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Rapport de stage de fin De formation ITA AZLI MARRAKECH
YOUNESS ENNAFIFI CONSTRUCTION METALLIQUE
OFFICE CHERIFIEN DES PHOSOHATES
املكتب الشريف للفوسفاط
PÔLE INDUSTRIEL
DIRECTION DE PRODUCTION
ET SITE DE GANTOUR
Rapport de stage de fin De formation ITA AZLI MARRAKECH
YOUNESS ENNAFIFI CONSTRUCTION METALLIQUE
Première partie : présentation du groupe OCP
1-introduction :
Le Phosphate principal ressource minier du MAROC, lui permet d’acculer la troisième
place de la production du Phosphate derrière la Russi et USA, ceci grâce à l’étendu des
gisants et l’importance des tonnage entrais.
La principale utilisation du Phosphate est la production des engrais et l’acide
phosphorique, le MAROC exporte actuellement le Phosphate brut, les engrais au P2O5 sous
forme de produit ( acide phosphorique clarifié, acide dé sulfaté, super phosphate le MAP )
Crée en 1920, le groupe OCP du tient le monopole de l’exploitation et de la
commercialisation des Phosphates au MAROC.
Il est constitué d’un établissement public à caractère industriel d’agir avec la même
dynamique est la même souplesse qu’une entreprise privée.
L’OCP Office Chérifien des Phosphates est la 1er
entreprise du Maroc qui a des échanges
commerciaux de haut niveau avec l’étranger, il intervient pour 25% des exportations du
MAROC, et réalise 7 à 8% du produit national brut. Grâce à l’OCP l’industrie du Phosphate a
connu depuis 1965 un progrès considérable visant la production de 100 millions de la tonne
de Phosphate de l’année 2000.
2-historique :
Crée le 7 août 1920, l’office chérifien de phosphate détient le monopole de la recherche,
de l’exploitation et de la commercialisation du phosphate marocain.
C’est en février 1921 qu’on a découvert les premiers gisements de phosphate dans la zone
de Khouribga et plus précisément dans la région d’oued abdoun. L’exploitation des gisements
a commencé en mars 1921 a partir des mines, et ce n’est qu’ au 30 juin que le premier train a
été chargé par le phosphate. Un mois après, le transport du phosphate par bateau a commencé
via Casablanca.
Vers l’année 1975, l’ocp s’est organisé en groupe qui comporte l’office chérifien et ses
filiales. Ce groupe est géré par plusieurs directions coiffées par une direction générale dont le
siège social est à Casablanca.
Quelques dates :
1920 : Création de l'OFFICE CHERIFIEN DES PHOSPHATES (OCP) le 7août1920.
1931 : Début de l’extraction en souterrain à Youssoufia.
1936 : Premier train de phosphate de Youssoufia vers le port de Safi.
1942 : Création d'une unité de calcination à Youssoufia.
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1954 : Démarrage des premières installations de séchage à YOUSSOUFIA.
1962 : Introduction de la mécanisation du souterrain à Youssoufia.
1969 : Entrée en exploitation de la première Recette de phosphate noir à Youssoufia.
3-carte du Maroc :
Il existe quatre centres d’exploitation minière en activité :
Le centre d’exploitation de Khouribga crée en 1921.
Le centre d’exploitation de Youssoufia fondé en 1931.
Le centre d’exploitation de Boucraâ / Laâyoune crée en 1975.
Le centre d’exploitation de Benguérir qui daté de 1979.
fig.1 : la carte du Maroc
4-structure de l’OCP :
Le groupe OCP est doté d’une structure qui lui permet d’agir avec le dynamisme
et l’efficacité des grandes entreprises privées internationales, et d’assurer la complémentarité
entre les différentes entités au sein d’un même ensemble.
Le groupe se compose en plus de l’office d’un ensemble de sociétés filiales
assurant ses différents besoins (voir organigramme)
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Organigramme :
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Deuxième partie : Présentation de la laverie description du procédé de la laverie :
Vue la dégradation de la qualité de minerai extrait de certaines gisements des zones
minières de Youssoufia et Ben Guérir par l’accroissement des éléments indésirables
(calcite, dolomite, silice, oxyde de magnésium…) qui causent énormément des problèmes
à la valorisation chimique du minerai d’une part, et les exigences spécifiques des clients
d’autre part, l’OCP a visé d’enrichir ces phosphates pauvres par l’implantation de l’usine
de la laverie qui comporte trois lignes de lavages auxquelles intégrées trois lignes de
flottation.
I- Le lavage :
Le lavage est un traitement physique par voie humide qui consiste à éliminer les
tranches granulométriques pauvres en B.P.L. dans le but d’enrichir le minerai phosphate,
en tenant compte du rendement poids de l’opération de lavage.
Le traitement par lavage est constituée de :
La mise en pulpe (débourbage):c’est le procédé de la mise en pulpe et le délitage
du produit afin de libérer les grains de phosphate de la gangue qui l’enrobe.
