La soudabilité des métaux

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Pour comprendre cette page de révisions, j’espère que vous avez assimilé mes précédentes révisions, dont celle-ci qui traitait du joint soudé

Sommaire de cette révision:

1) Intro
2) Soudabilité des métaux
3) Différents aspects de la soudabilité
4) Récréation
5) La soudabilité des aciers faiblement alliés et non alliés
6) La soudabilité des aciers alliés

Nous allons maintenant parler de SOUDABILITÉ
Je vais tenter de remettre un peu d’ordre dans mes notes, faire quelques recherches sur ce sujet là et je reviens vers vous 🙂
Voilà déjà de quoi manger. Allez je continu à chercher 🙂

Autre lien vers la soudabilité
Lien vers la soudabilité sur Wikipédia

Je vous rappelle que pour certains pdf, il va vous falloir faire un copier collé dans un autre onglet pour que ça fonctionne

2) Soudabilité des métaux

La plupart des procédés de soudage entraînent le réchauffement, puis le refroidissement du métal. Ces variations de température ont un impact sur la structure du métal dans la zone
soudée. La zone périphérique au bain de fusion, également touchée par cet accroissement de la température, est appelée « zone thermiquement atteinte » ou ZAT.
Le soudage est une opération consistant à réunir deux ou plusieurs parties d’un assemblage, de manière à assurer la continuité entre les parties à assembler cette continuité doit être mécanique, métallurgique. Cette opération peut se faire par chauffage et pression, par chauffage, par fusion avec ou sans métal d’apport
les procédés de soudage sont répertoriés par une norme (Iso 4063) et aussi par Mr Henri Granjon

Lien intéressant

parmi ces quelques procédés certains seront :

par pression, c’est à dire phase de dilatation et forgeage,
soudage autogène via la friction etc …
avec produit d’apport, si il est de même nature que le métal de base alors ce sera une soudure homogène, si ce n’est pas le cas ce sera une soudure hétérogène.
dans tout les cas une source d’énergie est nécessaire au soudage.

Elle peut être de plusieurs natures :

Thermique
Électrique
Mécanique
Par réaction chimique Exothermique (aluminothermie)
Via effet joule
Frottement ou friction
Radiation
Explosion
Impact d’électron
Magnétique
Ultrason (et oui les tubes à dentifrice par exemple)
par impact (rappelez vous les tanks de la 2e guerre mondiale avaient parfois des obus soudés sur leur blindage)
Cependant l’apport initial de l’énergie (Q Joules) doit compenser et être supérieur aux pertes que la pièce va engendrer. Ces pertes seront de plusieurs natures:

Rayonnement
Conduction
Convection
Rappelez vous aussi les Cycles Thermiques 😉 cités plus tôt

(et oui les amis, le soudeur ou la soudeuse est le chirurgien(ne) du métal, un(e) as qui sait composer avec l’énergie et sa gestuelle à lui ou elle).

Dans certains cas le soudeur fusionnera les métaux de bases avec (ou sans) son produit d’apport et dans le cas du brasage tendre, seul le métal d’apport fondra.

Dans certains cas, où la qualité sera requise et que nous devrons souder autre chose qu’une auge à bovin, il faudra prendre en compte que par l’apport de notre énergie, on influence les caractéristiques mécaniques telle que la Rm, la Re, K, la résistance à la corrosion, etc… et que nous pouvons aussi amener à la « ruine » notre construction si on ne choisit pas les bons procédés.

Pour en revenir à la soudabilité, qui est clairement liée aux Cycles thermiques :

 » Si l’on veux obtenir un assemblage soudé au caractéristiques équivalentes à celle du métal de base, il faut gérer les conditions de soudage pour obtenir des cycles thermiques appropriés au comportement métallurgique des matériaux que l’on veux réunir. »

La soudabilité se jouera donc sur plusieurs plans.

3) Différents aspects de la soudabilité

L’aspect métallurgique
– Avec les conditions énergétiques suffisantes pour obtenir une fusion satisfaisante ainsi qu’un moyen de protection pour notre bain de fusion. (nous approfondirons plus tard ce moyen de protection).
Que l’énergie utilisée affectera les caractéristiques des métaux ainsi que sur les caractéristiques chimiques, mécaniques et physiques du joint.
Donc du choix du procédé à utilisé aussi 🙂
– le choix des nuances du matériaux avec les propiétés intrinsèques
– Les modifications physico-chimiques

L’aspect Qualité
– Les exigences de qualité requises, via les normes, les exigences du client[/b],
L’aspect Opératoire
C’est la définition des possibilités d’exécutions pratiques de l’assemblage par et pour le soudeur et l’équipe via les positions de soudage.
L’aspect de soudabilité constructive
– Ce sera la définition de l’aptitude d’un assemblage ou d’une construction soudée à satisfaire les critères de tenue mécanique, de résistance à la corrosion …
A ces aspects là, j’y rajouterais aussi qu’il faudra penser à la sécurité et à la santé des intervenants et des installations
4) Récréation

la petite récréation qui montre pourquoi je rajoute cela.

