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 Formation Professionelle en Afrique: Technologie Generale pour Construction Métallique - Tome 2

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o 19. Pratiques du travail du tôle - Le dressage des tôles

o 20. Fabrication des pièces mécaniques par découpage

o 21. Le cisaillage

o 22. Le burinage

o 23. Le pliage

o 24. Le pliage des tôles

o 25. Le cintrage

o 26. Le cintrage des tubes

o 27. Métallurgie

o 28. Production des pièces mécaniques par formage

o 29. Classification des fers

o 30. Traitements thermiques des métaux

o 31. Le forgeage

o 32. Le torsadage

o 33. L'usage des profiles de fer

o 34. Les organes d'arrêt pour ouvrages métalliques

o 35. Généralités du soudage autogène

o 36. Soudage électrique à l'arc

o 37. Le soudage électrique par résistance

o 38. Le soudage aux gaz - Soudage oxyacétylénique

Formation Professionelle en Afrique: Technologie Generale pour Construction Métallique - Tome 2

(introduction...)

(c) 1999 Dieter Pflenzel

19. Pratiques du travail du tôle - Le dressage des tôles

I. Définition et but

Dresser une tôle c'est la rendre aussi plane que possible et, en même temps, la raidir suffisamment pour qu'elle se maintienne dans son plan sans aucune déformation.

Le dressage se pratique sur les tôles qui doivent rester planes. On dresse également les tôles sur lesquelles on exécutera des tracés, car aucun tracé précis, aucune vraie grandeur ne peuvent être obtenus sur une surface gauche ou sur une surface présentant des creux et des bosses.

Remarque:

Quand une tôle doit être cintrée ou formée au marteau, il est inutile de la dresser d'une façon impeccable. Un dressage sommaire est suffisant, les irrégularités disparaissent au cintrage ou en cours de fabrication.

II. Méthodes de dressage

Pour dresser une tôle, il faut donc chercher à obtenir une tension, c'est-à-dire une répartition des molécules, aussi homogène que possible.

Ce résultat peut être obtenu:

1. en réduisant une surface trop longue par refoulement du métal sur lui-même, par rétreinte, procède applicable seulement dans certains cas particuliers;

2. en allongeant les parties les plus courtes (c'est le procédé le plus fréquemment employé), soit par une action de martelage: dressage à la main, soit par une action de pression conditionnée: dressage à la machine;

3. en soumettant la tôle à un effort de traction engendrant un allongement permanent.

III. Dressage des tôles minces

Outillage - très simple, il comprend:

Un tas ou marbre, de forme rectangulaire en fonte, quelquefois en acier. Sa surface doit être unie, exempte de trous ou de marques quelconques; une légère convexité de deux ou trois millimètres par mètre est utile, car elle permet de mieux assurer les coups de marteau qui doivent toujours "porter".

marbre

Souvent on préfère dresser, ou simplement commencer le dressage, sur un tas à planer place contre le marbre qui forme table support, sur lequel s'appuie et se déplace la tôle a dresser. Ce tas en acier a l'avantage d'être plus efficace que le marbre en fonte, le coup de marteau porte mieux.

Figure

Un marteau à dresser relativement lourd pour permettre l'allongement du métal sur toute son épaisseur. Ses têtes ont un grand diamètre pour éviter que l'effet du choc soit trop localisé.

Figure

Un maillet, généralement en bois, est utilisé pour terminer le dressage en raison de la grande surface de ses touches et de son faible poids. Cecilité une meilleure répartition de l'allongement du métal tout en supprimant les petits défauts qui subsistent encore.

IV. Technique du dressage

Déceler d'abord les défauts des tôles, pour déterminer les parties qui doivent être martelées.

Le dresseur place la tôle sur le marbre et la soulève légèrement en la saisissant par un angle. Les parties longues Où les tensions sont moindres, fléchissent plus que les parties courtes; en soulevant et en reposant la tôle, on les voit tour à tour fléchir, former un creux puis former une bosse.

Si les parties longues sont localisées vers le centre de la tôle, les bords sont droits, la tôle est bombée.

Au contraire, si les parties longues sont situées vers les bords, ceux-ci ne se maintiennent pas dans leur plan. En faisant pression sur les bosses on produit un mouvement ondulatoire du bord, la tôle est voilée.

Principe du martelage:

Réduire les basses en allongeant le métal dans ses parties courtes qu'il est nécessaire de distendre pour que les tensions moléculaires s'équilibrent, diriger le métal, "l'écouler" vers les parties courtes.

V. Quelques exemples types de dressage

1. Dressage d'une tôle bombée.

Supposons que la tôle soit circulaire. Frappons en partant de l'origine de la bosse vers les bords, suivant des rayons, en resserrant de plus en plus les coups de marteau au fur et à mesure que l'on approche du bord, sans toutefois frapper juste sur la tôle où l'allongement se produirait de façon plus intense. Les coups doivent aussi être plus forts vers le bord (fig. 4).

Après un premier martelage, le bombé a diminué, la tôle se raidit, la partie longue n'occupe plus que le cercle B (fig. 5). Recommencer l'opération en évitant de frapper aux mêmes endroits (fig. 5 et 6).

A la fin du dressage, réduire l'intensité des coups de marteau. Il est recommandé de terminer en employant le maillet.

Remarque:

Retourner fréquemment la tôle pendant le dressage afin que l'allongement soit le même sur chaque face.

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

2. Dressage d'une tôle voilée.

Le martelage s'effectue du bord vers le centre (fig. 7 et 8). agir prudemment en se gardant de ne pas allonger trop le centre, ce qui produirait la déformation inverse.

Comme précédemment, alterner les lignes de frappe et retourner fréquemment la tôle.

Fig. 7

Fig. 8

Généralement, les tôles à dresser sont de forme rectangulaire. La figure 9 indique schématiquement le dressage d'une tôle bombée. La figure 10 montre le procédé applicable pour le dressage d'une tôle ne présentant qu'un léger voile sur chaque bord.

Fig. 9

Fig. 10- a: martelage d'une faceb: martelage de l'autre face.

3. Dressage d'une tôle présentant une cloque dans un angle.

Allonger le métal vers l'angle le plus rapproché de la cloque, c'est-à-dire marteler une surface réduite a la partie A (fig. 11).

Fig. 11

Fig. 12

4. Dressage d'une tôle présentant des déformations multiples.

Les exemples simples que nous venons de traiter se présentent rarement d'une manière isolée. Fréquemment les tôles ont à la fois des parties bombées et des parties voilées, disséminées dans la surface. Pour dresser des tôles ainsi déformées, il faut revenir à l'un des cas précédents (1° ou 2°) en allongeant systématiquement soit les bords, soit le centre.

Le dressage d'une tôle bombée étant plus facile que celui d'une tôle voilée, on commence par rendre la tôle uniformément bombée, en frappant surtout vers le centre et en évitant les bosses (fig. 12).

Avant de dresser une tôle à déformations multiples, ou après une première passe de dressage, il est utile de "la briser", c'est-à-dire de la cintrer à la machine à rouler, alternativement sur chaque face, en desserrant progressivement le rouleau cintreur jusqu'à obtenir une tôle sensiblement droite (fig. 13, 14, 15 et 16).

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

Fig. 16

5. Dressage dune tôle été cisaillée à l'atelier.

Le cisaillage occasionne toujours une bavure sur les bords qui sont également plus ou moins déformés. La tôle présente souvent "du gauche" quand sa largeur est très petite par rapport a sa longueur.

Le dressage d'une tôle cisaillée commence par l'aplatissement des bavures: on frappe légèrement (pour éviter l'allongement excessif) sur toute la longueur du bord.

Si la tôle est gauche, placer la partie à redresser en dehors du marbre et frapper à faux avec le maillet (fig. 17).

Fig. 17

VI. Considérations sur le dressage par martelage des tôles minces

C'est une opération délicate, demandant beaucoup d'expérience et d'adresse. Il faut posséder une grande sûreté de frappe afin d'éviter de marquer la tôle avec la carre du marteau.

L'attention doit toujours être maintenue en éveil. Quelques coups de marteau en trop provoquent souvent des déformations difficiles à corriger et qui nécessitent toujours beaucoup de travail.

VII. Dressage des tôles d'épaisseur moyenne

A partir d'une épaisseur de 5 mm, le marteau à dresser n'a pas un effet suffisant; on emploie alors une masse dite "de chaudronnier".

Le dressage s'opère dans les mêmes conditions que pour les tôles minces; plus facilement toutefois, car les défauts sont moindres.

On termine souvent le dressage à l'aide d'une chasse a parer et d'un marteau à devant.

VIII. Dressage des tôles épaisses

Les tôles de petites dimensions (exemple: brides déformées par le découpage au chalumeau) peuvent être dressées a chaud sur le marbre en employant la chasse et le marteau à devant, les parties bombées sont ainsi refoulées.

Les tôles épaisses (10 mm et plus) ne sont jamais très déformées, les différences de tensions moléculaires ne sont pas, en effet, suffisantes pour déterminer des cloques ou des voiles; les déformations sont limitées à des cintres ou a du gauche.

Elles sont redressées par étirage

L'effet du martelage sur une tôle épaisse est toujours superficiel; si donc on martèle une face, seule cette face s'allongera et provoquera un cintrage de la tôle.

Repérer à l'aide d'une règle les parties creuses qui seront allongées par martelage, soit:

1. sur un marbre à l'aide d'un marteau à garnir de 28 à 32 mm en martelant à coups très serrés (fig. 18).Le martelage peut être exécuté simultanément par deux compagnons;

2. au marteau pneumatique.

Fig. 18

La tôle est placée, de préférence, verticalement, position qui évite tout fléchissement dû à la masse du métal.

IX. Le dressage à la machine

Les premières machines à dresser les tôles n'étaient que des machines à cintrer appelées encore machines à cintrer type planeur. Ces machines ne permettaient que le dégauchissage et le brisage de la tôle (fig. 21).

Aujourd'hui, on trouve couramment dans les ateliers des "machines à planer les tôles" comportant un grand nombre de rouleaux (de 5 a 23).

Fig. 21 - B fixe en translation et A mobile verticalement entraînent la tôle. C: cylindre cintreur.

Ces machines sont construites suivant deux conceptions différentes:

les rouleaux sont rigides ou déformables.

(re)dresser en étirant

(re)dresser en torsadant

dresser par cylindre

dresser a la flamme

20. Fabrication des pièces mécaniques par découpage

Le découpage consiste à obtenir un contour extérieur ou intérieur en créant une discontinuité dans un matériau se présentant généralement sous forme de feuille, de bande, de barre ou de profilé.

I. Découpage par action mécanique

1. Le sciage

* Cette technique a de nombreuses applications dans le domaine des fabrications mécaniques:

- découpe de métaux en feuilles ou en plaques- découpe de profilés et de tubes- démasselottage des pièces de fonderie, etc.

* Le sciage mécanique:

La conception des machines diffère par le mouvement de coupe et l'outil utilisé.

- Avec la machine à scier a archet, le sciage se fait en tirant. La pression de coupe nécessaire est réglable, soit à l'aide de poids, soit par un système hydraulique.Outil: lame

- La scie à ruban fait une translation contenue. Elle a le plus souvent une table orientable et leur vitesse de coupe est réglable.Outil: ruban

- La scie circulaire à froid fait une coupe progressant uniformément par rotation.L'avance et la vitesse de coupe sont réglables conformément à la matières d'œuvre.Outil: disque

* Le sciage thermique:

Le ruban de la scie (en acier au chrome-tungstène) est animé d'un mouvement de coupe à très grande vitesse (jusqu'à 8000 m/mn) qui provoque un échauffement localisé.

Il n'y a pas fusion mais ramolissement de matériau, et le découpage s'en trouve facilité. Ce procédé est d'autant plus efficace que la chaleur reste concentrée dans la zone de travail du ruban ce qui favorise son utilisation dans le cas d'alliages inoxydables ou réfractaires.

2. Le cisaillage

La technique de cisaillage consiste à découper un matériau sous l'action d'un effort tranchant.

* Cisaillage des matériaux en feuilles:

Cette technique permet la découpe des formes extérieures sur des plaques minces (16 mm max.):

- par des lames: cas de la cisaille guillotine,

- par des molettes: pour des plaques de grandes longueurs (refondage des tôles en rouleaux par exemple).

Figure* Le poinçonnage:

- Principe

L'étude du cisaillement conduit naturellement à découvrir le principe du poinçonnage. On peu facilement admettre que cette technique est un cisaillement de forme fermée (forme quelconque plus souvent circulaire). Pour cela, il suffit de modifier la longueur des lames et de les orienter suivant un tracé pour obtenir deux outils: le poinçon (pièce mâle) et la matrice (pièce femelle). L'obtention de l'usinage est due à la pénétration du poinçon dans la matrice. la partie de métal enlevée prend le nom de "débouchure".

Figure- Règles générales pour la conduite du poinçonnage

a) Les axes du poinçon et de la matrice doivent être confondus afin que le jeu des outillages soit uniformément réparti.

b) Le dévêtisseur doit être réglé chaque fois que l'on change d'épaisseur a poinçonner.

c) La conduite générale de l'opération comprend:

° l'accostage: la pièce est en contact d'une part avec le poinçon, d'autre part avec la matrice;

° la pénétration: la course du poinçon doit être minimum et permettre le débouchage;

° le dégagement: c'est l'extraction du poinçon qui nécessite l'interposition des extracteurs;

il y a lieu de lubrifier au cours du travail pour réduire les frottements.

- Positionnement des pièces

a) Lorsqu'il s'agit de poinçonner un seul trou localisé dans une barre, on peut orienter les axes de celui-ci marquant leur intersection par un coup de pointeau qui permettra le logement de la "mouche" du poinçon (fig. 4) et guidera son positionnement.

b) Lorsqu'il s'agit de poinçonner plusieurs trous soit d'entraxe a module constant, soit de coordonnées différentes, il y a lieu de prévoir des réglages par butée ou par montage de positionnement (fig. 5).

Le type de poinçonnage s'effectue généralement sur machine à col de cygne pouvant exécuter des trous de 3 mm à 30 mm de diamètre.

fig. 4

fig. 5* Le grignotage:

Cette technique permet de découper dans des matériaux en feuille des profils intérieurs et extérieurs à l'aide d'un poinçon animé de vibrations verticales rapides. Le profil est obtenu par la combinaison de la forme du poinçon et de la trajectoire relative outil-pièce.

* Le grugeage:

Dans ce cas, les lames épousent généralement la forme de l'usinage à obtenir, ce qui implique de disposer d'un grand nombre de jeux d'outillages appropriés au travail désiré et ce qui conduit a préférer les techniques de cisaillage ou de grignotage à celle du grugeage.

Toutefois, certains usinages rentrants, comme le montre le tableau des opérations de grugeage sur différents profilés, nécessitent l'emploi de cette technique qui, d'autre part, est économique quant à l'investissement du

matériel mis en œuvre. Certaines machines a postes multiples sont d'ailleurs équipées d'un grugeoir mécanique combiné avec d'autres machines d'opération.

Opérations de grugeage sur différents profilés- Les outils de grugeage

Le grugeage est basé sur le même principe que le poinçonnage. L'attaque du couteau est matérialisée par un angle  afin de réduire l'effort instantané. Cette technique est surtout appliquée sur les profilés (entailles diverses). On peut exécuter des entailles de toutes formes en utilisant des outillages adaptés.

fig. 6

II. Découpage par combustion

Les techniques d'oxycoupage permettent de découper des formes intérieures et extérieures dans des tôles épaisses (épaisseur > 5 mm) à l'aide d'un chalumeau oxyacétylénique muni d'une amenée supplémentaire d'oxygène qui accélère la combustion du matériau.

21. Le cisaillage

I. Définition

Le cisaillage ou cisaillement est le découpage sans enlèvement de copeaux de matières au moyen de deux lames a cisailler cunéiformes adaptées dont les taillants sont passés à la main ou par force mécanique l'un tout près de l'autre.

II. Procédé de travail

Dans le cisaillage, les taillants des deux lames conjugées sont pressés des deux côtés contre la matière. La pression provoque une pénétration plus ou moins profonde des lames dans la matière (couper, entailler). Les matières minces ou élastiques sont nettement coupées en suivant la ligne de coupe. En coupant des matières plus épaisses et moins élastiques, un effort de traction plus grand est produit qui provoque la rupture de la matière le long de la ligne de coupe après avoir été coupée (ou entaillée).

Schéma du procédé de cisaillage

Par conséquent,

* les matières minces et élastiques ont une surface de coupe lisse,

* les matières épaisses et moins élastiques une surface de coupe en partie rugueuse.

Le cisaillage peut s'effectuer, selon la construction des cisailles,

* point par point le long de la ligne de coupe (p.ex. cisailles a main, d'établi et à levier) ou

* d'un seul coup, c'est-à-dire en même temps sur toute la longueur de coupe (p.ex. perforage, coupage a l'aide d'outils de coupe)

Figure de la surface de coupe

III. Le but du cisaillage

Le but du cisaillage est la division ou la coupe a dimension de matières pour un usinage ultérieur. Face a d'autres pratiques, le cisaillage présente des avantages

* dans l'économie de temps et de matière et

* du fait que les bords coupés n'ont en général pas besoin d'être retouchés.

IV. Cisaillage avec la cisaille à main pour tôles

Dans le cisaillage avec des cisailles a main pour tôles, la forme et la nature de la coupe déterminent le choix de la cisaille. Etant donné que la force de la main est toujours limitée, l'épaisseur et la dureté de la matière déterminent les possibilités d'emploi de la cisaille à main pour tôles.

Dans le maniement de la cisaille, il faut observer les points suivants:

* L'angle d'ouverture doit être inférieur à 20° lors du placement, sinon la cisaille ne coupera pas.

Figure* Les lames doivent se trouver à angle droit avec la surface de la pièce.

Figure* Le tracé sur la pièce doit être visible à tout moment.

* Le jeu des arêtes coupantes doit être le plus petit possible conformément à l'épaisseur de la tôle.

Figure* Ne pas appuyer à fond sur la cisaille pour éviter les fissures occasionnées dans la tôle par la pointe de la cisaille. Reprendre à temps lors de coupes longues.

* Enlever, si possible, des déchets obstruants.

* Dans les coupes longues, avoir soin d'assurer le passage libre de la cisaille et de la main en écartant la matière.

Figure* Ne pas dépasser le point d'intersection dans le découpage.

* En découpant un angle de bord, ne pas placer la cisaille dans la pointe de l'angle, mais latéralement au champ.

* Ne faire que de courtes coupes dans le cisaillage des arrondis convexes et reprendre sauvent.

Figure* Dans les coupes intérieures, faire d'abord un perçage (ou trou).

V. La fixation des lames sur les cisailles mécaniques

Les lames, en acier fondu au carbone, sont fixées au moyen de vis, à tête conique, et d'écrous. Les têtes des vis ne doivent pas faire saillie dans le plan de chaque lame afin de ne pas détériorer l'autre lame, c'est pourquoi elles sont légèrement en retrait.

Les lames sont logées dans un épaulement du bâti et du levier pour éviter que les vis de fixation soient soumises à un effort de cisaillement. Pour les mêmes raisons, on retrouve ces dispositifs de fixation et de montage sur les cisailles mécaniques.

Figure

Lors du montage des lames, il faut veiller à ce que leur croisement se fasse sans frottement, mais aussi, sans jeu excessif. On procède au réglage des lames usagées en intercalant entre la lame inférieure et le bâti, une ou plusieurs épaisseurs de papier fort.:

VI. Les angles sur la lame a cisailler

L'angle de coupe est formé par les surfaces frontale et latérale de la lame à cisailler. Il est, selon la matière à cisailler, (papier, acier, métaux non ferreux, etc.) de 75° à 85°.

La lame a cisailler doit avoir une épaisseur suffisante pour être assurée contre une flexion de la lame.

Figure

L'angle de dépouille est d'environ 1,5° à 3° pour toutes les lames à cisailler. Son but est de diminuer le frottement entre matière et lame.

VII. Le jeu des arêtes coupantes

Le jeu des lames est l'écart où les arêtes coupantes des cisailles à levier et mécaniques doivent passer les unes à côté des autres pour éviter que les lames se choquent et pour supprimer tout frottement. Il dépend de l'épaisseur et de la dureté de la matière à couper.

Un jeu trop grand des lames provoque une coupe impropre et des bavures. Il peut aussi en résulter un coincement ou un pliage de la matière.

Figure

Avec les cisailles dont les lames tournent autour d'un axe commun (cisailles à main), on obtient par une légère courbure des lames qu'elles ne se touchent qu'à un seul point, l'endroit à cisailler.

La pression exercée par les lames sur la matière tend à faire basculer celle-ci, ce qui est encore favorisé par le jeu des arêtes coupantes.

Il faut éviter le basculement de la matière en la retenant par la main ou au moyen d'une presse-tôle spéciale.

Figure

VIII. L'angle de la coupe

L'angle de la coupe est l'angle d'ouverture formé par les lames en cisaillant.

Figure

L'angle de la coupe doit être inférieur à 20°. S'il est trop grand, les lames glissent au-dessus des bords de la matière.

Figure

Figure

C'est pourquoi les lames des cisailles a main ou d'établi sont formées ou pratiquées de manière qu'il y ait toujours un angle de la coupe de 9° à 15°.

Figure

Remarque:

L'angle de la coupe des cisailles mécaniques pour les matières métalliques est de 1° à 6°.

IX. Les genres de coupe dans le cisaillage

Selon la construction de la cisaille, le cisaillage se fait

* par une coupe en continu,* par une coupe en frappant.

Figure

1. Coupe en continu

La coupe en continu est produite par le fait que les lames a un angle déterminé, "angle de la coupe", séparent la matière point par point conformément aux mouvements des lames. Le point de coupe est donc acheminé le long de la ligne séparation.

Figure

2. Coupe en frappant

La coupe en frappant est produite par le fait que les lames a un angle de la coupe de 0° séparent la matière simultanément en tous points de la ligne de séparation.

On distingue

* une coupe en frappant ouverte et* une fermée.

exemple de coupe en frappant fermée

X. Les différents types de cisailles

D'après conception des cisailles, on distingue:

- Cisailles a deux lames mobiles autour d'un axe commun(cisaille à main)

- Cisailles à deux lames mobiles autour de deux axes différents(cisaille a roulettes)

- Cisailles avec une lame fixe et une autre mobile autour d'un axe(cisaille-guillotine et cisaille a roulettes dont la lame inférieure est fixe)

- Cisailles avec une lame fixe et une autre mobile en sens vertical par rapport à la surface de coupeL'angle de la coupe peut être de 0°(cisailles à levier à bras ou cisailles mécaniques et machines à outil coupant)

- Cisailles avec deux lames mobiles autour d'un axe l'une contre l'autre(poinçon et matrice pour les coupes rapides, perforeuses)

XI. Cisailles a main pour tôles et leur emploi

Il est souvent plus économique de couper les tôles à l'aide d'une cisaille à tôles que de les séparer avec un burin. Le champ d'application est déterminé par l'épaisseur et la dureté de la matière à couper.

Désignation et but Modèle Exemples d'emploi

Cisailles a main pour tôlesmodèles courantspour coupes rectilignes et courbes convexes.

Figure FigureCisailles à main pour tôlesangulairespour des endroits d'accès difficile, à coupe rectiligne. Les mâchoires delà cisaille sont inclinées jusqu'à 45°. Figure Figure

Cisailles à tôlespour couper en continusans ou avec transmission à levier, coupe rectiligne, p.ex. coupe de bandes et de ruban; coupant à droite ou à gauche. Figure Figure

Cisailles à tôlespour détoureravec et sans transmission à levier pour couper des figures des courbes et des cercles; coupant à droite ou à gauche. Figure Figure

Cisaille perforatricepour découper des trous de formes quelconques.Les lames sont courbées et à extrémité pointue. Coupant à droite ou à gauche. Figure Figure

Cisaille a tubes

pour découper des tubes ou formes semblables dans des tôles minces.Amorçage de la coupe après entrée.

Figure Figure

Coupe-filpour couper les fils épais avec et sans transmission a levier.

Figure FigureCisaille de bancpour de courtes coupes sur des tôles épaisses.

Figure Figure

XII. Cisailles à lames longues ou "cisailles guillotines"

Les lames ont une longueur de 1 m a 5 m (couramment de 1 a 3 m); elles coupent l'acier doux jusqu'à une épaisseur de 30 mm.

La lame inférieure est fixée sur la table.

Figure

La lame supérieure est montée sur un coulisseau transversal qui se meut entre deux glissières verticales placées à chaque extrémité du bâti.

Le coulisseau est commandé par deux bielles articulées sur les manetons d'un arbre vilebrequin, situé sous les lames dans les machines pour tôles minces (les bielles travaillant à la traction), au-dessus des lames dans les grosses machines (les bielles travaillant à la compression).

Les guillotines sont munies d'un embrayage commandé par une pédale; le débrayage se fait automatiquement en haut de course.

Figure

XIII. Les cisailles à levier a bras

Les cisailles à levier à bras permettent de couper des tôles plus épaisses que les cisailles à main pour tôles. Les caractéristiques données sont valables pour des machines de grandeur et pour des aciers de dureté moyennes.

1. Cisaille-guillotine pour coupes de longueur maxi. 1000 mm et épaisseurs maxi. 2 mm.

Figure

2. Cisaille à levier à bras pour coupes maxi. 200 mm de langueur sans reprise. Tôles d'épaisseur maxi. 5 mm env., aciers plats d'épaisseur maxi. 6 mm env.

Figure

3. Cisaille à levier a bras, combinée pour coupes maxi. 200 mm de langueur sans reprise. et pour couper les aciers profilés.

Figure

Tôles d'épaisseur maxi. 12 mm env., aciers plats d'épaisseur maxi. 16 mm env., aciers ronds de diamètre maxi. 25 mm env., aciers carrés d'épaisseur maxi. 25 mm env., équerres et cornières d'épaisseur maxi. 60 x 8 mm env.

QUESTIONNAIRE pour l'étude à domicile et pour les COMPOSITION

Figure  = 2 . . . . 4° =

 = 75 . . . 82° =

 = 5 . . . . 13° =

Figure

1.2.3.

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

1.

2.

Figure

Figure

Figure

1.

2.

Figure Figure

Figure Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

1.2.3.4.5.6.

Figure

22. Le burinage

I. Burinage par division (séparation)

Dans le burinage par division (séparation), on creuse par déplacement et compression une entaille qui est progressivement agrandie jusqu'à ce que l'on obtienne une séparation.

Il y a lieu de distinguer entre

* l'amorçage au burin et* le percement au burin.

Figure

Dans l'amorçage au burin, on fait une entaille de guidage au moyen de légers coups de marteau, qui servira ensuite dans le percement au burin. Le burin est avancé sur le tracé de telle sorte qu'une partie du taillant du burin se trouve encore dans l'entaille de guidage pratiquée.

Les burins plats droits doivent être légèrement inclinés.

Le placement oblique est superflu lors de l'emploi de burins arrondis.

Dans le percement au burin, on sépare la matière par des forts coups de marteau en menant le burin en position verticale le long de l'entaille de guidage.

Figure

Le burinage se fait sur une taque ou sur une autre appui approprié. Si l'on se sert d'une enclume, il faut interposer une cale douce de protection.

Dans le burinage des arrondis de pièces minces, on se sert de burins ronds ou arrondis adaptés.

Figure

Entailler les pièces plus épaisses de tous côtés et les rompre ensuite.

Selon l'épaisseur de la pièce, il faut une sur épaisseur.

Remarque:

Pour obtenir une dextérité suffisante, il faut choisir des travaux appropriés et faire des exercices sur les techniques de travail.

Figure

II. Burinage par cisaillement

Dans le burinage par cisaillement, les tracés se placent immédiatement au-dessus du contre-appui. Le burin est placé de telle sorte qu'il soit mené obliquement au-dessus du bord opposé en intervenant par cisaillement.

Il est utile d'employer le burin à cisailler. L'emploi d'un burin facilite bien le martelage, mais une partie de l'effort de coupe est perdue.

Dans le burinage par cisaillement, on obtient avec un effort minime une coupe propre sans déformer la pièce.

Figure1. Enlever des bandes de tôle par burinage

Les tôles étroites sont serrées dans l'étau de telle sorte que le tracé coïncide avec le bord supérieur de l'étau.

FigurePour les grandes tôles, il faut se servir de dispositifs de serrage (p.ex. cornières).

En découpant des tôles saillantes au burin, p.ex. sur un châssis avec cadre en fer cornière, le bord du cadre est employé comme contre-appui.

Figure2. Découper des tôles au burin

Pour découper des tôles au burin, on fait des perçages dans les coins. Les tôles sont serrées à l'aide de dispositifs de serrage de telle sorte que l'on puisse commencer le découpage dans l'alésage.

Figure

Remarque:

Pour obtenir une dextérité suffisante, il faut choisir des travaux appropriés pour faire des exercices de ces techniques de travail.

III. Burinage par enlèvement de copeaux

Dans le burinage par enlèvement de copeaux, le burin est placé a un angle tel par rapport à la pièce que la matière est enlevée par suite de l'effet de coin en forme de copeaux.

En amorçant le burinage, tenir le burin si droit de sorte qu'une entaille soit d'abord produite dans la matière. Quand le burin aura suffisamment pénétré dans la matière, on passera à des angles d'incidence courants.

