SOUDURE - GÉNÉRALITÉS

Principe: on crée une continuité de matière entre deux pièces différentes par création d’un cordon de soudure provenant de la fusion d’une partie des pièces à assembler ou d’un métal d’apport. La continuité métallique entre les deux pièces ne peut en effet être obtenue qu’à partir d’un état liquide, ce qui permettra la naissance de grains communs lors du refroidissement.

avantages de la soudure:

Continuité de matière, donc bonne transmission des efforts
Pas de pièces secondaires
Moindre encombrement, étanche, esthétique

inconvénients de la soudure:

Le métal de base doit être soudable
Le contrôle est obligatoire et onéreux
Le contrôle exercé par les soudeurs est aléatoire
Nécessité d’une main d’œuvre qualifiée et d’un matériel spécifique

Les deux procédés principaux utilisés en construction métallique sont le soudage à l'arc à l'électrode enrobée (sur chantier principalement) et le soudge à fil électrode fusible sous protection gazeuse (MIG-MAG, en atelier)

Principales Définitions:

Métal de base: matériau soudé
Métal d’apport: métal apporté lors du procédé de soudage pour créer le cordon de soudure.
Racine: endroit jusqu’où le métal d’apport a pénétré
Face: surface extérieure de la soudure
Pied: ligne de séparation, sur la face de la soudure, entre le métal de base et le métal d’apport
Zone affectée thermiquement: partie du métal de base qui n’est pas rentré en fusion avec le métal d’apport mais qui a subi un échauffement et un refroidissement très rapide au passage de l’arc de soudage. Dans cette zone le matériau de base est soumis à un durcissement et peut dés lors acquérir un comportement fragile.
Dimension de gorge a: distance minimale de la racine à la face de la soudure, sans prise en compte des concavités

Longueur d’un cordon de soudure L : distance longitudinale de la soudure dans le sens du déplacement de mise en œuvre.
Soudure en bout: soudure réalisée dans l’épaisseur des plats aboutés, dans un assemblage bout à bout ou en té, avec pénétration de matière
Soudure à pleine pénétration (fusion de la soudure et du métal de base complète sur l’épaisseur de l’assemblage) ou à pénétration partielle (celle-ci ne s’étend pas à l’épaisseur totale de l’assemblage):

soudure sans préparation des bords:

soudure avec préparation des bords:

soudures d’angle: soudure dont la section transversale est approximativement triangulaire et qui est déposée à la surface des plats assemblés

Soudure en bouchon: on remplit de soudures des perçages faits sur l’une des pièces pour assurer la liaison avec une pièce sous jacente

Soudure en entaille: même principe que pour la soudure en bouchon, mais avec une taille suffisante pour réaliser un cordon périphérique sue la tranche de la pièce entaillée au lieu d’un remplissage

Nota: ces deux types de soudures ont pour but principal d’empêcher le voilement ou la séparation des plats qui se recouvrent.

Dans le bâtiment on a:

80% de soudures d’angles
15% de soudures en bout
5% de soudures en bouchons, en entailles, par points

Risques liés à la soudure: la fusion locale, réalisée vers 1300°C, puis le refroidissement rapide (grande conduction thermique de l’acier) s’accompagne de plusieurs phénomènes:

la trempe: due à un refroidissement brusque de l’acier au delà de 900°C vers la température ambiante. La trempe lorsqu’elle existe rend l’acier fragile, ce qui est très préjudiciable pour la structure. Pour supprimer l’effet de la trempe on doit assurer un refroidissement plus lent:

préchauffage : on échauffe le métal de base à ci. 80°C avant soudage. Le métal de base a alors emmagasiné de la chaleur, et après la soudure la diffusion de la chaleur sera plus lente et donc le refroidissement moins rapide
Post-chauffage : on chauffe immédiatement après soudage ; ainsi la chaleur emmagasinée demandera plus de temps à s’évacuer
Grande intensité du courant électrique de soudage : cela permet d’avoir une grande quantité de chaleur dans le cordon de soudure et le métal de base; le temps de refroidissement est alors augmenté

le retrait: lors des échauffements et refroidissements, les pièces se dilatent et se rétractent ; à noter qu’au delà de 650°C toutes les déformations sont plastiques. En soudage la zone chauffée est toujours entourée de parties froides ; ainsi, si le retrait est empêché, des contraintes plus ou moins élevées de traction apparaissent

le retrait thermique peur être décomposé en trois parties : dans l’épaisseur, longitudinal et transversal

retrait dans l’épaisseur: il a pour effet de faire apparaître des contraintes importantes dans le cordon.
Retrait longitudinal: il a pour effet de faire fléchir la pièce

pour éviter cette déformation on peut:

exécuter une contre-flèche avant soudage
redresser mécaniquement après soudage
concevoir un soudage symétrique

retrait transversal: il a pour effet de faire apparaître des déformations angulaires

apparition de contraintes résiduelles: si le cordon de soudure n’est pas libre de se rétracter lors de son refroidissement il apparaît des contraintes de traction dans le cordon et des contraintes de compression dans le métal de base. De même que pour la trempe, ce phénomène peut être diminué si le refroidissement est lent et uniforme.

défauts: anomalies diverses atteignant le joint de soudure:

manque ou défaut de collage
pénétration incomplète : la dimension de la gorge est inférieure à sa dimension de calcul
fissures
inclusions de gaz (porosité) : des bulles d’air ou de gaz sont emprisonnées dans le métal après le refroidissement
surépaisseur, sous épaisseur, caniveaux
décalage des bords

Conditions d’une bonne soudure:

Préparation des bords: ce travail est à la base de la réussite du cordon de soudure ; on doit avoir:

Des bords propres: pas de trace d’huile, de rouille, de coupe, de peinture…
Des bords réguliers
Un bon accostage des pièces à assembler: pièces bien alignées, bien maintenues

Qualité du métal: le métal d’apport doit avoir des propriétés mécaniques égales ou supérieures à celles du métal de base (continuité des efforts transmissibles). Le choix du métal d’apport est ainsi conditionné par :

Le procédé de soudage choisi
Le métal de base à souder
La procédure de soudage adopté

Le métal de base doit bien sur être soudable suivant les procédés courants de construction métallique (cela dépend de la composition chimique et des caractéristiques mécaniques de l’acier).

Selon l’EC3 et la norme EN10025 les nuances S235, S275 et S355 de qualité B, C et D sont soudables quelque soit le procédé employé.

Nombres de passes: selon l’épaisseur d’un cordon de soudure, il peut s’avérer nécessaire de réaliser le cordon en plusieurs passes. En général dés que la dimension de la gorge dépasse 5mm il est nécessaire de faire plus d’un passage.

Normalisation: celle-ci est très poussée dans ce domaine:

NF P22-470: dispositions constructives et règles de vérification des assemblages; cette norme ne s’applique qu’aux cas de charges statiques, en cas de charges dynamiques se reporter aux prescriptions des règles CM66.

NF P22-471: garanties des qualités de travaux de soudures; qualifications, conditions d’exécutions, procédures de contrôles

NF P22-471: procédure de qualification d’un mode opératoire de soudage

NF A81-309 normalisation des enrobages

Représentation normalisée: les cordons de soudures complexes peuvent être dessinés et cotés. Dans la majorité des cas on peut se contenter soit de représentation simplifiées soit d’utiliser une symbolique normalisée:

Eléments de cotation: