7,8 g/cm³), résistants à la corrosion marine, soudables, recyclables.
Mais leur soudage est radicalement différent de celui des aciers : la couche d'oxyde Al₂O₃ qui les protège est aussi un piège, la conductivité thermique est très élevée, le bain est fluide, le risque de soufflures est constant.
Pire : selon l'alliage, le métal d'apport doit être choisi avec rigueur, faute de quoi la résistance à la corrosion ou la tenue mécanique chutent fortement.
Cet article propose un guide pratique du soudage 5083 / 6061 pour la chaudronnerie navale, dans la rigueur des normes EN ISO 15614-2 (qualification), EN ISO 18273 (apports), EN ISO 14175 (gaz) et des règles des sociétés de classification (Bureau Veritas, Lloyd's Register, RINA, DNV).
1. 5083 et 6061 : pourquoi ces deux alliages dominent en navale
En construction navale aluminium, le couple 5083 + 6061 couvre l'écrasante majorité des besoins : les sociétés de classification le valident, les chantiers le maîtrisent, les approvisionnements en tôles et profilés sont stables, et les retours de service sur 30 ans sont solides.
Les deux alliages appartiennent à des familles différentes, avec des logiques métallurgiques opposées.
5083 (série 5xxx, Al-Mg)
Alliage à durcissement par écrouissage (états H111, H116, H321). Magnésium 4-5 %. Excellent comportement en milieu marin, soudable sans perte majeure de résistance.
Tôles de coques, ponts, superstructures, citernes.
6061 (série 6xxx, Al-Mg-Si)
Alliage à durcissement par traitement thermique (états T4, T6). Magnésium ≈ 1 %, silicium ≈ 0,6 %. Soudage entraîne une chute locale de Rp en ZAT (jusqu'à -40 %).
Profilés extrudés, longerons, raidisseurs, pièces mécaniques.
Caractéristiques mécaniques typiques
| Alliage / état | Rp 0,2 (MPa) | Rm (MPa) | A % |
|---|---|---|---|
| 5083 H111 (recuit doux) | ≥ 125 | ≥ 275 | ≥ 16 |
| 5083 H116 (état naval) | ≥ 215 | ≥ 305 | ≥ 10 |
| 5083 H321 (équivalent H116, autre cycle) | ≥ 215 | ≥ 305 | ≥ 10 |
| 6061 T4 (trempé maturé) | ≥ 110 | ≥ 205 | ≥ 16 |
| 6061 T6 (trempé revenu) | ≥ 240 | ≥ 290 | ≥ 10 |
À retenir : le 5083 H116 est l'état standard pour les coques et ponts soudés, car il combine résistance et bonne soudabilité. Les états plus écrouis (H32, H34) ne se rencontrent quasiment jamais en construction navale conventionnelle.
Le 6061 T6 est dominant pour les profilés extrudés (membrures, raidisseurs), mais il faut intégrer la chute de résistance en ZAT au dimensionnement. C'est la principale difficulté conception du couple 5083 / 6061.
2. Les défis spécifiques du soudage de l'aluminium
Souder de l'aluminium n'est pas plus difficile que souder de l'acier — c'est différent. Cinq paramètres physiques imposent des pratiques spécifiques :
Couche d'oxyde Al₂O₃
Se forme spontanément à l'air, point de fusion ~ 2050 °C contre 660 °C pour l'aluminium. Doit être retirée mécaniquement juste avant soudage, sinon elle empêche la fusion et piège des inclusions.
Conductivité thermique élevée
≈ 200 W/m·K, soit 4 fois celle de l'acier. La chaleur s'évacue très vite, ce qui exige plus d'énergie et un préchauffage souvent utile au-delà de 6 mm.
Solubilité de l'hydrogène
L'aluminium liquide dissout très facilement l'hydrogène, qui ressort à la solidification sous forme de soufflures. Origine principale : humidité, hydrocarbures, hydratation de l'oxyde.
Pas de changement de couleur à chaud
L'aluminium ne rougit pas avant fusion. Le soudeur n'a aucun signal visuel de la température : il faut beaucoup d'expérience pour anticiper la fusion.
