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LES ESSAIS DESTRUCTIFS

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I - L'examen macroscopique et macrographique d'une soudure

1 - Principe de l'essai métallographique

L’examen macroscopique (examen à l’œil nu) oumacrographique (examen avec un optique comme unebinoculaire) permet de révéler la structuremétallographique homogène ou hétérogène d’une coupetransversale d’une éprouvette soudée. Le réactifchimique appliqué sur la surface polie de l’éprouvetterévèle, par dissolution à vitesse inégale, leshétérogénéités physiques et chimiques de la surfacemétallique examinée. La valeur de grossissement est

inférieure à G X 100.

Cet examen permet de mettre en évidence :La répartition des passes de soudureLa grosseur et la forme des grainsLa structure dendritique des passesLa répartition d'inclusions, de soufflures et de fissures

Le fibrage et la déformation des grains

2 - Préparation de l’éprouvette d’examen La coupe de l'échantillon est réalisée, généralement dans le sens travers de la soudure, avec une meule sous eau pouréviter les échauffements. Un usinage de la surface est nécessaire, dans le cas d’une découpe avec un lapidaire sanssystème de refroidissement de la pièce, pour éliminer la zone surchauffée de la découpe.

3 - Polissage de l’éprouvette d’examen

Les règles indiquées ci-dessous doivent être considérées comme des conseils.

Le pré-polissage de la surface à examiner est réalisé avec un touret sous eau etdes disques abrasifs de granulométrie d’environ P120 – P400 – P600. La vitesse derotation est comprise entre 150 et 300 tours/minutes environ. L’échantillon subitune rotation à 90° à chaque changement de granulométrie pour effacer les raiesprécédentes de polissage . La durée de polissage est d’environ 2 minutes pargranulométrie.

Un polissage de finition peut être réalisé avec une granulométrie de P800 à P1200 et des pâtes diamantées de6 et 1 micron ou de l’alumine sur un drap ou feutre de polissage en velours pour des examens particuliers.

4 - Les réactifs d’attaque par acides forts :


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a - Solution alcoolique nitrique ou Nital

Domaine d’application : Aciers au carbone non alliés ou faiblement alliés Composition : 10 ml d’acide nitrique HNO3 dans 100 ml d’alcool

b - Solution alcoolique d'acide picrique ou Picral

Domaine d’application : Aciers au carbone non alliés ou faiblement alliés Composition : 5 grammes d’acide picrique cristallisé dans 100 ml d’alcool

c - Chlorure ferrique pur

Domaine d’application : Aciers au carbone non alliés ou faiblement alliés Composition : FeCl3 utilisé pur

d - Solution d’eau régale

Domaine d’application : Aciers inoxydables au Cr + Ni Composition : 10 ml d’acide nitrique HNO3 dans 30 ml d’acide chlorhydrique HCl

e - Réactif au sulfate de cuivre acide ou Marble

Domaine d’application : Aciers inoxydables au Cr + Ni - Aciers réfractaires Composition : 20 ml d’acide chlorhydrique HCl + 4 grammes de sulfate de cuivre + 20 ml d'eau

f - Solution au chlorure ferrique et acide chlorhydrique ou Curran

Domaine d’application : Aciers inoxydables austénitiques au Cr + Ni et réfractaires

Composition : 10 ml de FeCl3 + 30 ml d’acide chlorhydrique HCl + 100 ml H2O g - Solution à l’acide nitrique + chlorhydrique + fluorhydrique

Domaine d’application : Aluminium et alliages d’aluminium Composition : 33 ml de HNO3 + 33 ml d’acide chlorhydrique HCl + 33 ml H2O + quelques gouttes d’acidefluorhydrique

5 - Attaque chimique de l’éprouvette d’examen

L’éprouvette est immergée dans le bain d’attaque à l’aide d’une pince de manipulation en inox ou bien le réactifest déposé sur la surface de l’éprouvette avec une tige avec un embout en coton. L’opérateur averti doitsurveiller l’évolution de l’attaque chimique et l’arrêter par neutralisation lorsqu’elle lui semble satisfaisante. Il ne

doit pas respirer les vapeurs et éviter le contact des réactifs sur la peau et dans les yeux.

