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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Mohamed Cherif Massaada Souk Ahras
Faculté des sciences et de la technologie
Département de Génie Mécanique
Cours de :
Destiné aux étudiants de la deuxième année Master sciences et technique
Option : Maintenance industrielle
Préparé par : Dr TOUALBIA Djamel
EchantillonEchantillon
Soudage et rechargement
PRESENTATION
Présentation
Le présent cours de soudage et rechargement est destiné aux étudiants de la deuxième
année du domaine sciences et techniques préparant un master en maintenance industrielle,
selon le programme de la tutelle.
Le soudage étant un domaine très vaste, et les procédés sont nombreux au point qu’on
ne peut pas tout enseigner pendant un semestre avec une seule séance, alors, on s’est basé sur
la description des différents procédés de soudage à l’arc électrique et un aperçu sur le
rechargement par soudage.
Ce cours est présenté sous six principaux chapitres qui sont :
Généralités sur le soudage
Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage à l’arc sous flux
Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Contrôle des soudures
Rechargement
Je suis conscient que cette première version de cours mérite d’être revue et améliorée.
Par conséquent, je suis disposé à recevoir toutes critiques ou propositions concernant le
contenu ou la présentation de ce manuscrit.
TOUALBIA Djamel
Département de Génie Mécanique
Faculté des Sciences et de la Technologie
Université Mohamed Cherif Messaadia Souk Ahras
SOMMAIRE PRESENTATION ................................................................................................................................... 2
SOMMAIRE ........................................................................................................................................... 3
I. GENERALITES SUR LE SOUDAGE ................................................................................................ 2
I.1. Définitions :................................................................................................................................... 2
I.2. particularités et avantages du soudage sur les autres assemblages : ............................................. 3
I.3. Eléments communs à tous les procédés de soudage : ................................................................... 3
I.3.1. Source de chaleur : ................................................................................................................. 3
I.3.2. Protection du métal en fusion contre l’oxydation : ................................................................ 4
I.4. Classification générale des procédés de soudage : ........................................................................ 4
I.4.1. Selon l’énergie ....................................................................................................................... 4
I.4.2. Selon l’état du métal à l’endroit du soudage : ........................................................................ 5
I.5. Soudage par fusion ........................................................................................................................ 5
I.6. Zone thermiquement activée : ....................................................................................................... 6
I.7. Soudabilité .................................................................................................................................... 8
I.7.1. Définitions .............................................................................................................................. 8
I.7.2. Facteurs influents la soudabilité ............................................................................................. 9
I.7.3. Carbone équivalent de l'acier ................................................................................................. 9
I.8. Préchauffage................................................................................................................................ 10
I.9. Mécanisme de criquage : ............................................................................................................. 11
I.9.1. Criquage de solidification : .................................................................................................. 12
I.9.2. Criquage de liquation ........................................................................................................... 12
I.9.3. Criquage à froid dû à la présence d’hydrogène .................................................................... 13
I.10. Défauts de soudures .................................................................................................................. 13
Chapitre II : ........................................................................................................................................... 20
SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODES ENRONEES ..................................... 20
II. SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODES ENROBEES ................................. 21
II.1. Généralités : ............................................................................................................................... 21
II.2. Schéma du procédé : .................................................................................................................. 21
II.3. Amorçage de l’arc électrique ..................................................................................................... 22
II.4. Courbe caractéristique de l’arc .................................................................................................. 23
II.5. Postes de soudage ...................................................................................................................... 24
II.5.1. Les postes à courant alternatif ............................................................................................ 24
II.5.2. Les postes à courant continu ............................................................................................... 25
II.5.3. Courbe caractéristique d'un poste ....................................................................................... 25
II.5.4 Autoréglage de l’arc............................................................................................................. 26
II.6. Electrodes enrobées ................................................................................................................... 27
II.6.1. Définition de l'électrode enrobée : ...................................................................................... 27
II.6.2. Rôle de l’enrobage : ............................................................................................................ 27
II.6.3. Différents types d’enrobage : .............................................................................................. 28
II.7 Types de joints soudés ................................................................................................................ 37
II.8 Domaine d’utilisation du SMAW ............................................................................................... 38
II.9 Avantages et inconvénient du procédé SMAW .......................................................................... 38
Chapitre III : .......................................................................................................................................... 39
SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX .................................................................................................... 39
III. SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX .............................................................................................. 40
III.1. Définition: ................................................................................................................................ 40
III.2. Source d’énergie: ...................................................................................................................... 40
III.3. Métal d’apport: ......................................................................................................................... 40
III.4. Elément de protection: .............................................................................................................. 40
III.5. Schéma du procédé : ................................................................................................................. 41
III.6. Mise en œuvre: ......................................................................................................................... 41
III.7. Stabilisation de l’arc: ................................................................................................................ 41
III.8.Domaine d’utilisation : .............................................................................................................. 43
III.9.Avantages et inconvénients : ..................................................................................................... 43
Chapitre IV : .......................................................................................................................................... 44
SOUDAGE A L’ARC SOUS PROTECTION GAZEUSE ................................................................... 44
IV. SOUDAGE A L’ARC SOUS PROTECTION GAZEUSE ............................................................. 45
IV.1 Introduction : ............................................................................................................................. 45
IV.2 Le soudage MIG : ...................................................................................................................... 46
IV.3. Le soudage sous protection gazeuse M.A.G (Metal Actif Gas); ............................................... 48
IV.4. Le soudage sous gaz inerte avec électrode de tungstène TIG (Tungsten Inert Gaz) : .......... 49
Chapitre V : ........................................................................................................................................... 52
CONTROLE DES SOUDURES ........................................................................................................... 52
V. CONTROLE DES SOUDURES ...................................................................................................... 53
V.1. Généralités ................................................................................................................................. 53
V.2. Contrôles avant soudure ............................................................................................................ 53
V.3. Contrôles pendant le soudage .................................................................................................... 53
V. 4. Contrôle après le soudage ......................................................................................................... 54
V.4.1. Essais destructifs ................................................................................................................ 54
V.4.2. Contrôles non-destructifs .................................................................................................... 58
VI. RECHARGEMENT ........................................................................................................................ 60
VI.1 Définition .................................................................................................................................. 60
VI.2 Dépôt par soudage ..................................................................................................................... 60
VI.3 Dépôt par projection .................................................................................................................. 61
VI.3.1 Métallisation ....................................................................................................................... 62
VI.3.2 Plastication ......................................................................................................................... 63
VI.4 Métaux d’apport ........................................................................................................................ 63
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .............................................................................................. 64
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 1
Chapitre I :
GENERALITES SUR LE
SOUDAGE
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 2
I. GENERALITES SUR LE SOUDAGE
I.1. Définitions : Une soudure est un assemblage par fusion dans lequel les métaux des pièces à
assembler participent directement à la formation du joint soit en atteignant ou en dépassant
localement leurs températures de fusion.
En une brasure les métaux assemblés ne participent qu’indirectement à la formation
du joint, ‘est un autre métal doté d’une température de fusion plus basse qui, fondu en une
seule opération, diffuse dans les surfaces assemblées et assure en se solidifiant une liaison
métallique entre ces derniers. C’est une erreur d’employer »soudure à l’étain, à l’argent » au
lieu de « brasure à l’étain, à l’argent »
Métal de base : métal des pièces à assembler, ces pièces peuvent être en métaux semblables
ou dissemblables.
Métal d’apport : non nécessaire dans tous les cas, c’est le métal que l’on ajoute par fusion au
joint à réaliser ; la masse du métal d’apport ainsi ajouté s’appelle métal déposé.
Bain de fusion : dans les soudures par fusion, le bain est formé de métal de base seul ou du
mélange de métal de base et de métal d’apport à l’état liquide (le métal composant le bain de
fusion prend après solidification le nom de métal fondu et le volume qu’il occupe est nommé
zone fondue).
Zone thermiquement activée (ZAT) : zone ou le métal a été soumis à une température
suffisante pour altérer sa structure et modifier ses propriétés mécaniques.
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 3
Zone de liaison : zone marquant la frontière entre la zone fondue et al ZAT, c’est la limite
entre le métal qui à été fondu et s’est solidifié et le métal qui resté solide au cours de
l’opération de soudage.
Pénétration : profondeur sur laquelle s’est étendue la fusion dans le métal de base.
Passe : trajet parcouru le long du joint pour fondre les bords du métal de base.
I.2. particularités et avantages du soudage sur les autres assemblages :
Le soudage est un procédé qui assure la continuité de la matière contrairement à
d’autre techniques d’assemblage des métaux, qu’elles soient mécaniques comme le rivetage
ou le boulonnage, ou chimiques telle que le collage.
Particularités :
Simplicité de réalisation ;
Economie de la matière première ;
Etanchéité ;
Rigidité ;
Durabilité
Modification de la structure (T°)
I.3. Eléments communs à tous les procédés de soudage : Tous les procédés de soudage possèdent deux éléments communs, qui sont la source
de chaleur et la protection du bain de fusion.
I.3.1. Source de chaleur :
La source de chaleur apporte la température et l’énergie nécessaires à la fusion localisée
des pièces à assembler ; elle peut être soit :
a) Une réaction chimique exothermique (qui dégage de la chaleur) exemple soudage
aluminothermique ;
b) La combustion d’un gaz à haut pouvoir calorifique avec de l’oxygène exemple
soudage oxyacétylénique ;
c) Un arc électrique, l’arc électrique est un phénomène électrique qui se produit
lorsqu’on écarte légèrement l’un de l’autre deux conducteurs traversés par un courant
électrique
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 4
Figure I.2. Phénomène : arc électrique
Lorsque l’arc se crée, il y a émissions des électrons depuis la cathode, ils frappent
l’anode à grande vitesse et libèrent une grande quantité de chaleur, les électrons assurent le
transport du courant électrique, l’arc est brillant et lumineux.
I.3.2. Protection du métal en fusion contre l’oxydation :
L’oxygène peut être prélevé de l’eau et l’air, sa présence avec les métaux provoquent
leur oxydation, cette oxydation est favorisée par l’augmentation de la température et conduit à
la formation d’oxydes, ces oxydes ne possèdent pas que les métaux alors la protection du bain
de fusion de l’air ambiant devient nécessaire, elle réalisée soit en criant :
a) Un milieu réducteur c'est-à-dire une ambiance qui réagit avec l’oxygène et
empêche que celui-ci ne forme de l’oxyde avec du métal.
b) Un milieu de gaz inerte : on chasse l’air ambiant autour du bain de fusion et on
le remplace par un gaz inerte (un gaz inerte est un gaz qui ne réagit avec aucun
autre corps dans les conditions normales exemple l’argon).
I.4. Classification générale des procédés de soudage : Les procédés de soudage sont classés de deux manières ; en fonction du type d’énergie
mise en œuvre ou de l’état du métal à l’endroit du soudage,
I.4.1. Selon l’énergie
En fonction de la nature de l’énergie mise en œuvre on distingue:
I.4.1.1. Energie thermochimique :
a) Soudage au gaz oxyacétylénique ;
b) Soudage aluminothermique.
