Le joint soudé en détail

Ici on verra ce qui se passe plus en détail lors de la soudure .

Pour comprendre cette révision, il est préférable d’avoir vu les pages de révisions précédentes. La dernière parlait des cycles thermiques

Voici le sommaire:
  • 1) Intro
  • 2) Le joint soudé
  • 3) Aspects métallurgiques de la zone soudée
  • 4) Récréation 🙂
  • 5) Zone sous cordon
  • 6) MAIS QUE QUE SE PASSE T IL DANS MA ZF ?

1) Intro

Un aspect important de l’écoulement thermique est l’étude de la vitesse de refroidissement en soudage. Ces vitesses, de l’ordre de plusieurs dizaines de degrés par seconde, sont sans commune mesure avec celles rencontrées dans d’autres domaines de la métallurgie comme la sidérurgie et la fonderie où l’ordre de grandeur est de quelques degrés par minute.

La vitesse de refroidissement en un point proche ou ayant atteint un pic de température peut influer de manière significative sur la structure métallurgique, les propriétés voire la solidité du joint soudé. Les structures métallurgiques produites par les pics de températures atteintes et les vitesses de refroidissement associées, notamment sur les matériaux dotés de points de transformation à l’état solide, sont spécifiques du soudage et ne sont pratiquement jamais rencontrées, par exemple, chez les aciéristes et les fondeurs.

Le calcul et la comparaison des vitesses de refroidissement nécessitent de spécifier scrupuleusement les conditions de réalisation. La méthode la plus pratique consiste à établir la vitesse de refroidissement à l’axe du métal fondu dès l’instant où le métal atteint une température critique. À une température bien en deçà de la température de fusion, la vitesse de refroidissement de la soudure et de la zone thermiquement affectée sous-jacente (zone sous cordon) est pratiquement indépendante de la position. Dans le cas des aciers carbone et faiblement alliés, la température critique la plus pertinente est celle qui correspond au nez de transformation perlitique des courbes TTT (Temps, Température, Transformation).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Soudage_%28Th%C3%A9orie%29

L’application principale issue de l’étude des vitesses de refroidissement est la détermination de la nécessité d’un préchauffage et de sa température. » (on y reviendra plus tard)

2) Le joint soudé

(il est clair que je suis pas un bon dessinateur, alors rangez vos tomates ou vos œufs, gardez les pour une autre occasion 🙁 néanmoins imaginez juste que le POINT 0 et le POINT F SONT BIEN PLUS PROCHE DE LA ZF(Zone fondue) QUE MON DESSIN LE MONTRE)

Les différentes zones du joint soudé
Sur la macrographie d’une section transversale d’un joint soudé, on distingue les zones suivantes :

  • 1 zone fondue
  • 2 zone de liaison
  • 3 zone affectée thermiquement
  • 4 métal de base

1 – Zone fondue
C’est la zone durant l’opération de soudage où l’état liquide a été obtenu qu’il y aie eu ou non apport de métal.

2 – Zone de liaison
C’est la frontière entre le métal fondu et le métal de base non fondu

3 – Zone affectée thermiquement
Elle concerne le métal de base qui n’a pas fondu mais qui a subi des modifications de structure (grosseur des grains) ou physico-chimiques (natures et proportions des constituants).
Pour les aciers, la ZAT est la zone du métal de base qui a été austénitisée au cours du cycle de soudage.

4 – Métal de base
Le métal de base est la zone qui n’a pas été affectée par l’opération de soudage du point de vue des modifications physico-chimiques. Par contre cette zone peut être le siège de contraintes et de déformations.
Cette zone commence à l’isotherme A1 pour le soudage d’une tôle d’acier normalisé.(voir cours précédents.

3) Aspects métallurgiques de la zone soudée

je vais revenir dans l’ordre MB, ZAT, ZL et je finirais par la ZF.

Partie O BLANC
Aucune modification décelable sur la constitution et la microstructure

Partie avant A à A

  • BLEU CLAIR
    La température proche de A1 permet de déceler des modifications selon l’état initial du métal de base :
    précipitations, revenu, globulisation

    Partie B

  • BLEU FONCÉ A ROUGE

    La température est comprise entre A1 et A3. Les modifications sont importantes.
    l’austénitisation partielle peut conduire à un affinement de la structure au refroidissement.

    Partie de C D à D’ ET E

  • ROUGE A ORANGE
    La température est comprise entre A3 et 1100°C environ. Après refroidissement on obtient des structures normalisées (proche de A3) et des structures (aux alentours de 1100°C).

