Soudage à l’arc électrique

Soudage à l’arc électrique

Soudage à l’arc électrique

Tous les procédés de soudage ont besoin de la chaleur pour produire la jonction entre les parties soudées par la formation d’une liaison au niveau atomique. Le soudage à l’arc est un terme délimitant l’ensemble des procédés de soudage utilisant un arc électrique comme source de chaleur pour fondre et joindre les métaux sans actions extérieurs. La chaleur générée est généralement localisée en un point où la liaison est désirée. D’après le schéma de classification des procédés de soudage on constate qu’un grand nombre de procédés utilisent l’arc électrique comme source de chaleur en raison de sa concentration et facilité de contrôle. Il est important de rappeler que ce n’est pas toute la chaleur générée par le générateur qui est transférée au métal pour produire la soudure, mais il y a une perte due aux projections, dissipations par convection, radiations et conduction aux surfaces adjacentes

Soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW)

Le soudage à l’arc à l’électrode enrobée (SMAW) est réalisé à partir d’un arc électrique créé et entretenu entre l’âme métallique de l’électrode et la pièce à souder. L’énergie calorifique de l’arc fait fondre localement la pièce à assembler et l’âme métallique de l’électrode pour constituer le bain de fusion et après refroidissement le cordon de soudure recouvert d’un laitier protecteur. Un générateur électrique fournit le courant continu ou alternatif avec une intensité variant de 30 à 400 ampères en fonction de différents paramètres comme le diamètre de l’électrode, la nature de l’enrobage, la position de soudage, le type d’assemblage, la dimension et la nuance des pièces à assembler. La tension à vide du générateur (Uo) doit être supérieure à la tension d’amorçage (surtout en courant alternatif). Sa valeur doit être comprise entre 40 et 80 volts.
Le procédé de soudage SMAW est très populaire, très utile dans certaines tâches spécialisées par exemple, des récipients, des tuyaux sous pression, des réservoirs de stockage, des ponts, des bâtiments, des navires et des wagons.
Il offre une bonne mobilité et la possibilité de souder à l’extérieur sans précaution particulière, notamment pour effectuer des réparations ou du travail sur un chantier.

SOUDAGE TIG (GTAW)

Le soudage TIG est un procédé de soudage à l’arc avec une électrode non fusible, en présence d’un métal d’apport si besoin. TIG est un acronyme de Tungstène Inert Gas, où Tungstène désigne l’électrode, Inert Gas c’est le type de gaz utilisé. L’arc électrique se crée entre l’électrode et la pièce à souder qui est protégée par un gaz ou un mélange de gaz rare tels que l’argon et l’hélium. De fait, l’arc électrique remplace la flamme du chalumeau traditionnel.
La soudure à l’arc s’appuie sur l’élévation de la température des pièces à assembler jusqu’au point de fusion grâce au passage d’un courant électrique alternatif ou continu.
Le soudage s’effectue le plus souvent en polarité directe (pôle – du générateur relié à l’électrode) pour les métaux et alliages (aciers, inox, cuivreux, titane, nickel…) sauf dans le cas des alliages légers d’aluminium ou du magnésium, où l’on soude en polarité alternée. Il n’est pas possible de souder en polarité inverse (pôle + relié à l’électrode) car cela détruirait cette électrode en la faisant fondre.
La soudure TIG est une soudure de qualité, avec la possibilité de souder les faibles épaisseurs, un arc stable. Elle nécessite une dextérité particulière du soudeur. Les domaines d’application les plus courant sont : L’aéronautique, L’automobile, La tuyauterie industrielle, et l’agroalimentaire.

Facteurs influençant la fragilité

La fragilité dépend non seulement des forces de liaison entre les atomes, mais aussi de la contribution d’éventuels phénomènes de dissipation d’énergie : plasticité, microfissuration, changement de phase, recristallisation dynamique,… Interviennent donc en particulier la température et la vitesse de déformation :
de nombreux matériaux sont fragiles en dessous d’une température dite « température de transition fragile-ductile »,
Certains matériaux sont peu ductiles aux faibles vitesses de déformation, et très ductiles aux fortes vitesses (recristallisation dynamique),
Certains matériaux sont fragiles aux vitesses de déformation élevées, mais « pâteux » aux très faibles vitesses ; c’est le cas par exemple des roches.