Coefficient de dilatation
≈ 23 × 10⁻⁶ /K, environ 2 fois l'acier. Forte tendance à la distorsion. Bridage, ordre de soudage et soudures alternées sont essentiels.
Bain très fluide
Viscosité faible à la fusion. Risque de pénétration excessive en racine, exige souvent un support envers (cuivre, acier ou tôle perdue) lors des premières passes.
Un autre défi est l'adoucissement en ZAT, particulièrement marqué sur le 6061 T6. La chaleur du soudage dissout les précipités durcissants Mg₂Si dans une bande de quelques millimètres autour du joint. Sans traitement thermique post-soudage (TTPS) — rare en navale —, la résistance résiduelle dans cette ZAT est environ celle d'un 6061 T4 (≈ 110 MPa Rp), à intégrer au dimensionnement.
Sur le 5083 H116, l'adoucissement existe aussi mais reste plus contenu : la zone proche du joint passe quasiment à l'état H111 (Rp ≥ 125 MPa). C'est l'une des raisons qui font du 5083 le matériau de choix pour les structures soudées navales.
3. Préparation : décapage, dégraissage, stockage
En soudage aluminium, la préparation représente 60 % de la qualité finale. Une mauvaise préparation produit des soufflures, des inclusions d'oxyde et des manques de fusion — défauts impossibles à rattraper en cours de passe.
La séquence standard est : dégraissage → décapage mécanique → stockage propre → soudage dans les 4 à 8 heures.
Les étapes clés
- Dégraissage : acétone ou solvants spécifiques alu (jamais d'éthanol seul ni d'essence). Toutes les huiles, graisses, traces de doigt et résidus de coupe doivent disparaître. Les chiffons doivent être propres et non chargés en poussière acier.
- Décapage mécanique : brosse en acier inoxydable réservée à l'aluminium (jamais utilisée sur acier sous peine de contamination ferreuse). Ou fraisage / grattage pour les chanfreins préparés. Décaper sur 25 mm de part et d'autre du joint.
- Pas de meule abrasive contaminée : les disques classiques d'atelier acier laissent des particules de fer qui provoquent corrosion galvanique en service. Utiliser des disques dédiés alu, conditionnés en zone alu.
- Stockage : zone séparée, sèche, à l'abri des aérosols d'huile et des poussières d'acier. Les tôles 5083 H116 livrées avec film plastique doivent garder ce film jusqu'au dernier moment.
- Délai de soudage : la couche d'oxyde se reforme en quelques heures. Au-delà de 4 à 8 h après décapage, refaire un brossage final juste avant amorçage.
- Outillage dédié : pinces, marteaux, brosses, gants — idéalement marqués « ALU » et stockés en zone séparée. La contamination par fer est la cause numéro 1 de défauts en chantier.
Préchauffage
Contrairement aux duplex inox, le préchauffage est recommandé sur l'aluminium épais :
- Épaisseur ≤ 6 mm : pas de préchauffage en règle générale.
- 6 à 12 mm : préchauffage à 80-100 °C selon ambiance et bridage.
- ≥ 12 mm : préchauffage 100-150 °C, à tenir tout au long du joint.
Mesure au crayon thermique ou thermocouple. Au-delà de 150 °C, on commence à dégrader la trempe résiduelle du 6061 T6 et l'écrouissage du 5083 H116 : ne pas dépasser sans nécessité.
Pour les 5083, on évite aussi de maintenir la pièce longuement entre 65 et 200 °C : c'est la plage de sensibilisation à la corrosion intergranulaire, due à la précipitation de phase β (Al₃Mg₂) aux joints de grains. Le 5083 H116 est précisément conçu pour minimiser cette sensibilité, à condition de ne pas la défaire par un cycle thermique excessif.
4. Procédés et paramètres : MIG, TIG, friction-malaxage
Trois procédés couvrent l'écrasante majorité des soudures alu en chaudronnerie navale : MIG impulsionnel (productivité), TIG en courant alternatif (qualité, finition) et FSW — soudage par friction-malaxage — pour les grandes longueurs droites de panneaux raidis.
