A13.Control Du Soudage

5/10/2018 A13.Control Du Soudage - slidepdf.com

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SOUDAGE ET CONTROLE

4.1

Rédacteur : Monsieur DARDEVETRévision : 1 de 1996TRAN 96.1

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CONCEPTION CONSTRUCTION ET EXPLOITATION

DES RESEAUX DE TRANSPORT DE GAZ

SOUDAGE ET CONTROLE

I LES PROCEDES DE SOUDAGE.............................................................................................5

1) GENERALITES ...........................................................................................................5

2) SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE A L'ELECTRODE ENROBEE ......................5

2.1. Principe du procédé ......................................................................................................5

2.2. Caractéristiques de l'arc et d'un poste de soudage ........................................................6

2.3 Les électrodes ...............................................................................................................6

2.3.1 Propriétés générales ........................................................................................................ 6

2.3.1.1 Stabilité électrique de l'arc ................................................................................. 7

2.3.1.2 Protection du métal en fusion ............................................................................ 7

2.3.1.3 Apport d'éléments .............................................................................................. 7

2.3.2 Types d'électrodes........................................................................................................... 7

2.3.2.1 - Electrodes à enrobage cellulosique.................................................................. 7

2.3.2.2 Electrodes à enrobage basique........................................................................... 8

2.3.2.3 Electrodes à enrobage rutile............................................................................... 9

3) SOUDAGE A L'ARC AVEC FIL ................................................................................9

3.1 Soudage à l'arc avec fil sous protection gazeuse ..........................................................9

3.1.1 Postes de soudage.......................................................................................................... 103.1.2 Fil d'apport et gaz de protection .................................................................................... 10

3.2 Soudage à l'arc avec fil fourré sans gaz......................................................................10

3.3 Soudage automatique..................................................................................................10

4) SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODE REFRACTAIRE

SOUS GAZ INERTE..................................................................................................11

4.1 Principe.......................................................................................................................11

4.2 Torches de Soudage - Electrodes réfractaires.............................................................11

4.3 Gaz de protection - Métaux d'apport ..........................................................................11

4.4 Automatisation............................................................................................................11

II SOUDABILITE DES ACIERS ..............................................................................................13

1) PHENOMENES THERMIQUES EFFETS METALLURGIQUES ..........................13

1.1 Echauffement en phase solide ....................................................................................13

1.2. Fusion .........................................................................................................................13

1.3. Refroidissement ..........................................................................................................13

2) PHENOMENES THERMIQUES EFFETS MECANIQUES ....................................14

3) CRITERES DE SOUDABILITE................................................................................15

3.1 Soudures sensibles à la fissuration à chaud ................................................................153.1.1 Description et causes provoquant ce défaut .................................................................. 15

3.1.2 Types de fissure ............................................................................................................ 15



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3.1.3 Essais pour juger la sensibilité à la fissuration à chaud ................................................ 15

3.1.4 Remèdes pour éviter la fissuration à chaud................................................................... 16

3.2 Soudures sensibles à la corrosion fissurante par l'hydrogène.....................................16

3.2.1 Description et causes provoquant ce défaut .................................................................. 16

3.2.2 Essais pour juger la sensibilité à la corrosion fissurante par l'hydrogène ..................... 17

3.2.3 Remèdes ........................................................................................................................ 17

3.3 Soudures sensibles à l'arrachement lamellaire............................................................18


3.3.2 Essais pour juger la sensibilité à l'arrachement lamellaire ............................................ 20

3.3.3 Remèdes ........................................................................................................................ 20

3.3.3.1 Elaboration de l'acier ....................................................................................... 20

3.3.3.2 Classification des aciers résistant à l'arrachement lamellaire .......................... 21

3.3.3.3 Modes opératoires de soudage ......................................................................... 21

3.4 Soudures sensibles à la fissuration à froid..................................................................22


3.4.1.1 Contraintes subies par le joint soudé ............................................................... 22

3.4.1.2 Présence d'hydrogène introduit lors du soudage .............................................. 22

3.4.1.3 Structures fragiles en zone affectée thermiquement ........................................ 23

3.4.2 Méthodes pour juger la sensibilité à la fissuration à froid ............................................ 23

3.4.2.1 Méthode des "implants"................................................................................... 24

3.4.2.2 Méthode de "la dureté sous cordon" ................................................................ 24

3.4.3 Type de fissures ............................................................................................................ 25

3.4.3.1 Fissures "sous-cordon"..................................................................................... 25

3.4.3.2 Fissures "au raccordement" ou "à la racine" .................................................... 26

3.4.3.3 Fissures "transversales" ................................................................................... 26

3.4.4 Remèdes pour éviter la fissuration à froid .................................................................... 26

3.4.4.1 Réduire les contraintes subies par le joint soudé. ............................................ 26

3.4.4.2 Réduire le taux d'hydrogène introduit dans le métal déposé............................ 27

3.4.4.3 Eviter la formation de structure fragile et fragilisable ..................................... 27

III CONTROLES DES SOUDURES.........................................................................................28

1) GENERALITES .........................................................................................................28

1.1 Les contrôles avant soudure........................................................................................28

1.2 Les contrôles en cours d'exécution .............................................................................28

1.3 Les contrôle après soudure .........................................................................................29

2) CONTROLE PAR RADIOGRAPHIE OU GAMMAGRAPHIE ..............................29

2.1 Principes .....................................................................................................................29

2.2 Création des rayonnements.........................................................................................29

2.2.1 Générateurs de rayons X ............................................................................................... 30

2.2.2 Rayons gamma.............................................................................................................. 30

2.3 Impression du film radiographique.............................................................................32

2.4 Matériels .....................................................................................................................32



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ANNEXES

ANNEXE I LISTE DE SOUDAGE

ANNEXE II SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE ENROBEE

ANNEXE III COURBES CARACTERISTIQUES, D'UN ARC ELECTRIQUE

ANNEXE IV SOUDAGE A L'ARC AVEC FIL

ANNEXE V PROCEDES DE SOUDAGE AUTOMATIQUES

ANNEXE VI SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODE

REFRACTAIRE SOUS GAZ INERTE

ANNEXE VII SOUDAGE AUTOMATIQUE TIG ORBITAL

ANNEXE VIII CYCLE THERMIQUE ET ASPECTS DU JOINT SOUDE

ANNEXE IX COMPARAISON ENTRE LES METHODES DE CONTROLESNON DESTRUCTIFS

ANNEXE X PRINCIPE DU CONTROLE PAR RAYONNEMENTSELECTROMAGNETIQUES

ANNEXE XI PRINCIPE DES GENERATEURS A RAYONS X

ANNEXE XII MATERIELS DE RADIOGRAPHIE



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I LES PROCEDES DE SOUDAGE

1) GENERALITESLes procédés de soudage sont multiples ; le tableau en annexe 1 en donne une liste

limitée aux procédés les plus fréquemment utilisés.