Figure* Le burin coupe bien quand l'angle de dépouille est assez grand pour assurer une épaisseur de copeaux uniforme.

* L'angle d'incidence trop grand: le taillant du burin pénètre trop profondément dans la matière Par conséquent, il n'y a pas formation de copeaux.

Figure* L'angle d'incidence trop petit: le taillant du burin glisse.

* Arrêter le burinage avant l'extrémité de la surface, sinon la matière s'ébréchera. Buriner le dernier bout en sens contraire.

Figure* Dans le burinage des surfaces étroites, donner au burin une position oblique afin de mieux utiliser sa largeur.

Figure

Dans le burinage des grandes surfaces

1. bédaner plusieurs saignées2. enlever les bandes au bédane.

Figure

Remarque:

Il est recommandé de porter des lunettes de protection dans le burinage de matières molles, telles que la fonte grise. Pour obtenir une dextérité suffisante, il faut choisir des travaux appropriés pour faire des exercices de ces techniques de travail.

IV. Outils de burinage

Emploi Genre de burins

Angle de coupevaleur

moyennedivision et cisaillement enlèvement de copeauxenlever découper ébavurer chanfreiner buriner

Figuredécouper des profils quelconques suivant le tracé

buriner

Figuredécouper des profils quelconques suivant le tracé

-

Figureenlever ou découper en travaillant les tôles

-

Figureenlever découper bédaner rainurer

Figure- faire des rainures (rainures de

graissage)

Figure

V. L'enlèvement de bandes au bédane

L'enlèvement de bandes au bédane entre des alésages se fait dans la fabrication unitaire, lorsque l'on doit appliquer des percements dans d'épaisses pièces d'usinage.

On se sert dans ce cas d'un bédane pour enlèvement de bandes que l'on peut aussi fabriquer en transformant un burin ou bédane par un affûtage correspondant.

Le bédane pour enlèvement de bandes doit avoir des angles de dépouille sur les parements aussi bien que sur les champs, de sorte qu'il coupe bien sans se coincer.

Figure

L'efficacité du bédane pour enlèvement de bandes résulte du double taillant enlevant la bande entre les alésages sans que la pièce soit refoulée ou déformée.

Figure

Dans le travail au bédane pour enlèvement de bandes, avoir soin de:

* placer le bédane obliquement et

* enlever les bandes latéralement.

* Enlever les bandes aussi bien en haut qu'en bas de la pièce.

* Mener bien les coups de marteau (danger de brisure du bédane).

Figure

Remarque:

Il est recommandé de

* graisser les taillants et les faces latérales du bédane avant le bédanage* se servir du double pointeau pour le pointage.

VI. L'angle de coupe

L'angle de coupe et l'épaisseur du corps du burin déterminent la hauteur du coin et par conséquent la forme conique de celui-ci. La durabilité et efficacité du burin en dépendent.

Le danger de brisure augmente avec la diminution de l'épaisseur du corps. On doit donc choisir les burins d'après la lourdeur du travail à effectuer.

On désigne l'angle de coupe par la lettre grecque  (prononcer beta).

La facilité de pénétration du coin augmente avec la diminution de l'angle de coupe. Mais le danger de brisure augmente simultanément.

Le tableau en donne un aperçu.

Il en résulte:

Plus dure est la matière, plus grand est l'angle de coupe.

FigureAngle de coupe Matière Division et enlèvement de copeaux

Pénétration du burin Danger de brisure Force absorbée relativepetit dure légère grand minime

douce très légère minime plus minimegrand dure difficile minime grande

douce coinçante très minime petite

On emploie couramment les angles de coupe entre 30° et 80°.

angle de coupe

Comme directives, on peut donner: 30° p.ex. pour bois, plomb, 60° pour acier de dureté moyenne, laiton, 80° pour aciers durs et très durs.

Remarque:

Dans le travail des métaux, les burins disponibles dans les stocks ont normalement un angle de coupe de 60°. D'autres angles de coupe sont affûtés, si nécessaire, dans l'atelier.

VII. L'entretien du burin

L'entretien du burin est une condition préalable importante pour un travail impeccable et à l'abri des accidents. Le taillant du burin doit toujours être bien affûté et la tête du burin ne doit montrer aucune bavure,

appui pivotant et réglable

En affûtant le taillant du burin, la pression contre la meule ne doit pas être si forte que échauffement produise la recuisson du taillant. Celui-ci perdra

alors en dureté, d'où l'affûtage à l'eau ou le refroidissement dans une eau préparée peuvent devenir nécessaires.

Remarque:

Pour assurer une usure uniforme de la meule, l'outil est déplacé sur toute là largeur de celle-ci.

Pour éviter les dangers d'accident, l'écart entre l'appui de l'outil et la meule doit être réduit. Réajuster l'appui de l'outil conformément.

Figure

Pour beaucoup de travaux de burinage, il est recommandé d'affûter le taillant. Celui-ci coupera alors mieux et conservera sa force de coupe plus longtemps.

Contrôle de l'affûtage

Figure

On peut contrôler les angles du burin au calibre d'angles et à l'équerre.

Remarque:

Contrôler l'affûtage du burin jusqu'à ce que l'on puisse obtenir avec sûreté un affûtage impeccable par la mesure à vue d'oeil.

ne pas arriver à cet état!

VIII. Position du corps, application des coups et maniement du burin dans le burinage

La correction de la position du corps, de l'application des coups et du guidage du burin ainsi que du sens des regards sont les conditions préliminaires d'un burinage.

La position du corps doit permettre un martelage correct et sans entraves.

Selon la grandeur du burin et du genre de l'usinage le coup est donné à partir

* du poignet (coup léger)* de l'articulation du bras (coup fort)* de l'articulation de l'épaule (coup vif).

Figure

Le marteau doit donner sur le burin de telle sorte que sa force de frappe intervienne exactement dans le sens de l'axe du burin.

Le maniement du burin, fonction de son genre et de sa grandeur, se fait

* avec 2 à 5 doigts ou* avec là main entière.

Figure

Il faut tenir le burin solidement pour assurer la sûreté du maniement.

Lorsque l'on burine, le regard est toujours dirigé sur le taillant du burin.

Figure

Danger d'accident par copeaux, protection des yeux!

QUESTIONNAIRE pour l'étude a domicile et pour les COMPOSITION

Figure

Figure

Figure

Figure

1.2.3.4.5.6.7.

Figure

(1)(2)

 =

 =

 =

Figure

(1)(2)

 =

 =

 =

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

23. Le pliage

I. Définition

Le pliage est en principe un cintrage suivant un faible rayon. Le rayon intérieur de pliage varie avec la nature et l'état du métal.

II. Pliage sur l'étau

Dans le pliage sur l'étau, la force de réflexion est exercée à la main à l'aide d'un marteau avec ou sans autres moyens auxiliaires. L'étau sert de dispositif de serrage et reçoit la force de flexion appliquée. Les mâchoires de l'étau peuvent servir en même temps de forme de pliage.

III. Phase d'usinage

1. Serrage:

Serrer l'outil de sorte que le tracé se trouve au niveau de l'arête supérieure de la mâchoire fixe de l'étau.

2. Pliage:

Pendant le travail au maillet la pièce a usiner reçoit une première tension de la main. Les premiers coups ne s'appliqueront pas trop près du trait de pliage.

En ce qui concerne là force et l'application des coups de maillet, toute vibration de la matière doit être largement évitée. Les coups de maillet

s'approcheront du trait de pliage en fonction de l'agrandissement de l'angle de pliage, sans frapper cependant la courbure de la pièce.

IV. Remarque

Quand c'est nécessaire, la face de pliage sera finalement aplanie à l'aide d'un fer de pose ou d'une chasse. Contrôler les angles plies à l'aide du calibre, de la sauterelle ou de l'équerre. Mesurer les angles.

Figure

On ne plie jamais à angle vif (amorces de cassures).

Coups de marteau dans le pliage toujours sur la mâchoire fixe.

Figure

V. Calcul de la longueur développée sur pliage a l'étau

Exemple:

Figure

Soit à plier sur l'étau la pièce ci-contre le calcul de la langueur totale du fer d'épaisseur donnée:

e = 2 cela revient à soustraire sur a et c une fois l'épaisseur et sur b deux fois l'épaisseur.

Si a = 50 b = 100 c = 50 e = 2

La cote de traçage revient pour

a = 50 - 2 = 48; b = 100 - 4 = 96; c = 50 - 2 = 48

La longueur totale = 48 + 96 + 48 = 192

24. Le pliage des tôles

1. Définition et principe du pliage

Plier une tôle c'est la relever de façon a former un angle dièdre dont l'arête est plus ou moins arrondie.

fig. 1 fig. 2 fig. 3

Remarque:

Le terme pliage n'est employé que pour désigner les plis rectilignes. Quand la tôle est relevée, ou rabattue, suivant une ligne courbe, on dit qu'on exécute un bord rétreint ou tombé suivant le cas.

Le pliage peut être considéré comme un cintrage de rayon très court, il est donc obtenu par un effort de flexion localisé.

II. Rayon minimum de pliage

Le pliage doit être exécuté selon un rayon minimum proportionnel à l'épaisseur du métal, variant avec la nature de celui-ci et son état (recuit, écroui).

En effet, si l'on pliait à 90° une tôle d'acier doux, avec un angle intérieur vif, on pourrait croire que la forme obtenue serait celle de la figure 4. Cela n'est pas possible car il faudrait trouver le métal formant le quart de cylindre de rayon r. Si les sections abcd et cfgh n'ont pas varié d'épaisseur le quart de cercle bcf ne peut exister, la tôle se couperait en bc etcf.

fig. 4

En réalité, la section obtenue est celle représentée par la figure 5. Le métal étant plastique, un important travail moléculaire s'est fait dans la zone de pliage.

La ligne abcd est plus longue que la ligne hgf, il y a donc eu allongement au détriment de l'épaisseur:

gh < e.

fig. 5 fig. 6

La section gij (figure 6) a été formée par glissement moléculaire au détriment de la somme des surfaces équivalentes bki et jlc. Ce travail moléculaire a fortement écroui la tôle qui approche de son coefficient d'allongement. Pour certains métaux ou alliages, tel le dur aluminium, le coefficient d'allongement serait dépassé et il y aurait formation de criques.

fig. 7 Il faut donc éviter les pliages à angle intérieur vif.

Si l'angle intérieur est arrondi, il y a cintrage, les fibres internes subissent une contrainte de compression, et les fibres externes une contrainte d'extension, seules les fibres moyennes (fibres neutres) ne varient pas de longueur. L'écrouissage est moins important que dans le cas précédent.

Il est recommandé de plier les tôles d'acier doux suivant un rayon intérieur minimum égal à une fois et demi leur épaisseur (figure 7).

III. L'outillage de pliage

1. Les tôles sont généralement pliées mécaniquement a l'aide de:

- machines à plier dites plieuses,- presses-plieuses: presses mécaniques réservées au pliage,- presses hydrauliques ou mécaniques à usages multiples.

Elles peuvent aussi être pliées, mais rarement, au maillet ou au marteau, à l'aide de barres, de cornières ou de tranches a plier.

2. Pliage a l'étau

Il peut se faire directement sur l'un des mors de l'étau, mais les mors marquent la tôle, le pli obtenu n'est pas régulier et manque de netteté (fig. 8).

On préfère utiliser une cornière repliée à 180° (fig. 9) ou deux fortes cornières serrées entre deux étaux voisins, le pli ainsi obtenu, est plus net. Ce pliage ne se pratique que sur tôles minces (e maximum = 2 mm environ).

fig. 8

fig. 9

3. Pliage entre barres a plier

fig. 10 fig. 11 fig. 12

Les barres reposent généralement sur deux tréteaux; elles sont constituées par deux fers carrés, dressés et usinés, réunis entre eux à chaque extrémité par une forte vis de serrage (fig. 10, 11 et 12).

Elles permettent le pliage de tôles de moyenne épaisseur et ne sont utilisées que lorsqu'il est impossible d'employer une plieuse.

Exemple:

Soit à confectionner une boîte pliée et rivée (fig. 13). Les plis ab et cd ne sont pas sur la même ligne que le pli ef, il faut donc les exécuter séparément, ce que ne permet pas une plieuse.

fig. 13

On plie la tôle à la main (faible épaisseur) ou au maillet, on régularise la carre au maillet ou avec le marteau postillon. Il ne faut pas frapper sur l'extrémité de la tôle car elle s'allongerait et le bord se cintrerait.

4. Pliage sur la tranche a plier

La partie utile de la tranche à plier est une surface très étroite (moins de 1 mm); le pied se fixe ordinairement dans un trou ménagé dans l'établi ou dans l'enclume.

Elle est utilisée par les ferblantiers pour exécuter des plis de faible largeur (fig. 14). On commence par marquer, a chacune des extrémités, un pli qui servira de butée.

fig. 14

IV. Les plieuses

- Principe de fonctionnement

La tôle est immobilisée sur une table horizontale par une traverse nommée sommier-presseur ou coulisseau supérieur. Un volet de pliage nommé encore sabot ou tablier-plieur, exécute le pliage en se relevant par un mouvement de rotation.

fig. 15

fig. 16

Le sommier-presseur se déplace verticalement entre des glissières ménagées dans deux montants, généralement en fonte aciérée, reliés entre eux par des entreoises ou des tirants. Il est souvent articulé à l'une de ses extrémités pour permettre la sortie des corps prismatiques fermés, après pliage.

Le tablier-plieur tourillonne dans des coussinets; sa distance à l'arête de la table est toujours réglable puisqu'elle doit être, après pliage, au moins égale à l'épaisseur de la tôle pliée (fig. 15).

Mais dans cette position d'écartement minimum on réaliserait un pli a angle intérieur vif; aussi les constructeurs recommandent-ils un écartement minimum de 2 fois 1/2 l'épaisseur de la tôle jusqu'à e = 4 mm (fig. 16) et 3 fois 1/2 l'épaisseur pour les tôles de 5 mm et plus.

Sommier-presseur et tablier-plieur ont une section étudiée pour éviter les flexions.

- Différents types de plieuses

On les classe en deux catégories: simples et universelles.

1. Plieuses simples

L'axe de rotation du tablier-plieur est fixe ou mobile, il est toujours situé dans le plan horizontal de la table.

* L'axe de rotation est mobile horizontalement

Le tablier est solidaire de ses tourillons (fig. 17)

fig. 17

fig. 18Réglage du tablier-plieur

L'axe de rotation, solidaire du tablier, se déplace latéralement dans le plan horizontal de la table.

L'axe de rotation du tablier est fixe. Le tablier se déplace verticalement dans le plan vertical de la table.0d = rayon extérieur de pliage

* L'axe de rotation est fixe

Le tablier est mobile verticalement dans deux glissières latérales (fig. 18).

Les plieuses simples ne se construisent plus qu'en petits modèles pour l'exécution de travaux de ferblanterie. On rencontre encore dans les ateliers d'anciens modèles de tôlerie dans lequels le sommier-presseur est actionné par un système bielle et manivelle, relié à un arbre sur lequel est fixée une pédale équilibrée par un ou deux contrepoids. Ce système permet de descendre rapidement le sommier-presseur sur la tôle en conservant les deux mains libres.

Le sommier est immobilisé par une ou deux vis manœuvrées par volant (fig. 19).

Le tablier de pliage est actionné, soit directement à la main, soit par simple ou double harnais d'engrenages (e max.: 4 mm). Un ou deux contrepoids l'équilibrent et facilitent son retour.

fig. 19

2. Plieuses universelles

Les plieuses universelles possèdent l'avantage sur les modèles précédents, de permettre le déplacement de l'axe de rotation dans un plan vertical. La gamme des possibilités offertes devient, de ce fait, nettement supérieure à celle donnée par les plieuses simples.

* La table est fixe

Les coussinets qui reçoivent les tourillons du tablier-plieur, coulissent horizontalement dans des cages réglables verticalement.

Ce dispositif permet, a la fois, un déplacement vertical et un déplacement horizontal de l'axe du tablier. Il est adopté sur les machines manœvrées à la main et sur les machines de force moyenne commandées électriquement.

* La table est réglable en hauteur

Elle coulisse dans les glissières des deux montants. L'axe d'articulation du tablier-plieur est fixe. Le tablier est réglable en hauteur dans deux glissières faisant corps avec les tourillons.

Réglage:

1° - descendre le tablier-plieur d'une hauteur égale au rayon extérieur de pliage, l'immobiliser (fig. 20).

2° - descendre la table au niveau du tablier (fig. 21).

fig. 20

fig. 21

Ces machines sont commandées au moteur par boîte à renversement de marche, au moyen de frictions actionnées par deux leviers: le premier pour manœvrer le coulisseau presse-tôle et la table; le second pour donner le mouvement de rotation du tablier-plieur.

Machine à plier universelle à commande électrique

- Longueur utile: 2100 mm- Epaisseur pouvant être pliée: 4 mm

fig. 22

25. Le cintrage

I. Définition

Le cintrage est un façonnage sans enlèvement de copeaux, a l'aide ou sans l'aide de chaleur, dans lequel une partie de la matière d'œuvre est définitivement portée, tout en conservant autant que possible sa section, de sa position originelle dans un autre sens.

II. Procédé de travail

Dans le cintrage, une partie plus ou moins large de la matière est portée dans une autre direction par l'intervention d'une force manuelle ou mécanique (force de flexion) appliquée sur un point déterminé (pliage) ou appliquée continuellement sur plusieurs points tout près, l'un de l'autre, (cintrer et torsader).

Figure

La force appliquée doit être suffisante pour

* vaincre l'élasticité de la matière et* provoquer un changement de direction définitif

Le cintrage provoque

* des forces de traction dans les couches extérieures par rapport à l'axe de flexion (à l'extérieur la matière est allongée)

* des forces de compression dans les couches intérieures par rapport à l'axe de flexion (à l'intérieur la matière est rétreinte).

Dans la couche médiane de la matière, il ne se produit ni traction ni compression; par conséquent, elle est appelée "fibre neutre".

Figure

La forme de la section de la matière subit involontairement une légère modification par suite de l'allongement ou de la rétreinte des couches extérieures de la matière.

Ces modifications de la section dépendent

* de la matière (nature et qualités)* de l'épaisseur de la matière* de l'angle de flexion et* du rayon de flexion.

Les tensions intérieures provoquées par le cintrage dans la matière peuvent être réduites en la portant au rouge. Les modifications de la section sont inévitables. Une opération complémentaire pourra remédier aux refoulements (martelage, limage, meulage).

Figure

Remarque:

Tenir compte des valeurs minimales des rayons de courbure.

Plier la matière autant que possible a angle droit par rapport au sens du laminage.

Il n'est pas traiter ici cintrage de la matière sans dépasser sa limite d'élasticité (p.ex. tendre un ressort lame).

Figure

III. But et emploi

Le but du cintrage est de former une matière suivant les conditions données par la construction, pour l'employer comme pièce à usiner isolément (p.ex. collier, tube, caisse en tôle), pièce a encastrer ou travail partiel dans des pièces de construction.

IV. Mode d'opération

Le cintrage se fait avec le concours d'une force de flexion et d'une force contraire; la force de flexion provoque une force contraire. La nature de la conjugaison de ces forces détermine la forme du cintrage.

Le mode opératoire du cintrage est déterminé de l'exécution

* à la main* à l'aide de montages* a l'aide de machines

Le cintrage à la main se fait

* sans outil* avec outil

L'outil peut aussi servir de forme de cintrage

cintrage à la main sans outil

outil servant de forme

Le cintrage à l'aide de montages se fait

* autour de formes avec à blocage* dans l'étau avec une forme* moyennant une forme et un mécanisme* sur des machines à plier

forme de cintrage avec dispositif de fixation

outil avec forme

La force de flexion peut être fournie par la main ou la machine.

cintrage sur la table à cintrer

étau avec forme de cintrage

Le cintrage à l'aide de machines se fait au moyen d'outils à cintrer

* dans des presses* dans des cintreuses

cintrage dans des presses

cintrage sur la cintreuse à trois cylindres

Les pratiques spéciales du cintrage

* le cintrage de tubes,* le cintrage de profilés et bourrelets

se font suivant les techniques de travail du cintrage.

cintrage de tubes

cintrage de profilés

La technique de travail pour torsader consiste a serrer et torsader la pièce autour de son axe longitudinal, à froid ou chaud.

faire des bourrelets

torsader

La force de flexion est l'action nécessaire pour plier la matière. Selon le genre de montage ou de la machine-outil, son sens est continu ou variable.

Elle doit être supérieure à la force contraire, exercée par la résistance de la matière, et inférieure à la force contraire exercée par le montage ou la machine-outil (autrement danger de brisure).

La force contraire est celle qui s'oppose à la force de flexion. Elle naît de la résistance (solidité)

- de la matière- de l'outil- du montage ou- de la machine-outils.

Pliage

Figure

Cintrage

Figure

V. Outils de cintrage

Les outils de cintrage revêtent des formes diverses. Par conséquent, il faut les choisir soigneusement dans chaque cas particulier.

On distingue:

Pinces - Tourne-à-gauche - Fer à cintrer (griffe) - Forme de cintrage

Appareil à cintrer - Cintreuses, commandées par un moteur ou non - Vérin hydraulique.

Pincespour tenir et faire des oeillets et des angles

Figure

Tourne-à-gaucheà torsader des sections rectangulaires ou carrées

Figure

Fer à cintrerpour tenir et cintrer des sections correspondantes

Figure

Forme de cintragepour rouler les tôles (p.ex. des charnières enroulées)

Figure

Appareil à cintrerpour dresser ou cintrer des grands rayons

Figure

Figure

Appareil à cintreren diverses exécutions pour plier des sections rondes, carrées et rectangulaires et les tubes

Figure

Figure

VI. Recherche du développement d'une pièce cintrée

Prenons comme exemple une tôle de 10 mm d'épaisseur, d'une longueur de 628 mm, les champs bien perpendiculaires aux faces. Formons un cylindre de révolution avec cette tôle. Nous remarquons que:

- l'épaisseur n'est pas modifiée par le cintrage,- les deux champs extrêmes se joignent parfaitement.

On peut donc en déduire que les sections droites restent, après cintrage, perpendiculaires aux faces.

Mesurons les diamètres obtenus.Nous trouvons:diamètre intérieur di = 190 mm etdiamètre extérieur de = 210 mm.La circonférence intérieure mesure: 190 x 3,14 = 596,6 mm.La circonférence extérieure mesure: 210 x 3,14 = 659,4 mm.

Figure

On constate que:

- les fibres du métal se trouvant sur la circonférence intérieure se sont raccourcies de 31,4 mm (628 - 596,6), elles ont été soumises à une contrainte de compression;

- les fibres se trouvant sur la circonférence extérieure se sont allongées de 31,4 mm (659,4 - 628), elles ont été soumises à une contrainte d'extension.

Les fibres étant sollicitées d'un côté à l'extension, de l'autre à la compression, et ceci d'autant plus fortement qu'elles s'approchent soit des fibres externes, soit des fibres internes, il existe des fibres qui ne sont soumises à aucune contrainte, et qui conservent leur longueur initiale, soit 628 mm.

Ces fibres sont nommées fibres neutres.

Quel que soit le profil cintré, les fibres neutres se trouvent toujours dans le plan contenant le centre de gravité de chaque section droite.

Dans les tôles, les fibres neutres se trouvent à égale distance entre les deux faces. Elles sont situées, après cintrage, sur un diamètre équidistant des diamètres intérieur et extérieur, et désigné pour cette raison: diamètre moyen.

dm = di + e ou dm = de - e

Règle:

Pour tracer une tôle devant être cintrée, calculer le développement suivant le diamètre moyen. En conséquence, effectuer les épures d'après le diamètre moyen.

Figure

VII. Cintrage de cylindres à la main

Il ne se pratique que très rarement sur des tôles minces pour exécuter des viroles courtes et de faible diamètre.

La tôle est placée sur un mandrin rond ou une bigorne, de diamètre inférieur à celui du cylindre à réaliser. Le cintrage est obtenu par flexions successives de la tôle, en la déplaçant perpendiculairement aux génératrices du cylindre a réaliser et parallèlement à l'axe du mandrin.

Figure

Le manque d'élasticité du métal recuit provoque la formation de plis. On donne de l'élasticité à la tôle en l'écrouissant légèrement par plusieurs cintrages préliminaires de sens opposés, on la brise.

Les extrémités de la tôle restent droites: on achève le cintrage à l'aide du maillet.

Remarque:

Il est préférable d'effectuer le cintrage des extrémités avant le cintrage proprement dit. Cette opération préliminaire se nomme amorçage ou croquage.

VIII. Cintrage au marteau ou au dégorgeoir

Ce procédé est surtout appliqué pour le cintrage de cônes ou de troncs de cônes et, également, pour l'amorçage.

La tôle est placée soit sur un empreint en V ou sur un fer en U, soit entre deux rails ou deux barres quelconques (parallèles pour les cintrages cylindriques).

Selon l'épaisseur de la tôle, on emploie un marteau à panne en long ou un dégorgeoir de forgeron sur lequel un aide frappe avec un marteau à devant.

Figure

Les coups doivent être alignés suivant des génératrices régulièrement espacées (en tracer quelques-unes au cordeau). Commencer par l'amorçage des deux extrémités, les mettre au gabarit, et continuer le cintrage en se dirigeant vers la partie moyenne.

Un court espace entre deux génératrices consécutives est préférable à un grand, le cintrage est plus régulier et on évite ainsi les marques laissées par un fort coup de marteau.

IX. Les machines à cintrer les tôles

Ces machines sont couramment appelées machines à rouler. A l'atelier on les désigne fréquemment du nom de rouleaux ou rouleuses.

Les organes de cintrage sont constitués par des cylindres nommés rouleaux en acier Martin dur, d'une grande résistance à la flexion.

1. Principe du cintrage a la machine

La tôle est animée d'un mouvement de translation par deux rouleaux entraîneurs commandés mécaniquement; elle est soumise d'une façon continue à l'action d'un rouleau cintreur qui provoque une suite ininterrompue de flexion, donc un cintrage régulier.

Remarque:

Les tôles recuites d'une épaisseur inférieure à 1,5 mm sont brisées a la machine.

2. Selon la disposition des rouleaux, on distingue deux types de machines à cintrer les tôles:

* type pyramidal à rouleaux horizontaux ou verticaux;* type planeur a trois ou à quatre rouleaux horizontaux.

Figure

X. Le cintrage à la presse

Les tôles épaisses peuvent se cintrer à la presse hydraulique soit horizontale, soit verticale.

A l'inverse des rouleaux qui agissent par pression continue, les presses travaillent par pressions successives.

On utilise, généralement, une empreinte en V ou en U reposant sur le plateau de la presse, et une panne arrondie montée sur le porte-poinçon. Pour obtenur un meilleur résultat, on soude sur la panne une tôle épaisse cintrée à un rayon légèrement inférieur au rayon intérieur de la pièce à obtenir.

1. Réglage de la pression exercée sur la tôle

Il est obtenu par réglage de la course du coulisseau de façon que le poinçon descende d'une profondeur convenable dans la matrice. On peut aussi garnir l'empreinte de la matrice d'un certain nombre de cales de façon que le cintrage soit correct quand la tôle, sous l'effort de l'outil, entre en contact avec la cale supérieure.

Figure

2. Amorçage

Pour réaliser le cintrage dès l'extrémité de la tôle, il faut, avant d'effectuer la première pression, déplacer la matrice latéralement; on remet ensuite la matrice à sa place normale.

3. Cintrage

Il peut se décomposer en trois phases:

* Cintrage de la tôle sur le tiers environ de sa longueur en partant d'une extrémité amorcée.

* Même cintrage en partant de l'autre extrémité.

* Cintrage alternatif d'un côté et de l'autre en se dirigeant vers la génératrice médiane, afin de maintenir facilement la tôle en équilibre sur la matrice.

XI. Les opérations du cintrage à la main dans l'étau

1. Un archet de fer rond:

- tracer- couper et chanfreiner- cintrer ou plier- dresser

a

b

c

2. Un anneau de fil de fer:

Figure

3. Une cosse de tôle noire:

Figure

QUESTIONNAIRE pour l'étude a domicile et pour les COMPOSITION

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

1.2.

Figure

1.2.3.4.5.

Figure

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Figure

Figure

1.2.3.4.5.

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

1.2.

26. Le cintrage des tubes

I. Principe

Le cintrage des tubes (tubes profilés également) demande des précautions particulières étant donné qu'il faut éviter la déformation des tubes (corps creux). Sans cela, la partie cintrée du tube s'aplatirait. La face extérieure de la partie cintrée aurait alors tendance de s'approcher de l'âme pendant que la face intérieure s'échapperait vers l'extérieur.

II. Méthode d'application

1. Réchauffer en différents endroits la partie à cintrer de la paroi du tube pendant l'opération du cintrage. La nécessité de chauffer les tubes à cintrer dépend:

- du rayon de courbure- de la matière d'œuvre- de l'épaisseur de la paroi du tube- du diamètre du tube.

Pour les tubes à paroi mince, la partie à cintrer est plus chauffée de l'intérieur que de l'extérieur pour que la rétreinte puisse se faire avec plus de facilité du côté intérieur.

Pour les tubes à grand diamètre, une partie après l'autre, chacune revêtant la forme d'un segment, est chauffée et cintrée.