Le criblage : est une opération qui consiste à éliminer les stériles supérieurs à
3.15mm au moyen d’un crible vibrant à balourds CR équipé d’une grille en matière
synthétique à Travers de laquelle en cherche à faire passer aussi rapidement et aussi
complètement que possible la pulpe reçue du débourbeur DB.
Les grains de dimension inférieurs à la maille constituent le passant qui est dirigé
vers le circuit de lavage en aval, tandis que les grains supérieurs à la maille constituants
les rejets grossières de traitement dirigés par convoyeurs vers la mise à terril USS1à
USS6.
La classification granulométrique (par hydroclassificateur et hydrocyclonne) des
passants du crible (fraction inférieur à 3.15mm) sont déversés dans le bac BP1pour
alimenter, à l’aide de la pompe PP1, le système d’hydroclassification réalisant la
coupure intermédiaire : 90 et 160(ou 180) microns selon le profil du minerai brut à
l’alimentation. Ce système est constitué d’un hydrocyclonne et d’un hydroclassificateur
HD montés en série. La surverse de ce système (hydrocyclonne+hydroclassificateur) est
déversée dans bac BP3 qui alimente à l’aide de la pompe PP3 une première batterie
d’hydrocyclonnes BH1 réalisant la coupure à 40 microns.
Pour une meilleure élimination des inférieurs à microns avec un minimum de pertes
de la fraction Sup. à 40 microns, la coupure à 40 microns opérée à ce stade (batterie
d’hydrocyclonnes BH1 précitée) est complétée par un deuxième étage
d’hydrocyclonnage constitué par la batterie d’hydrocyclonnes BH2 située dans l’atelier
de flottation, en tête du circuit de flottation.
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La surverse de la première batterie d’hydrocyclonnes BH1constituant les boues de
lavage est évacuée gravitairement vers le système de décantation.
La sousverse de la fraction granulométrique (40 ; 160microns) devant être enrichie
par flottation, est déversée dans le bac de pulpe BP4qui alimente le Bac tampon BP7en
tête du circuit d’attrition de l’atelier de flottation. Le rôle du bac de pulpe BP7est
d’assurer une alimentation régulière et stable des équipements en aval. Il peut recevoir le
flux de pulpe (+40 ;-160/180 microns) issue de l’une des deux lignes de lavage-
classification en passant par une cuve de répartition à la tête de l’unité de flottation.
La sousverse du système d’hydroclassification (hydrocyclonne+hydroclassificateur),
constituant le concentré de lavage, est déversée dans le bac BP2 qui alimente à l’aide de
la pompe PP2 l’hydrocyclonne épaississeur HE1. Le produit (concentré de lavage)
épaissi sur les convoyeurs séparateurs UCCS1 à UCCS3 avant d’alimenter la série des
convoyeurs de mise en stock des concentrés (URC3 etURC3 ou URC4 et URCL4).
La surverse de l’hydrocyclonne HE1 est recyclée vers le débourbeur en tête de
circuit de lavage classification.
Circuit des rejets et de la mise en terril :
Les refus de criblage à 3.15mm seront évacués par une série de convoyeurs à bande
vers la mise à terril.
Les boues de lavage, constituées par les particules de dimensions inférieures à 40
microns, seront épaissies dans un système de décantation puis stockées dans des
réservoirs d’épandage avec récupération du maximum d’eau.
Circuit du concentre :
Les concentrés de lavage et de flottation subiront une séparation solide-liquide sur les
convoyeurs séparateurs UCCS1 à UCCS3 pour être acheminés avec une humidité
environ 25% vers le stock par les convoyeurs séparateurs (URC3, URC4 et CL3 et
CL4), où il sera égoutté d’avantages par le système de drainage.
Pour l’illustration du principe du circuit de lavage voir schéma qui représente les
opérations principales que suit le phosphate brut lors du traitement par lavage et
flottation :
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Circuit de lavage :
II- flottation :
La flottation est une technique d’enrichissement du minerai du phosphate par voie
humide qui consiste à déprimer le minerai de valeur et à faire flotter les minerais indésirables
constituants la gangue par l'addition des différents réactifs, et ceci dans le but d'augmenter la
teneur en BPL du minerai en éliminant un certain nombre d’éléments indésirables tel que les
carbonates et les silicates par flottation inverse.
II-2 : Les principales phases de la flottation :
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La pulpe doit être préparée adéquatement en fonction des substances à concentrer. Cette
préparation repose sur l'ajout de différents agents: les collecteurs, les moussants et les
déprimants sont les réactifs de la flottation.
La stabilité des bulles est assurée par des moussants, les collecteurs ont pour fonction
d'adhérer aux surfaces afin de les rendre hydrophobes, alors que les déprimants rendent les
surfaces des grains phosphatés hydrophiles.
La première condition pour obtenir une bonne flottation est d'atteindre par attrition une
libération convenable des particules à flotter, une bonne attrition et déschlammage
conduit à une bonne flottation.