Phénomène de résonance

5) LA SOUDABILITÉ DES ACIERS FAIBLEMENT ALLIÉ ET NON ALLIÉS

Rappels sur la soudabilité des métaux:
La plupart des procédés de soudage entraînent le réchauffement, puis le refroidissement du métal. Ces variations de température ont un impact sur la structure du métal dans la zone soudée. La zone périphérique au bain de fusion, également touchée par cet accroissement de la température, est appelée « zone thermiquement atteinte » ou ZAT.

La soudabilité métallurgique de ces aciers est principalement affectée par le phénomène de fissuration à froid, cela se caractérisera par la formation de fissures dans la région soudée, au moment même de l’opération de soudage, à la fin de refroidissement de notre cordon.

Nous devons pour éviter ce phénomène jouer sur 3 facteurs et essayer d’en éliminer un maximum :

1) Un que j’ai cité lors des cycles thermiques est la structure fragile ou martensitique, pour évaluer la faculté du matériaux à se tremper nous calculerons le Carbone Équivalent. En effet, le refroidissement rapide qui conduira à cette structure est facilité par la teneur en carbone et les éléments d’addition élevés (Séférian )

Donc pour limiter ou éviter la formation de martensite, il nous faudra diminuer la vitesse de refroidissement en augmentant l’énergie linéaire de soudage. Si cette solution s’avérait nulle il nous faudrait alors effectuer un préchauffage, c’est à dire porter les pièces à souder en température et d’effectuer la soudure à cette température. Pour les soudures multipasses on exigera une température minimale entre passe correspondant à la température de préchauffage. Nous pourrons aussi déterminer le couple énergie/température de préchauffage par des abaques thermiques en fonction de la vitesse de refroidissement.

2) La présence d’hydrogène, qui provient de la décomposition de la vapeur d’eau au contact de l’arc électrique, ceci peut être d’origines diverses :

L’humidité dans les flux ou les enrobages selon leur nature. Ils en contiendront naturellement ou sont susceptibles d’en absorber au contact de l’air.
Provenir de l’air ambiant entraîné dans l’arc de soudage.
Due à la condensation à la surface des métaux
Nous essayerons donc de limiter son apport en utilisant des procédés ou procédures.
Dans le cas des procédés mettant en œuvre des flux comme l’arc électrique à l’électrode enrobée (SAEE 111) ou soudure à l’arc sous flux en poudre (SAFP 121) et soudure à l’arc avec fil fourré (SAFF 114)… On choisira des flux et enrobages à faible teneur en humidité (basique). On appliquera si on le peut selon préconisations du fabricant, un étuvage (environ 350°C pendant 2 Heures).

Nous devons aussi prendre en compte que l’arc devra être plus court que long. En effet, un arc long entraîne plus d’hydrogène dans le cordon, occasionnant des soufflures.

Exemples :
Arc
Défauts des soudures

Nous pouvons aussi choisir d’autres procédés comme le TIG (141) qui permettra malgré le temps de son exécution de réduire considérablement l’introduction d’hydrogène.

3) Les contraintes:
Le calcul est simple (8000 X Épaisseur)/distance

Elles sont liées aux phénomènes de bridage qui a pour effet de contrarier la dilatation et le retrait naturel des pièces en cours de soudage.
Le niveau de contrainte sera fonction du taux de bridage, assimilable à la rigidité des pièces à souder en tenant compte de leur géométrie et configuration ainsi que l’épaisseur.

6) LA SOUDABILITÉ DES ACIERS ALLIÉS

Pour ces aciers, il peut s’avérer difficile, voire impossible d’empêcher la formation de martensite compte tenu d’un carbone équivalent élevé. Dans ces conditions là, le soudeur ne peut intervenir que sur l’hydrogène pour éviter la formation de la fissuration à froid.

Si le procédé utilisé fournit cet hydrogène, il faudra pratiquer un post-chauffage destiné à permettre le dégazage de l’hydrogène, à une température supérieure à celle de la fissuration.

Ce post-chauffage est caractérisé par un couple température-temps que l’on devra respecter au moment du soudage, mais la réalisation de ce post-chauffage nécessite de pratiquer aussi un préchauffage à la température choisie.

On pourra aussi utiliser des métaux d’apport austénitiques, dans lesquels la solubilité de l’hydrogène est importante. Ainsi, on évitera la formation de martensite en ZF, l’hydrogène reste piégé en solution sans pouvoir se diffuser dans les ZAT Martensitiques et la ductibilité de la structure limitera le niveau de contraintes.
Mais ce type d’assemblages est hétérogène et ne présente généralement pas les propriétés d’emploi attendues vis à vis du métal de base

Je vous rappelle que les traitements thermiques n’annulent pas une fissure…
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