2. Remplir les tubes soit:

- avec du sable (bien sec)- d'un ressort hélicoîdal (à chaud et à froid).

En remplissant les tubes, p.ex. de sable, le sable est bien tassé en frappant le tube de bas en haut afin qu'il puisse offrir une résistance suffisante contre la déformation du tube par la flexion (aplatissement). surtout dans le cintrage à chaud, le sable doit être sec. Le tube est hermétiquement fermé par des tampons.

Figure

3. Cintreuse sur galets à gorge supplé au remplissage du tube à plier. Il ne peut être employé qu'avec un montage.

La ligne d'intervention fixe du montage détermine la position du mandrin. Par serrage, le tube est rendu solidaire à l'entrée de la partie à plier. En tournant le plateau, il passe sur le mandrin fixe. Le galet de cintrage est en même temps la forme de cintrage. Le graissage du mandrin est récommandé.

Si le tube comporte une soudure, celle-ci doit se trouver dans la zone neutre.

Figure

III. Choix du rayon de cintrage pour tube

Choisir toujours Un rayon de cintrage supérieur ou égal à 3d.

d = Ø ext. du tube.

IV. Longueur développée du cintrage

La longueur développée est la longueur du flan, qui permettra d'obtenir les mesures désirées une fois la courbure effectuée. En général, elle diffère de la longueur de la fibre neutre de la pièce cintrée.

V. Exemple de calcul de développement sur fibre neutre

Il convient de déterminer:

1. les longueurs des parties non déformées a, b, c;

2. les angles des zones de cintrage de rayon R1, R2...;

3. les longueurs de fibre neutre des zones de cintrage;

4. le développement total D par addition,

soit, pour la pièce ci-contre:

Figure

l1 = a = 100l2 = 90°l3 = b = 200l4 = 60°l5 = 150°l6 = 68°l7 = c = 150

E = 20

R1= 60R2 = 80R3 = 200R4 = 60

Lt = D = Longueur totale du flan

Lt = l1 + l2 + l3 + l4 + l5 + l6 + l7

l1 = 100

l3 = 200

l7 = 150

Lt = 100 + 94 + 200 + 84 + 523 + 71 + 150 = 1 222

REMARQUE: une fois que le calcul des longueurs est connu, les reporter sur le flan par traçage.

Figure

E = épaisseurr = rayon de cintrage

l = longueur fibre neutreP = périmètre

= angle de cintrage

Développement de la formule

Figure

d = 2r

Figure

Figure

ou général pour le cintrage:

27. Métallurgie

I. Sidérurgie

La métallurgie est l'art d'extraire les métaux de leur minerai, de les affiner et de les travailler.

La sidérurgie concerne les mêmes opérations, appliquées uniquement aux métaux ferreux.

Fabrication de la fonte et de l'acier

1. Métaux ferreux:

On distingue trois métaux ferreux principaux:

Le fer (Fe) L'acier (Ac) La fonte (Ft)

Tous trois proviennent du même minerai: le minerai de fer.

Ce qui les différencie, est uniquement leur teneur en carbone (C).

* Le fer est un métal lourd, sa masse volumique est de 7,9 kg/dm3.

A l'état brut, il est gris-foncé-bleuté; après usinage, il devient blanc-gris. Sa température de fusion est de 1535 °C. Il se" laisse très bien usiner, forger et souder.

A l'état pur (fer doux) ol n'est pas utilisé pour la construction, car il est trop mou.

Il est apprécié, par contre, dans l'industrie électrique pour ses bonnes qualités magnétiques.

* L'acier de construction (dit aussi: acier doux) est utilisé largement en construction métallique. Il contient environ 0,15% de carbone, (teneur maximum: 0,4% C).

* L'acier à outils est dur. Il contient généralement 1 % de carbone. (teneur minimum: 0,5%, maximum: 1,5% C).

* La fonte est cassante. Sa masse volumique est de 7,2 kg/dm3. Elle contient de 2,5 à 4,5% de carbone.

2. Minerais de fer:

Les minerais de-fer sont des roches calaires ou siliceuses, qui contiennent entre 20 et 70% de métal. Les principaux minerais sont des oxydes de fer (combinaison de fer et d'oxygène), agglomérés avec la gangue rocheuse.

Ce sont:

La magnétite, l'hématite rouge, l'hématite brune.

* Traitement du minerai

Le minerai sera concassé, broyé et lavé. Un trieur électromagnétique choisira ensuite les morceaux contenant du métal.

Le minerai sera ensuite conduit vers le haut fourneau qui aura pour mission d'en extraire le métal en le séparant de sa gangue et en éliminant l'oxygène contenu dans l'oxyde de fer.

Il n'est pratiquement pas possible de transformer directement de grandes quantités de minerai, en fer ou en acier. Il faut, pour commencer, le transformer en fonte. D'autres appareils, transformeront ensuite cette fonte en acier. (voir procédé Midrex).

3. Fabrication de la fonte:

Le haut fourneau

C'est une construction en briques réfractaires, renforcée par une ossature métallique. Sa hauteur peut aller de 30 a 80 mètres. Au bas, le creuset peut avoir un diamètre de 8 à 14 mètres.

Schéma des transformations dans le haut fourneau

Une soufflerie amène de l'air comprimé chaud, enrichi de gaz naturel et/ou de mazout pulvérisé.

Un haut fourneau peut produire suivant ses dimensions, de 2 000 tonnes 10 000 tonnes de fonte par jour.

Le chargement se fait par ruban transporteur, amenant par couches successives:

- Le minerai de fer, granulé, pour être transformé en fonte.

- Le coke pour le chauffage et pour la réduction de l'oxyde de fer.

- Les fondants pour faciliter la fusion du minerai (calcaire et/ou argile).

Le laitier qui sera obtenu par la fusion des fondants et de la roche, sera utilisé pour la fabrication de: ciment de laitier, laine de laitier pour isolation, ballast, briques, etc.

Fonctionnement du haut fourneau:

La charge est introduite par l'ouverture supérieure (gueulard) et descend petit à petit jusqu'au foyer.

Pendant la descente, elle va subir diverses transformations physiques et chimiques:

* La réduction: l'oxyde de fer perd son oxygène, il devient du fer. Cet oxygène se combine avec l'oxyde de carbone (CO) qui se dégage du coke. (entre 400° et 900 ° C).

* La carburation: le fer se combine avec le carbone, il devient de la fonte (entre 900° et 1200°C, 2,5 à 5% de carbone s'allient au fer).

* La fusion: la température de 1 600 ° C amène la fusion de la fonte, qui s'écoule dans le creuset.

* La séparation: en devenant liquide, le métal se sépare de la roche. Celle-ci, plus légère, surnage sur la fonte et prend le nom de laitier.

Pour obtenir une tonne de fonte, il faut 2 à 4 tonnes de minerai.

* La coulée à lieu toutes les 4 ou 5 heures.

En wagon-poche de 150 tonnes, pour la fonte blanche qui sera amenée directement a l'aciérie pour sa transformation en acier.

Sur une chaîne à coquilles, pour la fonte grise, pour sa solidification en lingots. Ces lingots seront livrés aux fonderies pour être transformés en fonte de machine, pour moulage.

* Le four électrique à fonte

Ce four, plus bas et plus large, est utilisé dans les pays producteurs d'électricité. Trois électrodes d'un diamètre de 0,8 à 1,8 mètre, disposées en triangle, font le même travail que le haut fourneau, mais en économisant 60% de coke.

Four électrique à fonte

* Les dimensions et autres valeurs indiquées ci-dessous, le sont à titre indicatif. Il n'y a pas lieu de les mémoriser, car elles évoluent constamment.

Chaîne a coquilles pour lingots (gueuses), en fonte grise brute après la coulée du haut fourneau

4. Produits du haut fourneau:

Le métal obtenu à la sortie du haut fourneau, se nomme la fonte brute. Cette fonte (grise ou blanche) est appelée aussi: fonte de première fusion.

En plus du métal, elle contient d'autres éléments, que l'on appelle les composants de la fonte.

* Composants de la fonte

Le fer pur, base de tous les métaux ferreux.

Le carbone, la teneur en carbone sert à classer les métaux ferreux.

Le carbone combiné est mélangé chimiquement au métal (fonte blanche ou acier) en lui donnant une grande résistance et un grain plus fin. C'est ce que l'on désigne parcarbure de fer.

Le carbone graphité est incorporé au métal sous formes de paillettes (fonte grise) en lui donnant un grain grossier et peu résistant

Le manganèse favorise la formation de carbone combiné  fonte blanche.

Le silicium favorise la formation de carbone graphité  fonte grise.

Le phosphore et le soufre sont des éléments nuisibles.

* Différentes sortes de fonte

La fonte blanche est destinée à la fabrication des aciers (voir 5.) Composition: 2,3 à 3% carbone, 1,5% manganèse, 0,6% silicium, 2 % phosphore.

Masse volumique: 7,4 kg/dm3, point de fusion: 1200°C.

Elle est très difficile à usiner et peu fluide à la coulée.

La fonte grise est destinée à la fabrication, par moulage, de bâtis de machines, bloc-moteurs, etc.

Composition: 3 à 4,5% carbone, 1,5 à 5% silicium, 1% Mn, 0,08% p.

Masse volumique: 7,4 kg/dm3, point de fusion: 1200°C.

Elle devra passer par une deuxième fusion, dans un four appelé le cubilot qui permettra l'obtention de qualités de fontes bien déterminées, ainsi que de fontes alliées.

Cette fonte est facile à usiner, fragile et fluide à la coulée.

Elle conviendra très bien pour le moulage.

5. Fabrication de l'acier (Affinage de la fonte):

Principe: Transformer la fonte blanche liquide en acier en lui enlevant le carbone qu'elle contient (2,3 à 3%).

Remettre en fin d'opération, juste la quantité désirée, par exemple, pour l'acier de construction Ac 37,2: 0,15%:

Ajouter éventuellement des éléments d'alliage, par ex: Ni, Cr, W, etc.

Méthodes de fabrication

Par soufflage à l'air comprime: procédé Thomas (ou Bessemer)Par soufflage à l'oxygène: procédés LD, OLP, Kaldo.Au four a sole: procédé Martin (dit aussi Siemens-Martin)Au four électrique: four à arc Héroult, ou four à induction.

* Acier Thomas, convertisseur Thomas (fond percé).Forme: récipient vertical, cylindrique, en acier, garnissage réfracta ire.Charge: fonte phosphoreuse liquide, chaux pour absorber le phosphore.Affinage par oxydation, de l'air comprimé, éventuellement enrichi d'oxygène, est injecté depuis dessous par une série de trous. En traversant la fonte liquide, il brûle au passage le carbone, le silicium et le phosphore. Durée du soufflage 20 minutes (la température s'élève de 500 °C).Addition finale de carbone, sous forme de fonte de ferro-manganèse.Produit: environ 70 tonnes d'acier pour construction métallique.

* Acier à l'oxygène: convertisseurs à oxygène.Forme: récipient vertical semblable au convertisseur Thomas, (non percé).Charge: fonte liquide, pour être décarburée, chaux pour absorber le phosphore, ferraille (30 à 45%) pour dilution du carbone.Affinage par oxydation, une lance injecte de l'oxygène depuis le haut. Durée du soufflage 30 minutes.Addition finale de carbone et éventuellement de Ni, Cr, W, Co, etc.Produit: 120 à 180 tonnes d'acier de qualité supérieure.Procédés:

LD (Linz-Donawitz) pour fontes pauvres en phosphore.OLP (Oxygène-Lance-Poudre) pour fontes riches en phosphore. De la chaux en poudre est mélangée au jet d'oxygène.Kaldo (Kalling-Domnarvet) pour fontes riches en phosphore. Fonctionne en position oblique, avec un mouvement rotatif.

* Acier Martin au four Martin, à sole, pour refusion de ferrailles.Forme: sole (cuvette) rectangulaire en briques réfractaires.Capacité: environ 200 tonnes de fonte, très étalée.Charge: Fonte liquide (ou solide). Ferraille 60 à 80 % chaux.Chauffage: brûleurs à gaz, oxygène, mazout pulvérisé, durée 4 à 10 heures.Affinage par oxydation, oxyde de fer présent dans ferrailles et battitures.

Affinage par dilution, les déchets d'acier doux, présents en majorité, diminuent la teneur en carbone de la masse en fusion.Addition finale de ferro-alliages, prélèvement d'échantillons de métal pour confection d'éprouvettes de contrôle, en cours de l'opération.

* Acier électrique au four à arc électrique Héroult.Forme: cylindre large et bas, en acier, basculant. capacité 0,5 à 180 tonnes, durée 2 à 12 heures.Charge: ferraille, minerai, chaux et fondants.Chauffage: 3 électrodes de graphite (jusqu'à 600 mm de diamètre).Affinage par oxydation et dilution, comme au four Martin.Injections: de chaux, par lance à oxygène pour déphosphatation de poudre de graphite, par air comprime pour recarburation.Produits: aciers au carbone, aciers alliés, Ac rapide, Ac inoxydable.

* Four électrique a induction, capacité jusqu'à 20 tonnes, basculant.Forme: creuset cylindrique en matière réfractaire, entouré d'un serpentin en tube de cuivre conduisant un fort courant alternatif et l'eau de refroidissement.Chauffage: un fort courant secondaire est crée (induit) dans la charge. L'échauffement produit amène la fusion.Produits: alliages spéciaux de haute qualité, (acier, métaux non ferreux).

* Production de fer a partir du minerai, procédé Midrex

C'est un des nouveaux procédés sidérurgiques, dits «par réduction directe».

Il permet d'obtenir le fer à partir du minerai, en évitant la phase, jusqu'ici obligatoire, de sa transformation en fonte brute.

Le minerai de fer granulé est amené par ruban transporteur dans un four cylindrique vertical.

Il passe par une zone de réduction où il est exposé à la flamme d'un gaz réducteur à base d'hydrogène et d'oxyde de carbone, tiré du gaz naturel.

Les granulés (oxyde de fer) perdent leur oxygène et deviennent. des grains de fer spongieux, sans fusion et sans modification de forme. La température dans la zone de réduction atteint environ 800 ° C.

Les grains de fer passent ensuite par une zone de refroidissement à environ 50 °C, obtenu par circulation de gaz froid, qui est située dans la partie inférieure du four.

Ils tombent alors, sans interruption, sur un ruban transporteur qui les conduit à l'aciérie, pour être fondus, dosés en carbone ou alliés.

6. Façonnage de l'acier:

* Coulée

L'acier liquide est versé dans une poche de coulée, et de là dans des lingotières en fonte, légèrement coniques, ouvertes en haut et en bas.

Coulée en source: les lingotières sont disposées par groupes de 6 à 8 autour d'un conduit d'alimentation central.

L'acier passant par ce conduit, remplit les lingotières à partir du fond, ce qui évite un brassage et concentre les impuretés dans le haut du lingot. La section des lingotières est carrée, ronde ou rectangulaire selon la destination des lingots (barres, tubes ou tôles).

Coulée continue: l'acier est coulé dans un moule sans fond, en cuivre refroidi à l'eau.

Il se solidifie au passage, ressort sous forme de barre carrée, ronde ou rectangulaire. Cette barre continue, est sectionnée en longueurs égales par un chalumeau coupeur.

Ce procédé accélère la fabrication des profils moyens et petits.

Figure

* Forgeage

C'est un procédé de façonnage par chocs, au marteau-pilon ou par pression, à la presse hydraulique beaucoup plus puissante.

Le but du forgeage est d'améliorer la qualité du métal en lui donnant une structure fibreuse plus résistante que la structure granuleuse obtenue lors de la coulée du lingot.

Le forgeage permet de donner à la pièce, une forme et des dimensions se rapprochant de ses cotes définitives, ce qui diminuera d'autant le travail à effectuer par enlèvement de copeaux. Il est prévu pour la fabrication de grosses pièces: arbres et vilebrequins de navires, turbines, etc.

Forgeage

Le forgeage à la main sera traité lors des cours de forge et de connaissances professionnelles.

* Laminage, matriçage, étirage, tréfilage, filage, roulage, pliage etc. (voir le chapitre «Production des pièces mécaniques par formage»).

II. Qualités des métaux (définitions)

1. Efforts (tensions, contraintes) appliqués aux métaux:

Traction: force agissant dans le sens de l'axe d'une pièce et tendant à l'allonger, (p.ex.: charge suspendue à un câble).

Compression: force tendant à écraser la pièce.

Flexion: force agissant perpendiculairement à l'axe de la pièce et la faisant plier (ex.: poutre sur 2 appuis, montant de barrière).

Flambage: force agissant dans le sens de l'axe d'une pièce longue, tendant à la comprimer et à la faire fléchir (ex.: colonne).

Cisaillement: force tendant à sectionner une pièce perpendiculairement à son axe (p.ex.; rivets, boulons).

Torsion: force tendant à tordre La pièce autour de son axe (p.ex.: barres de torsion pour véhicules, fers torsadés pour grilles).

Ecrouissage: effet du martelage ou de l'étirage à froid.

2. Qualités demandées aux métaux, pour répondre aux besoins de l'usinage ou de l'utilisation des pièces à fabriquer:

Ténacité: résistance à la rupture, par traction ou par pénétration.

Dureté: résistance aux actions mécaniques et à l'usure.

Malléabilité: capacité de déformation à froid ou à chaud (p.ex.: forgeage, pliage, laminage en feuille).

Ductilité: capacité de déformation par étirage, en fils.

Elasticité: capacité de reprendre la forme primitive dès qu'un effort de traction, compression ou flexion cesse d'agir (p.ex.: ressorts).

Plasticité: propriété inverse de l'élasticité, la matière conserve la nouvelle forme acquise (p.ex.: pâte à modeler).

Soudabilité: propriété de certains métaux, de se souder à eux-mêmes par simple contact, lorsque leur surface est portée à la température de fusion (p.ex.: le fer, lors du soudage au feu, aux gaz, à l'arc).

Conductibilité: qui laisse bien passer la chaleur et l'électricité.

Homogénéité: répartition régulière des éléments d'un alliage.

Hétérogénéité: propriété inverse de l'homogénéité (répart. irrégulière).

Coulabilité: ou fluidité, propriété d'un métal en fusion d'épouser exactement la forme du moule, dans lequel on l'introduit.

Masse volumique: rapport des poids, entre 1 dm3 d'une matière et

1 dm3 d'eau, 1 dm3 d'eau 1 l 1 kg;1 dm3 de fer pèse 7,85 kg.

III. Alliages

Définition: les alliages sont produits par la réunion, par fusion, de deux ou de plusieurs métaux.

Les métaux purs sont mous et peut résistants. En les alliant on obtiendra de nouveaux matériaux, par exemple plus légers et plus résistants, mieux adaptés aux besoins de la construction métallique.

Avantages des alliages:

- augmenter: dureté, ténacité, élasticité- améliorer: malléabilité, soudabilité, coulabilité- améliorer les possibilités d'usinage;- obtenir une résistance à la corrosion;- obtenir des barres profilées (filées ou étirées) ou des pièces fondues ayant des dimensions très précises, ainsi qu'une surface lisse;- faciliter le palissage, ainsi que l'oxydation anodique;- modifier la conductibilité thermique, ou électrique;- modifier: couleur, magnétisme, masse volumique;- abaisser le point de fusion, modifier le coefficient de dilatation;- supprimer la porosité, améliorer l'étanchéité.

Alliages d'acier:

1. Aciers de construction:

- Aciers pauvres en carbone (acier doux, fer doux), moins de 0,06% C, ne conservent pas l'aimantation. Pour appareils électriques.

- Aciers de construction, contiennent 0,15 à 0,2%C. Aciers étirés (aciers marchands blancs), surface lisse, dimensions précises (± 1/10 mm), différents degrés de dureté a choix.

- Aciers faiblement alliés, résistants aux intempéries: Cor-Ten, Patinax, L'acier Cor-Ten (corrosion-résistance, tensile strength) a une bonne résistance à la corrosion, et à la traction: 500N/mm2, semblable à un acier 52-3.Le patinax 370 N/mm2 est semblable à l'acier 37-2. L'acier Cor-Ten contient: 0,1 à 0,2%C, plus un peu de: Ni, Cu, Cr, Mn, Al, V, Si, P, S. Le tout ne dépassant pas 3%.

Une oxydation se produira en surface, formant une couche protectrice de sulfates de cuivre et de nickel, donnant une teinte: brun-violacé. Cette couche met deux ans pour se stabiliser (capter le ruissellement). Ces aciers sont livrables dans presque toutes les formes courantes de profils, tôles, tubes, fils, vis, boulons, rivets, électrodes.Utilisation: charpente métallique; ponts, pylônes, téléphériques, etc. L'usage en architecture: façades, vitrages, etc., doit être très modéré.

- Aciers fortement alliés, (au-dessous de 5%), dits: aciers inoxydables qualité courante pour construction métallique: 18/8 = 18% Cr, 8% Ni, 0,07% C, qualité résistante aux acides: 18/12/2,7 Mo (molybdène), 0,03% C.

- Aciers de (pour) cémentation, alliés ou non, avec Cr, Ni, Mo, V.

- Aciers d'amélioration, destinés à la trempe, pour organes de machines, roulements à billes, engrenages, bielles, etc., alliés ou non avec Cr, Ni, Mo, V, Mn, Si.

2. Aciers à outils:

- Aciers au carbone

* mi durs 0,5-0,6% C pour marteaux, arbres, clavettes, visserie ordinaire;

* durs 0,6-0,8% C, résistance 650-800 N/mm2, boulons 5.6, 8.8;

* extra durs 0,8-1,5% C, résistance 800-1 000 N/mm2, pour outils de coupe, burins, poinçons, lame de cisaille, mèches, tarauds, ressorts, câbles, boulons HR 10.9 et 12.9, etc.

- Aciers alliés, semblables aux aciers de construction alliés:

* pour le travail à chaud, par ex.: outils de forge:

* pour le travail à froid: limes, tarauds, mèches, fraises, etc.;

* au manganèse: résiste à l'usure, vilebrequins, concasseurs;

* au silicium: ressorts, soupapes de moteurs.

- Aciers rapides (à coupe rapide)

* au tungstène: 18% tungstène, 0-1% Mo, 1-2% V, 0-10% cobalt;

* au molybdène: 2-10% tungstène, 4-10% Molybdène, 1-3% V, 0-10% Co, dureté et résistance à l'usure élevée, résistent au revenu jusqu'à 600 °C, permettent des vitesses de coupe très élevées.Utilisation: mèches, fraises, tarauds, lames de scies, scies circulaires.

3. Métal dur (Stellram, Widia, etc.):

- Métal dur fritte (Carbures métalliques): plaquettes pour outils de coupe, brasées à l'extrémité des mèches, burins de tour, etc. Composition variable, par ex.: 80% carbure de tungstène, 5% carbure de tantale, 7% carbure de titane, 8 % de cobalt, pas de fer. Ces métaux sont réduits en poudre, mélangés, comprimés, puis frittes (agglomérés) au four à 1800°C. Le cobalt fond et sert de liant. Dureté élevée, résistant au revenu jusqu'à 700°, vitesse de coupe jusqu'à 120 m/min l'acier 37.Pt fus. tungstène (W) = 3500 °C.

- Métal dur fondu: (Stellite) outils coulés, baguettes pour rechargement de surfaces au chalumeau.

- Céramiques: plaquettes interchangeables pour outils de coupe, en oxyde d'aluminium pur fritte. Dureté maximum, résistance au revenu jusqu'à 1200°C.

- Ordre de dureté croissante et de ténacité décroissante: Ac au carbone, Ac rapide, Stellite, carbure métallique, Céramiques, Diamant.

- Ordre de résistance croissante à la chaleur: Ac au carbone 250 °, Ac rapide 600°, Carbures métalliques 700°, Céramiques 1200°C.

4. Fontes de fer (Ft):

- Fonte grise, à graphite lamellaire, pour machines. Composition; Fe, 2,5 à 4,5% C, 0,5 à 5% Si, 0,3 à 1,5% Mn.

- Fonte malléable, Ft mal, à base de fonte blanche (voir le chap. Fonderie)

* à cœur noir, à graphite nodulaire;* blanche, décarburée, pour pièces minces.

- Fonte sphéroîdale, avec magnésium, Haute résistance.

- Fontes spéciales, alliées, Ni, Cr, Mo, Si, Mn.

5. Acier coulé:

- Ac clé, (fonte d'acier) 0,2 à 0,4% C, + év. alliages pour pièces épaisses, jusqu'à 100 tonnes, turbines.

IV. Métaux non ferreux

On distingue les métaux non ferreux lourds (poids spécifique dépassant 4 kg/dm3) dont les principaux sont: cuivre, zinc, étain, plomb, et les métaux non ferreux légers ou plus simplement métaux légers (poids spécifique inférieur à 4 kg/dm3) qui sont: le magnésium et leurs alliages.

1. Le cuivre:

* Minerai: Cuprite, Chalcopyrite, Malachite.

* Métallurgie: le minerai est grillé puis affiné à chaud dans des fours.Le métal obtenu contient 95% de cuivre.Il passe alors à l'affinage électrolytique. Des plaques de cuivre brut sont suspendues dans un bain acidulé et reliées au pôle positif (anodes). Leur épaisseur est d'environ 4 cm.Entre ces plaques on suspend une mince feuille de cuivre pur, reliée au pôle négatif (cathodes).Par le passage du courant, l'anode se dissout et du cuivre pur se dépose sur la cathode.On obtient ainsi du cuivre électrolytique pur à 99,98%.Le cuivre est ensuite refondu en lingots pour être laminé. Il sera livré en qualité: dur, demi-dur et recuit, sous forme de: fil, barres (rond, carré, plat) tubes droits ou en rouleau, isolés ou nus, tôles et bandes pour toitures.

* Propriétés: densité 8,9 kg/dm3, point de fusion 1 080 °C, résistance à la traction: de 220 N/mm2 (recuit) a 490 N/mm2 (écroui) malléable, ductile, se

laisse bien polir;sa couleur rouge-clair à l'état poli passe au rouge-brun une fois patiné. Exposé à l'air humide, il se couvre d'une couche de «vert-de-gris» qui le protège contre la corrosion. Très bon conducteur de chaleur et d'électricité.

* Recuit: sous l'effet du martelage, le cuivre se durcit (écrouissage).Pour le rendre à nouveau malléable, il faut le recuire, en le chauffant au rouge sombre (700°). On le plongera ensuite brusquement dans de l'eau froide.

* Utilisation: conduites et appareils pour eau, huile, électricité, etc., chaudronnerie, revêtements de toitures, chéneaux, motifs décoratifs, ustensiles, éléments d'alliages.

2. L'aluminium:

* Minerai: la bauxite (du nom du village des Baux, en provence, où il fut découvert en 1821).La bauxite est un oxyde d'aluminium, mélangé avec de l'oxyde de fer (hématite rouge) qui lui donne sa teinte rouge-brun et de la silice.

* Métallurgie: se fait en deux étapes:

- la bauxite est transformée en alumine. Le minerai est concassé, moulu, traité à la soude caustique, puis calciné. On obtient ainsi une poudre blanche, l'alumine, (Al2O3) combinaison d'aluminium et d'oxygène. 4 tonnes de bauxite donnent 2 tonnes d'alumine.

- l'alumine est transformée en aluminium. Là poudre est versée dans un four à électrolyse, en forme de cuve. Une série d'électrodes en charbon plonge dans la cuve, (anodes). Un courant continu, positif, de 120000 ampères et d'une tension de 7 ou 8 volts les traverse.Ce courant échauffe l'alumine à 1000° et la décompose à l'aide de cryolithe (sel d'aluminium et de sodium qui abaisse le point de fusion de l'alumine). L'aluminium se sépare de l'oxygène, se liquéfie et s'amasse au fond de la cuve.2 tonnes d'alumine donnent 1 tonne d'aluminium.

Schéma d'une cuve d'électrolyseLa première étape se fait dans le pays producteur de bauxite, la France notamment.

La deuxième étape se fait en Suisse p.ex.

Une cuve d'électrolyse produit 700 kg d'aluminium par jour. Par année, il est produit en Suisse plus de 100 000 t d'aluminium.

Propriété: masse volumique 2,7 kg/dm3, point de fusion 658 °C, résistance à la traction: de 40 N/mm2 (recuit) à 130 N/mm2 (dur).Léger et malléable, se laisse bien polir, sa couleur blanc-argenté se ternit un peu après une légère oxydation, bonne résistance à la corrosion. Bon conducteur de chaleur et d'électricité.

Recuit de l'aluminium et de ses alliages: se conformer aux prescriptions de l'usine. L'aluminium se comporte comme le cuivre.

Oxydation anodique: (voir le chapitre «Protection des métaux».

Livraison: l'aluminium est livré en feuilles laminées, en fil, et en barres profilées très variées, obtenues par filage à la filage à la presse.

Utilisation: menuiserie et charpente métallique, carrosserie, revêtements, conduites et appareils électriques, pièces moulées, et ustensiles de ménage.

L'aluminium étant plutôt mou, est généralement remplacé par ses alliages

La poudre d'aluminium est utilisée pour des peintures résistant à la chaleur et pour la confection de feux d'artifices.

Le papier d'aluminium, extra mince, sert à l'emballage de denrées alimentaires.

3. L'étain: Sn

Minerai: la cassitérite, masse volumique: 7,3 kg/dm3, point de fusion: 232 °C.Utilisation: brasage tendre, étamage, élément d'alliage.

