Procédés et matériels de Soudage

Procédés et matériels de Soudage

Classification des procèdes de soudage
Plusieurs critères peuvent être retenus pour classer les procédés de soudage : la nature de l’énergie utilisée, le type de protection du bain métallique, l’origine de la formation de la continuité métallique (phase liquide ou phase solide), la performance du procédé.
Soudage par pression
Cette catégorie regroupe tous les procédés de soudage dans lesquels on obtient une soudure, En général sans métal d’apport, par l’application d’une pression ou d’une friction suivie d’une pression, suffisante pour provoquer une déformation plastique à froid ou à chaud, assurant la continuité atomique entre les bords de la soudure.
Soudage par pression et fusion
On retrouve dans cette catégorie le procédé de soudage par étincelage, qui consiste à fondre les surfaces à assembler à l’aide d’une décharge électrique avant d’appliquer une pression de Contact, et surtout les procédés de soudage par résistance, pour lesquels le contact électrique entre les pièces est assuré par l’application d’une pression à l’aide d’électrodes de géométries variables, qui permettent ensuite de faire passer un courant de forte intensité à l’endroit du contact entre les pièces, entraînant par effet joule leur fusion.
Soudage par fusion sans pression
La technique de soudage par fusion, la plus courante, consiste à fondre les bords des pièces à assembler, sans application de pression volontaire, à l’aide d’une source d’énergie produite par une flamme, un arc électrique ou un faisceau de particules. Le métal des deux pièces se mélange alors à l’état liquide, et constitue après solidification la soudure. Cette famille comprend un grand nombre de procédés, parmi lesquels les procédés de soudage à l’arc, qui Sont les plus utilisés.

Domaine de Soudabilité

Il s’agit d’une plage d’intensités efficaces du courant de soudage permettant d’obtenir un point de soudure de tenue mécanique satisfaisant aux critères définis auparavant.
Dans la pratique, on parle de diamètre du bouton déboutonné et donc la tenue mécanique varie avec l’intensité efficace. Le critère prédéfini correspondant à la norme est la taille de diamètre du noyau acceptable avec une intensité efficace minimale.
Par « domaine de soudabilité », on entend ainsi l’intervalle de [Imine,Imax], où Imine est l’intensité minimale donnant un diamètre acceptable et Imax est l’intensité maximale ne provoquant pas d’expulsion. L’expulsion s’interprète par une chute de signal d’effort en cours de soudage.
On parle souvent de cette limite basse/haute en représentant le domaine de soudabilité. Pour déterminer le domaine de soudabilité, on applique souvent la condition prédéfinie, qui est indiquée par la norme, pour fixer trois paramètres suivants : le temps de soudage, le temps de maintien, et la magnitude de l’effort de soudage

Microstructures d’un Point Soudé

La géométrie d’un point est définie en trois zones métallurgiquement distinctes :
Le noyau fondu,
La zone affectée thermiquement (ZAT),
Le métal de base.
Il s’agit de la discontinuité de l’assemblage, une entaille concentrant les contraintes en cas de sollicitation mécanique, et l’indentation d’électrode des surfaces externes de l’assemblage.
Généralement, la taille du noyau est symétrique par rapport à son plan de section s’il s’agit d’un celui d’un assemblage homogène. Le noyau dissymétrique est également envisagé dans le cas de l’assemblage hétérogène ou d’un mauvais alignement entre l’axe vertical d’électrodes. Qualitativement, la tenue mécanique d’un point dépend du diamètre du noyau. Plus la taille est importante, plus la tenue en mécanique est élevée.
Le critère de soudabilité est donc défini en basant sur la recherche de l’intensité de soudage nécessaire afin d’engendrer le diamètre du noyau minimal et maximal.

Les contraintes résiduelles de soudage

Les contraintes résiduelles dans un matériau ou une structure sont les contraintes qui existent dans le corps quand il est au repos et en équilibre avec son environnement (sans l’application des chargements extérieurs). Les contraintes résiduelles sont souvent générées pendant l’élaboration des composants. Concernant le soudage, ces contraintes sont d’origine thermique principalement et mécanique. La vitesse de refroidissement et la différence de coefficient de dilatation thermique sont à l’origine de la présence de ces contraintes.
Ces contraintes résiduelles peuvent être très préjudiciables sur la performance d’un matériau ou sur la durée de vie d’un composant. Ces contraintes résiduelles se développent au cours de la plupart des processus de fabrication impliquant la déformation des matériaux, le traitement thermique, ou la modification des propriétés d’un matériau. Elles peuvent être considérées comme une des conséquences de l’interaction entre la température, la déformation et la microstructure. Il existe plusieurs facteurs qui peuvent influencer le développement de contraintes résiduelles, par exemple, la conductivité thermique, la capacité thermique, le coefficient de dilatation thermique, la plasticité, les mécanismes de transformation, la transformation plastique, etc.

