Evaluation des prédéformations en soudage

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Généralités

Lors du soudage, les pièces se déforment. Cette déformation est inévitable mais peut être évaluée. 

Cette prédiction approchée permet de prévoir une pré déformation avant soudage. Afin de proposer une préparation des pièces autant que possible avec un “pré-angle” éventuel.

De manière générale, on admet qu’on peut prédéformer de par passe pour une façon très approchée.

Il y’a plusieurs types de déformations (voir le cours complet sur les déformations dues au soudage):
– le retrait transversal ou retrait latéral
– le retrait longitudinal
– le retrait angulaire

Le retrait transversal ou latéral

Le retrait latéral est plutôt faible et presque négligeable. Les éprouvettes mesurées après soudage sur la largeur sont donc moins longues.

 

Si le pointage, le bridage ou la séquence de soudage n’est pas adaptée, il est possible que les éprouvettes se recouvrent (effet de serrage). Pour limiter cet effet, il faut assurer un pointage correct, prévoir un léger jeu plus important en fin de cordon, réduire le volume du chanfrein à remplir, ne pas balayer (de manière générale réduire l’apport de chaleur) 

Retrait transversal
Recouvrement des pièces soudées

Le retrait longitudinal

On a le même phénomène avec le retrait longitudinal. Comme c’est sur la longueur de la pièce, on obtient une déformation plus “circulaire”. La pièce “gondole”

Déformation longitudinale

Le retrait angulaire

Phénomène le plus néfaste lors du soudage, le retrait angulaire peut s’observer sur des assemblages en angle ou en bord à bord. Le nombre de passes tend à augmenter cette déformation. Les épaisseurs ont aussi une influence sur la déformation finale.

Retrait angullaire sur pièce soudée en bord à bord
Retrait angullaire sur pièce soudée en angle

Mise en place des pièces à souder avec prévision de la déformation

On sait que les déformations sont nombreuses et que la plus préjudiciable est probablement le retrait angulaire. On peut supposer que si l’on place les pièces à souder de manière à anticiper cette déformation, si on procède correctement, on peut obtenir une pièce qui prendra en compte cette déformation. On aura donc dans l’idée de positionner les pièces avec une prédéformation:

Angle de prédéformation à plat
Angle de prédéformation en angle

Ordre de grandeur des déformations

Quelques ouvrages nous donnent des estimations des déformations obtenues après soudage. Ces valeurs restent approchées, tellement les paramètres qui interviennent pendant le soudage sont nombreux, mais les valeurs sont plutôt correctes pour ces cas. Elles varient selon les épaisseurs, nombre de passes, préparation des bords ( chanfreins ou non), bridage, etc.

Déformation bord a bord 1
Déformation angle 1
Déformation bord a bord 2
Déformation angle 3

Prévision théorique de la déformation par calcul

Le retrait angulaire peut aussi être anticipé de manière approchée par calcul. Blodgett et Spratagen ont travaillé sur des modèles de prévision de ces déformations. Voici les formules qu’ils proposent.

Suivant le schéma ci-contre:

  • L=largeur semelle de la pièce çà souder (mm)
  • e=épaisseur pièce déformée (mm)
  • a=gorge du cordon (mm)
  • α=angle de déformation (mm)
  • c=déplacement (mm)
Schéma Blodgett Spratagen

Calcul de déformation d'après Blodgett

Formule de Blodgett

Calcul de déformation d'après Spratagen

Formule de Spratagen

Evaluation de c avec l'abaque expérimental

On peut aussi évaluer c, le déplacement après déformation avec cet abaque expérimental

On choisit sur l’abscisse, la longueur l, longueur totale de la pièce à souder. On chois la droite correspondant à notre épaisseur (si une épaisseur n’est pas tracée, tracez la!). Sur l’ordonnée, vous obtenez c. Selon la gorge du cordon souhaitée, appliquez un coefficient éventuel (1,15, 1,4 ou 1,7).

Abaque déformation soudure

Application

Cette application est issue d’un document papier que j’ai retrouvé dans mes archives. Elle appartient donc à un collègue. Je ne peut pas le citer car je ne sais pas comment je me suis procuré ce document. Son application vérifie les formules de Blodgett, Spratagen, l’abaque expérimental et il semblerait que 4 essais aient été effectués:
– 2 essais de soudage sans précautions particulières
– 2 essais avec une prédéformation et un bridage.

Essai de soudage

                                  Cordon: a=5mm

Application Blodgett

Essai blodgett

Application abaque expérimental

Abaque déformations soudures

Application Spratagen

Essai Spratagen

Application pratique

Essai 1: Pièce non bridée/sans prédéformation: c= 3,4 mm
Essai 2: Pièce non bridée/sans prédéformation: c= 2,8 mm

Essai 3: Pièce bridée/prédéformation de 3 mm: c= 0,3 mm
Essai 4: Pièce bridée/prédéformation de 3 mm: c= 0 mm

Conclusion

On voit donc qu’il est difficile, voir impossible de déterminer avec exactitude les déformations dues au soudage. Les 2 essais effectués en soudage manuel sont soumis aux différences de vitesses de soudage, d’environnement, de tolérances d’épaisseurs, de précisions de positionnement des pièces,…

Les 3 méthodes théoriques que sont Spratagen, Blodget et l’abaque permet de comprendre les approximations évoquées en début de ce cours. Dans l’idéal, il faudrait une méthode très précise élaborée sur un échantillon très conséquent d’essais et avec un robot de soudure, pour éliminer les paramètres de la vitesse du soudeur et la hauteur d’arc, entres autres,  qui varient et donc influe sur l’apport de chaleur. 

Livres sur le soudage

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