4. Le zinc: Zn

Minerai: la blende, masse volumique: 7,13 kg/dm3, point de fusion: 420 °C.Utilisation: métallisation, élément d'alliage, composant pour peintures. Les vapeurs de zinc sont toxiques (fièvre des métaux), y prendre garde lors du soudage de pièce zinguées.

5. Le plomb: Pb

Minerai: la galénite, masse volumique: 11.34 kg/dm3, point de fusion: 327°C.

Utilisation: contre poids, mordaches, tubes, tôles, brasage tendre(+ Sn), métallisation, élément d'alliage, protection contre les rayons X et radio-actifs, composant pour minium de plomb. Ses vapeurs et son contact sont toxiques, antidote: le lait.

6. Le magnésium: Mg

Minerai: la dolomite, masse volumique: 1,74 kg/dm3, point de fusion: 650 °C.Utilisation: élément d'alliage pour métaux légers, anode de protection électronégative, contre la corrosion; les copeaux s'enflamment facilement.

7. Autres métaux:

argent: pour brasage fort, contacts;or: pour placage de motifs en fer forgé;cadmium: métallisation fine

V. Alliages des métaux non ferreux

1. Alliages de cuivre-zinc Cu + Zn

* Laiton avec plomb: Lt 58 58 % Cu, 39 % Zn, 3 % Pb.Utilisation: visserie, horlogerie, électricité.

* Laiton sans plomb: Lt 60 60% Cu, 40% Zn.Utilisation: travaux forgés et estampés, ferrements, appareils.

* Laiton sans plomb: Lt 63 63% Cu, 37% Zn.Utilisation: emboutissage profond, récipients, ressorts, robinetterie.

* Laitons spéciaux: Dorna, Inoxa; Selva, 55,5% Cu, 43% Zn, 1,5% Mn. Nombreuses variantes selon adjonction de: Sn, Si, Al, Ni, Fe.Utilisation: menuiserie métallique, travaux d'art forgés, appareils.

* Maillechorts: Cu + Zn + Ni en moyenne: 62% Cu, 20% Zn, 18% Ni.Utilisation: appareils pour l'industrie chimique et alimentaire, instruments de précision, de dessin, de musique, monnaies, menuiserie métallique.

* Métal d'apport pour brasage fort: Cu-Zn, + Si, Ag, Ni.

2. Alliages de cuivre-étain Cu + Sn

* Bronze Bz filé ou coulé, 90 à 95% Cu.Utilisation: machines, coussinets, robinetterie, ressorts, cloches (Sn 22 %).

* Bronzes spéciaux: variantes avec adjonction de: Zn, Pb, P, Mn, Be.

- Cupro-aluminium, jusqu'à 14% Al (+ év. Fe ou Ni), haute résistance, roues dentées, vis sans fin, pistons, vannes.

- Cupro-silicium, 0,05% Si, 1 à 9% Sn, grande conductibilité, résiste à l'usure, fils téléphoniques (plus en plus fibre de verre), lignes de contact.

3. Alliages de cuivre-nickel Cu + Ni

* Cupro-nickel Cu + 15 à 30% Ni, 0,3 % Mn.Utilisation: appareils divers, monnaies.

* Cupro-nickel au silicium, 97,5% Cu, 1,5% Ni, 0,5% Si.Utilisation: visserie, éléments de machines.

4. Alliages de zinc

* Zinc au titane 99% Zn, 0,5 à 1% Cu. 0,1 à 0,2% Ti.Utilisation: ferblanterie, chéneaux, descentes, revêtements.

5. Alliages d'aluminium métaux légers

Ce groupe est très complexe.

* Alliages non trempants: ne nécessitent pas de traitement thermique après l'exécution d'un ouvrage.

- Aluminium pur Al 99,5%, pour emboutissage et travail à la presse.- Aluman Am Al-Mn, comme ci-dessous.- Grinatal Gr, Al-Si 3,5.- Peraluman Pe Al-Mg 1,5 à 5 %, travaux soudés en tôle, tubes cintrés.

* Alliages trempants: les pièces terminées (chauffage à env. 500°C et refroidissement à 30°C), puis mûries à froid, à l'air ou à. chaud entre 130 et 200°C pendant 0,5 à 24 heures.

- Extrudal Ed, Al-Mg-Si, résistance moyenne, qualité économique.- Anticorodal Ad, Al-Mg-Si, haute résistance mécanique et à la corrosion.- Avional Av, Al-Cu-Mg, très haute résistance mécanique.- Unidur Ur, Al-Zn-Mg, haute résistance, pour construction soudées.- Perunal Pu, AL-Zn-Mg-Cu, résistance mécanique maximum.- Grinatal Gr, Al-Si5, pour tôles, prend une teinte grise à l'éloxage.

* Alliages de fonderie: trempants et non trempants

Tôles spéciales

- Alucolux, tôles thermolaquées, plates ou ondulées.- Sinaplast, tôle 1 mm Al, recouverte de matière plastique décorative.- Tôles à dessins, Al 1 mm, relief sur une face, cruex sur l'autre.- Tôle striée Ad, relief lentilles, sur une face, 2 à 10 mm d'épaisseur.- Tôles structurées, relief décoratif sur une face, 3 à 4 mm.- Plaques en fonte d'aluminium, épaisses, surface brute, lisse ou ondulée.- Alcast, éléments de façade, en fonte Al, structure et formes diverses.

Panneaux multicouches

- Alucobond, composé de 2 tôles Pe 0,5 mm, mat, thermolaqué ou anodisé, et d'une âme en polyéthilène, épaisseur totale 3 à 8 mm.- Alucopan, composé de 2 tôles Am 0,7 mm, mat, thermolaqué ou anodisé, et d'une âme en mousse de Styropor (expansé), épaisseur de 12 a 100 mm.

6. Alliages de magnésium: Mg-Al, ou Mg-Mn, et G Mg-Al (fonte)

7. Degrés de dureté des alliages d'aluminium

02: recuit et dressé, 07: tendre, 12: écroui 1/4 dur, 14: écroui 1/2 dur, 26: écroui 3/4 dur 18: écroui dur.

8. Coefficient de dilatation pou une longueur de 10 m, et pour une différence de température de 10 degrés:

Acier: 1,2 mm, Aluminium: 2,4 mm, Cuivre: 1,7 mm,Zinc: 2,9 mm, Magnésium: 2,5 mm, Etain: 2,7 mm,Béton: 1,2 mm, Eternité sec: 1,2 mm, Verre: 0,8 mm,Laiton: 1,9 mm, Plomb: 2,9 mm, PVC: 8 mm.

VI. Fonderie

1. Définition:

La fonderie est un procédé de fabrication qui permet de réaliser des pièces par coulée du métal dans un moule en sable ou métallique.

Métaux employés en fonderie:

Fonte de fer, acier coulé, bronze, laiton, aluminium, étain, etc. Le fer et le cuivre pur, ne sont pas assez fluides.

2. Fonderie de fonte:

La fonte grisé de première fusion, obtenue au haut fourneau, contient trop d'impuretés pour pouvoir être utilisée à la fabrication de pièces moulées.

Pour l'affiner, il faut une deuxième fusion au moyen d'un cubilot, four cylindrique vertical à charbon, ou d'un four électrique.

3. Principe du moulage en sable:

A l'intérieur d'un bloc de sable bien serré, on réalise une cavité ayant la forme de la pièce désirée.

On introduit le métal, en fusion, par un trou de coulée. Après refroidissement le bloc métallique, dégagé par la destruction du moule en sable, constitue la pièce brute.

Cette pièce brute sera ensuite usinée: enlèvement des masselottes, (fonte solidifiée dans les trous de coulée) ébarbage, meulage, etc.

Le modèle:

Pour obtenir la cavité dans laquelle on coulera le métal, on utilise un modèle, généralement en bois, parfois en métal, qui a la forme et les dimensions de la pièce à fabriquer, avec les modifications suivantes:

Les dimensions du modèle seront légèrement plus grandes que celles de la pièce, pour tenir compte du retrait lors du refroidissement, soit: 1% pour la fonte, 1,5% pour le bronze, le laiton et l'aluminium et 2 % pour l'acier coulé.

Les faces du modèle seront légèrement coniques, afin d'en faciliter le démoulage. Cette conicité qui est de 2 % s'appelle la dépouille.

Si la pièce doit être usinée, on augmente les dimensions du modèle de 2 à 3 mm pour obtenir une sur épaisseur d'usinage et jusqu'à 6 mm pour les grasses pièces pour compenser et rattraper une déformation éventuelle.

Mètre à retrait:

Pour éviter le calcul des cotes modifiées, le menuisier-modeleur utilise un mètre spécial qui, pour la fonte, mesure 101 cm tout en étant divisé en 1000 parties égales.

Noyau:

Lorsque la pièce à mouler comporte des gorges, ou doit être creuse a la façon d'un tube ou d'une boîte, ces formes ne peuvent pas être reproduites sur le modèle. Elles en empêcheraient le démoulage. Ces formes seront données par un noyau de sable comprimé qui sera déposé dans le moule, une fois le modèle enlevé.

Portées à noyau:

Pour supporter le noyau et le maintenir en position correcte, il faut ménager dans le moule des logements en bonne place.

A cet effet lé modèle sera muni de parties en relief, appelées «portées à noyau», qui seront peintes en noir les différencier du modèle. Le modèle est peint en rouge s'il doit servir pour des pièces en fonte, en bleu pour de l'acier coulé et en vert pour de la fonte d'aluminium.

a châssis Ib châssis IIc modèle en 2 partiesd tenons pour assembler les deux demi-modèlesef mandrins pour préparer:h l'orifice de coulée eti les éventsg portées a noyau et noyau en sable

Confection d'un moule

Moule:

Pour l'exécution du moule, on emploie un châssis en fonte ou en acier à deux compartiments superposés (châssis I et II).

Le modèle, parfois partagé en deux ou plusieurs parties, est déposé au fond du châssis I puis recouvert de sable.

On retourne le châssis I et l'on y superpose le châssis II. On dispose maintenant la deuxième moitié du modèle sur la première et l'on remplit le châssis II de sable que l'on comprime.

Les deux châssis sont ensuite séparés et le modèle enlevé délicatement. Puis le noyau de sable est mis en place sur les emplacements ménagés par le portées à noyau, et l'on creuse les orifices de coulée à travers le moule supérieur.

Les deux châssis sont à nouveau ajustés l'un sur l'autre et le moule est prêt pour la coulée. Il ne peut servir qu'une fois.

Le sable utilisé est un mélange de silice réfractaire à la chaleur et d'argile qui sert de liant et permet au moule de conserver l'empreinte laissée par le modèle. Certains moules sont parfois sèches et durcis dans un four.

Moulage mécanique: pour le moulage en série de pièces simples, on utilise des machines à mouler hydrauliques ou pneumatiques.

4. Moulage en moule métallique: en fonte ou en acier, pour métaux et alliages dont le point de fusion est bas, soit:

Moulage en coquille: le métal est versé dans le moule.

Moulage sous pression: le métal liquide est injecté au moyen d'une pompe (également utilise pour les matières plastiques).

5. Moulage à la cire perdue pour pièces très compliquées.

Le modèle crée en cire n'est pas démoulé. Il est détruit par fusion lors d'un chauffage du moule réfractaire. Le vide laissé, permet la coulée du métal.

6. Moulage centrifuge (ou moulage à la fronde), pour petites pièces. Le moule est fixé sur un bras pivotant. Sitôt la coulée effectuée, il est mis en rotation très rapide. La force centrifuge fait pénétrer le métal dans les plus petits recoins du moule (or).

VII. Protection des métaux

1. Les métaux sont soumis à des attaques d'origine chimique ou électrochimique, tendant à les détruire.

* Corrosion chimique

L'oxydation: le métal est attaqué par l'oxygène de l'air, en présence d'humidité.

Sur les métaux ferreux, cette attaque appelée rouille continue son action jusqu'à la destruction de la pièce.

Sur le cuivre et ses alliages, il se forme une couche appelée vert-de-gris, qui devient une pellicule protectrice pour le métal. (Couche parfois noir.)

Sur l'aluminium et ses alliages, l'oxydation naturelle forme également Une pellicule, invisible, mais qui n'est que partiellement protectrice.

La corrosion: le métal est rongé par divers éléments tels que l'eau, les acides, les bases, les sels ainsi que certains gaz. Cette attaque peut se produire en surfaceou sous forme de piqûres.

* Corrosion électrochimique

Cette forme de corrosion renforce l'effet de la corrosion chimique. Elle se produit lorsque des métaux différents sont en contact, en présence d'eau salée ou acidulée, sueur, restes de produits décapants après le brasage,

etc. Elle Se produit aussi à la surface, puis à l'intérieur d'un alliage, dont les constituants agissent les uns sur les autres. Par exemple les particules de carbone dans l'acier (cémentite) ou les particules de cuivre dans l'Avional (Al-Cu-Mg).

Corrosion électrochimique intercristallineCes métaux ou ces éléments, se comportent entre eux comme les constituants d'une pile. Un circuit électrique s'établit, créant un phénomène d'électrolyse.

Chaque métal a son propre potentiel électrochimique.

Figure

* Série électrochimique des métaux

La figure ci-dessous classe les métaux selon leur potentiel électrochimique en prennant pour base le magnésium. Plus la différence des tensions est grande entre deux métaux en contact, plus rapide sera la corrosion électrochimique.

Valeur de protection pour l'acierLe métal ayant la tension la plus basse (dit actif) constitue le pôle négatif. Il se corrode et se détruit.

Le métal ayant la tension la plus haute (dit passif) constitue le pôle positif. Il est protégé et ne subit aucune modification.

Fe 1,44 volts est corrodé en présence de Cu 2,22 voltsest protégé en présence de Zn 1,09 volts

Al 0,42 volts est corrodé en présence de presque tous les métaux.

* Formes de corrosion

Piqûres: attaque locale, blessure dans une couche protectrice, attaque par les courants vagabonds (sur les conduites et citernes enterrées).

Corrosion par contact: dans le cas de métaux soudés par points, rivés ou vissés sans protection intermédiaire, etc.

Corrosion intercristalline: se produit entre les cristaux d'un métal en présence d'humidité.

Figure

2. Application d'une couche protectrice:

* Les peintures sont composées comme suit:

pigments: blancs ou colorés

à base d'oxyde de plomb: minium rouge (clair ou foncé)à base d'oxyde de fer: antirouille rouge ou griseà base de chromate de zinc: antirouille jaune-vert (recommandé)Liants: huile de lin, résine synthétique, nitrocellulose, gomme laque, caoutchouc chloré, goudron.

Diluants: essence de térébenthine et Sangajol pour les peintures à l'huile et pour le nettoyage des pinceaux.Sangajol pour les peintures synthétiques.Thiner pour les peintures nitrocellulosiques.Alcool pour les vernis à l'alcool.

Siccatifs: produits servant à activer le séchage des peintures à l'huile.

Décapants: produits alcalins, soude caustique, ammoniaque.

Dissolvants: généralement à base de méthylène, d'alcools et de dérivés du goudron de houille (avec adjonction d'un épaississant pour freiner l'évaporation.

* Les peintures sont classées comme suit:

Peinture a l'huile, contient: huile de lin + essence de térébenthine + pigments blancs et colorés. S'applique au pinceau.

Peinture synthétique: la plus répandue actuellement contient: résine synthétique (longue en huile) + diluant + pigments blancs et colorés. S'applique au pinceau et au pistolet.

Peinture nitrocellulosique, contient: nitrocellulose + dilutif + pigments blancs et colorés. S'applique au pinceau et au pistolet, séchage instantané.

Vernis incolore: (transparent) gras, contient: résines naturelles (copal).Synthétique, contient: résines artificielles.Zapon, contient: nitrocellulose.S'applique au pinceau et au pistolet; laisse voir l'aspect du métal brut ou poli, ou les veines du bois.

* Emaillage au four: produits synthétiques purs et thermolaquage. Eléments de façades, appareils divers, très bonne résistance, mais sensible aux chocs.

* Dangers: ces produits sont souvent toxiques, inflammables et explosifs, surtout s'ils sont étendus au pistolet. Il existe des installations d'aspiration et de filtrage. Bien veiller au nettoyage des mains.

* Protection provisoire des ouvrages: l'aluminium et l'acier inoxydable peuvent être recouverts par une pellicule de matière synthétique, étendue au pistolet et que l'on décolle à la fin du travail.

Huile antirouille: (Mobilarma 245) élimine l'humidité et les acides de transpiration, déposés sur le métal pendant l'usinage.

* Passivants: (Meta-Gel) donne une surface dégraissée, désoxydée et phosphatée, sur fer, fer zingué, métaux légers et bois (Noverox, Rust-oleum, etc.)Acide phosphorique: forme une couche phosphatée.Observer les prescription sur les toxiques.

3. Métallisation:

Le métal de base (objet a protéger) sera recouvert d'une fine couche d'un autre métal. Celui-ci devra être plus actif (négatif) que le métal de base. Par exemple: zinc, chrome, aluminium.(fig. 1) Le cadmium, nickel, étain et plomb bien que passifs (positifs) par rapport a l'acier peuvent être admis, mais la valeur de protection sera inférieure. Particulièrement en cas de blessure ou piqûre, car dès ce moment la corrosion électrochimique se fait au détriment du métal de base. Le nickel et l'étain protégeront très bien le cuivre et le laiton. (fig. 2)

Fig. 1 Piqûre sur tôle zinguée

Fig. 2 Piqûre sur tôle étamée

On constate sur la figure 1 que le zinc est sacrifié en faveur de l'acier, alors que l'acier est corrodé, sous l'étain, sur la fig. 2. On distingue 4 principaux procédés d'application d'une couche métallique.

L'immersion, la galvanisation, la projection, le plaquage.

* Procédé par immersion

Utilisé pour l'application de zinc et d'étain, il est désigné par:

Zingage à chaud (ou étamage à chaud, 280°).

Il consiste à plonger les pièces dans un bain de zinc en fusion (462°).

L'épaisseur de la couche de zinc atteint 80 à 100 microns (0,08 à 0,1 mm).

Dans la zone de contact entre la couche de zinc et l'acier ou la fonte, il se forme un alliage fer-zinc très solide.

On reconnaît le zingage à chaud aux dessins de la surface, dits: fleurs de zinc.

Le zingage à chaud est aussi désigné par: zingage au feu ou zingage au bain.

Préparation des surfaces:

Chez le constructeur: nettoyage des soudures, éliminer le laitier, enlever les traces de peinture, ne pas marquer les pièces avec des craies ou des couleurs non solubles dans l'eau. Dégraisser les pièces, avec des solvants appropriés (pas de Thinner!), évent. sablage où grenaillage.

A l'usine de zingage: décapage dans un bain d'acide chlorhydrique dilué; si nécessaire: dégraissage, sablage, élimination des peintures, aux frais du constructeur. Puis élimination des bavures et dressage après zingage.

Préparation technique:

Construire en fonction du zingage.

- Eviter des assemblages présentant des surfaces de contact larges, car le zinc ne pourra pas pénétrer aussi bien que l'acide entre elles, d'où risque accru de corrosion.

- Pour la même raison, ne pas donner à zinguer des travaux rivés ou soudés par recouvrement et par points. Les assemblages amovibles (vissés, boulonnés, etc.) seront envoyés démontés.

- Les pièces mobiles: rondelles, clavettes et les filetages doivent disposer d'un jeu suffisant pour compenser l'épaisseur du zingage.

- Les constructions tubulaires doivent être ouvertes aux deux extrémités ou être munies de trous permettant l'admission et l'écoulement du zinc, ainsi que la dilatation et la sortie de l'air (danger d'explosion du bain). Ces trous doivent être percés aussi près que possible des soudures et aussi peu visibles que possible. L'eau de ruissellement ne doit pas pouvoir pénétrer par ces orifices. Les diamètre des trous sera proportionné à celui des tubes: 6 mm pour les tubes jusqu'à 20 mm de diamètre, 8 mm jusqu'à 40 mm, 12 mm jusqu'à 60 mm (2").

- Les soudures effectuées avec des électrodes basiques provoquent une accumulation de zinc (renflement) à leur endroit. Si l'on veut éviter ce renflement (non nuisible, mais peu esthétique), il faut utiliser des électrodes à enrobage acide ou rutile à faible teneur en silicium.

- L'emploi simultané de matériaux différents pour un objet à zinguer, doit être absolument évité. Par exemple du matériel Usagé avec du matériel neuf, ou de la fonte avec du métal laminé. Cela provoque un aspect irrégulier et une mauvaise qualité du zingage. Car la durée du décapage, la température et le temps d'immersion sont différents pour chaque matériau. C'est le cas, particulièrement avec l'acier 52 dont les réaction sont très différentes de celles de l'acier 37, tant au contact avec l'acide, qu'au contact avec le zinc.

- Les boulons à haute résistance (HR) ne doivent jamais être zingués chaud, car leur résistance s'en trouverait fortement diminuée.

- Du fait de la température relativement élevée du bain de zinc (462°C), des déformations sont possibles, particulièrement sur les tôles. Elles proviennent entre autres du relâchement des tensions créées par le soudage et le dressage. Il faudra, dans certains cas, donner la préférence au zingage électrolytique.

* Variante Sendzimir: sitôt passée dans le laminoir Sendzimir à rouleaux multiples, la bande de tôle plonge, de façon continue, dans un bain de zinc. En sortant, le zinc est égalisé en couche mince: de 20 à 50 microns (0,02 à 0,05 mm) par un jet d'air chaud comprimé, émis par une série de buses. Ces tôles peuvent être pliées, agrafées et embouties. Une addition de 0,1 à

0,2% d'aluminium, améliore la résistance au pliage de la couche de zinc et lui donne un aspect plus brillant (zingage en continu).

* Protection supplémentaire

La durée de la protection donnée par le zingage, dépend de l'épaisseur de la couche de zinc, ainsi que de l'agressivité du milieu ambiant. Ainsi une couche de 100 microns (0,1 mm) durera: 50 ans dans une atmosphère campagnarde, 35 ans dans une atmosphère maritime et seulement 15 ans dans une atmosphère industrielle.

D'autre part, la couche sera plus mince pour les articles qui doivent rester souples, comme les fils de fer, les treillis et les tôles minces.

Moyennant une préparation du fond, la protection peut être renforcée par l'application sur le zinc d'un émail spécial (procédé Duplex), lequel améliore aussi l'aspect esthétique.

Pour des ouvrages très exposés à la corrosion: pylônes, tunnels, stations d'épuration, etc., on obtiendra une protection supérieure par l'application de résines epoxi à haute élasticité permanente et grande résistance à l'abrasion (usure). Procédé Imeritex.

* Procédé par galvanisation

C'est un procédé de métallisation à froid, utilisé pour l'application d'une fine couche de: zinc, cadmium, chrome, nickel, cuivre, étain, or et argent, a l'aide de courant électrique continu et de sels du métal de recouvrement choisi, (électrolyte).

Les termes: galvanisé, galvanisation, sont employés très souvent, à tort, pour désigner le zingage à chaud. Risques de confusion, lors des commandes.

L'industrie donne la préférence à l'expression: zingage électrolytique, ainsi qu'aux désignations choisies par les zingueries pour leurs propres procédés:Promatisation, Zintec; etc.

Zingage électrolytique procédés «Promat» «Zintec», etc.

Electrolyte: un bassin contient une solution de sels de zinc, dans une eau tempérée.

Anode: une ou plusieurs plaques de zinc, reliées au pôle positif, sont suspendues sur le pourtour et au centre du bassin.

Cathode: le ou les objets à recouvrir sont suspendus entre les plaques de zinc et reliés au pôle négatif.

Fonctionnement: sous l'effet du courant électrique qui circule entre l'anode et la cathode, du zinc est soutiré à l'électrolyte et se dépose sur l'objet à recouvrir, en couche régulière. Epaisseur 15 à 30 microns (0,015 à 0,030 mm).

Pendant ce temps l'anode de zinc se dissout et son métal va remplacer (sous forme d'ions métalliques) celui qui a été enlevé à l'électrolyse.

Variantes: le procédé décrit ci-dessus est l'exécution normale appelée:

Zingage électrolytique argenté (bleuté), par ex. «Zintec brillant» une protection renforcée est obtenue par la:

Tropicalisation par ex. «Zintec jaune».

Après le zingage électrolytique, les pièces seront passivées dans un nouveau bain, en présence d'acide chromique. Il se formera, a la surface, un film possédant une action protectrice et donnant une teinte jaune.

Passivation noire par ex. «Zintec noir».

Ce traitement donne une teinte noire, mate ou brillante, et renforce aussi là décoration intérieure aux objets en fer forgé, ainsi que pour les appareils optiques, électroniques, etc.

Zingage électrolytiquePréparation des surfaces:

Elle est semblable à la préparation pour le zingage à chaud. La zinguerie se charge du décapage, du dégraissage ou du sablage.

Préparation technique

Les règles en vigueur pour le zingage à chaud sont, en principe, aussi valables ici, quelques exceptions sont possibles. En cas de doute se renseigner auprès de la zinguerie, avant de construire.

Les corps creux devront aussi être percés (trous plus petits) pour permettre le rinçage complet. Il y a toujours un risque d'infiltration de l'acide, par les

jointures et les soudures. L'intérieur des corps creux n'est pas zingué, même si les tubes sont ouverts aux deux extrémités.

Si l'on veut zinguer l'intérieur d'un corps creux ouvert, il est nécessaire, d'une part, d'avoir une ouverture assez grande et, ' d'autre part, d'introduire une barre-anode à l'intérieur du corps creux.

Les ouvrages galvanisés ne devront pas être exposés aux intempéries, ce procédé n'étant pas aussi résistant que le zingage à chaud. Car la couche de zinc est beaucoup plus mince et ne protège pas les intérieurs.

Par contre son aspect est plus lisse et brillant, il n'y a pas de déformation de l'ouvrage, ni de sur épaisseurs sur les soudures faites avec des électrodes basiques. On pourra zinguer par ce procédé les boulons à haute résistance, et toute la visserie.

* Chromage, nickelage, cuivrage, etc.

se font par le même procédé électrolytique, dans des bains appropriés. De par son potentiel électrolytique, le chrome offre une protection supérieure au nickel.

On distingue:

le chromage mat, le chromage brillant et le chromage dur.

Préparation des surfaces

Cette préparation est plus importante pour ces procédés, car il est prévu plusieurs degrés de finition: de mat à satiné, et de satiné à brillant, poli.

Dégraissage, sablage humide, polissage, brossage. Après le chromage interviendra un nouveau polissage léger.

Préparation technique, comme pour le zingage électrolytique. Dans certains cas, le chromage peut être précédé d'un cuivrage et d'un nickelage, pour compenser la porosité du chrome.

Le chromage dur est plus épais que le chromage ordinaire. Son épaisseur est en général de 5 à 10 microns, mais peut atteindre 2000 microns (2 mm). Il est utilisé pour le recouvrement d'instruments de mesure, d'optique, de traçage (compas), pièces de machines, cadrans, manettes, visserie, etc.

On peut chromer l'acier, le laiton, l'aluminium, etc., ainsi que, moyennant préparation spéciale du fond, des matières synthétiques.

4. Projection au pistolet:

Les pièces doivent être nettoyées au jet de grenaille ou de sable. Le métal de recouvrement choisi: zinc, aluminium, cuivre, bronze, etc., est introduit dans le pistolet sous forme de poudre ou de fil. Il est amené à fusion par une flamme oxyacétylénique ou un arc électrique. Puis il est pulvérisé et projeté sur la pièce par un jet d'air comprimé. L'adhérence est favorisée par la rugosité créée par le grenaillage. La couche peut être plus ou moins épaisse, son étanchéité sera fonction de cette épaisseur. Toutefois la croûte ainsi obtenue, ne résistera pas aux efforts de flexion ou de torsion. Il faudra l'appliquer sur des pièces suffisamment rigides.

Utilisation: vu l'absence de bain d'acide, ce procédé peut être utilisé sur des assemblages terminés: pylônes et pièces de charpente, sans limitation de dimensions. Ce traitement convient également aux ouvrages d'art en fer forgé. Ceux-ci seront ensuite patines (peinture plutôt sombre), les parties en relief étant ensuite frottées avec de la laine d'acier, pour les faire ressortir avec un éclat métallique.

* Projection à l'arc plasma:

Le métal de recouvrement choisi est amené sous forme de poudre. Il est mis en fusion par un arc électrique dit «à plasma», c'est-à-dire très concentré.

Utilisation: spécialement pour des recharges sur des pièces de machine soumises à de fortes attaques de corrosion chimique ou électrochimique, ou sujettes à usure rapide par frottement.

* Métallisation électronique:

Dans une atmosphère d'argon très légère (presque sous vide) une anode (en métal de recouvrement choisi) est soumise à un bombardement d'électrons, qui lui arrache des particules.

Ce dernières sont alors projetées sur la pièce à recouvrir, qui peut être métallique ou non (par ex.: matières synthétiques).

* Shérardisation:

Ce procédé ressemble à la cémentation. Il consiste à faire absorber à chaud (300° à 400°) des vapeurs de zinc, par les pores de la pièce, ce qui forme un alliage fer-zinc, dur. Les pièces à recouvrir, clous, visserie, crochets, etc., sont introduites dans un tambour rotatif avec de la poudre de zinc et du sable de quartz. Sous l'effet de la chaleur et d'un jet d'air

comprimé, il se produit une diffusion du zinc dans la couche extérieure des pièces.

