Généralités – Technologie du soudage

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Voici donc le premier chapitre de l’ouvrage Technologie du soudage par Jean Maton. Chapitre nommé Généralités.

Si vous n’avez pas lu l'avant-propos , ou la table des matières

Sommaire de ce Chapitre 1 : Généralités:
  • 1.1 Propriétés physiques des métaux
  • 1.1.1 Malléabilité
  • 1.1.2 Fusibilité
  • 1.1.4 Fluidité
  • 1.1.5 Soudabilité
  • 1.1.6 Conductibilités calorifique et électrique
  • 1.1.7 Dilatabilité
  • 1.2 Propriétés mécaniques des métaux
  • 1.2.1 Dureté
  • 1.2.2 Ténacité
  • 1.2.3 Résilience
  • 1.2.4 Elasticité
  • 1.2.5 Plasticité
  • 1.3 Essais mécaniques
  • 1.3.1 Essai de traction
  • 1.3.2 Essais de dureté
  • 1.3.3 Essais de résilience Charpy
  • 1.3.4 Essai de dureté Shore
  • 1.3.5 Essai de pliage
  • 1.4 Classification des métaux
  • 1.4.1 Caractéristiques mécaniques essentielles
  • 1.4.2 Désignation normalisées des aciers

1.1PROPRIETES PHYSIQUES DES METAUX

1.1.1 Malléabilité

C’est la qualité que possèdent les métaux de pouvoir se façonner en feuilles minces, sans se rompre. L’écrasement du métal est réalisé par laminage à froid ou à chaud, entre deux cylindres tournant en sens contraire dans la fabrication des tôles d’acier, de zinc, d’aluminium, etc …. Il est également pratiqué par forgeage, martelage ou emboutissage dans l’amincissement des plaques de plomb, de cuivre, d’étain, d’aluminium et d’acier. L’or, l’argent, le platine sont particulièrement malléables. La fonte et le bronze sont très peu malléables.

1.1.2 Fusibilité

C’est la propriété commune à tous les corps de passer de l’état solide à l’état liquide sous l’effet de la chaleur. La température de fusion varie énormément d’un métal à l’autre. Les corps purs ont une température de fusion constante pendant la durée de la fusion ( Etain (Sn) = 232°C ; Plomb (Pb) = 335°C ; Cuivre (Cu) = 1083 °C ; Fer (Fe) = 1528 °C; … ).

1.1.3 Ductilité

C’est la qualité que possèdent les métaux d’être étirés en fil sans se rompre. L’étirement du métal est réalisé par tréfilage. Le métal préalablement forgé en barres que l’on fait passer en les tirants au travers de trous de diamètre de plus en plus petits ( filières ). Le cuivre et l’aluminium sont particulièrement ductiles.

1.1.4 Fluidité

C’est la qualité que possèdent certains métaux de se mouler facilement. Il faut cependant que le métal puisse se solidifier sans SOUFFLURES, ni RETASSURES. Le mélange de certains corps avec des métaux, favorise la fluidité de ces derniers. La fonte se moule assez facilement et la fluidité du bronze est due à l’étain mélangé au cuivre.

1.1.5 Soudabilité

C’est la propriété d’un métal de pouvoir s’unir à lui-même par fusion des bords de deux morceaux à réunir. Les métaux et principalement les alliages ne sont pas tous soudables. Le cordon gène la soudabilité des aciers et d’avantage les fontes. La présence de soufre, ou de silicium rend un acier insoudable.

1.1.6 Conductibilités calorifique et électrique

Ce sont les propriétés de la plupart des métaux de permettre le transport, plus ou moins rapide, à travers leur masse, de quantités de chaleur ou d’électricité.
L’argent ( Ag ) est le métal le plus conducteur, viennent ensuite le cuivre et l’aluminium. L’or est utilisé pour certains contacts électriques ou électroniques.

