Rapport de Stage Naima Khlafa DLM

Etude des soudures dans la fabrication des mts doliennes

Auteur : KHLAFA Nama PolytechNantes, Spcialit Matriaux (4me anne).

Tuteur PolytechNantes : PAILLARD Pascal PolytechNantes, Responsable de formation initiale et internationale en soudage.

Tuteur Entreprise : GUENEGO Jean-Marie DLM, Directeur des Oprations, Responsable Fabrication.

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Remerciement

Je remercie lensemble du service soudage de DLM (ingnieurs, prparateurs et soudeurs) qui mont aid lors de mon stage. Ils ont rpondu mes interrogations latelier. Tous les membres de lquipe ont t dune aide prcieuse travers leurs explications et leurs conseils.

Je remercie tout particulirement Asmaa Tinzifit (prparatrice soudage) qui ma expliqu toutes les procdures suivre lors de llaboration dun cahier de soudage. Elle a t dune aide indispensable lors de mon apprentissage.

Je tiens remercier galement le Service Ressources Humaines qui a su mintgrer au sein de lentreprise (transport, restauration,).

Je remercie mon responsable de stage Jean-Marie Guenego qui a trouv le temps de maccueillir, de rpondre mes interrogations et de me diriger lors de mon tude.

Enfin, je remercie Driss Lamrani et Bostan Robert (ingnieurs soudeur) qui mont appris lors de cette priode de stage limportance du soudage et ses nombreuses applications.

Cette exprience sest donc avre tre une exprience enrichissante tant sur le plan humain que sur le plan de lapprentissage du mtier dingnieur soudeur.

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Sommaire

Introduction............................................................................................................................................................. 4 Chapitre 1 Prsentation de lentreprise : .............................................................................................................. 5

1. Historique de lentreprise : ............................................................................................................................. 5 2. Objectifs de DLM : ........................................................................................................................................ 5 3. Sites de production : ....................................................................................................................................... 5 4. Processus dacheminement des pices : ......................................................................................................... 5 5. Sensibilisation aux risques et la scurit : ................................................................................................... 7

Chapitre 2 Soudage : ............................................................................................................................................ 7 1. Prparation du DMOS :.................................................................................................................................. 7 2. Mtal de base :................................................................................................................................................ 8 3. Procds de soudage : .................................................................................................................................... 8

3.1. Soudage larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr : ................................................. 8 3.2. Soudage larc avec lectrode enrobe :................................................................................................ 9 3.3. Soudage larc sous flux en poudre : ................................................................................................... 10

Chapitre 3 - Paramtres de soudage : .................................................................................................................... 11 1. Soudure longitudinale et circulaire :............................................................................................................. 12

1.1. Premire passe : .................................................................................................................................... 12 1.2. Deuxime passe : .................................................................................................................................. 13 1.3. Troisime passe : .................................................................................................................................. 14

2. Soudure de la porte :..................................................................................................................................... 14 2.1. Mesure des paramtres : ....................................................................................................................... 14 2.2. Rgimes du soudage MAG fil fourr :.................................................................................................. 15

Chapitre 4 Contrle non destructif : ................................................................................................................... 16 1. Ultrason : ...................................................................................................................................................... 16 2. Magntoscopie : ........................................................................................................................................... 17 3. Contrle dimensionnel : ............................................................................................................................... 17

Chapitre 5 Dfauts et rparations : .................................................................................................................... 18 1. Types de dfauts :......................................................................................................................................... 18

1.1. Soufflures : ........................................................................................................................................... 18 1.2. Caniveaux : ........................................................................................................................................... 18 1.3. Manque de pntration : ....................................................................................................................... 18 1.4. Inclusion de laitier : .............................................................................................................................. 18 1.5. Inclusion de flux : ................................................................................................................................. 18 1.6. Fissure : ................................................................................................................................................ 18

2. Rparations :................................................................................................................................................. 19 2.1. Gougeage lArc-air : .......................................................................................................................... 19 2.2. Meulage : .............................................................................................................................................. 19 2.3. Rparation par rechargement :.............................................................................................................. 20

3. Taux de rparations : .................................................................................................................................... 20 Chapitre 6 Essai dun nouveau fil fourr : ......................................................................................................... 20

1. Prparation des prouvettes :....................................................................................................................... 21 2. Fiche technique du fil fourr :................................................................................................................. 22 3. Soudage avec le fil fourr :.......................................................................................................................... 22

3.1. Paramtres de soudage : ....................................................................................................................... 22 3.2. Conditions de soudage :........................................................................................................................ 23

4. Rdaction dun DMOS-P : ........................................................................................................................... 23 5. Essais destructifs : ........................................................................................................................................ 24

5.1. Essais de duret Vickers HV10 : .......................................................................................................... 24 5.2. Essais de flexion par choc : .................................................................................................................. 25 5.3. Analyse macrographique : .................................................................................................................... 26 5.4. Essais de traction : ................................................................................................................................ 27 5.5. Essais de pliage : .................................................................................................................................. 27

Conclusion ............................................................................................................................................................ 28 Annexe .................................................................................................................................................................. 29 Bibliographie......................................................................................................................................................... 31

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Introduction

Delattre Levivier Maroc est la premire entreprise au Maroc ouvrir un site de fabrication de mts dolienne. En 2011, lentreprise tait en charge de la fabrication de 22 mts dolienne. 44 tours seront fabriques lors de cette deuxime commande.

Un mt dolienne est divis en 3 tronons (suprieur, medium et infrieur) eux-mmes composs de plusieurs viroles cintres. Le tronon suprieur comprend 13 viroles, le mdium comprend 8 viroles et le tronon infrieur comprend 6 viroles. Dans chaque tronon, la premire et dernire virole est soude une bride. Ce systme permet ainsi lassemblage des tronons entre eux laide de boulons. Il y a deux types de soudures, la soudure longitudinale et la soudure circulaire. Cest au niveau du tronon infrieur que se trouve la porte.

