Exercice de détermination de temps de préchauffage

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Préambule

Ceci est ma propre interprétation de la norme EN 1011-2. Il est possible que j’ai fait des approximations non convenables. Dans ce cas, merci de me contacter et de me corriger. Mail (rocdacier@ gmail com) ou forum ou facebook.  

En cours de rédaction. Il manque actuellement quelques courbes et quelques liens.

Enoncé

A l’aide des méthodes A (C2), B (C3)  de la norme NF EN 1011-2 et avec Séférian, nous devons déterminer les éventuelles températures de préchauffage pour la configuration suivante:
Nuance: S355 J2
Procédé utilisé: 135
Fil utilisé: SAF-FRO FILCORD E (Classe hydrogène D)
Intensité mesurée: 222 A
Tension mesurée: 27 V
Vitesse de soudage: 30 cm/min
Schéma de la préparation:

Soudure avec délardage

Extrait de certificat matière du S355 J2:

Extrait de certificat matière du S355 J2

Cours requis et norme NF EN 1011-2:

Déterminer la température de préchauffage avec EN 1011-2 - Méthode A - C2

Phase a: Déterminer le Carbone équivalent grâce à la formule:

Formule carbone-equivalent-IIW
Utilisation carbone équivalent 3

La norme indique aussi que si seuls le carbone et le manganèse sont indiqués dans le certificat matière il convient d’ajuster le résultat avec un ajout de 0,03. Comme ici le cuivre est donné, on peut essayer avec la formule qui ne fait intervenir que le carbone et le manganèse soit:

Utilisation carbone équivalent 2

On constate que la valeur est “identique” dans les 2 cas. On constate aussi que la méthode s’applique puisque nous somme avec un acier non allié et que notre Ce est compris entre 0,30 et 0,70.

Dans notre cas, on utilise un fil d’apport dont la classe d’hydrogène est D et le carbone équivalent de 0,55. On utilisera le tableau C2.f de la norme. Il faut néanmoins calculer l’apport de chaleur et l’épaisseur combinée afin de pouvoir utiliser le graphique.

Tableau pour évaluer les températures de préchauffage 6

L’épaisseur combinée correspond pour notre soudure avec délardage à la somme des épaisseurs de métal de base moyennée sur une distance de 75mm.

Epaisseur combinée

Je pars de l’hypothèse qu’on va négliger la préparation. Pour l’épaisseur de 20 mm, comme elle est constante, on prendra d2=20 mm. Pour le calcul de la valeur d1 on doit calculer la valeur moyenne de la deuxième épaisseur sur 75mm. Donc on va considérer qu’on a une épaisseur moyenne de 25 mm (20+30/2) sur 40 mm + 30 mm sur 35 mm. Donc l’épaisseur d1= (25x(40/75))+(30x(35/75)). d1= 27,3 mm. Donc on a une épaisseur combinée de d1+d2 (voir norme) = 27,3+20 = 47,3 mm.

Epaisseur combinée utilisée: 47,3 mm

Nous avons besoin de calculer l’apport de chaleur (appelé ici énergie de soudage) tel qu’il est défini dans la norme NF EN 1011-1:

Apport de chaleur- Energie desoudage

Pour notre cas, on a :
– k = 0,8 (Procédé MAG)
– U = 27 V
– I = 222 A
– v = 30 cm/min soit 300 mm pour 60s. donc 5mm/s ==> v= 5mm/s

Calcul de l'apport de chaleur
Détermination de la température
Avec nos données et cette méthode on évalue une température de préchauffage d’environ 100 à 125°C.

Déterminer la température de préchauffage avec EN 1011-2 - Méthode B - C3

Avec cette  méthode on calcule le carbone équivalent avec la formule suivante

Autre formule du carbone équivalent

Pour nos valeurs, avec C=0,23, Mn=1,7 et Cu=0,6:

Calcul du carbone équivalent CET

Calcul de TpCET avec la formule TpCET= 750x CET -150 (°C):
TpCET = (750 x 0,43)-150 
TpCET = 172.5 °C

Rappel: TpCET et le calcul de la température de préchauffage en prenant en compte le carbone équivalent. On peut aussi le mesurer graphiquement(moins précis):

Droite TpCET

Calcul de Tpd (Température de préchauffage en prenant en compte l’épaisseur de la tôle):

Soit on utilise la formule, ou le graphique. Dans cette formule tgh correspond à la fonction de la tangente hyperbolique. Sur les calculatrices modernes, vous pouvez taper tanh(). Dans le cas où vous n’auriez pas la fonction tanh(), vous pouvez aussi remplacer tanh(z) par: 

Formule tangente hyperbolique

Dans notre cas on peut calculer Tpd = 160x tgh((20+27,3/2)/35)-110 (°C)

Le calcul de 20+27,3/2 correspond à la moyenne des épaisseurs.
On obtient par calcul Tpd = -15.8°C

On peut aussi l’estimer graphiquement:

Estimation de la température de préchauffage due à l'épaisseur

Calcul de TpHD (prise en compte de l’hydrogène): La formule est TpHD = 62 x HD 0.35 –-100(°C)
Donc pour notre cas, on va calculer TpHD = 62 x 5 0.35 -100 (5 correspond au maximum de 5 ml/100g de métal déposé)
Donc TpHD = 8,9°C

On peut l’estimer graphiquement:

Estimation de la température de préchauffage due à l'hydrogène

Calcul de TpQ (Prise en compte de l’apport de chaleur):

TpQ= ((53 x CET -32)x Q)-53 x CET + 32 (°C)

Donc TpQ = ((53 x 0,43 – 32) x 0,96 – (53 x 0,43) +32
TpQ = 0,37 °C

Estimation graphique:

Estimation de la température de préchauffage due à l'apport de chaleur

La température de préchauffage TP = TpCET + TpD + TpHD + TpQ
TP = 172,5 -15,8 + 8,9 + 0,37

TP = 166 °C selon cette méthode 

Déterminer la température de préchauffage avec Séférian

Avec Séférian la formule utilisée pour calculer le Carbone équivalent correspond à celle de la méthode A. Donc on peut prendre Ceq 0,54. Les épaisseurs moyennes calculées sont de 20+27,3/2 = 23,65 mm.

Le carbone équivalent compensé (avec prise en compte de l’épaisseur ) est Ceq.C= Ceq x (1+0,005e)

Ceq.C = 0,54x (1+0,005 x 23,65) donc Ceq.C = 0,6038

Calcul de la température de préchauffage: avec la formule Tp =  350√ (Ceq.C – 0.25)
Tp =  350√ (0,6038 – 0.25) donc Tp = 208 °C

Déterminer la température de préchauffage avec BWRA

Une autre alternative consisterait à utiliser BWRA pour déterminer la température de préchauffage:

Cette méthode est utilisée particulièrement pour le soudage à l’électrode enrobée. Dans notre cas, on ne pourra pas l’utiliser

Conclusion

Avec la méthode A de la norme NF EN 1011-2, on obtient : entre 100 et 125°C
Avec la méthode B de la norme NF EN 1011-2, on obtient :166°C
Avec la méthode de Séférian, on obtient : 208°C

Etant donné les écarts suivant les méthodes, il conviendra d’effectuer un préchauffage dans les pages de 100 à environ 200°C. 

Il faudra ajuster autour en fonction des résultats obtenus.

Livres sur le soudage

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