Cours de : Soudage et rechargement - academiepro.com · C’est une erreur d’employer »soudure à l’étain, à l’argent » au lieu de « brasure à l’étain, à l’argent

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Mohamed Cherif Massaada Souk Ahras

Faculté des sciences et de la technologie

Département de Génie Mécanique

Cours de :

Destiné aux étudiants de la deuxième année Master sciences et technique

Option : Maintenance industrielle

Préparé par : Dr TOUALBIA Djamel

EchantillonEchantillon

Soudage et rechargement

PRESENTATION

Présentation

Le présent cours de soudage et rechargement est destiné aux étudiants de la deuxième

année du domaine sciences et techniques préparant un master en maintenance industrielle,

selon le programme de la tutelle.

Le soudage étant un domaine très vaste, et les procédés sont nombreux au point qu’on

ne peut pas tout enseigner pendant un semestre avec une seule séance, alors, on s’est basé sur

la description des différents procédés de soudage à l’arc électrique et un aperçu sur le

rechargement par soudage.

Ce cours est présenté sous six principaux chapitres qui sont :

Généralités sur le soudage

Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées

Soudage à l’arc sous flux

Soudage à l’arc sous protection gazeuse

Contrôle des soudures

Rechargement

Je suis conscient que cette première version de cours mérite d’être revue et améliorée.

Par conséquent, je suis disposé à recevoir toutes critiques ou propositions concernant le

contenu ou la présentation de ce manuscrit.

TOUALBIA Djamel

Département de Génie Mécanique

Faculté des Sciences et de la Technologie

Université Mohamed Cherif Messaadia Souk Ahras

SOMMAIRE PRESENTATION ................................................................................................................................... 2

SOMMAIRE ........................................................................................................................................... 3

I. GENERALITES SUR LE SOUDAGE ................................................................................................ 2

I.1. Définitions :................................................................................................................................... 2

I.2. particularités et avantages du soudage sur les autres assemblages : ............................................. 3

I.3. Eléments communs à tous les procédés de soudage : ................................................................... 3

I.3.1. Source de chaleur : ................................................................................................................. 3

I.3.2. Protection du métal en fusion contre l’oxydation : ................................................................ 4

I.4. Classification générale des procédés de soudage : ........................................................................ 4

I.4.1. Selon l’énergie ....................................................................................................................... 4

I.4.2. Selon l’état du métal à l’endroit du soudage : ........................................................................ 5

I.5. Soudage par fusion ........................................................................................................................ 5

I.6. Zone thermiquement activée : ....................................................................................................... 6

I.7. Soudabilité .................................................................................................................................... 8

I.7.1. Définitions .............................................................................................................................. 8

I.7.2. Facteurs influents la soudabilité ............................................................................................. 9

I.7.3. Carbone équivalent de l'acier ................................................................................................. 9

I.8. Préchauffage................................................................................................................................ 10

I.9. Mécanisme de criquage : ............................................................................................................. 11

I.9.1. Criquage de solidification : .................................................................................................. 12

I.9.2. Criquage de liquation ........................................................................................................... 12

I.9.3. Criquage à froid dû à la présence d’hydrogène .................................................................... 13

I.10. Défauts de soudures .................................................................................................................. 13

Chapitre II : ........................................................................................................................................... 20

SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODES ENRONEES ..................................... 20

II. SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODES ENROBEES ................................. 21

II.1. Généralités : ............................................................................................................................... 21

II.2. Schéma du procédé : .................................................................................................................. 21

II.3. Amorçage de l’arc électrique ..................................................................................................... 22

II.4. Courbe caractéristique de l’arc .................................................................................................. 23

II.5. Postes de soudage ...................................................................................................................... 24

II.5.1. Les postes à courant alternatif ............................................................................................ 24

II.5.2. Les postes à courant continu ............................................................................................... 25

II.5.3. Courbe caractéristique d'un poste ....................................................................................... 25

II.5.4 Autoréglage de l’arc............................................................................................................. 26

II.6. Electrodes enrobées ................................................................................................................... 27

II.6.1. Définition de l'électrode enrobée : ...................................................................................... 27

II.6.2. Rôle de l’enrobage : ............................................................................................................ 27

II.6.3. Différents types d’enrobage : .............................................................................................. 28

II.7 Types de joints soudés ................................................................................................................ 37

II.8 Domaine d’utilisation du SMAW ............................................................................................... 38

II.9 Avantages et inconvénient du procédé SMAW .......................................................................... 38

Chapitre III : .......................................................................................................................................... 39

SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX .................................................................................................... 39

III. SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX .............................................................................................. 40

III.1. Définition: ................................................................................................................................ 40

III.2. Source d’énergie: ...................................................................................................................... 40

III.3. Métal d’apport: ......................................................................................................................... 40

III.4. Elément de protection: .............................................................................................................. 40

III.5. Schéma du procédé : ................................................................................................................. 41

III.6. Mise en œuvre: ......................................................................................................................... 41

III.7. Stabilisation de l’arc: ................................................................................................................ 41

III.8.Domaine d’utilisation : .............................................................................................................. 43

III.9.Avantages et inconvénients : ..................................................................................................... 43

Chapitre IV : .......................................................................................................................................... 44

SOUDAGE A L’ARC SOUS PROTECTION GAZEUSE ................................................................... 44

IV. SOUDAGE A L’ARC SOUS PROTECTION GAZEUSE ............................................................. 45

IV.1 Introduction : ............................................................................................................................. 45

IV.2 Le soudage MIG : ...................................................................................................................... 46

IV.3. Le soudage sous protection gazeuse M.A.G (Metal Actif Gas); ............................................... 48

IV.4. Le soudage sous gaz inerte avec électrode de tungstène TIG (Tungsten Inert Gaz) : .......... 49

Chapitre V : ........................................................................................................................................... 52

CONTROLE DES SOUDURES ........................................................................................................... 52

V. CONTROLE DES SOUDURES ...................................................................................................... 53

V.1. Généralités ................................................................................................................................. 53

V.2. Contrôles avant soudure ............................................................................................................ 53

V.3. Contrôles pendant le soudage .................................................................................................... 53

V. 4. Contrôle après le soudage ......................................................................................................... 54

V.4.1. Essais destructifs ................................................................................................................ 54

V.4.2. Contrôles non-destructifs .................................................................................................... 58

VI. RECHARGEMENT ........................................................................................................................ 60

VI.1 Définition .................................................................................................................................. 60

VI.2 Dépôt par soudage ..................................................................................................................... 60

VI.3 Dépôt par projection .................................................................................................................. 61

VI.3.1 Métallisation ....................................................................................................................... 62

VI.3.2 Plastication ......................................................................................................................... 63

VI.4 Métaux d’apport ........................................................................................................................ 63

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .............................................................................................. 64

Chapitre I : Généralités sur le soudage

Soudage et rechargement 1

Chapitre I :

GENERALITES SUR LE

SOUDAGE



I. GENERALITES SUR LE SOUDAGE

I.1. Définitions : Une soudure est un assemblage par fusion dans lequel les métaux des pièces à

assembler participent directement à la formation du joint soit en atteignant ou en dépassant

localement leurs températures de fusion.

En une brasure les métaux assemblés ne participent qu’indirectement à la formation

du joint, ‘est un autre métal doté d’une température de fusion plus basse qui, fondu en une

seule opération, diffuse dans les surfaces assemblées et assure en se solidifiant une liaison

métallique entre ces derniers. C’est une erreur d’employer »soudure à l’étain, à l’argent » au

lieu de « brasure à l’étain, à l’argent »

Métal de base : métal des pièces à assembler, ces pièces peuvent être en métaux semblables

ou dissemblables.

Métal d’apport : non nécessaire dans tous les cas, c’est le métal que l’on ajoute par fusion au

joint à réaliser ; la masse du métal d’apport ainsi ajouté s’appelle métal déposé.

Bain de fusion : dans les soudures par fusion, le bain est formé de métal de base seul ou du

mélange de métal de base et de métal d’apport à l’état liquide (le métal composant le bain de

fusion prend après solidification le nom de métal fondu et le volume qu’il occupe est nommé

zone fondue).

Zone thermiquement activée (ZAT) : zone ou le métal a été soumis à une température

suffisante pour altérer sa structure et modifier ses propriétés mécaniques.



Zone de liaison : zone marquant la frontière entre la zone fondue et al ZAT, c’est la limite

entre le métal qui à été fondu et s’est solidifié et le métal qui resté solide au cours de

l’opération de soudage.

Pénétration : profondeur sur laquelle s’est étendue la fusion dans le métal de base.

Passe : trajet parcouru le long du joint pour fondre les bords du métal de base.

I.2. particularités et avantages du soudage sur les autres assemblages :

Le soudage est un procédé qui assure la continuité de la matière contrairement à

d’autre techniques d’assemblage des métaux, qu’elles soient mécaniques comme le rivetage

ou le boulonnage, ou chimiques telle que le collage.

Particularités :

Simplicité de réalisation ;

Economie de la matière première ;

Etanchéité ;

Rigidité ;

Durabilité

Modification de la structure (T°)

I.3. Eléments communs à tous les procédés de soudage : Tous les procédés de soudage possèdent deux éléments communs, qui sont la source

de chaleur et la protection du bain de fusion.

I.3.1. Source de chaleur :

La source de chaleur apporte la température et l’énergie nécessaires à la fusion localisée

des pièces à assembler ; elle peut être soit :

a) Une réaction chimique exothermique (qui dégage de la chaleur) exemple soudage

aluminothermique ;

b) La combustion d’un gaz à haut pouvoir calorifique avec de l’oxygène exemple

soudage oxyacétylénique ;

c) Un arc électrique, l’arc électrique est un phénomène électrique qui se produit

lorsqu’on écarte légèrement l’un de l’autre deux conducteurs traversés par un courant

électrique



Figure I.2. Phénomène : arc électrique

Lorsque l’arc se crée, il y a émissions des électrons depuis la cathode, ils frappent

l’anode à grande vitesse et libèrent une grande quantité de chaleur, les électrons assurent le

transport du courant électrique, l’arc est brillant et lumineux.

I.3.2. Protection du métal en fusion contre l’oxydation :

L’oxygène peut être prélevé de l’eau et l’air, sa présence avec les métaux provoquent

leur oxydation, cette oxydation est favorisée par l’augmentation de la température et conduit à

la formation d’oxydes, ces oxydes ne possèdent pas que les métaux alors la protection du bain

de fusion de l’air ambiant devient nécessaire, elle réalisée soit en criant :

a) Un milieu réducteur c'est-à-dire une ambiance qui réagit avec l’oxygène et

empêche que celui-ci ne forme de l’oxyde avec du métal.

b) Un milieu de gaz inerte : on chasse l’air ambiant autour du bain de fusion et on

le remplace par un gaz inerte (un gaz inerte est un gaz qui ne réagit avec aucun

autre corps dans les conditions normales exemple l’argon).