La deuxième condition consiste à faire entrer à la flottation les particules dont la
granulométrie est comprise entre (40 – 160/180 µm). La limite supérieure est dictée
par la capacité limitée d'une bulle à soulever ces poids. En conséquence, il est
important de procéder à la classification de la pulpe avant d'accomplir la séparation
par flottation.
La troisième condition est d'assurer un bon conditionnement de la pulpe avec les
réactifs (déprimant, collecteur, moussant) dans des conditionneurs pendant une durée
bien déterminée avec des dosages bien définis. A la fin de la phase de
conditionnement, la surface des particules constituées de la phase solide que l’on
désire séparer est seule devenue hydrophobe, ce qui permet de réaliser une flottation
différentielle.
Phase de préparation:
Premier déschlammage :
La pulpe à traiter provenant de la souverse des batteries des hydrocylones BH1,
constituée de la granulométrie (40 – 160/180µm) alimente le bac BP7. Le rôle du bac de
pulpe est d’assurer une alimentation régulière et stable. Cette opération élimine les
shlammes inférieures à 40 µm. La surverse est acheminée vers le décanteur tandis que la
souverse rejoint les attritionneurs.
Attritionneurs : Les attritionneurs sont alimentés par la souverse des batteries d’hydrocyclones BH2 avec
une concentration de solide de 65%. L’attrition est réalisée par les particules solides frottant
les unes contre les autres. Cette opération a pour but principal d’éliminer les impuretés de
surface et par conséquence libérer les grains phosphatés de leurs exoguangue silicatés et
carbonatés. L’action est en générale répétée dans des cellules d’attrition chacune munie d’un
rotor actionné par un moteur.
Chaque agitateur des cellules a trois étages de lames inclinées format des hélices de pas
contrariés. Cela renverse la pulpe violemment et produit une turbulence contrôlée qui est
nécessaire à une attrition efficace.
Pour améliorer l’effet de l’attrition, la pulpe passe directement d’une cellule à la suivante
(augmenter le temps de séjour) avec possibilité d’alimenter à la première cellule, à la
deuxième ou à la troisième cellule.
Deuxième et troisième déschlammage :
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La quantité des fines résiduelle dans le produit allant vers la flottation revêt une importance
particulière pour la consommation des réactifs et pour la qualité de la séparation par flottation.
Un deschlammage (coupure à 40 um) en deux étapes a été prévu après attrition pour limiter au
maximum la quantité de grains inférieurs à 40 µm dans le produit à flotter.
Les schlamms générés par l'attrition, et de dimensions inférieurs à 40 µm sont éliminées en
deux étapes de cyclonage BH3 et BH4 après passage de la pulpe dans les BP8 et BP9. L'eau
est ajoutée dans les bacs (BP8 et BP9) pour ajuster la densité de la pulpe aux valeurs désirées
pour l'alimentation des hydrocyclones.
Phase de conditionnement:
Le conditionneur est un appareil conçu pour conditionner la pulpe de phosphate, dont la
concentration en solide ne doit pas dépasser 20 % du poids du mélange.
Chaque chaîne de flottation comprend trois conditionneurs repérés CO1, CO2 et CO3.
Conditionneur C1:
La phase de conditionnement est une étape importante pour la préparation des
conditions favorables pour l’adhésion des minerais désirés aux bulles d’air.
La pulpe déschlammée sera diluée au niveau du BP13 pour régler le taux de solide à
20 %. L'alimentation du conditionneur C1 se fait par gravité. A ce niveau se fait l'injection de
l'acide phosphorique à 10% qui rend les grains phosphatés hydrophile.
Conditionneur C2:
L'alimentation de conditionneur C2 se fait par la pompe PP15. L'ajout de l'ester se fixe à
la surface des carbonates afin de les rendre hydrophobes.
Conditionneur C3:
L'alimentation du conditionneur C3 se fait par gravité. A l’alimentation se fait aussi
l'injection de l’ester par contre l’injection de l'amine se fait au niveau de la goulotte
d’alimentation des cellules de flottation qui permet de collecter les carbonates et les rendre
hydrophobes.
Phase de flottation :
A la fin de la phase de conditionnement, la surface des particules que l'on désire séparer
est devenue hydrophobe. La pulpe ainsi conditionnée est alors introduite dans des cellules de
flottation munies d'agitateurs, ce qui permet de réaliser une flottation différentielle.
Les bulles d'air dont le débit est contrôlé, et en présence de l'agitation et d'un agent
moussant, vont se fixer sur les particules dont la surface est hydrophobe. Sous l'action de la
poussée d'Archimède résultante, l'ensemble particules et bulles flottent à la surface des
cellules. Suivant la quantité et le type de collecteur, elle se forme une écume dynamiquement
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stable à la partie supérieure des cellules de flottation, dans lesquelles vont se rassembler les
particules flottées.