    Partie F

  • Jaune
  • (Zone affectée thermiquement – ZAT)

    La température est comprise entre 1100°C et 1500°C environ. Le grossissement du grain austénitique est tel que la trempabilité est considérablement augmentée et les structures obtenues après refroidissement varient de structures aciculaires très grossières à des structures de trempe pour les vitesses les plus élevées.

    La majorité des problèmes métallurgiques du soudage sont relatifs à la constitution de la zone sous cordon dans laquelle a lieu un véritable traitement thermique dans des conditions d’austénitisations particulières, à une température supérieure à 1200°C pendant un temps très court.

    Épitaxie de la zone de liaison:
    Le métal de la zone fondue est caractérisé par une structure de Widmanstaeten issue d’une austénite à grain allongé.
    Cette structure sera d’autant plus grossière que le procédé de soudage sera lent et fera intervenir une zone fondue plus importante.

    Orientation de la structure : Épitaxie
    La cristallisation s’amorce à la périphérie du métal fondu vers l’intérieur du point.
    Pour les soudures par fusion exécutées de proche en proche, l’orientation de la structure est considérée par le déplacement de la source de chaleur.
    ( http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89pitaxie )

    La ZONE FONDUE (ZF pour les intimes)

  • Jaune
    Lors du soudage, la Zone Fondue s’est retrouvée à l’État LIQUIDE et toute structure à disparu. C’est lors de la solidification que les grains se reconstituent venant de la partie froide vers la partie chaude (suivant le flux de chaleur cette fois encore). C’est à dire qu’elle démarre de la ZL pour se finir au dernier point d’impact de la source de chaleur au centre du cordon.

    La croissance des grains va prendre racine de la ZAT, au droit de la ZL. On imaginera assez bien que la croissance des grains de la ZF dépendra de la taille des grains de la ZAT. De plus les grains de la ZF seront orientés perpendiculairement aux vagues de solidification en suivant le sens du soudage.

    4) Récréation

    le petit cadeau, comment c’est fait les électrodes enrobées:

    5) Zone sous cordon

    Avant d’aborder la ZF, nous allons parler de la ZONE SOUS CORDON, oui on revient sur la ZL, ralala allez c’est parti:
    (p114 précis de métallurgie je vous conseille de l’acheter 🙂 )


    « La majorité des problèmes de soudabilité métallurgique sont relatifs à la constitution de la zone sous cordon dans laquelle a lieu un vrai traitement thermique dans des conditions d’austénisation particulières, à une température supérieure à 1200° et pendant un temps très court. »

    On pourra décrire les structures obtenues dans cette zone via des diagrammes TRC (TEMPS REFROIDISSEMENT CONTINU)
    (petite astuce pour les soudeurs, la calculatrice du soudeur 😉 libre et gratuite les windowsiens seront contents, les autres ba sortez vos mouchoirs !!!

    • http://igor.paoletti.free.fr/achat.htm
      tant que je suis dans les calculatrices:
    • http://www.boehler-welding.com/france/BoehlerWelding_calculateur.htm
    • http://translate.google.fr/translate?hl=fr&langpair=en|fr&u=http://www.millerwelds.com/resources/calculators/&ei=_7wSUcSvD8Ls0gX8-4HoBA

      le plus important et le meilleur:

    • http://www.ewm-group.com/fr/connaissance-pratique/calculateur-parametres-de-soudage/temps-de-refroidissement.html

    je remettrais ces liens un peu plus loin, vive le net hin ^^

    6) >MAIS QUE QUE SE PASSE T IL DANS MA ZF ?

    « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »
    de Antoine-Laurent de Lavoisier

    En fonction de la Température atteinte et du temps de maintien, il se produit un phénomène de volatilisation qui conduit à la perte d’élément chimiques qui passent à l’état de vapeur. Mais pas tous les éléments réagissent de la même manière à ce phénomène. Certains seront plus sensibles que d’autres, ce qui expliquera que dans nos métaux d’apport nous essayerons de compenser la perte de ces éléments là.

    par exemple le manganèse dans les électrodes enrobées

    Notre zone fondue aura des réactions ou inter-actions avec son environnement lors du processus.

    • Le Gaz utilisé
      Lorsque le gaz est actif (oxydant pour l’oxygène par exemple dans le MAG (procédé 135), pour des raisons opératoires, le CO² lui, conduira à une recarburation et oxydation de la ZF, etc…). Il y aura modifification de la composition chimique du bain.

    • Le Laitier
      Le laitier participera de façon directement chimique à l’élaboration de la ZF, il peut apporter aussi des éléments d’alliage dans le bain de fusion, comme les poudres de fer améliorant le taux de dépôt des électrodes enrobées (procédé 111)
      D’autres laitiers déposent un acier fortement allié du type inox alors que leur âme de l’électrode est en acier non allié.