Les assemblages de canalisations de transport de gaz sont préférentiellement effectués

avec les procédés suivants :

- procédé à l'arc électrique à l'électrode enrobée

- procédé à l'arc électrique au fil plein ou fourré

- procédé à l'arc électrique à l'électrode réfractaire, sous atmosphère inerte.

Ces procédés sont décrits dans la suite de ce chapitre.

Le procédé au chalumeau, très utilisé jadis, concerne un domaine d'application restreint

aux faibles diamètres et épaisseurs.

2) SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE A L'ELECTRODE ENROBEE

2.1. PRINCIPE DU PROCEDE

Un arc électrique établi entre une électrode et les bords des pièces à assembler,

provoque leur fusion et crée un bain de métal liquide qui reçoit les gouttes de métal de

l'électrode. (annexe 2)

L'arc électrique résulte du passage d'un courant électrique intense à travers une

atmosphère de gaz ou de vapeur, normalement non-conductrice.

Les électrons circulent de la cathode (pôle négatif) vers l'anode (pôle positif) que

constituent l'extrémité de l'électrode et l'impact de l'arc sur la pièce : la polarité est

choisie selon que l'on désire faciliter la fusion de la pièce ou de l'électrode.

L'atmosphère gazeuse de l'arc, portée à haute température (5 000°C à 8 000°C),

fortement ionisée ne représente qu'une faible part d'énergie calorifique mais irradiesurtout des rayonnements électromagnétiques (lumière visible, ultra violets, ...)

La tâche anodique et surtout la tache cathodique, où se présentent les ions positifs,fournissent ensemble l'essentiel de la chaleur.

La tâche anodique, bombardée par les électrons est par contre à une température plus

haute (3 500°C) que celle de la tâche cathodique (2 400°C).

Cette situation est permanente en courant continu ; elle s'inverse à chaque alternance en

courant alternatif. Le réamorçage s'obtient dans la mesure où l'anode, devenue cathode,reste suffisamment chaude pour devenir émettrice.



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2.2. CARACTERISTIQUES DE L'ARC ET D'UN POSTE DE SOUDAGE

La courbe caractéristique de l'arc, c'est à dire la courbe donnant la différence de

potentiel entre l'électrode et la pièce en fonction de l'intensité de soudage a l'alluredonnée au schéma 1, annexe 3.

La courbe caractéristique d'un poste de soudage est représentée par le schéma 2, annexe3.

Le courant d'alimentation de l'arc est variable, trois paramètres essentielles sont à

considérer :

- la tension à vide Uo du générateur en circuit ouvert (l'arc ne débite pas de courant), il

faut que cette tension Uo soit supérieure à la tension d'amorçage de l'arc.

Suivant les postes, Uo peut varier de 40 à 100 V. Par suite l'intensité doit être déphasée

par rapport à la tension, pour que l'intensité nulle ne corresponde pas à une tension

nulle.

- l'intensité Icc du courant de court-circuitLorsque l'électrode et la pièce sont en contact : l'intensité Icc doit être supportée par le

poste de soudage sans dommage.

- l'intensité Is et la tension Us, lorsque l'arc est établie

Les valeurs moyennes de Is et Us s'obtiennent en cherchant l'intersection des

caractéristiques de l'arc et du poste de soudage.

Comme en soudage manuel, la longueur de l'arc ne peut rester rigoureusement

constante, il est nécessaire qu'à une variation de cette longueur d'arc soit associée une

faible variation de l'intensité ; les postes de soudage à l'arc électrique manuel doivent

donc présenter des courbes caractéristiques décroissantes (ou plongeantes)

2.3 LES ELECTRODES

2.3.1 Propriétés générales

Les électrodes de soudage sont constituées par :

- une âme métallique dont le rôle est de conduire le courant et dont la fusion forme le

métal déposé

- un enrobage concentrique à l'âme dont la composition permet de remplir plusieurs

rôles :

* stabilité électrique de l'arc

* protection du métal en fusion

* apport d'éléments dans le métal déposé.



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2.3.1.1 Stabilité électrique de l'arc

Les gaz émis lors de la fusion de l'enrobage facilitent l'ionisation, donc l'établissement

de l'arc entre l'électrode et la pièce à souder.

Lors du soudage en courant alternatif, cette ionisation permet de stabiliser l'arc malgré

l'annulation de la tension à chaque phase.

2.3.1.2 Protection du métal en fusion

L'atmosphère créée lors de la fusion de l'enrobage isole le métal liquide de l'oxygène et

de l'azote de l'air. Chaque goutte de métal est entourée d'une protection de laitier qui

viendra ensuite surnager sur le bain de fusion en formant une couche protectrice

pendant la solidification, ralentissant le refroidissement et permettant aussi le départ des

gaz occlus.

2.3.1.3 Apport d'éléments

Au cours de la fusion, certains constituants plus volatils ont tendance à disparaître,

comme le silicium, le manganèse, l'enrobage compense alors ces pertes.

De surcroît, l'enrobage fournit des constituants nouveaux (molybdène, nickel...)

Le laitier modifie également la tension superficielle du métal liquide, donnant au cordon

une forme plus ou moins concave.

2.3.2 Types d'électrodes

Les électrodes se définissent par le diamètre de l'âme et la nature chimique de

l'enrobage.

Les diamètres normalisés sont :

1,25 - 1,6 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 mm

Les enrobages les plus utilisés sont :

- l'enrobage cellulosique

- l'enrobage basique

- l'enrobage rutile

2.3.2.1 - Electrodes à enrobage cellulosique

Les électrodes à enrobage cellulosique contiennent des produits volatils (cellulose de

bois ou de coton), des silicates naturels et des ferro-alliages réducteurs. Leur

combustion dégage un volume important de gaz réducteurs qui protègent le bain de

fusion.

Le laitier, peu volumineux, se détache facilement.



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Le métal déposé est affiné mais renferme beaucoup d'hydrogène (teneur généralement

supérieure à 10 ml par 100 g de métal fondu). Toutefois, ces électrodes ne s'étuvent pas

et doivent être conservées dans un local suffisamment humide.

La résilience du métal déposé ainsi que la ductilité du joint sont plus basses que celles

observées pour des électrodes à enrobage basique.

Les électrodes à enrobage cellulosique nécessitent l'emploi de courant continu de façonà obtenir une bonne pénétration de l'arc et une vitesse de fusion élevée, les polarités

conseillées étant les suivantes :

• première passe : polarité négative à électrode

• autres passes : polarité indifférente

Certaines électrodes peuvent cependant être utilisées en courant alternatif.

Une fusibilité et une stabilité d'arc satisfaisantes nécessitent des postes de soudage ayant

des tensions à vide élevées (70 volts environ).

2.3.2.2 Electrodes à enrobage basiqueLes électrodes à enrobage basique sont constituées de carbonates (Ca ou Mg) mélangés

à des produits désoxydants, dénitrurants, (ferro-alliages) et à des fondants (spath

fluor...).

Lorsque leurs enrobages sont parfaitement secs elles procurent des teneurs en

hydrogène basses dans le métal déposé. Celui-ci est pur, à structure fine et exempt

d'inclusions.

