Effets thermiques du soudage (déformations)

La suite des cours de l’ouvrage “Technologie du soudage” par Jean MATON, se fait avec le chapitre 2 qui est nommé par son auteur Technologies de soudage

Si vous préférez lire le cours précédent qui traite des traitements thermiques après soudage ou voir le sommaire

Cette partie traite des effets thermiques du soudage (déformations)

• 2.1 Définition du soudage
• 2.2 Les aspects du soudage des métaux
• 2.3 Principaux procédés de soudage
• 2.4 La soudabilité
• 2.5 Méthodes de traitements thermiques après soudage
• 2.6 Effets mécaniques du cycle thermique
• 2.7 Règles pour la conception des pièces soudées
• 2.8 Préparation des assemblages soudés
• 2.9 Position de soudage de l’assemblage
• 2.10 Outillages de montage
• 2.11 Représentation normalisée des soudures
• 2.12 Position et symboles sur le dessin

2.6.1 Conséquences sur les assemblages

Une des conséquences de l’application de cycles thermiques à un assemblage réside dans les déformations et les tensions internes qui en résultent ( quand la température augmente => Re diminue ; E diminue et A augmente ( fluage ) ).

Ces déformations sont dues à la différence de dilatation entre le métal chaud et ce même métal lorsqu’il est refroidi. Cette dilatation négative est le retrait. Il est d’autant plus important que le coefficient de dilatation est plus grand ( ex. aciers austénitiques ). Toute tentative pour le limiter, que ce soit volontairement ou non, donne naissance à des tensions internes qui, si elles sont trop élevées, peuvent provoquer des fissurations. Cet empêchement du retrait constitue le bridage. Il peut être créer artificiellement ou résulter de l’action des autres parties de la structure c’est l’ anti-bridage.

Théoriquement, lors du dépôt d’un métal liquide dans un chanfrein, le retrait se manifeste suivant 2 directions et 1 rotation.

• Retrait longitudinal : très important sur les tôles minces et donne naissance à un effet de cintrage ( ± 1,2 mm par mètre ).
• Retrait transversal : il est fonction du nombre de passes et de la façon dont elles sont effectuées donne naissance aux effets de serrage et de pliage ( ± 1/10 de e pour e < 40 mm et 1/20 de e pour e > 40 mm ).
• Retrait angulaire : très important dans le cas d’une disposition dissymétrique du dépôt, est influencé de la même manière que pour le retrait transversal ( +/- 1° par passe ).

Pièces libres ==> déformation maximale => faibles contraintes
Pièces bridées ==> déformation minimale => contraintes élevées

Nous connaissons maintenant les effets. Compte tenu que les dimensions des pièces sont imposées, il y a lieu, pour le soudeur, d’agir afin de minimiser les tensions et les déformations, c’est-à-dire définir une certaine ligne de conduite.

1. Adopter des joints ayant un minimum de soudure réalisés par rapport à la symétrie de la pièce.
Exemple : Lorsque cela est possible, adopter un chanfrein en X pour la répartition du métal et parce qu’il représente, en volume, la moitié d’un chanfrein en V.

2. évitera le renforcement de cordon de soudure, ce qui aurait comme résultat : la rigidité du joint avec risque de cassure, puisque les tensions créées viendraient s’ajouter à celles de la structure ( RDM ).

3. Adopter une séquence opératoire pour essayer de minimiser les tensions et surtout l’échauffement exagéré du joint.

Exemples : type de préparation; régime soudo-thermique; diamètre d’électrode approprié; position de soudage.

4. Réaliser l’accostage des pièces selon une technologie appropriée

5. Recherche de création de zones élastiques permanentes permettant le libre retrait après soudage.

2.6.2 Remèdes pour lutter contre les déformations

a) Réaliser une déformation préalable, en sens inverse de celle prévue
b) Utiliser des montages ( ex. clamage )
c) Réaliser un pointage rationnel des pièces
Chalumeau : 1 joint tous les 25 x e ( mm )
Arc : 1 joint tous les 30 à 40 x e ( mm )
d) Procéder à un préchauffage
e) Etablir un mode opératoire de soudage

• Soudures discontinues
• Soudures au pas de pèlerin ( alternées )
• Soudures fractionnées
• Soudures symétriques
• Soudures avec talon d’extrémité
• Soudures avec coupon d’extrémité

f) Chauffage antagoniste

2.6.3 Correction des déformations

• Martelage des soudures. Attention toutefois, à l’écrouissage. Le martelage peut être réalisé au moyen d’un marteau pneumatique de 40 N avec air comprimé à 4 barg ( 16 s pour électrodes Ø 4 et 20 s pour électrodes Ø 5 ) . les pièces < 15 mm devront être supportées.
• Redressage à froid. Attention toujours à l’écrouissage
• Redressage par ” Chaudes de retrait “. Le procédé des chaudes de retrait permet de redresser des pièces ou de corriger des déformations, notamment des déformations angulaires. Le procédé consiste à porter un endroit précis d’une pièce au rouge vif afin que le métal se contracte au moment du refroidissement ( Fig 2-15 ). Un chauffage et un refroidissement rapide donnent de meilleurs résultats, car la chaleur reste très localisée.

2.6.4 Remarque

Ne pas souder si la température de l’acier est inférieure à 0°C ( à -5°C le soudage est d’ailleurs interdit par les organismes agréés de réception ).

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