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Chapitre IV : Les procds Mcano-Souds

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IV.1. Gnralits

Le soudage est un procd de formation d'un joint permanent par la mise en action desforces d'attraction inter atomiques des matriaux runir. Ce type de liaison complteindmontable est obtenue par interpntration de la matire de deux (ou plus) lmentsmtalliques amens l'tat liquide dans leurs zones de contact avec ou sans mtal d'apport[36].

Le soudage est utilis pour la confection d'bauches partir de formes lmentairesprpares par dcoupage, formage froid de produits marchands (profils, tles,...) etquelque fois par moulage.

Le soudage consiste runir deux lments de mme mtal :

- par fusion de leur zone de contact, avec l'utilisation ventuelle d'un mtal d'apport demme nature que celui des lments de soudure autogne (figure IV.1 a)

- par pression exerce sur ces lments en contact chauffs une tempraturelgrement infrieure leurs points de fusion (figure IV.1 b).

- par brasage: il se diffrencie du soudage par l'utilisation d'un mtal d'apport de naturespciale dpos l'tat liquide sur les lments simplement chauffs une tempraturemodre, et auxquels il adhre fortement aprs refroidissement (figure IV.1.c), sil'opration est pratique au chalumeau, elle prend le nom de soudo-brasage.

a bc

Figure IV.1. : Les Types de soudage

Le dpt de mtal runissant pour souder deux lments d'un assemblage s'appelle cordon,il peut tre assimil un obstacle ou un lien s'opposant au dplacement des lmentsrunis (figure IV.2).

Cordon

F

F

F

F

Rsistance la traction

Rsistance la compression

Figure IV.2. : Cordon de soudure


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IV.2. Conditions de ralisation

La soudure de deux pices est rendue plus facile si [37] :

- La composition de leurs mtaux est identique ou trs voisine : la fusion se produitpour chacun d'eux la mme temprature dans ce cas, la pice est ralise sansdiscontinuit de matire.

- Les mtaux prsentent le phnomne de fusion pteuse avec un temps de maintientrelativement tendue (caractre de soudabilit).

- Les pices sont de faibles paisseurs : l'uniformit des tempratures estfacilement obtenue.

Tous les matriaux mtalliques sont pratiquement soudables et peuvent se scinds en deuxgrandes familles :

- Les facilement soudables : Acier A 33 et A 48 (trs utiliss).

- Soudage avec technique spciale : tous les aciers et aciers spciaux, fontes, cuivre,laitons, aluminium, alliages lgers et alliages ultra lgers.

IV.3. Classification des procds de soudage

Il existe plusieurs procds de soudage classs selon le mode d'nergie utilise. Parmi euxon distingue :

- Soudage oxyactylnique

- Soudage l'arc lectrique : Avec lectrode enrobes, lectrodes rfractaires (nonfusibles) (T.I.G: Tungsten Inert Gaz) et fil lectrode sous protection gazeuse (M.I.G :Mtal Inerte Gaz et M.A.G : Mtal Actif Gaz)

- Soudage par rsistance lectrique : par points, par tincelage et la molette.

- Soudage au plasma

- Soudage par laser etc.

IV.4. Soudage oxyacthylnique

La soudure par oxyacthylnique est ralise par chalumeau qui est un appareil portatif quisert chauffer, braser, souder ou couper des pices mtalliques. Il utilise la chaleur de

combustion d'un gaz combustible (actylne ou propane) mlang dans certainesproportions un gaz comburant (oxygne). Cette appellation recouvre gnralement deux


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techniques de soudure : le soudo-brasage qui est une liaison htrogne, et le soudageautogne. Lune et l'autre se pratiquent avec un chalumeau bi-gaz.

IV.4.1. Prsentation du poste de soudure loxyacthylnique

Il comprend un chalumeau et deux bouteilles de gaz (bi-gaz) dlivrant une flamme produitepar la combustion d'un gaz rducteur combin avec le meilleur des comburants (oucombinables), l'oxygne pur (figure IV.3) ; avec une temprature de flamme denviron 2850C.

Ce type d'appareil peut assembler diffrents mtaux par soudo-brasage ou par soudageautogne, raliser des dcoupes (oxycoupage), des microsoudures et, bien videmment, destravaux de brasage ncessitant des tempratures moins leves [36].

Actylne (C2H2)

Oxygne (O2)

Figure IV.3. : Poste de soudage oxyacthylnique

L'oxygne est comprim la pression maximum de 150 kgf/cm2, munie d'un manodtendeur. L'actylne est dissous sous pression de 15 kgf/cm2 (car le gaz ne peut trecomprim fortement sans risque d'explosion), munie d'un mano dtendeur [38].