1.1.7 Dilatabilité

Sous l’effet de la chaleur, les matériaux se dilatent. Cette dilatation est variable suivant les matériaux et est caractérisée par un coefficient de dilatation qui représente l’allongement en longueur rapporté à l’unité de longueur et de température : ΔL = α . L . Δt
α = dilatation totale en m
Α = coefficient de dilatation fonction de la nature du matériau mm/m°C
Ac-C => α = 0,0122 mm/m°C
Inox => α = 0,019  »
Alu => α = 0,027  »
PVDF => α = 0,15  » ( Teflon )

Exemple : Une tuyauterie en Ac-C véhicule un fluide à la température de 120 °C ( t° de montage 20 °C )
Calculer la dilatation de cette tuyauterie de longueur L = 100 m
Δ= 0,0122 x 100 m x ( 120 – 20 ) = 122 mm

Remarque : Si la tuyauterie était bloquée entre ses deux points extrémités ( ancrages ), calculons l’effort axial reçu pour les ancrages et par réaction dans la tuyauterie dn 150 Sch 40.


Formule dilatation
Formule dilatation

E = Module d’élasticité ( module de Young ) représente l’effort capable d’allonger une pièce métallique d’une quantité égale à sa longueur, si toutefois les lois de l’élasticité proportionnelle pouvaient exister jusqu’à cette limite.
Am = Section de métal de la pièce ( ici c’est la paroi d’un tube )

Soit : E = 197000 N/mm² ( 100 °C ) ; α = 0,0122 mm/m°C ; Am = 3600,46 mm² et Δt = 100 °C


Formule dilatation
Formule dilatation

C’est un effort considérable et capable de briser l’assemblage d’extrémité ou soumettre la tuyauterie au dépassement de la charge de rupture du matériau par flambage.

1.2 PROPRIETES MECANIQUES DES METAUX

1.2.1 Dureté

C’est la propriété que possèdent les métaux de résister à la pénétration des outils mais également à l’usure due au frottement. Elle est désignée par la lettre H. Dureté ne veut pas dire solidité. Un métal peut être à la fois dur et fragile. La fonte es est un exemple significatif. Une pièce ne peut être usinée que par un outil d’une matière plus dure qu’elle. Les outils seront donc réalisés en acier dur, en acier spécial, voire même en diamant. Les abrasifs, qui sont très durs, sont utilisés sous forme de meules et serviront à l’usinage ou à l’affûtage d’autres outils.

1.2.2 Ténacité

C’est la résistance à la rupture du métal provoquée par un effort de traction. Cette résistance à la rupture Rr ou Rm, s’exprime en hbar ou daN/mm². L’acier possède une résistance à la rupture de ± 40 daN/mm²; le cuivre de ± 20 daN/mm² et l’aluminium de ± 12 daN/mm².

1.2.3 Résilience ( ou énergie de rupture )

C’est la propriété que possèdent les métaux de résister aux chocs et aux efforts brusques. L’inverse de la résilience est la fragilité. Un métal peut être dur et tenace, tout en étant fragile, donc très peu résilient. La résilience est désignée par la lettre K et est exprimée en Joule/cm² ( J/cm²).


Energie de rupture
Energie de rupture

Remarque : Les nuances d’acier de construction tirées des normes EN 10025 et surtout EN 10113 sont prévues en fonction de leurs niveaux de qualité, avec des caractéristiques d’énergie de rupture à diverses températures. Elles sont désignées selon le tableau ci-dessus.

1.2.4 Elasticité

C’est la propriété que possèdent les métaux de se déformer temporairement sous l’action d’une force et de reprendre leur forme primitive une fois la sollicitation disparue. Ce phénomène disparaît lorsque l’effort sollicitant dépasse une certaine valeur appelée  » Limite d’élasticité => Re « . Au-delà de cette valeur, les déformations subsistent, elles sont appelées dés lors  » Permanentes « . Un métal sera d’autant plus élastique que sa limite élastique se rapproche de sa charge de rupture. L’acier extra-doux qui possède une charge de rupture Rr = 36 daN/mm² a une limite élastique qui se situe autour de 23,6 daN/mm².
Remarque : Pour certains aciers, le palier de limite élastique n’est pas toujours marqué. En outre, si l’on veut mesurer cette valeur avec précision sous un allongement permanent faible ( ex. à 0,2% ), on désignera alors cette limite élastique par Re0,2 ou Rp0,2.

1.2.5 Plasticité

C’est la propriété que possèdent les métaux de pouvoir être déformés et de conserver cette déformation acquise une fois la sollicitation disparue. Les principales opérations d’usinage des métaux
( forgeage, laminage, emboutissage, …. ) mettent en jeu leur plasticité dont la malléabilité et la ductilité sont deux aspects particuliers.

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