La quantité d'hydrogène est inférieure ou égale à 10 ml par 100 g de métal fondu.

Certaines électrodes dites à basse teneur en hydrogène conduisent à une teneur encore

plus basse, inférieure à 5 ml par 100 g de métal fondu.

La résilience et l'allongement sont élevés. La fissibilité à froid ou à chaud est faible.

Le laitier compact, peu abondant est facile à détacher.

Les enrobages basiques sont très hydroscopiques, de telles électrodes humides ne

présentent pas les caractéristiques de basse teneur en hydrogène dans le métal déposé

qui sont précisément celles recherchées par l'emploi de l'enrobage basique.

Il est donc impératif que les conditions de stockage et d'étuvage soient conformes à

celles indiquées par le fabricant.

Les électrodes à enrobage basique peuvent être utilisées en courant alternatif ou en

courant continu où la fusion est meilleure. L'emploi de certaines électrodes est limité au

courant continu.

Les polarités conseillées sont :

- première passe : polarité négative à l'électrode

- autres passes : polarité positive à l'électrode



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Une tension à vide de 50 volts est suffisante sauf en courant alternatif où la tension à

vide du générateur de courant devra toujours être supérieure ou égale à 75 volts.

Les électrodes à enrobage basique s'utilisent principalement en technique dite montante

(le tube est axe horizontal, la progression de soudage va de bas en haut). Les

performances mécaniques du métal déposé sont obtenues au détriment de la maniabilité

(cordon de pénétration moins profond, arc moins stable que pour une électrode à

enrobage cellulosique). Le remède consiste à maintenir un arc court et à limiter lavitesse de soudage, de l'ordre de 0,1 à 0,2 cm/s, au lieu de 0,7 cm/s environ pour une

électrode à enrobage cellulosique en technique dite descendante (progression du

soudage de haut en bas)

2.3.2.3 Electrodes à enrobage rutile

Les électrodes à enrobage rutile contiennent essentiellement de l'oxyde naturel de titane

ainsi que des oxydes de fer, des ferro-alliages et silicates naturels.

Grâce au pouvoir d'ionisation élevé de l'oxyde de titane, ces électrodes sont très

maniables : l'amorçage et la stabilité de l'arc sont plus faciles à assurer.Le laitier visqueux se détache facilement.

Les caractéristiques mécaniques, notamment de résilience et d'allongement, dépendent

de la teneur en ferro-alliages et sont plus faibles que celles obtenues avec les électrodes

à enrobage basique. Leur emploi peut générer des risques d'inclusions, de soufflures

pour toutes les passes.

Ces électrodes peuvent s'employer en courant continu ou alternatif. En courant continu,

la polarité directe est conseillée pour toutes les passes.

Lorsque les enrobages comportent des additions de cellulose, ces électrodes peuvent

aussi s'employer en technique descendante (enrobage rutilo-cellulosique).

Cet enrobage est donc adapté pour le soudage de produits en acier minces, de

caractéristiques moyennes (en tout état de cause nuances inférieures ou égales à TS E

290) de composition chimique soignée (notamment, le taux de soufre doit être inférieur

à 0,03%).

3) SOUDAGE A L'ARC AVEC FIL

3.1 SOUDAGE A L'ARC AVEC FIL SOUS PROTECTION GAZEUSE

L'arc est entretenu entre un fil consommable et les bords de la pièce à souder. Le fil en

fusion et le bain de soudure est protégé de l'oxydation de l'air par un flux de gaz inerte

(le procédé se dénomme alors M.I.G = métal inert gas) ou actif (procédé M.A.G = métal

active gas)

Le déroulement du fil à vitesse constante permet d'alimenter en métal d'apport le bain de

fusion.



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Ces différentes fonctions de protection et d'amenée de métal sont remplies par une

installation qui comprend (cf annexe 4) :

- le générateur de courant continu

- une source de gaz protecteur

- un système de refroidissement à la torche

- le moto-dévideur

- la torche ou pistolet

3.1.1 Postes de soudage

Le poste de soudage utilisé pour ce procédé est à courant continu. Le fil est raccordé au

pôle positif est la pièce à souder au pôle négatif.

La caractéristique doit être plate, ce qui permet une auto-régulation de l'arc : si la

longueur d'arc diminue, par exemple, la tension diminue et l'intensité augmente,

conduisant à une fusion plus rapide du fil, ce qui rétablit la longueur d'arc initial.

3.1.2 Fil d'apport et gaz de protection

On distingue les gaz inertes et les gaz actifs.

Les gaz inertes à base d'argon, pur ou mélangé à l'oxygène, ou d'hélium sont surtout

utilisés pour les métaux légers et les aciers inoxydables.

Les gaz actifs servent au soudage des aciers au carbone ou faiblement alliés (aciers à

tube). Le gaz carbonique, parfois mélangé à l'oxygène, est le gaz actif le plus

fréquemment utilisé. Il permet d'obtenir une pénétration plus importante et augmente la

concavité du cordon.

La composition des fils dépend :

- de la nature des matériaux à souder

- des pertes d'éléments pendant le soudage.

3.2 SOUDAGE A L'ARC AVEC FIL FOURRE SANS GAZ

Le procédé de soudage relève des mêmes principes que ceux décrits au paragraphe 3.1.

Toutefois, le fil plein est remplacé par un fil fourré d'un flux pulvérulent, qui peut être

basique ou rutile.

Ce flux joue le même rôle que l'enrobage extérieur des électrodes et dispense donc del'utilisation d'un gaz protecteur.

3.3 SOUDAGE AUTOMATIQUE

Les procédés à l'arc électrique avec fil (fourré ou plein) sont tels que le taux de fusion

du fil s'ajuste à chaque instant à sa vitesse : ce sont donc des procédés dits semi-automatiques.



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Lorsque la torche ou le pistolet sont guidés par une machine, les procédés sont

complètement automatiques. La torche ou le pistolet se déplacent pour des colliers

s'adoptant à la canalisation.

Les systèmes de commande programmés permettent d'exécuter et d'enchaîner toutes les

opérations nécessaires avec des volumes de paramètres prédéterminés (intensité, vitesse

du fil, vitesse de rotation...)

Les procédés de soudage automatique connaissent un essor dans l'industrie pétrolière ou

gazière.

L'annexe 5 présente plusieurs procédés automatiques, déjà mis en œuvre dans plusieurs

chantiers de pose de canalisation en mer ou sur terre.

4) SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODE REFRACTAIRE SOUS

GAZ INERTE

4.1 PRINCIPE

L'arc est établi entre une électrode non fusible en tungstène et la pièce à souder. (annexe

6)

La chaleur dégagée permet la fusion des bords à assembler et, si besoin est, du métal

d'apport.

L'électrode et le bain de fusion sont protégés de l'oxydation par une atmosphère de gaz

inerte.

4.2 TORCHES DE SOUDAGE - ELECTRODES REFRACTAIRES

L'alimentation en gaz et en courant électrique se fait par une torche.