* Parkérisation ou Bondérisation et Granodisation:

Les pièces sont plongées dans un bain à base de phosphate de zinc. Il se forme à leur surface une couche de phosphate de fer assez résistante. L'acier devient noir mat. Ce traitement peut être appliqué aussi sur le zinc et l'aluminium.

* Calorisation:

Les pièces, décapées, sont placées dans des caisses de cémentation, avec un mélange de poudre d'aluminium et d'argile. Le tout est chauffé à env. 850° durant plusieurs heures. lise forme à la surface une couche de 1 à 2 mm d'un alliage aluminium-fer très résistante à la chaleur.

* Electrode de protection:

Pour protéger contre la corrosion, l'intérieur d'appareils tels que les chauffe-eau en tôle d'acier zinguée, on introduit dans ces réservoirs une électrode de magnésium. Par son potentiel très électronégatif (env. - 2 volts), le magnésium joue le rôle d'anode active. Il s'usera en lieu et place du zinc. Il faudra changer l'électrode environ tous les cinq ans.

* Placage: (bimétal)

Une mince feuille de métal protecteur: acier inoxydable, cuivre, laiton, cupro-nickel, aluminium pur, etc., est appliquée sur le métal de base. Les deux métaux passent ensemble dans un laminoir. La pression et une température appropriée assurent une excellente adhérence.

En tant que métal de base, l'acier ordinaire assume les exigences de rigidité, et la couche superposée la résistance à la corrosion.

Il en est de même lorsque le métal de base est de l'avional, du perunal ou du duralumin, alliages rigides, qui doivent être protégés de la corrosion par une couche d'aluminium pur.

Le coefficient de dilatation des métaux assemblés étant différent, il peut se produire des déformations sous l'effet de la chaleur. Cette propriété du bimétal est utilisée pour des appareils de réglage de température (thermostats, etc.)

* Oxydation anodique de l'aluminium et de ses alliages: (Eloxage).

Une légère couche naturelle d'oxyde, assure une certaine protection de l'aluminium et de ses alliages. Il est possible de renforcer cette protection par un traitement électrochimique désigné par: Oxydation anodique, Anodisation ou Eloxage (Eloxal = Elektrisch oxidiertes Aluminium) c'est-à-dire aluminium oxydé électriquement.

Oxydation anodiqueOn obtient ainsi une couche d'oxyde d'une épaisseur de 10 à 40 microns. Elle est très dure, résistante et assure une excellente protection contre les attaques chimiques. Elle est, dans un premier stade, poreuse et se prête ainsi à une coloration artificielle. Un dernier bain à 90°, referme les pores.

Le procédé le plus courant est le traitement GS (Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren). Il consiste à immerger les pièces dans un bain (électrolyte) à base d'acide sulfurique, et à les relier au pôle + d'un courant continu (anode). La cathode étant représentée par une plaque de plomb. Ou par un revêtement en plomb du bac.

Variété de procédés

* Oxydation anodique technique ou industrielle

C'est un traitement sans coloration, ni amélioration de la surface qui reste brute d'usinage.

Seul le durcissement de la surface est effectué.

* Oxydation anodique décorative

Préparation de la surface: ponçage, brossage, polissage.

Alliages appropriés: Peraluman, Extrudal, Anticorodal, Grinatal.

- Eloxage incolore: procédés Grinatal, Permalux, oxydation, rinçage, puis bain de fermeture des pores. Durée env. 40 min.

- Eloxage avec coloration: oxydation, rinçage, coloration, rinçage, bain de fermeture des pores. Durée env. 1h.

- Traitement Sanodal: couleurs organiques dans l'eau du bain.

Teintes: jaune-citron, Champagne, jaune-or, rouge-grenat, bleu à noir. Ces teintes pourraient être sensibles au plein soleil.

- Traitement colinal, Raycolor, etc.

Coloration par sels métalliques à base de cobalt.

Teintes: bronze clair, moyen et foncé, graduellement jusqu'au noir. Ces teintes résistent mieux a la lumière.

- Traitement Permalux Eloxage dur, résistant a la lumière.

Teintes: argenté, bronze clair à foncé, jusqu'au noir.

Les normes et labels de qualité pour ces traitements sont établis par EWAA = European Wrought Aluminium Association (Association européenne pour les demi-produits en aluminium).

Préparation technique:

Dans la mesure du possible, prévoir les assemblages sans soudures. Si les soudures sont nécessaires, les prévoir dans un endroit caché ou dans les angles. Choisir dans ce cas le procédé de soudage à l'arc protégé (TIG) ou le soudage par étincellage. N'effectuer en aucun cas du brassage fort ou tendre, qui provoquerait des taches après l'éloxage. Collage invisible possible. Lorsque l'ouvrage destiné à l'éloxage, doit être cintré à chaud ou soudé, il faut donner la préférence au Peraluman. Pour d'autres alliages, dits trempants, les pièces terminées doivent être trempées (chauffées à environ 500°, refroidies à 30°, puis mûries à froid, à l'air, ou à chaud, suivant l'alliage entre 130° et 200°, pendant 0,5 à 24 heures.

Les corps creux devront être percés pour permettre le rinçage complet.

Entretien: Les pièces éloxées doivent être manipulées avec précaution. Enlever les taches éventuelles avec de l'eau, de l'eau de savon ou avec un chiffon humecté de pétrole, essuyer ensuite avec un chiffon propre. Appliquer éventuellement de la vaseline ou une cire. Ne jamais utiliser un produit de nettoyage pouvant rayer ou attaquer la surface.

Prendre toutes précautions pour éviter des dégâts sur le chantier, ou pendant le transport.

Se conformer aux prescriptions des fournisseurs d'aluminium.

6. Recouvrement par des matières synthétiques:

Les métaux mi-ouvrés: barres, tubes, feuilles ainsi que les ouvrages de construction métallique peuvent être recouverts de peintures plus ou moins

épaisses, généralement à base de résines synthétiques ou naturelles (caoutchouc).

Les résines synthétiques sont variées: Polyéthilène (PE), Polychlorure de vinyle (PVC) qui sont thermoplastiques, ou résines époxydes, silicones, etc., qui sont thermodurcissables.

Ces matières, appelées matières plastiques, ont diverses couleurs et peuvent avoir une surface lisse, granulée, cannelée, etc.

Modes d'application

* Par projection au pistolet: la matière plastique est liquéfiée dans un pistolet à air comprimé, puis projetée sur le métal. Le séchage peut être effectué à l'air ou au four, ou avec un réflecteur infra-rouge.

* Par électrophorèse: pour la couche de fond des carrosseries, etc. Un premier traitement, la phosphatation, consiste en l'application, par procédé électrostatique, d'une couche de poudre formée de phosphates de zinc et de manganèse.

Un deuxième traitement, la cataphorèse, consiste à plonger la carrosserie, reliée au pôle négatif, dans 100 m3 d'eau contenant en suspension une résine synthétique et un pigment anti-rouille reliés au pôle positif. La tôle attire les particules de peinture jusque dans les endroits les plus cachés, formant une couche de 25 à 30 microns, soit 6 ou 7 kg par voiture. On assure ainsi une bonne résistance à la corrosion, à l'usure et au vieillissement.

Le traitement est renforcé par l'application d'une épaisse couche de PVC élastique sur la partie inférieure de la carrosserie, et de résine époxyde, résistante à l'abrasion et à la corrosion, sur les roues.

* Par thermolaquage: pour la menuiserie métallique et le revêtement de façades. La tôle d'aluminium, préalablement phosphatée et chromatée, passe en continu par un système de rouleaux qui l'enduisent de résines synthétiques teintées et la conduisent au travers d'un four, pour séchage et durcissage. La bande de tôle est ensuite coupée de longueur. Elle peut être pliée, cintrée, etc.

* Par projection électrostatique la matière plastique est projetée sous forme de poudre (ou liquide) par un pistolet à air comprimé mis sous une tension de 50000 à 100 000 volts et une intensité de 0,2 mA. Chargées d'électricité statique, les particules adhérent à la pièce à recouvrir

(suspendue) en formant une couche régulière, qui sera fixée par frittage dans un four, entre 130° et 200°.

* Par frittage «au tourbillon»: les pièces sont chauffées dans un premier four. Elles passent ensuite dans un récipient où la poudre est mise en tourbillon par de l'air comprimé. La poudre se colle à la pièce chaude puis elle est frittée dans un deuxième four.

* Par extrusion: le fil ou la barre à recouvrir, défile au travers d'une presse à extruder et de sa filière. Simultanément, la presse injecte la matière plastique, enrobant ainsi le métal au passage, et au gabarit de la filière.

* Par collage: utilisé pour la tôle Skinplate.

La tôle d'acier ou d'aluminium, passe en continu par un système de rouleaux qui l'enduisent de colle et la conduient au travers d'un four à réchauffer. Au sortir du four un autre jeu de rouleaux, amène une feuille de matière plastique, lisse ou granulée, en contact avec la tôle et opère le collage par pression.

Questionnaire pour l'étude à domicile et pour les compositions

Métallurgie

Sidérurgie:

1. Nommez les métaux ferreux, indiquez ce qui les différencie.2. Qu'est-ce qu'un minerai de fer? Donnez trois noms de minerai!3. Qu'est-ce qu'un haut fourneau, quel est son chargement?4. Qu'est-ce que la réduction?5. Qu'est-ce que la carburation?6. Quels sont les produits du haut fourneau?7. Désignez les composants de la fonte!8. Quelles sont les sortes de fonte?9. Comment transforme-t-on la fonte blanche en acier? (principe)10. Quels sont les procédés d'affinage par soufflage?11. Quels sont les procédés d'affinage au four?12. Qu'est-ce que la «réduction directe»?13. Quels sont les deux procédés de coulée de l'acier?14. Comment et pourquoi forge-t-on les gros lingots d'acier?

Qualités des métaux:

1. Qu'est-ce qu'un effort de traction?2. Qu'est-ce qu'un effort de flexion?

3. Qu'est-ce qu'un effort de cisaillement?4. Donnez la signification de: ténacité, dureté, malléabilité!

Alliages:

1. Qu'est-ce qu'un alliage, quels sont ses principaux avantages?2. Citez 2 aciers inoxydables, indiquez leurs caractéristiques!3. Décrivez 2 sortes d'acier à outils!4. Qu'est-ce qu'un acier rapide?5. Qu'est-ce qu'un métal dur fritte?6. Désignez 4 sortes de fonte!7. Qu'est-ce que l'acier coulé?

Métaux non ferreux:

1. Expliquez, sommairement, la métallurgie du cuivre!2. Indiquez les propriétés du cuivre!3. Nommez le minerai d'aluminium!4. Décrivez les deux étapes de la métallurgie de l'aluminium!5. Indiquez les propriétés de l'aluminium!

Alliages non ferreux:

1. Indiquez la composition de base du: laiton, bronze, cupro-nickel!2. Indiquez l'utilisation de ces trois alliages!3. Nommez 5 composants destinés aux alliages d'aluminium!4. Quels sont les alliages d'aluminium, non trempants?5. Quels sont les alliages d'aluminium, trempants?6. Enumérez quelques tôles spéciales en métal léger!7. Décrivez les panneaux multicouche: alucobond et alucopan!8. Indiquez les degrés de dureté des alliages et leur numéro d'ordre!9. Indiquez le coefficient de dilatation de: Ac, Al, Cu, Zn, béton, PVC!

Fonderie:

1. Quels sont les métaux employés en fonderie?2. Enoncez le principe du moulage en sable!3. Expliquez le but et les particularités du modèle de fonderie!4. Qu'est-ce qu'un mètre à retrait?5. Qu'est-ce qu'un noyau? Qu'est-ce qu'un moule de fonderie?6. Enumérez les autres procédés de moulage!

Protection des métaux:

1. Quelles sont les différentes sortes de corrosion?2. Situez dans la série électrochimique la position des métaux suivants:

aluminium, chrome, cuivre, étain, fer nickel, zinc!3. Comment peut-on nettoyer les surfaces à protéger?4. De quoi sont composées les peintures?5. Comment sont classées les peintures?6. Quels dangers présentent les peintures et les décapants?7. Qu'est-ce que la métallisation?8. Expliquez le procédé de zingage à chaud et les précautions à prendre!9. Expliquez le procédé de zingage électrolytique (galvanisation)!10. Qu'est-ce que le chromage?11. Expliquez la projection au pistolet!12. Qu'est-ce que l'oxydation anodique des métaux légers?13. Quelles sont les variantes, quelles précautions faut-il prendre?

28. Production des pièces mécaniques par formage

I. Principe

Le FORMAGE consiste à déformer un matériau, à chaud ou à froid, sans déchirure ni rupture pour lui faire épouser une forme donnée par un outillage (galet, matrice, vé...).

Les différentes techniques existantes mettent en œuvre un ou plusieurs des phénomènes suivants:

- écrasement de la matière- étirage de la matière- pliage de la matière.

II. Mise en forme par écrasement de la matière

1. Le laminage:

La technique de LAMINAGE permet de façonner des tôles, des profilés, des billes, des ébauches de matriçage... par écrasement de la matière entre deux cylindres. Cette opération peut s'effectuer à chaud ou à froid.

FigureLe laminage a pour avantage d'améliorer la compacité des matériaux qui se présentent généralement sous forme de lingots coulés.

Produits semi-ouvrés

Produits ouvrésLes cylindres du laminoir à profilés portent des cannelures permettant à la barre d'atteindre son profil définitif après avoir passé successivement de l'une à l'autre.

Après avoir été dégrossies sur un laminoir à chaud, les tôles fines passeront au laminoir à froid Sendzimir. Ce laminoir qui comporte une vingtaine de rouleaux assure une exécution très précise et très lisse de la tôle. Il peut être combiné avec une installation de décapage et de zingage à chaud (au bain).

étapes du laminage

2. Le matriçage ou estampage:

* Ces deux termes sont devenus aujourd'hui synonymes. Cette technique consiste à insérer un matériau sous forme de lapin (porté à une température rendant le matériau pâteux) entre deux matrices.

* L'outillage est constitué de deux demi-matrices en acier dans lequel - les sont creusées les empreintes à la forme de la pièce. Le rapprochement des deux parties de la matrice oblige le lapin à remplir l'empreinte. L'excédent de matière s'écoule sous forme de bavure dans le plan de joint de la matrice.

matrice à une gravureLa matrice possède une ou deux gravures (ou empreintes) suivant que la pièce est formée en une ou deux passes.

* le poste de travail le plus courant se compose:

- d'un laminoir d'ébauche- d'une presse verticale à estamper- d'une presse d'ébavurage.

III: Mise en forme par étirage de la matière

1. Etirage à froid:

Cette opération consiste à faire passer à froid, par traction, une barre (préalablement laminée à chaud) a travers une filière en acier spécial, percée d'un trou ayant la forme du profil désiré.

Etirage à froidL'extrémité appointie de la barre est engagée dans la filière, elle est ensuite saisie par une pince, elle-même entraînée par une chaîne.

Auparavant, les barres auront été recuites, décapées et graissées. Après leur passage dans des filières de plus en plus petites, les bords auront une dimension précise au 1/10 de mm et une surface presque polie.

Cet aspect de la surface est désigné par «blanc», (aciers étirés blancs).

Le laiton, le cuivre et les métaux légers peuvent également être rectifiés par étirage à froid.

Pour l'étirage des tubes, on place à l'intérieur un mandrin retenu par une tringle.

2. Tréfilage:

Cette opération, semblable à l'étirage, concerne la fabrication des fils.

Tréfilage

De part et d'autre de la filière, le fil est enroulé sur des tambours.

Au-dessous du diamètre de 5 mm, l'acier ne peut plus être laminé, il doit être tréfilé. Plusieurs filières peuvent être montées à la suite les unes des autres.. Le cuivre peut être étiré en fils extrêmement fin.

Tréfilage en série

3. Filage à la presse (extrusion):

Ce procédé convient très bien à la fabrication de profils en métal léger ou en laiton. Il est moins indiqué pour l'acier.

Une billette de forme cylindrique est introduite dans le récipient de la presse à filer, contre une filière (matrice) percée à la forme du profil choisi. Un fouloir (piston) presse la billette (env. 1000 N/mm2) et force le métal à sortir par l'ouverture de la filière.

Avant son introduction la billette est chauffée pour rendre le métal pâteux (400 à 520 °C pour les alliages d'aluminium). Cette température est maintenue à l'intérieur de la presse par un chauffage électrique.

Si le profil doit être creux (tube), le fouloir sera muni d'un poinçon qui passera au travers de la filière avec un jeu correspondant à l'épaisseur de la paroi du tube.

Filage à la presse Profils non creux

Filage à la presse Profils creux (tubes)

IV. Mise en forme par pliage de la matière

1. Le roulage:

La technique de ROULAGE permet l'obtention de formes de révolution à génératrice rectiligne (cylindre, cône...).

Réalisation d'une enveloppe cylindrique sur une machine à trois rouleaux

2. Le pliage:

Ces techniques permettent la réalisation de plis rectilignes. Les machines sont de deux types:

* les machines à plier* les presses-plieuses: deux techniques sont utilisées:

a. pliage en l'air: l'angle de pli est défini par la pénétration du poinçon dans le vé

b. pliage en frappe: le poinçon et le vé ont des angles sensiblement équivalent à celui du pli désiré.

Questionnaire pour l'étude à domicile et pour les compositions

Production des pièces mécaniques par formage:

1. Qu'est-ce qu'un laminoir, quels sont ses produits?2. En quoi consiste l'étirage? et le tréfilage?3. Qu'est-ce que le filage à la presse, qu'obtient-on ainsi?4. Expliquez le principe du matriçage!

29. Classification des fers

I. Normalisation

Les qualités, formes et dimensions des métaux (barres, feuilles, tubes, éléments d'assemblage, etc.) sont normalisés.

Les prescriptions sont numérotées et publiées sous forme de "Feuilles de Normes", renouvelées et complétées régulièrement. Elles sont nationales ou internationales.

Emploi des termes "FER" et "ACIER"

Le terme FER concerne l'élément pur, symbolisé par Fe.

Il est employé pour désigner des aciers pauvres en carbone, par ex: acier extra-doux, fer Armco, etc. (pr. moteurs, électro-aimants).

Dans la pratique, on emploie encore le terme "fer" pour désigner la forme des barres: fer carré, fer équerre (cornière), fil de fer, fer forgé, ainsi que pour désigner les nuances d'acier: Fe 360, ou le minerai de fer.

Le ternie ACIER concerne l'alliage Fe C, symbolisé par Ac.

Il doit être employé pour désigner les sortes d'acier: acier doux, acier Thomas, acier étiré blanc, acier à outils, acier allié, etc.

Dans le commerce, on emploie de plus en plus le terme "acier" pour désigner la forme des barres: acier carré, acier équerre, acier étiré plat.

Classification commerciale en 6 groupes de formes: aciers profilés, aciers marchands, feuillards, larges-plats, tôles, tubes.

II. Aciers profilés

appelés parfois "poutrelles" ont une hauteur (âme) d'au moins 80 mm.

On distingue trois catégories:

Profilés Normaux: l'espèce à congés

profilé I, fer à 1 ou IPN

profilé U, fer à U ou UPN

Profilés à ailes parallèles: l'espèce à angles vifs

IPN

UPN

Profilés à larges ailes:

profilé H, fer a H

III. Aciers marchands

Aciers plats, carrés, ronds, demi-ronds, six-pans, bruts ou étirés.

1. Fers plats

Section DimensionL longueur de 6 m à 12 ml largeur de 10 mm a 180 mm en même plusé épaisseur de 2 mm à 60 mm environExp.: de désignation fer plat de 40 x 6 x 6000

l é Lou fer de 40 x 6 x 6000

Figure

2. Fers carrés

Exp.: fer carré de 10 x 6000 veut dire que tous les cotés mesurent 10 mm, oufer de 10 x 6000

Figure

3. Fers ronds

Exp.: fer rond de ø 20 x 6000D = ø = diamètre

Figure

4. Profilés

- cornières:

a) les cornières à ailes égales à congés dont l'épaisseur est normalement 1/10 de la largeur.

Figureb) les cornières à ailes inégales à congés

Figurec) les cornières à angles vifs ou à équerre

Figure

Figure- les fer à T simple dont la lame est située au milieu de la table.

Figure

IV. Câblespour portes basculantes, contre-poids, treuils, élingues.

Sont fabriqués avec du fils d'acier galvanisé, ayant une résistance a la rupture d'environ 1800 N/mm2 (180 kg/mm2).

Ils sont composés de deux éléments fondamentaux:

1. les torons, partie active qui transmet les efforts généralement au nombre de 6 et totalisant, par exemple:

114 fils pour un câble de 5 mm, charge de rupture 13300 N/mm2

186 fils pour un câble de 8 mm, charge de rupture 38000 N/mm2

2. L'âme en chanvre, qui est le support des torons.

La charge pratique de ces câbles ne dépassera pas le 1/10 de la charge de rupture.

Le diamètre de la poulie, au fond de la gorge, sera égal à 20 fois le diamètre du câble.

V. Les tôles industrielles

Les tôles d'acier sont classées selon leur: - qualité,- surface,- épaisseur,- format et utilisation.

1. Qualité - T acier ThomasM acier MartinY acier soufflé à l'oxygèneO qualité ordinaireD tôle d'usage généralEDD tôle pour emboutissage modèreSEDD tôle pour emboutissage extra profond

2. Surface - tôle noiretôle décapée une foistôle décapée deux foistôle pour menuiserie métallique et carrosserie

3. Epaisseur - tôle fine de 0,18 à 2,75 mm d'épaisseurtôle moyenne de 3 à 4,5 mm d'épaisseurtôle forte des 5 mm d'épaisseur.

4. Format

Les formats usuels sont:1000 x 2000, 1220 x 2440, 1250 x 2500, 1500 x 3000, 1500 x 4000, 2000 x 4000 ou 6000.

Figure

5. Variétés de tôles

- tôle noire, laminée à chaud- tôle striée, utilisé pour la confection de marches d'escaliers, hauteur des sties: 1,5 à 2,5 mm

* tôle striée à losanges acier* tôle à loupes acier* tôle à lentilles métal léger

- tôle décapée

* une fois décapée après laminage à froid, la plus courante;* deux fois décapée avant et après laminage final a froid.

- tôle ondulée, généralement servant à la couverture des usines ou des hangars et des maisons, zinguée a chaud, droite ou cintrée.

- tôle profilée (nervurée), zinguée à chaud avant profilage pour planchers (Holorib), pour toitures et façades (Holodeck).

6. Tôles avec protection de surface

- tôle zinguée à chaud,procédé Sendzimir à couche fine, livrée en feuilles ou en rouleaux, en différentes qualités de surface: avec ou sans "fleurs de zinc", traitée, satiné ou mate. Peut être pliée, pressée, emboutie, laquée.

- tôle électrozinguée,à froid (galvanisée) par électrolyse, couche extra-fine, peut être pliée, emboutie, soudée et peinte.

- tôle aluminisée à chaud,(bain d'aluminium) bonne résistance mécanique et à la corrosion jusqu'à une température de 670°C.

- tôle étamée à chaud(bain d'étain) ou froid par électrolyse.

- tôle plaquée en acier (bimétal)une couche, d'un autre métal tel que: acier inoxydable. Alliages de nickel, cuivre, laiton, etc., est appliquée par laminage à température relativement élevée.

- tôle plastifiée en acier ou en aluminium,pour meubles métalliques, etc., un revêtement en matière plastique est appliquée par laminage ou par collage sur une face. La matière plastique peut être appliquée au pistolet ou par immersion dans un bain.

7. Tôles spéciales

- tôle en acier résistant aux intempéries,une couche d'oxyde se forme pendant deux ans, puis se stabilise en prennant une teinte brun-violacé, convient surtout pour constructions techniques extérieures, pylônes, ponts, usines, etc.

- tôle en acier inoxydable polie, mate ou granulée.

- tôle perforée pour protections diverses et cribles.

- métal déployé tôle fendue, puis déployée, pour grillages, protections.

- tôles métaux et alliages divers, aluminium, cuivre, zinc, plomb.

- panneaux multicouches plats ou nervures, lisses ou granulés, composés de deux tôles en métal léger (évent. en acier) et d'une âme de quelques mm d'épaisseur en polyéthilène (Alucobond) ou d'une âme de quelques cm d'épaisseur en mousse expansée (Alucopan).

- plaques ondulées en matière plastique (PVC), en couleurs, opaques ou transparentes (Tettovinyl).

- plaques stratifiées, éternit, verre, isolants etc.

Figure

VI. Les tubes

Les tubes désignés par leur ø extérieur et intérieur et par leur épaisseur et varie de 2 jusqu'à 150 mm.

Figure

Dans cette série de tubes à section ronde on rencontre les tubes aciers et les tubes galvanisés.

Dans la fabrication des tubes entre aussi les sections carrée et rectangulaire.

Désigné couramment: tube carré et tube rectangulaire.

Figure

30. Traitements thermiques des métaux

I. Définition

Par traitement thermique, on désigne toute opération faite à chaud et destinée à modifier la structure d'un métal pour lui donner de nouvelles qualités. Ces traitements sont:

pour l'acier: la trempe, le recuit, et la cémentation;pour la fonte: la malléabilisation.

1. Constituants de l'acier à outils:

* le fer pur (Fe) l'acier à outils en contient 99,5 à 98,5%;+ le carbone (C) l'acier à outils en contient 0,5 à 1,5%.

2. L'atome de fer est constitué par un noyau formé de 26 protons et de 30 neutrons, autour duquel gravitent 26 électrons.

L'atome de carbone est constitué par un noyau formé de 6 protons et de 6 neutrons, autour duquel gravitent 6 électrons.

Rappel: les métaux, (comme tous les éléments) se distinguent entre eux par le nombre de particules qui les constituent et qui leur donnent leurs caractéristiques.

En alignant 3,5 millions d'atomes de fer, on obtient 1 millimètre.

3. Le cristal de fer est constitué par des atomes de fer assemblés en réseau (réseau cristallin) à la façon de cubes empilés.

A l'état froid, le fer, dit «fer alpha», forme (par convention) son réseau avec des cubes comprennant un atome à chaque sommet, plus un atome au centre. Le cube est dit «massif centré».

A l'état chaud, le fer, dit «fer gamma» forme (par convention) son réseau avec des cubes comprennant un atome à chaque sommet, plus un atome au milieu de chaque face. Dit «cube creux a faces centrées».

Il n'y a pas de molécule de fer, les atomes des faces et des sommets appartiennent aussi au cube voisin.

La maille du réseau cristallin (arête du cube) mesure environ 0,28 millicron pour le fer alpha et 0,36 millicron pour le fer gamma.

4. Le grain de fer comprend un nombre plus ou moins grand de mailles. La grosseur de ce grain, dit fin ou grossier, dépendra du traitement thermique (par ex. trempe) ou mécanique (par ex. forgeage, laminage).

atome

réseau cristallin de fer alpha

grains de fer (env. 1/10 mm ø)

5. Le carbure de fer (Fe3C) combinaison de 3 atomes de fer et de 1 atome de carbone, (voir sous 7 cémentite).

6. Structures de l'acier à outils:

L'atome de fer et le réseau cristallin sont pratiquement invisibles. Les représentations que l'on en fait sont donc conventionnelles.

Entre l'atome invisible et le grain de fer qui est visible à l'œil nu, il est possible, au moyen d'un microscope, de distinguer la structure de la matière. Cette structure varie en fonction de la teneur en carbone et des traitements thermiques.

7. Variétés de structures:

La ferrite est du fer «alpha» pur. Elle est malléable et facilement usinable, mais sa résistance est faible. Symbole: Fe.

Le graphite est une des formes du carbone (réseau hexagonal). Une autre forme est le diamant (réseau cubique) ou le charbon (qui ne se cristalise pas). Symbole: C.

La cémentite est Un carbure de fer (Fe7C), combinaison chimique de fer et de carbone (6,7% C). Elle est dure, cassante, non usinable.

La perlite est un mélange de ferrite et de cémentite, contenant toujours 0,9% C. Elle est résistante et usinable, peu malléable.

L'austénite est du fer «gamma», mélange de fer et de carbure de fer. Elle se forme à chaud (voir le diagramme: fer-carbure de fer). Elle a la propriété de dissoudre le réseau de carbone, c'est-à-dire de séparer ses atomes.

La martensite est l'état de l'austénite après la trempe. C'est une structure très fine et très dure, qui ne résiste pas à la chaleur.

Il existe d'autres structures intermédiaires, ce sont: la sorbite, la troostite, la bainite, etc.

Ci-dessous 4 microphotographies au 1:1000. Les avales mesurent en réalité environ 0,06 mm de long.

Perlite

Perlite + Ferrite

Perlite + Cémentite

Martensite

II. Transformations de l'acier, théorie de la trempe.

1. Pour la fabrication de l'outillage, on utilisera les aciers au carbone soit:

Perlite + Ferrite pour les aciers ayant une teneur de 0,1 à 0,8%C.Perlite pour une teneur de 0,9%C.Perlite + Cémentite pour une teneur de 1%C et plus.

2. Diagramme Fer - Carbure de Fer

Figure

Cette figure représente les effets du chauffage de quelques éprouvettes d'acier contenant entre 0,2 et 1,2% de carbone.