Lors de la premire commande, de nombreuses rparations ont eu lieu au niveau des soudures de la porte ralises larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr (Procd 136). Elles taient dues une forte paisseur de la porte (100 mm). Dornavant, lpaisseur slvera 50 mm.

Lobjectif du stage est dtudier le processus de fabrication des mts dolienne et en particulier ltude des soudures, les diffrents procds utiliss, les paramtres appliquer et le suivi des dfauts et leurs rparations. De plus, jai t charge dtudier un nouveau fil pour le soudage MAG avec fil-lectrode fourr que lentreprise souhaiterait utiliser la place du fil actuel. Ainsi, jai travaill sur llaboration dune nouvelle qualification de procd de soudage (QMOS) et sur le suivi des essais destructifs.

Figure 1- Viroles cintres

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Chapitre 1 Prsentation de lentreprise :

1. Historique de lentreprise :

Delattre Levivier Maroc est une entreprise spcialise dans la chaudronnerie lourde, la tuyauterie et la construction mtallique lourde et moyenne au Maroc et ltranger depuis 60 ans. Elle ralise ltude, la fabrication et le montage dquipements pour diffrents marchs. Cette entreprise propose une offre de service intgre, personnalise dans des secteurs dactivits hautement stratgiques et porteurs (cimenterie, industries chimiques, industries ptrolires et gazires, nouvelles nergies). DLM se lance aujourdhui sur trois nouveaux secteurs porteurs : lexport (prsence renforce en Afrique et Moyen Orient), lolien (construction dune nouvelle ligne de production) et loffshore ptrolier (plates-formes, installations sous-marines et fabrication dquipements de production sous-marine). Leffectif moyen slve 1400 employs. DLM a cr en 2008 un nouveau site de production de mts dolienne Tit Mellil avec une capacit de 300 tours par an sur une superficie de 100 000 m2. Son principal client dans ce domaine est Siemens.

2. Objectifs de DLM :

Les objectifs de DLM sont de satisfaire les besoins du client en tant son coute, garantir des conditions de travail optimales de sant et scurit de lensemble du personnel, prserver lenvironnement en matrisant les impacts sur le sol, leau, lair et le milieu naturel et de contrler et rduire les dchets et la consommation dnergie et des ressources naturelles.

3. Sites de production :

DLM est rparti en trois sites de production (le sige social, latelier et le chantier). Le sige social se trouve Ain Seba. Cest une unit spcialise dans les travaux de chaudronnerie lourde et moyenne, tuyauterie industrielle et charpente mtallique tale sur 36 000 m2. Latelier se situe Tit Mellil. Cest une unit spcialise dans la fabrication des mts doliennes. Le chantier est rserv aux travaux de maintenance industrielle (20 000 m2). Lentreprise assure une traabilit de tous ses processus depuis la rception des matires premires jusqu la livraison des travaux.

4. Processus dacheminement des pices :

DLM rpond un appel doffre fait par le client. Chaque affaire est suivie par un chef de projet et un charg daffaire. La conception des schmas et des plans de pice est ralise soit par le bureau dtude de DLM soit par un cabinet rattach au donneur dordres. Puis, ils sont remis au bureau dtude et au service traage travaillant en collaboration. Le bureau dtude tudie la composition de chaque constituant de la pice et labore une nomenclature qui servira au service achat pour acheter les matires premires. Le service traage labore les dossiers techniques pour la fabrication. Ces tapes ont lieu au sige social situ An Seba Casablanca. Le dbit correspond larrivage de la matire premire latelier situ Tit

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Mellil. A latelier, le travail de la matire est ralis en suivant diffrentes tapes comme le pliage, le cintrage et le laminage. Lassemblage des mtaux en feuille, des tles, des tubes et des profils se fait partir des plans. DLM procde ensuite lassemblage en recourant aux techniques et aux procds de soudage. Le soudage est ralis par des soudeurs qualifis en suivant le mode opratoire de soudage. Ce dernier est ralis par des oprateurs soudeurs en collaboration avec lingnieur soudeur. Puis, ont lieu les contrles non destructifs tels que le ressuage, la magntoscopie, les radiographies et ltude des soudures par ultra son. Une fois la pice contrle, les traitements de surface sont raliss et permettent dviter la rouille de la matire premire. Les travaux de montage permettant lobtention de la pice finale ont lieu sur le chantier.

Figure 1 Processus dacheminement des pices

APPEL DOFFRE

AFFAIRE N

BUREAU DETUDE

ACHATS

TRACAGE FABRICATION

DEBIT

TRAVAIL DE LA MATIERE

ASSEMBLAGE SOUDAGE

CONTROLE NON

DESTRUCTIF

TRAITEMENT DE SURFACE

LIVRAISON SUR

CHANTIER TRAVAUX MONTAGE

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5. Sensibilisation aux risques et la scurit :

Une formation la scurit latelier est dispense chaque nouvel employ.

Dans un espace confin, des rgles sont respecter afin de garantir la scurit de chaque employ :

1) Informer le personnel environnant lorsquun soudeur ralise une soudure dans un espace confin. En effet, le soudeur doit informer au moins un autre employ qui doit tre lextrieur pour le surveiller en cas dasphyxie;

2) Avoir disposition des extincteurs, extracteurs et une lampe (24V) ; 3) Mettre en place une ventilation.

En cas dincendie, quatre types extincteurs sont disposition : 1) Lextincteur poudre (utilis dans les usines), la flamme pouvant atteindre jusqu 3

m. 2) Lextincteur CO2 (utilis dans les usines) peut teindre une flamme de 1 m. Il est

utilis car le CO2 ne dtriore pas les composants lectriques. 3) Lextincteur mousse (utilis dans les bacs ptroliers) ; 4) Lextincteur leau pulvrise (utilis dans les hpitaux).