Les électrodes réfractaires sont en tungstène ou en tungstène thorié (1 à 2% d'oxyde de

thorium), d'où l'abréviation couramment utilisé T.I.G = Tungstène Inerte Gaz.

Les électrodes réfractaires doivent être parfaitement épointées pour que la densité de

courant soit la plus élevée possible.

4.3 GAZ DE PROTECTION - METAUX D'APPORT

L'argon pur, l'hélium ou l'azote hydrogéné sont les gaz les plus fréquemment utilisés.

Hormis la protection du bain de fusion, ces gaz n'ont aucune action bénéfique sur le

métal fondu ; il importe alors que les métaux d'apport fournissent les éléments

nécessaires (désoxydants par exemple).

4.4 AUTOMATISATION

Ce procédé T.I.G peut aussi être utilisé en mode automatique grâce a la mise au point

des têtes de soudage dites orbitales, qui se déplacent le long de la circonférence du tube,

en déposant une ou plusieurs passes de soudure.



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De façon identique aux procédés de soudage automatique avec fil, le procédé T.I.G

automatique requiert des systèmes de commande et préprogrammation des paramètres.

Les expériences de soudage de canalisations de transports sont peu nombreuses.

L'annexe 7 présente un matériel déjà testé.



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II SOUDABILITE DES ACIERS

1) PHENOMENES THERMIQUES EFFETS METALLURGIQUESLe cycle thermique lié au soudage se décompose en 3 stades principaux :

- échauffement en phase solide

- fusion

- refroidissement

1.1 ECHAUFFEMENT EN PHASE SOLIDE

Il se traduit par les transformations métallurgiques suivantes :

- la suppression des états hors d'équilibreLes aciers écrouis subissent une recristallisation, les aciers trempés un revenu ; les

aciers trempés revenus sont sujets aux phénomènes de vieillissement (précipitations de

carbures)

- l'austénisation

Le franchissement d'un point de transformation efface les états antérieurs du métal ; lazone modifiée de façon irréversible est limitée à une bande étroite.

L'austénisation à des températures élevées peut provoquer une surchauffe, c'est-à-dire

un grossissement de grain qui, de façon irréversible, agira ultérieurement sur l'aspect

final de la structure.

1.2. FUSION

Dans le bain de fusion, deux aspects essentiels sont à considérer :

- l'évolution de la composition chimique

- le phénomène de dilution

L'évolution de la composition chimique résulte de la volatisation de certains éléments,

d'oxydation, (formation de soufflures ...) de réactions avec le milieu ambiant (formation

de phosphures de fer, de sulfures...).

La dilution consiste en un mélange du métal de base avec la zone fondue, et entraîne des

variations de composition chimique selon la nature du métal d'apport employé.

1.3. REFROIDISSEMENT

Dans la zone fondue, le refroidissement conduit à une structure de solidification

orientée dans le sens de l'écoulement de la chaleur (dendrites).



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A proximité de la zone fondue, le métal de base est le siège de transformations

structurales qui selon la vitesse de refroidissement et la composition chimique

conduisent à des structures d'équilibre (retour à la structure cristalline du métal de base)

ou hors d'équilibre (apparition de cristaux aux propriétés différentes)

2) PHENOMENES THERMIQUES EFFETS MECANIQUES

Une autre conséquence de l'application de cycles thermiques réside dans les

déformations et les contraintes internes.

Les déformations sont dues à la différence de dilatation entre le métal chaud et le métal

refroidi.

Cette dilatation négative, ou retrait, est directement proportionnel au coefficient de

dilatation du matériau.

L'empêchement du retrait, ou bridage, provoque des contraintes internes.

Le retrait se présente sous deux formes :

- le retrait longitudinal qui engendre des déformations (ou des contraintes) dans l'axe

de la soudure.

- le retrait transversal qui s'exerce perpendiculairement à l'axe de la soudure.

Le retrait longitudinal provoque toujours des contraintes de l'ordre de la limite

d'élasticité du matériau de base.

Les effets du retrait transversal sont plus complexes : ils dépendent de l'écartement des

bords, de l'épaisseur, de la forme du chanfrein, du mode de pointage, du mode de

soudage (fonctionnement, sens d'exécution de chaque passe,...).

3) Aspects du joint soudéLe cycle thermique du soudage entraîne donc des modifications locales de deux sortes :

(annexe 8)

- changement de structure, de composition chimique : ces changements modifient

fondamentalement les propriétés mécaniques

- apparition de contraintes résiduelles.

On peut délimiter alors trois zones :

- la zone fondue

- la zone affectée thermiquement (Z.A.T)

- le métal de base, sans modification



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3) CRITERES DE SOUDABILITE

La recherche de la sécurité dans les constructions soudées a conduit les sidérurgistes et

les utilisateurs à rechercher les conditions d'utilisation optimales des aciers dans le

domaine du soudage.

Un critère de soudabilité a été choisi en tenant compte, dans la mesure du possible, de

tous les facteurs de soudabilité de façon qu'il puisse être jugé par un moyen simple,

rapide et le moins onéreux possible.

Le critère qui a été retenu pour caractériser la soudabilité globale est la sensibilité de la

soudure à un défaut grave d'origine métallurgique :

- fissuration à chaud

- fissuration au réchauffage

- corrosion fissurante par l'hydrogène

- arrachement lamellaire- fissuration à froid

3.1 SOUDURES SENSIBLES A LA FISSURATION A CHAUD

3.1.1 Description et causes provoquant ce défaut

La fissuration à chaud est associée généralement à la présence ou à la formation d'une

phase fusible favorisant la décohésion intergranulaire sous l'influence du soufre et du

phosphore notamment.

La fissuration à chaud se forme généralement dans le métal fondu sous l'effet de

contraintes importantes au moment où le métal est encore très chaud. (rôle important de

la composition chimique et de la capacité insuffisante d'allongement à chaud du métal

fondu).

3.1.2 Types de fissure

- fissures longitudinales

- fissures transversales

- fissures à la racine ou à un défaut d'entaille

- fissures dans le cratère terminal d'un cordon de soudure.

3.1.3 Essais pour juger la sensibilité à la fissuration à chaud

Il existe plusieurs essais permettant de juger la sensibilité d'une soudure à la fissurationà chaud.



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Parmi ceux-ci on retiendra l'essai BOEKHOLT qui consiste à déterminer la présence ou

l'absence de fissurations dans le métal déposé lorsqu'on modifie les paramètres de

soudage. Les résultats sont exprimés par une courbe limite de non-fissuration dans un

diagramme. Cette courbe est tracée en fonction de l'énergie calorifique linéique dissipée

par l'arc (kj/cm) et la vitesse de soudage ou vitesse de dépôt du cordon de soudure

(cm/min).

3.1.4 Remèdes pour éviter la fissuration à chaud

Il faut agir soit sur la composition chimique du métal, soit sur le mode opératoire desoudage.