I.4.1.2. Energie thermoélectrique :
I.4.1.2.1. Arc électrique :
a) Soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée
b) Soudage à l’arc sous flux
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 5
c) Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire (TIG)
d) Soudage à l’arc sous protection gazeuse avec électrode fusible (MIG et MAG)
e) Soudage en plasma
f) Soudage à l’hydrogène
g) Soudage à l’arc tournant.
I.4.1.2.2. Résistance électrique :
a) Soudage par point
b) Soudage à la molette
c) Soudage en bout par résistance pure
d) Soudage par induction
I.4.1.3. Energie mécanique :
a) Soudage par friction
b) Soudage aux ultrasons
c) Soudage par pression
I.4.1.4. Energie focalisée :
a) Soudage par bombardement électronique
b) Soudage par Laser
I.4.2. Selon l’état du métal à l’endroit du soudage :
Deux classes sont à distinguer :
I.4.2.1. Soudage par fusion :
Regroupe les procédées de soudage où les bords des pièces à souder sont fusionnés
(quelque soit la source d’énergie utilisée)
I.4.2.2. Soudage par pression :
Regroupe les procédés de soudage où on utilise une pression et un chauffage localisé
sans métal d’apport la soudure est réalisé par déformation plastique.
I.5. Soudage par fusion Les processus de soudage par fusion, par exemple le soudage à l'arc sous flux (SAW),
le soudage à l'arc avec électrode enrobée (SMAW), le soudage à l'arc sous protection gazeuse
(GMAW) et le soudage tig (GTAW), s'appuient sur les propriétés de matériaux en fusion pour
faciliter la formation de liaisons atomiques.
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 6
Lorsqu'un matériau fond, les structures granulaires qui forment le matériau sont
détruites, ce qui permet aux atomes de se mélanger. En se refroidissant et en se solidifiant, les
atomes reforment de nouvelles structures granulaires. En cas de soudage d'acier, les nouvelles
structures granulaires formées seront différentes des structures granulaires initiales. Les
nouvelles structures granulaires sont déterminées par une variété de facteurs parmi lesquels :
la métallurgie d'origine, les additions à la soudure (apport, flux), la vitesse de chauffage, les
températures atteintes, et la vitesse de refroidissement. C'est pourquoi la soudure effectuée
peut avoir des propriétés sensiblement différentes du matériau de base.
Les processus de soudage par fusion [inversement aux processus de soudage par
pression] nécessitent une application locale de chaleur dans le but de chauffer le matériau
jusqu'à une température à laquelle il entrera en fusion, c'est-à-dire une température comprise
entre 1400 et 1500°C pour l'acier. La température à l'intérieur du bain de soudure en fusion
peut être comprise entre 2500 et 3000°C. La température moyenne dans l'arc dépassera les
6000°C. L'énergie thermique dégagée par le soudage se dissipe dans l'atmosphère ambiante et
dans le matériau de base adjacent.
Les additions à la soudure peuvent être fortuites par exposition du matériau à
l'atmosphère. Les gaz composant l'air se combinent facilement avec le matériau en fusion et
des éléments indésirables (nitrures et oxydes) peuvent se former. C'est pourquoi il est
nécessaire de protéger le matériau de la soudure en fusion de l'air lors de l'application de
processus de soudage par fusion.
I.6. Zone thermiquement activée : La zone thermiquement affectée (ZAT) se situe dans le matériau de base adjacent au
matériau de la soudure d'une soudure par fusion. La largeur d'une ZAT est généralement
comprise entre 1 mm et 6 mm. Lors du soudage de certains aciers, la ZAT est une zone sujette
au criquage à froid provoqué par l'hydrogène.
La ZAT ne peut pas être éliminée en cas d'utilisation d'un processus de soudage par
fusion. En revanche, l'utilisation d'un processus de soudage adapté peut permettre de gérer sa
microstructure.
Pour les soudures sur les aciers modérément alliés (y compris aciers C-Mn), la ZAT de
la soudure, en particulier immédiatement adjacente à la soudure de la passe finale, a tendance
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 7
à être légèrement plus fragile (moindre résistance aux entailles), que le métal de la soudure et
le matériau de base.
La ZAT est une zone de changements de la microstructure provoqués par la différence
de température entre la zone de la soudure et le matériau de base. Comme la température
diminue en fonction de la distance à la soudure, la structure granulaire obtenue change. Selon
les éléments d'alliage présents et les conditions thermiques appliquées lors du soudage, il peut
y avoir jusqu'à quatre régions de microstructures présentes dans la ZAT d'une soudure sur
l'acier du tube.
L'ampleur des changements dans la microstructure dépend de:
a.la composition du matériau, en particulier la teneur en carbone et en manganèse;
b. l'apport thermique;
c.la vitesse de refroidissement.
Les microstructures suivantes peuvent se trouver dans la ZAT (en partant de la zone
immédiatement adjacente à la soudure) d'une soudure par fusion sur acier à 0,15 % de
carbone:
a.une région à gros grains (chauffée entre 1100°C et le point de fusion);
b.une région à grains affinés (900 à 1100°C);
c.une région de transformation partielle (750 à 900°C);
d.région de sphéroïdisation (juste en dessous de 750°C).
Si l'apport thermique est trop élevé, le soufre de la ZAT est occlus par l'acier
environnant et précipite (sort de la solution) lors du refroidissement sous forme de sulfures.
On obtient des limites de grains fragilisées qui affaiblissent considérablement l’acier. C'est ce
qu'on appelle acier brûlé.
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 8
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 0,5 1 1,5 2
C +
L
+L
I
B
A
D +Fe3C
B :ZAT à grains grossés
C :ZAT intercritique à grains raffinés
D : ZAT intercritique
E : ZAT subcritique
Figure I.3 Schéma illustrant les différentes régions de la ZAT dans une soudure à passe
unique
I.7. Soudabilité
I.7.1. Définitions
Les définitions suivantes sont sensiblement équivalentes:
"Facilité avec laquelle un matériau ou des matériaux peu(ven)t être soudé(s) pour produire
un joint acceptable."
[BS 499 : Partie 1:1991 : glossaire de soudure, brasure et coupage par voie thermique]
"Capacité d'un métal à être soudé dans des conditions de fabrication imposées à une structure
particulière conçue de manière adaptée et à produire l'effet souhaité de manière satisfaisante."
[The American Welding Society (AWS)] (Association Américaine de Soudage)
A B
C
D
E F
T [°C]
X[mm]
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 9
"Un matériau métallique est dit soudable dans une certaine mesure par un processus donné et
dans un but donné, lorsqu'une liaison métallique continue peut être obtenue par soudage en
utilisant un processus adapté, de manière que les joints satisfassent aux exigences spécifiées
du point de vue de leurs propriétés locales et de leur influence sur la construction dont ils font
partie." [The International Institute of Welding (IIW] (Institut International de Soudage)
I.7.2. Facteurs influents la soudabilité
II est impossible de mesurer ou de calculer la soudabilité, en partie en raison des
nombreux facteurs qui influent sur la facilité avec laquelle une soudure est pratiquée et sur les
caractéristiques de la soudure qui en résultent. Ces facteurs sont :
a.la conception des joints ;
b.les propriétés métallurgiques ;
c.les propriétés physiques ;
d.les propriétés chimiques.
I.7.3. Carbone équivalent de l'acier
Le carbone équivalent (CE) d'un acier (matériau de base ou métal de la soudure)
renseigne sur certains aspects de son comportement, notamment en ce qui concerne son
aptitude à la trempe et le risque de criquage dû à la présence d'hydrogène. Le CE s'exprime en
pourcentage.
L'acier à CE élevé risque davantage de durcir dans les zones thermiquement affectées
des soudures réalisées et est plus sujet au criquage dû à la présence d'hydrogène que l'acier à
faible CE.
L'aptitude à la trempe joue sur la soudabilité; c'est pourquoi il est plus difficile de
réussir le soudage d'acier à CE élevé.
Le CE est influencé par les éléments d'alliage de l'acier. Diverses formules permettent
de calculer le CE, la formule utilisée étant déterminée par le type d'acier et les aspects
particuliers et importants du comportement. Le CE de l’acier modérément allié, en ce qui
concerne son aptitude à la trempe et son risque de criquage dû à l'hydrogène, se calcule
souvent grâce à la formule du International Institute of Welding (IIW) :
𝐶𝐸 = 𝐶 +𝑀𝑛
6+
𝐶𝑟 + 𝑀𝑜 + 𝑉
5+
𝐶𝑢 + 𝑁𝑖
15
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 10
Le carbone et le manganèse ont l'impact le plus important sur la valeur du CE en ce
qui concerne les aciers modérément alliés. C'est pourquoi pour des calculs d'ordre général, la
formule peut parfois être raccourcie:
𝐶𝐸 = 𝐶 +𝑀𝑛
6
La soudabilité d’un acier est dite excellente si le carbone équivalent est inferieur à
0,25%, elle set bonne pour des valeurs de CE comprise entre 0,25 est 0,40%.
I.8. Préchauffage
Le préchauffage consiste à appliquer de la chaleur à un joint juste avant le soudage. En
principe, une température minimum est précisée. Si un niveau de résistance ou de dureté de la zone
soudée est requis, une température de préchauffage maximum sera alors également indiquée.
En d'autres termes, l'application d'un préchauffage aide à amortir les effets métallurgiques
indésirables dus au soudage.
Les températures de préchauffage pour les soudures sur du tube en acier sont généralement
déterminées selon:
• le CE du matériau,
• l'épaisseur du matériau
• L’énergie de l'arc (en kJ/mm).
On peut faire référence à des spécifications classiques qui renvoient à des températures de
préchauffage déterminées à partir de ces éléments.
Le préchauffage s'effectue généralement à l'aide d'un chalumeau à l'acétylène ou d'un
système à induction.
Plus l'aptitude à la trempe d'un acier donné est grande (déterminée à partir de la valeur du
carbone équivalent), plus il est important de préchauffer dans le but éviter le criquage dû à
l'hydrogène.
Le préchauffage comporte de nombreux avantages:
• le préchauffage ralentit la vitesse de refroidissement de la zone soudée, ce qui
diminue la dureté et donne plus de temps à l'hydrogène pour se diffuser;
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 11
• le préchauffage élimine l'humidité et certaines autres sources d'hydrogène dans la région
de la préparation du joint;
• le préchauffage réduit les risques de défauts de fusion provoqués par la rapidité de la prise
du métal de la soudure en fusion;
• le préchauffage aide à uniformiser la répartition des contraintes entre la soudure et le
matériau de base.
• Le seul inconvénient du préchauffage est son coût.