I.4. Classification générale des procédés de soudage : Les procédés de soudage sont classés de deux manières ; en fonction du type d’énergie

mise en œuvre ou de l’état du métal à l’endroit du soudage,

I.4.1. Selon l’énergie

En fonction de la nature de l’énergie mise en œuvre on distingue:

I.4.1.1. Energie thermochimique :

a) Soudage au gaz oxyacétylénique ;

b) Soudage aluminothermique.

I.4.1.2. Energie thermoélectrique :

I.4.1.2.1. Arc électrique :

a) Soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée

b) Soudage à l’arc sous flux



c) Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire (TIG)

d) Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode fusible (MIG et MAG)

e) Soudage en plasma

f) Soudage à l’hydrogène

g) Soudage à l’arc tournant.

I.4.1.2.2. Résistance électrique :

a) Soudage par point

b) Soudage à la molette

c) Soudage en bout par résistance pure

d) Soudage par induction

I.4.1.3. Energie mécanique :

a) Soudage par friction

b) Soudage aux ultrasons

c) Soudage par pression

I.4.1.4. Energie focalisée :

a) Soudage par bombardement électronique

b) Soudage par Laser

I.4.2. Selon l’état du métal à l’endroit du soudage :

Deux classes sont à distinguer :

I.4.2.1. Soudage par fusion :

Regroupe les procédées de soudage où les bords des pièces à souder sont fusionnés

(quelque soit la source d’énergie utilisée)

I.4.2.2. Soudage par pression :

Regroupe les procédés de soudage où on utilise une pression et un chauffage localisé

sans métal d’apport la soudure est réalisé par déformation plastique.

I.5. Soudage par fusion Les processus de soudage par fusion, par exemple le soudage à l'arc sous flux (SAW),

le soudage à l'arc avec électrode enrobée (SMAW), le soudage à l'arc sous protection gazeuse

(GMAW) et le soudage tig (GTAW), s'appuient sur les propriétés de matériaux en fusion pour

faciliter la formation de liaisons atomiques.



Lorsqu'un matériau fond, les structures granulaires qui forment le matériau sont

détruites, ce qui permet aux atomes de se mélanger. En se refroidissant et en se solidifiant, les

atomes reforment de nouvelles structures granulaires. En cas de soudage d'acier, les nouvelles

structures granulaires formées seront différentes des structures granulaires initiales. Les

nouvelles structures granulaires sont déterminées par une variété de facteurs parmi lesquels :

la métallurgie d'origine, les additions à la soudure (apport, flux), la vitesse de chauffage, les

températures atteintes, et la vitesse de refroidissement. C'est pourquoi la soudure effectuée

peut avoir des propriétés sensiblement différentes du matériau de base.

Les processus de soudage par fusion [inversement aux processus de soudage par

pression] nécessitent une application locale de chaleur dans le but de chauffer le matériau

jusqu'à une température à laquelle il entrera en fusion, c'est-à-dire une température comprise

entre 1400 et 1500°C pour l'acier. La température à l'intérieur du bain de soudure en fusion

peut être comprise entre 2500 et 3000°C. La température moyenne dans l'arc dépassera les

6000°C. L'énergie thermique dégagée par le soudage se dissipe dans l'atmosphère ambiante et

dans le matériau de base adjacent.

Les additions à la soudure peuvent être fortuites par exposition du matériau à

l'atmosphère. Les gaz composant l'air se combinent facilement avec le matériau en fusion et

des éléments indésirables (nitrures et oxydes) peuvent se former. C'est pourquoi il est

nécessaire de protéger le matériau de la soudure en fusion de l'air lors de l'application de

processus de soudage par fusion.

I.6. Zone thermiquement activée : La zone thermiquement affectée (ZAT) se situe dans le matériau de base adjacent au

matériau de la soudure d'une soudure par fusion. La largeur d'une ZAT est généralement

comprise entre 1 mm et 6 mm. Lors du soudage de certains aciers, la ZAT est une zone sujette

au criquage à froid provoqué par l'hydrogène.

La ZAT ne peut pas être éliminée en cas d'utilisation d'un processus de soudage par

fusion. En revanche, l'utilisation d'un processus de soudage adapté peut permettre de gérer sa

microstructure.

Pour les soudures sur les aciers modérément alliés (y compris aciers C-Mn), la ZAT de

la soudure, en particulier immédiatement adjacente à la soudure de la passe finale, a tendance



à être légèrement plus fragile (moindre résistance aux entailles), que le métal de la soudure et

le matériau de base.

La ZAT est une zone de changements de la microstructure provoqués par la différence

de température entre la zone de la soudure et le matériau de base. Comme la température

diminue en fonction de la distance à la soudure, la structure granulaire obtenue change. Selon

les éléments d'alliage présents et les conditions thermiques appliquées lors du soudage, il peut

y avoir jusqu'à quatre régions de microstructures présentes dans la ZAT d'une soudure sur

l'acier du tube.

L'ampleur des changements dans la microstructure dépend de:

a.la composition du matériau, en particulier la teneur en carbone et en manganèse;

b. l'apport thermique;

c.la vitesse de refroidissement.

Les microstructures suivantes peuvent se trouver dans la ZAT (en partant de la zone

immédiatement adjacente à la soudure) d'une soudure par fusion sur acier à 0,15 % de

carbone:

a.une région à gros grains (chauffée entre 1100°C et le point de fusion);

b.une région à grains affinés (900 à 1100°C);

c.une région de transformation partielle (750 à 900°C);

d.région de sphéroïdisation (juste en dessous de 750°C).

Si l'apport thermique est trop élevé, le soufre de la ZAT est occlus par l'acier

environnant et précipite (sort de la solution) lors du refroidissement sous forme de sulfures.

On obtient des limites de grains fragilisées qui affaiblissent considérablement l’acier. C'est ce

qu'on appelle acier brûlé.



600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 0,5 1 1,5 2

C +

L

+L

I

B

A

D +Fe3C

B :ZAT à grains grossés

C :ZAT intercritique à grains raffinés

D : ZAT intercritique

E : ZAT subcritique

Figure I.3 Schéma illustrant les différentes régions de la ZAT dans une soudure à passe

unique

I.7. Soudabilité

I.7.1. Définitions

Les définitions suivantes sont sensiblement équivalentes:

"Facilité avec laquelle un matériau ou des matériaux peu(ven)t être soudé(s) pour produire

un joint acceptable."

[BS 499 : Partie 1:1991 : glossaire de soudure, brasure et coupage par voie thermique]

"Capacité d'un métal à être soudé dans des conditions de fabrication imposées à une structure

particulière conçue de manière adaptée et à produire l'effet souhaité de manière satisfaisante."

[The American Welding Society (AWS)] (Association Américaine de Soudage)

A B

C

D

E F

T [°C]

X[mm]



"Un matériau métallique est dit soudable dans une certaine mesure par un processus donné et

dans un but donné, lorsqu'une liaison métallique continue peut être obtenue par soudage en

utilisant un processus adapté, de manière que les joints satisfassent aux exigences spécifiées

du point de vue de leurs propriétés locales et de leur influence sur la construction dont ils font

partie." [The International Institute of Welding (IIW] (Institut International de Soudage)

I.7.2. Facteurs influents la soudabilité

II est impossible de mesurer ou de calculer la soudabilité, en partie en raison des

nombreux facteurs qui influent sur la facilité avec laquelle une soudure est pratiquée et sur les

caractéristiques de la soudure qui en résultent. Ces facteurs sont :

a.la conception des joints ;

b.les propriétés métallurgiques ;

c.les propriétés physiques ;

d.les propriétés chimiques.

I.7.3. Carbone équivalent de l'acier

Le carbone équivalent (CE) d'un acier (matériau de base ou métal de la soudure)

renseigne sur certains aspects de son comportement, notamment en ce qui concerne son

aptitude à la trempe et le risque de criquage dû à la présence d'hydrogène. Le CE s'exprime en

pourcentage.

L'acier à CE élevé risque davantage de durcir dans les zones thermiquement affectées

des soudures réalisées et est plus sujet au criquage dû à la présence d'hydrogène que l'acier à

faible CE.

L'aptitude à la trempe joue sur la soudabilité; c'est pourquoi il est plus difficile de

réussir le soudage d'acier à CE élevé.

Le CE est influencé par les éléments d'alliage de l'acier. Diverses formules permettent

de calculer le CE, la formule utilisée étant déterminée par le type d'acier et les aspects

particuliers et importants du comportement. Le CE de l’acier modérément allié, en ce qui

concerne son aptitude à la trempe et son risque de criquage dû à l'hydrogène, se calcule

souvent grâce à la formule du International Institute of Welding (IIW) :

𝐶𝐸 = 𝐶 +𝑀𝑛

6+

𝐶𝑟 + 𝑀𝑜 + 𝑉

5+

𝐶𝑢 + 𝑁𝑖

15



Le carbone et le manganèse ont l'impact le plus important sur la valeur du CE en ce

qui concerne les aciers modérément alliés. C'est pourquoi pour des calculs d'ordre général, la

formule peut parfois être raccourcie:

𝐶𝐸 = 𝐶 +𝑀𝑛

6

La soudabilité d’un acier est dite excellente si le carbone équivalent est inferieur à

0,25%, elle set bonne pour des valeurs de CE comprise entre 0,25 est 0,40%.

I.8. Préchauffage

Le préchauffage consiste à appliquer de la chaleur à un joint juste avant le soudage. En

principe, une température minimum est précisée. Si un niveau de résistance ou de dureté de la zone

soudée est requis, une température de préchauffage maximum sera alors également indiquée.

En d'autres termes, l'application d'un préchauffage aide à amortir les effets métallurgiques

indésirables dus au soudage.

Les températures de préchauffage pour les soudures sur du tube en acier sont généralement

déterminées selon:

• le CE du matériau,

• l'épaisseur du matériau

• L’énergie de l'arc (en kJ/mm).

On peut faire référence à des spécifications classiques qui renvoient à des températures de

préchauffage déterminées à partir de ces éléments.

Le préchauffage s'effectue généralement à l'aide d'un chalumeau à l'acétylène ou d'un

système à induction.

Plus l'aptitude à la trempe d'un acier donné est grande (déterminée à partir de la valeur du

carbone équivalent), plus il est important de préchauffer dans le but éviter le criquage dû à

l'hydrogène.