- composition chimique

pour le soudage à l'arc avec électrode enrobée, les conditions suivantes doivent être

remplies :

S < 0,04%

P < 0,04%

C < 0,13%

S

Mn> 20 S

Le nickel peut provoquer la fissuration à chaud en présence du soufre, mais pour des

teneurs ne dépassant pas 1,5%, il semble qu'il n'y ait aucune raison de limiter la teneur

maximale en soufre à une valeur inférieure à 0,04%.

- mode opératoire de soudage

• Choisir un produit d'apport bien adapté. L'électrode à enrobage basique réduit le

risque de fissuration à chaud.• Obtenir une bonne configuration du cordon de soudure (éviter les cordons trop étroits

par rapport aux dimensions de la pièce).

• Eviter une vitesse excessive de soudage et des séquences de soudage provoquant

l'accumulation des déformations dues au retrait.

• Obtenir un bain de fusion dont le rapport longueur/profondeur ait une valeur

suffisamment élevée (par exemple 0,7).

3.2 SOUDURES SENSIBLES A LA CORROSION FISSURANTE PAR L'HYDROGENE


L'action fragilisante de l'hydrogène en solution dans le métal est marquée par une

réduction sensible de la striction et se manifeste au cours d'une déformation plastique

lente, en particulier quand cette dernière s'applique à un métal déjà chargé en

hydrogène.



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Les soudures peuvent être plus ou moins sensibles à la corrosion fissurante. Cette

sensibilité dépend :

• de la composition chimique du joint soudé,

• de l'état structural du joint soudé,

• du niveau de contraintes subies par le joint soudé.

Les soudures, bout à bout, d'angle et à recouvrement sont concernées par ce défaut,

lorsque il s'agit de soudures d'appareils ou de canalisations contenant un gaz humide

avec présence d'hydrogène sulfuré (H2S)

3.2.2 Essais pour juger la sensibilité à la corrosion fissurante par l'hydrogène

La sensibilité des aciers à la corrosion fissurante diminuant lorsque leur structure

métallurgique se rapproche de l'état d'équilibre physico-chimique, il faut choisir des

essais destructifs permettant de déterminer la structure de la soudure.

Ces essais peuvent être, soit un essai micrographique, soit la mesure de la dureté de la

structure du joint terminé.

3.2.3 Remèdes

Il existe deux moyens pour que la structure de la soudure soit voisine de l'état

d'équilibre physico-chimique:

- traitement thermique du joint soudé

Le joint est soumis au traitement de "normalisation" permettant de produire une

structure aussi voisine que possible de la perlite fine. Ce traitement favorise lerelâchement des contraintes dues à l'opération de soudage et le dégazage de la soudure.

- mode opératoire appropriéLe traitement thermique étant difficile à exécuter sur chantier, on détermine un mode

opératoire permettant d'obtenir une teneur en hydrogène du métal déposé faible

(électrode basique). Les passes successives faisant subir à la passe précédente un

traitement thermique de recuit permettent à la structure finale du joint d'avoir une dureté

maximale inférieure à 250 HV5 sauf pour la dernière passe qui n'est traitée

thermiquement que partiellement.

Une soudure sensible à la corrosion fissurante peut être aussi sensible à la fissuration à

froid. Il faut donc choisir un mode opératoire de soudage qui permette d'éviter les deux

défauts. Celui décrit ci-dessus peut convenir mais en choisissant un couple, énergie

calorifique linéique dissipée par l'arc/température de l'acier juste avant le début de lapremière passe, qui tienne compte de la composition chimique de l'acier et de l'épaisseur

à souder.



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3.3 SOUDURES SENSIBLES A L'ARRACHEMENT LAMELLAIRE


L'arrachement lamellaire est une forme de fissuration qui se présente généralement pour

des joints soudés fortement bridés dont les dimensions sont telles que le matériau estsollicité dans une direction perpendiculaire au plan de laminage. Cette particularité

distingue les arrachements lamellaires des fissures de la zone affectée thermiquement

dues à l'hydrogène étant donné que ces arrachements se présentent souvent dans le

métal de base au-dessous de la zone affectées thermiquement, sous forme de gradins.



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L'arrachement lamellaire est un phénomène mécanique qui se produit généralement

pendant le soudage.

Il est causé par :

- les contraintes subies par la pièce dans le sens perpendiculaire au plan de laminage(sens "travers-court"), principalement les contraintes de retrait.

- la faible ductilité de l'acier dans le sens "travers-court".

L'arrachement lamellaire est influencé par les facteurs suivants :

- nuance de l'acier

- conception des joints

- mode opératoire de soudage

La fissuration à froid peut jouer un rôle d'amorçage du défaut.

a) nuance de l'acier :

La nuance de l'acier dans le sens "travers-court" dépend de l'état inclusionnaire de la

tôle.Les inclusions sont essentiellement des sulfures, oxydes, silicates, aluminates.

b) conception des joints

Les types de joints suivants sont sensibles à l'arrachement lamellaire :

• joint en T avec soudures d'angle

• joint en T avec soudures d'angle complètement pénétrées

• joint avec soudures d'angle extérieur

c) mode opératoire de soudage :

L'arrachement lamellaire est lié directement au mode opératoire de soudage.En particulier, un mauvais choix :

• de la géométrie des bords à souder (effet de bridage)

• des produits d'apport

• des séquences de soudage



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peut entraîner l'occurrence du défaut.

3.3.2 Essais pour juger la sensibilité à l'arrachement lamellaire

Essais sur éprouvettes non soudées

a) Essais de traction

b) Essais de résilience : sur éprouvettes prismatiques à entailles en U ou V à

différentes températures

Essais sur éprouvettes soudées

a) Essais où le soudage intervient comme mode de sollicitation

• Essais de traction

b) Essais où le soudage intervient comme moyen de réalisation d'éprouvettes

sollicitées mécaniquement

• Essais de traction

• Essais de résilience : essais sur éprouvettes prismatiques• Essais de pliage

• Essais d'emboutissage

c) Examens par ultrasons

3.3.3 Remèdes

3.3.3.1 Elaboration de l'acier

Pour éviter l'arrachement lamellaire, il faut que la ductilité de l'acier dans le sens

"travers-court" soit suffisante pour résister aux contraintes, dues notamment au soudage,

que subit l'assemblage. Cette ductilité dépend de l'état inclusionnaire de l'acier, (densité,

répartition et nocivité des inclusions).

Pour obtenir les qualités requises dans le sens "travers-court", le sidérurgiste doit agir

sur l'élaboration de l'acier (désoxydation, désulfuration, déshydrogénation ...) et sur les

conditions de laminage.

a) Additions d'éléments chimiques:

• pour la désoxydation : silicium, aluminium...

• pour la désulfuration de la fonte : sodium (carbonate), calcium (carbure, laitier

synthétique), magnésium (mélange avec du coke, de la chaux)



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• pour la désulfuration de l'acier:

- titane, zirconium

- terres rares : mischmetall (cérium + lanthane...)