Effet de contraintes résiduelles sur la rupture fragile

Les contraintes résiduelles jouent un rôle important dans la rupture fragile du matériau.
Cependant, les contraintes résiduelles peuvent aussi avoir un effet sur d’autres mécanismes de rupture (rupture ductile, rupture par fatigue…) comme il est rapporté par Withers.
La fragilisation par l’hydrogène est un phénomène général qui abaisse la résistance à la rupture des aciers à haute résistance et soulève donc le risque de rupture des composants Dans le cas de la rupture induite par hydrogène, le rôle des contraintes résiduelles est potentiellement double.
En premier lieu, l’effet mécanique des contraintes résiduelles s’additionne aux contraintes provoquées par la charge extérieure appliquée sur le composant. En second lieu, le champ de contrainte résiduelle hétérogène augmente le taux de transport de l’hydrogène vers des sites potentiels de rupture du composant.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Procédés et matériels de Soudage
I.1 Introduction
I.2 Classification des procèdes de soudage
I.3 Soudage par fusion
I.3.1 Soudage aux gaz
I.3.2 Soudage a l’arc électrique
I.3.2.1 Soudage manuel a l’arc électrique avec électrode enrobée
I.3.2.2 Soudage à l’arc électrique type TIG (Tungstène inert gaz)
I.3.2.3 Soudage semi-automatique : MIG, MAG
I.3.2.4 Soudage à l’arc électrique sous flux ou soudage à l’arc électrique submergé
I.3.3 : Soudage par faisceau haut densité d’énergie
I.3.3.1 : Soudage par faisceau électrons
I.3.3.2. Soudage laser
I.4 Soudage par pression et fusion
I.4.1 Soudage par point
I.5 Soudage par pression
I.5.1 Soudage par friction
I.6 Conclusion
Chapitre II : Procède de soudage par point
II.1 Généralités
II.1.1 Principe
II.1.2.Les différents procèdes de soudage par résistance
II.2 Soudage par Résistance par Points
II.2.1 Principe du Procédé
II.2.2 Paramètres du Procédé
II.2.3 Domaine de Soudabilité
II.2.4 Microstructures d’un Point Soudé
II.2.5 Mécanisme de formation de la soudure
II.2.6. Interaction Electrique, Thermique, Métallurgique, Mécanique
II.2.7. Le Point Soudé
II.3 Conclusion
CHAPITRE III : Conception des structures soudées
III.1 Introduction
III.2 Concentration des contraintes
III.3 Les contraintes résiduelles de soudage
III.3.1 Effet de contraintes résiduelles sur la rupture fragile
III.4 Les ruptures
III.4.1 Rupture fragile
III.4.2 Rupture ductile
III.4.3 Rupture par fatigue
III.4.5 Rupture inter granulaire
III.4.2 Mécanisme de la rupture fragile
III.5 Conclusion
CHAPITRE IV : Etude expérimentale
IV.1 Introduction
IV.2 Matériaux d’étude : Acier doux galvanisé Z275, aciers doux non alliés, inox 304L
IV.2.1 Définition acier doux galvanisé Z275
IV.2.2 Définition d’acier
IV.2.3 Définition d’acier inoxydable…
IV.3 Etapes de la réalisation des éprouvettes
IV.3.1 Machines utilisées
IV.3.1.1 Poinçonneuse (AMADA)
IV.3.1.2 Machine de soudage (TECNA)
IV.3.1.3Essai de traction
IV.4 Description de l’essai de traction
IV.5 Conclusion
Chapitre V : Résultats et discussion
V.1 Introduction
V.2 Effet du type de matériau sur le comportement mécanique des pièces soudées par point
V.3 Effet du temps de soudage sur le comportement mécanique des pièces soudées par point
V.4 Effet de l’intensité du courant sur le comportement mécanique des pièces soudées par point
V.5 Effet de l’épaisseur sur le comportement mécanique des pièces soudées par point
V.6 Effet de l’effort sur le comportement mécanique des pièces soudées par point
Conclusion générale