Le préchauffage comporte de nombreux avantages:

• le préchauffage ralentit la vitesse de refroidissement de la zone soudée, ce qui

diminue la dureté et donne plus de temps à l'hydrogène pour se diffuser;



• le préchauffage élimine l'humidité et certaines autres sources d'hydrogène dans la région

de la préparation du joint;

• le préchauffage réduit les risques de défauts de fusion provoqués par la rapidité de la prise

du métal de la soudure en fusion;

• le préchauffage aide à uniformiser la répartition des contraintes entre la soudure et le

matériau de base.

• Le seul inconvénient du préchauffage est son coût.

I.9. Mécanisme de criquage : L'hydrogène - provenant de l’humidité l’atmosphère ou de l’humidité dans le flux de

l’électrode- entre dans une soudure par l'arc de soudage. L'énergie thermique élevée de l'arc

suffit largement pour décomposer les composés de l'hydrogène (ou hydrogène

moléculaire (H2) dans leur forme atomique (H). L'hydrogène est hautement soluble dans

l'acier en fusion. C'est donc là que l'on retrouve l'hydrogène lorsque le métal est à l'état

liquide. A mesure que le métal se solidifie et se refroidit, l'hydrogène se diffuse, au début à un

rythme lent par la région austénitique puis à un rythme plus élevé dans la région ferritique. En

dessous de 200°C environ, les inclusions de carbures et non-métalliques commencent à piéger

l'hydrogène dans le métal.

L'élément de l'hydrogène est un élément diatomique et préfère ainsi être dans sa forme

moléculaire (H2). Si de nombreuses molécules d’hydrogène sont piégées, une grande pression

est exercée, ce qui ne donne qu'une alternative à la microstructure adjacente : soit elle se

déforme du point de vue de sa plasticité pour réduire la pression, soit elle se rompt (criquage)

pour réduire la pression.

Les criques associées à l'hydrogène qui sont provoquées par le soudage et sont plus

susceptibles de se produire dans la zone thermiquement affectée, étant donné que cette région

a une résistance inférieure aux entailles à celle de la soudure ou du matériau de base.

Des températures inférieures diminuent la résistance aux entailles de l'acier et

augmentent en même temps la pression de l'hydrogène dans les cavités.

Pour éviter le criquage dû à la présence d'hydrogène il es nécessaire de :

• Utiliser des processus de soudage à faible quantité d'hydrogène;



• S'assurer que le flux de soudage est exempt d'humidité et d'autres sources de

contamination;

• s'assurer que les préparations des joints sont propres;

• préchauffer la préparation des joints;

• gérer la vitesse de refroidissement;

• utiliser un traitement de post-chauffage permettant de libérer l'hydrogène.

Les différents types de criquage qui peuvent survenir lors du soudage sont :

I.9.1. Criquage de solidification :

C’est le criquage qui intervient lors du processus de solidification de la soudure en

raison de la présence de liquide dans le métal de soudure principalement solide, il est aussi

appelé criquage à chaud.

Les criques de solidification dans la soudure distantes du cratère se situent

généralement le long du centre de la soudure car c'est la région qui se solidifie en dernier. Les

matériaux qui contiennent des éléments à bas point de fusion, les matériaux à teneur élevée en

soufre et les soudures à rapport élevé profondeur/largeur y sont particulièrement sujets.

Une vitesse de soudage élevée peut provoquer des criques de solidification car il se

peut qu'une quantité insuffisante de métal de soudure soit fournie pour compenser la

contraction qui se produit.

I.9.2. Criquage de liquation

C’est une forme de criquage de solidification que l'on peut également appeler

déchirement à chaud.

Les criques de liquation se produisent dans la zone thermiquement affectée près de la

limite de fusion et leur présence est déterminée par la composition de l'acier. Elles sont très

petites mais peuvent provoquer une crique due à l'hydrogène.

Les composants à bas point de fusion s'accumulent souvent à la périphérie des grains.

S'ils sont présents dans la zone thermiquement affectée près de la limite de fusion, la

température est suffisamment élevée pour provoquer la fusion de ces composants. Si la fusion

se produit en présence d'une grande contrainte de traction lors de la contraction, les limites se

séparent et provoquent une crique de liquation.



Une forte perte en cuivre peut également être à l'origine de criques de liquation.

I.9.3. Criquage à froid dû à la présence d’hydrogène

Les criques dues en partie à la présence d'hydrogène se produisent dans le métal de la

soudure, la zone thermiquement affectée, ou dans les deux.

Pour qu'un criquage dû à l'hydrogène se produise, il faut que les quatre critères suivants soient

réunis:

a. Quantité d'hydrogène suffisante;

b. microstructure sujette au criquage dû à la présence d'hydrogène,

c. contrainte suffisante;

d. température dans la plage de sensibilité (ambiante jusqu'à environ 200°C).

I.10. Défauts de soudures

Décalage des rives

Le décalage des rives peut aussi s'appeler haut-bas ou dénivellation.

Le décalage radial maximal doit être de 10% de l'épaisseur nominale de paroi et au

plus de 1,6 mm

Hauteur des cordons de soudure à l'extérieur et à l'intérieur

La hauteur du cordon de soudure interne et externe doit indiquer l'armature de moment positif

sur la longueur de la soudure, mais la hauteur du cordon ne doit pas dépasser 3 mm, quelle

que soit l'épaisseur de paroi.



Fissures

Les fissures sont des ruptures du matériau. Elles sont orientées selon le type de défaut.

Ces fissures peuvent se trouver aussi bien dans le métal de base que dans le cordon de

soudure, dans la zone affectée thermiquement ou la zone de liaison.

Les fissures peuvent être dues à :

des contraintes excessives pendant le soudage (énergie trop élevée, refroidissement

trop rapide, métal d’apport non adapté…)

volume de cordon trop faible (préparation des bords trop étroite…)

arrêt trop brutal de la soudure ;

arrêt prématuré de la protection gazeuse en TIG ;

Pour éviter les fissures :

Choisir un métal d’apport approprié ;

Adopter un préchauffage approprié ;

Effectuer une bonne préparation des joints.

Pénétration incomplète

C’est l’absence de métal à la racine du chanfrein ; Plusieurs termes sont employés

pour décrire ce défaut. La pénétration incomplète, la pénétration incomplète à la racine, le

manque de pénétration et le manque de pénétration à la racine.

Causes possibles :



talons trop grands;

écartement des bords trop petit (là où un écartement était souhaité);

arc trop long;

mauvaise polarité de l'électrode;

consommable de l'électrode trop grande pour la préparation du joint;

mauvais angle de l'électrode;

vitesse de soudage trop élevée pour le courant utilisé.

Manque de fusion (collage)

Le métal de base n’atteint pas son point de fusion, l’adhésion est donc réalisée par un

contact imparfait due au manque de fusion. Plusieurs types de manque de fusion peuvent être

associés à une soudure. Le manque de fusion peut se situer entre le métal d’apport et le métal

de base, entre le métal d’apport et le métal d’apport, et pour certains types de soudure, entre le

métal de base et le métal de base.

Les termes plus spécifiques, selon le type de manque de fusion, sont les suivants :

• manque de fusion à la racine;

• manque de fusion à la paroi latérale;

• manque de fusion d'interpasse (entre les passes);

Causes possibles:

préparation de la soudure contaminée;

manque d'énergie de l'arc, par exemple, courant trop faible;

vitesse de soudage trop élevée;

inductance trop élevée lors de soudage à Tare sous protection gazeuse (avec transfert

par immersion);

se reporter également aux causes de pénétration incomplète.



Caniveaux (sillons)

Un caniveau est un sillon irrégulier à la jonction d'une passe de soudure provoqué par le

soudage.

Causes possibles:

énergie de l'arc excessive;

mauvais angle de l'électrode;

trop de balancements;

électrode trop grande;

Manque d'épaisseur

Le manque d'épaisseur ou le manque de métal est un canal continu ou intermittent sur la

surface d'une soudure, le long de sa longueur, provoqué par un manque de métal de soudure.

Le canal peut se situer au centre ou le long d'un des côtés ou des deux côtés de la soudure.

Causes possibles :

quantité de métal de soudure déposé insuffisante;

mauvaise technique de soudage.

Bulles / porosité

Une bulle est une cavité formée par l'occlusion d'un gaz lors de la solidification d'un

métal en fusion. La porosité est un groupe de bulles. Les retassures (soufflures vermiculaires)



sont des cavités allongées ou tubulaires. La porosité en chevrons se reconnaît à des soufflures

juxtaposées selon un motif en chevrons.

Causes possibles :

excès d'humidité dans la préparation de la soudure;

excès d'humidité dans le flux;

préparation de la soudure contaminée (calamine, oxydes etc.);

utilisation d'une énergie d'arc peu élevée;

longueur d'arc excessive (notamment avec des électrodes basiques lors de SMAW);

flux d'électrode endommagé (SMAW);

perte de l'écran de gaz (SMAW, GMAW, GTAW).

Inclusions de laitier

Un laitier est un résidu non-métallique en fusion provenant de certains processus de

soudage (utilisant un flux).

Causes possibles :

mauvais nettoyage entre les passes de la soudure;

préparation de la soudure contaminée;

soudage sur un profil irrégulier;



mauvaise vitesse de soudage;

longueur de l'arc excessive.

Inclusion de tungstène

Une inclusion de tungstène provenant de l'électrode utilisée lors de GTAW.

Inclusion de cuivre

Inclusion de cuivre est généralement provoquée par la fusion accidentelle ou le contact

du guide-fil ou de la buse en cuivre utilisés dans certains processus de soudage.

Rotassure de cratère

Dépression à l'extrémité de la passe de soudure provoquée par retrait à l'endroit où source de

chaleur a été enlevée.

Brûlure d'arc

Dommage sur le matériau de base provoqué par un coup d'arc à distance de la soudure.

Les coups d'arc peuvent avoir une structure très fragile, notamment sur les aciers à carbone

équivalent élevé.

Causes possibles :

électrode parasitant le matériau de base;

porte-électrode à faible isolation touchant la pièce en cours de fabrication;

mauvais contact de la prise en terre.

Les brûlures d'arc doivent être supprimées par rectification, écaillement ou usinage, la

cavité obtenue doit être entièrement nettoyée.

Projections



Petites gouttes du matériau de l'électrode qui se sont éloignées de la région de l'arc

pouvant ou non être fondu avec le matériau de base.

Causes possibles

énergie de l'arc excessive;

longueur de l'arc excessive;

flux d'électrode humide;

soufflage de l'arc.

Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées


Chapitre II :

SOUDAGE A L’ARC

ELECTRIQUE AVEC

ELECTRODES ENRONEES



II. SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODES ENROBEES

II.1. Généralités : Le soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée, connu sous l’acronyme SMAW

(Shelded Metal Arc Welding), est un processus de soudage à l’arc qui lui-même un type de

processus de soudage par fusion.