Chapitre 2 Soudage :

1. Prparation du DMOS :

Le charg daffaire rpond un appel doffre et transmet le dossier au service soudage. Il leur fournit les plans, les conditions de fabrication (spcification client), les normes en application. Les prparateurs soudage tudient le type de soudures, la matire souder, lpaisseur et le type de contrle non destructif appliquer. Si les qualifications des modes opratoires de soudage (QMOS) et qualification des soudeurs (QS) sont disponibles, il sen suit la prparation des modes opratoires de soudage, le reprage des soudures et des MOS dans le but de faciliter la lecture du plan et le remplissage du registre de soudage (repre soudure, mode opratoire se rfrant et ltendue de contrle). Le registre de soudage permet un suivi de chaque soudure (soudeurs, numro de lot, numro du mtal dapport, numro des PV des CND). Si elles ne sont pas disponibles, de nouvelles QMOS sont ralises.

Avant soudage, les dimensions des tles sont contrles (diagonale, paisseur). Les tles sont livres avec ou sans chanfrein en X latelier. Les chanfreins en X permettent de diminuer le volume de mtal dposer et limitent ainsi la dformation des tles aprs soudage. Ils ont pour but damliorer la rsistance du joint soud en permettant un accs total sur lpaisseur de la pice souder. Une fois le contrle dimensionnel ralis, la tle est cintre.

Figure 2-Cintreuse

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2. Mtal de base :

Le mtal de base des viroles est S355J2+N. Cest un acier de construction dont la limite dlasticit est dau moins 355 MPA et dont la rsilience est garantie -20C. Cest un matriau normalis cest--dire que cest un acier trait mcaniquement avec des grains uniformes et fins. Sa composition chimique est rpertorie dans le tableau suivant :

Mn% P% S% C% Si% Al% Cu % 1,460 0,014 0,005 0,178 0,340 0,034 0,018

Nb % Ni % Cr % V % Mo % Ti % Fe% 0,014 0,008 0,018 0,003 0,001 0,003 97,9

Tableau 1-Composition chimique du S355J2+N (%)

Lors des essais pour llaboration de nouvelles QMOS, les prouvettes sont en S355NL. Cest un acier de construction dont la limite dlasticit est dau moins 355 MPA et appartenant au mme groupe que le mtal de base. Dautres mtaux sont utiliss dans la fabrication des mts dolienne (S355JO et S355JR). S355JO garantit une rsilience 0C alors que S355JR est un acier de construction lamin chaud qui garantit une rsilience +20C.

3. Procds de soudage :

Lors de la fabrication des mts doliennes, les principaux procds utiliss sont le soudage larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr (136), le soudage larc llectrode enrobe (111) et le soudage larc sous flux en poudre (121).

3.1. Soudage larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr :

3.1.1. Principe :

Cest une technique de soudage semi-automatique utilise dans le soudage de la porte dans le tronon infrieur du mt. Un arc lectrique est cr et entretenu entre le fil fourr et la pice souder. Le courant est continu. La vitesse de dvidage du fil est proportionnelle lintensit de soudage. Lnergie fait fondre le fil fourr (poudre mtallique enrobe dune gaine du mme mtal) et la pice assembler pour constituer le bain de fusion. Lutilisation dun fil fourr permet daugmenter la productivit. En effet, la rsistance dun fil fourr est suprieure celle dun fil nu donc il fond plus vite et la vitesse de dvidage du fil est augmente. Le bain de fusion est protg par un gaz actif (CO2+Ar). Le fil fourr est plac dans un dvidoir motoris automatique puis il est droul du dvidoir la sortie de la buse.

Ce procd permet davoir une forte productivit par rapport au soudage par lectrode enrobe et TIG. La vitesse de soudage est plus importante et il permet une large gamme dpaisseur. Il y a une meilleure stabilit de larc car la densit de courant est plus importante. Cette technique permet le soudage dans les deux sens. Cependant, il y a de nombreuses projections et un risque de collage en court circuit.

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Figure 3- Schma de principe du soudage MAG

3.1.2. Mtal dapport :

Le mtal dapport est T46-4 MM1. Cest un fil fusible dont le diamtre est de 1,2 mm. Le diamtre des fils fourrs stend de 1 4 mm (selon la norme NF A 81-310). Le gaz protecteur est du M21, il est compos de 82% dAr et 18% de CO2. Avant utilisation, le mtal dapport est conserv ltuve 70C afin de minimiser la teneur en hydrogne.

3.2. Soudage larc avec lectrode enrobe :

3.2.1. Principe :

Cest un procd de soudage qui consiste unir avec une lectrode de mtal dapport enrobe deux pices de mtal de mme nature en fusionnant leurs bords. La fusion de lenrobage dgage un gaz qui protge le bain de fusion. Le courant est soit continu soit alternatif en fonction de lenrobage. Dans la majorit des cas, le courant est continu en polarit inverse.

Cette technique est utilise pour souder une grande varit de mtaux et alliages (acier doux, aciers allis et fortement allis, le nickel, fonte). Il est facile mettre en uvre. Il est dconseill pour le soudage de tles dont lpaisseur est infrieure 2,5 mm (risque deffondrement du bain de fusion). Cest un procd lent avec un faible taux de dpt.

Figure 4-Schma de principe du soudage l'arc avec lectrode enrobe

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Le mtal dapport est llectrode fusible positive E7018-1 dont le diamtre est de 4 mm. Les diamtres normaliss standards stendent de 1,6 6 mm. Llectrode est compose dune me en acier, enrobe dune matire assurant la protection du bain de fusion (enrobage basique). Les lectrodes enrobage basique sont trs sensibles lhumidit, un tuvage avant utilisation est indispensable. Le laitier se dtache facilement.

C% Si% Mn% P% S% min - 0,20 1,00 - - max 0,10 0,60 1,50 0,025 0,025

Tableau 2-Composition chimique (%) du mtal d'apport E7018-1

Lenrobage de llectrode assure trois rles : - Un rle lectrique : en favorisant lionisation de la colonne darc entre la pice souder et llectrode. Ainsi, cela permet lamorage et la stabilit de larc.