Processus de mesure de la dureté

Il faut distinguer entre les processus statiques et dynamiques pour mesurer la dureté. Tous se rapportent à un même principe ; un corps pénétrateur est constamment appuyé sur son matériau avec une force de test précise. La déformation locale provoqué sur la partie plastique et élastique sera mesurée. Les mesures statiques ne déterminent que la déformation plastique. Selon l’ampleur de la force d’essai on distingue : macro dureté (force F> 30 N), la dureté de faible charge (de 2 à 30 N) et la micro dureté (<0,5 N). La mesure de dureté avec Brinell, Vickers et Rockwell appartient aux processus de mesure de dureté statique. Dans les processus dynamiques (méthode de dureté Shore ou essai pendulaire de dureté) on provoque le choc d’un corps pénétrateur sur la partie à mesurer avec une énergie cinétique d’un intervalle défini. C’est ainsi qu’on vérifie les tuyaux, les arbres de turbines ou les pièces coulées.

Description générale d’une machine de traction

Une machine de traction est constituée d’un bâti portant une traverse mobile. L’éprouvette de traction, vissée ou enserrée entre deux mors, selon sa géométrie, est amarrée à sa partie inférieure à la base de la machine et à sa partie supérieure à la traverse mobile (dans le cas d’une machine mécanique) ou au vérin de traction (dans le cas d’une machine hydraulique). Le déplacement de la traverse vers le haut réalise la traction.
Une machine de traction comporte une cellule de charge, qui permet de mesurer l’effort appliqué à l’éprouvette et le déplacement de l’éprouvette peut être suivi de diverses façons. Les dispositifs expérimentaux sont généralement asservis et peuvent être pilotés à vitesse de montée en charge, à charge constante, à vitesse de déformation constante, etc. selon ce qui peut être proposé par le système de pilotage.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre1 : Généralités sur le soudage à l’arc
1. Introduction 
2. Histoire de soudage 
3. Définition de soudage
4. Soudage à l’arc électrique
4.1. Soudage à l’arc avec électrode enrobée (SMAW)
4.1.1. Définition
4.1.2. Principe du procédé
4.1.3. Définition de l’électrode enrobée
4.1.4. Rôle de l’enrobage
4.1.5. Différents types d’enrobage
4.1.6. Avantages et inconvénients
4.2. Soudage TIG (GTAW)
4.2.1. Définition
4.2.2. Générateurs et méthodes d’amorçage
4.2.3. Les différents courants
a) Courant continu
b) Courant continue pulsé
c) Courant alternatif
4.2.4. Electrodes utilisées
4.2.5. Les gaz de protection
4.2.6. Paramètres de soudage
a) Pour les aciers et aciers inoxydables
b) Pour les aluminiums et alliages
4.2.7. Avantages et inconvénients
5. Métallurgie de soudage
5.1. Introduction
5.2. Les aciers
5.2.1. Définition de l’acier
5.2.2. Classification des aciers
a) Les aciers ordinaires ou aciers au carbone
b) Les aciers de traitements thermiques
c) Les aciers à outils
d) Les aciers inoxydables
5.3. Soudabilité des métaux
5.3.1. Introduction
5.3.2. Facteurs de détermination des effets des opérations de soudage
a) Quantité de chaleur transférée
b) Température initiale de la pièce
c) Vitesse de refroidissement du métal
d) Température atteinte dans la ZAT
e) Énergie linéaire
5.3.3. Soudabilité des aciers au carbone et faiblement alliés
5.3.4.Définition de la zone affectée par le cycle thermique de soudage
a) La zone fondue (ZF)