L’énergie thermique pour la fusion est fournie par un arc électrique crée entre

l’électrode métallique fusible enrobée et le métal en cours de soudage.

Le soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée est un processus de soudage très

polyvalent, qui adapté pour le soudage de la plupart des métaux ferreux et non ferreux sur un

large éventail d’épaisseurs, le soudage peut être effectué dans toutes les positions de manière

relativement économique et relativement pratique.

II.2. Schéma du procédé :

Figure II.1 : Procédé SMAW

Description : l’électrode enrobée est placée et serrée sur la pince porte-électrode relié sur

l'une des bornes électriques de sortie du poste de soudage. La prise de masse est reliée au

générateur et est placée sur la pièce à souder.

Poste de soudage Source de courant

Cables souples

Pince porte électrode

Prise de masse



Source de courant : elle est de type électrique, le courant peut être alternatif ou continu, la

gamme d’intensité de courant est fonction du diamètre de l’électrode utilisée, une gamme

classique de 30 à 350 Ampères couvre la plupart des travaux de soudage impliquant le

procédé SMAW. Le courant doit rester virtuellement constant lors du soudage

Protection du bain de fusion : la protection du bain de fusion est assurée par l’enrobage de

l’électrode (métal d’apport), l’enrobage en brulant fournit un écran de gaz destiné à protéger

l'arc et le bain de soudure de la contamination atmosphérique ;

Les électrodes métalliques fusibles non enrobées n'entrent pas en jeu dans le soudage à

l'arc avec électrode enrobée car elles ne seraient pas stables, elles dégageraient une quantité de

projections trop importante et la soudure obtenue contiendrait des oxydes ainsi que des

nitrures et présenterait un mauvais profil.

II.3. Amorçage de l’arc électrique L'amorçage de l'arc est réalisé en frottant l'extrémité généralement graphitée de

l'électrode sur la pièce et en écartant de quelques millimètres le bout de l'électrode lorsque

l'arc jaillit. Ensuite il faut entretenir cet arc électrique afin d'éviter la rupture d'arc en veillant à

maintenir une distance constante la plus faible possible entre le bout de l'électrode et la pièce

à souder.

Le fait de porter deux électrodes à un potentiel différent et faire le contact, le courant

passe, mais s’il y a un mauvais contact la résistance est grande d’où une élévation de la

température par effet joule : c’est l’amorçage, si ces électrodes sont écartées légèrement le

courant passe toujours et il apparaît une lumière éblouissante c’est l’arc électrique.

Les électrodes émettent des électrons, si ces électrons sont animés d’une énergie

suffisante, ils excitent l’(es) atome(s) du gaz rencontré, un ou plusieurs électrons de cet atome

quittent leurs orbite et se rapprochent du centre de ce dernier (l’atome), ces électrons

reviennent ensuite à leur niveau d’énergie en émettant des photons (lumière). Pour une

énergie encore plus intense l’électron provenant de l’électrode arrache un électron de l’atome,

et à la place de l’atome il y a un ion positif et un électron négatif, le gaz traversé est ionisé

« on dit que l’arc ionise le gaz qu’il traverse ». Le haut pouvoir calorifique de l’arc fait

augmenter la température et permet la fusion du métal, c’est la soudure.

En soudure le métal passe de l’âme de l’électrode jusqu’au bain de fusion par gouttes,

ces gouttes sont plus ou moins fines suivant la nature de l’âme et la nature de l’enrobage, la



finesse des gouttes croit avec l’intensité du courant de soudage, la pénétration croit avec le

diamètre de l’électrode et l’intensité du courant, le principe du procédé SMAW est illustré par

la figure II.2.

II.4. Courbe caractéristique de l’arc Si on maintient un entrefer constant entres deux électrodes, et qu’on fait varier le

courant I de l’arc on remarque que la variation de la tension U ne suit pas la loi d’Ohm, le

graphe U=f(I) n’est pas une droite de pente R, ou R est la résistance de l’arc.

Figure II.3. Courbe caractéristique d’un arc

On peut distinguer trois zones caractéristiques :

Zone I : pour les faibles intensités de courant, les électrodes ne sont pas chauffées aux

maximum, on augmente l’intensité de ΔI, il s’ensuit une élévation de la température, ce qui

facilite l’émission des électrons et diminue la différence de potentielle nécessaire pour

l’émission cathodique.



Zone II : de B à C la diminution de la résistance de l’arc est moins rapide, le produit U=R I est

presque invariable ;

Zone III : à partir du point C, l’émission des électrons et l’ionisation des gaz ne peuvent plus

augmenter d’avantage, le pouvoir émissif de la cathode atteint son maximum, la résistance de

l’arc devient pratiquement constante et la relation U= f(I) est presque linéaire.

Si on écarte les électrodes plus ou moins c'est-à-dire on fait varier la longueur de l’arc

on obtient une série de courbes approximativement parallèles : figure II.4.

Figure. II.4 : Disposition de la caractéristique de l’arc pour trois longueurs

II.5. Postes de soudage Un poste de soudage est un appareil électrique qui se compose principalement d’un

bobinage de cuivre dans lequel circule un courant électrique. Au passage de ce courant est

généré un courant induit dans un bobinage secondaire. En faisant varier le nombre de spires

du bobinage primaire on admet un réglage de l’intensité au secondaire. A la sortie du poste on

peut compter deux câbles : l’un relié par une pince à la table de soudage ou à la pièce à

souder, l’autre équipé d’une pince porte électrode.

Les postes de soudage sont des appareils qui permettent de transformer le courant du

réseau (tension élevée et intensité de courant faible) en courant de soudage (tension faible et

intensité élevée) ,qui doit être stable et offre la possibilité de fusionner l’électrode.

On distingue deux catégories de postes de soudage:

II.5.1. Les postes à courant alternatif

Dans lesquels on trouve :



* Les transformateurs statiques qui sont des transformateurs statiques monophasés ou

triphasés, le secondaire du poste fournit du courant alternatif à 50 périodes, l'organe de

réglage permet d’adapter 1'intensité de soudage pour fondre l'électrode suivant son diamètre,

sa nature et sa position d'emploi. Le transformateur statique est l'appareil le plus simple qui

puisse exister et le plus économique.

* Les changeurs de fréquences qui sont constititués d'un moteur d'entrainement

asynchrone triphasé entrainant une génératrice à courant alternatif, qui procure le courant

alternatif de soudage avec élévation de fréquence (150 à 450 périodes). En effet l'arc en

alternatif est moins stable car, il refroidit à chaque alternance lorsque le courant s'annule.

On peut y remédier en augmentant la fréquence du courant de distribution (5O Hz) par

passage dans un convertisseur de -fréquence de (150 à 450 Hz).

II.5.2. Les postes à courant continu

Dans lesquels on trouve:

* les transformateurs redresseurs; qui se composent d'un transformateur dont le courant alternatif

du secondaire est redressé par des redresseurs. Le courant débité est donc du courant continu

redressé, c'est à dire légèrement ondulé. C'est le type de poste qui absorbe le moins de courant

au primaire tout en équilibrant le réseau.

* Les groupes à courant continu ; ils se composent d'un moteur d'entrainement triphasé

asynchrone (ou à combustion) et d'une génératrice de soudage à courant continu. . Ils sont

actuellement de moins en moins utilisés. Ceux avec un moteur à combustion sont utilisés

pour les travaux sur chantier (par exemple: construction des pipe-lines).

II.5.3. Courbe caractéristique d'un poste

Un poste de soudage est caractérisé par:

la tension à vide Uo (correspondant à une intensité nulle);

40 𝑣 ≤ 𝑈0 ≤ 100𝑣. Mesurée sur le poste lorsqu’il ne débite pas, Uo doit être supérieure à la

tension d'amorçage.

Intensité du court-circuit Icc (U=0); l'électrode est en contact avec la pièce.

Intensité de soudage Is définissant la courbe plongeante. Plus elle sera plongeante,

plus faible sera la variation de l'intensité ΔI provoquée par une variation de la

longueur de l'arc et plus grande sera la stabilité de l'arc;



Figure. II.5 : Courbe caractéristique d’un poste de soudage

Tous les postes de soudage avec les électrodes enrobées ont les caractéristiques tombantes ou

verticales On obtient le point de fonctionnement à l'intersection des deux courbes.

Figure. II.6 : point de fonctionnement en procédé SMAW

II.5.4 Autoréglage de l’arc

Les variations involontaires de la longueur de l’arc (entre arc1 et arc 2) provoquées

par l’opérateur entrainent le déplacement du point de fonctionnement entre 1 et 2. Grâce à

l’allure tombante de la caractéristique du poste, les variations correspondantes du courant ΔI

entre 𝐼1 et 𝐼2 sont faibles, et la stabilité du procédé est conservée, ce phénomène est dit

autoréglage de l’arc.



Figure. II.7 : Principe de l’autoréglage de l’arc en procédé SMAW

II.6. Electrodes enrobées

II.6.1. Définition de l'électrode enrobée :

Une électrode est constituée de deux parties distinctes :

L'âme : partie métallique cylindrique placée au centre de l'électrode. Son rôle principal est de

conduire le courant électrique et d'apporter le métal déposé de la soudure.

L'enrobage : partie extérieure cylindrique de l'électrode. Composé par un mélange de corps

très divers agglomérés autour de l’âme par liant.

Figure. II.8 : Electrode enrobée

II.6.2. Rôle de l’enrobage :

Le rôle de l’enrobage peut être illustré par les points suivants :

1. Il isole latéralement l’électrode contre les amorçages indésirables ;

2. La fusion de l’enrobage en retard par rapport à l’âme, forme un cratère qui guide

l’arc, en guidant les gouttes métalliques ;

3. Il participe à la protection du bain de fusion de l'oxydation par l'air ambiant en

générant une atmosphère gazeuse entourant le métal en fusion ;



4. L'enrobage dépose, lors de sa fusion, un laitier protecteur sur le dessus du cordon

de soudure. Ce laitier protège le bain de fusion de l'oxydation et d'un

refroidissement trop rapide ;

5. L'enrobage a un rôle électrique, assure la stabilité et la continuité de l'arc par son

action ionisante ;

6. L'enrobage a un rôle métallurgique, il permet d'apporter les éléments chimiques

spéciaux d'addition nécessaires ;

II.6.3. Différents types d’enrobage :

II.6.3.1 Enrobage acide

L'enrobage acide se compose d'oxydes de fer et de manganèse. Le cordon de soudure

obtenu est lisse et brillant. Le laitier, qui se solidifie lentement devient poreux et se retire

facilement. Le métal ainsi soudé a une limite d'élasticité et une résistance à la traction plus

faibles que celles du métal produit par les électrodes rutiles et basiques. En revanche, la

résistance à la rupture est plus élevée. Autrefois le plus répandu, ce type d'électrodes est

aujourd'hui très peu utilisé.