    • Le métal de base
      Le métal de base lui aussi selon le procédé utilisé participera via son taux de dilution.
      par exemple en soudage sans métal d’apport la dilution sera de 100% alors que pour le brasage(procédé 311) ce sera 0%)

      La dilution sera influencée par le procédé utilisé, la préparation les paramétres de soudage, la position et la régularité d’apport de métal.

      « La dilution sera influencée par le procédé utilisé, la préparation les paramétres de soudage, la position et la régularité d’apport de métal. »

      On adopte généralement les valeurs suivantes : (on se dispute souvent des chiffres en métallurgie. Certains ont une vision optimiste d’autres moins. Je vais donc vous donner les chiffres que j’ai en ma possession 🙂

    • Pour le procédé Arc électrode enrobée (111) : On adopte un taux de dilution compris entre 10 à 35%
    • En première passe le taux sera de 50%
    • En remplissage de 20 à 40%
    • Pour le procédé MIG/MAG (131 gaz inerte / 135 gaz actif) : On adopte un taux de dilution compris entre 20 à 40%
    • Dans le Cas d’un transfert par PULVÉRISATION AXIALE (forte énergie) le Taux serait compris de 30 à 40%
    • Via Transfert en COURT CIRCUIT (Faible énergie) le taux serait de 15 à 30%
    • Pour la grosse goutte je ne sais pas 🙂
    • Pour le procédé TIG (141) : On adopte un taux de dilution compris entre 15 à 30%
    • le taux là serait de 25 à 50%
    • Pour le procédé Sous Flux en poudre (121) : On adopte un taux de dilution compris entre 60 à 80.
      là le taux je le trouve entre 25 et 80%

      Le taux de dilution permet d’aider à prévoir les risques métallurgiques dans certaines situations.

      bien sûr je suis d’accord avec le calcul

      Le taux de dilution =(M1+M2)/(A+M1+M2) 🙂

      les éléments les plus volatils seront par ordre de grandeur

      • 1) Mn : Manganèse
      • 2) Cr : Chrome
      • 3) Fe : Fer
      • 4) Ni : Nickel

      Donc on comprendra facilement que le mode opératoire de soudage conditionne directement les propriétés de la ZF, autant que la ZAT.

      Que se passe t’il pendant le soudage ?

      je vais faire un petit copier coller de ce que j’ai écris plus haut

      Lors du soudage la Zone Fondue s’est retrouvée à l’État LIQUIDE, toute structure à disparu, c’est lors de la solidification que les grains se reconstituent venant de la partie froide vers la partie chaude (suivant le flux de chaleur cette fois encore). C’est à dire qu’elle démarre de la ZL pour se finir au dernier point d’impact de la source de chaleur au centre du cordon.

      La croissance des grains va prendre racine de la ZAT, au droit de la ZL. On imaginera assez bien que la croissance des grains de la ZF dépendra de la taille des grains de la ZAT. De plus les grains de la ZF seront orientés perpendiculairement aux vagues de solidification en suivant le sens du soudage.

      Maintenant, imaginons que le soudage se fasse en multipasses .

      Cela aurait pour effet de réchauffer localement le métal préalablement déposé. Il en résultera des traitements thermiques locaux qui s’accompagnent d’une austénisation dont l’effet est de former des grains fins et non orientés puisque ceux ci ne seront plus directement issus de la solidification mais d’un traitement thermique à l’état solide. Le phénomène ainsi produit s’appelle régénération et aura une action bénéfique sur la résilience de la ZF.

      Pour expliquer un peu plus simplement : certaines procédures permettent de « recuire » le joint soudé, plusieurs petites passes se recouvrant et se traitant thermiquement après un meulage léger, se terminant par une passe recouvrante et meulée entièrement. (la théorie du joint qui n’existe pas)

      Pour faire encore plus simple, lors de la 1ère passe, nous aurons des grains basaltiques, lors de la 2e passe, les grains de la 1ère passe deviendront équiaxes alors que les grains de la 2ème eux seront basaltiques. Lors de la 3e passe les grains de la 2e passe deviendront équiaxes.

      Certaines procédures préciseront si nous devons effectuer un Traitement Thermique de recuit ou de normalisation, ainsi que le respect d’une température mini entre passes.

      Le but étant toujours d’éviter les fissurations à froid et à chaud. (nous y reviendrons plus tard)

      pour les TTH je vous invites à relire:
      Les traitements thermiques

      Rappel:

      « La résilience est la capacité d’un matériau d’emmagasiner de l’énergie quand il se déforme d’une manière élastique et de libérer cette énergie quand la charge est supprimée. »

      http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9silience_%28physique%29

      Si cette page de révisions vous a plu, n’hésitez pas a voir la suite, qui traite de la soudabilité des métaux