- Un rle physique et mcanique : en soutenant le mtal fondu aprs avoir t transform en laitier. Il a un rle de guidage, un cratre en bout dlectrode se forme de par un retard la fusion de lenrobage.

- Un rle mtallurgique : en protgeant le bain de fusion et larc lectrique de lair ambiant contre loxydation grce sa composition chimique. Aprs fusion, lenrobage dgage des gaz protecteurs et des lments avides en oxygne.

3.3. Soudage larc sous flux en poudre :

3.3.1. Principe :

Cest une technique de soudage automatique qui est utilise principalement pour la deuxime et troisime passe dans le soudage des viroles (soudure longitudinale et circulaire). La tte de soudage est guide laide dune potence. Larc lectrique et le bain de fusion sont recouverts par une poudre granuleuse (flux). Larrive du mtal est coaxiale larc de soudage. Il y a un risque de fissuration chaud. Ce procd ncessite une forte intensit. Le courant est continu en polarit inverse.

Figure 5- Soudage larc sous flux en poudre

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Ce procd de soudage permet un dpt de bonne qualit (taux de dpt lev), des cordons lisses. Il ny a pas de projections, ni de fumes, larc est invisible. Cependant, cest une installation coteuse, rserv aux grandes longueurs de soudage.


Le mtal dapport est llectrode fusible SD3/EH12K de diamtre 3,2 mm.

C% Mn% Si% S% P% Ni% Cr% Cu% Al% Mo% 0,107 1,744 0,304 0,007 0,011 0,013 0,046 0,065 0,002 -

Tableau 3-Composition chimique du mtal d'apport SD3/EH12K (%)

3.3.3. Flux :

Le flux en poudre utilis est F7 A8. Cest une poudre granuleuse qui recouvre et protge le bain de fusion. Le flux a un rle lectrique, physique et mtallurgique. Il existe deux familles de flux :

MnO TiO2 CaO CaF2 Fe2O3 SiO2 Al2O3 MgO P2O5 0,90 1,97 5,96 26,63 1,12 12,75 18,35 31,0 0,020

Tableau 4-Composition chimique du flux (%)

-les flux fondus : Ils ont une structure granulaire. Ils sont obtenus aprs fusion au four, broyage puis tamisage. La granulomtrie a une influence sur la soudabilit opratoire. En effet, si les grains sont fins, il y a une meilleure mouillabilit alors que la pntration est moins bonne. Si les grains sont gros, le dgazage est facilit.

-les flux agglomrs : Ce sont des grains compacts. Ils sont obtenus aprs granulage et schage au four. Ils sont sensibles la reprise dhumidit et le laitier est facilement dtachable. Le flux est tuv ou calcin avant utilisation. A latelier, ce sont les flux agglomrs qui sont utiliss.

Le taux dhydrogne li au mtal dpos est de 3,8 ml/100g et celui dhydrogne diffusible dans le mtal dpos est 1,5 ml/100g. On garantie ainsi un faible taux dhydrogne pour limiter lapparition de microfissures.

Chapitre 3 - Paramtres de soudage :

Les paramtres de soudage dpendent la fois de lpaisseur des tles, de la position de soudage et du diamtre de fil. Lintensit de soudage a un effet sur la pntration et sur lpaisseur du cordon de soudure. Plus lintensit augmente, plus la pntration augmente. Cependant, plus la vitesse de soudage augmente, plus la largeur, la pntration et lpaisseur du cordon de soudure diminue. Le tableau suivant montre lvolution des paramtres de soudage :

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Paramtres Valeur Largeur Pntration Intensit de soudage + - +

Vitesse de dvidage du fil + - + Tension de soudage + + - Vitesse de soudage + - -

Tableau 5- Evolution des paramtres de soudage + : augmentation - : diminution

1. Soudure longitudinale et circulaire :

En gnral, trois passes sont effectues pour les soudures longitudinales et circulaires dune virole selon le schma suivant :

Figure 6-Identification des diffrentes passes des soudures longitudinales et circulaires

Dans les deux cas, larc est lgrement inclin dans le sens du soudage.

1.1. Premire passe :

La premire passe de soudage seffectue lintrieur de la virole cintre par le soudage larc avec lectrode enrobe. Il sagit de la passe de pntration. Le rglage de lintensit prend en compte le diamtre de llectrode utilise ( lectrode ). Le calcul suivant permet de dfinir une intensit moyenne dutilisation qui sera ajust aprs essais et selon la position de soudage :

Lintensit varie de 70 200 A. Si lintensit est peu leve, de nombreux dfauts apparaissent (manque de pntration, inclusions). Si lintensit est trop leve, des caniveaux peuvent apparaitre et il y a un risque de projections importantes. Il est prfrable davoir une intensit suprieure la plage dintensit courante. Ici, lintensit applique sera de lordre de 150 A. La tension peut tre calcule approximativement par le calcul suivant :

)(04,020)( AIVU += pour I < 600 A

Lors de cette tude, la tension est de lordre de 26 V.

)1(50)( = lectrodeAI

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Figure 7- Soudage de la 1re passe

Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)

Energie de soudage (kJ/cm)

130-140 22-24 12 14,3-16,8

Tableau 6- Paramtres de soudage exprimentaux

Le tableau ci-dessus reprsente les plages des paramtres de soudage exprimentaux. Ils respectent les paramtres de soudage des MOS et des calculs.

1.2. Deuxime passe :

La deuxime passe est une passe de remplissage. Elle est ralise par larc submerg. Lintensit influe sur la pntration mais peu sur la largeur du cordon et sur la surpaisseur. Si lnergie linaire est trop leve, la rsilience diminue et si lintensit est trop faible, il y a un manque de pntration. La tension peut tre calcule approximativement par le calcul suivant :

)(02,020)( AIVU += pour I < 1000 A.