II.6.3.2 Enrobage rutile

L'enrobage rutile se compose de grandes quantités (environ 25 à 45%) de dioxyde de

titane (TiO2). Les électrodes dont l’enrobage est de ce type facilitent l’amorçage le

réamorçage de l’arc. Elles sont très faciles à utiliser, elles produisent une belle soudure avec

un laitier facile à retirer. Malheureusement, la teneur en hydrogène dans la soudure étant plus

élevée, il y a un risque de fragilisation et de fissuration par l’hydrogène. Ceci limite

l’utilisation de ce type d'électrodes au soudage des aciers au carbone, dont la résistance à la

traction est inférieure à 300MPa.

Il existe deux catégories d'électrodes dont l’enrobage est de type rutile :

Celles qui comportent une faible proportion de cellulose et dont l’enrobage est semi-

épais. Elles produisent une importante quantité de laitier. Elles sont utilisées pour le soudage

horizontal et ne produisent que peu de projections. La surface de la soudure est lisse,

légèrement concave, mais symétrique et uniforme ;

Celles dont l'enrobage est plus fin et produit un laitier qui se solidifie plus rapidement

et un arc plus intense en raison de l'inclusion d'une grande quantité de substances produisant

des gaz. On utilise ces électrodes pour le soudage horizontal, vertical et au plafond. La



pénétration est plus profonde et la quantité de laitier est réduite. Les soudures verticales

descendantes obtenues sont concaves; les soudures horizontales peuvent être plates ou

légèrement convexes.

II.6.3.3 Enrobage basique

I ‘enrobage basiques se compose de fluorure de calcium (CaF2).Le laitier réagissant

comme une base, la soudure obtenue ne contient qu’une faible quantité de soufre et

d'oxygène. Par conséquent, la solidité et la force de la soudure, et sa résistance à la fissuration

à chaud sont supérieures à celles des soudures obtenues avec tout autre type d’enrobages

d'électrodes. Le point de fusion du laitier produit par ce type d'enrobages étant également plus

bas, le risque d’inclusion de laitier est faible, même s'il n'a pas été totalement retiré entre les

passes. Les électrodes à enrobage basiques conviennent dans toutes les positions de soudage.

Les électrodes basiques étant fabriquées à très haute température (jusqu'à 500°C), la

teneur en humidité de l'enrobage est faible. Le métal soudé contient donc peu d’hydrogène et

le risque de fissuration à froid est faible.

Toutefois les électrodes basiques étant hygroscopiques (Une substance hygroscopique

est une substance qui a tendance à absorber l'humidité de l'air, par absorption ou par

adsorption), elles doivent être conservées à l'abri de l'humidité. Elles se présentent

généralement sous un conditionnement faisant barrière à la diffusion. L’idéal est que ces

électrodes soient maintenues à une température de 50 à 80 °C pendant toute la période de

travail, et que celles qui n'ont pas été utilisées soient remises en fin de journée dans un four à

une température d'environ 150 °C.

Les électrodes basiques présentent néanmoins un inconvénient : la surface de la

soudure est plus grossière et rugueuse et généralement convexe.'

II.6.3.4 Enrobage cellulosique

L’enrobage des électrodes cellulosiques comporte une quantité relativement élevée de

substances cellulosiques qui apportent une importante quantité d’hydrogène à l'arc quelle que

soit la position de soudage. On obtient ainsi une excellente pénétration. On utilise

exclusivement ce type d'électrodes pour le soudage de gazoducs et d'oléoducs. La teneur en

humidité de l'enrobage est élevée. Par ailleurs, la teneur en hydrogène dissous du métal soudé

obtenu étant élevée, il faut utiliser des méthodes particulières de soudage et travailler à des

températures de 100 à 250 °C.



II.6.3.5 Normalisation des électrodes

A) Selon les normes ISO 2560- 1975 (International Standard Organisation) et la Norme

Françaises A81 309 une électrode est symbolisée comme suite :



Rendement : on appelle rendement d’une électrode le rapport du poids Pd de métal

déposé au poids Pa fondu (âme) 𝑅 = 𝑃𝑑 𝑃𝑎⁄

Positions de soudage :

Figure. II.9 : Positions de soudage



Nature du courant

Figure. II.10 : Polarité de soudage

En courant continu (CC) avec une polarité directe, la prise de masse est branchée à

la borne positive et l'électrode, à la borne négative. Et donne une soudure étroite avec

une pénétration profonde.

o Les électrons circulent de l'électrode vers la pièce à souder et frappent sa

surface avec une grande vitesse, concentrant ainsi la chaleur sur le joint.

o Le courant continu avec une polarité directe ne contribue donc pas à nettoyer la

surface des métaux des oxydes présents.

En courant continu (CC) avec une polarité inversée (indirecte), l'électrode est

branchée à la borne positive et la prise de masse, à la borne négative. La soudure est

étalée tandis que la pénétration est faible.

o Dans ce cas, c'est l'électrode qui reçoit la plus grande proportion de chaleur et

non la pièce.

o Avec la polarité inversée, la pièce demeure relativement froide

comparativement au soudage avec la polarité normale; il en résulte une

pénétration peu profonde.

o De plus, la polarité inversée a un effet nettoyant sur certains métaux tels que le

magnésium, le béryllium et le cuivre.



Le soudage en courant alternatif (CA) réunit les caractéristiques du soudage à l'aide

de courant continu avec polarité inversée et avec polarité normale.

o Ainsi, pendant l'alternance positive, il y a un fort effet de nettoyage du bain de

fusion.

o Durant l'alternance négative, la chaleur est plus concentrée dans le bain de

fusion, ce qui a pour effet d'augmenter la pénétration.

Remarque :

L'utilisation des électrodes rutile (R ou RR) et acides (A) est possible avec un poste à

souder en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC) en polarité directe.

Les autres électrodes sont utilisées avec un poste à souder en courant continu (CC) en

polarité inverse.

B) Selon La norme américaine AWS A 5.1 pour les électrodes enrobées des aciers non

alliés une électrode est symbolisée comme suite :

Norme américaine AWS A 5.1

Electrodes enrobées pour aciers carbone non alliés

Symbolisation utilisée

Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8

E 70 18

La symbolisation de la résistance, limite d'élasticité et allongement

Tableau 2

Résistance, limite d'élasticité et allongement

Symbole Limite d'élasticité mini Résistance à la traction mini Allongement minimal

60 340 N/mm2 430 N/mm2 22 %

70 420 N/mm2 500 N/mm2 22 %

80 460 N/mm2 550 N/mm2 19 %



90 530 N/mm2 620 N/mm2 17 %

100 600 N/mm2 690 N/mm2 16 %

110 670 N/mm2 760 N/mm2 15 %

La symbolisation du type d'enrobage et du type de courant

Tableau 3

Type d'enrobage / Type de courant

Symbole Type d'enrobage - type de courant - position de soudage - rendement

10

Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est cellulosique au

sodium, permet d'obtenir une forte pénétration, courant continu polarité positive

seulement.

11 Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est cellulosique au

potassium, courant alternatif seulement.

12

Utilisable pour toutes les positions de soudage (principalement à plat et position

horizontale). l'enrobage est rutile au sodium (grande quantité d'oxyde de

titane), courant continu polarité négative ou courant alternatif.

13

Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est rutile au potassium

(grande quantité d'oxyde de titane), courant continu polarité négative ou courant

alternatif.

14

Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est rutile à poudre de

fer, courant continu polarité négative ou courant alternatif. Rendement augmenté

par rapport à 13.

15 Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est basique au sodium,

courant continu polarité positive seulement.

16 Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est basique au

potassium, courant continu polarité positive ou courant alternatif.

18

Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est basique à poudre de

fer, courant continu polarité positive ou courant alternatif. Augmentation du

rendement



20

Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est acide et contient une grande

quantité d'oxyde de fer, courant continu polarité négative ou positive ou en courant

alternatif. Le laitier se détache très facilement.

22

Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est acide et contient une grande

quantité d'oxyde de fer, courant continu polarité négative ou positive ou en courant

alternatif. Le laitier se détache très facilement. Uniquement en

soudage monopasse.

24

Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est rutile et contient une grande

quantité de poudre de fer, courant continu polarité négative ou positive ou en

courant alternatif. Très haut rendement.

27 Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est acide, courant continu polarité

négative ou positive ou en courant alternatif.

28

Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est basique à poudre de fer et à un

rendement supérieur au E XX 18. Courant continu polarité positive ou en courant

alternatif.

48

Utilisable en toutes positions. L'enrobage est basique à poudre de fer et à un

rendement supérieur au E XX 18. Courant continu polarité positive ou en courant

alternatif.

Récapitulatif des symbolisations des électrodes enrobées

Norme américaine AWS A 5.1

Electrodes enrobées pour aciers carbone non alliés

Symbole Enrobage Rm - Mpa

mini

Re - Mpa

mini A% - mini Charpy V Métal déposé

E 60 10 Cellulosique au

sodium 430 340 22 KV 27 J - 29°C Pas d'exigence imposée

E 60 11 Cellulosique au

potassium 430 340 22 KV 27 J - 29°C Pas d'exigence imposée

E 60 12 Rutile au sodium 460 380 17 Pas d'exigence Pas d'exigence imposée

E 60 13 Rutile au potassium 460 380 17 Pas d'exigence Pas d'exigence imposée

E 60 20 Acide 430 340 22 Pas d'exigence Pas d'exigence imposée

E 60 22 Acide 460 / / Pas d'exigence Pas d'exigence imposée



E 60 27 Acide à poudre de

fer 430 340 22 KV 27 J - 29°C Pas d'exigence imposée

E 70 14 Rutile à poudre de

fer 500 420 22 Pas d'exigence Analyse 1

E 70 15 Basique au sodium 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 1

E 70 16 Basique au

potassium 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 2

E 70 18 Basique à poudre

de fer 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 2

E 70 24 Rutile à poudre de

fer 500 420 17 KV 27 J - 18°C Analyse 1

E 70 27 Acide à poudre de

fer 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 2





E 70 16-1 Basique au

potassium 500 420 22 KV 27 J - 46°C Analyse 2

E 70 18-1 Basique à poudre


E 70 24-1 Rutile à poudre de

fer 500 420 22 KV 27 J - 18°C Analyse 1

Numéro Analyse chimique imposée sur le métal déposé par l'AWS

Analyse 1 Mn Si Ni Cr Mo V avec

Mn + Ni + Cr + Mo + V

Analyse 2 Mn Si Ni Cr Mo V avec

Mn + Ni + Cr + Mo + V

II.6.3.6 Choix d’une électrode

Deux éléments sont à définir pour le choix d’une électrode : le type et les dimensions

Type : est définie selon les critères suivants par ordre décroissant :

Nature du matériau de base ;

Propriétés mécaniques du joint ;

Condition d’exécution du travail ;



Qualification du soudeur ;

Coûts.