I.9. Mécanisme de criquage : L'hydrogène - provenant de l’humidité l’atmosphère ou de l’humidité dans le flux de
l’électrode- entre dans une soudure par l'arc de soudage. L'énergie thermique élevée de l'arc
suffit largement pour décomposer les composés de l'hydrogène (ou hydrogène
moléculaire (H2) dans leur forme atomique (H). L'hydrogène est hautement soluble dans
l'acier en fusion. C'est donc là que l'on retrouve l'hydrogène lorsque le métal est à l'état
liquide. A mesure que le métal se solidifie et se refroidit, l'hydrogène se diffuse, au début à un
rythme lent par la région austénitique puis à un rythme plus élevé dans la région ferritique. En
dessous de 200°C environ, les inclusions de carbures et non-métalliques commencent à piéger
l'hydrogène dans le métal.
L'élément de l'hydrogène est un élément diatomique et préfère ainsi être dans sa forme
moléculaire (H2). Si de nombreuses molécules d’hydrogène sont piégées, une grande pression
est exercée, ce qui ne donne qu'une alternative à la microstructure adjacente : soit elle se
déforme du point de vue de sa plasticité pour réduire la pression, soit elle se rompt (criquage)
pour réduire la pression.
Les criques associées à l'hydrogène qui sont provoquées par le soudage et sont plus
susceptibles de se produire dans la zone thermiquement affectée, étant donné que cette région
a une résistance inférieure aux entailles à celle de la soudure ou du matériau de base.
Des températures inférieures diminuent la résistance aux entailles de l'acier et
augmentent en même temps la pression de l'hydrogène dans les cavités.
Pour éviter le criquage dû à la présence d'hydrogène il es nécessaire de :
• Utiliser des processus de soudage à faible quantité d'hydrogène;
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 12
• S'assurer que le flux de soudage est exempt d'humidité et d'autres sources de
contamination;
• s'assurer que les préparations des joints sont propres;
• préchauffer la préparation des joints;
• gérer la vitesse de refroidissement;
• utiliser un traitement de post-chauffage permettant de libérer l'hydrogène.
Les différents types de criquage qui peuvent survenir lors du soudage sont :
I.9.1. Criquage de solidification :
C’est le criquage qui intervient lors du processus de solidification de la soudure en
raison de la présence de liquide dans le métal de soudure principalement solide, il est aussi
appelé criquage à chaud.
Les criques de solidification dans la soudure distantes du cratère se situent
généralement le long du centre de la soudure car c'est la région qui se solidifie en dernier. Les
matériaux qui contiennent des éléments à bas point de fusion, les matériaux à teneur élevée en
soufre et les soudures à rapport élevé profondeur/largeur y sont particulièrement sujets.
Une vitesse de soudage élevée peut provoquer des criques de solidification car il se
peut qu'une quantité insuffisante de métal de soudure soit fournie pour compenser la
contraction qui se produit.
I.9.2. Criquage de liquation
C’est une forme de criquage de solidification que l'on peut également appeler
déchirement à chaud.
Les criques de liquation se produisent dans la zone thermiquement affectée près de la
limite de fusion et leur présence est déterminée par la composition de l'acier. Elles sont très
petites mais peuvent provoquer une crique due à l'hydrogène.
Les composants à bas point de fusion s'accumulent souvent à la périphérie des grains.
S'ils sont présents dans la zone thermiquement affectée près de la limite de fusion, la
température est suffisamment élevée pour provoquer la fusion de ces composants. Si la fusion
se produit en présence d'une grande contrainte de traction lors de la contraction, les limites se
séparent et provoquent une crique de liquation.
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 13
Une forte perte en cuivre peut également être à l'origine de criques de liquation.
I.9.3. Criquage à froid dû à la présence d’hydrogène
Les criques dues en partie à la présence d'hydrogène se produisent dans le métal de la
soudure, la zone thermiquement affectée, ou dans les deux.
Pour qu'un criquage dû à l'hydrogène se produise, il faut que les quatre critères suivants soient
réunis:
a. Quantité d'hydrogène suffisante;
b. microstructure sujette au criquage dû à la présence d'hydrogène,
c. contrainte suffisante;
d. température dans la plage de sensibilité (ambiante jusqu'à environ 200°C).
I.10. Défauts de soudures
Décalage des rives
Le décalage des rives peut aussi s'appeler haut-bas ou dénivellation.
Le décalage radial maximal doit être de 10% de l'épaisseur nominale de paroi et au
plus de 1,6 mm
Hauteur des cordons de soudure à l'extérieur et à l'intérieur
La hauteur du cordon de soudure interne et externe doit indiquer l'armature de moment positif
sur la longueur de la soudure, mais la hauteur du cordon ne doit pas dépasser 3 mm, quelle
que soit l'épaisseur de paroi.
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 14
Fissures
Les fissures sont des ruptures du matériau. Elles sont orientées selon le type de défaut.
Ces fissures peuvent se trouver aussi bien dans le métal de base que dans le cordon de
soudure, dans la zone affectée thermiquement ou la zone de liaison.
Les fissures peuvent être dues à :
des contraintes excessives pendant le soudage (énergie trop élevée, refroidissement
trop rapide, métal d’apport non adapté…)
volume de cordon trop faible (préparation des bords trop étroite…)
arrêt trop brutal de la soudure ;
arrêt prématuré de la protection gazeuse en TIG ;
Pour éviter les fissures :
Choisir un métal d’apport approprié ;
Adopter un préchauffage approprié ;
Effectuer une bonne préparation des joints.
Pénétration incomplète
C’est l’absence de métal à la racine du chanfrein ; Plusieurs termes sont employés
pour décrire ce défaut. La pénétration incomplète, la pénétration incomplète à la racine, le
manque de pénétration et le manque de pénétration à la racine.
Causes possibles :
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 15
talons trop grands;
écartement des bords trop petit (là où un écartement était souhaité);
arc trop long;
mauvaise polarité de l'électrode;
consommable de l'électrode trop grande pour la préparation du joint;
mauvais angle de l'électrode;
vitesse de soudage trop élevée pour le courant utilisé.
Manque de fusion (collage)
Le métal de base n’atteint pas son point de fusion, l’adhésion est donc réalisée par un
contact imparfait due au manque de fusion. Plusieurs types de manque de fusion peuvent être
associés à une soudure. Le manque de fusion peut se situer entre le métal d’apport et le métal
de base, entre le métal d’apport et le métal d’apport, et pour certains types de soudure, entre le
métal de base et le métal de base.
Les termes plus spécifiques, selon le type de manque de fusion, sont les suivants :
• manque de fusion à la racine;
• manque de fusion à la paroi latérale;
• manque de fusion d'interpasse (entre les passes);
Causes possibles:
préparation de la soudure contaminée;
manque d'énergie de l'arc, par exemple, courant trop faible;
vitesse de soudage trop élevée;
inductance trop élevée lors de soudage à Tare sous protection gazeuse (avec transfert
par immersion);
se reporter également aux causes de pénétration incomplète.
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 16
Caniveaux (sillons)
Un caniveau est un sillon irrégulier à la jonction d'une passe de soudure provoqué par le
soudage.
Causes possibles:
énergie de l'arc excessive;
mauvais angle de l'électrode;
trop de balancements;
électrode trop grande;
Manque d'épaisseur
Le manque d'épaisseur ou le manque de métal est un canal continu ou intermittent sur la
surface d'une soudure, le long de sa longueur, provoqué par un manque de métal de soudure.
Le canal peut se situer au centre ou le long d'un des côtés ou des deux côtés de la soudure.
Causes possibles :
quantité de métal de soudure déposé insuffisante;
mauvaise technique de soudage.
Bulles / porosité
Une bulle est une cavité formée par l'occlusion d'un gaz lors de la solidification d'un
métal en fusion. La porosité est un groupe de bulles. Les retassures (soufflures vermiculaires)
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 17
sont des cavités allongées ou tubulaires. La porosité en chevrons se reconnaît à des soufflures
juxtaposées selon un motif en chevrons.
Causes possibles :
excès d'humidité dans la préparation de la soudure;
excès d'humidité dans le flux;
préparation de la soudure contaminée (calamine, oxydes etc.);
utilisation d'une énergie d'arc peu élevée;
longueur d'arc excessive (notamment avec des électrodes basiques lors de SMAW);
flux d'électrode endommagé (SMAW);
perte de l'écran de gaz (SMAW, GMAW, GTAW).
Inclusions de laitier
Un laitier est un résidu non-métallique en fusion provenant de certains processus de
soudage (utilisant un flux).
Causes possibles :
mauvais nettoyage entre les passes de la soudure;
préparation de la soudure contaminée;
soudage sur un profil irrégulier;
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 18
mauvaise vitesse de soudage;
longueur de l'arc excessive.
Inclusion de tungstène
Une inclusion de tungstène provenant de l'électrode utilisée lors de GTAW.
Inclusion de cuivre
Inclusion de cuivre est généralement provoquée par la fusion accidentelle ou le contact
du guide-fil ou de la buse en cuivre utilisés dans certains processus de soudage.
Rotassure de cratère
Dépression à l'extrémité de la passe de soudure provoquée par retrait à l'endroit où source de
chaleur a été enlevée.
Brûlure d'arc
Dommage sur le matériau de base provoqué par un coup d'arc à distance de la soudure.
Les coups d'arc peuvent avoir une structure très fragile, notamment sur les aciers à carbone
équivalent élevé.
Causes possibles :
électrode parasitant le matériau de base;
porte-électrode à faible isolation touchant la pièce en cours de fabrication;
mauvais contact de la prise en terre.
Les brûlures d'arc doivent être supprimées par rectification, écaillement ou usinage, la
cavité obtenue doit être entièrement nettoyée.
Projections
Chapitre I : Généralités sur le soudage
Soudage et rechargement 19
Petites gouttes du matériau de l'électrode qui se sont éloignées de la région de l'arc
pouvant ou non être fondu avec le matériau de base.
Causes possibles
énergie de l'arc excessive;
longueur de l'arc excessive;
flux d'électrode humide;
soufflage de l'arc.
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 20
Chapitre II :
SOUDAGE A L’ARC
ELECTRIQUE AVEC
ELECTRODES ENRONEES
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 21
II. SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE AVEC ELECTRODES ENROBEES
II.1. Généralités : Le soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée, connu sous l’acronyme SMAW
(Shelded Metal Arc Welding), est un processus de soudage à l’arc qui lui-même un type de
processus de soudage par fusion.
L’énergie thermique pour la fusion est fournie par un arc électrique crée entre
l’électrode métallique fusible enrobée et le métal en cours de soudage.
Le soudage à l’arc électrique avec électrode enrobée est un processus de soudage très
polyvalent, qui adapté pour le soudage de la plupart des métaux ferreux et non ferreux sur un
large éventail d’épaisseurs, le soudage peut être effectué dans toutes les positions de manière
relativement économique et relativement pratique.