6 - Rinçage et séchage de l’éprouvette d’examen

L’éprouvette est rincée soigneusement. Elle peut passer dans un bac à ultrasons pour assurer un nettoyage enprofondeur. L'éprouvette est ensuite séchée sous un courant d'air sec et chaud. Pour les aciers carbone (non alliéou faiblement allié), il est recommandé de fixer la surface révélée avec une fine couche de verni incolore mat.


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7 - Observation de l’éprouvette d’examen

Les différentes zones révélées par l’attaque chimique sont observées par le spécialiste.

Le métal fondu (MF) ou zone fondue (ZF) La zone de liaison (ZL) La zone affectée thermiquement (ZAT) Le métal de base (MB)

La macrographie permet de vérifier la compacité de la coupe de la soudure, de définir le nombre de passes réalisées, ladisposition des passes et la géométrie des cordons.

8 - Quelques exemples de macrographie


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II - L'essai de texture d'une soudure

1 - Principe de l'essai de texture

L'essai de texture consiste à rompre un assemblage soudé par pliage outraction après avoir réalisé une entaille longitudinale ou latérale sur lasurface de la soudure. L’essai de texture permet de révéler les types, lesdimensions et la répartition des défauts internes sur la surface de lacassure d'une soudure.

2 - Prélèvement de l’éprouvette d’examen

La coupe de l'éprouvette est réalisée, généralement dans le senstravers de la soudure, avec une scie à ruban ou une meule sous eaupour éviter les échauffements néfastes. Un usinage de la surface estnécessaire, dans le cas d’une découpe avec un lapidaire sans systèmede refroidissement de la pièce, pour éliminer la zone surchauffée de ladécoupe. En règle généralement, quatre éprouvettes uniformémentréparties sont réalisées dans un assemblage soudé. La largeur del'éprouvette est d'environ 40 mm.

3 - Préparation de l’éprouvette d’examen

Une entaille est réalisée dans l'axe et sur la surface de la soudure. La profondeur de l'entaille doit être suffisantepour que la rupture se produise dans la soudure. L'entaille peut être à fond plat, arrondi ou à angle vif (cedernier est recommandé sur l'aluminium et le cuivre).

4 - Rupture de l’éprouvette d’examen

L’essai de texture est effectué :

par choc dynamique (à l'aide d'un marteau).par pression dans un étau, une machine de pliage ou une pressed'atelier.par traction avec une machine spéciale.

5 - Observation de l’éprouvette d’essai


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La surface de la rupture de la soudure est examinée visuellement sous un bon éclairage (> 350 lux).L'observation peut se faire avec une loupe de grossissement G x 5 pour les défauts fins. La détection etl'identification des défauts internes exigent une expérience confirmée de la part de l'observateur.


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III - Les résiliences ou essais de flexion par choc

1 - Principe de l'essai mécanique de résilience

L'essai de flexion par choc (essai de résilience ou essai de rupturefragile) consiste à mesurer le travail nécessaire pour rompre, à l'aided'une masse pendulaire, un barreau usiné de forme carré de 1 cm 2 desection, entaillé en son milieu par une encoche et reposant sur deuxappuis. Cet essai est réalisé sur une machine spéciale appelé moutonpendule rotatif qui enregistre l'énergie absorbée par la rupture.L'essai permet de caractériser les propriétés de résistance d'unmatériau aux chocs. La norme de référence est la NF EN 10045-1Octobre 1990 et la NF EN 875 Novembre 1995

2 - Localisation des éprouvettes de résilience dansun joint soudé

Différentes positions d'éprouvettes de résilience

Dans le métal fondu A 2 mm de la zone de liaison(ZAT)


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3 - Les types et dimensions des éprouvettes de résilience

Différents types d'éprouvettes de résilience

Type d'éprouvette Observations CHARPY - ISO Entailleen V

Profondeur d'entaille = 2mm

Angle du Vé = 45°

Rayon du fond entaille =0,25 mm

CHARPY - ISO Entailleen U


Rayon du fond entaille = 1mm

DVM


Rayon du fond entaille = 1mm

MESNAGER


Rayon du fond entaille = 1

mm


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4 - Le mouton pendule CHARPY

- Le couteau est écarté de la verticale à une hauteur correspondante à une énergie de départ de W0 = 300 joules.- Le couteau est libéré et vient frapper l'éprouvette.