Dimensions : le diamètre de l’électrode est choisi selon l’intensité du courant et

l’épaisseur à souder.

I = 50(D − 1) Ou I et D représentent respectivement l’intensité du courant et le

diamètre de l’électrode enrobée.

II.7 Types de joints soudés

Bout à bout

En angle

Par recouvrement

En bouchons



II.8 Domaine d’utilisation du SMAW Le soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW) permet de souder tous les types de

joints, en toutes positions et toutes les épaisseurs à partir de 1mm, il est utilisé en carrosserie,

menuiserie métallique, tôlerie et équipements de chauffage, soudage de pipeline et réservoirs

de stockage, charpente métallique (ponts, hangars).

II.9 Avantages et inconvénient du procédé SMAW Les avantages du procédé SMAW sont les suivants :

Faible coût d’équipements ;

Soudage de joints de différents types en toutes positions ;

Gammes d’épaisseurs très étendue.

Les inconvénients du procédé SMAW sont les suivants :

Faible productivité Va = 17 cm/min ;

Enlèvement du laitier de protection.

Chapitre III : Soudage à l’arc sous flux


Chapitre III :

SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX



III. SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX SAW: Submerged Arc Welding

III.1. Définition: Le soudage à l’arc électrique sous flux en poudre, est un procédé de soudage à l'arc au

cours duquel l'arc électrique est submergé de flux en poudre c'est-à-dire que l'arc électrique et

le bain de fusion sont recouverts par une poudre (l’arc et le bain de fusion sont invisibles).la

protection de la zone de soudage de l'influence de l'atmosphère est assurée par cette poudre.

Le recouvrement par la poudre assure un rendement thermique élevé ce qui engendre

une forte puissance de fusion par rapport à d'autres procédés de soudage. Pour cette raison, le

soudage sous flux en poudre est considéré comme un procédé hautes performances.

III.2. Source d’énergie: Elle de type électrique, la chaleur est produite par un arc électrique amorcé entre un fil

électrode et les pièces à assembler ;le courant peut être continu ou alternatif ; son intensité I

varie de 150 à 3000 Ampères.

III.3. Métal d’apport: Le métal d’apport se présente sous forme d’un fil électrode cuivré, en acier doux,

faiblement allié ou inoxydable et dont le diamètre varie de 1,2 à 12 mm.

III.4. Elément de protection: L’élément de protection se présente sous forme d’un flux qui recouvre le bain de

fusion, l’arc de soudage, submergé dans ce flux, provoque la fusion de l’électrode, du métal

de base et d’une partie du flux. Le bain de fusion est ainsi protégé de la contamination

atmosphérique par le flux fond.



III.5. Schéma du procédé : Le procédé soudage à l’arc sous flux peut être schématisé comme suite :

Figure III.1 Schéma du procédé SAW

III.6. Mise en œuvre:

Le fil électrode est approvisionné de manière continue et à vitesse contrôlée de façon à

maintenir un arc stable de longueur constante. La partie du flux qui n’a pas été fondue peut

être récupérée et réutilisée. Le système d’alimentation en flux et le système de récupération

peuvent être incorporés dans une seule unité. Le procédé est habituellement automatisé, mais

il existe également des versions semi-automatiques.

III.7. Stabilisation de l’arc: En fonction de la caractéristique de la source de courant, l’arc utilisé en soudage sous

flux peut être stabilisé de deux manières:

a-source de courant à caractéristique tombante :



Figue III.2 : fonctionnement à

courant constant

La vitesse d’avancement du fil est lié à la tension de l’arc : si l’arc raccourci, la tension

diminue et la vitesse du fil également, alors l’arc se rallonge et tension se rétablit.si l’arc se

rallonge, la tension augmente, la vitesse du fil augmente aussi alors l’arc raccourci et la

tension se rétablit.

b-source de courant à caractéristique plate :

Figure.III.3 : Fonctionnement à tension constante ;

La vitesse d’avancement du fil est constante : si l’arc raccourci, la tension de l’arc

diminue, l’intensité du courant augmente et la vitesse de fusion s’accroit, alors l’arc est

rétablit et la tension est aussi rétablit. S i l’arc se rallonge, la tension de l’arc augmente,

l’intensité du courant diminue et la vitesse de fusion diminue, alors l’arc se rétablit et donc la

tension.



III.8.Domaine d’utilisation : Le soudage à l’arc sous flux est utilisé par le soudage des aciers. Le soudage se fait à

plat ou légèrement incliné, il est utilisé pour l’assemblage des aciers doux, faiblement alliés et

inoxydables et permet de souder toutes épaisseurs à partir de 5mm, parmi ses applications

industrielles on trouve :

Réservoirs sous pression ;

Véhicules lourds ;

Construction navales ;

pipelines

III.9.Avantages et inconvénients : Le soudage à l’arc sous flux présente les avantages suivants :

vitesse élevée de dépôt de cordon ;

bel aspect extérieur de surface,

pénétration profonde ;

propreté (laitier facilement détachable, peu de fumée) ;

pas de protection visuelle pour l’opérateur.

Ses inconvénients sont :

nécessité d’une préparation soignée des joints des pièces à assembler pour ne pas avoir

de manque de fusion ou de pénétration.

Le flux recouvrant la soudure interdit à la vapeur d’eau et au gaz de s’échapper d’où

un danger de fissuration ultérieure.

NB : En littérature on peut trouver plusieurs appellations de ce procédé : soudage sous flux ; soudage à

l’arc sous flux électro-conducteur ; soudage à l’arc sous flux en poudre ; soudage à l’arc sous flux

pulvérulent ; soudage à l’arc submergé ; soudage à l’arc sous flux solide ; actuellement il semble que le

terme soudage à l’arc sous flux l’emporte parmi cette pléthore de dénomination.

Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse


Chapitre IV :

SOUDAGE A L’ARC SOUS

PROTECTION GAZEUSE



IV. SOUDAGE A L’ARC SOUS PROTECTION GAZEUSE

IV.1 Introduction : En soudage à l’arc sous protection gazeuse, l’électrode, l’arc et le bain de fusion sont

enveloppés dans une veine gazeuse, afin de les protéger contre les effets nuisibles de

l’oxygène et de l’azote de l’air (figures IV.1 ,2 et 3). Les gaz de protection assurent

également, comme les enrobages des électrodes de soudage manuel, un rôle d’ionisation

et de stabilisation de l’arc.

Il existe deux variantes fondamentales de ce procédé ; elles se distinguent par la nature

de l’électrode réfractaire (figure IV.3) ou fusible (figure IV.2).

Les gaz utilisés sont : l’argon, l’hélium et le dioxyde de carbone CO2, de l’oxygène et

de l’hydrogène peuvent être ajoutés à ces gaz, afin d’accroitre la vitesse de soudage,

améliorer la forme du cordon etc… dans des proportions qui ne dépassent pas

généralement les 10%.

L’argon et l’hélium (gaz inerte) peuvent être utilisés avec l’un ou l’autre type

d’électrode.

Le CO2 est un gaz actif, employé avec une électrode fusible on est ainsi amené à

considérera trois procédés différents. Ces procédés ne sont d’ailleurs pas désignés par les

mêmes initiales dans tous les pays, ce qui est gênant pour les non spécialistes appelés à

lire la littérature technique étrangère.

pays Soudage à l’arc sous

protection de gaz inerte avec

électrode réfractaire

Soudage à l’arc sous

protection de gaz inerte

avec électrode fusible

Soudage à l’arc sous

protection de gaz actif

(CO2) avec électrode

fusible

Etats Unis GTAW GMAW GMAW (CO2) ou

CO2 welding

Grande

Bretagne

TIG MIG MAG/CO2 ou

CO2 welding

Allemagne WIG MIG MAG ou

CO2 schweissen

France TIG MIG Soudage MAG ou

Soudage sous CO2

GTAW: gas tungsten arc welding



GMAW: gas metal arc welding

TIG: tungsten inert gas

WIG: wolfrom inert gas

MIG: metal inert gas

MAG: metal actif gas

IV.2 Le soudage MIG :

Schéma complet du procédé

Figure IV.1 Principe du

soudage MIG

Figure IV.2 schéma

détaillé du procédé MIG



Source d’énergie:

Elle est de type électrique, la chaleur est amorcée entre un fil electrode et les pieces à

assembler. La chaleur est fournie par un arc électrique amorcée entre un fil électrode et les

pièces à assembler. Le courant est continu, I varie entre 60 et 500 A, U varie entre 16 et 40 V

tandis que E est comprise entre 1 et 20 Kw. La polarité est inverse (indirecte).

Métal d'apport

II se présente sous forme d'un fil électrode plein ou fourré dont le diamètre varie

entre 0,5 et 3,2 mm.

Le fil fourré est une électrode continue de section tubulaire, dont l’intérieur est rempli

de composants analogues à ceux d'un enrobage.

Eléments de protection;

La protection du bain de fusion contre la contamination atmosphérique est

assurée principalement soit par des gaz inertes; le plus souvent l'argon et l'hélium, soit

par le flux contenu dans le fourrage de l'électrode.

Mise en œuvre :

L'électrode est consommée à vitesse constante. Cette vitesse est choisie de

manière à pouvoir souder avec l'intensité voulue. La longueur de 1'arc varie avec la tension.

La source du courant est à caractéristique plate et la stabilisation de l'arc étant assurée

comme dans le deuxième cas du soudage automatique sous Flux solide.

Le refroidissement de la torche de soudage se fait par les gaz de protection pour les

faibles intensités (I < 350 A), et par circulation d'eau quand I > 350 A.

Domaines d'application;

Assemblages des métaux ferreux et non ferreux, tous les types de joints, en toutes

positions, épaisseur 0,5 mm et plus.

Exemples d'applications industrielles:

Fil plein: tôlerie, construction navale, châssis métalliques, ponts, engins de levage, pipe-lines,

réservoirs de stockage.



Fil fourré: charpente, construction navale, ponts, presses Lourdes, wagons, châssis de

camion.

Avantages :

procédé semi-automatique ou automatique,

soudage de 1'acier et de 1'aluminium en toutes positions,

productivité nettement supérieure à celle du soudage à l'arc.