II.2. Schéma du procédé :
Figure II.1 : Procédé SMAW
Description : l’électrode enrobée est placée et serrée sur la pince porte-électrode relié sur
l'une des bornes électriques de sortie du poste de soudage. La prise de masse est reliée au
générateur et est placée sur la pièce à souder.
Poste de soudage Source de courant
Cables souples
Pince porte électrode
Prise de masse
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 22
Source de courant : elle est de type électrique, le courant peut être alternatif ou continu, la
gamme d’intensité de courant est fonction du diamètre de l’électrode utilisée, une gamme
classique de 30 à 350 Ampères couvre la plupart des travaux de soudage impliquant le
procédé SMAW. Le courant doit rester virtuellement constant lors du soudage
Protection du bain de fusion : la protection du bain de fusion est assurée par l’enrobage de
l’électrode (métal d’apport), l’enrobage en brulant fournit un écran de gaz destiné à protéger
l'arc et le bain de soudure de la contamination atmosphérique ;
Les électrodes métalliques fusibles non enrobées n'entrent pas en jeu dans le soudage à
l'arc avec électrode enrobée car elles ne seraient pas stables, elles dégageraient une quantité de
projections trop importante et la soudure obtenue contiendrait des oxydes ainsi que des
nitrures et présenterait un mauvais profil.
II.3. Amorçage de l’arc électrique L'amorçage de l'arc est réalisé en frottant l'extrémité généralement graphitée de
l'électrode sur la pièce et en écartant de quelques millimètres le bout de l'électrode lorsque
l'arc jaillit. Ensuite il faut entretenir cet arc électrique afin d'éviter la rupture d'arc en veillant à
maintenir une distance constante la plus faible possible entre le bout de l'électrode et la pièce
à souder.
Le fait de porter deux électrodes à un potentiel différent et faire le contact, le courant
passe, mais s’il y a un mauvais contact la résistance est grande d’où une élévation de la
température par effet joule : c’est l’amorçage, si ces électrodes sont écartées légèrement le
courant passe toujours et il apparaît une lumière éblouissante c’est l’arc électrique.
Les électrodes émettent des électrons, si ces électrons sont animés d’une énergie
suffisante, ils excitent l’(es) atome(s) du gaz rencontré, un ou plusieurs électrons de cet atome
quittent leurs orbite et se rapprochent du centre de ce dernier (l’atome), ces électrons
reviennent ensuite à leur niveau d’énergie en émettant des photons (lumière). Pour une
énergie encore plus intense l’électron provenant de l’électrode arrache un électron de l’atome,
et à la place de l’atome il y a un ion positif et un électron négatif, le gaz traversé est ionisé
« on dit que l’arc ionise le gaz qu’il traverse ». Le haut pouvoir calorifique de l’arc fait
augmenter la température et permet la fusion du métal, c’est la soudure.
En soudure le métal passe de l’âme de l’électrode jusqu’au bain de fusion par gouttes,
ces gouttes sont plus ou moins fines suivant la nature de l’âme et la nature de l’enrobage, la
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 23
finesse des gouttes croit avec l’intensité du courant de soudage, la pénétration croit avec le
diamètre de l’électrode et l’intensité du courant, le principe du procédé SMAW est illustré par
la figure II.2.
II.4. Courbe caractéristique de l’arc Si on maintient un entrefer constant entres deux électrodes, et qu’on fait varier le
courant I de l’arc on remarque que la variation de la tension U ne suit pas la loi d’Ohm, le
graphe U=f(I) n’est pas une droite de pente R, ou R est la résistance de l’arc.
Figure II.3. Courbe caractéristique d’un arc
On peut distinguer trois zones caractéristiques :
Zone I : pour les faibles intensités de courant, les électrodes ne sont pas chauffées aux
maximum, on augmente l’intensité de ΔI, il s’ensuit une élévation de la température, ce qui
facilite l’émission des électrons et diminue la différence de potentielle nécessaire pour
l’émission cathodique.
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 24
Zone II : de B à C la diminution de la résistance de l’arc est moins rapide, le produit U=R I est
presque invariable ;
Zone III : à partir du point C, l’émission des électrons et l’ionisation des gaz ne peuvent plus
augmenter d’avantage, le pouvoir émissif de la cathode atteint son maximum, la résistance de
l’arc devient pratiquement constante et la relation U= f(I) est presque linéaire.
Si on écarte les électrodes plus ou moins c'est-à-dire on fait varier la longueur de l’arc
on obtient une série de courbes approximativement parallèles : figure II.4.
Figure. II.4 : Disposition de la caractéristique de l’arc pour trois longueurs
II.5. Postes de soudage Un poste de soudage est un appareil électrique qui se compose principalement d’un
bobinage de cuivre dans lequel circule un courant électrique. Au passage de ce courant est
généré un courant induit dans un bobinage secondaire. En faisant varier le nombre de spires
du bobinage primaire on admet un réglage de l’intensité au secondaire. A la sortie du poste on
peut compter deux câbles : l’un relié par une pince à la table de soudage ou à la pièce à
souder, l’autre équipé d’une pince porte électrode.
Les postes de soudage sont des appareils qui permettent de transformer le courant du
réseau (tension élevée et intensité de courant faible) en courant de soudage (tension faible et
intensité élevée) ,qui doit être stable et offre la possibilité de fusionner l’électrode.
On distingue deux catégories de postes de soudage:
II.5.1. Les postes à courant alternatif
Dans lesquels on trouve :
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 25
* Les transformateurs statiques qui sont des transformateurs statiques monophasés ou
triphasés, le secondaire du poste fournit du courant alternatif à 50 périodes, l'organe de
réglage permet d’adapter 1'intensité de soudage pour fondre l'électrode suivant son diamètre,
sa nature et sa position d'emploi. Le transformateur statique est l'appareil le plus simple qui
puisse exister et le plus économique.
* Les changeurs de fréquences qui sont constititués d'un moteur d'entrainement
asynchrone triphasé entrainant une génératrice à courant alternatif, qui procure le courant
alternatif de soudage avec élévation de fréquence (150 à 450 périodes). En effet l'arc en
alternatif est moins stable car, il refroidit à chaque alternance lorsque le courant s'annule.
On peut y remédier en augmentant la fréquence du courant de distribution (5O Hz) par
passage dans un convertisseur de -fréquence de (150 à 450 Hz).
II.5.2. Les postes à courant continu
Dans lesquels on trouve:
* les transformateurs redresseurs; qui se composent d'un transformateur dont le courant alternatif
du secondaire est redressé par des redresseurs. Le courant débité est donc du courant continu
redressé, c'est à dire légèrement ondulé. C'est le type de poste qui absorbe le moins de courant
au primaire tout en équilibrant le réseau.
* Les groupes à courant continu ; ils se composent d'un moteur d'entrainement triphasé
asynchrone (ou à combustion) et d'une génératrice de soudage à courant continu. . Ils sont
actuellement de moins en moins utilisés. Ceux avec un moteur à combustion sont utilisés
pour les travaux sur chantier (par exemple: construction des pipe-lines).
II.5.3. Courbe caractéristique d'un poste
Un poste de soudage est caractérisé par:
la tension à vide Uo (correspondant à une intensité nulle);
40 𝑣 ≤ 𝑈0 ≤ 100𝑣. Mesurée sur le poste lorsqu’il ne débite pas, Uo doit être supérieure à la
tension d'amorçage.
Intensité du court-circuit Icc (U=0); l'électrode est en contact avec la pièce.
Intensité de soudage Is définissant la courbe plongeante. Plus elle sera plongeante,
plus faible sera la variation de l'intensité ΔI provoquée par une variation de la
longueur de l'arc et plus grande sera la stabilité de l'arc;
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 26
Figure. II.5 : Courbe caractéristique d’un poste de soudage
Tous les postes de soudage avec les électrodes enrobées ont les caractéristiques tombantes ou
verticales On obtient le point de fonctionnement à l'intersection des deux courbes.
Figure. II.6 : point de fonctionnement en procédé SMAW
II.5.4 Autoréglage de l’arc
Les variations involontaires de la longueur de l’arc (entre arc1 et arc 2) provoquées
par l’opérateur entrainent le déplacement du point de fonctionnement entre 1 et 2. Grâce à
l’allure tombante de la caractéristique du poste, les variations correspondantes du courant ΔI
entre 𝐼1 et 𝐼2 sont faibles, et la stabilité du procédé est conservée, ce phénomène est dit
autoréglage de l’arc.
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 27
Figure. II.7 : Principe de l’autoréglage de l’arc en procédé SMAW
II.6. Electrodes enrobées
II.6.1. Définition de l'électrode enrobée :
Une électrode est constituée de deux parties distinctes :
L'âme : partie métallique cylindrique placée au centre de l'électrode. Son rôle principal est de
conduire le courant électrique et d'apporter le métal déposé de la soudure.
L'enrobage : partie extérieure cylindrique de l'électrode. Composé par un mélange de corps
très divers agglomérés autour de l’âme par liant.
Figure. II.8 : Electrode enrobée
II.6.2. Rôle de l’enrobage :
Le rôle de l’enrobage peut être illustré par les points suivants :
1. Il isole latéralement l’électrode contre les amorçages indésirables ;
2. La fusion de l’enrobage en retard par rapport à l’âme, forme un cratère qui guide
l’arc, en guidant les gouttes métalliques ;
3. Il participe à la protection du bain de fusion de l'oxydation par l'air ambiant en
générant une atmosphère gazeuse entourant le métal en fusion ;
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 28
4. L'enrobage dépose, lors de sa fusion, un laitier protecteur sur le dessus du cordon
de soudure. Ce laitier protège le bain de fusion de l'oxydation et d'un
refroidissement trop rapide ;
5. L'enrobage a un rôle électrique, assure la stabilité et la continuité de l'arc par son
action ionisante ;
6. L'enrobage a un rôle métallurgique, il permet d'apporter les éléments chimiques
spéciaux d'addition nécessaires ;
II.6.3. Différents types d’enrobage :
II.6.3.1 Enrobage acide
L'enrobage acide se compose d'oxydes de fer et de manganèse. Le cordon de soudure
obtenu est lisse et brillant. Le laitier, qui se solidifie lentement devient poreux et se retire
facilement. Le métal ainsi soudé a une limite d'élasticité et une résistance à la traction plus
faibles que celles du métal produit par les électrodes rutiles et basiques. En revanche, la
résistance à la rupture est plus élevée. Autrefois le plus répandu, ce type d'électrodes est
aujourd'hui très peu utilisé.
II.6.3.2 Enrobage rutile
L'enrobage rutile se compose de grandes quantités (environ 25 à 45%) de dioxyde de
titane (TiO2). Les électrodes dont l’enrobage est de ce type facilitent l’amorçage le
réamorçage de l’arc. Elles sont très faciles à utiliser, elles produisent une belle soudure avec
un laitier facile à retirer. Malheureusement, la teneur en hydrogène dans la soudure étant plus
élevée, il y a un risque de fragilisation et de fissuration par l’hydrogène. Ceci limite
l’utilisation de ce type d'électrodes au soudage des aciers au carbone, dont la résistance à la
traction est inférieure à 300MPa.