IV.4.2. Ractions lors du soudage

Deux ractions se produisent en deux temps distincts (figure IV.4.) :

Raction 1 : C2H2 + O2 2CO + H2 + 20 000 KJ par mtre cube d'actylne ; qui

est une combustion primaire ralise volumes gaux entre l'oxygne et l'actylne estlocalis au dard qui, pour une flamme neutre, bien rgle, est lumineux et contours nets.

Raction 2 : 4CO + 2H2 + 3O2 4CO2 + 2H2O + 38 500 KJ par mtre cube d'actylne ;qui est une combustion secondaire a lieu ensuite dans l'air ambiant ; elle constitue lepanache de la flamme.

Ce fractionnement de combustion en deux temps distincts facilite le rglage de la flammequi est volont carburante (pour le rechargement d'aciers durs), normal (soudage usuel)ou oxydante (soudage des laitons, trempe superficielle, ...).


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DardPanache

Figure IV.4. : Flamme du chalumeau

Ce type de soudage est utilis souvent dans le domaine artisanal, la rparation, l'entretienet l'installation de petites et moyennes tuyauteries, vu que son quipement esttransportable, voire portable, peu coteux et n'exige aucun branchement lectrique.

Il permet de souder en toutes positions et s'accommode de prparations peux prcises. Parailleurs il constitue un moyen de chauffe localise apprci pour le forgeage, la trempesuperficielle, les rechargements, le dcapage la flamme, l'oxycoupage, le brasage. En

rglage normal, la consommation d'oxygne est environ 1,2 fois celle de l'actylne.

IV.5. Soudage l'arc lectrique

Le soudage l'arc consiste fusionner deux pices de mtal l'aide d'un arc lectriquecr entre les pices souder et une lectrode que l'on dplace le long du joint entre lespices (figure IV.5). Le circuit de base du soudage l'arc consiste en une sourced'alimentation en courant alternatif (c. a.) ou continu (c. c.) reliant un cble de masse lapice assembler et un cble dans lequel passe le courant vers l'lectrode. Lorsqu'onapproche l'lectrode de la pice souder, il y a formation d'un arc dans l'espace qui spare

le mtal et l'lectrode. Une projection gazeuse ionise se forme alors et complte lecircuit.

Poste de soudage alimentation par c. a.ou c. c. et commandes

Porte lectrode

Electrode

Arc

Pices

souderCble de masse

Cble

Figure IV.5. : Schma du soudage l'arc lectrique

L'lectrode peut prendre la forme d'une baguette qui transporte un courant lectriqueentre la pointe et la pice ou encore d'une tige ou d'un fil mtallique qui fond puis sesolidifie en fournissant le mtal d'apport au joint. L'arc lectrique gnre une temprature

d'environ 3 600 C la pointe et fait fondre la partie du mtal souder et une partie de


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l'lectrode. Cette opration produit un bain de mtal en fusion qui refroidit et se solidifie mesure que l'on dplace l'lectrode le long du joint.

Il existe deux types d'lectrodes :

- Electrode fusible, o la pointe fond et des gouttelettes de mtal fondu se dtachent,puis se mlangent au bain de mtal en fusion.

- Electrode rfractaire qui lui ne fond pas, mais plutt fait fondre un mtal d'apportprovenant d'une baguette ou d'un fil distincts.

NB : La rsistance d'une soudure est rduite lorsque les mtaux atteignant destempratures leves ragissent avec l'oxygne et l'azote prsents dans l'air pour formerdes oxydes et des nitrures. Pour cela, pour la plupart des procds de soudage l'arc

minimisent le contact entre le mtal fondu et l'air au moyen d'une projection gazeuse, devapeur ou d'un laitier [39].

En industrie on dnombre cinq procds de soudage l'arc les plus couramment utiliss :

Procd Nom lectrodes Protection

Soudage l'arc avec lectrodeenrobe

la baguette me mtalliquerigide

Enrobages

Soudage l'arc avec fil plein MIG Fil plein CO2 gazeuxSoudage l'arc avec fil fourr MIG Fil fourr de flux

(creux)Flux

Soudage l'arc sous gaz aveclectrode de tungstne

TIG Tungstne Gaz argon

Soudage l'arc submerg SAW * Fil plein Gaz argon

* le procd SAW convient au soudage des plaques d'acier paisses [39].

IV.6. Soudage par rsistance

Le principe de ce mode de soudage et de faire passer un courant de trs forte intensitentre deux lectrodes tout en pressons les pices assembler. Il provoque ainsi par effetjoule un chauffement important jusqu fusion des mtaux, ce qui produit la soudure [40].

Cette technique de soudage est classe en deux catgories :

- Soudage par recouvrement

- Soudage en bout


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IV.6.1. Soudage par recouvrement

* Par point : Il est ralis avec des machines souder ou l'aide de pinces manuvres la main par lutilisation d'lectrodes ayant la forme d'un pointeau (figure IV.6.a).

* Continu : Les deux lectrodes sont des molettes assurant par leur rotation, ledplacement des pices pendant le soudage (figure IV.6.b).