- La hauteur de remontée du pendule est mesurée afin de calculer l'énergie non absorbée W1.- Le calcul de l'énergie absorbée est la différence W0 - W1


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5 - Les caractéristiques mécaniques de la résilience

Caractéristique Formule de calcul Croquis

Résilience KCV

KCV (J/cm2) = Énergie absorbée W (J) / Sectionau droit de l'entaille S2 (cm2)

Exemple de calcul de résilience

KV = 95 J soit KCV = 95 J / 0,8 cm2 ou 95 J x1,25 = 118,75 J/cm2

Formules de calcul

Charpy ISO V Dimensions SurfaceS1 SurfaceS2 Formules de calcul

Éprouvettenormale 55 x 10 x 10 1,0 cm

2 0,8 cm2 KCV = KV x 1,25

Éprouvetteréduite 55 x 7,5 x 10

0,75cm2 0,6 cm

2 KCV = KV x 1,667

Éprouvetteréduite 55 x 5 x 10

0,50cm2 0,4 cm

2 KCV = KV x 2,5

6 - Les températures d'essais des résiliences

Les essais de résiliences sont réalisés principalement à la température ambiante et à des températures inférieuresà 0° celsius. (de - 20° C à - 196° C)Les liquides réfrigérants utilisés pour abaisser la température des éprouvettes sont :

L'alcool jusqu'à - 80° C Le fréon jusqu'à - 155° C L'azote liquide de - 155° C à - 196° C

Plus la température de l'essai est faible, plus la structure ductile de l'éprouvette devient fragile.

7 - La courbe de transition ductile - fragile

Cette courbe est déterminée par l'exécution de 3 séries d'éprouvettes de résiliences à différentes températures.Cette courbe permet de mettre en évidence, si elle existe, une zone de transition ductile-fragile de l'acier.

Les faciès des surfaces des éprouvettes rompues sont : faciès à grains ou cristallin à 100% dans la zone de rupture fragile faciès mixte dans la zone de transition ductile - fragile faciès sans grains dans la zone de rupture ductile


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Plus la grosseur de grain d'un matériau métallique est faible, meilleurs sont les valeurs de résiliences à

basse température.

IV - Essai de traction

1 - Principe de l'essai mécanique de traction

L'essai de traction consiste à soumettre une éprouvette de section cylindrique ou prismatique à un effortprogressif et croissant jusqu'à la rupture de la pièce d'essai. Cet essai est réalisé sur une machine spéciale quienregistre les efforts et les allongements grâce à des capteurs d'extensiométrie. L'essai permet de caractériser lespropriétés mécaniques d'un matériau ductile. Cet essai est l'un des principaux critères de classement desmatériaux. La norme européenne de référence est la NF EN 10002-1 Octobre 1990.

2 - Localisation des éprouvettes de traction dans un joint soudé

Différents types d'éprouvettes de traction

Traction cylindrique Traction prismatique


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3 - Les dimensions des éprouvettes de traction

Éprouvette de traction cylindrique

Dimensions d'usinage de l'éprouvette cylindrique (mm)

Ø A Ø B D LC LO R SO

M 6 4 12 25 20 2 12,57mm2

M 8 4 12 25 20 2 12,57 mm2

M10 6 14 40 30 2 28,27mm2

M10 6 16 60 30 5 28,27mm2

M12 6 16 60 30 5 28,27mm2

M12 8 16 60 40 5 50,26mm2

M14 10 18 70 50 5 78,54mm2

M16 10 18 70 50 5 78,54mm2

Éprouvette de traction prismatique

4 - Les caractéristiques mécaniques de la traction


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Caractéristiques de traction Formules de calculs

Limite élastique apparente - Re Re (N/mm2) = Fe (N) / So (mm2)

Résistance à la rupture - Rm Rm (N/mm2) = Fm (N) / So (mm2)

Allongement en % - A % A (%) = ((Lu - Lo) / Lo) x 100

Striction en % - Z % Z (%) = ((So - Su) / So) x 100

Allongement de striction en % Zu (%) = ((So - Su) / Su) x 100

5 - Le diagramme conventionnel de traction

La phase élastique est représentée par la ligne OB.L'éprouvette se déforme (Toute la partie uniformes'allonge - loi de Hook) sous l'action de la charge etrevient approximativement à sa longueur initiale si lacharge est supprimée.La phase plastique est représentée par la ligne BC. Lesdéformations de l'éprouvette sont permanentes etirréversibles. Le point B est la limite de l'élasticité.