Si la tension est trop forte, la largeur du cordon et la consommation de flux augmentent. Pour une granulomtrie normale de flux, le taux de consommation du flux est de 1,3 1,4 kg de flux pour 1 kg de fil. Il y a aussi un risque de caniveaux. Si la tension est trop faible, les cordons sont bombs. Si la vitesse de soudage est importante, le cordon est troit. Le diamtre du fil varie inversement avec la densit de courant et la pntration.



450-550 28-32 34-38 19,9-31,1

Tableau 7-Paramtres de soudage thoriques



500 28-30 34-36 24,8 550 30 34-36 28,3

Tableau 8-Paramtres de soudage exprimentaux

VIU

cmKJE 60)/( =

Exprimentalement, les plages dintensit doivent tre respectes (voir tableau 7 et 8).

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Lpaisseur intervient peu dans les paramtres de soudage. Cependant, ce facteur est prendre en compte en cas dune diffrence dpaisseur trop importante (par exemple dans le soudage de la porte).

1.3. Troisime passe :

La troisime passe est une passe de finition. Elle est ralise par larc submerg. Lintensit est augmente.



500-650 28-32 40-46 18,3-31,2

Tableau 9- Paramtres de soudage thoriques



630 32 40 30,2 630 31 40 29,3

Tableau 10-Paramtres de soudage exprimentaux

2. Soudure de la porte :

Le soudage de la porte seffectue laide du soudage larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr.

Figure 8- Schma de prparation de la soudure de la porte

2.1. Mesure des paramtres :

Lintensit varie de 100 300 A. La tension peut tre calcule approximativement par la formule suivante :

)(05,014)( AIVU += pour I < 600 A.

Passes Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)

1 190-230 23-25 15-19 (2-N) + (3+N) 250-300 27-30 24-30

Tableau 11-Paramtres de soudage thoriques

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La tension et lintensit sont affiches sur le poste de soudage. Cependant, il peut y avoir une diffrence de tension entre la valeur affiche et celle rellement utilise cause des pertes magntiques. En effet, si le cble est mal dploy par exemple, des pertes magntiques peuvent avoir lieu. On utilise donc une pince multimtre pour mesurer la tension et lintensit relle applique. De plus, le dbit de gaz en l/min est peu prs gal au diamtre de la buse en mm. Enfin, la vitesse de soudage peut tre contrle en mesurant le temps (min) mis dans la ralisation dune soudure (en cm).

2.2. Rgimes du soudage MAG fil fourr :

Le soudage de la porte seffectue dans un rgime par court-circuit. Cest le rgime le plus utilis. Il assure une bonne pntration. Il existe trois modes de transfert du fil vers la pice dans larc. Ils sont fonction de la valeur de lintensit, de la tension de soudage et du gaz ou mlange gazeux utilis :

-le transfert par court-circuit (short-arc): Il intervient pour une valeur de tension et intensit faible. Il se caractrise par la formation dune goutte en bout de fil venant en contact avec le bain liquide. Le mtal se dpose par gouttes dans le bain de fusion par une srie de courts-circuits entre le fil dapport et le mtal souder. Les gouttes se dtachent par effet de pincement d aux forces lectromagntiques. Larc est court et instable. Cette technique permet de souder de faibles paisseurs. Il est utilis pour les passes de pntration (premire passe).

Figure 9-Schma dun cordon de soudure aprs rgime par court-circuit

-le transfert globulaire : Il sagit dun rgime intermdiaire entre le rgime par court-circuit et le rgime par pulvrisation axiale. Il y a un risque dclaboussures important et les projections sont difficiles viter. Les tensions et intensits sont de valeur moyenne. Il se caractrise par une croissance lente des gouttes. Lintensit ntant pas suffisante pour expulser la goutte, celle-ci va grossir jusqu tomber sous son propre poids. La pntration est moins prononce quen court-circuit. Il est utilis pour les passes de remplissage.

Figure 10-Schma dun cordon de soudure par rgime globulaire

-le transfert par pulvrisation axiale (spray-arc) : Lintensit et la tension sont leves. Lextrmit du fil fond en trs fines gouttelettes qui sont projetes dans le mtal fondu les unes aprs les autres trs grande vitesse. Ceci est d aux champs magntiques qui sont suffisants pour pincer le fil (force de Laplace). La pntration est importante. Larc est long et stable et le taux de dpt est important. Il y a peu de projections sur les bords du cordon. Il est utilis pour les passes de remplissage et finition. Ce transfert est exclusivement utilis avec un mlange gazeux.

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Figure 11-Schma dun cordon de soudure aprs rgime par pulvrisation axiale

Le tableau suivant reprsente les paramtres de soudage des diffrents rgimes en MAG : Types de rgime Tension (V) Intensit (A/mm2) par court-circuit 20-23 250 Tableau 12-Paramtres de soudage des diffrents rgimes en MAG fil fourr de diamtre 1,2mm

Cependant, aprs de nombreuses rparations au niveau de la porte dans les premiers tronons, le soudage larc submerg sest avr un meilleur choix. En effet, il permet une meilleure tenue mcanique par rapport au procd 136. Cependant, cest un procd plus long, 8 9 passes sont raliss.

Chapitre 4 Contrle non destructif :

Les contrles non destructifs (CND) prennent en compte les exigences du client. Chaque contrle non destructif est rpertori dans chaque mode opratoire de soudage (voir en annexe). Le contrle visuel est ralis 100%. Puis, ltendue du contrle ultra son et magntoscopie varie en fonction de lemplacement de la soudure contrle de 5 100% selon les exigences du client.

1. Ultrason :

Cette technique permet de dtecter les dfauts non superficiels dont la profondeur est suprieure 8 mm. Cela consiste mettre un signal ultra sonore, mis par un palpeur, sous un angle dincidence (qui peut varier). Si aucun obstacle nest rencontr, les ultrasons vont atteindre la face infrieure de la pice et se rflchiront suivant un angle gal langle dincidence. Si un dfaut est prsent sur le parcours des ultrasons, le dfaut constituera une surface rflchissante et le palpeur recueillera deux ondes rflchies. Tous les palpeurs sont metteurs-rcepteurs.