La ligne horizontale «Ac 1» située à 725° indique qu'une transformation s'amorce à cette température, et cela pour toutes les catégories d'acier. La perlite se transforme en austénite.

Les lignes obliques «Ac 3» et «Ac cm» indiquent la température à partir de laquelle toutes les structures sont transformées en austénite, et le fer alpha transformé en fer gamma.

Le point «S» est appelé point «Eutectique», correspond à une teneur en carbone de 0,9%. C'est la température de transformation la plus basse des alliages fer-carbone.

La ligne mixte · - · - · - · - indique la température, dite «température de trempe» à laquelle il faut porter l'acier lors de la trempe.

La température de trempe des aciers ayant 0,9%C (dits «eutectiques») et des aciers ayant moins de 0,9%C (dits «hypo-eutectiques») est environ 35° plus élevée que celle indiquée par la ligne «Ac 3».

Pour les aciers extra-durs ayant plus de 0,9%C (hyper-eutectiques) la température de trempe reste fixée a 760°, il n'est pas nécessaire de transformer la cémentite en austénite, elle est suffisamment dure.

L'acier ne prend bien la trempe, qu'à partir d'une teneur en carbone de 0,5% (aciers demi-durs). Entre 0,1 et 0,4%C, c'est de l'acier doux.

3. Théorie de la trempe

Lorsque l'on chauffe un acier au-dessus de son point de transformation supérieure (ligne Ac 3 du diagramme Fe-C), le fer gamma qui s'est formé à la propriété de dissoudre le carbone.

* Les atomes de carbone, qui se trouvent dans l'acier, se séparent les uns des autres. Ils se répandent à l'intérieur du cristal de fer gamma, comme du brouillard à travers les branches d'un arbre, et se répartissent régulièrement.

On obtient ainsi une nouvelle structure: l'austénite.

* Si l'on laisse l'acier se refroidir lentement, le carbone ressort du réseau gamma et l'acier retrouve sa structure précédente. Voir au diagramme les structures en dessous de 725°.

* Mais si l'on refroidit brusquement l'acier, le carbone n'a pas le temps de sortir du réseau qui, tout en redevenant du fer alpha, garde le carbone dans ses mailles.

L'austénite s'est transformée en une nouvelle structure, qui sera la martensite, et dont le grain sera très fin. Mais sa qualité principale sera une très grande dureté.

Fer alpha dans la structure ferrite, à l'état froid. Seuls les noyaux des atomes sont représentés. Les orbites des électrons se touchent.

Fer gamma dans la structure austénite, à l'état chaud. Un atome de carbone s'est glissé dans le cube.

Fer alpha dans la structure martensite, après la trempe. Les atomes de carbone sont, ici, (petites sphères) disposés sur les faces horizontales des cubes.

III. Pratique de la trempe

1. Règles pour chauffer

Il faut chauffer lentement, progressivement et à cœur. Les pièces à tremper doivent d'abord être nettoyées et dégraissées.

La température à atteindre dépend de la qualité de l'acier (acier au carbone ou acier allié) et sa teneur en carbone.

Il est donc nécessaire de connaître ces données avant de commencer le travail.

Les outils d'établi, burins, poinçons, etc., sont en acier au carbone d'une teneur de 0,9 a 1,2%C. Conformément au diagramme Fe-C on les portera à la température de 760°, correspondant à la couleur rouge cerise fonce.

Il est mauvais pour cet acier, d'être surchauffé. On prendra garde de ne pas atteindre, ni surtout dépasser 810° (rouge cerise clair).

Il est donc prudent de ne pas laisser stationner une série d'outils dans le feu de forge.

Les fabriques d'outillage utilisent de préférence des fours spéciaux munis d'instruments précis de contrôle de la température, par exemple des pyromètres à bi-métal, dits thermo-électriques (aiguille et cadran) ou des pyromètres optiques, à filament lumineux (comparaison de couleur entre la pièce chaude et le filament).

2. Couleurs d'incandescence: (lumineuses)

Rouge foncé 680°Rouge clair 850°Rouge cerise ronce 750° Jaune 1000°Rouge cerise 780°Blanc-soudant 1200°Rouge cerise clair 810°Point de fusion 1500°

3. Règles pour refroidir:

Le refroidissement de la pièce a tremper se fera en la mettant en contact avec Un liquide, un solide froid, ou à l'air.

La vitesse de refroidissement (différence de température) doit être très grande pour les aciers au carbone et d'autant plus petite que l'acier contiendra du nickel ou de manganèse.

Le volume du bain de trempe doit être assez grand, pour ne pas être échauffé trop rapidement.

4. Variétés de trempes:

Trempe vive se fait dans un bain froid à haute conductibilité de la chaleur, par exemple l'eau douce ou l'eau salée.

Elle est utilisée pour les burins à fer ou à pierre.

trempe douce plus lente, se fait dans l'huile ou à l'air.

Elle est utilisée pour les tarauds, mèches, poinçons et matrices, etc.

Trempe étagée en bains de sels, huile sur eau, plomb fondu, etc.

Elle est utilisée pour les aciers spéciaux, rapides, etc.

L'acier rapide, chauffé à 1200° est plongé dans un bain (huile ou sels) à 400°, puis soumis à un violent courant d'air jusqu'à refroidissement total.

5. Trempe combinée

C'est le procédé couramment utilisé dans les ateliers pour la confection et la réparation des outils d'établi. Il combine en une seule chauffe les opérations de trempe et de revenu.

* chauffer l'outil (broche, ciseau, etc.) au rouge cerise foncé, env. 3 cm;

* plonger l'extrémité (env. 1 cm) dans l'eau jusqu'à son refroidissement;

* blanchir la partie refroidie en la frottant avec une lime ou sur une brique rugueuse;

* laisser revenir la chaleur emmagasinée à l'arrière. La pointe de l'outil se colore par oxydation;

* au moment où la couleur choisie apparaît, plonger immédiatement l'outil dans l'eau et le refroidir complètement.

IV. Le revenu

Le revenu a pour but de diminuer la fragilité des aciers trempés. Il supprime les tensions internes provoquées par la trempe.

Il restitue une partie de la résistance et de l'élasticité, et permet d'obtenir des duretés intermédiaires adaptées aux conditions d'utilisation des outils.

Ces effets sont obtenus par un réchauffement après trempe, mais à une température ne dépassant, en général, pas 320°.

1. Couleurs de revenu

Lorsqu'un acier poli ou blanchi est exposé à la chaleur, sa surface se colore par oxydation de teintes plus ou moins foncées, en fonction d'une part de la température atteinte et d'autre part de la durée d'exposition à la chaleur.

La couleur indiquera donc, approximativement, la température atteinte.

Jaune paille 220° Violet 280° burins à ferJaune foncé 240° Bleu foncé 290°Brun 260° burins à pierre Bleu clair 320°Rouge pourpre 270° Gris bleu 340°

2. Procédés de chauffage (refroidissement)

* par réserve interne, voir: trempe combinée.

* par deuxième période de chauffage, après un refroidissement complet lors de la trempe. L'acier est alors réchauffé soit au feu de forge, soit posé sur une plaque de fer portée au rouge. C'est, dans ce cas, l'arrière de l'outil qui sera exposé à la chaleur, afin de pouvoir contrôler la progression de la couleur de revenu.

* par immersion dans un bain chaud d'huile ou de sels fondus. Les pièces étant à l'abri de l'air, il n'y aura pas de coloration. La température sera contrôlée par un thermomètre.

V. Le recuit

a pour but de détruire l'effet de la trempe et du revenu, ou de régénérer un métal écroui par suite de martelage à froid.

Il consiste à réchauffer un acier jusqu'à son point de transformation (Ac 3), puis à le laisser refroidir très lentement, à l'abri de l'air, par exemple dans un mélange de sciure et de cendres.

VI. Recuit des métaux non ferreux

Ils sont rendus mous par un recuit, suivi d'une trempe.

VII. La cémentation

Cémenter consiste a carburer la surface d'un acier doux, en lui ajoutant du carbone. On chauffera la pièce à 900° (Ac 3) pour obtenir du fer gamma, qui pourra dissoudre et absorber le carbone.

Cette couche cémentée, dont l'épaisseur varie de 0,2 à 3 mm, est donc transformée en acier trempable. Après la trempe, la surface de la pièce deviendra très dure, mais l'intérieur restera doux. La pièce aura ainsi Une grande résistance à l'Usure et à la rupture.

Le cément utilisé, riche en carbone, sera: solide, liquide ou gazeux.

Le cément solide est un mélange de charbon de bois et de carbonate de baryum. Pièce et poudre sont enfermées dans une boîte, et le tout est chauffé pendant plusieurs heures.

Le cément liquide est du cyanure de potassium en fusion, dans lequel l'on suspend les pièces à traiter. Dureté obtenue: HB = 750 (Brinell).

La vitesse de pénétration est d'environ 0,4 mm par heure.

On peut aussi saupoudrer les pièces avec la poudre à cémenter et les chauffer sur le feu de forge, mais l'effet est très superficiel.

Comme cément gazeux divers gaz sont valables.' Par exemple: l'acétylène. Utiliser un chalumeau avec excédent d'acétylène, après avoir chauffé la pièce à 800°. Passer alors le panache de la flamme sur la surface a cémenter, en prennant garde de ne pas la brûler. La Vitesse de pénétration est de 0,1 à 0,2 mm Par minute.

VIII. La nitruration

Nitrurer consiste à durcir la surface d'un acier en lui faisant absorber à chaud de l'azote, sous forme de gaz ammoniac.

La dureté obtenue (HB = 1100 Brinell) sera plus grande que pour les pièces cémentées, elle résistera à la chaleur jusqu'à 500°.

IX. La malléabilisation

Malléabiliser consiste à décarburer une pièce en fonte en lui enlevant du carbone ou en modifiant la structure du carbone.

Fonte malléable blanche

Les pièces (raccords d'appareillage, par ex.) sont coulées en fonte blanche, puis déposées dans un récipient et entourées d'oxyde de fer.

Le tout est chauffé à environ 1000° pendant plusieurs jours et l'oxyde de fer obsera le carbone.

Les pièces minces, jusqu'à 3 mm d'épaisseur, seront entièrement décarburées (jusqu'à 8 mm pour la fonte malléable soudable). Elles auront des qualités semblables à celles de l'acier doux.

Fonte malléable noire

Les pièces sont recuites en atmosphère neutre (non oxydante).

Le carbone n'est pas enlevé, mais sa structure est modifiée. Le graphite va se présenter sous forme de petites sphères au lieu de lamelles (par suite d'une addition préalable de manganèse). Cette fonte aura une structure homogène, quelle que soit l'épaisseur des parois et des qualités semblables a celles de l'acier doux.

Questionnaire pour l'étude à domicile et pour les compositions

Traitements thermiques des métaux:

1. Qu'est-ce qu'un traitement thermique?2. Quels sont les constituants de l'acier à outils?3. Donnez la signification des termes: ferrite, graphite, martensite!4. Que se passe-t-il dans l'acier à outils pendant le chauffage?5. Que se passe-t-il dans l'acier à outils pendant le refroidissement lent?6. Que se passe-t-il dans l'acier à outils pendant le refroidissement brusque?7. Etablissez un tableau portant les couleurs d'incandescence!8. Quels outils demandent: a) une trempe vive, b) une trempe douce?9. Expliquez la trempe combinée d'un burin plat!10. Expliquez la différence entre le revenu et le recuit!11. Etablissez un tableau portant les couleurs de revenu!12. Qu'est-ce que la cémentation?13. Qu'est-ce que la malléabilisation?14. Quelle est la différence entre les fontes malléables: blanche et noire?

31. Le forgeage

I. Définition

Le forgeage est un travail par choc ou par pression du métal à une température uniforme de cohésion de la matière diminuée (malléabilité).

II. But

Donner au métal la forme approchée ou définitive de la pièce à obtenir.

III. Les métaux forgeables

Tous les métaux susceptibles de déformation à chaud ou à froid, par ex.: acier, cuivre, laiton, bronze, zinc, etc...

La fonte grise n'est pas forgeable.

La pièce forgée a une résistance plus élevée que la même pièce confectionnée par enlèvement de copeaux.

Figure

On peut soumettre aussi une pièce forgée à des efforts plus gros. La fibre produite dans le laminage n'est pas coupée par le forgeage.

REMARQUE - La haute teneur en carbone réduit la forgeabilité de l'acier.- L'acier à outils qui contient de 0,6 à 1,5% de carbone est moins forgeable que l'acier de construction qui en contient moins de 0,45%.

IV. Conception des forges

La forge est une caisse en tôle garnie intérieurement de briques réfractaires, ou centre des débuches tuyère d'où sort le vent pour activer le feu.

On retrouve généralement les même éléments de construction, tels que: l'enveloppe et les éléments de garnissage (réfractaires et isolantes).

1. Eléments d'enveloppe: ils varient suivant d'importance des forges. C'est ainsi qu'on rencontre:

- les blindages lourds; réalisés en maçonnerie (béton, briques, etc.), utilisés pour la construction des forges massives non transportables.

2. Les réfractaires: doivent répondre aux conditions suivantes:

- tenue aux températures, c'est-à-dire ne pas fondre sous l'effet de la chaleur.

- tenue aux chocs thermiques, ne doit pas se fissurer sous l'effet deséchanges thermiques.

- tenue aux chocs mécaniques.

- tenue aux effets abrasifs.

En règle générale un réfractaire doit présenter une structure dense et compacte.

3. Les isolants: leur fonction consiste à éviter les échanges thermiques en s'opposant ou passage de la chaleur.

4. Feu et charbon de forge: On emploie pour la forge les houilles grasses (maréchales) qui s'agglutinent et forment une goutte au-dessus de la forge. Cette goutte concentre la chaleur sur la pièce.

La partie de la pièce à chauffer doit être placée dans la zone combustion parfaite.

Figure

V. Température de forgeage des aciers doux et mi-durs

matériaux % carbone Forgeage seulement possibles dans les zoneszone température zone couleurau début à la fin au début à la fin

aciers de construction 0,15 à 0,2% 1 250 ° C 780 °C blanc cerise naissantaciers à outils- mi-durs 0,5 a 0,6% 1 150 ° C 850 °C jaune clair cerise- durs 0,6 a 0,8% 1 100 ° C 900 °C orange foncé cerise- extra durs 0,8 à 1,5% 1 000 ° C 900 °C cerise clair ceriseaciers rapide 1 150 ° C 900 °C jaune clair cerise

VI. Opération forgeage

1. Etirage: a pour but de diminuer la section de la pièce à forger(La longueur augmente et s'effectue par forgeage et contre forgeage, en tournant la pièce d'un quart de tour à chaque martelage) le volume de métal étiré reste le même.

Figure

* Les possibilités d'étirage sur l'enclume:

Figure

* Les étapes de la fabrication d'une pointe:

Figure

Figure

2. Refoulage: a pour but d'augmenter la section à certains endroits de la pièce (la longueur diminue).

Pièce refoulée

Figure

3. Coudage: est la réalisation d'un changement de direction d'un profil quelconque.

coudé sans refoulage

coudé avec refoulage (dans l'étau ou sur l'enclume)

Figure

4. Cintrage: mise en forme suivant une courbe (mandrin ou bride des rayons appropriés). La longueur nécessaire au cintrage se calcul en fibre neutre.

Figure

5. Soudage par forgeage: opération qui a pour but de réunir les extrémités des pièces à une forte température.

Figure

pièce soudée

6. Etampage: qui est un façonnage par compression dans des empreintes de forme voulue qu'on nomme étampe.

Figure

7. Tranchage: qui consiste à diviser le métal. Il s'effectue à froid ou à chaud au moyen de tranches.

Figure

VII. Recuit des pièces forgées

Le forgeage provoque des tensions internes dans le métal; il est nécessaire pour le forgeage d'effectuer un recuit de stabilisation (détentes qui libèrent les tensions).

- chauffage a 800 °C- refroidissement à l'abri de l'air.

VIII. Outillage de forge

Les opérations de forgeage nécessitent un matériel important à savoir:

- l'enclume- les marteaux: plusieurs sortes, variant en fonction du poids et du but de l'opération.

On rencontre:

Figure

Figure- porte-étampes

Figure- les pinces de forge (croches): servent pendant les opérations à chaud pour tenir les pièces.

les pinces de forge

1 - plate

2- d'étameur

3 - à burins

4 - pour fer rond

5 - universelle

IX. Pratique du travail a la forge

Elle comprend le chauffage et le façonnage.

Le chauffage s'effectue au foyer de forge, à la forge ou au four à gaz. Eviter la surchauffe qui détruit les qualités du métal.

Le façonnage s'effectue au marteau à main ou au marteau à frapper devant le manœuvre par un aide.

La pièce est posée sur l'enclume ou serrée dans les mors d'un robuste étau: étau de forge.

Les pièces courtes sont tenues à l'aide de pinces de forge dont la forme des mâchoires doit être adaptée à la section de la pièce a serrer.

X. Les accidents de forge

Les travaux de forge nécessitent une grande attention de la part de l'ouvrier car une simple négligence peut lui causer de graves incidents.

Ici, tous les cas de la prévention des accidents peuvent être posés.

Par contre il est important de rappeler quelques conseils:

- ne jamais utiliser le marteau en contact de l'enclume sans présence d'une pièce dont l'un peut se briser avec éclat;

- s'assurer de la bonne tenue des pièces avec les pinces de forge au lever du feu;

- ne jamais laisser les pièces chaudes traîner au sol;

- le port du tablier et des gants sont nécessaires en plus du casque;

- mouiller de temps en temps le charbon avec de l'eau pour éviter la progression de la flamme.

FORGE

32. Le torsadage

I. Définition

Torsader est la torsion d'une pièce à usiner en forme de barre autour de son axe longitudinal.

On peut torsader à froid ou à chaud selon la grandeur et la forme de la section.

Figure

II. Procédé de travail

Lors de l'opération «torsader», les génératrices droites de la pièce revêtent des formes hélicoîdales en se tournant autour de l'axe longitudinal de la pièce.

Les tensions ainsi provoquées n'entraînent qu'un raccourcissement négligeable de la barre tandis que la grandeur et la forme de la section restent invariables.

Figure

III. Application

Pour torsader, serrer la pièce à une extrémité et la faire tourner à l'autre extrémité autour de son axe longitudinal à l'aide d'un outil approprié, par ex. avec un tourne-à-gauche ou une clé à vis. Au cas d'une pièce longue prendre soin d'introduire à l'avance un tube de section égale aux diagonales du fer à torsader; pour empêcher toute flexion autour des sections.

Figure

33. L'usage des profiles de fer

On appelle profilés les fers en barres ayant des sections étudiées pour offrir le maximum de rigidité et de légèreté à la fois (par ex.: L, T, U, I, H, UT, etc.).

Tous les profilés normaux ont des arrondis à l'intérieur et sur les bords.

Figure

Les profilés laminés sont surtout utilisés en bâtiment (charpente métallique). Mais généralement ils servent a la confection des ouvrages métalliques en bâtiment:

- Les châssis (portes - fenêtres de toutes sortes)- Les grilles - rampes - les escaliers, souvent ils interviennent dans le mobilier.

Conception générale: (Porte)

FigureA - série légère - dormant ou huisseries en cornière (pleine et vitrée) - ouvrant en cornière

avec raidisseur en T où repose - un panneau en tôle et la vitre.B - série tôle pliée (ou profilafroid) avec tube comme ouvrant bien que pleine, est légère et

convient très bien; la séparation d'appartements.C - série tôle pliée (perciennée) - châssis rainés ouvrant, recevant les lames perciennées avec

panneau en tôle.D - série lourde en UT - bonne présentation et étanchéité (joint à double battements) la vitre

est maintenue entre parclose s'il y a lieu un motif décoratif.

34. Les organes d'arrêt pour ouvrages métalliques

Ayant pour fonction d'assurer:

- la liaison fixe des châssis dans les murs (pattes de scellement)- la liaison en rotation de l'ouvrant avec maintien en position afin de faciliter la manœuvre (paumelles).

Les dormants ou huisseries:sont fixes par pattes de scellement, leur position peut se faire

1 en feuillure (cas général)2 en tableau3 en applique (peu utilisé).

Figure

Détail pattes de scellement:Peut être en tôle, cornière, fer plat.

Figure

Organe de rotation

Les organes de rotations classiques utilisés pour le ferrage des portes, des fenêtres et des châssis pivolantes sont les paumelles ou charnières.

Paumelles

Les paumelles sont constituées de deux lames

- lame femelle et lame mâle

Main des paumelles

L'observateur est placé du côté saillant du nœud; si l'ouvrant est situé sur sa droite, la paumelle est à droite et inversement.

35. Généralités du soudage autogène

I. Soudure a l'arc (électrique)

Deux pièces sont soudées ensemble avec une baguette de même matériel que les deux pièces. Tout est fondu par le courant électrique.

La soudure électrique est la plus forte de toutes les soudures et la plus souvent utilisée, pour toute construction métallique.

* Matériel soudable:l'acier doux; l'acier jusqu'à 0,5% carbone; la fonte avec des électrodes spéciales; l'aluminium avec des électrodes spéciales.

* Non soudable:l'acier a ressort; le cuivre.

* Exemples pratiques:le fer profilé; la tôle noire plus épaisse que 2 mm; pièces en fonte comme les bâtis des machines à coudre etc.;Les ressorts de camions ou autre ne sont pas soudables.

II. Soudure à gaz

Deux pièces sont soudées ensemble avec une baguette de même matériel que les deux pièces. Tout est fondu par une flamme.

La soudure à gaz est aussi résistante que la soudure à l'arc, mais ne peut être pratiquée que pour les pièces minces (moins que 2 mm).

* Matériel soudable:l'acier doux; l'acier jusqu'à 0,5% carbone; l'aluminium avec des électrodes spéciales; le cuivre avec des électrodes spéciales.

* Non soudable:la fonte.

* Exemples pratiques:Toute pièce d'une épaisseur faible (moins que 2 mm); tube en cuivre pour les installations sanitaires; carosserie des voitures.

III. La chaleur de soudage

- nécessaire pour porter la pièce et la soudure à la température de travail peut être engendrée sous forme de:

* Chaleur de combustionpar la combustion de combustibles solides (charbon de bois, briquettes de thermite, alcool solidifié), par la combustion de carburants liquides (essence, alcool, pétrole),par la combustion de combustibles gazeux (gaz d'éclairage, butane, propane, azétylène).

* Chaleur électriquepar résistance, par induction (HF).

- La source d'énergie thermique utilisée pour engendrer la chaleur de soudage doit:

* être adaptée à la température de travail exigée par le genre de soudure envisagée, -

* avoir une puissance calorifique qui réponde aux besoins du soudage (en tenant compte des dimensions de la pièce et de la conductibilité thermique).

En raison des faibles température de travail demandées par la soudure tendre (soudure à l'étain), les diverses sources d'énergie calorifique s'emploient indirectement ou directement, par l'intermédiaire de "réservoirs" de chaleur (fers a souder, bains de soudure, p.ex.), tandis que pour la soudure forte (brasage) seules quelques sources thermiques (flamme, fours, appareils HF) dotées d'une puissance calorifique suffisante conviennent à ce travail, à cause des températures de travail élevées qu'elle demande.

La puissance calorifique de la source d'énergie thermique (ou du réservoir de chaleur servant d'intermédiaire) doit être telle que le soudage se réalise en un temps suffisamment court.

Lors d'un débit de chaleur insuffisant et durée d'échauffement prolongée en conséquence, le flux (fondant) devient inutilisable (disparition de la protection contre l'oxydation).

Lors d'un débit de chaleur excessif, on s'expose au danger d'une surchauffe locale.

Afin d'éviter toute surchauffe locale, lors du soudage par exposition directe à la flamme, il faudra préférer une flamme douce (large) pour l'exécution des soudures tendres (soudures à l'étain), au contraire de la flamme "dure" employée pour la soudure autogène, car on obtient un échauffement "en surface" par un léger déplacement alternatif du brûleur.

REMARQUE:

En général, on chauffe la pièce directement, tandis que le flux (fondant) et la soudure sont échauffés par la pièce, pour atteindre la température de travail nécessaire.

température de fusion des métaux

température de fusion des soudures

exemples d'appareils de chauffage

Nickel 1450°Acier 1300 - 1500°Fonte 1200 - 1300°

chalumeau de soudure

cuivre 1 080°maillechort 925 - 1 200°or 1060°argent 960°

soudure au cuivre 1 080° générateur HF

bronze 800 - 1 000°laiton 850 - 950°

soudure au laiton 945 - 1020°

aluminium 660°magnésium 650°

soudure à l'argent 600 - 860° pistolet a souder

zinc 420°

plomb 327° lampe à souderétain soudure au plomb 320°

soudure à l'étain 185 - 305°soudure spéciale 182° alliage Wood 70°

fer à souder brûleur à alcool

36. Soudage électrique à l'arc

I. Généralités

- La soudure électrique est une soudure autogène qui utilise, comme son nom l'indique, l'énergie électrique, qui amènera les pièces et le métal d'apport au point de fusion pour obtenir la soudure; on distingue dans la soudure électrique:

* la soudure à l'arc* la soudure par points* la soudure par molettes* la soudure à l'argon, etc...

- La soudure à l'arc est un procédé de soudure qui consiste a faire fondre les pièces à assembler au moyen d'un arc électrique constitué par une baguette métallique de même composition (électrode).

La baguette sert de métal d'apport et fond au fur et à mesure avec les bords de la pièce à souder sous l'effet de l'arc.

Il s'en suit une liaison très intime entre les pièces a souder et le métal d'apport.

On distingue:

* la soudure électrique à l'arc, où l'arc brûle à l'air libre

Figure* la soudure électrique a l'arc protégé où l'arc est recouvert par la poudre d'enrobage ou par des fils

Figure* la soudure à l'arc en atmosphère inerte, où les électrodes, l'arc et l'extrémité à souder sont enveloppés par une protection gazeuse amenée en supplément.

soudage à l'arc en atmosphère inerte avec électrode de tungstène (soudage à l'arc sous protection gazeuse)

Pour la soudure électrique a l'arc, on se sert du courant continu ou de courant alternatif.

Le mode opératoire et la pièce à souder déterminent le choix du courant qui est fonction même du type d'électrode et de son diamètre.

La soudure a l'arc nécessite des courants de forte intensité à basses tensions qui différent selon le mode opératoire.

De crainte d'accidents, les tensions à vide ne doivent pas dépasser

en courant continu 100 V eten courant alternatif 70 V.

Dans la soudure à main, il est fréquent que les courants atteignent jusqu'à 500 A.

L'intensité du courant doit être réglable.

Les caractéristiques de l'arc et de son amorçage par court-circuit exigeant une limitation du courant de soudure, la soudure à l'arc demande des sources d'alimentation particulières.

Il faut aussi observer pendant l'opération du soudage:

* l'effet de soufflage pour se protéger contre les accidents* le rayonnement intensif de la chaleur (infrarouge)* la radiation lumineuse intensive* le haut pourcentage en rayonnement ultracourt.

On entend par effet de soufflage la dérivation de l'arc par l'effet électromagnétique du courant; celui-ci exerce en effet une influence sur l'exécution et la qualité de la soudure.

II. L'arc électrique

L'arc est un "jet de flammes" de température très élevée (3500°C jusqu'à env. 15000°C). Il est produit par le passage d'un courant électrique dans un circuit d'air (de gaz ou de vapeur).

1. L'amorçage de l'arc

Figure

Pour que l'arc puisse jaillir, l'air qui normalement n'est pas conducteur (isolant) doit le devenir. L'arc doit être "amorcé".

L'amorçage se fait en général par un contact instantané (court-circuit) du conducteur de courant (pièce à souder et électrode) au moment de la séparation. Le passage du courant est alors concentré sur des surfaces très réduites qui sont instantanément portées à une température très élevée, jusqu'à incandescence.

Ensuite, des électrodes sortent de la cathode (pôle négatif) (comme dans une lampe de radio échauffée) qui ionisent l'atmosphère la transformant ainsi en conducteur. Bien que le contact entre la pièce et l'électrode ait cessé l'arrivée de courant n'est pas interrompue. De ce fait, d'autres particules de gaz et de vapeur sont ionisées. Elles améliorent la capacité conductrice de l'atmosphère de plus en plus, en réduisant sa résistance électrique très rapidement. Le courant dévale comme une avalanche.

2. Le phénomène d'ionisation des gaz

L'ionisation peut être obtenue par différents moyens:

- élévation de température- bombardement par des rayons- action chimique

Principe:

Figure

e- : électrons = Z

Figure

L'atome est la plus petite partie d'un corps simple. Il se compose d'électrons qui gravitent autour d'un noyau qui contient des protons et des neutrons.Chaque atome est caractérisé par:Z: le numéro atomique qui est égal au nombre d'électrons (charges électriquement négatives)Le nombre de protons (charges électriquement positives) est identique au nombre d'électrons.Un atome est électriquement neutre.A: le nombre de masse qui correspond au nombre de nucléons (protons + neutrons) contenus dans le noyau.

EXEMPLES:

- oxygène: - argon:

Dans certaines conditions, un atome peut perdre ou s'approprier un électron: il y aura déséquilibre des charges électriques.

Figure

REMARQUE:

L'association de plusieurs atomes donne naissance à une molécule.