Il existe deux catégories d'électrodes dont l’enrobage est de type rutile :
Celles qui comportent une faible proportion de cellulose et dont l’enrobage est semi-
épais. Elles produisent une importante quantité de laitier. Elles sont utilisées pour le soudage
horizontal et ne produisent que peu de projections. La surface de la soudure est lisse,
légèrement concave, mais symétrique et uniforme ;
Celles dont l'enrobage est plus fin et produit un laitier qui se solidifie plus rapidement
et un arc plus intense en raison de l'inclusion d'une grande quantité de substances produisant
des gaz. On utilise ces électrodes pour le soudage horizontal, vertical et au plafond. La
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 29
pénétration est plus profonde et la quantité de laitier est réduite. Les soudures verticales
descendantes obtenues sont concaves; les soudures horizontales peuvent être plates ou
légèrement convexes.
II.6.3.3 Enrobage basique
I ‘enrobage basiques se compose de fluorure de calcium (CaF2).Le laitier réagissant
comme une base, la soudure obtenue ne contient qu’une faible quantité de soufre et
d'oxygène. Par conséquent, la solidité et la force de la soudure, et sa résistance à la fissuration
à chaud sont supérieures à celles des soudures obtenues avec tout autre type d’enrobages
d'électrodes. Le point de fusion du laitier produit par ce type d'enrobages étant également plus
bas, le risque d’inclusion de laitier est faible, même s'il n'a pas été totalement retiré entre les
passes. Les électrodes à enrobage basiques conviennent dans toutes les positions de soudage.
Les électrodes basiques étant fabriquées à très haute température (jusqu'à 500°C), la
teneur en humidité de l'enrobage est faible. Le métal soudé contient donc peu d’hydrogène et
le risque de fissuration à froid est faible.
Toutefois les électrodes basiques étant hygroscopiques (Une substance hygroscopique
est une substance qui a tendance à absorber l'humidité de l'air, par absorption ou par
adsorption), elles doivent être conservées à l'abri de l'humidité. Elles se présentent
généralement sous un conditionnement faisant barrière à la diffusion. L’idéal est que ces
électrodes soient maintenues à une température de 50 à 80 °C pendant toute la période de
travail, et que celles qui n'ont pas été utilisées soient remises en fin de journée dans un four à
une température d'environ 150 °C.
Les électrodes basiques présentent néanmoins un inconvénient : la surface de la
soudure est plus grossière et rugueuse et généralement convexe.'
II.6.3.4 Enrobage cellulosique
L’enrobage des électrodes cellulosiques comporte une quantité relativement élevée de
substances cellulosiques qui apportent une importante quantité d’hydrogène à l'arc quelle que
soit la position de soudage. On obtient ainsi une excellente pénétration. On utilise
exclusivement ce type d'électrodes pour le soudage de gazoducs et d'oléoducs. La teneur en
humidité de l'enrobage est élevée. Par ailleurs, la teneur en hydrogène dissous du métal soudé
obtenu étant élevée, il faut utiliser des méthodes particulières de soudage et travailler à des
températures de 100 à 250 °C.
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 30
II.6.3.5 Normalisation des électrodes
A) Selon les normes ISO 2560- 1975 (International Standard Organisation) et la Norme
Françaises A81 309 une électrode est symbolisée comme suite :
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 31
Rendement : on appelle rendement d’une électrode le rapport du poids Pd de métal
déposé au poids Pa fondu (âme) 𝑅 = 𝑃𝑑 𝑃𝑎⁄
Positions de soudage :
Figure. II.9 : Positions de soudage
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 32
Nature du courant
Figure. II.10 : Polarité de soudage
En courant continu (CC) avec une polarité directe, la prise de masse est branchée à
la borne positive et l'électrode, à la borne négative. Et donne une soudure étroite avec
une pénétration profonde.
o Les électrons circulent de l'électrode vers la pièce à souder et frappent sa
surface avec une grande vitesse, concentrant ainsi la chaleur sur le joint.
o Le courant continu avec une polarité directe ne contribue donc pas à nettoyer la
surface des métaux des oxydes présents.
En courant continu (CC) avec une polarité inversée (indirecte), l'électrode est
branchée à la borne positive et la prise de masse, à la borne négative. La soudure est
étalée tandis que la pénétration est faible.
o Dans ce cas, c'est l'électrode qui reçoit la plus grande proportion de chaleur et
non la pièce.
o Avec la polarité inversée, la pièce demeure relativement froide
comparativement au soudage avec la polarité normale; il en résulte une
pénétration peu profonde.
o De plus, la polarité inversée a un effet nettoyant sur certains métaux tels que le
magnésium, le béryllium et le cuivre.
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 33
Le soudage en courant alternatif (CA) réunit les caractéristiques du soudage à l'aide
de courant continu avec polarité inversée et avec polarité normale.
o Ainsi, pendant l'alternance positive, il y a un fort effet de nettoyage du bain de
fusion.
o Durant l'alternance négative, la chaleur est plus concentrée dans le bain de
fusion, ce qui a pour effet d'augmenter la pénétration.
Remarque :
L'utilisation des électrodes rutile (R ou RR) et acides (A) est possible avec un poste à
souder en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC) en polarité directe.
Les autres électrodes sont utilisées avec un poste à souder en courant continu (CC) en
polarité inverse.
B) Selon La norme américaine AWS A 5.1 pour les électrodes enrobées des aciers non
alliés une électrode est symbolisée comme suite :
Norme américaine AWS A 5.1
Electrodes enrobées pour aciers carbone non alliés
Symbolisation utilisée
Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8
E 70 18
La symbolisation de la résistance, limite d'élasticité et allongement
Tableau 2
Résistance, limite d'élasticité et allongement
Symbole Limite d'élasticité mini Résistance à la traction mini Allongement minimal
60 340 N/mm2 430 N/mm2 22 %
70 420 N/mm2 500 N/mm2 22 %
80 460 N/mm2 550 N/mm2 19 %
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 34
90 530 N/mm2 620 N/mm2 17 %
100 600 N/mm2 690 N/mm2 16 %
110 670 N/mm2 760 N/mm2 15 %
La symbolisation du type d'enrobage et du type de courant
Tableau 3
Type d'enrobage / Type de courant
Symbole Type d'enrobage - type de courant - position de soudage - rendement
10
Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est cellulosique au
sodium, permet d'obtenir une forte pénétration, courant continu polarité positive
seulement.
11 Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est cellulosique au
potassium, courant alternatif seulement.
12
Utilisable pour toutes les positions de soudage (principalement à plat et position
horizontale). l'enrobage est rutile au sodium (grande quantité d'oxyde de
titane), courant continu polarité négative ou courant alternatif.
13
Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est rutile au potassium
(grande quantité d'oxyde de titane), courant continu polarité négative ou courant
alternatif.
14
Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est rutile à poudre de
fer, courant continu polarité négative ou courant alternatif. Rendement augmenté
par rapport à 13.
15 Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est basique au sodium,
courant continu polarité positive seulement.
16 Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est basique au
potassium, courant continu polarité positive ou courant alternatif.
18
Utilisable pour toutes les positions de soudage. l'enrobage est basique à poudre de
fer, courant continu polarité positive ou courant alternatif. Augmentation du
rendement
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 35
20
Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est acide et contient une grande
quantité d'oxyde de fer, courant continu polarité négative ou positive ou en courant
alternatif. Le laitier se détache très facilement.
22
Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est acide et contient une grande
quantité d'oxyde de fer, courant continu polarité négative ou positive ou en courant
alternatif. Le laitier se détache très facilement. Uniquement en
soudage monopasse.
24
Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est rutile et contient une grande
quantité de poudre de fer, courant continu polarité négative ou positive ou en
courant alternatif. Très haut rendement.
27 Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est acide, courant continu polarité
négative ou positive ou en courant alternatif.
28
Utilisable à plat et en gouttière. L'enrobage est basique à poudre de fer et à un
rendement supérieur au E XX 18. Courant continu polarité positive ou en courant
alternatif.
48
Utilisable en toutes positions. L'enrobage est basique à poudre de fer et à un
rendement supérieur au E XX 18. Courant continu polarité positive ou en courant
alternatif.
Récapitulatif des symbolisations des électrodes enrobées
Norme américaine AWS A 5.1
Electrodes enrobées pour aciers carbone non alliés
Symbole Enrobage Rm - Mpa
mini
Re - Mpa
mini A% - mini Charpy V Métal déposé
E 60 10 Cellulosique au
sodium 430 340 22 KV 27 J - 29°C Pas d'exigence imposée
E 60 11 Cellulosique au
potassium 430 340 22 KV 27 J - 29°C Pas d'exigence imposée
E 60 12 Rutile au sodium 460 380 17 Pas d'exigence Pas d'exigence imposée
E 60 13 Rutile au potassium 460 380 17 Pas d'exigence Pas d'exigence imposée
E 60 20 Acide 430 340 22 Pas d'exigence Pas d'exigence imposée
E 60 22 Acide 460 / / Pas d'exigence Pas d'exigence imposée
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 36
E 60 27 Acide à poudre de
fer 430 340 22 KV 27 J - 29°C Pas d'exigence imposée
E 70 14 Rutile à poudre de
fer 500 420 22 Pas d'exigence Analyse 1
E 70 15 Basique au sodium 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 1
E 70 16 Basique au
potassium 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 2
E 70 18 Basique à poudre
de fer 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 2
E 70 24 Rutile à poudre de
fer 500 420 17 KV 27 J - 18°C Analyse 1
E 70 27 Acide à poudre de
fer 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 2
E 70 28 Basique à poudre
de fer 500 420 22 KV 27 J - 18°C Analyse 1
E 70 48 Basique à poudre
de fer 500 420 22 KV 27 J - 29°C Analyse 1
E 70 16-1 Basique au
potassium 500 420 22 KV 27 J - 46°C Analyse 2
E 70 18-1 Basique à poudre
de fer 500 420 22 KV 27 J - 46°C Analyse 2
E 70 24-1 Rutile à poudre de
fer 500 420 22 KV 27 J - 18°C Analyse 1
Numéro Analyse chimique imposée sur le métal déposé par l'AWS
Analyse 1 Mn Si Ni Cr Mo V avec
Mn + Ni + Cr + Mo + V
Analyse 2 Mn Si Ni Cr Mo V avec
Mn + Ni + Cr + Mo + V
II.6.3.6 Choix d’une électrode
Deux éléments sont à définir pour le choix d’une électrode : le type et les dimensions
Type : est définie selon les critères suivants par ordre décroissant :
Nature du matériau de base ;
Propriétés mécaniques du joint ;
Condition d’exécution du travail ;
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 37
Qualification du soudeur ;
Coûts.
