Cycle thermique du soudage

  •  
  •  
  •  

Cycle thermique du soudage avec sa petite sauce de récréation…

Pour aborder en toute sérénité ce paragraphe de révisions sur le les cycles thermiques du soudage, j’espère que vous avez lu les révisions précédentes sur les traitements thermiques

La “soudure” peut se faire avec plein de procédés : il y en a un plus de 70 (et même plus, j’ai arrêté de compter à un moment donné), encore utilisés sans compter les procédés en voie de disparition et en sans compter les procédés coupants du style arc air

On peut dire que depuis le moyen age et le forgeage on en a fait des progrès mais depuis la fin du 19 e siècle la soudure a vu arriver des nouveaux procédés et je ne doute pas d’en voir apparaître dans les temps à venir…

1) Le soudage – procédés – vidéos

Ici je vais essayer de vous en trouver via des vidéos

1-1) Aluminothermie:

1-2) Aluminothermie:

1-3) Orbital welding – Soudage orbital

1-4) Soudure à l’explosif (explosive welding)
***Vidéo supprimée ***

2) Le vif du sujet – Les cycles thermiques en soudage

Bonsoir à tous,

Je sais que depuis ce week end je ne me suis pas vraiment préoccupé de vos lectures, non pas par flemme, enfin (un petit peu) mais je vous ai laissé quelques vidéos pour reposer vos petits yeux, enfin c’est aussi parce que je révise encore et que je recherche un moyen d’arriver à vous introduire sur la notion de cycle thermique du soudage.

Assez important d’ailleurs, car un bon joint soudé est un joint qui n’existe pas … bizarre non ?

Enfin plutôt compréhensible puisque nous avons vu que la chaleur avait une incidence sur les grains de notre métal. Via la métallographie je vous assure qu’on arrive à discerner aisément le Métal de base la Zone Atteinte thermiquement, la Zone Fondue, etc…

On y retrouve des Grains de forme équiaxes, et basaltique (j’ai cru comprendre que si c’était bien fait on ne devait pas en trouver des grains basaltiques) mais tout de même on s’aperçoit que les grains suivent les flux de chaleur.

Ensuite, pour arriver encore à vous parler de la notion de cycle thermique, j’ai eu l’occasion de trouver quelques petits PDF assez sympas à lire, PDF de retour d’expérience je vais donc vous mettre les liens ici pour que vous puissiez les lire tranquillement. Pendant ce temps là moi je m’en retourne finir de lire le second qui m’aidera à mieux comprendre en espérant pouvoir être clair dans mes explications …

PDF sur la soudure

Autre PDF sur la soudure

Plutôt long le deuxième pdf enfin intéressant aussi 🙂 je finirais de le lire plus tard, puisque l’auteur aborde d’autres thématiques dans lesquelles nous irons sûrement nous promener vous et moi, pour le premier PDF je pense avoir réussi à corriger et vous donner le lien intégral qui vous y amènera celui là est beaucoup plus rapide à lire…

Et voilà aussi une petite vidéo de soudage “à l’ancienne”

***Vidéo supprimée ***

Pour terminer cet intermède, petite question pour vérifier vos connaissances:
Quels sont les 4 états de la matière ?
Solide, Liquide, Gazeux et ….. la réponse sera plus loin 😉

On reprends, le soudage c’est l’assemblage de pièces via leur point de fusion et en déplaçant la source de chaleur dans l’axe du joint à faire (néanmoins nous ne sommes pas obligés d’amener le métal à l’état liquide, je ne vous apprends rien en vous disant qu’il existe des procédés via la déformation plastique avec l’aide d’un apport ponctuel de chaleur, effet joule). Et aussi la vidéo précédente montre l’acier a grande température mais non en fusion.

La source de chaleur peut être immobile. Dans ce cas localement, celle-ci va créer une zone où la température dans le métal va progressivement de sa température initiale à une température maximale. Cela sera généralement dans l’axe, de la source de chaleur.

L’évolution de température de cette zone sera en fonction de plusieurs paramètres :
  • température,
  • ponctualité,
  • flux thermique.
Et concernant le matériaux:
  • sa température de fusion,
  • sa conductibilité thermique,
  • son épaisseur
  • et sa forme.

Si la source est mobile et se déplace par rapport à la pièce, l’évolution de la température va suivre la loi suivante:
A l’approche de la chaleur la température monte donc échauffement, elle reste un peu en place pour arriver à atteindre un seuil maximum, elle s’éloigne, ça refroidit.

C’est le cycle thermique du soudage.

Des facteurs divers l’influence, le cycle thermique dépend du rapport de force qui s’établit entre la quantité de chaleur apportée et celle qui est absorbée par la pièce.

D’une manière plus précise, les facteurs de cycles seront

  • l’énergie linéaire de soudage (quantité de chaleur apportée par cm de cordon)
  • la température de la pièce
  • l’épaisseur de la pièce
  • et la forme de la pièce

Pour être plus clair, une pièce plus épaisse absorbera plus d’énergie qu’une pièce fine, une pièce en T absorbera plus d’énergie qu’une pièce plate et si la pièce à été chauffée avant, elle sera longue à refroidir

Oui je sens moi même que je ne suis plus très clair, ça doit être l’heure…

allez, encore un petit effort !!!!

Si ma température est supérieure à 1100° et jusqu’à 1300° et que le Temps de Séjour est supérieur à 5 secondes, alors on active un phénomène de Surchauffe donc une augmentation de la taille des grains.


Temps de séjour et de refroidissement
Temps de séjour et de refroidissement

avec le graphique c’est mieux 🙂
http://fr.wikipedia.org/wiki/Solidification

3)Quelques cas de figures:

Une petite remarque:

  • SI MA VITESSE DE REFROIDISSEMENT SE MONTRE RAPIDE ALORS MON TEMPS DE SÉJOUR ET MON TEMPS DE REFROIDISSEMENT SONT PLUS COURT
  • Si mon énergie Linéaire de soudage augmente alors Mon seuil à (T°C) max sera plus long donc Mon temps de séjour à ce seuil sera plus long et mon temps de Refroidissement sera plus long.
  • Si ma pièce est plus épaisse mon seuil à (T°C) max est plus courte donc Mon temps de Séjour est plus court et Mon temps de refroidissement est plus rapide.
  • Si ma pièce a beaucoup de voies de dispersions de chaleur mon seuil à T° max sera plus court et mon temps de séjour diminue alors mon temps de refroidissement est rapide.
  • Si ma pièce est préchauffée alors mon seuil à T°C sera plus long alors mon Temps de Séjour sera long donc mon temps de Refroidissement sera long.

Quelques liens intéressants sur le monde de la soudure (je vais finir par l’appeler l’univers) en effet dans la soudure on peut lui attribuer beaucoup de relation, électricité, hydraulique, physique, chimie et je dois sûrement en oublier les liens qui vont suivre n’ont rien à voir avec la révision de ce soir et je les remettrais sûrement à un moment donné mais c’est un peu ma récréation.

4) Allez, tout le monde en récré !!!

  • Générateur HHO :

  • Effet Peltier :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_peltier

  • effet SEEBECK :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Seebeck

  • TIG PULSÉ :
    ***Vidéo supprimée ***

  • Électricité, tension, courant, puissance, énergie :


55MIN

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9

allez, nous sommes repartis sur les cycles thermiques du soudage

5) Retour sur les cycles thermiques en soudage

Donc revenons à ce petit exercice de syntaxe entre TS, TR, VR

  • Si mon Énergie Linéaire de Soudage augmente, ma température Maximum AUGMENTE, mon Temps de Séjour AUGMENTE ,mon Temps de refroidissement AUGMENTE ET ma Vitesse de Refroidissement sera LENTE
    > Problème du au TS, risque de SURCHAUFFE donc AUGMENTATION DE LA TAILLE DES GRAINS

  • Si mon Épaisseur AUGMENTE, ma Température Maximale BAISSE, mon Temps de Séjour BAISSE mon Temps de Refroidissement BAISSE, ma Vitesse de Refroidissement sera RAPIDE
    > Problème du à la VR RAPIDE alors RISQUES MARTENSITE, FISSURATION À FROID, MANQUE DE FUSION SUR BORDS DE CHANFREINS, SOUFFLURES…

  • si ma Pièce est un T, ma Température max BAISSE, mon TS BAISSE, mon TR BAISSE, ma VR sera RAPIDE
  • si ma TEMPÉRATURE INITIALE AUGMENTE, ma T°C max AUGMENTE, mon TS AUGMENTE, mon TR AUGMENTE, ma VR sera LENTE
    > Problème du au TS risque de SURCHAUFFE donc AUGMENTATION DE LA TAILLE DES GRAINS

  • si j’associe ACIER et CUIVRE, ma T°C max BAISSE, mon TS BAISSE,mon TR BAISSE ma VR sera RAPIDE
    > Problème du à la VR RAPIDE mais cela vient aussi du cuivre, différence de point de fusion environ 1083°C selon ses éléments d’additions

Convenons maintenant de deux soudures on les appellera A et B sur épaisseurs IDENTIQUES

  • A a ses chanfreins ouverts d’où un BAIN DE FUSION LARGE on constate que sa ZAT est plus étendu que B
  • B a ses chanfreins plus fermés d’où un bain de fusion moins étendu avec une ZAT plus fine

pour A son CYCLE serait : ELS élevée,(et ou) T°C élevée (et ou) Épaisseur basse,(et ou) nombre de voie de dispersions faibles
pour B son CYCLE serait : ELS Basse,(et ou) T°C basse, (et ou) Épaisseur élevée, (et ou) Nombre de voie de dispersions multiples


Temps de séjour et de refroidissement
Temps de séjour et de refroidissement

on peut y associer ces courbes pour plus de clarté.

Pour A nous aurions donc une vitesse de refroidissement LENTE
POUR B RAPIDE

Quels seraient les Effets ??

PAR CHAUFFAGE:
Le diagramme fer carbone nous montre qu’à partir de A3 la structure de l’acier se transforme en AUSTÉNITE ET que celle-ci affine les grains nous savons aussi qu’un maintien assez long de l’austénite à haute température amorce et produit un grossissement des grains (via la surchauffe)

Nous aurons donc sur A une austénite à gros grains dans la ZL (Zone de Liaison) ou proche quand à la ZAT il y aurait une austénite à grains fins

Pour B nous aurons une austénite à grains fin dans la ZAT

Pour le REFROIDISSEMENT de ces 2 structures ?

La soudure A subit un refroidissement lent donc l’austénite de la ZAT va se transformer en Ferrite + Cémentite tout en conservant les variations de taille des grains obtenues lors du chauffage Elle ne présente pas de MARTENSITE mais ses propriétés mécaniques en zone sous cordon se dégradent à la proportionnelle de l’intensité du grossissement du grain.

Pour B elle subit un refroidissement très rapide dont la conséquence en ZAT sera de devenir de la MARTENSITE > Fragilité de la ZAT à cause de la MARTENSITE.

Si l’on veux obtenir un assemblage soudé au caractéristiques équivalentes à celle du métal de base, il faut gérer les conditions de soudage pour obtenir des cycles thermiques appropriés au comportement métallurgiques des matériaux que l’on veux réunir.

Si vous souhaitez voir la suite sur le joint soudé

  •  
  •