MIG / GMAW (procédé 131)
Procédé dominant pour les coques et superstructures. Fil massif (ø 1,2 ou 1,6 mm), polarité directe inverse (DCEP) : électrode au pôle positif, ce qui assure le décapage cathodique de la couche d'oxyde par bombardement ionique du gaz argon.
- Gaz : argon pur (référence) ou Ar + 30-50 % He sur fortes épaisseurs (apport calorifique). ISO 14175 type I1 ou I3.
- Mode : impulsionnel (synergique sur poste moderne), qui évite les projections et stabilise le bain en montée verticale.
- Polarité : DCEP (+ sur torche).
- Vitesse de fil : 8 à 16 m/min selon épaisseur et diamètre.
- Tension / intensité : 22-30 V, 150-300 A pour une plage 4-15 mm.
TIG / GTAW (procédé 141)
Procédé pour les passes de fond, les piquages, l'inox sanitaire alu (citernes, cuves) et les reprises. Le TIG alu se fait en courant alternatif (AC) avec balance positive/négative ajustable.
- Courant : alternatif HF (haute fréquence). La phase positive décape l'oxyde, la phase négative pénètre. Balance typique 30 % EP / 70 % EN.
- Électrode : tungstène pur ou cériée, ø 2,4 ou 3,2 mm, à pointe arrondie (conséquence du AC).
- Gaz : argon pur, parfois Ar + He pour mieux pénétrer en forte épaisseur.
- Métal d'apport : baguette nue, ajoutée au bain comme pour l'inox.
FSW — Friction Stir Welding (procédé 43)
Soudage à l'état solide par friction-malaxage : un outil rotatif pénètre entre deux tôles et soude par malaxage thermomécanique, sans fusion. Particulièrement adapté aux panneaux raidis aluminium (jusqu'à 20-40 m de long), avec des avantages remarquables :
- Pas de bain de fusion → quasi pas de soufflures, pas de retrait, distorsion minime.
- Tenue mécanique en ZAT supérieure aux procédés à fusion (typiquement +20-30 % vs MIG sur 6061).
- Productivité très élevée sur lignes droites.
- Limites : équipement coûteux, pièces planes ou cylindriques, géométries simples uniquement.
Comparaison productivité / qualité indicative
Comparaison qualitative indicative des procédés sur 5083/6061 navale (1 = faible, 5 = excellent). Données indicatives selon retours d'expérience secteur.
5. Métal d'apport : 5183, 5356, 4043 — comment choisir
Le choix du métal d'apport conditionne la résistance mécanique, la tenue à la corrosion et la compatibilité galvanique. La norme de référence est EN ISO 18273 (équivalent AWS A5.10).
Les trois familles utilisées en navale sont les apports 5xxx (Al-Mg, idéaux pour le 5083) et plus rarement les apports 4xxx (Al-Si, à manier avec précaution).
Tableau des correspondances usuelles
| Métal de base | Apport recommandé | Commentaire |
|---|---|---|
| 5083 / 5083 | ER5183 (préféré) ou ER5356 | 5183 légèrement plus allié en Mg → meilleure Rp. 5356 plus disponible. |
| 5083 / 6061 | ER5356 ou ER5183 | Choix dicté par la corrosion et le service. Éviter 4043 (corrosion galvanique avec Mg). |
| 6061 / 6061 | ER4043 (résistance mécanique modérée) ou ER5356 (meilleure Rp) | 4043 plus tolérant à la fissuration à chaud, 5356 si Rp critique. |
| 6061 / 6082 | ER4043 ou ER5356 | Les deux acceptés selon spécification projet. |
| Service marine prolongé (-Mg) | Toujours apport série 5xxx | 4xxx + Mg-Si peut former Mg₂Si fragile et corrosif en milieu marin. |
Le choix critique : 4043 vs 5356 sur 6061
C'est la question récurrente en chaudronnerie navale. Les deux apports sont conformes, et le bon choix dépend du compromis recherché :
- ER4043 (Al-Si 5 %) : excellente coulabilité, peu sensible à la fissuration à chaud, finition brillante, bain stable. Mais Rp post-soudage plus faible (~ 60 MPa) et risque de formation de Mg₂Si si exposition prolongée à la chaleur.