Il faut au pralable talonner loscilloscope et le palpeur et constituer linterface dmission des ultra sons en lubrifiant la surface de la pice avec de la colle par exemple. Les normes en application sont EN 1714 (application de la technique) et EN 1712 (critre dacceptation). En gnral, les soudures longitudinales sont contrles 5% part aux extrmits o elles sont contrles 100%. Les soudures circulaires sont contrles 20%. En prsence dun dfaut, la gamme de contrle est largie 50% puis 100% si un autre dfaut est dtect.

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2. Magntoscopie :

La magntoscopie est ralise au niveau des Start/stop (dbut et fin des soudures) de chaque soudure. Cette technique permet de dtecter les dfauts superficiels dont la profondeur est infrieure 8 mm. Cela consiste enduire une pice dune encre charge en poudre de fer et crer un champ magntique perpendiculaire au dfaut probable. Si la pice est homogne, la poudre de fer restera rpartie uniformment. Sil y a un dfaut, les lignes dinduction sont dvies et il se produit une concentration de poudre de fer.

Les normes se rfrant la magntoscopie sont EN 12090 (application de la technique) et EN 12091 (critre dacceptation).

3. Contrle dimensionnel :

Il permet de contrler les dimensions du cordon de soudure (paisseur, largeur) ainsi que la planit des deux tles assembles. Il doit tre en accord avec la norme EN ISO 5817. La surface de la tle doit tre exempte de rouille. La hauteur du cordon de soudure varie en fonction de la position de soudage.

Dans le cas dune soudure bout bout plat (BW) :

11,0 + bh

h : hauteur du cordon de soudure b : largeur du cordon de soudure

Figure 12- Schma d'une soudure bout bout plat sur bords chanfreins en V

Dans le cas dune soudure en angle intrieur (FW) :

ah + 15,05,1

2221

=

=

a

hZZ

Figure 13-Schma d'une soudure dangle

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Chapitre 5 Dfauts et rparations : 1. Types de dfauts :

Les dfauts rencontrs lors de la fabrication des mts doliennes dpendent du type de procd utilis.

1.1. Soufflures :

Les soufflures dans la soudure sont des inclusions de gaz. Il existe diffrents types de soufflure en fonction de leur taille (les piqres sont des soufflures de petite dimension) et de leur forme (soufflure allonge). Elles sont surement dues la prsence de tles humides ou oxydes ou des lectrodes humides.

Pour y remdier, il est indispensable de nettoyer au pralable les tles et de prchauffer jusqu disparition des soufflures. Il faudra tuver les lectrodes et surtout celles basiques.

1.2. Caniveaux :

Les caniveaux sont des manques de mtal en forme de sillons plus ou moins rguliers rpartis de part et dautre de la soudure. Ils sont dus une intensit trop leve, des tles trop oxydes, voire mme une vitesse davance trop faible.

1.3. Manque de pntration :

Il sagit dune absence partielle des bords souder laissant subsister un interstice entre ces bords. Une mauvaise prparation ou un cartement insuffisant des deux tles peuvent tre la cause dun manque de pntration.

1.4. Inclusion de laitier :

Un rsidu de laitier reste emprisonn dans la masse du mtal fondu. Ceci est d un manque dintensit, des tles oxydes.

Pour y remdier, il faut bien nettoyer le cordon de soudure entre chaque passe. Si le laitier ne se dcolle pas, il y a surement un problme dans le rglage de la vitesse du fil.

1.5. Inclusion de flux :

Cest un rsidu de flux emprisonn dans la soudure. Il peut survenir lors du soudage sous flux en poudre. Comme prcdemment, il faudra bien nettoyer les tles au pralable.

1.6. Fissure :

Il existe deux types de fissuration : froid et chaud. La fissuration chaud survient lors de la solidification. Elle peut tre due la prsence de souffre rsiduel. La fissuration froid provient soit de la prsence dune structure martensitique, soit de la prsence de

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contraintes rsiduelles, soit de la prsence dhydrogne dans le matriau ou bien une paisseur de tles trop importante.

Pour y remdier, le prchauffage permet daugmenter la trempabilit et diminue les vitesses de refroidissement et le post-chauffage permet de faire diffuser lhydrogne.

La figure suivante montre les diffrents types de dfauts rencontrs dans les quatre premiers mts selon leur nature et leur localisation :

Figure 14-Rpartition des dfauts prsents dans les premiers mts selon la nature et la localisation

On observe que les dfauts non volumiques (fissure, manque de pntration, caniveaux) sont majoritaires par rapport aux dfauts volumiques (inclusion, soufflure). Ils sont davantage prsents dans les circulaires. En effet, les circulaires sont soudes en mouvement contrairement aux longis ce qui peut tre un facteur dapparition des dfauts.

2. Rparations :

Tout dabord, llimination de la soudure a lieu lendroit du dfaut par Gougeage larc-Air puis la partie souder est nettoye par meulage. La rparation seffectue par rechargement aprs contrle par magntoscopie. Lors du soudage larc submerg, le courant est continu (CC) et le fil est polaris positivement en majorit. Cependant, lors du rechargement, le fil est polaris ngativement.

2.1. Gougeage lArc-air :

Il sagit dune lectrode positive en graphite recouverte de cuivre permettant le transfert du courant. Larc lectrique fait fondre le mtal entre llectrode et la pice. Puis, le mtal fondu est souffl par lair comprim. Loxydation du mtal en fusion est ralise par loxygne contenu dans lair comprim.

Cette technique permet de retirer les soudures dfectueuses. Il est prfrable dutiliser le procd de plasma sur de laluminium ou sur des aciers inoxydables.