L'écume doit être soumise à des turbulences assez faibles, de manière à ne pas remettre
en suspension des particules qui ont déjà été collectées par les bulles d'air. L'extraction des
mousses se fait par débordement.
La cuve circulaire comprend deux goulottes de mousse internes et des connexions inter-
cellulaires ; ces goulottes déchargent la mousse sur un seul coté de la cellule.
Circuit de flottation :
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III-décantation :
Le traitement du minerai de phosphate par lavage et flottation consomme une grande
quantité d’eau, pour régler ce problème et éviter des grandes pertes en eau, la laverie est
équipée d’un système de recyclage des eaux par décantation.
La décantation est une technique de séparation solide – liquide des particules solides
non décantables naturellement. Elle est basée sur le phénomène de la sédimentation des
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particules solides en suspension sous l’effet de la pesanteur. Par l’ajout d’un floculant
permettant d’augmenter la vitesse de décantation des particules et par conséquence la
récupération d’une eau claire.
1-Principe d’un décanteur :
La décantation au niveau d’un décanteur fait appel à la sédimentation des particules
solides dans un liquide sous l’action de la pesanteur. L’injection de la pulpe et du
floculant s’effectue au dôme. Les gros grains se décantent rapidement par contre les
fines restent en suspension et seront agglomérées formant ainsi par la suite des flocs qui
se décantent rapidement.
Les boues sont extraites du bas du décanteur tandis que l’eau claire est débordée par
un trop plain au niveau du décanteur. Il y a deux régions distinctes :
Zone de décantation : les particules se décantent avec une vitesse de
sédimentation approximativement constante.
Zone de compression : il y a une réduction de la vitesse de sédimentation quand
cette dernière passe en zone de compression. En effet en se rapprochant du fond
du décanteur la vitesse de chute et le mouvement des particules diminuent.
Il se forme alors dans le fond du décanteur une zone de concentration supérieure
à celle voisine de l’interface. Cette zone correspond à l’épaississement des
boues.
2-Description du décanteur de la laverie :
C’est un grand bassin circulaire de capacité de 50000 m3, dont le fond est conique.
Il est muni d’un mécanisme de raclage animé d’un mouvement rotatif lent qui entraîne
vers le centre du système les boues sédimentées. Les boues récupérées sont évacuées par
trois orifices de décharge sans créer de turbulence. L’eau claire déborde vers un bassin
pour le recycle.
La figure suivante représente les différents flux entrant et sortant du décanteur :
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3-Les bassins d’épandage des boues :
Les soutirées du décanteur sont envoyées vers les digues où on a une décantation
naturelle.
L’eau récupérée est recyclée à l’aide de deux pompes une de six pouces et une autre de
dix pouces vers le bassin d’alimentation de l’usine.
Les boues de lavage Les boues de flottation
Décanteur
L’eau débordée Les boues
Les bassins d’épandage
des boues Bassin 4000m3
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Troisième partie : les outils de chodromener
1. Meuleuse :
Une meuleuse est un outil électrique entraînant en rotation
une meule pour tronçonner, ébavurer, meuler une soudure, surfacer une pièce dans divers
matériaux (métal, pierre, béton, etc.).
2. Cisaille
Une cisaille est un outil proche du ciseau, mais plus grand pour couper des matériaux comme des
branches de bois ou une plaque de fer..
3. cintreuse
Une cintreuse permet le cintrage de pièces métalliques afin de leur donner des formes arrondies.
Il existe plusieurs types de cintreuses suivant s'il s'agit de tôles ou de profilés.
Cintrage sur tôle:
L'opération de cintrage sur tôle va nous donner par exemple les citernes et les cuves.
On trouve essentiellement 2 types de rouleuses :
les rouleuses de type pyramidale (ne permet pas l'amorçage des extrémités) les rouleuses de type planeur (permet l'amorçage d'une ou plusieurs extrémités Plieuse
Une plieuse est une machine de façonnage utilisée en imprimerie et permettant de réaliser
différentes pliures.
Les principaux organes d'une plieuse sont les cylindres, les poches et les couteaux dans le cas
de la plieuse mixte. Les plieuses comportent un système d'entraînement mécanique et
pneumatique de la feuille.
4. Perceuse
Une perceuse est une machine qui sert à percer des trous dans toutes sortes de matériaux.On
parle de chignole ou de vilebrequin pour désigner une perceuse à main. Aujourd'hui, la quasi-
totalité des perceuses sont équipées de moteurs électriques ou pneumatiques. On distingue les
perceuses portatives et les machines-outils utilisées dans les ateliers d'usinage, comme les
perforateurs
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La perceuse à colonne
Perceuses à colonne
Une perceuse à colonne est une perceuse d'atelier fixée sur un bâti ou un établi.
Elle permet des perçages précis et importants (diamètres pouvant aller à 20 ou
30 millimètres dans l'acier ordinaire).
