Soudage

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Le soudage est une opération consistant à réunir de façon irréverssible deux ou plusieurs parties constitutives d'un assemblage, par chauffage ou par pression, entraînant la fusion des matériaux. Cette fusion s'effectue avec ou sans emploi d'un matériau d'apport, dont la température de fusion est du même ordre de grandeur que celle du matériau de base. Le procédé peut être appliqué aux métaux ainsi qu'aux thermoplastiques (voir Soudage plastique). Il est important de ne pas oublier que le soudage permet d'obtenir une continuité métallique de l'assemblage (continuité de la nature des matériaux assemblés: matériau métallique, matière plastique, etc..). De ce fait, les techniques d'assemblage mécaniques (rivetage, boulonnage, agrafage...) ou par adhésion (collage) ne répondent pas à la définition du soudage.

Attention ne pas confondre soudure et brasure. Le terme soudure est souvent abusivement utilisé à propos de nombreuses techniques de fixation durable.

[modifier] Soudage de pièces métalliques : procédés

Soudage à l'arc avec électrode fusible sous flux gazeux

Le soudage à la lampe à souder, utilisé sur le plomb : le métal étant très fusible, les apports successifs de métal sont chaque fois refroidis par passage d'un chiffon humide. Cette méthode ancienne exige beaucoup de doigté, la moindre surchauffe provoquant l'effondrement de l'objet à souder.
Le soudage oxy-acétylénique ou soudage oxy-gaz : l'énergie thermique est générée par la combustion du mélange oxygène-acétylène. Le métal d'apport est en général amené sous forme de baguette.
Le soudage aluminothermique, utilisé pour la réparation de pièces massives telles que les rails de chemin de fer, est une méthode de soudage chimique : le joint à réaliser est emprisonné dans une forme, que l'on remplit d'un mélange pulvérulent à base d'aluminium et d'oxyde de fer. Les pièces à souder sont chauffées au rouge et le mélange est ensuite enflammé : la réduction de l'oxyde de fer par l'aluminium provoque la fusion et l'alumine produite est expulsée vers le haut par décantation.
Le soudage électrique par résistance ou soudage par points ou à la molette ou PSE ou PSR : Le soudage est réalisé par la combinaison d'une forte intensité électrique et d'une pression ponctuelle. Ce procédé ne nécessite pas d'apport extérieur. L'intensité électrique chauffe la matière jusqu'à la fusion. La pression maintient le contact entre l'électrode et l'assemblage. Pour souder, une pince plaque l'assemblage avec des embouts, ou des électrodes en cuivre, matière bonne conductrice de l'électricité et de la chaleur, ce qui permet de moins chauffer la zone de contact avec cette pince et d'en éviter la fusion, qui se trouve limitée à la zone de contact entre les deux feuilles à souder . Cette technique est donc dépendante de la résistivité (résistance électrique) des matières, de l'épaisseur totale de l'assemblage et du diamètre des électrodes. Ce procédé est majoritairement utilisé dans l'assemblage de tôle d'acier de faible épaisseur (<6mm). Cette technique bénéficie d'un savoir-faire très important et d'une productivité incomparable (dans le domaine d'application). Pour exemple, une caisse automobile est assemblé à plus de 80% par des points soudés.
Soudage à l'arc électrique avec électrodes enrobées (MMA : Manual Metal Arc ou SMAW : Shielded Metal Arc Welding) : La température de soudage est générée par l'arc électrique entre deux électrodes que constituent la pièce à souder et la baguette de métal d'apport où le métal fondu est protégé par un laitier.
Soudage à l'arc avec électrodes non fusibles (Soudage TIG : Tungsten Inert Gas, GTAW Gas Tungten Arc Welding selon les normes américaines ou encore procédé 141 selon l'ISO 4063) : Un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode infusible en tungstène et la pièce à souder, sous la protection d'un gaz inerte (argon, hélium ou mélange argon-hélium...). Le métal d'apport est ajouté si nécessaire sous forme d'une baguette ou d'un feuillard placée dans l'arc électrique. Ce procédé peut s'automatiser voire se robotiser dans le cas fréquent du soudage TIG orbital.
Soudage à l'arc avec fil électrodes fusibles ou soudage semi-automatique (MIG-MAG : Metal Inert Gas-Metal Active Gas, GMAW Gas Metal Arc Welding selon les normes américaines ou encore procédé 131 (MIG) ou 135 (MAG) selon l'ISO 4063) : Un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode consommable et la pièce à assembler, sous la protection d'un mélange gazeux dont la nature dépend du type de soudure réalisée. L'électrode, amenée automatiquement de façon continue depuis un dévidoir, se présente sous la forme d'un fil massif ou fourré.
Le soudage laser : l'énergie est apportée sous forme d'un faisceau laser. Les sources laser peuvent être de type CO2 ou YAG ou LED.
Le soudage plasma (PAW : Plasma Arc Welding): Considéré comme une évolution de la soudure TIG, il s'en distingue par le fait que l'arc est contraint mécaniquement (constriction mécanique) ou pneumatiquement (constriction pneumatique), générant ainsi une densité d'énergie supérieure. L'arc peut jaillir entre la tuyère et l'électrode (arc non-transféré) ou entre la pièce et l'électrode (arc transféré) voire être semi-transféré.
Le soudage par faisceau d'électrons (EBW : Electron Beam Welding): utilise l'énergie cinétique des électrons projetés dans une enceinte sous vide et focalisés sur la pièce à souder pour créer une zone fondue.
Le soudage par friction.
Le soudage FSW (Friction Stir Welding) aussi appelé soudage par friction malaxage ou soudage thixotropique. Ce type de soudage est aujourd'hui essentiellement utilisé pour les alliages d'aluminium car il demande des efforts très importants pour être mis en œuvre. De même les outils utilisés pour le soudage de nuances autres que l'aluminium (aciers) doivent être très durs et très résistants.
Le soudage à l'arc sous flux (explication du procédé à venir).
Le soudage par composition de procédés dit hybride, par exemple Laser plus TIG.
Le soudage électrogaz qui se rapproche de la fonderie.
Le soudage par diffusion qui consiste à se servir du phénomène de diffusion des atomes pour créer une liaison.
La soudure à l'étain s'effectue à basse température (200 °C - 250 °C), un alliage d'étain et de plomb est fondu et utilisé pour joindre des surfaces métalliques, en particulier dans le domaine de l'électronique et de la plomberie.On appelera ça de la brasure, car les 2 parties ne sont pas fondues ensemble mais maintenues en place par un 3ème élément, qui se trouve être un alliage, mais qui peut être considéré comme de la "colle à métal".