2.2. Meulage :

Le meulage permet de retirer une partie de la matire en utilisant des disques abrasifs.

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2.3. Rparation par rechargement :

Le procd de soudage utilis est le mme quavant dfaut. Le rechargement dpend de la profondeur du dfaut.

Figure 15- Schma de rparation par rechargement

2. Taux de rparations :

Le taux de rparations est calcul chaque fois quun dfaut est dtect. Cest le rapport de la longueur rpare sur la longueur contrle en pourcentage. La longueur rpare correspond la longueur du dfaut mesur. La longueur contrle correspond ltendue du contrle applique la longueur de la virole. Il renseigne sur les aptitudes du soudeur et permet de juger de la fiabilit du procd.

Figure 16-Evolution du taux de rparation dans les premiers mts

Le taux de rparations a tendance diminuer. Pour le premier mt, il slevait 12% alors que pour le quatrime mt, il nest plus qu 6%. Il y a une nette amlioration dans le soudage.

La figure 17 montre le suivi des soudures des tronons des mts doliennes de son commencement (18/06/2013) jusqu la fin de mon stage (31/08/2013). On observe que la cadence de soudage a fortement diminu de mi juillet mi aout (mois du Ramadan entranant la fatigue des ouvriers). Dornavant, une nette augmentation est observe.

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Figure 17-Diagramme de Gantt sur le suivi des tronons souds

Chapitre 6 Essai dun nouveau fil fourr :

Actuellement, les soudeurs utilisent le fil fourr T46-4 MM1 (nom commercial FCW21) de diamtre 1,2 mm dans le soudage larc sous protection de gaz actif. Cependant, lentreprise souhaiterait utiliser un nouveau fil T46-6 MM1 H5 (nom commercial AMC 01) suite aux nombreuses rparations qui ont eu lieu sur la porte et en raison dun prix attractif. Les fils fourrs protgent et moulent le cordon de soudure. Ils sont composs dune gaine en acier remplie dune poudre.

Cependant, en absence de QMOS pour ce fil, un DMOS-P a t rdig. La demande est dabord adresse au service traage qui vrifie la prsence des tles et lance le dbitage des prouvettes. Une fois les prouvettes prtes, elles sont soudes selon les conditions et paramtres du cahier de soudage. Puis, elles sont contrles en interne (CND) et envoyes un laboratoire de contrle qui ralise les contrles destructifs.

1. Prparation des prouvettes :

Afin de raliser cet essai, des prouvettes en S355 ont t labores dans le sens du laminage afin dviter larrachement lamellaire lors du soudage des deux tles. Elles ont comme dimension 500x200x20 mm avec chanfrein en X.

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Les chanfreins ont pour but damliorer la rsistance du joint soud permettant un accs total sur lpaisseur de la pice assembler. Les chanfreins sont raliss par oxycoupage manuel. Cest une opration de dcoupage de lacier laide de chalumeaux aliments par de loxygne pur et un gaz combustible (actylne).

3. Fiche technique du fil fourr :

C% Mn% Si% P% S% FCW-21 0,18 1,75 0,9 0,03 0,03 AMC 01 0,06 1,60 0,80

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Tableau 14-Paramtre de soudage du fil T46-6 MM1 H5

Les paramtres de soudage du fil test sont en accord avec ceux du fil actuel.

3.2. Conditions de soudage :

Les fils fourrs sont utiliss principalement plat (PA). Ils ont lavantage de permettre une bonne pntration. Le soudeur a vrifi le dvidage du fil cest--dire le bon droulement de la bobine de fil et surtout labsence daccrochage du fil dans la bobine. Laspect du cordon de soudure est correct.

4. Rdaction dun DMOS-P :

La rdaction dun descriptif de mode opratoire de soudage prliminaire (DMOS-P) est ralise chaque nouvelle procdure (nouveau mtal dapport, mtal de base, procds). Ce dossier comporte diffrents documents rpertoriant lensemble des informations ncessaires pour la soudure :

- le descriptif du mode opratoire de soudage du constructeur ou du fabricant avec les paramtres de soudage appliqus

- le registre des soudures - le plan de reprage des soudures - le plan de reprage des DMOS

Une fois le dossier complet, il est envoy au service traage avec les dimensions des prouvettes, le type de chanfrein (en X) selon la norme EN 15614 dans le but de raliser de nouvelles prouvettes qui seront soudes puis contrles par le laboratoire de contrle.

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5. Essais destructifs :

Le laboratoire de contrle ralise diffrents essais suivant diffrentes normes. Les essais ont pour but de garantir la pice finale au client. Puis, nous tudierons les rsultats obtenus la suite dune soudure bout bout sur tle en acier en S355 dpaisseur 20 mm (voir le schma ci-dessous). Les prouvettes sont prleves aprs que les essais non destructifs aient t effectus et quils aient donn des rsultats satisfaisant les critres de contrle.

Figure 18-Soudure bout bout sur tle en acier S355 soud avec le fil T46-6 MM1 H5

Zone 1 : Extrmit chuter 25 mm. 2 : Sens de soudage. Zone 3 : Aire pour 1 prouvette de traction et pour 2 prouvettes de pliage. Zone 4 : Aire pour des prouvettes de flexion et pour des prouvettes complmentaires. Zone 5 : Aire pour 1 prouvette de traction et pour 2 prouvettes de pliage. Zone 6 : Aire pour une coupe macrographique sur une face et pour un essai de duret sur lautre face.

5.1. Essais de duret Vickers HV10 :

Le but de cette technique est de mesurer la duret dun matriau. Pour cela, des empreintes sont ralises dans la zone fondue, les zones affectes thermiquement (ZAT) et le mtal de base laide dun pntrateur en forme de pyramide base carre sous une charge F (en Newton). La charge maximale admissible appliquer pour avoir des empreintes est de 98 N. La surface de la zone analyse est polie pralablement. La valeur de la duret Vickers est dduite par la mesure des diagonales de lempreinte.