Exemple:

Figure

3. Etude de l'arc électrique

Figure

L'élévation de température va provoquer la destruction de certains édifices moléculaires et une très grande agitation des diverses particules qui engendreront de nombreuses collisions, d'où une thermo-ionisation permanente et une élévation de température au sein de la colonne d'arc.

Dans cette atmosphère en constante évolution, c'est le courant électronique qui reste prépondérant et qui permettra ou imposera le choix de la polarité dans les différents procédés et phases de soudage.

Exemple: - polarité négative à l'électrode lors de la phase de pénétration- polarité négative à l'électrode réfractaire en soudage T.I.G.

REMARQUE:

L'arc électrique est la matérialisation du passage du courant dans les gaz. Dans cette atmosphère on distingue:

- des électrons libres- des atomes- des ions positifs et négatifs- des molécules

III. Les postes de soudage

1. Valeurs électriques appliquées en soudage:

I: Courant primaire (alimentation du poste)

IS: Courant de soudage

U: Tension primaire (tension du réseau 220 - 380 V)

US: Tension de soudage ou tension en charge (25 V en moyenne)

UO Tension à vide (avant amorçage 50 V maxi)

: Rendement du poste

 = g + m pour groupe convertisseur;

g = rendement de la génératrice;m = rendement du moteur.

Puissance:

Formule fondamentale P = UIPuissance de l'arc = US × IS

P: Puissance active (exprimée en watt = W)

C'est la puissance au primaire.

S: Puissance apparente (exprimée en Volt ampère: VA)

Q: Puissance réactive (exprimée en Volt ampère réactif: var)

La puissance active P est inférieure à la puissance apparente S = UI parce que l'intensité 1 du courant et la tension U sont déphasées (fig. 1).

fig. 1

La représentation graphique de la formule

nous donne la valeur du déphasage (fig. 2),

fig. 2

soit:

déphasage ou cos  ou facteur de puissance

On déduit:

P = S cos  = UI cos .

Valeur de P en courant triphasé.

donc: tension en courant triphasé

fig. 3

2. Caractéristiques des postes de soudage:

Tout appareil de soudage à l'arc électrique doit répondre à une certain nombre de normes qui sont:

Norme A 85 011:

Règles techniques relatives à la fourniture des matériels de soudage électrique à l'arc.

A 85 020:

Relevé des caractéristiques externes.

A 85 021:

Essais d'échauffement.

A 85 022:

Essais de rigidité diélectrique (ou hystéréris) pertes diélectriques applicables aux isolants.

A 85 024:

Commutation.

A 85 025:

Rendement.

Courbe plongeante.

Par expérimentation et relevé des grandeurs électriques (U et I), la norme a adopté, pour la tension conventionnelle de soudage, une fonction linéaire croissante du courant (fig. 4).

fig. 4

On sait que la tension à vide (UO) a un maximum de 50 volts, l'intensité étant nulle.

Pour une intensité IS de soudage (IS est en fonction du diamètre de l'électrode choisi), la tension chute, prend une valeur US, et cela en un temps très court.

La courbe de marche du poste doit donc décroître rapidement et c'est ce qui donne l'allure de la courbe (fig. 5) montrant que tout poste de soudage électrique à l'arc doit posséder une caractéristique externe tombante ou «courbe plongeante».

fig. 5

3. Principe de fonctionnement des postes:

Quel que soit le mode d'alimentation d'un poste de soudage électrique à l'arc, celui-ci comporte à sa sortie un circuit secondaire qui débite un courant de soudage, par l'intermédiaire de deux bornes: une borne est reliée à l'électrode par un câble et un porte-électrode; l'autre borne est

reliée à la pièce à souder par un câble et une prise de masse. Pour alimenter l'arc électrique et pour le maintenir dans les conditions exigées par le soudage, l'appareil doit répondre à un certain nombre de critères qui sont:

* L'appareil étant branché sur le réseau (tension de 110, 220 ou 380 volts) il doit apparaître au secondaire une tension à vide (UO) de 50 volts et une tension de marche (US) de 25 a 40 volts.

On sait déjà que le passage de UO à US est obtenu rapidement grâce à la caractéristique externe tombante indispensable à tout poste de soudage.

* En fonction du diamètre de l'électrode choisie et de la nature de l'enrobage, l'appareil doit fournir une intensité variable.

* L'appareil doit débiter un courant électrique permettant une stabilité de l'arc.

* En fonction de la nature des pièces à souder ou du type d'électrode utilisé, le courant de soudage peut être: soit continu, soit alternatif, soit redressé, cequi conduit à prévoir des appareils permettant de produire des courants de soudage différents.

Postes débitant un courant continu de soudage (postes rotatifs).

L'organe essentiel de ces appareils est une génératrice qui débite un courant secondaire continu à intensité variable et à tension constante faible; son fonctionnement est basé sur la loi de l'induction.

Principe de l'induction:

Si l'on fait pénétrer rapidement un aimant de pôles N et S à l'intérieur d'un enroulement (bobine) relié à un galvanomètre, on constate une déviation de l'aiguille d'autant plus grande que le déplacement de l'aimant est plus rapide (fig. 6).

fig. 6

Ce phénomène prouve l'existence de courants temporaires qui prennent naissance dans l'enroulement quand on fait varier le flux () entre ses spires.

Ces courants produits sont sont dits «courants induits».

Application de l'induction à la production des courants de soudage.

Les appareils de soudage produisant du courant continu sont appelés «dynamos-génératrices».

Une génératrice à courant continu se décompose toujours en trois parties essentielles qui sont:

- Un inducteur- Un induit- Un collecteur

fig. 7

L'inducteur est fixe et il est constitué par un circuit magnétique (électro-aimant) ayant un certain nombre de pôles (2 ou 4 en soudage); les pôles sont bobinés et parcourus par un courant continu qui produit un flux  continu (ce courant peut être fourni par la machine elle-même ou par un moteur auxiliaire).

L'induit est entraîné par un moteur auxiliaire et il est constitué par un empilage de tôles ferromagnétiques encochées afin de contenir les conducteurs du bobinage d'induit. Les conducteurs d'induit coupent le flux  inducteur émis par les pôles, et les courants créés par l'induction sont recueillis par un collecteur.

Le collecteur est le prolongement de l'induit et il est constitué par des lames de cuivre isolées entre elles et reliées au bobinage de l'induit.

Les balais ou charbons qui constituent des contacts glissant sur le collecteur réalisent la liaison entre le circuit induit et le circuit de soudage par l'intermédiaire des bornes S1 et S2.

Obtention des paramètres de soudage.

* Intensité de soudage IS.

On peut régler l'intensité de soudage en manœuvrant un volant qui fait varier la position des balais sur le collecteur et permet ainsi de capter le courant nécessaire.

* Tension aux bornes UO et US.

La force électromotrice d'une génératrice est donnée par la formule

E = N n 

dans laquelle

N = Nombre de spires de l'enroulement.n = Nombre de tours en tr/mn. = Flux émis par le pôle nord en Weber (Wb).

* Stabilisation de l'arc.

Elle peut être obtenu:

- Par génératrice séparée pour limiter les courants de court-circuit- Par génératrice à réaction d'induit ou distorsion de flux.

Postes débitant un courant alternatif de soudage (postes statiques).

Ce sont des transformateurs monophasés ou triphasés.

* Principe de fonctionnement.

Un transformateur est constitué par un circuit magnétique qui renferme deux enroulements (transfo. monophasé, fig. 8) ou trois enroulements (transfo. triphasé).

- Enroulement primaire (P) branché sur le réseau d'alimentation du poste.- Enroulement secondaire (S) fournissant un courant secondaire de soudage aux bornes S1 et S2.

fig. 8

Les variations du courant alternatif primaire produisent des variations de flux dans le circuit magnétique; il en résulte une force électromotrice (f.é.m.) d'induction alternative de même fréquence dans le secondaire.

En désignant par UP et US les tensions primaire et secondaire et par NP et NS les nombres de spires de l'enroulement primaire et de l'enroulement secondaire, on peut écrire la relation

Le rapport

est appelé: rapport de transformation (K).

Application au soudage et obtention des paramètres.

* Intensité de soudage IS.

Le réglage de l'intensité de soudage est obtenu en faisant varier le flux; cette variation se fait par fuites plus ou moins importantes.

* Tensions aux bornes.

De la relation

, on déduit

et si NP est plus grand que NS, US est plus petit que UP.

* Stabilisation de l'arc.

C'est par le parcours du flux à l'intérieur du transformateur qu'est obtenu la caractéristique externe tombante du poste donnant la courbe d'allure US = f (IS).

Postes débitant un courant continu ROTATIFS

Fonctionnement:

Le moteur "M" fait tourner l'induit de la génératrice "G". Il y a une coupure du flux , ce qui produit un courant continu recueilli sur les bornes par l'intermédiaire d'un collecteur et de deux charbons "C1 et C2".

L'induit cède une partie du courant qu'il produit à l'inducteur qui fournit le flux.

Postes débitant un courant alternatif STATIQUES

Réglage de l'intensité (basé sur le principe des fuites magnétiques)

PAR PRISES PAR SHUNT PAR BOBINE de SELF INDUCTION

Fonctionnement:1. En reliant 4 4', seul le secondaire normal est en service- les fuites magnétiques sont réduites- l'intensité de soudage est élevée2. En reliant 2 2', une partie du secondaire de dispersion produit des fuites magnétiques élevées- l'intensité de soudage est faible.

Fonctionnement:1. En position haute du shunt le flux est dévié- les fuites magnétiques sont importantes- l'intensité à l'arc est faible2. En position basse du shunt les fuites sont minimum- l'intensité à l'arc est maximum.

Fonctionnement:Pour un courant d'intensité donnée IS, la chute tension US est d'autant plus grande que le nombre de spires sélectionné sur la bobine est élevé.

Postes débitant un courant redressé de soudage.

Ces appareils sont alimentés en courant alternatif et ils débitent un courant secondaire de soudage de haute fréquence ou courant redressé (symbole ~) par l'intermédiaire de batteries ou cellules de redressement au sélénium, au silicium ou au germanium.

L'avantage de ces postes est de produire une étincelle pilote qui facilite le maintien de l'arc et permet l'amorçage par simple approche.

IV. Les électrodes

1. Définition:

Une électrode de soudage électrique à l'arc est une baguette de métal d'apport (de même nature ou de nature assez différente de celle des pièces à souder) appelée âme et enrobée d'une gaine de produits spéciaux appelée enrobage (fig. 9).

Le diamètre (d) est celui de l'âme, il peut être de 1,2 - 1,5 - 2 - 2,5 - 3,25 - 4 - 5 - 6 - 8.

La longueur (L) varie suivant le diamètre.

Pour un diamètre de 1,2, la longueur est de 150 mm.

Pour un diamètre de 1,5, la longueur est de 225 mm.

Pour un diamètre de 2 et 2,5, la longueur est de 350 mm.

Pour un diamètre de 3,25 et plus, la longueur est de 450 mm.

fig. 9

Une couleur conventionnelle est déposée à l'extrémité dénudée de l'électrode afin de fixer les valeurs maximales des caractéristiques mécaniques exigées pour chaque nuance d'électrode.

Tableau des couleurs en fonction des nuances

Nuance EDx E 40 E 48 E 56 E 65Couleur Rosé Rouge Jaune Bleu VertRésistance en daN/mm2 < 40 40-48 48-56 56-65 > 65

2. Normalisation:

La norme A 81309, homologuée le 30 novembre 1945, et relative aux électrodes enrobées pour soudage manuel électrique à l'arc des aciers non alliés ou faiblement alliés, précise les points suivants:

- Généralités- Fabrication- Spécification:

* Caractéristiques et tolérances* Echantillons et éprouvettes* Technique des essais* Marquage et conditionnement

- Emploi- Recette- Commentaire

3. Rôles de l'enrobage:

* Rôles électriques.

- L'enrobage est isolant.

Si l'on met en contact une électrode avec les pièces a souder, l'arc ne s'amorce pas; il faut casser l'extrémité de l'enrobage afin que l'âme (qui est conductrice du courant électrique) touche les pièces pour produire l'arc.

- L'enrobage a un pouvoir thermo-ionique.

L'instabilité de l'arc est due au fait que le courant change alternativement de sens, mais aussi au fait que la résistance diminue quand l'intensité augmente.

Le phénomène d'ionisation (indiqué dans l'étude de l'arc) doit être renforcé artificiellement; on introduit pour cela, dans l'enrobage, des sels à tension d'ionisation et à pouvoir thermo-ionique et on facilite l'amorçage par la présence de silicates, carbonates, oxydes de fer ou de titane (voir tableau des principaux types d'électrodes).

Au cours du soudage, l'âme de l'électrode ne touche pas les pièces à souder; un milieu gazeux prend naissance à cette partie; il est dit ionisant et il est conducteur du courant électrique.

* Rôles physiques.

- L'enrobage sert d'appui et permet le guidage.

Si l'on observe l'extrémité usée d'une électrode, on remarque qu'elle forme un cratère profond (fig. 10); cela vient du fait que la fusion de l'enrobage est en retard sur la fusion du métal de l'âme.

fig. 10En pratique, on applique cette propriété pour faciliter certaines opérations manuelles; en effet, il est possible d'appuyer l'électrode sur le joint à souder et de réaliser une avance en maintenant une pression constante sur l'électrode; le guidage est assuré par le contact de l'enrobage sur les pièces (fig. 11).

fig. 11- L'épaisseur de l'enrobage et sa viscosité permettent d'obtenir des cordons de forme différente (fig. 12).

fig. 12En règle générale:

1. Un enrobage épais donne un cordon plat.2. Un enrobage 1/2 épais donne un cordon 1/2 bombé.3. Un enrobage mince donne un cordon bombé.

- La nature de l'enrobage permet de faciliter certains soudages.

En soudage de position (montante par exemple), l'enrobage tend a nuire à l'homogénéité du métal déposé en s'incorporant à lui; on facilite l'opération en utilisant des électrodes a enrobage volatile.

* Rôles métallurgiques.

- L'enrobage épure le bain.

L'enrobage en fusion est moins dense que le métal déposé; par suite, il surnage et entraîne les impuretés contenues dans le dépôt ainsi que les gaz qui prennent naissance au niveau de l'arc.

- Le laitier fondu protège le métal contre l'oxydation.

On sait que le métal (particulièrement l'acier) s'oxyde d'autant plus facilement qu'il est porté à haute température; la gaine gazeuse pendant l'élaboration du cordon et la croûte de laitier qui recouvre la soudure au refroidissement, protègent le métal de l'action de l'air ambiant, contre l'oxydation par l'oxygène et le durcissement par l'azote (nitruration).

- L'enrobage peut améliorer les caractéristiques mécaniques.

On sait déjà que certaines nuances d'électrodes existent et le tableau des principaux types d'enrobages apporte certaines précisions quant aux valeurs des caractéristiques mécaniques obtenues en fonction du type d'enrobage utilisé.

4. Tableau des principaux types d'électrodes

Type Symbole

Composition

Epaisseur de

l'enrobage

Laitier obtenu

Courant

utilisé

Position de souda

ge

Pénétration

Caractéristiques du cordon

Emploi

Acide A Oxydes de fer et de

moyenne ou épaisse

en nid d'abeilles. Se

-ou~

a plat bonne bonnes sur métal de base a bonne

manganèse, ferro-manganèse et autres désoxydants

détache facilement

soudabilité pour éviter les fissures

Basique B Carbonates de calcium + carbonates basiques + spath fluor

épaisse mais à utiliser bien sec

compact peu abondant, se détache bien. Surnage avec les impuretés

-+ à

l'électrode

toutes positions

moyenne excellentes résilience élevée

pour fartes sections en constructions rigides en acier à teneur en carbone élevée

Cellulosique

C Matières organiques combustibles cellulose, farine de bois, amiante

moyenne

Gaine de gaz protecteur, Laitier peu abondant

-ou~

toutes positions

assez bonne

moyennes Soudures à cordons grossiers

Oxydant O Oxydes de fer + oxydes de manganèse

épaisse Laitier oxydant lourd auto-détachable

-ou~

à plat faible faibles Assemblages d'angle cordons minces sur A 42 à A 50

Oxyde de Titane 1ertype

R Rutile: minerai de base composés dérivés d'oxydes de titane

moyenne ou épaisse

dense et visqueux

-ou~

toutes positions

bonne bonnes sur métal de base à bonne soudabilité pour travaux variés

Oxyde de Titane 2etype

T identique moyenne

fluide -ou~

verticale Plafond

bonne bonnes meilleures qu' avec R

divers surtout en position

Divers V Le symbole V est employé pour tous les autres types d'électrodesExemples:1) A forte pénétration sans chanfrein jusqu'à 20 mm;2) A haut rendement avec poudre de fer qui augmente la quantité de métal déposé;

3) Pour acier fortement allié, l'enrobage peut contenir des éléments d'alliage.

Les paramètres de soudage:

V. Règles générales d'exécution

1. Préparation des bords à souder:

Sauf pour les travaux spéciaux de réparation ou dans le cas où le chanfreinage des bords est difficile, le soudage sans chanfrein est réalisé sur des épaisseurs ne dépassant pas 4 mm; au-delà, pour limiter l'intensité de soudage et pour faciliter la pénétration du cordon, les bords des pièces sont chanfreinés différemment en fonction de l'épaisseur des pièces à souder ou de la qualité exigée de la soudure (fig. 13).

fig. 13

2. Positionnement des pièces:

Afin que les bords à souder soient constamment bien situés l'un par rapport à l'autre, mais aussi pour atténuer les déformations dues au phénomène de dilatation et de retrait causé par la température élevée de soudage, les pièces doivent être positionnées et maintenues avant, pendant et quelquefois après l'opération de soudage.

3. Choix de la méthode d'exécution:

C'est la position des pièces qui fixe la méthode d'exécution à utiliser, mais une meilleure qualité du joint est souvent obtenue en appliquant une méthode appropriée; c'est ainsi qu'un soudeur qualifié préfère souder en position (1/2 montante ou verticale) plutôt qu'à plat, car il est plus sûr que la soudure obtenue soit de plus hautes caractéristiques mécaniques.

4. Choix de l'électrode:

Le choix d'une électrode de soudage électrique à l'arc peut se faire en fonction des facteurs suivants:

* Nature des matériaux à souder.Pour une même famille d'alliages (acier par exemple), la composition de base peut être différente, et le soudeur doit choisir l'électrode permettant de

déposer un cordon dont la composition se rapproche le plus possible de celle des pièces à souder.

* Caractéristiques mécaniques du joint.Ce critère rejoint le précédent, mais dans certains cas, le cordon de soudure doit répondre à des caractéristiques mécaniques différentes de celles que possède la pièce elle-même (liaison formant articulation par exemple ou rechargement d'organes soumis au frottement).

* Quantité de métal à déposer.En général, le remplissage d'un chanfrein ou le rechargement d'une pièce se fait par passes successives, mais pour, certaines nuances d'acier, il peut se produire des fissures locales résultantes du réchauffage à chaque passe; on préfère alors choisir une électrode à haut rendement (voir le tableau des principaux types d'électrodes).

* Forme de cordon.On a vu qu'en fonction de l'épaisseur de l'enrobage de l'électrode, la forme du cordon obtenu est différente.

* Méthode de soudage utilisée.L'étude des rôles des enrobages nous a précisé les éléments relatifs à ce facteur et particulièrement la possibilité d'appuyer l'enrobage sur le joint à souder qui forme guide et permet de réaliser un soudage automatique manuel, de choisir une électrode a enrobage volatile pour soudage en position.

* Appareil de soudage disponible.Généralement, les électrodes de soudage électrique à l'arc peuvent s'appliquer aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif, sauf quelques exceptions dont il faut tenir compte (p.ex.: type cellulosique).

5. Réglage du poste:

Les conditions de fusion d'une électrode dépendent de nombreux facteurs mais particulièrement de son diamètre, de l'épaisseur et de la nature de l'enrobage.

Formule empirique du réglage de l'intensité formule de Lebrun:

.

Formule empirique de la tension de fonctionnement:

.

K et K' = constante dépendant de la nature du métal de l'électrode (pour acier K = 4, K' = 12).

l = Longueur de l'arc en mm.= Densité du courant en A/mm2.

d = Diamèter de l'électrode en mm.Formule pratique du réglage de l'intensité soudage à plat:

lS = 50 A (d-1).A = ampère.

La figure 14 donne les courbes du réglage de l'intensité en fonction du diamètre de l'électrode et de l'épaisseur de l'enrobage:

en 1: Enrobage épais.en 2: Enrobage semi-épais.en 3: Enrobage mince.

Fig. 14

6. Prix de revient d'une soudure:

Ce facteur est souvent à la base des données précédentes, car il fixe les conditions de réalisation de la soudure. C'est par une analyse méthodique du problème que les autres paramètres seront déduits.

Exemples:

Fig. 15

Dans le cas d'une soudure à exécuter sur tôles épaisses chanfreinées, une méthode dite «montante par passes triangulaires» peut être retenue dans le but d'augmenter le rendement du dépôt (on supprime le temps de piquage du laitier entre les passes successives effectuées par une autre méthode).

Fig. 15

Fig. 16

Pour une même résistance du joint:

En 2: il y a un chanfreinage sur les deux barres.

En 3: Une seule barre est usinée mais la pénétration risque d'être incomplète.

En 4: Le remplissage intérieur nécessitera un affleurage onéreux.

Dans les trois cas, la longueur de la barre A ne permet pas un soudage à plat.

En 5: (solution retenue):

- Seule la barre la plus courte est chanfreinée.

- Le soudage peut se faire à plat et par retournement.

- Le garnissage des arêtes est plus facile.

- La pénétration est favorisée par la réduction de l'épaisseur à souder par suite la préparation des chanfreines en X.

Fig. 16

VI. Equipement de la cabine de soudage

Sur sa place de travail, le soudeur doit disposer, outre les moyens de travail nécessaires, de dispositifs pour le serrage des pièces à souder et pour la protection des alentours.

Une table a souder en acier où se trouve le raccord des câbles de soudage et la boîte à électrodes.

Un taboret

Un tréteau pour suspendre le porte-électrode.

Un écran protecteur non réfléchissant.

Un rideau de protection fait d'une matière ignifuge.

Moyens de protection de travail.

Figure

Une table d'aspiration avec grille, servant d'appui à la pièce a souder. Aspiration des gaz, vapeurs et fumées vers le bas, ainsi que vers le haut ou vers le coté; le tuyau est fixe ou flexible.

FigureUn marteau de soudeur (ou un petit marteau pneumatique)Un marteau d'établi et un burin pour enlever le laitier et les projections.

Un brosse métallique, d'une ou deux rangées.

Un balai à main pour enlever les restes du laitier et les projection en vrac, de même que les dépôts oxydiques.

Des pinces à feu pour tenir et mouvoir les pièces à souder chaudes.

Figure

* Moyens de protection du travail pour le soudeur

Le danger pour le soudeur que représentent les rayons calorifiques et lumineux, l'énergie électrique (ainsi que les rayons ultraviolets), les étincelles et projections, demande des moyens de protection spéciaux.

Un casque pour protéger la tête et surtout les yeux.

Les mains restent libres pour le travail.

Figure

Un écran pour protéger le visage et une main.

Une seule main reste libre pour le travail.

Des lunettes avec protection latérale pour les auxiliaires et les grutiers, afin de protéger les yeux contre les éblouissements.

Des verres protecteurs contre les radiations et des filtres protecteurs pour les yeuxLes verres sont destinés au casque. Choisir toujours l'écran et les lunettes suivant l'intensité des radiations. Les filtres protecteurs pour les yeux sont désignés; les choisir en s'y conformant.

Un tablier en cuir ou amiante pour protéger les vêtements et le corps.

Figure

* Les conducteurs de courant

Les conducteurs de courant relient - le poste de soudage au réseau- le poste au porte-électrode et a la pièce à souder.

l'électrode conducteur de courant sert comme métal d'apport

Conduit de branchement sur le réseau avec conducteur de protection, pour relier le réseau à la source d'alimentation de l'arc; p.ex. en conducteur NSH.

Figure

Porte-électrode Dispositif de serrage isolé vers l'extérieur qui amène le courant de soudage jusqu'à l'électrode.

Câble de soudage par exemple NSF ou NSFF, pour relier le poste

- au porte-électrode- à la pièce à souder.

Figure

Borne de connexion de la pièce à souder pour raccorder le câble de soudage à la pièce a souder.

Accouplement pour le câble de soudage, (autrefois désigné comme accouplement de câbles) afin de pouvoir allonger les câbles de soudages.

Figure

Recouvrement des câbles, par exemple en tôle, pour servir de pont protecteur aux câbles de soudage et aux câbles de branchement non protégés.

Figure

VII. Techniques de base

1. Chanfreinages des bords:

Chanfreinages sur tôles jusqu'à 12 mm d'épaisseur (fig. 17).

(1): Taies non chanfreinées avec un écartement entre les bords pour faciliter la pénétration. Préparation utilisée pour des épaisseurs inférieures à 4 mm.

(2): Tôles chanfreinées en V avec talon pour éviter la fusion trop importante des arêtes vives.

(3): Tôles chanfreinées en V sur toute l'épaisseur avec un support plat ou a gorge a l'envers de la soudure.

Fig. 17

Chanfreinages sur tôles d'une épaisseur supérieure a 12 mm (fig. 18).

(4): Tôles chanfreinées en X avec talon. Préparation utilisée pour des épaisseurs inférieures à 50 mm.

(5): Tôles chanfreinées en U avec talon. Préparation utilisée pour des épaisseurs supérieures à 50 mm.

Fig. 18

Chanfreinages des barres (fig. 19)

(6): Les barres de section carrée ou rectangulaire peuvent être considérées comme des tôles de faible largeur et la préparation des bords à souder doit être prévue comme précédemment.

(7): Chanfreinage spécial pour soudage d'angles de fortes épaisseurs.

(8): Les barres de section circulaire ou polygonale (à plus de 4 côtés) doivent présenter des chanfreins en forme de biseau et non en pointe de diamant.

Fig. 19

2. Inclinaison de l'électrode:

Fig. 20

3. Déplacement de l'électrode:

Fig. 21En (1):

Dépôt par passes étroites, obtenues par un déplacement longitudinal de l'électrode.

En (2):

Dépôt par passes larges, obtenues par un déplacement de l'électrode suivant un mouvement transversal perpendiculaire à l'avance.

Cette seconde méthode risque de produire des chocs thermiques dans la zone proche de la soudure, car il y a une accumulation de la chaleur dans une région localisée du joint.

4. Reprises de cordon:

A chaque fois que l'on amorce une nouvelle électrode, il faut au préalable piquer le laitier déposé par l'électrode précédente, afin de reprondre la soudure quelques millimètres en arrière du cordon qui vient d'être exécuté.

5. Début et fin des cordons:

* Cordons de moyenne et grande longueur.

On applique, dans ce cas, la technique dite du «talon», étudiée dans le chapitre portant sur les déformations des pièces soudées.

* Cordons de petite longueur.

Afin d'éviter l'effondrement des angles (particulièrement sur les faibles épaisseurs), on rapporte un «coin» au début et à la fin du cordon (fig. 22).

Cette technique est généralement employée pour le soudage des angles des châssis, afin d'obtenir des arêtes vives; sans cela, on risque de perdre du temps pour recharger les angles effondrés.

Fig. 22

6. Techniques opératoires:

L'amorçage de l'électrode doit se faire par frottement en dehors de la soudure, soit sur un appendice, soit en aval de la reprise.

Fig. 23

Il faut éliminer par meulage l'extrémité du cordon de soudure afin de supprimer le cratère de la retassure avant l'amorçage de l'électrode suivante.

Fig. 24

Pour finir un cordon, il faut effectuer un retour en arrière pour «nourrir» la soudure afin d'éviter la retassure et le refroidissement trop rapide du dépôt.

- Position d'électrode en règle générale, l'électrode doit se tenir dans un plan perpendiculaire à celui du cordon et légèrement inclinée vers l'avant de la soudure afin que la pression de l'arc repousse le laitier vers le métal déjà déposé.

Fig. 25

En angle intérieur ou sur un plan vertical, la position de l'électrode doit éviter les effondrements du métal dus à l'action de la pesanteur.

Fig. 26

7. Réglage de l'intensité des soudures:

Diamètre des électrodes Courant de soudage en AA = ampère

1,5 mm 25 - 502,0 mm 40 - 602,5 mm 55 - 853,25 mm 90 - 1404,0 mm 140 -190

Symbolisation des soudures:

Figure

Figure

VIII. Les coefficients de qualité mécanique, position de soudage, caractéristique du circuit des électrodes

1. Les coefficients de qualité mécanique:

Les coefficients des qualités mécaniques du dépôt pur sont garanties par le fabricant de l'électrode. Leur symbolisation se fait par des nombres de trois chiffres (chiffres arabes).

* Premier chiffre: résistance à la traction (kp/mm2)

* Deuxième chiffre: allongement à la rupture (%)

* Troisième chiffre: résilience (kp m/cm2)

Les valeurs garanties sont insérées dans le tableau suivant:

Résistance à la traction Allongement à la rupture (longueur Lo = 5d)

Résilience (essai ISA ou ISO)*

Indice Valeur minimum kp/mm2

Indice Valeur minimum % Indice Valeur minimum kpm/cm2

0 - 0 - 0 -1 40 1 14 1 52 44 2 18 2 73 48 3 22 3 94 52 4 26 4 115 56 5 30 5 136 60 - - - -

* ISA = International Federation of National Standardizing AssociationsISO = International Federation of National Standardizing Organisations

Les positions de la soudure et les caractéristiques du circuit de soudage (conditions de circuit) assurant un soudage impeccable avec ces électrodes sont indiquées par l'abréviation de l'électrode au moyen d'un nombre de deux chiffres (chiffres arabes).