Dimensions : le diamètre de l’électrode est choisi selon l’intensité du courant et
l’épaisseur à souder.
I = 50(D − 1) Ou I et D représentent respectivement l’intensité du courant et le
diamètre de l’électrode enrobée.
II.7 Types de joints soudés
Bout à bout
En angle
Par recouvrement
En bouchons
Chapitre II : Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées
Soudage et rechargement 38
II.8 Domaine d’utilisation du SMAW Le soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW) permet de souder tous les types de
joints, en toutes positions et toutes les épaisseurs à partir de 1mm, il est utilisé en carrosserie,
menuiserie métallique, tôlerie et équipements de chauffage, soudage de pipeline et réservoirs
de stockage, charpente métallique (ponts, hangars).
II.9 Avantages et inconvénient du procédé SMAW Les avantages du procédé SMAW sont les suivants :
Faible coût d’équipements ;
Soudage de joints de différents types en toutes positions ;
Gammes d’épaisseurs très étendue.
Les inconvénients du procédé SMAW sont les suivants :
Faible productivité Va = 17 cm/min ;
Enlèvement du laitier de protection.
Chapitre III : Soudage à l’arc sous flux
Soudage et rechargement 39
Chapitre III :
SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX
Chapitre III : Soudage à l’arc sous flux
Soudage et rechargement 40
III. SOUDAGE A L’ARC SOUS FLUX SAW: Submerged Arc Welding
III.1. Définition: Le soudage à l’arc électrique sous flux en poudre, est un procédé de soudage à l'arc au
cours duquel l'arc électrique est submergé de flux en poudre c'est-à-dire que l'arc électrique et
le bain de fusion sont recouverts par une poudre (l’arc et le bain de fusion sont invisibles).la
protection de la zone de soudage de l'influence de l'atmosphère est assurée par cette poudre.
Le recouvrement par la poudre assure un rendement thermique élevé ce qui engendre
une forte puissance de fusion par rapport à d'autres procédés de soudage. Pour cette raison, le
soudage sous flux en poudre est considéré comme un procédé hautes performances.
III.2. Source d’énergie: Elle de type électrique, la chaleur est produite par un arc électrique amorcé entre un fil
électrode et les pièces à assembler ;le courant peut être continu ou alternatif ; son intensité I
varie de 150 à 3000 Ampères.
III.3. Métal d’apport: Le métal d’apport se présente sous forme d’un fil électrode cuivré, en acier doux,
faiblement allié ou inoxydable et dont le diamètre varie de 1,2 à 12 mm.
III.4. Elément de protection: L’élément de protection se présente sous forme d’un flux qui recouvre le bain de
fusion, l’arc de soudage, submergé dans ce flux, provoque la fusion de l’électrode, du métal
de base et d’une partie du flux. Le bain de fusion est ainsi protégé de la contamination
atmosphérique par le flux fond.
Chapitre III : Soudage à l’arc sous flux
Soudage et rechargement 41
III.5. Schéma du procédé : Le procédé soudage à l’arc sous flux peut être schématisé comme suite :
Figure III.1 Schéma du procédé SAW
III.6. Mise en œuvre:
Le fil électrode est approvisionné de manière continue et à vitesse contrôlée de façon à
maintenir un arc stable de longueur constante. La partie du flux qui n’a pas été fondue peut
être récupérée et réutilisée. Le système d’alimentation en flux et le système de récupération
peuvent être incorporés dans une seule unité. Le procédé est habituellement automatisé, mais
il existe également des versions semi-automatiques.
III.7. Stabilisation de l’arc: En fonction de la caractéristique de la source de courant, l’arc utilisé en soudage sous
flux peut être stabilisé de deux manières:
a-source de courant à caractéristique tombante :
Chapitre III : Soudage à l’arc sous flux
Soudage et rechargement 42
Figue III.2 : fonctionnement à
courant constant
La vitesse d’avancement du fil est lié à la tension de l’arc : si l’arc raccourci, la tension
diminue et la vitesse du fil également, alors l’arc se rallonge et tension se rétablit.si l’arc se
rallonge, la tension augmente, la vitesse du fil augmente aussi alors l’arc raccourci et la
tension se rétablit.
b-source de courant à caractéristique plate :
Figure.III.3 : Fonctionnement à tension constante ;
La vitesse d’avancement du fil est constante : si l’arc raccourci, la tension de l’arc
diminue, l’intensité du courant augmente et la vitesse de fusion s’accroit, alors l’arc est
rétablit et la tension est aussi rétablit. S i l’arc se rallonge, la tension de l’arc augmente,
l’intensité du courant diminue et la vitesse de fusion diminue, alors l’arc se rétablit et donc la
tension.
Chapitre III : Soudage à l’arc sous flux
Soudage et rechargement 43
III.8.Domaine d’utilisation : Le soudage à l’arc sous flux est utilisé par le soudage des aciers. Le soudage se fait à
plat ou légèrement incliné, il est utilisé pour l’assemblage des aciers doux, faiblement alliés et
inoxydables et permet de souder toutes épaisseurs à partir de 5mm, parmi ses applications
industrielles on trouve :
Réservoirs sous pression ;
Véhicules lourds ;
Construction navales ;
pipelines
III.9.Avantages et inconvénients : Le soudage à l’arc sous flux présente les avantages suivants :
vitesse élevée de dépôt de cordon ;
bel aspect extérieur de surface,
pénétration profonde ;
propreté (laitier facilement détachable, peu de fumée) ;
pas de protection visuelle pour l’opérateur.
Ses inconvénients sont :
nécessité d’une préparation soignée des joints des pièces à assembler pour ne pas avoir
de manque de fusion ou de pénétration.
Le flux recouvrant la soudure interdit à la vapeur d’eau et au gaz de s’échapper d’où
un danger de fissuration ultérieure.
NB : En littérature on peut trouver plusieurs appellations de ce procédé : soudage sous flux ; soudage à
l’arc sous flux électro-conducteur ; soudage à l’arc sous flux en poudre ; soudage à l’arc sous flux
pulvérulent ; soudage à l’arc submergé ; soudage à l’arc sous flux solide ; actuellement il semble que le
terme soudage à l’arc sous flux l’emporte parmi cette pléthore de dénomination.
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 44
Chapitre IV :
SOUDAGE A L’ARC SOUS
PROTECTION GAZEUSE
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 45
IV. SOUDAGE A L’ARC SOUS PROTECTION GAZEUSE
IV.1 Introduction : En soudage à l’arc sous protection gazeuse, l’électrode, l’arc et le bain de fusion sont
enveloppés dans une veine gazeuse, afin de les protéger contre les effets nuisibles de
l’oxygène et de l’azote de l’air (figures IV.1 ,2 et 3). Les gaz de protection assurent
également, comme les enrobages des électrodes de soudage manuel, un rôle d’ionisation
et de stabilisation de l’arc.
Il existe deux variantes fondamentales de ce procédé ; elles se distinguent par la nature
de l’électrode réfractaire (figure IV.3) ou fusible (figure IV.2).
Les gaz utilisés sont : l’argon, l’hélium et le dioxyde de carbone CO2, de l’oxygène et
de l’hydrogène peuvent être ajoutés à ces gaz, afin d’accroitre la vitesse de soudage,
améliorer la forme du cordon etc… dans des proportions qui ne dépassent pas
généralement les 10%.
L’argon et l’hélium (gaz inerte) peuvent être utilisés avec l’un ou l’autre type
d’électrode.
Le CO2 est un gaz actif, employé avec une électrode fusible on est ainsi amené à
considérera trois procédés différents. Ces procédés ne sont d’ailleurs pas désignés par les
mêmes initiales dans tous les pays, ce qui est gênant pour les non spécialistes appelés à
lire la littérature technique étrangère.
pays Soudage à l’arc sous
protection de gaz inerte avec
électrode réfractaire
Soudage à l’arc sous
protection de gaz inerte
avec électrode fusible
Soudage à l’arc sous
protection de gaz actif
(CO2) avec électrode
fusible
Etats Unis GTAW GMAW GMAW (CO2) ou
CO2 welding
Grande
Bretagne
TIG MIG MAG/CO2 ou
CO2 welding
Allemagne WIG MIG MAG ou
CO2 schweissen
France TIG MIG Soudage MAG ou
Soudage sous CO2
GTAW: gas tungsten arc welding
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 46
GMAW: gas metal arc welding
TIG: tungsten inert gas
WIG: wolfrom inert gas
MIG: metal inert gas
MAG: metal actif gas
IV.2 Le soudage MIG :
Schéma complet du procédé
Figure IV.1 Principe du
soudage MIG
Figure IV.2 schéma
détaillé du procédé MIG
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 47
Source d’énergie:
Elle est de type électrique, la chaleur est amorcée entre un fil electrode et les pieces à
assembler. La chaleur est fournie par un arc électrique amorcée entre un fil électrode et les
pièces à assembler. Le courant est continu, I varie entre 60 et 500 A, U varie entre 16 et 40 V
tandis que E est comprise entre 1 et 20 Kw. La polarité est inverse (indirecte).
Métal d'apport
II se présente sous forme d'un fil électrode plein ou fourré dont le diamètre varie
entre 0,5 et 3,2 mm.
Le fil fourré est une électrode continue de section tubulaire, dont l’intérieur est rempli
de composants analogues à ceux d'un enrobage.
Eléments de protection;
La protection du bain de fusion contre la contamination atmosphérique est
assurée principalement soit par des gaz inertes; le plus souvent l'argon et l'hélium, soit
par le flux contenu dans le fourrage de l'électrode.
Mise en œuvre :
L'électrode est consommée à vitesse constante. Cette vitesse est choisie de
manière à pouvoir souder avec l'intensité voulue. La longueur de 1'arc varie avec la tension.
La source du courant est à caractéristique plate et la stabilisation de l'arc étant assurée
comme dans le deuxième cas du soudage automatique sous Flux solide.
Le refroidissement de la torche de soudage se fait par les gaz de protection pour les
faibles intensités (I < 350 A), et par circulation d'eau quand I > 350 A.
Domaines d'application;
Assemblages des métaux ferreux et non ferreux, tous les types de joints, en toutes
positions, épaisseur 0,5 mm et plus.
Exemples d'applications industrielles:
Fil plein: tôlerie, construction navale, châssis métalliques, ponts, engins de levage, pipe-lines,
réservoirs de stockage.
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 48
Fil fourré: charpente, construction navale, ponts, presses Lourdes, wagons, châssis de
camion.
Avantages :
procédé semi-automatique ou automatique,
soudage de 1'acier et de 1'aluminium en toutes positions,
productivité nettement supérieure à celle du soudage à l'arc.
Inconvénients :
Le soudage ne peut être effectué à une très grande distance de la source de courant à
cause de l'alimentation en fil électrode.
L'intensité est liée au débit du fil électrode, ce qui peut conduire à certaines difficultés
dans le choix des paramètres de soudage.