Le moteur électrique, de quelques centaines de watts, fait tourner une broche par
l'intermédiaire d'une boîte de vitesse (souvent à courroies). Le mandrin (ou le
foret à queue conique) est fixé à l'extrémité de cette broche qui peut coulisser
verticalement lorsque l'opérateur manœuvre un volant ou un levier. La pièce à
percer est maintenue fermement dans un étau fixé lui-même sur une table
coulissant le long de la colonne supportant le moteur.
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La perceuse radiale
C'est une machine-outil semblable à une machine à colonne mais dont la broche
est montée sur un chariot coulissant le long d'un bras pouvant pivoter avec la
colonne comme axe.
Elle peut être munie d'une tête inclinable permettant de percer selon des axes
non verticaux.
Sur ce type de machine peuvent être réalisés également des lamages et
des alésages. Pour les nombreuses opérations nécessitant une grande
précision des trous se trouvant dans des positions plus variées on lui préfère
l'aléseuse ou l'aléseuse-fraiseuse.
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La perceuse magnétique
Perceuse à socle magnétique
C'est une machine composée d'un corps de perceuse traditionnelle et d'une
embase magnétique (unélectroaimant) qui permet de fixer cette dernière sur les
pièces que l'on doit percer. Elle s'utilise principalement en charpente métallique.
Cette machine peut travailler avec des forets traditionnels équipée d'un
adaptateur et d'un mandrin. Mais elle est prévue d'origine pour fonctionner avec
des fraises (type trépan). Cette machine doit toujours être utilisée avec
une chaîne de sécurité afin d'éviter les chutes en cas de coupure de courant.
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Lime (usinage)
Une lime est un outil servant à usiner la matière. Une lime travaille par
arrachement de petits morceaux du matériau, le travail s'effectue généralement
en de multiples passages de la lime sur la pièce à usiner.
Il en existe de multiples formes (plate, ronde, carrée, en feuille de sauge, en
pilier) permettant de s'adapter à la forme à obtenir, avec des dessins de la râpe,
plus ou moins grossier et, de formes différentes en fonction du matériaux à
travailler.
En général, une lime est utilisée sur les métaux (des outils) alors qu'une rape
sera utilisée pour le bois. Les tailleurs de pierres calcaires utilisent aussi des
limes directement sur des parties plus dures d'une roche demi-ferme.
Matériaux usinables avec des limes
Bien des matériaux peuvent être travaillés, avec une lime adaptée, bien
évidemment.
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Liste de matériaux (non exhaustive) :
bois ;
métal ;
verre ;
etc.
Utilisation
En fabrication, les limes permettent de peaufiner le travail des machines.
Les serruriers et les ajusteurs utilisent couramment des limes pour effectuer des
travaux d'adaptation des pièces à la demande, surtout lors les opérations
de maintenance (réparation et mise à niveau des équipements).
Types de limes
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Les limes peuvent être classées en trois catégories correspondant à trois types de
travaux :
Dégrossisseuse, elles permettent un travail grossier mais rapide, d'ébauche;
Moyennes, pour effectuer le gros du travail ;
Différentes formes
Elles peuvent être classées aussi par leur forme :
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Râpe semi ronde
Une lime plate est de section rectangulaire avec une hauteur d'environ 1/5 de
la largeur. Seules les faces correspondant aux largeurs sont équipés d'une râpe.
La lime est bâtarde quand elle possède 10 dents/cm
Carrée
Une lime carrée est de section carrée . Toutes les faces sont équipées d'une râpe.
Demi-ronde
Une lime demi-ronde possède une section en arc de cercle, la face courbe
comme la face plate sont équipées de râpes.
Ronde
La section d'une lime ronde est un disque allant en s'amincissant vers l'extrémité
opposée au manche.
Queue de rat
« Queue de rat »
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Quatrième partie : Soudage
Soudage :
Le soudage est un moyen d'assemblage permanent. Il a pour objet d'assurer la
continuité de la matière à assembler. Dans le cas des métaux, cette continuité est
réalisée à l'échelle de l'édifice atomique. En dehors du cas idéal où les forces
intra-atomiques et la diffusion assurent lentement le soudage des pièces
métalliques mises entièrement en contact suivant des surfaces parfaitement
compatibles et exemptes de toute pollution, il est nécessaire de faire intervenir
une énergie d'activation pour réaliser rapidement la continuité recherchée.
L'opération peut être appliquée aux métaux ainsi qu'aux thermoplastiques et
au bois . Le soudage permet d'obtenir une continuité de la nature des matériaux
assemblés : matériau métallique, matière plastique, etc.. De ce fait, les
techniques d'assemblage mécaniques (rivetage, boulonnage, agrafage...)
ou par adhésion (collage), ainsi que les techniques de brasage ne répondent pas à
la définition du soudage.