La phase de striction est représentée par la courbeentre Fm et D. La rupture de l'éprouvette estreprésentée par la lettre D.

6 - Remarques générales Dans le cas des matériaux fragiles comme les aciers bruts de trempe et les fontes dites grises, il n'y a pas de

déformation plastique, Re et Rm sont confondues et l'allongement est nul.

7 - Les valeurs de résistance mécanique ou charge de rupture La valeur de résistance mécanique d'un matériau peut varier de 80 N/mm2 pour certains aluminiums à 2000 N/ mm2 pour certains aciers spéciaux.

Rappel : 1 MPa = 1 N/mm2 = 0,102 Kgf / mm

8 - Les vitesses d'essai de traction

Acier : Vitesse inférieure à 0,15 Lo (mm/min) ou inférieure à 30 Mpa / s

Cuivre : Vitesse inférieure à 0,006 Lo (mm/min) ou inférieure à 10 Mpa / s Aluminium : Vitesse inférieure à 0,009 Lo (mm/min) ou inférieure à 10 Mpa / s


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9 - Détermination de l'allongement A en %

L'allongement est la capacité d'un matériau à se déformer et à s'allonger sans rupture (ductilité du matériau).La longueur de référence est déterminée par deux coups de pointeau réalisés avant la traction (voir croquis audessus).

La distance entre repères est généralement de 5 x d (d est le diamètre calibré de l'éprouvette cylindrique)Si la distance initiale entre repères est de 50 mm et la distance mesurée, après traction, est de 70mm, nouspouvons en déduire que l'allongement du matériau est de 40%.

Allongement (%) = ((Lu - Lo) / Lo) x 100 = ((70 - 50)/ 50) x 100 = 40%

Allongement de l'éprouvette de traction

10 - La longueur entre repères

La longueur entre repères est généralement de 5 x le diamètre de la partie calibré pour les éprouvettes

cylindriques et de 5,65 x la racine carrée de la section calibrée pour les éprouvettes prismatiques.11 - Détermination de la striction Z en %

Striction de l'éprouvette de traction

La striction est le phénomène d'étranglement de lapartie calibrée de l'éprouvette. La striction de la partiecalibrée s'amorce lorsque la charge maximale derupture est atteinte (Fm sur la courbe ci-dessus).

L'allongement de l'éprouvette augmente trèsrapidement à ce moment jusqu'à la rupture del'éprouvette de traction.

Striction (%) = ((So - Su) / So) x 100 = ((10 - 8)/ 10) x 100 = 20%


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V - Les pliages

1 - Les essais de pliage

L'essai consiste à exercer sur une éprouvette, à température ambiante, une déformation plastique par pliage.L'éprouvette est prélevée transversalement ou longitudinalement à l'assemblage soudé. Une seule face del'éprouvette est mise en extension (endroit, envers ou côté). Le pliage est réalisé jusqu'à ce que l'une desbranches de l'éprouvette fasse un angle alpha déterminé avec le prolongement de l'autre branche. La normeeuropéenne de référence est la NF EN 910 Mai 1996.

2 - Localisation des éprouvettes de pliage dans un joint soudé

Différentes positions d'éprouvettes de pliage

Pliage transversal Pliage longitudinal


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3 - Les différents types d'éprouvettes de pliage

a - Le pliage transversal endroit

Différents types d'éprouvettes de pliage Type d'éprouvette Observations

Pliage transversal endroit

La finition du cordon est en extension

Epaisseur de la pièce


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Pliage transversal côté

La soudure est en extension

Epaisseur de la pièce > 12 mm

Diamètre du poinçon 4 x e (acier)

Angle de pliage 120° à 180° (acier)

4 - La découpe et la préparation des éprouvettes

Les éprouvettes sont découpées avec un procédé mécanique ou thermique sur les aciers.Le procédé de découpage ne doit pas modifier les propriétés mécaniques de l'éprouvette. Le cisaillage est interditsur les épaisseurs supérieures à 6 mm.