Inconvénients :

Le soudage ne peut être effectué à une très grande distance de la source de courant à

cause de l'alimentation en fil électrode.

L'intensité est liée au débit du fil électrode, ce qui peut conduire à certaines difficultés

dans le choix des paramètres de soudage.

IV.3. Le soudage sous protection gazeuse M.A.G (Metal Actif Gas); Le procédé est identique au procédé MIG, mais:

L’atmosphère protectrice est active,

Le transfert du métal se fait par grosses gouttes,

la pénétration est différente (plus profonde: réactions chimiques importantes;

effervescence du bain de fusion),

résistance et aspect moins bons.

Eléments de protection :

CO2 pur,

CO2 + 5 à 20 % d'O2,

Ar + 15 à 30 % de CO2

Ar + 5 % d'O2 + 15 % de CO2.

Le CO2 est un gaz actif, de ce fait, le transfert de métal se fait pas par pulvérisation axiale mais

par grosses gouttes. Le CO2 réagit comme suit dans le bain de fusion:



- à haute température au voisinage de l'arc:

𝐶𝑂2 → 𝐶𝑂 +1

2𝑂2

Réaction endothermique : consomme la chaleur

Au voisinage de la pièce:

𝐶𝑂 +1

2𝑂2 → 𝐶𝑂2

(Réaction exothermique: dégagement de chaleur).

Le fer s'oxyde:

𝐹𝑒 + 𝐶𝑂2 → 𝐹𝑒𝑂 +𝐶𝑂 (𝑞𝑢𝑖 𝑠𝑒 𝑑é𝑔𝑎𝑔𝑒)

Le carbone de l'acier réagit:

𝐶 + 𝐹𝑒𝑂 → 𝐹𝑒 +𝐶𝑂 (𝑞𝑢𝑖 𝑠𝑒 𝑑é𝑔𝑎𝑔𝑒)

(L’acier est décarburé).

Le volume de CO formé par ces réactions représente 2 à 3 % du volume de CO2 utilisé. Le CO

en se dégageant du bain de fusion maintient celui-ci en effervescence: risque de formation de

soufflures pendant le refroidissement.

IV.4. Le soudage sous gaz inerte avec électrode de tungstène TIG

(Tungsten Inert Gaz) :

Schéma du procédé :



Figure IV.3 Schéma du principe du procédé TIG

Source d'énergie :

Elle est de type électrique.

La chaleur est produite par un arc électrique amorcée entre électrode de tungstène réfractaire et

les pièces à assembler.

Le courant peut être continu ou alternatif; I varie entre 10 et 400 A et E entre 0,2 et 8 Kw.

Métal d’apport :

II est indépendant de la torche de soudage et se présente sous forme d'un fil ou d'une

baguette.

Eléments de protection :

Gaz inertes:

Argon ou Hélium.

Ar + He + H2 en faible quantité.

Seuls les gaz inertes peuvent être employés car le tungstène s'oxyde très -facilement.

Mise en œuvre:



L'alimentation en métal d'apport est assurée par un fil ou une baguette plongeant

périodiquement dans le bain de fusion. Les soudures bout à bout peuvent être réalisées sans

métal d'apport, en joignant et en fondant les bords relevés des pièces à assembler. Les

soudures sans métal d'apport peuvent être réalisées automatiquement ou manuellement, tandis

que celles qui font intervenir un métal d'apport sont généralement exécutées manuellement.

L'amorçage de 1 'arc s'effectue généralement par une décharge à haute fréquence ou à

haute tension.

Domaine d’utilisation:

métaux ferreux et non ferreux,

tous les types de joints,

toutes positions,

toutes épaisseurs à partir de 0,l mm jusqu'à 12 mm.

Exemples d'applications industrielles :

assemblage de haute qualité en acier inoxydable,

assemblage des alliages au nickel a haute résistance,

alliages légers, industrie nucléaire, aéronautique et chimique.

Avantages :

joints de haute qualité,

automatisé dans le cas du soudage sans métal d'apport.

Inconvénients :

Préparation soignée des joints, grande précision dans la réalisation des chanfreins et la

propreté des pièces à souder.

Remarque :

Les postes pour le soudage TIG ont les caractéristiques tombantes ou même verticale

(ΔI = 0).

Chapitre V : Contrôles des soudures


Chapitre V :

CONTROLE DES SOUDURES



V. CONTROLE DES SOUDURES

V.1. Généralités

Les soudures sont contrôlées selon une procédure de soudage écrite ou une

spécification de procédure de soudage (WPS : Welding Procedure Specification) qui est un

document écrit dans lequel est indiqué les matériaux, la technique, l’ordre et les paramètres à

appliquer pour réaliser une soudure.

Une soudure doit être contrôlée avant, pendant et après sa réalisation.

V.2. Contrôles 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 des paramètres

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 ; 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.

V.3. Contrôles pendant le soudage

Après la qualification des conditions opératoires c'est-à-dire après un contrôle avant

soudage, il est nécessaire d’effectuer un contrôle pendant l’exécution de la soudure qui a pour

but de vérifier :

la préparation des bords;

l'accostage des tôles, le calage des tubes

les paramètres électriques (intensité ; tension...)



V. 4. Contrôle après le soudage

Ils consistent à faire subir certains essais aux soudures réalisées au fur et à mesure de

leurs exécutions, afin de pouvoir agir à temps en cas de changement de qualité.ces essais

après soudure se répartissent en deux familles qui sont les essais destructifs et les essais non

destructifs.

V.4.1. Essais destructifs

Des échantillons sont prélevés de joints soudés figure V.1 peuvent permettre de

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

sont obtenues.

EchantillonEchantillon

Echantillon

Figure V.1. Echantillons pour essais destructifs

Les essais destructifs utilisés sont les suivants :

Essai de traction :

L’essai de base pour la détermination du comportement des matériaux est l'essai de

traction. En général, il est effectué en utilisant un spécimen rond. Lors de la détermination de

la résistance d'un joint soudé, des échantillons plats standardisés sont utilisés. Une éprouvette

est rompue par une machine d'essai alors la force réelle et l'allongement de l'éprouvette sont

mesurés. Avec ces valeurs de mesure, la contrainte σ et la déformation ε sont calculés. Ceci

permet la détermination de la limite élastique, la résistance maximale à la traction et

l’allongement du matériau soudé ; la comparaison de ces valeurs avec celles exigées par la

spécification écrite de soudage (WPS), permet de contrôler la résistance de l’assemblage.



Soudure

Figure V.2. Echantillon de traction

Les extrémités de l’échantillon de soudure transversale peuvent être aplaties (figure V.2) sans

traitement thermique pour des raisons technique de l’essai, la section réduite du spécimen qui

contient la longueur entre repères ne doit pas être aplatie.

Figure V.3. Diagramme contrainte-déformation

𝜎𝑒 =𝐹𝑒

𝑆0 : limite élastique

𝜎𝑚 =𝐹𝑚

𝑆0 : résistance

maximale

∆𝑙 =𝑙𝑓−𝑙0

𝑙0% : allongement

Essai de pliage :

Les essais de pliage généralement exécutés uniquement sur les soudures bout à bout,

afin de déterminer la qualité de la zone de soudure en ouvrant et en élargissant des défauts

existants. Le manque de ductilité peut également causer un défaut dans un spécimen d’essai.

Les échantillons pour les essais de pliage sont découpés sur les zones de soudures, par

tout moyen et sont usinés aux dimensions indiquées dans les normes. La surépaisseur de la

soudure doit être enlevée sur les deux côtés avant ou après l’aplatissement de l’échantillon.

Un décapage sévère et un marquage, ou tout autre moyen adapté, sont nécessaires pour

identifier l’emplacement de la soudure. Il peut également s’avérer nécessaire de marquer le

spécimen pour identifier chacune des faces de la soudure (endroit et envers), afin d’éviter

toute confusion après l’aplatissement.



Tous les essais de pliage doivent être effectués à température ambiante.

Figure V.4 Essai de pliage sur soudure

Lorsque l’essai de pliage est terminé, on recherche toutes imperfections ou ouvertures

de la surface de tension du spécimen.et on doit se référer aux exigences en matière de résultats

aux normes appliquées.

Essai de résilience :

L’essai au mouton pendule (essai de résilience) est un essai d’impact au cours duquel

un spécimen d’essai d’épaisseur totale de paroi est entaillé, conditionné à la température

d’essai, puis brisé par la chute d’un poids important. Il s’agit donc d’un essai dynamique. La

coupe de la fracture est alors estimée par un examen visuel qui permet de déterminer le

pourcentage de la zone de cisaillement, qui présente un aspect fibreux.

Les spécimens doivent être prélevés à 90° de la soudure, par sciage, cisaillement,

découpage au chalumeau, l’entaille est pratiquée dans le sens de l’épaisseur. Les dimensions

doivent respecter les indications des normes.

Figure V.5 Echantillon de résilience



Essai de dureté :

L’essai de dureté sur soudures est réalisé pour évaluer la résistance d’une soudure.

C’est en particulier la dureté autour de la zone affectée thermiquement (ZAT) qui est

intéressante. La dureté à l’intérieur et autour de cette zone pourra aider à évaluer la fragilité de

la soudure, et donc si celle-ci a la résistance désirée (qui répond à la norme en vigueur).

Souvent, une série de mesures, selon une configuration donnée (figure V.6), est réalisée à une

certaine distance du bord de l’échantillon ou à partir du haut de la soudure. Il est alors

possible de tracer la progression des valeurs de dureté sur un graphique.

Figure V.6 Essai de dureté sur soudure

Essai macrographique et micrographique :

Ces essais consistent à examiner une section du joint de soudure longitudinalement ou

transversalement après polissage et attaque chimique pour étudier les phénomènes

métallurgiques qui se produisent au cours du soudage.

La macrographie sert à observer la forme et la pénétration tandis que la micrographie sert

à observer la microstructure.



a b c

Figure V.7 Macrographie (a et b) et micrographie (c) d’une soudure

Essai de corrosion :

Ces essais sont généralement réalisés sur des éprouvettes avant soudage pour

déterminer la meilleure méthode à utiliser pour obtenir des joints résistants en service à des

milieux corrosif.