- ER5356 (Al-Mg 5 %) : meilleure résistance mécanique post-soudage (~ 110 MPa), meilleur comportement en service marin, couleur plus proche du métal de base après anodisation. Plus sensible à la fissuration à chaud sur géométries défavorables.
Pour la coque, la pratique standard reste ER5356, alignée avec les recommandations Bureau Veritas / DNV.
Pour les pièces 6061 où la résistance n'est pas critique (supports, fixations), ER4043 est plus simple à mettre en œuvre et donne une finition supérieure.
6. Défauts typiques et critères d'acceptation
Les défauts spécifiques au soudage aluminium se regroupent en trois familles, qu'il faut savoir distinguer en CND.
Les 6 défauts à surveiller
- Soufflures (porosités) : quasi systématiques en cas de préparation insuffisante (humidité, hydrocarbures, oxyde mal retiré). Détectées en RT ou UT phased array. Critère d'acceptation strict en navale.
- Inclusions d'oxyde Al₂O₃ : films fragiles dans la zone fondue, mal détectés en RT, nécessitent souvent un UT spécifique.
- Manque de fusion latérale : favorisé par la conductivité thermique élevée et la couche d'oxyde non retirée. Critère majeur de rejet.
- Fissuration à chaud : sur 6061 + apport mal choisi (ratio Mg/Si défavorable), bridage excessif, géométries en cratère mal terminées.
- Effondrement de bain : forte fluidité de l'alu liquide, particulièrement en racine sans support. Solution : barre support cuivre ou tôle perdue.
- Distorsion / retrait : géré par le séquencement des soudures (alterné, en chevrons), le bridage et les soudures préliminaires de pointage.
Qualification et essais EN ISO 15614-2
La qualification du mode opératoire de soudage (DMOS / WPS) sur aluminium est encadrée par EN ISO 15614-2. Elle précise les variables essentielles (procédé, alliage, épaisseur, position, apport, gaz) et les essais à réaliser sur le coupon qualifié.
| Essai | But | Référence |
|---|---|---|
| Examen visuel (VT) | Détecter défauts surfaciques | EN ISO 17637 |
| Radiographie (RT) | Détecter soufflures, inclusions, manque de fusion | EN ISO 17636 |
| Ultrasons / phased array (UT/PAUT) | Détection volumique, alternative au RT | EN ISO 17640 |
| Ressuage (PT) | Détection des défauts surfaciques fins | EN ISO 3452 |
| Traction transversale | Vérifier la tenue mécanique de l'assemblage | EN ISO 4136 |
| Pli endroit / envers | Vérifier la ductilité et l'absence de défaut | EN ISO 5173 |
| Macrographie | Vérifier la pénétration et la fusion | EN ISO 17639 |
| Dureté Vickers en ZAT | Quantifier l'adoucissement post-soudage (utile sur 6061) | EN ISO 9015-1 |
Critères d'acceptation en service navale
- EN ISO 10042 : niveau de qualité B (élevé), C (moyen), D (élémentaire). En navale, le niveau B ou C est généralement exigé selon zone (coque B, structures secondaires C).
- Bureau Veritas NR 561 : exigences précises sur les soudures de coque, avec inspection à 100 % par CND sur les joints critiques.
- DNV Pt.2 Ch.2 et Lloyd's Aluminium Rules : équivalents pour leurs périmètres.
- Soudeurs qualifiés : selon EN ISO 9606-2 (qualification soudeurs alu), avec requalification périodique (typiquement 2 ans).
Conclusion : un soudage de discipline avant tout
Souder du 5083 et du 6061 en chaudronnerie navale, c'est avant tout une discipline : préparation rigoureuse, outillage dédié, gaz adapté, métal d'apport choisi en fonction du couple et du service, qualification stricte selon EN ISO 15614-2.
Les chantiers qui maîtrisent ces fondamentaux livrent des coques qui tiennent 30 ans en milieu marin sans corrosion ni fissuration. Ceux qui bâclent la préparation ou improvisent les apports voient apparaître soufflures, piqûres et reprises coûteuses dans l'année. Sur ce sujet plus que sur d'autres, la rigueur de procédé est ce qui distingue un atelier qualifié d'un atelier qui « fait de l'alu ».