Le cérium est l'élément principal et doit être injecté proportionnellement à la

teneur en soufre. On obtient des sulfures et des oxysulfures non

déformables.

- calcium : on obtient des oxysulfures résiduels, indéformables au cours du

laminage. Le calcium disperse les inclusions alumineuses et conduit

actuellement au meilleur résultat.

b) Laminage :

• la coulée continue diminue le corroyage géométrique et métallurgique.

3.3.3.2 Classification des aciers résistant à l'arrachement lamellaire

Une classification de résistance à l'arrachement lamellaire des aciers basée sur la teneur

en soufre et sur la valeur de la striction dans le sens "travers-court" est retenu.

• classe Z A S ≤ 0,008 %

• classe Z B S ≤ 0,008 %

• classe Z C S ≤ 0,006 %

• classe Z D spécification plus sévère

Les aciers de classes Z C et Z D sont utilisés pour des constructions dont le bridage est

très sévère dans le sens travers court. Toutes les classes, de Z A à Z D, sont obtenues

par combinaison appropriée de la désulfuration, du dégazage sous vide, et/ou de

l'addition de terres rares. Il est très important d'assurer la variation minimale des valeursde la striction dans le sens travers-court, relevées en différents endroits de la tôle.

3.3.3.3 Modes opératoires de soudage

a) Géométrie des bords à souder



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b) Produits d'apport

Il ne faut jamais utiliser des électrodes conduisant à un métal d'apport ayant une limite

d'élasticité supérieure à la résistance effective de la tôle.

c) Séquences de soudage

Le risque d'arrachement lamellaire croît avec le nombre de passes.

Le soudage à larges passes contribue à diminuer sensiblement le risque de

déclenchement de ce défaut.

3.4 SOUDURES SENSIBLES A LA FISSURATION A FROID


La fissuration à froid est une véritable cassure sans ramification à caractère

intergranulaire. Elle a lieu généralement vers la fin du refroidissement d'une soudure ouaprès celui-ci.

Elle résulte de la réunion des trois facteurs suivants qui doivent exister simultanément :

- contraintes subies par le joint soudé.

- présence d'hydrogène introduit, lors du soudage dans la zone affectée par la chaleur.

- formation de structures fragiles dans la zone affectée par la chaleur.

3.4.1.1 Contraintes subies par le joint soudé

3.4.1.2 Présence d'hydrogène introduit lors du soudage

L'hydrogène, résultant de la décomposition de la vapeur d'eau dans l'arc électrique sedissout dans le métal fondu pendant l'opération de soudage.

Cet hydrogène ne diffuse pas aisément vers le métal de base (le coefficient de diffusion

dans l'austénite est faible). Il est retenu en sursaturation, laquelle s'accroît lorsque la

température de l'acier s'abaisse.

Les contraintes subies par le joint soudé, les inclusions, les micro-défauts, les entailles

géométriques favorisent le rassemblement de l'hydrogène provenant:

- de l'humidité de l'atmosphère

- des pièces à souder

- du produit d'apport (enrobage des électrodes)



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3.4.1.3 Structures fragiles en zone affectée thermiquement

La dureté est représentative, pour un acier, dans des conditions d'austénisation donnée

de la micro-structure formée. Elle est adoptée pour caractériser la Z.A.T. et elle est

habituellement appelée "dureté sous cordon".

On associe à cette dureté le paramètre de refroidissement comme le refroidissementobéit aux lois de diffusion de la chaleur, le cycle thermique de soudage peut être

caractérisé par un paramètre représentant la vitesse de refroidissement.

Plusieurs paramètres peuvent être adoptés :

• Vitesse moyenne

• Vitesse à température donnée

• Temps de passage entre deux températures

Il est nécessaire qu'à même valeur du paramètre corresponde la même structure c'est-à-

dire la même dureté. Les deux paramètres les plus utilisées, soit le temps écoulé entre

800 et 500°C, soit le temps écoulé entre 700 et 300°C, répondent à cette exigence.En associant dureté sous cordon et paramètre de refroidissement on obtient pour chaque

acier une courbe de dureté - paramètre de refroidissement qui n'est autre que la

présentation sous une forme chiffrée des informations contenues dans le diagramme de

transformation en refroidissement continu.

La figure ci-après donne un exemple de cette courbe. Elle possède certains traits

caractéristiques que l'on retrouve dans pratiquement tous les cas :

- plateau supérieur (t < 10 secondes) où la dureté varie peu (structures martensitiques).

- zone de forte pente correspondant à la traversée du domaine mixte(10s< t< 36s).

- zone de plus faible pente correspondant à des structures ferrite + carbures.

3.4.2 Méthodes pour juger la sensibilité à la fissuration à froid

Deux méthodes existent actuellement pour juger la sensibilité à la fissuration à froid

d'un joint soudé :

• méthode des implants

• méthode de "la dureté sous cordon"



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3.4.2.1 Méthode des "implants"

Cette méthode de simulation consiste à faire des essais de soudage sur "implants" avec

mise sous contraintes de la soudure lorsqu'elle est exécutée mais sa température doit être

suffisamment élevée pour qu'aucun phénomène de fissuration ne puisse prendre

naissance au moment de la mise en charge. Les résultats des essais permettent de

trouver une courbe de fissuration. Cette courbe est tracée en fonction des contraintes

subies par la soudure, du critère de refroidissement et de l'énergie calorifique linéique

dissipée par l'arc. A la courbe de fissuration est associé la courbe de dureté de l'acier.

Les courbes de fissuration sont très dépendantes de la technique et des conditions

d'essais utilisées. Elles sont surtout utiles à titre comparatif entre différentes

microstructures du même acier ou entre les aciers.

3.4.2.2 Méthode de "la dureté sous cordon"

La dureté maximale de la zone affectée par la chaleur, produite par une passe unique,

après la fin de son refroidissement, ne doit pas dépasser une valeur maximalecorrespondant au début de la formation des structures fragiles.

Actuellement le GAZ DE FRANCE prend pour valeur de dureté maximale :

• 350 HV5 (dureté Vickers sous charge de 5 kgf ou 4,9 daN) si la température de la

zone soudée juste avant le début de la 2ème passe est inférieure à 100°C.

• 380 HV5 si cette température est supérieure à 100°C.

Les mesures de dureté sont faites sur une première passe seule (retrait thermique,

manutention, concentration de contraintes plus importants). Tant que la température est

supérieure ou égale à 100°C environ (diffusibilité et solubilité de l'hydrogène favorisées

dans le métal) la fissuration ne se déclenche pas.

L'influence des éléments d'alliages (éléments durcisseurs, stabilisation de la phase

austénite se traduisant par un déplacement vers la droite de la courbe de début de

transformation, diminution de la vitesse de diffusion, formation de carbures...) à conduit

à compléter la clause de limitation de la dureté par la composition chimique.