b) La zone de liaison (ZL) ou zone de fusion partielle (ZFP)
c) La zone affectée thermiquement (ZAT)
d) Interface ZF/ZFP
e) Le métal de base
f) La zone non mélangée
5.4. Cycle thermique de soudage
6. Conclusion 
Chapitre2 : Propriétés mécaniques des matériaux
1. Propriétés mécaniques des matériaux 
1.1. Introduction
1.2. Fragilité
1.2.1. Définition
1.2.2. Factures influençant la fragilité
1.3. Ductilité
1.3.1. Définition
1.3.2. Condition de ductilité
1.4. Ténacité
1.4.1. Définition
1.4.2. Détermination expérimentale
1.5. Malléabilité
Définition
1.6. L’élasticité
Définition
1.7. Dureté
1.7.1. Définition
1.7.2. Processus de mesure de la dureté
2. Essais mécaniques
2.1. Introduction
2.2. Essai de traction
2.2.1. Définition
2.2.2. Description générale d’une machine de traction
2.2.3. Les éprouvettes
2.2.4. Prélèvement de l’éprouvette
2.2.5. Dimension des éprouvettes
2.2.6. Principe de l’essai
2.2.7. Exploitations de l’essai
a) Interprétation qualitative
b) Le Processus thermomécanique
c) Influence de la température
d) Limite d’élasticité
e) Module de Young
2.3. Essais d’indentation
2.3.1. Définition
2.3.2. Essai de Macrodureté
a) Essai Vickers
b) Essai Brinell
c) Essai Rockwell HRC
3. Conclusion 
Chapitre3 : traitements thermiques des aciers
1. Introduction 
2. Cycle d’un traitement thermique
2.1. Chauffage des pièces
2.2. Refroidissement des pièces
2.3. Diagramme d’équilibre fer-carbone
3. Traitements thermiques des soudures
3.1. Introduction
3.2. Modes de mise en œuvre
3.2.1. Traitement global
3.2.2. Traitement local simultané
3.3. Gammes des traitements thermiques
3.4. Trempe
3.4.1. Technologies de chauffe
3.4.2. Choix de la vitesse de refroidissement pour la trempe
3.4.3. Influence de la vitesse de refroidissement sur les transformations de phases
3.4.4. Choix du milieu de trempe
3.5. Le revenu
3.5.1. L’objectif du revenu
3.5.2. Différents types de revenu
a) Revenu de relaxation ou de détente
b) Revenu de structure ou classique
c) Revenu de durcissement..
3.5.3. Cycle thermique du revenu
3.5.4. Transformations structurales au cours du revenu
4. Conclusion 
Chapitre4 : Partie expérimentale
1. Introduction 
2. Métal de base
2.1. Métal de base
2.2. Métaux d’apport
3. Procédure de soudage
3.1. Préparation des tôles
3.2. Paramètres de soudage
3.3. Exécution des joints soudés
3.4. Découpages des éprouvettes
4. Traitement Thermique 
4.1. Cycle de traitement effectué
4.2. Etapes de traitement thermique
4.2.1. Trempe
4.2.2. Revenu
5. Polissage 
6. Caractérisations mécaniques
6.1. Essai de traction
6.1.1. Eprouvettes de traction
6.1.2. Exécution de l’essai
6.2. Essai de dureté
6.2.1. Eprouvettes
6.2.2. Exécution de l’essai
7. Conclusion 
Chapitre5 : Résultats et discussions
1. Introduction 
2. Résultat d’essais de traction 
2.1. Caractérisation des soudures .
2.2. Effets de milieux de la trempe sur le comportement mécaniques des pièces soudées
a. Eprouvette de soudure EE
b. Eprouvette de soudure TIG
c. Conclusion
2.3. Effets des différents revenus sur le comportement mécanique des pièces soudées
a. Eprouvette de soudure EE
b. Eprouvette de soudure TIG
3. Résultat d’essais de dureté 
3.1. Effets de milieux de la trempe sur le comportement mécaniques des pièces soudées
3.2. Effets des différents revenus sur le comportement mécanique des pièces soudées
4. Conclusion
Conclusion Générale

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