La préparation ne doit pas altérer les propriétés mécaniques de l'éprouvette. Les bords de l'éprouvette doiventêtre arrondis (rayon = 0,2 x épaisseur de l'éprouvette - maxi 3 mm) et l'état de surface doit être soigné etexempt de rayures ou entailles.Sauf convention contraire, les surépaisseurs de soudure sont éliminées.

5 - Les dimensions des éprouvettes d'essais

Les dimensions des éprouvettes de pliage

Type d'éprouvette Observations

Pliage transversal endroit ou envers - e < ou= 12 mm

A = épaisseur de l'éprouvette

B1 = largeur = 1,5 x A (20 mm mini)

LT = longueur = distance entre rouleaux + 2 xrayon du rouleau


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Pliage transversal côté e >12mm

A = 10 mm au minimum

B1 > ou = 1,5 A


Pliage longitudinal endroit ou envers

B1 = (B - LS) / 2


VI - Essais de pliage sur tôle soudée en MAG / 135 / GMAW

1 - Les essais de pliage

L'essai consiste à exercer sur une éprouvette, à température ambiante, une déformation plastique par pliage.L'éprouvette est prélevée transversalement ou longitudinalement à l'assemblage soudé. Une seule face del'éprouvette est mise en extension (endroit, envers ou côté). Le pliage est réalisé jusqu'à ce que l'une desbranches de l'éprouvette fasse un angle alpha déterminé avec le prolongement de l'autre branche. La normeeuropéenne de référence est la NF EN 910 Mai 1996.

La norme européenne EN 287-1 + amendement A1 exige des essais destructifs de pliage sur les souduresréalisées avec le procédé de soudage MAG ou MIG semi-auto (135 ou 131 ou GMAW)Deux pliages sont réalisés en travers de la soudure sur la face endroit et deux pliages sur la face envers sur lesépaisseurs inférieures à 12 mm.

Pour les épaisseurs supérieures à 12 mm, les pliages sont réalisés sur le côté de la soudure.Le poincon de pliage est égal à 4 fois l'épaisseur de la pièce soudée et l'angle de pliage des branches est de 120°


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minimum.

2 - Découpe des éprouvettes de pliage

Les éprouvettes sont découpées avec un procédé mécanique ou thermique sur les aciers. Le procédé de

découpage ne doit pas modifier les propriétés mécaniques de l'éprouvette. Le cisaillage est interdit sur lesépaisseurs supérieures à 6 mm.Les éprouvettes de pliage sont découpées perpendiculairement à la soudure. L'épaisseur de 3 mm de la tôleautorise une coupe par cisaillage. La largeur de chaque éprouvette est de 40 mm. Pour assurer la tracabilité, unrepérage est réalisé par marquage à froid sur chaque éprouvette de pliage. Les faces de chaque éprouvette sontrepérées.

3 - Meulage des éprouvettes de pliage

L'axe du cordon de soudure est mesuré sur chaque éprouvette avant élimination de la surépaisseur.Sauf convention contraire, les surépaisseurs de soudure sont éliminées.

La surépaisseur du cordon de soudure est éliminée par meulage sur la face endroit et envers de chaqueéprouvette. Le sens des stries de meulage est perpendiculaire à la soudure.

4 - Polissage des éprouvettes de pliage

Les bords de l'éprouvette doivent être arrondis (rayon = 0,2 x épaisseur de l'éprouvette - maxi 3 mm) et l'état desurface doit être soigné et exempt de rayures ou entailles.Les tranches de chaque éprouvette de pliage sont arrondies par polissage. Les stries de meulage peuvent êtreadoucies par polissage.


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5 - Pliage des éprouvettes

6 - Examen visuel des faces tendues des éprouvettes

L'angle de pliage des branches est vérifié avec un rapporteur d'angle. Les faces tendues des éprouvettes sontexaminées sous un bon éclairage. Tout défaut visible de plus de 3 mm de long est refusé.

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