IV.3. Le soudage sous protection gazeuse M.A.G (Metal Actif Gas); Le procédé est identique au procédé MIG, mais:
L’atmosphère protectrice est active,
Le transfert du métal se fait par grosses gouttes,
la pénétration est différente (plus profonde: réactions chimiques importantes;
effervescence du bain de fusion),
résistance et aspect moins bons.
Eléments de protection :
CO2 pur,
CO2 + 5 à 20 % d'O2,
Ar + 15 à 30 % de CO2
Ar + 5 % d'O2 + 15 % de CO2.
Le CO2 est un gaz actif, de ce fait, le transfert de métal se fait pas par pulvérisation axiale mais
par grosses gouttes. Le CO2 réagit comme suit dans le bain de fusion:
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 49
- à haute température au voisinage de l'arc:
𝐶𝑂2 → 𝐶𝑂 +1
2𝑂2
Réaction endothermique : consomme la chaleur
Au voisinage de la pièce:
𝐶𝑂 +1
2𝑂2 → 𝐶𝑂2
(Réaction exothermique: dégagement de chaleur).
Le fer s'oxyde:
𝐹𝑒 + 𝐶𝑂2 → 𝐹𝑒𝑂 +𝐶𝑂 (𝑞𝑢𝑖 𝑠𝑒 𝑑é𝑔𝑎𝑔𝑒)
Le carbone de l'acier réagit:
𝐶 + 𝐹𝑒𝑂 → 𝐹𝑒 +𝐶𝑂 (𝑞𝑢𝑖 𝑠𝑒 𝑑é𝑔𝑎𝑔𝑒)
(L’acier est décarburé).
Le volume de CO formé par ces réactions représente 2 à 3 % du volume de CO2 utilisé. Le CO
en se dégageant du bain de fusion maintient celui-ci en effervescence: risque de formation de
soufflures pendant le refroidissement.
IV.4. Le soudage sous gaz inerte avec électrode de tungstène TIG
(Tungsten Inert Gaz) :
Schéma du procédé :
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 50
Figure IV.3 Schéma du principe du procédé TIG
Source d'énergie :
Elle est de type électrique.
La chaleur est produite par un arc électrique amorcée entre électrode de tungstène réfractaire et
les pièces à assembler.
Le courant peut être continu ou alternatif; I varie entre 10 et 400 A et E entre 0,2 et 8 Kw.
Métal d’apport :
II est indépendant de la torche de soudage et se présente sous forme d'un fil ou d'une
baguette.
Eléments de protection :
Gaz inertes:
Argon ou Hélium.
Ar + He + H2 en faible quantité.
Seuls les gaz inertes peuvent être employés car le tungstène s'oxyde très -facilement.
Mise en œuvre:
Chapitre IV : Soudage à l’arc sous protection gazeuse
Soudage et rechargement 51
L'alimentation en métal d'apport est assurée par un fil ou une baguette plongeant
périodiquement dans le bain de fusion. Les soudures bout à bout peuvent être réalisées sans
métal d'apport, en joignant et en fondant les bords relevés des pièces à assembler. Les
soudures sans métal d'apport peuvent être réalisées automatiquement ou manuellement, tandis
que celles qui font intervenir un métal d'apport sont généralement exécutées manuellement.
L'amorçage de 1 'arc s'effectue généralement par une décharge à haute fréquence ou à
haute tension.
Domaine d’utilisation:
métaux ferreux et non ferreux,
tous les types de joints,
toutes positions,
toutes épaisseurs à partir de 0,l mm jusqu'à 12 mm.
Exemples d'applications industrielles :
assemblage de haute qualité en acier inoxydable,
assemblage des alliages au nickel a haute résistance,
alliages légers, industrie nucléaire, aéronautique et chimique.
Avantages :
joints de haute qualité,
automatisé dans le cas du soudage sans métal d'apport.
Inconvénients :
Préparation soignée des joints, grande précision dans la réalisation des chanfreins et la
propreté des pièces à souder.
Remarque :
Les postes pour le soudage TIG ont les caractéristiques tombantes ou même verticale
(ΔI = 0).
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 52
Chapitre V :
CONTROLE DES SOUDURES
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 53
V. CONTROLE DES SOUDURES
V.1. Généralités
Les soudures sont contrôlées selon une procédure de soudage écrite ou une
spécification de procédure de soudage (WPS : Welding Procedure Specification) qui est un
document écrit dans lequel est indiqué les matériaux, la technique, l’ordre et les paramètres à
appliquer pour réaliser une soudure.
Une soudure doit être contrôlée avant, pendant et après sa réalisation.
V.2. Contrôles avant soudure Afin de s'assurer des caractéristiques métallurgiques et mécaniques du métal déposé et
de la zone affectée thermiquement, il est nécessaire de vérifier que l'ensemble des paramètres
régissant le soudage conduit effectivement à la qualité attendue.
A cette fin, un mode opératoire préliminaire rassemblant tous les paramètres de
soudage est qualifié. Des essais destructifs permettent de vérifier les caractéristiques
mécaniques ; le métal d'apport doit aussi être qualifié à l'issue d'essais mécaniques réalisés sur
des moules.
Enfin, la compétence du soudeur est l'un des facteurs les plus importants. Cette
compétence n'est pas universelle : un soudeur compétent pour mettre en œuvre un procédé
dans des conditions opératoires données peut ne plus l'être pour le même procédé dans des
conditions opératoires différentes : les soudeurs sont donc soumis à des essais de qualification
pour un mode opératoire bien défini.
V.3. Contrôles pendant le soudage
Après la qualification des conditions opératoires c'est-à-dire après un contrôle avant
soudage, il est nécessaire d’effectuer un contrôle pendant l’exécution de la soudure qui a pour
but de vérifier :
la préparation des bords;
l'accostage des tôles, le calage des tubes
les paramètres électriques (intensité ; tension...)
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 54
V. 4. Contrôle après le soudage
Ils consistent à faire subir certains essais aux soudures réalisées au fur et à mesure de
leurs exécutions, afin de pouvoir agir à temps en cas de changement de qualité.ces essais
après soudure se répartissent en deux familles qui sont les essais destructifs et les essais non
destructifs.
V.4.1. Essais destructifs
Des échantillons sont prélevés de joints soudés figure V.1 peuvent permettre de
s’assurer que le mode opératoire qualifié est appliqué et que les caractéristiques spécifiées
sont obtenues.
EchantillonEchantillon
Echantillon
Figure V.1. Echantillons pour essais destructifs
Les essais destructifs utilisés sont les suivants :
Essai de traction :
L’essai de base pour la détermination du comportement des matériaux est l'essai de
traction. En général, il est effectué en utilisant un spécimen rond. Lors de la détermination de
la résistance d'un joint soudé, des échantillons plats standardisés sont utilisés. Une éprouvette
est rompue par une machine d'essai alors la force réelle et l'allongement de l'éprouvette sont
mesurés. Avec ces valeurs de mesure, la contrainte σ et la déformation ε sont calculés. Ceci
permet la détermination de la limite élastique, la résistance maximale à la traction et
l’allongement du matériau soudé ; la comparaison de ces valeurs avec celles exigées par la
spécification écrite de soudage (WPS), permet de contrôler la résistance de l’assemblage.
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 55
Soudure
Figure V.2. Echantillon de traction
Les extrémités de l’échantillon de soudure transversale peuvent être aplaties (figure V.2) sans
traitement thermique pour des raisons technique de l’essai, la section réduite du spécimen qui
contient la longueur entre repères ne doit pas être aplatie.
Figure V.3. Diagramme contrainte-déformation
𝜎𝑒 =𝐹𝑒
𝑆0 : limite élastique
𝜎𝑚 =𝐹𝑚
𝑆0 : résistance
maximale
∆𝑙 =𝑙𝑓−𝑙0
𝑙0% : allongement
Essai de pliage :
Les essais de pliage généralement exécutés uniquement sur les soudures bout à bout,
afin de déterminer la qualité de la zone de soudure en ouvrant et en élargissant des défauts
existants. Le manque de ductilité peut également causer un défaut dans un spécimen d’essai.
Les échantillons pour les essais de pliage sont découpés sur les zones de soudures, par
tout moyen et sont usinés aux dimensions indiquées dans les normes. La surépaisseur de la
soudure doit être enlevée sur les deux côtés avant ou après l’aplatissement de l’échantillon.
Un décapage sévère et un marquage, ou tout autre moyen adapté, sont nécessaires pour
identifier l’emplacement de la soudure. Il peut également s’avérer nécessaire de marquer le
spécimen pour identifier chacune des faces de la soudure (endroit et envers), afin d’éviter
toute confusion après l’aplatissement.
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 56
Tous les essais de pliage doivent être effectués à température ambiante.
Figure V.4 Essai de pliage sur soudure
Lorsque l’essai de pliage est terminé, on recherche toutes imperfections ou ouvertures
de la surface de tension du spécimen.et on doit se référer aux exigences en matière de résultats
aux normes appliquées.
Essai de résilience :
L’essai au mouton pendule (essai de résilience) est un essai d’impact au cours duquel
un spécimen d’essai d’épaisseur totale de paroi est entaillé, conditionné à la température
d’essai, puis brisé par la chute d’un poids important. Il s’agit donc d’un essai dynamique. La
coupe de la fracture est alors estimée par un examen visuel qui permet de déterminer le
pourcentage de la zone de cisaillement, qui présente un aspect fibreux.
Les spécimens doivent être prélevés à 90° de la soudure, par sciage, cisaillement,
découpage au chalumeau, l’entaille est pratiquée dans le sens de l’épaisseur. Les dimensions
doivent respecter les indications des normes.
Figure V.5 Echantillon de résilience
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 57
Essai de dureté :
L’essai de dureté sur soudures est réalisé pour évaluer la résistance d’une soudure.
C’est en particulier la dureté autour de la zone affectée thermiquement (ZAT) qui est
intéressante. La dureté à l’intérieur et autour de cette zone pourra aider à évaluer la fragilité de
la soudure, et donc si celle-ci a la résistance désirée (qui répond à la norme en vigueur).
Souvent, une série de mesures, selon une configuration donnée (figure V.6), est réalisée à une
certaine distance du bord de l’échantillon ou à partir du haut de la soudure. Il est alors
possible de tracer la progression des valeurs de dureté sur un graphique.
Figure V.6 Essai de dureté sur soudure
Essai macrographique et micrographique :
Ces essais consistent à examiner une section du joint de soudure longitudinalement ou
transversalement après polissage et attaque chimique pour étudier les phénomènes
métallurgiques qui se produisent au cours du soudage.
La macrographie sert à observer la forme et la pénétration tandis que la micrographie sert
à observer la microstructure.