Les formules les plus souvent utilisées sont :

• Si le taux de carbone est supérieur à 0, 18 %

Ceq = C +6

Mn+

5

VMoCr +++

15

CuNi +

• Si le taux de carbone est inférieur à 0,22 %

Pcm = C +30

SI+

20

CrCuMn +++

60

Ni+

15

Mo+

10

V+ 5B



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Remarque :

Il ne faut pas confondre la mesure de la dureté de la structure de la zone affectée par la

chaleur produite par une passe seule avec celle de la structure d'un joint réalisé avec

plusieurs passes.

Dans le deuxième cas, les passes successives, faisant subir à la passe précédente un

traitement thermique de "recuit" (ré-austénisation de l'acier) sauf pour la dernière passe,permettent à la structure finale du joint soudé d'avoir une dureté inférieure à celle de la

structure du premier cas. Il en est ainsi généralement pour le soudage à l'arc avec

électrode enrobées.

Par contre, pour le soudage automatique avec fil électrode plein sous gaz la dureté de la

structure du joint peut-être élevée (soudage avec de faibles énergies calorifiques) ; il

faut dans ce cas faire subir un traitement thermique au joint pour "adoucir" la structure

(exemple : soudage par le procédé C.R.C Automatic Welding).

La mesure de la dureté de la structure d'un joint effectué avec plusieurs passes peut être

utile si elle est très différente de celle du métal de base. Il faut modifier, dans ce cas, le

mode opératoire de soudage. Certains spécifications ou codes donnent une valeur àrespecter pour cette différence : elle peut être par exemple de 80 HV5 au maximum

avec une dureté maximale de 280 HV5.

3.4.3 Type de fissures

Dans la zone affectée par la chaleur on peut rencontrer quatre types de fissures :

- fissures "sous-cordon"

- fissures "au raccordement" ou "à la racine"

- fissures "transversales"

3.4.3.1 Fissures "sous-cordon"

Elles sont parallèles à la zone de liaison (fissures longitudinales par rapport au cordon

de soudure) et ne débouchent pas nécessairement à la surface des pièces à souder. (Elles

sont du type 1)

Ce type de fissuration est fréquent lorsque la structure de la zone affectée par la chaleur

est franchement martensitique et que la teneur en hydrogène du métal déposé est élevée

(électrodes à enrobages cellulosique et rutile). La simple contrainte développée par le

dépôt du cordon de soudure suffit pour déclencher la fissure.

L'expression "fissure sous-cordon" a été généralisée, à tort à l'ensemble des fissureslongitudinales associées à l'influence de l'hydrogène.



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3.4.3.2 Fissures "au raccordement" ou "à la racine"

Les fissures "au raccordement" sont du type 2.

Les fissures "à la racine" sont du type 3.

L'effet d'entaille intervient dans le déclenchement de ce type de fissuration. Ce

déclenchement se produit avec une faible teneur d'hydrogène du métal déposé et avecdes contraintes transversales par rapport au cordon de soudure relativement élevées.

Ces fissures "longitudinales" ne débouchent pas nécessairement à la surface des pièces

à souder.

3.4.3.3 Fissures "transversales"

Les fissures "transversales" (par rapport au cordon de soudure) sont du type 4 et 5.

- type 4 : les fissures se produisent dans la zone affectée par la chaleur et pour des

aciers très trempants. La teneur en hydrogène du métal déposé et les contraintes

longitudinales interviennent dans le déclenchement du phénomène.

- type 5 : les fissures se produisent dans la zone fondue et pour des contraintes

longitudinales élevées.

3.4.4 Remèdes pour éviter la fissuration à froid

Il faut agir sur les trois facteurs la provoquant

3.4.4.1 Réduire les contraintes subies par le joint soudé.

• concevoir un mode opératoire de soudage permettant de diminuer les contraintes

thermiques (nombre et répartition des soudeurs, séquences de soudage etc.).

• diminuer les effets de bridage lors de la conception des pièces à souder.

• maintenir les tubes en position pendant le soudage de la première passe.



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• supporter les tubes dans de bonnes conditions (cales - engins de levage...).

3.4.4.2 Réduire le taux d'hydrogène introduit dans le métal déposé

• favoriser la diffusion de l'hydrogène en préchauffant les soudures, en maintenant la

température entre passes ou en effectuant éventuellement un traitement thermique

après soudage.

• utiliser des électrodes à bas hydrogène.

3.4.4.3 Eviter la formation de structure fragile et fragilisable

• obtenir une vitesse de refroidissement de la soudure inférieure à la vitesse critique de

trempe de l'acier (choix du couple énergie calorifique linéique dissipée par

l'arc/température initiale du métal de base en début de première passe en fonction de

la composition chimique du métal et de son épaisseur).



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III CONTROLES DES SOUDURES

1) GENERALITESLes contrôles des soudures s'échelonnent sur trois périodes :

• les contrôles avant soudure

• les contrôles en cours d'exécution

• les contrôles après soudure

1.1 LES CONTROLES AVANT SOUDURE

Afin de s'assurer des caractéristiques métallurgiques et mécaniques du métal déposé et

de la zone affectée thermiquement, il est nécessaire de vérifier que l'ensemble desparamètres régissant le soudage conduit effectivement à la qualité attendue.

A cette fin, un mode opératoire préliminaire rassemblant tous les paramètres de soudage

est qualifié. Des essais destructifs permettent de vérifier les caractéristiques

mécaniques ; de surcroît le métal d'apport doit aussi être qualifié à l'issue d'essais

mécaniques réalisés sur des moules.

Enfin, la compétence du soudeur est l'un des facteurs les plus importants. Cette

compétence n'est pas universelle : un soudeur compétent pour mettre en œuvre un

procédé dans des conditions opératoires données peut ne plus l'être pour le même

procédé dans des conditions opératoires différentes : les soudeurs sont donc soumis à

des essais de qualification pour un mode opératoire bien défini.

1.2 LES CONTROLES EN COURS D'EXECUTION

Lorsque les conditions opératoires ont été qualifiées, il importe de vérifier qu'elles sont

observées, notamment :

- la préparation

- l'accostage, le calage des tubes

- les paramètres électriques (intensité ; tension...)



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1.3 LES CONTROLE APRES SOUDURE

Les contrôles après soudure se répartissent en deux familles :

- les contrôles destructifs : des prélèvements de joints soudés peuvent permettre de

s'assurer que le mode opératoire qualifié est appliqué et que les caractéristiques

spécifiées sont obtenues

- les contrôles non-destructifs ; parmi lesquels on peut citer :

• le contrôle radiographique ou gammagraphique

• le contrôle par ultrasons

• le ressuage

• la magnétoscopie

Le tableau en annexe 9 donne une comparaison entre ces différentes méthodes.

La méthode la plus utilisée sur les chantiers de pose de canalisation est le contrôle par

radiographie ou gammagraphie.