Le soudeur à l'arc, au MIG ou au TIG doit être totalement protégé (masque,
gant), la lumière produite lors de l'arc étant tellement intense qu'elle provoque
des brûlures de la peau et de la rétine. La lumière bleue produite par l'arc est
aussi puissante que la lumière du soleil et provoque des effets similaires sur le
corps humain (coup de soleil, brûlure de la rétine). Cependant, la peau et la
rétine se régénèrent : douleur et marque disparaissent « rapidement ».
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Soudage oxyacétylénique ou soudage oxy-gaz
(procédé 311 selon l'ISO 4063)
L'énergie thermique est générée par l'oxycombustion du mélange oxygène-
acétylène. Le métal d'apport est en général amené sous forme de baguette. Le
chalumeau présenté sur la photo fonctionne à l'essence et non à l'acétylène.
Ci dessous un poste à souder oxy-gaz.
Soudage électrique par résistance
(ou par points, ou à la molette, ou PSE, ou PSR procédé 2 selon l'ISO 4063)
Le soudage est réalisé par la combinaison d'une forte intensité électrique et d'une
pression ponctuelle. Ce procédé ne nécessite pas d'apport extérieur. L'intensité
électrique chauffe la matière jusqu'à la fusion. La pression maintient le contact
entre l'électrode et l'assemblage.
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Pour souder, une pince plaque l'assemblage avec des embouts, ou des
électrodes en cuivre, matière bonne conductrice de l'électricité et de la
chaleur, ce qui permet de moins chauffer la zone de contact avec cette
pince et d'en éviter la fusion, qui se trouve limitée à la zone de contact
entre les deux feuilles à souder. Cette technique est donc dépendante
de la résistivité (résistance électrique) des matières, de l'épaisseur
totale de l'assemblage et du diamètre des électrodes. Ce procédé est
majoritairement utilisé dans l'assemblage de tôle d'acier de faible
épaisseur (< 6 mm). Cette technique bénéficie d'un savoir-faire très
important et d'une productivité incomparable (dans le domaine
d'application). Pour exemple, une caisse automobile est assemblée à
plus de 80 % par des points soudés.
Il peut s'agir également d'un soudage par bossages1, sur des pièces
ayant subi au préalable un emboutissement.
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Soudage à l'arc électrique avec électrodes enrobées
La température de soudage est générée par l'arc électrique entre deux
électrodes que constituent la pièce à souder et la baguette de métal
d'apport où le métal fondu est protégé par un laitier.
Problématiques du soudage
Les résidus de soudage sont appelés « projections » ou « gratons » (petits picots
qui restent collés au métal..)
Le soudage présente trois grandes familles de problématiques :
Opératoire (Mise au point du mode opératoire de soudage),
Globale (la soudure tient, ça casse ailleurs), et
métallurgiques (cas du soudage de l'acier à 9% Ni en homogène).
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Métallurgie du soudage
L'opération de soudage occasionne de par son apport énergétique et parfois par
l'apport de métal des modifications métallurgiques au niveau du joint soudé. Ces
modifications vont affecter les microstructures de la zone fondue et des zones
affectées thermiquement.
De fait, le joint soudé est soumis à diverses problématiques résultant de ces
modifications :
Fragilisation par l'hydrogène : phénomène de fissuration à froid
Apparition de fissuration à chaud (liquation) en cours de solidification :
retassures, fissuration intergranulaire
Tenue à la corrosion différente du métal de base : essentiellement due aux
phénomènes de ségrégation
Ces problématiques concernent aussi bien la zone fondue (qui est passée à
l'état liquide au cours de l'opération de soudage) que la zone affectée
thermiquement. La zone affectée thermiquement appelée ZAT est le siège de
modifications métallurgiques du métal de base qui peuvent induire des
fragilités, des baisses de résistance mécanique, des manques de ductilité ...
Ces modifications dépendent du matériau soudé, du procédé utilisé, du mode
opératoire suivi ...
Exemples :
Dans les aciers C-Mn faiblement alliés la ZAT est le siège d'une
augmentation des propriétés mécaniques (Re, Rm) et de chute de ductilité.
Dans les aciers thermomécaniques à très haute limite élastique Re
> 690 MPa, on peut trouver dans certaines parties de la ZAT un phénomène
d'adoucissement qui efface les effets du laminage thermomécanique et qui
diminue la limite élastique et la limite à la rupture.
Un alliage d'aluminium de la série 5000 soudé bout à bout présente
toujours une baisse de propriétés mécaniques en ZAT.
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Un acier inoxydable austénitique du type 304 L soudé présente souvent une
diminution de sa tenue à la corrosion au niveau de la soudure.
Les alliages de Titane sont très sensibles aux phénomènes d'oxydation
pendant l'opération de soudage, qui peut faire chuter de manière drastique
les propriétés mécaniques du joint soudé.
Tenue mécanique d'un joint soudé
Les modifications métallurgiques influent sur la tenue mécanique du joint soudé.
Aussi faut-il s'assurer d'obtenir une tenue mécanique suffisante, et tenir compte
des soudures dans le calcul et le dimensionnement des pièces.