Electrode mobile

a) Point par Point b) Continu

Electrodefixe

Figure IV.6. : Soudage par recouvrement

IV.6.2. Soudage en bout

* Par refoulement : Une pice est prise dans la mchoire fixe de la machine, l'autre dansla mchoire mobile dont le dplacement produit le contact et le soudage par pression(figure IV.7.a).

* Par tincelage : Les extrmit non dresses des pices portent les asprits entrelesquelles sont amorces des arcs (tincelles) amenant la fusion des parties saillantes etl'lvation de temprature suffisante pour que la soudure puisse tre ensuite assure parpression figure IV.7.b).

a) Par refoulement b) Par tincelage

Figure IV.7. : Soudage en bout


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IV.7. Soudure au plasma

Les plasmas sont des gaz ou vapeur lectriquement neutres, rendus conducteurs par untaux lev d'ionisation, l'arc de soudage ordinaire est un plasma faible taux d'ionisation.L'arc plasmagne est en fait un arc T.I.G concentr sur son axe par une lectrode enforme de buse prsentant un orifice calibr et aliment par un dbit de gaz inerte. L'arcs'accompagne d'un accroissement significatif du taux d'ionisation du gaz, et par suite de latemprature atteinte sur l'axe qui s'lve de 8 000 C jusqu' 20 000 C [41].

1 : Electrode en tungstne

2 : Gaz Protecteur

3 : Eau de refroidissement

4 : Plasma5 : Mtal de base

6 : Bain de fusion

7 : Mtal fondu

8 : Electrode de cuivre9 : Gaz plasmagne

1

2

3

4 5

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8

9

Figure IV.8. : Torche de soudage au plasma [41]

IV.8. Brasage

Le brasage est un procd de formation d'un joint permanent avec un mtal ou un alliagefondu appel brasure. Il diffre du soudage en ce que les bords du mtal ne sont pasfondus mais seulement ports une temprature qui correspond au point de fusion de labrasure, qui toujours un point de fusion plus bas que les mtaux assembler (figureIV.9).

Joint desoudure

Tube 1

Tube 2

Figure IV.9. : Soudage de tube par brasage


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L'avantage principal du procd consiste dans le fait que les mtaux ne sont pas chauffsexcessivement, ce qui pourrait nuire leurs qualits physiques et mcaniques. Dans cecadre on distingue deux types de brasage [42] :

* Brasage fort : La temprature de fusion > 450 - Exemple : Brasure l'argent (cu + zn +Ag).

* Brasage tendre : La temprature de fusion < 450 - Soudure l'tain (alliage plomb +tain), temprature : 180 400 c.

En outre, le brasage permet d'viter les contraintes internes et les dformations despices. La surface des cordons brass est bien lisse.

IV.9. Contrle des joints de soudure

Ce contrle s'impose si la pice soude est destine renfermer un gaz ou un liquide.L'essai d'tanchit est effectu aprs l'examen visuel des soudures ; tant au cours de lafabrication qu' la rception des produits finis [43]. En fonction de la destination de lapice et des conditions thermiques, on essaie l'tanchit des soudures avec du ptrole, del'eau ou de l'air comprim. Il y a des mthodes de contrle industriel plus efficaces :dtection lectromagntique, ultrasons, rayons X pour rvler tous les dfauts (pores,soufflures, fissures..etc).

IV.10. Types de chanfreins utiliss en soudure

On distingue plusieurs types de chanfrein pour la ralisation des soudures entre deuxpices (figure IV.10):

En V

En demi V

En X

En Y

En K

En U

En double U

En demi U

En double demi U

En tulipe

Figure IV.10. : Types de chanfreins


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IV.11. Rfrences bibliographiques du chapitre IV

[36] Klas Weman, Aide mmoire, procds de soudage , Edition Dunod 2000, France.

[37] B. Polizzi, Etude de construction , Edition Fernand Nathan 1977, France.

[38 mme que 29] I. Amara, Support de Cours : fabrication mcanique et mtrologie ,Dpartement de Gnie Mcanique, Universit Mentouri Constantine, 2000-2001.

[39] Jean Claude Guichard, La soudure larc lectrique , Edition Eyrolles 2004, France.

[40] Jos Antonio Ares, Le mtal : les techniques de mise en forme, forgeage etsoudage , Edition Grnd 2004, France.

[41] Fumes de soudage : efficacit des diffrents systmes de protection du soudeur etde son environnement en soudage MAG, Centre Technique des Industries Mcaniques,CETIM 2004, France.

[42] Guy Mury, Aide mmoire, mtallurgie : Mtaux Alliages et Proprits , EditionDunod, France.

[43] Manuel technique, Procdure de contrle fissures , Service contrle qualit,complexe moteurs et tracteurs oued hamimime, Constantine, Algrie

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