2) CONTROLE PAR RADIOGRAPHIE OU GAMMAGRAPHIE

2.1 PRINCIPES

Ce moyen de contrôle est basé sur l'absorption différentielle des rayonnements

électromagnétiques de très courte longueur d'onde dans la matière en fonction de la

densité des milieux traversés (annexe 10). Le rayonnement sortant de la pièce en

impressionnant, soit un film photographique, soit un écran fluorescent donne une imagedes hétérogénéités de la matière examinée. L'image des défauts est la projection de ces

défauts sur le plan du film. Ce procédé donne peu d'informations sur la hauteur des

défauts. De surcroît la densité de l'image du défaut dépend de son épaisseur et un défaut

plan, perpendiculaire au rayonnement, risque de ne pas être décelé. Ce sont lesprincipales limitations de ce type d'examen.

2.2 CREATION DES RAYONNEMENTS

Les rayonnements électromagnétiques utilisés dans le contrôle des matériaux ont leurorigine :

- soit dans l'émission d'un tube à rayons X,

- soit dans le rayonnement spontané d'une source radioactive.

Ces rayonnements utilisés sont de même nature que la lumière ou que les ondes

hertziennes en radiophonie, mais leur longueur d'onde est beaucoup plus petite.



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2.2.1 Générateurs de rayons X

Lorsqu'un faisceau d'électrons émis par le filament d'une cathode est accéléré par un

champ électrique élevé à l'anode, des rayons X sont émis.

La cathode est reliée au pôle négatif d'un générateur du courant continu. L'anode est

constituée par une cible qui, dans le cas des rayonnements industriels, est généralementen tungstène et est reliée au pôle positif du générateur. Un vide très poussé est établi

dans l'ampoule contenant l'anode et la cathode (annexe 11).

La composition du rayonnement émis par l'anode dépend de l'énergie des électrons et de

la nature du métal de l'anode.

Le pouvoir de pénétration étant proportionnel à sa fréquence, la tension appliquée aux

bornes du tube de rayons X est choisie en fonction de l'épaisseur et du coefficient

d'absorption de la matière à radiographier.

Dans le cas de l'acier la relation épaisseur-tension est donnée au tableau suivant :

Pour les épaisseurs supérieures à 100 mm, il est nécessaire de disposer de rayonnements

de très haute énergie, qui ne peuvent être obtenus que par des appareils spéciaux

(accélérateur linéaire...).

2.2.2 Rayons gamma

Certains corps comme le radium émettent spontanément un rayonnement

électromagnétique appelé rayonnement gamma. Il est constitué par un ensemble de

radiations monochromatiques ou raies caractéristiques de l'élément émetteur. La

découverte de la radioactivité artificielle a permis d'obtenir de nouveaux radioéléments

qui sont aujourd'hui couramment utilisés en radiographie industrielle.

Les principaux radioéléments utilisés sont :

- le cobalt 60,

- l'iridium 192,

- le césium 137,

- le thulium 170.



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Une source radioactive est caractérisée par :

- l'énergie de ses raies,

- sa période,

- son activité,

- la dimension de son foyer.

• Energie des raies caractéristiques

Certains radioéléments émettent une série de radiations monochromatiques

caractéristiques de l'élément et dont l'énergie se mesure en mégaélectrons-volts (MeV).

Un électron-volt (eV) est l'énergie prise par un électron soumis à une différence de

potentiel de 1 Volt (1 eV = 1,6. 10-19

joules). Le cobalt, par exemple, émet deux

radiations distinctes, de 1,17 et 1,32 MeV. Par contre l'iridium émet toute une série de

radiations monochromatiques d'énergie comprise entre 0,137 et 0,651 MeV. Le thulium

et le césium n'émettent chacun qu'une radiation: le premier, de 0,084 MeV et le second

de 0,66 Mev.

• La période

C'est le temps au bout duquel l'intensité de la source est réduite de moitié. Elle peut

varier de quelques secondes à plusieurs centaines d'années. Il est évident que, dans le

premier cas, l'utilisation industrielle du radioélément n'est pas possible et qu'une valeuracceptable de la période est nécessaire pour son utilisation en gammagraphie.

• L'activité de la source

L'activité d'une source dont dépend le temps d'exposition s'est mesurée longtemps en

curies. Le curie correspondait à l'activité d'un gramme de radium c'est-à-dire à 3,7.1010

désintégrations par seconde.

• Dimensions de la source

C'est une caractéristique importante dont dépend la finesse des images radiographiques

obtenues. La source se présente sous la forme d'un cylindre de diamètre ∅ et de hauteur

h et est caractérisée par le produit ∅.h. On trouve par exemple des sources de lXl, 2X2,

3X3. L'intensité maximale d'une source dépend de sa dimension, de la puissance du

réacteur dans laquelle elle a été obtenue et du temps d'irradiation.

Il existe une activité spécifique maximale qui correspond à l'excitation de tous lesatomes de la source. C'est l'activité de saturation.

La source est placée dans une capsule scellée appelée "porte-source". Elle est stockée

dans un container ou projecteur en plomb dont l'épaisseur dépend de la puissance de la

source et de sa nature. Un système d'utilisation comprend un dispositif d'éjection du

porte-source permettant de manipuler celui-ci à distance et de le conduire dans sa

position de prise de vue.



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2.3 IMPRESSION DU FILM RADIOGRAPHIQUE

Le film radiographique est le moyen le plus couramment utilisé pour obtenir une image des

hétérogénéités de la structure radiographiée. Il est constitué par une feuille d'acétate de

cellulose mais enduite, contrairement au film photographique, sur ses deux faces, parl'émulsion photosensible composée d'halogénure d'argent dans de la gélatine.

Sous l'effet du rayonnement et des traitements ultérieurs subis par le film, une couche d'argent

se dépose, son importance étant fonction de l'intensité du rayonnement reçu et agissant surl'émulsion.

La valeur d'un contrôle radiographique dépend en grande partie de la qualité des images

obtenues ; celle-ci est acquise par les moyens et méthodes suivantes:

1 - l'emploi d'écrans renforçateurs (écrans fluorescents ou en plomb) qui, sous l'effet du

rayonnement sortant de la pièce, réémettent un rayonnement secondaire renforçateur.

2 - l'augmentation du contraste qui est obtenue notamment par l'utilisation de rayonnements

de grande longueur d'onde, de films très sensibles ou encore d'une densité (c'est-à-dire

d'un degré de noircissement) aussi élevée que possible compte tenu des négatoscopes.

3 - l'amélioration de la définition de l'image qui est très liée au film et au flou géométrique.

Le flou géométrique provient de la projection de l'indication sur le film ; l'amélioration

du flou passe par le choix judicieux de la distance focale

2.4 MATERIELS

Les matériels de radiographie X et γ sont présentés à l'annexe 12.

De grands progrès ont été faits dans la réduction des dimensions des appareils a rayons Xintratubes. De même, le contrôle par rayons X est en cours d'automatisation (radiographie

avec traitement d'image).

Enfin, il faut souligner que les rayonnements X et γ présentent, à certaines doses, des dangers

pour le corps humain.

En conséquence, la mise en œuvre des matériels et des techniques d'irradiation doivent

respecter les imposition réglementaires, notamment celles visant à limiter la dose de

rayonnement.



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Documents

A13.Control Du Soudage