[modifier] L'embout de la torche de soudage MIG / MAG

Eclaté d'une torche de soudage MAG / GMAW. (1) Tête de torche de soudage, (2) Isolant électrique (pièce en blanc) et embout de vissage du tube contact (pièce en jaune), (3) Diffuseur de gaz, (4) Embout du tube contact-type, (5) Buse métallique

[modifier] Défauts de soudure

[modifier] Perle de soudure

[modifier] Fragilité induite par la ségrégation

Le soudage consistant à chauffer localement le métal, il s'agit d'un traitement thermique local. Il y a donc une modification locale de la microstructure et de l’état métallurgique de la zone du métal affectée par le chauffage (ZAT : zone affectée thermiquement). En effet, le cycle de température inhérent au soudage détruit le durcissement structural et abaisse la résistance mécanique au pourtour du joint de soudure.

Le chauffage active un certain nombre de mécanismes, dont notamment la diffusion des atomes. Il se produit donc un phénomène appelé « ségrégation » : le métal n'étant pas pur, les atomes étrangers (impuretés, éléments d'alliage) migrent vers les joints de grain.

Ceci peut entraîner une fragilisation des joints de grain, et donc faciliter la rupture fragile intergranulaire.

Pour éviter ce problème, on effectue parfois un recuit de la pièce (chauffage de toute la pièce afin d'homogénéiser l'ensemble).

[modifier] Corrosion au cordon de soudure

La soudure est la juxtaposition de deux métaux différents. On peut donc avoir un phénomène de corrosion galvanique. Ce défaut peut se présenter dans le cas du soudage hétérogène d'un assemblage mal conçu, sous réserve de la présence d'un électolyte. De plus, on peut également voir apparaître un phénomène de corrosion interfaciale comme cela peut être rencontré lors de la ségrégation du Bore aux joints de grains dans les bases Nickel ou lors de la ségrégation du Carbone aux joints de grains dans les aciers inoxydables.

[modifier] Porosités

Il s'agit de défauts sphériques creux qui peuvent être ou non débouchants

[modifier] Soufflures

Ce terme désigne un groupe de porosités débouchantes ou non débouchantes. Quand elles sont alignées, on parle de soufflures vermiculaires. Si elles sont débouchantes, on parle alors de piqûres.

[modifier] Inclusions

Elles désignent un composé étranger à la soudure et peuvent contenir du Tungstène (Cas du Soudage TIG) ou du laitier (Soudage à l'électrode enrobée ou baguette ).

[modifier] Retassures

Suite à un retrait du métal lors de son refroidissement, l'espace vide formé apparaît visuellement à la surface du cordon.

[modifier] Criques de solidification

Même défaut que les retassures sauf que le défaut est non apparent.

[modifier] Excès de pénétration

Métal débordant du côté envers du cordon.

[modifier] Collage ou manque de pénétration

Le métal de base est non fondu, ce qui diminue la section efficace de la soudure. On distingue le collage noir où l'interface entre le métal de base et la soudure est vide ; par un contrôle aux rayons X apparaît une tache sombre, du collage blanc où l'interface est cette fois-ci comblée par des oxydes fondus ; cette variété est indécelable aux rayons X.

[modifier] Fissures

On distingue la fissuration à froid causée par des contraintes mécaniques résiduelles importantes, une présence d'hydrogène dissous et une phase fragile, de la fissuration à chaud créée par la ségrégation dans le joint d'un eutectique par exemple.

[modifier] Morsures

Défaut où le métal de base est creusé sur une partie du cordon.

[modifier] Caniveaux

Un caniveaux est une morsure de grande taille proportionnellement à la grandeur du métal de base.

[modifier] Pollution ferreuse

C'est une précipitation de carbure de chrome dans un cordon d'acier inoxydable.

[modifier] Défauts géométriques

Ces défauts peuvent être des défauts d'alignement entre les pièces, un cordon trop bombé...

[modifier] Soudage au M.I.G.

L'arc électrique s'établit entre le métal de base et le fil fusible nu enroulé sur une bobine et constituant ainsi une électrode continue consommable et servant de métal d'apport.

Le fil amené et maintenu par une torche pistolet est protégé pendant sa fusion par un gaz inerte diffusé par une buse réfractaire concentrique au fil électrode. Le gaz de protection est composé de gaz inertes (Argon ou hélium) ou d'un mélange de ces gaz avec éventuellement une adjonction de CO2, d'hydrogène ou d'oxygène.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens externes

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