V.4.2. Contrôles non-destructifs

Les contrôles non destructifs sont des techniques et des procédés aptes à fournir des

informations sur la santé d’une pièce ou d’une structure sans qu’il en résulte des altérations

préjudiciables à leur utilisation ultérieure. Parmi lesquels on peut citer :

le contrôle radiographique ou gammagraphique

le contrôle par ultrasons

le ressuage

la magnétoscopie

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

radiographie ou gammagraphie.

http://www.google.dz/url?url=http://www.soudeurs.com/site/augmentation-de-la-plage-de-puissance-pour-le-soudage-cmt-de-fronius-711/&rct=j&frm=1&q=&esrc=s&sa=U&ei=TiaoVOfcLcjMyAO1xoHACw&ved=0CBsQ9QEwAw&usg=AFQjCNEXchv2jM5JMgZLUg38pT8KUiqw0A

http://www.google.dz/url?url=http://www.isgroupe.com/fr/savoir-faire/glossaire/glossaire_soudage&rct=j&frm=1&q=&esrc=s&sa=U&ei=_iaoVL-mLoaWygPKjYGQCw&ved=0CBkQ9QEwAg&usg=AFQjCNGbm7xMgquvIfrqf4Aag-KCfzWF3g

Chapitre VI : Rechargement


Chapitre VI :

RECHARGEMENT



VI. RECHARGEMENT

VI.1 Définition Le rechargement est une technique qui consiste à recouvrir tout ou une partie d’une

pièce métallique par un matériau (métal, céramique, gomme, etc...) ayant les propriétés

requises pour résister à une sollicitation connue et définie. Deux buts sont à envisager :

Remplacer un fragment de métal usé ou cassé : il s’agit d’un simple soudage entre la

pièce à réparer et un métal d’apport ressemblant le plus possible au métal de base

(dépôt par soudage) ;

Recouvrir une partie de la pièce d’un métal différent ayant des propriétés

intéressantes : anti usure, anti corrosion etc… (dépôt par projection).

La recharge étant en général plus dur et moins élastique que le métal de base, il peut

s’ensuivre des tensions au niveau de la zone de contact, il est préférable de prévoir un

rechargement en deux ou plusieurs couches de dureté croissantes vers l’extérieur.

La surface à recharger doit être :

Dégraisser et décapée ;

Sans angles vifs.

Il est préférable de préchauffer (prévention de déformations ultérieures), et de faire refroidir

lentement.

VI.2 Dépôt par soudage L'apport de chaleur doit être tel que la dilution du métal de base soit limitée, sans

aboutir pour autant au manque de fusion (collage).

Bien que le chalumeau oxyacétylénique soit toujours utilisé pour certaines

applications, on lui préfère généralement l’arc avec électrodes enrobées, plus rapide. Le

premier est surtout employé sur des pièces de petites dimensions, pour des épaisseurs de dépôt

relativement faibles et sur les métaux non ferreux. II permet de maitriser facilement la

dilution. Sur les aciers, on emploie une flamme carburante pour obtenir un dépôt plus dur. En

soudage manuel à l’arc, on procède par passes balancées donnant des cordons larges.

Les procédés suivants ont des applications étendues :

le soudage à l’arc sous flux, avec emploi, soit d'un fil-électrode en acier à bas carbone

et d'un flux allié aggloméré, soit de fils-électrodes alimentes en série par la même



source de courant et procurant une grande vitesse de dépôt et une faible pénétration,

ou encore d'une électrode à âme en feuillard, dite électrode en bande.

le soudage à l’arc avec fil fourré sans protection extérieure;

le soudage à l’arc sous gaz protecteur (TIG, MIG et sous C02 avec fil nu ou fourré),

ainsi que le plasma d'arc semi-transféré.

Dans ce dernier procédé, on utilise deux générateurs dont les bornes sont reliées, pour

l'un, à l’électrode et à la buse, pour l’autre, à l’électrode et à la pièce. Le jet de plasma entre

l’électrode et la buse fond et projette les produits; le jet entre l’électrode et la pièce provoque

la fusion très superficielle de cette dernière; la dilution est limitée. Ce procédé est employé

pour de nombreux alliages (dont les stellites) à base de chrome, cobalt, tungstène, nickel, bore

ou silicium, etc., possédant une dureté remarquable et/ou une excellente résistance à la

corrosion.

Les métaux les plus couramment déposés sur les aciers sont les aciers trempant au Cr-

Mn, les aciers martensitiques à 13% Cr, les aciers austénitiques à 14% Mn, les aciers

inoxydables austéno-ferritiques résistant à la corrosion et à l’usure, les aciers rapides pour le

rechargement d'outils de coupe, les aciers à durcissement structural (maraging). Lorsqu'on

recherche une grande résistance au choc et à l’abrasion, il est recommandé d'employer des

électrodes à teneur plus élevée en carbone et contenant du molybdène et du cuivre.

VI.3 Dépôt par projection Le procédé consistant à projeter à chaud au moyen d'un pistolet des particules

métalliques sur une pièce (support) placée à une distance de 12 à 15 cm, afin de la protéger du

milieu environnant, n'est pas nouveau puisque le premier brevet fut pris dans ce domaine en

1900 par l’ingénieur suisse Schoop (d'où le terme, à proscrire, de schoopage pour designer

cette technique). Depuis, le procédé a considérablement évolué et continue à se développer du

double point de vue de l’équipement de projection et des matériaux projetés. La découverte du

plasma d'arc a permis en particulier de projeter des métaux réfractaires et des céramiques

impossibles à traiter au moyen de la flamme oxyacétylénique ou autre. Des progrès ont

également été réalisés dans la connaissance des phénomènes de corrosion. On a en effet

découvert qu'un courant prend naissance entre deux métaux ou alliages différents lorsqu'ils

sont mis en présence de certains milieux corrosifs. II se produit un phénomène d'électrolyse,

le métal le moins noble constituant l’anode, le métal le plus noble formant cathode et



demeurant inaltéré. Une classification des métaux tenant compte de ce fait a été établie

(échelle des potentiels). Pour la protection contre les agents atmosphériques, l’eau et autres

milieux corrosifs, un revêtement métallique ne donne donc satisfaction de ce point de vue que

si le métal projeté peut constituer l’anode d'un système dans lequel le support forme la

cathode. Ainsi, le zinc occupe une position anodique par rapport à l’acier.

Selon que l’on projette, à chaud, des métaux ou des matières plastiques, l'opération se

nomme métallisation ou palification.

VI.3.1 Métallisation

Métallisation à la flamme et à l’arc :

Pour produire la flamme destinée à fondre les particules métalliques projetées on

emploie des gaz combustibles tels que le propane et le gaz naturel, mais surtout l’acétylène.

Ces particules peuvent se présenter sous deux formes : poudre ou fil. Les pistolets à

poudre sont équipés d'un petit réservoir. La poudre est entrainée dans le pistolet par un gaz

comprimé qui est généralement l’air. Le pistolet est muni d'une buse comportant des canaux

concentriques. L'arrivée de la flamme de fusion se fait dans la buse par le canal central et celle

de la poudre et de l’air par le canal annulaire extérieur. Le même robinet fixé sur l’appareil

permet l’ouverture et la fermeture simultanées des canaux d'arrivée de gaz et d'air. Dans

certains pistolets, la poudre arrive simplement par gravité. Pour d'autres, c'est non pas l’air,

mais le gaz combustible, lui-même qui assure l’entrainement de la poudre.

Dans les pistolets à fil (les plus utilisés), un petit moteur à air comprimé ou électrique

entraine le fil arrivant au centre de la flamme. Le fil fondu est pulvérisé et projeté sous

l’action d'un jet d'air. Avec un moteur à air comprimé, la même canalisation sert pour le

moteur et pour la projection.

D'autres types de pistolets emploient l’arc électrique, le plasma d'arc ou la résistance

électrique pour la fusion du métal à projeter. Celui-ci se présente généralement sous la forme

de fils servant d'électrodes qui fondent sous l’effet de l’arc établi entre elles ou de leur

résistance au passage du courant. Le métal fondu est pulvérisé au moyen d'un gaz sous

pression et projeté.

D'une manière générale, la flamme présente, par rapport aux autres précèdes,

l’avantage d'une atomisation plus fine, d'un équipement moins coûteux et plus durable.

Métallisation au plasma d'arc :

Pour la métallisation au plasma, on utilise presque uniquement l’arc soufflé, externe

ou interne. Ce procédé permet la projection de matériaux à très haut point de fusion tels que le



tungstène et les carbures de tungstène, de chrome et de titane, les oxydes métalliques

(alumine, zircone, oxydes de chrome et de terres rares), et les cermets (associations de métaux

et de céramiques : «cer» pour céramique et « met» pour métal) tels que nickel-magnésie et

nickel-alumine.

Applications spéciales :

On peut aussi employer la flamme pour projeter des combinaisons métalliques à base

de nickel et de cobalt avec additions de chrome, bore, silicium ou tungstène (exemple :

stellite) ou l’aluminure de nickel pour le rechargement des pièces usées. Aussitôt après la

projection, le dépôt est refondu, au chalumeau ou au four, afin d'obtenir des revêtements

étanches, très durs, parfaitement liés métallurgiquement au métal de base et résistants à la

corrosion. Ces matières, projetées puis refondues, répondent aux noms barbares de « alliages

autofusibles, alliages autofondants, alliages autoadhérents », suivant les auteurs.

VI.3.2 Plastication

Les revêtements plastiques sont exécutés par projection à la flamme de matières en

poudre. Le support doit être propre et préchauffé à une température voisine de la température

de fusion de la matière plastique projetée. Les particules réchauffées et ramollies par leur

passage dans la flamme s'étalent sur la surface et procurent un revêtement lisse et continu en

dehors de certaines résines époxydes thermodurcissables, on projette ainsi surtout des

thermoplastiques (polyéthylènes, polyamides...). Le chlorure de polyvinyle (PVC) n'est

projetable que dans certaines conditions.

VI.4 Métaux d’apport Les métaux d’apport sont choisis en fonction de la nature du métal de la pièce à recharger,

ainsi on utilise :

Des aciers faiblement alliés pour des recharges sans qualité particulière ;

De aciers fortement alliés au chrome et au chrome nickel pour un rechargement dur et

contre la corrosion ;

Des aciers alliés au tungstène et au cobalt pour le rechargement des parties actives des

aciers de coupe (outils de coupe) ;

Des aciers austénitiques au manganèse pour un rechargement qui résiste au choc ;

Des fontes alliées au chrome et au chrome nickel pour le rechargement des fontes ;

Du cuivre, du laiton, du bronze pour le rechargement de ces métaux ;

Des alliages de silicium pour le rechargement de l’aluminium.


REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 1. Document ISG TP O’NILL technical issue 1 10/08/2000

2. Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées, technique de l’ingénieur

3. Le soudage TEC 340 OPU S. Benissaad

4. Précis de soudage, brasage et techniques connexes , Eyrolles, 1982 R.LE GOUIC

Documents

Cours de : Soudage et rechargement - academiepro.com · C’est une erreur d’employer »soudure à l’étain, à l’argent » au lieu de « brasure à l’étain, à l’argent