L'opération de soudage engendre de plus la création de contraintes résiduelles
dues au retrait créé par l'opération de soudage sur les pièces. La tenue à la
fatigue des assemblages soudés est une problématique
fondamentale dans la conception des appareils soudés. Les défauts
géométriques des cordons de soudures jouent un grand rôle dans la tenue à la
fatigue des assemblages soudés.
Défauts de soudure
Fragilité produite par la ségrégation
Le soudage implique généralement de chauffer localement le métal, il s'agit
d'un traitement thermique local. Il y a donc une modification locale de la
microstructure et de l’état métallurgique de la zone du métal affectée par le
chauffage (ZAT : zone affectée thermiquement). En effet, le cycle de
température inhérent au soudage perturbe les conditions d'équilibres et les
propriétés telles qu'elle existaient à la livraison du matériau.
Le chauffage active un certain nombre de mécanismes, dont notamment
la diffusion des atomes. Il se produit donc un phénomène appelé
« ségrégation » : le métal n'étant pas pur, les atomes étrangers (impuretés,
éléments d'alliage) migrent vers les joints de grain.
Ceci peut entraîner une fragilisation des joints de grain, et donc faciliter
la rupture fragile inter granulaire. Pour éviter ce problème, on effectue parfois
un recuit de mise en solution voire, selon les cas, une hypertrempe de la pièce
(cas de certains aciers inoxydables).
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Corrosion au cordon de soudure
La soudure est la juxtaposition de deux métaux différents. On peut donc avoir
un phénomène de corrosion galvanique. Ce défaut peut se présenter dans le
cas du soudage hétérogène d'un assemblage mal conçu, sous réserve de la
présence d'un électrolyte. De plus, on peut également voir apparaître un
phénomène de corrosion inter-faciale comme cela peut être rencontré lors de
la ségrégation du Bore aux joints de grains dans les bases Nickel ou
lors de la ségrégation du Carbone aux joints de grains dans les aciers
inoxydables.
Porosités
Il s'agit de défauts sphériques creux qui peuvent être ou non débouchant. Elles
sont causée par les courants d'air, le manque de gaz, l'obstruction de la buse, un
mauvais angle de soudage, de l'eau ou des impuretés dans le joint à souder...
Soufflures
Ce terme désigne un groupe de porosités non débouchantes. Quand elles sont
allongées, on parle de soufflures vermiculaires. Si elles sont débouchantes, on
parle alors de piqûres.
Inclusions
Elles désignent un composé étranger à la soudure et peuvent contenir
du tungstène (Cas du Soudage TIG) ou du laitier (Soudage à l'électrode enrobée
ou baguette ) ou encore des oxydes.
Retassures
Suite à un retrait du métal lors de son refroidissement, l'espace vide formé
apparaît visuellement à la surface du cordon, ainsi qu'à l'intérieur du cordon.
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Criques de solidification
Même défaut que les retassures sauf que le défaut est non apparent. La crique de
solidification est un défaut de fonderie.
Excès de pénétration
Métal débordant du côté envers du cordon.
Collage ou manque de pénétration
Le métal de base n'est pas fondu, ce qui diminue la section efficace de la
soudure. On distingue le collage noir où l'interface entre le métal de base et la
soudure est vide (par contrôle radiographique apparaît une tache sombre sur les
clichés) et le collage blanc, où l'interface est cette fois-ci comblée par des
oxydes fondus ( cette variété est indécelable par contrôle radio).
Fissures
On distingue :
La fissuration à froid causée par des contraintes mécaniques résiduelles
importantes, une présence d'hydrogène dissous et une phase fragile,
La fissuration à chaud (ou plus exactement liquation) créée par la
ségrégation dans le joint d'un eutectique à bas point de fusion par exemple
et,
Arrachement lamellaire (inclusions allongées dans le même sens que le sens
de laminage de la tôle) au sein du métal (défaut rare qui n'existe presque
plus chez les aciéristes qui fabriquent des aciers propres exempt d'inclusion
genre « MnS »),
En ce qui concerne les aciers au chrome ou des aciers inoxydables, la
formation de carbures de chrome cr23c6 qui précipitent au niveau des joints
de grains rendant ainsi les zones appauvries en chrome propice au
développement d'une corrosion inter-granulaire (le chrome pompé par le
carbone n'assure plus son rôle en résistance à la corrosion).
Morsures
Défaut où le métal de base est « creusé » sur une partie du cordon.
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Caniveaux
Un caniveau est une morsure de grande taille proportionnellement à la grandeur
du métal de base due à une trop grande chaleur du métal d 'apport par rapport à
l'épaisseur ou la densité du métal qui reçoit.(voir mauvais paramètre de la
machine à souder). Petit creux de chaque côté de la soudure.