Chapitre V : Contrôles des soudures
Soudage et rechargement 58
a b c
Figure V.7 Macrographie (a et b) et micrographie (c) d’une soudure
Essai de corrosion :
Ces essais sont généralement réalisés sur des éprouvettes avant soudage pour
déterminer la meilleure méthode à utiliser pour obtenir des joints résistants en service à des
milieux corrosif.
V.4.2. Contrôles non-destructifs
Les contrôles non destructifs sont des techniques et des procédés aptes à fournir des
informations sur la santé d’une pièce ou d’une structure sans qu’il en résulte des altérations
préjudiciables à leur utilisation ultérieure. Parmi lesquels on peut citer :
le contrôle radiographique ou gammagraphique
le contrôle par ultrasons
le ressuage
la magnétoscopie
La méthode la plus utilisée sur les chantiers de pose de canalisation est le contrôle par
radiographie ou gammagraphie.
Chapitre VI : Rechargement
Soudage et rechargement 59
Chapitre VI :
RECHARGEMENT
Chapitre VI : Rechargement
Soudage et rechargement 60
VI. RECHARGEMENT
VI.1 Définition Le rechargement est une technique qui consiste à recouvrir tout ou une partie d’une
pièce métallique par un matériau (métal, céramique, gomme, etc...) ayant les propriétés
requises pour résister à une sollicitation connue et définie. Deux buts sont à envisager :
Remplacer un fragment de métal usé ou cassé : il s’agit d’un simple soudage entre la
pièce à réparer et un métal d’apport ressemblant le plus possible au métal de base
(dépôt par soudage) ;
Recouvrir une partie de la pièce d’un métal différent ayant des propriétés
intéressantes : anti usure, anti corrosion etc… (dépôt par projection).
La recharge étant en général plus dur et moins élastique que le métal de base, il peut
s’ensuivre des tensions au niveau de la zone de contact, il est préférable de prévoir un
rechargement en deux ou plusieurs couches de dureté croissantes vers l’extérieur.
La surface à recharger doit être :
Dégraisser et décapée ;
Sans angles vifs.
Il est préférable de préchauffer (prévention de déformations ultérieures), et de faire refroidir
lentement.
VI.2 Dépôt par soudage L'apport de chaleur doit être tel que la dilution du métal de base soit limitée, sans
aboutir pour autant au manque de fusion (collage).
Bien que le chalumeau oxyacétylénique soit toujours utilisé pour certaines
applications, on lui préfère généralement l’arc avec électrodes enrobées, plus rapide. Le
premier est surtout employé sur des pièces de petites dimensions, pour des épaisseurs de dépôt
relativement faibles et sur les métaux non ferreux. II permet de maitriser facilement la
dilution. Sur les aciers, on emploie une flamme carburante pour obtenir un dépôt plus dur. En
soudage manuel à l’arc, on procède par passes balancées donnant des cordons larges.
Les procédés suivants ont des applications étendues :
le soudage à l’arc sous flux, avec emploi, soit d'un fil-électrode en acier à bas carbone
et d'un flux allié aggloméré, soit de fils-électrodes alimentes en série par la même
Chapitre VI : Rechargement
Soudage et rechargement 61
source de courant et procurant une grande vitesse de dépôt et une faible pénétration,
ou encore d'une électrode à âme en feuillard, dite électrode en bande.
le soudage à l’arc avec fil fourré sans protection extérieure;
le soudage à l’arc sous gaz protecteur (TIG, MIG et sous C02 avec fil nu ou fourré),
ainsi que le plasma d'arc semi-transféré.
Dans ce dernier procédé, on utilise deux générateurs dont les bornes sont reliées, pour
l'un, à l’électrode et à la buse, pour l’autre, à l’électrode et à la pièce. Le jet de plasma entre
l’électrode et la buse fond et projette les produits; le jet entre l’électrode et la pièce provoque
la fusion très superficielle de cette dernière; la dilution est limitée. Ce procédé est employé
pour de nombreux alliages (dont les stellites) à base de chrome, cobalt, tungstène, nickel, bore
ou silicium, etc., possédant une dureté remarquable et/ou une excellente résistance à la
corrosion.
Les métaux les plus couramment déposés sur les aciers sont les aciers trempant au Cr-
Mn, les aciers martensitiques à 13% Cr, les aciers austénitiques à 14% Mn, les aciers
inoxydables austéno-ferritiques résistant à la corrosion et à l’usure, les aciers rapides pour le
rechargement d'outils de coupe, les aciers à durcissement structural (maraging). Lorsqu'on
recherche une grande résistance au choc et à l’abrasion, il est recommandé d'employer des
électrodes à teneur plus élevée en carbone et contenant du molybdène et du cuivre.
VI.3 Dépôt par projection Le procédé consistant à projeter à chaud au moyen d'un pistolet des particules
métalliques sur une pièce (support) placée à une distance de 12 à 15 cm, afin de la protéger du
milieu environnant, n'est pas nouveau puisque le premier brevet fut pris dans ce domaine en
1900 par l’ingénieur suisse Schoop (d'où le terme, à proscrire, de schoopage pour designer
cette technique). Depuis, le procédé a considérablement évolué et continue à se développer du
double point de vue de l’équipement de projection et des matériaux projetés. La découverte du
plasma d'arc a permis en particulier de projeter des métaux réfractaires et des céramiques
impossibles à traiter au moyen de la flamme oxyacétylénique ou autre. Des progrès ont
également été réalisés dans la connaissance des phénomènes de corrosion. On a en effet
découvert qu'un courant prend naissance entre deux métaux ou alliages différents lorsqu'ils
sont mis en présence de certains milieux corrosifs. II se produit un phénomène d'électrolyse,
le métal le moins noble constituant l’anode, le métal le plus noble formant cathode et
Chapitre VI : Rechargement
Soudage et rechargement 62
demeurant inaltéré. Une classification des métaux tenant compte de ce fait a été établie
(échelle des potentiels). Pour la protection contre les agents atmosphériques, l’eau et autres
milieux corrosifs, un revêtement métallique ne donne donc satisfaction de ce point de vue que
si le métal projeté peut constituer l’anode d'un système dans lequel le support forme la
cathode. Ainsi, le zinc occupe une position anodique par rapport à l’acier.
Selon que l’on projette, à chaud, des métaux ou des matières plastiques, l'opération se
nomme métallisation ou palification.
VI.3.1 Métallisation
Métallisation à la flamme et à l’arc :
Pour produire la flamme destinée à fondre les particules métalliques projetées on
emploie des gaz combustibles tels que le propane et le gaz naturel, mais surtout l’acétylène.
Ces particules peuvent se présenter sous deux formes : poudre ou fil. Les pistolets à
poudre sont équipés d'un petit réservoir. La poudre est entrainée dans le pistolet par un gaz
comprimé qui est généralement l’air. Le pistolet est muni d'une buse comportant des canaux
concentriques. L'arrivée de la flamme de fusion se fait dans la buse par le canal central et celle
de la poudre et de l’air par le canal annulaire extérieur. Le même robinet fixé sur l’appareil
permet l’ouverture et la fermeture simultanées des canaux d'arrivée de gaz et d'air. Dans
certains pistolets, la poudre arrive simplement par gravité. Pour d'autres, c'est non pas l’air,
mais le gaz combustible, lui-même qui assure l’entrainement de la poudre.
Dans les pistolets à fil (les plus utilisés), un petit moteur à air comprimé ou électrique
entraine le fil arrivant au centre de la flamme. Le fil fondu est pulvérisé et projeté sous
l’action d'un jet d'air. Avec un moteur à air comprimé, la même canalisation sert pour le
moteur et pour la projection.
D'autres types de pistolets emploient l’arc électrique, le plasma d'arc ou la résistance
électrique pour la fusion du métal à projeter. Celui-ci se présente généralement sous la forme
de fils servant d'électrodes qui fondent sous l’effet de l’arc établi entre elles ou de leur
résistance au passage du courant. Le métal fondu est pulvérisé au moyen d'un gaz sous
pression et projeté.
D'une manière générale, la flamme présente, par rapport aux autres précèdes,
l’avantage d'une atomisation plus fine, d'un équipement moins coûteux et plus durable.
Métallisation au plasma d'arc :
Pour la métallisation au plasma, on utilise presque uniquement l’arc soufflé, externe
ou interne. Ce procédé permet la projection de matériaux à très haut point de fusion tels que le
Chapitre VI : Rechargement
Soudage et rechargement 63
tungstène et les carbures de tungstène, de chrome et de titane, les oxydes métalliques
(alumine, zircone, oxydes de chrome et de terres rares), et les cermets (associations de métaux
et de céramiques : «cer» pour céramique et « met» pour métal) tels que nickel-magnésie et
nickel-alumine.
Applications spéciales :
On peut aussi employer la flamme pour projeter des combinaisons métalliques à base
de nickel et de cobalt avec additions de chrome, bore, silicium ou tungstène (exemple :
stellite) ou l’aluminure de nickel pour le rechargement des pièces usées. Aussitôt après la
projection, le dépôt est refondu, au chalumeau ou au four, afin d'obtenir des revêtements
étanches, très durs, parfaitement liés métallurgiquement au métal de base et résistants à la
corrosion. Ces matières, projetées puis refondues, répondent aux noms barbares de « alliages
autofusibles, alliages autofondants, alliages autoadhérents », suivant les auteurs.
VI.3.2 Plastication
Les revêtements plastiques sont exécutés par projection à la flamme de matières en
poudre. Le support doit être propre et préchauffé à une température voisine de la température
de fusion de la matière plastique projetée. Les particules réchauffées et ramollies par leur
passage dans la flamme s'étalent sur la surface et procurent un revêtement lisse et continu en
dehors de certaines résines époxydes thermodurcissables, on projette ainsi surtout des
thermoplastiques (polyéthylènes, polyamides...). Le chlorure de polyvinyle (PVC) n'est
projetable que dans certaines conditions.
VI.4 Métaux d’apport Les métaux d’apport sont choisis en fonction de la nature du métal de la pièce à recharger,
ainsi on utilise :
Des aciers faiblement alliés pour des recharges sans qualité particulière ;
De aciers fortement alliés au chrome et au chrome nickel pour un rechargement dur et
contre la corrosion ;
Des aciers alliés au tungstène et au cobalt pour le rechargement des parties actives des
aciers de coupe (outils de coupe) ;
Des aciers austénitiques au manganèse pour un rechargement qui résiste au choc ;
Des fontes alliées au chrome et au chrome nickel pour le rechargement des fontes ;
Du cuivre, du laiton, du bronze pour le rechargement de ces métaux ;
Des alliages de silicium pour le rechargement de l’aluminium.
Soudage et rechargement 64
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 1. Document ISG TP O’NILL technical issue 1 10/08/2000
2. Soudage à l’arc électrique avec électrodes enrobées, technique de l’ingénieur
3. Le soudage TEC 340 OPU S. Benissaad
4. Précis de soudage, brasage et techniques connexes , Eyrolles, 1982 R.LE GOUIC
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