2

21

)189,0(2

)(

dFHV

ddd

=

+=

d1 et d2 sont les diagonales de lempreinte laisse par le pntrateur sur le matriau.

25

Figure 19-Aspect du cordon de soudure dune soudure bout bout sur tle en acier

Pour les matriaux dont lpaisseur est suprieure 5 mm, on ralise deux lignes de filiations une profondeur de 2 mm maximum sous les surfaces infrieure et suprieure de lassemblage soud. Dans chaque zone analyse (MB, ZAT, ZF), trois empreintes sont releves sur une ligne de filiation. La premire mesure de duret dans la ZAT doit tre situe au plus prs de la ZF (voir figure ci-dessus).

Figure 20-Mesure de duret d'une soudure bout bout sur tle en acier avec T46 MM1 H5

Selon la norme EN ISO 15614-1, la duret maximale acceptable est de lordre de 380 HV.

5.2. Essais de flexion par choc :

Lessai de flexion par choc consiste rompre de manire brutale une prouvette entaille pour mesurer lnergie ncessaire la rupture. Trois emplacements sont tudis : trois prouvettes avec une entaille Charpy en V dans le mtal fondu, trois prouvettes avec une entaille Charpy en V dans la zone affecte thermiquement et trois prouvettes avec une entaille Charpy en V dans la zone de liaison.

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Tableau 15-Essai de rsilience dune soudure bout bout sur tle en acier avec T46-6 MM1 H5

Lnergie absorbe doit tre en conformit avec la norme du mtal de base.

5.3. Analyse macrographique :

Le cordon de soudure est attaqu par du Nital (8% dacide nitrique, 92% dalcool dnatur) sur une face. La surface du produit est trempe puis elle est plonge rapidement dans leau pour stopper la raction chimique qui a lieu entre le Nital et lacier. Cette action permet de mettre en vidence la diffrence entre le mtal de base et la partie qui a t en fusion lors de la soudure. Puis la pice est sche. Une fine couche de vernis transparent est applique. Cest une mthode rvlatrice de laspect interne du cordon. Les dfauts macrographiques sont rvls. La zone de liaison, la ZAT et la distribution des passes sont rvls clairement. Cet examen comporte une partie du mtal de base non affect thermiquement.

Figure 21-Aspect du cordon de soudure aprs analyse macrographique

Ici, les deux passes sont lgrement dcales lune de lautre (cas tolr). Cependant, si les deux passes sont totalement dcales lune de lautre, il y a un manque dinterpntration du mtal. Dans ce cas, la soudure nest pas accepte.

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5.4. Essais de traction :

Les essais de traction sont raliss sur des prouvettes pralablement soudes. Lessai est conforme si lprouvette se casse au niveau du mtal de base et non pas au niveau de la soudure. Ainsi, on obtient les valeurs de la limite dlasticit, la rsistance la rupture et lallongement.

Figure 22-Essais de traction suite la soudure bout bout en acier

La rsistance la traction (Rm) de lprouvette ne doit pas tre infrieure la valeur minimale spcifie du mtal de base correspondante. Dans cette tude, Rm (MB) = 512 N/mm2. Lessai de traction des prouvettes est respect.

5.5. Essais de pliage :

Lessai de pliage permet de vrifier labsence dbauche de fissure sur lprouvette. Selon la norme EN ISO 15614-1, cet essai ne doit pas rvler un seul dfaut suprieur 3 mm dans toutes directions. Les dfauts situs aux angles des prouvettes sont ignors lors de lvaluation. Il est rgi selon la norme NF EN 910. Quatre prouvettes de pliage sont prleves (prouvette de pliage ct).

Figure 23-Essai de pliage la suite d'une soudure bout bout en acier

Les essais destructifs du fil test prsentent de bons rsultats. Ce fil pourrait tre une bonne alternative au fil actuellement utilis. Il pourrait rsoudre les dfauts lis la prsence dhydrogne grce son tanchit (fissures).

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Conclusion

Une fois les viroles soudes entre elles circulairement et aprs que les contrles (ultrason, magntoscopie, contrle dimensionnel) aient t approuvs, ltape de grenaillage a lieu. Cette tape consiste au dcapage et nettoyage permanent des pices mtalliques par projection de billes (grenailles) sur la pice traiter. Puis, les tronons sont peints et sont prts tre livrs sur le chantier pour leur assemblage.

Certains problmes ont eu lieu lors du commencement de la fabrication des mts doliennes. Tout dabord, le lancement de la fabrication en juin dernier a t retard cause du retard dune autre commande (celles des portiques des navires). Puis, la machine permettant le soudage sous flux en poudre est tombe en panne (d un manque de connaissance thorique de la machine par ces utilisateurs). Enfin, jai remarqu un manque de communication et de cohsion entre les diffrents services ce qui pnalisait le bon droulement des travaux. Cela peut sexpliquer par le dmnagement dune partie des bureaux de Ain Seba Tit Mellil.

Dornavant, la cadence de fabrication a augment. Trois quipes travaillent sur le projet (de 6h 14h, de 14h 22h et de 22h 6h) ainsi quune quipe de jour (de 7h 17h).

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Annexe

Figure 24-Descriptif du mode opratoire de soudage du constructeur ou du fabricant

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Figure 25-Registre des MOS

Figure 26-Plan de reprage des soudures dans le tronon mdium

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Figure 27-Plan de reprage des MOS dans le tronon mdium

Bibliographie

http://infp.gouv.ht/Matdidact/fiche_pdf_fr/mecanique/1453_09_Chap2_1_9.pdf

http://content.lincolnelectric.com/fr/pdfs/products/literature/SUBARCWELDING-fr.pdf

http://www.lyc-de-gaulle-pulversheim.ac strasbourg.fr/JLH/ASSEMBLAGE/MAG%20proc%C3%A9d%C3%A9%20136.htm

Documents internes DLM (QMOS, PV, MOS,).

EN ISO 15614-1