Pollution ferreuse
La pollution ferreuse est une corrosion des aciers inoxydables causée par la
destruction de la couche de passivation et activée par la présence de fer. Elle
résulte généralement de l'utilisation d'outils métalliques (brosse, cisaille, etc.),
après usinage et mise en forme, ou est la conséquence des projections de métal
fondu lors d'opérations de soudage.
Défauts géométriques
Ces défauts peuvent être des défauts d'alignement entre les pièces, un cordon
trop bombé...
Impacts sur la santé
Les rayonnements de l'arc électrique sont dangereux pour la peau et, s'ils ne
sont protégés par des verres à l'indice protane appropriés les yeux. Les rayons
ultraviolet provoquent les "coups d'arc", comparables aux coups de
soleil,caractérisés par des brûlures pouvant atteindre le troisième degré et les
rayonnement infrarouge l'opacité du cristallin (cuisson de l'oeil à froid). Le
soudeur est aussi exposé à de l'ozone, à des oxydes d'azote et à l'inhalation de
fumées de soudage (vapeurs métalliques, micro et nanoparticules de métal) qui
provoquent de sérieux trouble de la santé si les moyens de ventilation et
d'aspiration des fumées ne sont pas mis en place. Ces métaux pénètrent
les poumons et peuvent passer dans le sang. On a récemment constaté])
qu'elles pouvaient aussi affecter le système olfactif ; dans une étude faite par
des chercheurs de l’université de Pennsylvanie publiée début 2008 dans la
revue américaine Neurology, lors d'un test de
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reconnaissance des odeurs, 88 % de 43 soudeurs (employés à la maintenance des
ponts de la région de San Francisco) ont obtenu des scores très inférieurs à ceux
des sujets « témoin ». 7 % avaient même totalement perdu leur odorat. Près de
50 % des salariés testés n'avaient pas même remarqué qu'ils avaient perdu une
partie de leur capacité olfactive, bien que celle-ci soit aussi souvent
accompagnée d'une perte du sens du goût. Ceci est un danger supplémentaire
pour des professionnels qui ne réagissent plus (ou mal) à l'odeur des incendies,
émanations de fumée, moisissures ou fuite de gaz ou de polluants toxiques.
Après l’ingestion d’un produit toxique, ou après l'inhalation de fumées dégagées
pendant une opération de soudage, il a pu être conseillé, dans le passé, de boire
du lait. Cette pratique est fortement déconseillée car elle aggrave les choses
comme, par exemple, de faire descendre dans l'estomac les éventuels dépôts
toxiques présents sur les muqueuses. En cas d'ingestion ou de d'inhalation de
produits ou de fumées toxiques il ne faut pas boire de lait ou d’eau. En cas de
symptômes graves il faut appeler le centre antipoison le plus proche.
Le soudage électrique par résistance ou soudage par points ou à la
molette :
Le soudage est réalisé par la combinaison d'une forte intensité électrique
et d'une pression ponctuelle. Ce procédé ne nécessite pas d'apport
extérieur.
Le soudage a l’arc électrique :
La température de soudage est générée par l'arc électrique entre deux
électrodes que constituent la pièce à souder. L’apport de métal est souvent
sous forme de baguettes.
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Ci-dessous la photo de baguettes de soudure à l'arc (appelées électrodes) :
Ci-dessous les photos d'un poste à souder à l'arc :
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La pince pour tenir les électrodes :
La pince de masse :
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Matériel de protection :
Le soudage reste une technique dangereuse pour de nombreuses parties du corps c'est pourquoi il TRÈS
IMPORTANT de se protéger efficacement !
Les yeux et la tête : La soudure provoque des étincelles ainsi qu'une lumière très intense aveuglante c'est pourquoi il vous faut vous
protéger le visage avec un masque de protection prévu à cet effet.
Ces masques protègent le visage entièrement et
possèdent un écran anti-éblouissement afin de protéger la vue du soudeur.
Ci-dessous la photo d'un masque de protection :
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Préférez des masques de protection indéformables à la chaleur.
Il en existe plusieurs types : pivotants (en bleu) et à main (noir).
Ci dessous un masque automatique avec cellules photovoltaïques qui s'éteind
selon s'il y a un arc ou pas (très cher ==> 90 €environ) :
Voici les verres de protection (faites pas comme moi, les pétaient pas en
enlevant la notice ) :
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Les mains
Vos mains sont avant tout les parties les plus exposées à la chaleur ainsi qu'aux
brûlures. En effet lorsque vous soudez, la pièce peut atteindre des tempéatures
allant jusqu'à 500°C voir plus lors de soudures au chalumeau.
Ci dessous la photos de gants anti-chaleur :
Le corps
Les projections d'étincelles peuvent à tout moment venir vous brûler la peau
voir même mettre le feu à vos vêtements. Il existe des couvertures anti-feu
ainsi que des combinaisons de protections.
Préférez le port de vêtements en coton lorsque vous soudez car ils sont
difficilement inflammables.
Ci dessous la photo d'une couverture anti-feu :
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Partie : les taches effectues
Photos des taches effectuées en stage :