* Premier chiffre: position de la soudure* Deuxième chiffre: caractéristique du circuit

2. La position de soudage:

La position de soudage caractérise les directions possibles du déplacement de l'électrode, détermine la juxtaposition des pièces à souder et leur position par rapport au soudeur.

Symbole SignificationW Soudure bout à bout en position horizontale et soudure d'angle en fond de

cuve

Figureh Soudure d'angle en position horizontale

FigureS Soudure verticale exécutée en montant

Figuref Soudure verticale exécutée en descendant

Figure

q Soudure horizontale contre un mur vertical (soudure en corniche)

FigureU Soudure au plafond

FigureIndice Position de soudage Symboles d'après DIN

19121 Toutes positions WhSfqU2 Toutes positions sauf soudures descendantes WhSqU3 Positions horizontales et soudures montantes WhS4 Seulement en fond de cuve (soudure droite et soudure

d'angle)W

3. La caractéristique du circuit donne:

* le genre de courant à employer* en courant continu, la polarisation des électrodes* en courant alternatif, la tension à vide nécessaire.

Soudabilité de l'électrodeCourant continu

Polarisation de l'électrode En courant continu ou alternatif. Tension à vide minimum

50 V 70 v 90 v0 Bonne à toute polarisation 1 4 70- Polarisation négative la

meilleure2 5 8

0+ Polarisation positive la 3 6 9

Des tensions à vide plus élevées peuvent être utilisées pour les électrodes à diamètres inférieurs à 2,5 mm.

IX. L'effet de soufflage

L'effet de soufflage est provoqué par l'influence de champs électromagnétique qui se forment dans le soudage à l'arc, et provoquent sa dérivation.

Figure

Le circuit fermé pendant le soudage, source d'alimentation de l'arc - câble de soudure - électrode - arc - pièce à souder - câble de soudure - source d'alimentation de l'arc a pour rôle de donner à l'arc l'impulsion.

A partir de la pièce et de l'électrode, l'arc subit l'influence de champs électromagnétiques qui se produisent:

* en forme circulaire et* en sens vertical par rapport à la direction du courant

autour de la pièce à souder et de l'électrode.

L'arc, semblable à un drapeau ou à la flamme d'une bougie dans le vent - est dérivé.

Les forces magnétiques dirigent toujours l'arc des zones de plus grande intensité vers les zones de plus faible intensité.

L'effet de soufflage dépend:

* de la forme et de l'emplacement des parties à souder* de la nature du matériau* de la source d'alimentation.

Figure

Le soufflage est, par exemple, beaucoup plus fort en courant continu qu'en courant alternatif.

En général, l'arc jaillit du point de connexion

* vers la plus grande masse du matériau lorsqu'il s'agit de matériaux magnétiques;* du bord de la pièce vers l'extérieur lorsqu'il s'agit de matériaux non magnétiques (aciers austéniques et métaux non ferreux).

Figure

1. Développement de l'effet de soufflage:

Dans le soudage de deux tôles d'acier, l'effet de soufflage se dirige

* d'abord vers l'intérieur; l'arc est orienté dans le sens du déplacement,* il devient moins intense vers le centre où pratiquement il s'annule;* il recouvre son intensité, mais en sens inverse* et redevient fort dans le sens contraire à celui de la soudure.

2. Les avantages de l'effet de soufflage:

* En soudant avec une électrode nue ou une électrode creuse, l'arc doit précéder dans le sens du déplacement. Si l'effet de soufflage n'est pas trop fort, on obtient ainsi un préchauffage à effet favorable des côtés du joint.

* En se servant d'électrodes enrobées, l'arc doit se déplacer un peu après (en cas d'électrodes fortement enrobées plus que pour des électrodes à enrobage semi-épais). L'effet de soufflage en sens contraire à celui du déplacement retient le laitier liquide, évitant ainsi la formation d'inclusions et de soufflures (impuretés).

3. Les inconvénients de l'effet de soufflage:

Les inconvénients de l'effet de soufflage peuvent être réduits:

* en modifiant l'angle d'incidence de l'électrode* en changeant la direction du déplacement* en changeant l'emplacement du branchement* en se servant de plusieurs points de connexion* en employant le procédé de soudure à pas de pèlerin* en utilisant un courant alternatif (l'effet de soufflage est alors inférieur)* en utilisant des électrodes enrobées (l'effet de soufflage est alors inférieur)* par le choix des endroits où l'on appliquedes soudure d'attache.

Figure

X. Conseils pratiques

1. Les défauts des soudures:

Les défauts des soudures sont dûs:

- à la mauvaise préparation des pièces- à leur mauvaise disposition ou écartement- au mauvais réglage du poste- au mauvais choix de l'électrode- à une vitesse de soudage trop rapide ou trop lente- au mauvais maintien de l'électrode (inclinaison)- au mauvais nettoyage des pièces avec la soudureetc....

2. Déformations:

Sous l'effet de la chaleur engendrée par l'arc électrique les pièces vont se déformer. Il est bon de prévoir où il faudra faire les cordons de soudure pour éviter ou diminuer les déformations.

Faire, dans la mesure du possible, deux cordons de soudure en face l'un de l'autre pour diminuer les déformations.

C'est la raison pour laquelle, on utilise plus facilement une préparation en X qu'en V; ou en

qu'en U.

Figure

3. Conseils:

- Evitez d'usiner une soudure avec un outil (lime etc.), cela entraîne l'usure rapide de l'outil.

- Utilisez convenablement le matériel en respectant les règles énoncées précédemment.

- Si la baguette colle, augmentez l'intensité du poste à souder.

- La baguette doit être à une distance de 2 à 4 mm des pièces a souder.

XI. Prévention des accidents et des dommages mesures de sécurité

Le prévention des accidents et des dégâts matériels dépend:

* de la sûreté de fonctionnement des installations d'une entreprise* de l'observation du règlement pour la prévention des accidents du travail par les ouvriers et les apprentis.

Eviter les accidents est une tâche importante pour une entreprise ou centre de formation professionnelle, qui doivent assurer la protection et le maintien de la main-d'œuvre. Il ne faut pas non plus ni négliger ni méestimer la prévention des dommages matériels. Les dommages matériels perturbent surtout le bon fonctionnement d'une entreprise et centre de formation professionnelle, occasionnant des frais élevés qui pourraient mettre en danger la conservation de la place de travail. Souvent, il y a des rapports

étroits entre les dommages par accident et les dommages matériels, les uns peuvent être la cause des autres.

Dans le soudage à l'arc, les accidents ou les dommages matériels peuvent être occasionnés par

* l'énergie électrique* l'arc comme source de radiations* l'arc comme source de chaleur* des gaz ou des fumées.

1. Accidents causés par l'énergie électrique:

Causes (matérielles, humaines)

* des isolations défectueuses ou faisant défaut dans les parties soumises à l'action du courant électrique

* moyens de protection de travail défectueux ou faisant défaut

* ignorance ou insouciance du soudeur qui peuvent occasionner des accidents malgré les mesures de prévention des accidents les plus parfaites.

A Le contact avec les parties soumises à l'action du courant dont l'isolation est défectueuse ou fait défaut peut être la cause d'accidents car le corps humain peut entrer dans le circuit.

Les parties parcourues par le courant sont:

- des fiches- des bornes de connexion- des fils du côté réseau, des câbles, des conduits de soudure- des sources de courant de soudage- des porte-électrodes.

FigureExemples de causes d'accidents:

° Manque de coiffes de protection.Lorsque la machine est en marche:Les accouplements de serrage sont reserrés; des fils sont inversés (changement de polarité); le poste de soudage est déplacé; des travaux d'entretien sont exécutés.

° Les lignes sont endommagéessi on les fait passer sur des arrêtes vives; si on y fait passer des appareils de transport; si on y dépose des pièces lourdes; par l'influence de la chaleur extérieure.

° Un câble de soudure endommagé fait entrer l'auxiliaire dans le circuit.

° Un maniement incorrect du porte-électrode.

Prévention

* Pour les travaux d'entretien ou le déplacement des postes les séparer du réseau.

* Pour inverser les pôles des lignes, déconnecter le poste.

* Avant de déposer le porte-électrodes, enlever les électrodes.

* Déposer à l'écart le porte-électrodes lors de la mise en route du poste et d'un placement provisoire.

* Ne prendre en aucun cas le porte-électrodes sous le bras.

* Remplacer immédiatement un porte-électrode endommagé.

* Ne jamais se servir de lignes ou de câbles endommagés pour le soudage.

* Traiter les câbles de soudure comme il faut.

Ne pas les faire passer sur des objets à arrêtes vives (par ex. des pierres, pièces a usiner, charpentes).

Ne pas les écrasser en mettant des pièces dessus. Ne pas les distordre, torsader ou mêler.

Ne pas trop les exposer à l'influence de la chaleur (p.ex. un poêle, une résistance de réglage, une pièce encore chaude, des restes d'électrode, des travaux de découpage au chalumeau).

FigureB Les moyens de protection de travail défectueux ou faisant défaut peuvent causer des accidents puisque le corps humain non protégé pourrait entrer dans le circuit.

Les moyens de protection de travail sont:

° des vêtements de protection

° des cales isolantes ou une protection de corps offrant une isolation spéciale lorsque les vêtements de protection se révêlent insuffisants contre le contact permanent ou accidentiel avec les parties soumises à l'action du courant

° protège-pluie.

Exemples de causes d'accident:

° Les gants sont défectueux ou manquent (par ex. dans le remplacement des électrodes).

° Des cales isolantes ou un dispositif spécial pour la protection de corps manquent, p.ex. dans le soudage à l'intérieur de récipients.

° Le vêtement de protection rendu humide par la transpiration ou la pluie devient conducteur.

Prévention

* Souder seulement après avoir revêtu des vêtements de protection impeccable.

* Souder, surtout lors du changement d'électrodes, exclusivement avec des gants parfaitement secs.

* Les souliers de travail ne doivent pas avoir de clous d'acier ou autres fers sous la semelle. En effectuant le soudage en position horizontale, assise ou à genou, surtout à l'intérieur de récipients, ne le faire qu'avec des cales isolantes et, le cas échéant, d'autres dispositifs isolants pour protéger le corps.

* Effectuer des travaux de soudage sous la pluie autant que possible sous un protège-pluie.

C Ignorance ou imprudence du soudeur

Bien que toutes les précautions soient prises en ce qui concerne le matériel, des accidents peuvent être causés par une connaissance insuffisante du soudeur de la prévention des accidents ou par l'imprudence de ce dernier.

Exemples de causes d'accident:

° Changement d'électrodes sans gants.° Enlever une partie des vêtements protecteurs.° Tenir le porte-électrode sous le bras.° Ne pas utiliser les cales isolantes disponibles ou autres dispositifs protecteurs.

FigurePrévention

* Assurer une instruction suffisante.

* Bien connaître et observer le règlement de prévention des accidents du travail et les conseils des instructions.

* Distribuer les circulaires d'information sur la sécurité.

Se servir constamment des dispositifs de protection du travail. Ne pas se limiter à éviter les accidents pour soi-même, mais tenir également compte du danger couru par d'autres personnes et des dommages matériels dus à des accidents. Ne jamais agir avec imprudence ou négligence.

2. Accidents causés par l'arc comme source de rayonnement:

Causes

* L'arc émet

- des rayons visibles et- des rayons invisibles:ultraviolets, à ondes plus courtes que les rayons visiblesultrarouges, à ondes plus longues que les rayons visibles (aussi appelés infrarouge).

Les rayons visibles sont mauvais pour les yeux à cuse de leur intensité (lumière éblouissante).

Les rayons ultraviolets invisibles éblouissent et sont nocifs pour les parties du corps non protégées (surtout le visage et les mains).

Le corps humain ne ressent rien au moment de l'action des rayons. Ce n'est qu'au bout de quelques heures que leur effet sur la peau (semblable aux coups de soleil) et sur les yeux (inflammation et, lors d'un rayonnement prolongé, lésion de la rétine) devient visible.

Les rayons ultrarouges ou infrarouges invisibles ne portent atteinte aux yeux qu'après une exposition assez prolongée, mais ils ne donnent qu'une impression de chaleur.

* L'ignorance ou l'imprudence du soudeur:

- Instruction insuffisante- Non emploi des moyens de protection obligatoires- Mise en danger d'auxiliaires ou autres personnes se trouvant à proximité par des rayons nocifs.

Prévention

* S'efforcer de donner une instruction suffisante.

* Se servir du masque ou de l'écran de protection avec filtre protecteur pour les yeux.

* Porter des vêtements et des gants de protection.

* Des lunettes de protection comportant des oeillères sont nécessaires pour les personnes en danger, se trouvant à proximité du lieu de travail.

* Protéger le lieu de travail par des écrans protecteurs non réfléchissant.

* Installer des panneaux avertisseurs "Ne pas regarder l'arc", surtout en plein air (passants).

Figure

3. Accidents causés par l'arc comme source de chaleur:

Causes

* L'arc dégage de la chaleur qui peut atteindre une température supérieure à 4000 °C. Son rayonnement calorifique met en danger le soudeur non protégé. Dans des locaux étroits ou dans des récipients, elle peut être encore à l'origine d'états de faiblesse du soudeur et causer ainsi des accidents.

* La chaleur transmise à l'électrode, à la pièce à souder et aux éclats de métal et aux scories, peut causer des brûlures.

* Ignorance ou imprudence du soudeur:

- instruction insuffisante- non emploi des moyens de protection de travail obligatoires- non observation des mesures de sécurité obligatoires.

FigurePrévention

* S'efforcer de donner une instruction suffisante.

* Employer les moyens de protections de travail. Dans des cas spéciaux, revêtir un vêtement anti-feu.

* Ne pas mettre les jambes de culotte dans les bottes.

* Eloigner tout matériel inflammable ou explosif du lieu de travail et des alentours immédiats.

* Si des soudages doivent être effectués sans que l'on puisse enlever les produits facilement inflammables ou explosifs et que les écrans ou revêtements protecteurs se revêlent insuffisants, il faut prendre des mesures de sécurité particulières.

* Ventiler suffisamment les locaux étroits ou les récipients où l'on exécute des soudages (mais pas avec de l'oxygène) et faire effectuer les soudages sous surveillance.

4. Accidents causés par des gaz ou des fumées:

Causes

* Pièce en cours d'usinage La quantité et la nature des gaz et fumées engendrés dans le soudage est fonction

- du matériau et de sa composition

- du revêtement du matériau ou de la pièce à souder (p.ex. plombé, zingué, couche de peinture)

- des traces restées sur la pièce, p.ex. de produits de nettoyage

- des traces sur la pièce, (p.ex. d'un produit dont le récipient était empli, surtout si celles-ci ont subi une décomposition), même lorsque le soudage n'a pas encore été entamé.

Figure* Electrode

- fil d'électrode

- enrobage selon le type d'électrode et le matériau qui la compose, une quantité plus ou moins grande de gaz et de fumée se dégage au cours de la fusion

- la poudre

* Des gaz protecteurs introduits, s'il chasse l'air respirable.

* Des gaz se trouvant dans le local qui, sous l'influence de l'arc sont décomposés en gaz toxiques (p.ex. des trigaz transformés en phosgène).

Les gaz et les fumées ne deviennent dangereux que lorsqu'ils se présentent en concentration élevée par exemple dans les locaux étroits ou dans des récipients (premiers signes malaise, nausée etc).

* Ignorance et imprudence du soudeur

- instruction insuffisante- non emploi des moyens de protection de travail obligatoires- non observation des mesures de sécurité obligatoires.

Prévention

* S'efforcer de donner une instruction suffisante.

* Bien connaître et observer le règlement des accidents du travail et les conseils donnés dans les instructions.

* Distribuer les circulaires d'information sur la sécurité.

* Se servir constamment des moyens de protection du travail.

* Ne pas se limiter a éviter les accidents pour soi-même, mais tenir également compte du danger couru par d'autres personnes et des dommages matériels dus à des accidents.

* Ne jamais agir avec imprudence ou avec négligence.

Figure

5. Dommages matériels dans les cas 1 à 4:

Causes

* Les accidents dans le soudage dus bien souvent à l'ignorance ou l'imprudence de soudeur n'exposent pas seulement le soudeur au danger, mais aussi d'autres personnes et, de plus, ils peuvent causer des dommages matériels importants.

* Non observation des mesures de sécurité.

* L'entretien insuffisant et l'utilisation incorrecte des appareils de soudure sont cause de perturbations et de dommages matériels des moyens et des installations de l'exploitation.

Exemples de causes de dommages matériels:

° Danger général d'incendie par projection d'étincelles.

° Soudages de récipients contenant des traces de produit explosif.

° Soudages auprès de matières inflammables ou explosives.

° Usure exagérée des broches de collecteur par ex. du générateur, endommagement important du collecteur.

° Surcharge de la source de courant.

Prévention

* Eviter les accidents causant le plus souvent également des dommages matériels.

* S'efforcer de donner une instruction suffisante.

* Observer les mesures de sécurité.

* Entretien et traitement soigné et régulier, et emploi correct des appareils de soudure.

37. Le soudage électrique par résistance

Ce procédé de soudage est caractérise par:

- le mode d'apport de chaleur: celui-ci est du à l'effet Joule provoqué par le passage dans les parties à souder d'un courant électrique à forte intensité (2 000 à 150 000 A);

- une complète autogénéité (1), puisqu'il n'est jamais, d'une manière générale, fait appel a un métal d'apport;

- l'exercice d'une pression (de quelques grammes à 30 000 kg), qui localise le passage du courant et réalise le forgeage;

- la rapidité d'exécution due à la suppression presque totale des opérations de préparation ou de finition, et à l'emploi de fortes intensités. Ainsi, un point de soudure assemblant deux tôles d'acier doux de 0,8 mm d'épaisseur est exécuté en 8 à 12 centièmes de seconde; deux tôles de 4 mm sont soudées en 1 à 3 secondes.

Selon le mode d'application de l'énergie électrique et de la pression, le soudage électrique par résistance est dit: soudage par points.

I. Etude sommaire de la formation du point

Les pièces sont serrées entre deux électrodes. Le courant électrique de forte intensité, circule d'une électrode à l'autre à travers les pièces à souder.

La quantité Q de chaleur dégagée est donnée par la loi de Joule qu'exprime la formule:

, dans laquelle:

J est l'équivalent mécanique de la grande calorie (J = 4, 18 × 103);l l'intensité,T le temps de passage du courant;R se décompose en cinq éléments

Fig. 1

(fig. 1):r1 et r2, résistances au contact des électrodes sur la pièce;r3 et r4, résistances ohmiques des parties à souder;r5, résistance au contact entre les deux parties.

Pour réaliser la soudure dans de bonnes conditions, il faut faire en sorte que l'échauffement maximum se produise au point de contact: pour cela, on s'efforce de rendre r1, et r2négligeables et de donner à r5 la plus grande valeur possible.

Sous l'effet du grand dégagement de chaleur, il se forme un noyau de métal fondu entouré de métal plastique (fig. 2).

Si la soudure est faite rapidement, la chaleur n'a pas le temps de se transmettre jusqu'aux surfaces extérieures avant la rupture du courant et l'éloignement des électrodes. Mais, si l'on dégage l'électrode mobile immédiatement après la rupture du courant, ou voit la surface du métal rougir sous l'effet de la chaleur, transmise par conductibilité thermique.

Au contraire, si l'on maintient les électrodes en position après la coupure du courant, elles favorisent l'évacuation de la chaleur que l'on peut accélérer par une circulation d'eau, et la température en surface reste relativement basse. Cela permet d'exercer une forte pression qui assurera le forgeage du métal plastique.

Si l'intensité utilisée est plus petite, le temps de soudage augmente, on réalise un soudage lent. La température des pièces s'élève, ainsi que celle des électrodes. La température de recuit de ces dernières étant vite atteinte, elles se détériorent rapidement.

D'autre part, le métal, rendu plastique jusqu'en surface, non seulement ne peut plus supporter une pression suffisante pour obtenir le forgeage du point de soudure, mais il garde l'empreinte profonde des électrodes.

De plus, la dispersion de chaleur ainsi provoquée entraîne une plus grande consommation de courant.

Enfin, par suite du dégagement relativement important de chaleur, chaque point de soudure joue le rôle d'une chaude de retrait ce qui entraîne l'apparition de tensions internes et de déformations.

Cette courte étude montre les avantages du soudage rapide: meilleure qualité des soudures, consommation moindre d'électricité, soudures peu marquées, pas ou peu de déformations, possibilité de souder des pièces fragiles qui se déformeraient en soudage lent, possibilité de souder entre eux des métaux à points de fusion très différents, tenue des électrodes améliorée.

II. Le point de soudure

1. Noyau de métal fondu l'examen microscopique montre une orientation radiale des grains de métal et une légère retassure à la partie supérieure.

2. Zone de métal plastique où selon les conditions d'exécution il peut y avoir soudure par diffusion.

3. Zone affectée thermiquement.

4. Empreinte des électrodes.

Fig. 2

Remarque: Le noyau de métal fondu se forme au contact des deux tôles puisque c'est le lieu de la plus grande résistance électrique.

III. Le soudage par points peut se pratiquer suivant trois procédés

1. Soudage par points, réalisé par concentration du courant et de la pression entre deux électrodes poitues (fig. 3 et 4). La soudure (métal fondu plus métal forgé), a un aspect circulaire.

2. Soudage par bossages. Des bossages sont préparés sur l'une des pièces aux emplacements des points de soudure; les électrodes sont plates (fig. 5). Les bossages ont pour but de concentrer le courant et la pression aux emplacements des points de soudure.

3. Soudage à molettes. Les électrodes sont des disques dits «molettes» qui roulent sur les pièces assembler et les entraînent. La pression est généralement permanente, mais le courant est interrompu et rétabli selon une cadence déterminée et réglable; on peut ainsi obtenir soit des points régulièrement espacés, soit des points qui se chevauchent et forment une soudure continue rendant le joint étanche (fig. 6).

Fig. 3 Principe du soudage par points

Fig. 4 Principe du soudage par points multiples - Le courant passe d'une électrode à l'autre en traversant les pièces à assembler

Fig. 5 Après soudage

Fig. 6 Soudure par points - Soudure continue

Actuellement, les épaisseurs d'acier soudables par points varient de quelques dixièmes de millimètre à 2 fois 20 mm et celles des alliages légers de 2 fois 0,5 mm à 2 fois 8 mm.

IV. Le soudage par points est applicable a un grand nombre de métaux et alliages

La soudabilité des métaux et alliages est fonction de leur résistivité* électrique, on peut, de ce point de vue, les ranger en deux groupes:

* La résistivité d'un métal est la résistance électrique d'un fil de ce métal ayant une longueur de 1 mm et une section de 1 mm2.

1. Ceux à grande résistivité électrique et faible conductibilité thermique, tels les aciers, qui se soudent avec des intensités relativement faibles et des temps de passage relativement longs.

2. Ceux à faible résistivité électrique et à grande conductibilité thermique, tels: l'aluminium et ses alliages, les alliages de cuivre, qui se soudent avec de fortes intensités et des temps très courts.

- L'acier doux se soude très facilement, ainsi que les aciers à faible teneur en éléments spéciaux.

- Les aciers trempants sont soudables, mais ils exigent un recuit après soudage car la soudure par suite du refroidissement rapide, est devenue fragile. Ce recuit est effectué automatiquement sur certaines machines à souder.

- Les aciers inoxydables au chrome-nickel se soudent très bien par l'emploi d'un courant modéré, sous une pression forte et en un temps de soudage court et précis (pour éviter la précipitation des carbures de chrome).

- Le nickel et ses alliages se soudent facilement avec une intensité assez élevée.

- L'aluminium, le magnésium et leurs alliages sont soudables à condition d'employer un courant très intense pendant un temps très court, et de contrôler rigoureusement la quantité d'énergie fournie.

- Le laiton se soude plus facilement que l'aluminium en employant un courant élevé pendant un temps court.

- Le zinc et ses alliages contenant du zinc ou du plomb sont très délicats à souder en raison de leur faible température de fusion.

- Le cuivre sur cuivre est impossible a souder ou donne une très mauvaise soudure; les alliages rouges et les bronzes phosphoreux se soudent mieux.

- Des métaux et alliages de nature différente sont soudables par points s'ils forment un alliage et si leurs températures de fusion ne sont pas trop différentes.

V. Séquences d'un cycle de soudage

Une opération de soudage par points comprend quatre phases:

l'accostage, le soudage, le maintien et le temps mort.

Dans les schémas de principe (fig. 8) et les explications, le temps mort se décompose en deux fonctions comme pour la réalisation d'un unique point de soudure sur deux tôles à assembler.

Fig. 71. Accostagesous l'effet de la pression, les électrodes assurent un contact étroit entre les pièces.

2. Soudagel'intensité et le temps sont fonction de la nature des métaux et des épaisseurs.

3. Forgeage ou maintien de la pressionLa pression des électrodes est maintenue afin d'assurer la solidification du noyau et le forgeage de la zone chauffée.

4. Cadence ou temps mortEspace de temps entre la réalisation de deux points consécutifs.

Fig. 8

P. Préchauffagevariable en fonction des métaux à assembler.

T. Traitement thermique du point du soudure comme pour le préchauffage, cette séquence sera en relation avec la nature des matériaux à assembler.

VI. La pratique du soudage par points

1. Emplacement et résistance des soudures:

L'assemblage doit être choisi de façon que les points de soudure soient sollicités de préférence au cisaillement, car un point résiste mal à l'extension, médiocrement à la torsion et de façon optimum au cisaillement par traction.

Les points soudés, exécutés normalement, qui assemblent des plats en acier doux ont une résistance au cisaillement supérieure à celle de boulons en acier doux de même diamètre.

REMARQUE:

On admet un coefficient supérieur 4 pour les points soudés et 3 pour les boulons.

2. Préparation:

* Pince minimum: r = 2 e + 4 mm.

* Recouvrement minimum: R = 4 e + 8 mm.

* Distance au bord minimum: m = 2 e + 4 mm.

* Pas: si l'on soude un point trop près d'un autre, une partie du courant passe à travers ce dernier et est perdue pour la soudure.

Pour E (épaisseur totale) = 2 e ne pas descendre au-dessous de P = 12 e pour e > 3 mm et P = 13 e + 4 pour e < 3 mm

Pour E = 3 e, prendre

P > 16 e pour e > 3 mmP > 18 e + 4 pour e < 3 mm.

* Etat des pièces: utiliser de préférence du métal propre, exempt de rouille, d'une couche épaisse de calamine, de peinture, etc., car ces corps nuisent au passage du courant. Les joints des tôles présentant ces défauts doivent être décapés ou meules, ou alors soudés avec des machines munies de dispositifs spéciaux tels que préchauffage.

Fig. 9

La graisse et l'huile ne gênent pas le soudage

Une couche faible de calamine disparaît pendant le soudage sous forme d'étincelles (soudage lent avec pression élevée).

Les revêtements électrolytiques ne nuisent pas a la qualité de la soudure, mais ils encrassent rapidement les électrodes. Un refroidissement énergique des électrodes est nécessaire:

a) pendant le soudage des fers blancs, tôles plombées ou galvanisées en raison du bas point de fusion du revêtement; toutefois la couche de métal protecteur est généralement détruite au droit des points sur les tôles d'une épaisseur supérieure à 1,2 mm;

b) pendant le soudage des tôles chromées ou nickelées, afin d'éviter l'oxydation des points.

3. Le soudage par bossages:

Les bossages présentent plusieurs avantages:

- accostage facile et très bon;- possibilité de souder plusieurs points simultanément (fig. 5);- usure réduite des électrodes.

Les figures 10 et 11 donnent deux exemples de bossages.

Fig. 10 Bossage tronconique pour tôle de 2,5 a 6 mm.

Fig. 11 Bossage en dôme pour tôle de 0,6 à 2 mm.

4. Soudage de plusieurs épaisseurs:

Les machines à souder peuvent souder jusqu'à dix feuilles de tôle dont chaque épaisseur correspond à la capacité de la machine, elles peuvent également souder deux épaisseurs inégales mais la plus faible épaisseur devra être réduite légèrement.

Fig. 12 Capacité de soudage sur pièces propres de petites dimensions pour une machine de puissance maximum: 50 kVA

5. Réglage des machines:

Il est, en principe, lié à la plus mince des épaisseurs à souder. Pratiquement, il se fait en deux temps:

- détermination du profil et du diamètre des points d'électrodes, ou détermination des bossages;- évaluation de la pression et réglage de l'intensité et du temps de passage du courant.

En faisant varier ces trois derniers paramètres, il est possible de trouver un grand nombre de combinaisons qui donnent satisfaction, c'est-à-dire l'énergie W de soudage, entre deux limites: soudage lent et soudage rapide.

Soudage par points de l'acier doux a 0,1% C non calaminé.

Le premier nombre donne le réglage en soudage rapide, le second nombre le réglage en soudage lent.

épaisseur de la plus mince des 2 tôles mm

effort entre les électrodes kg

temps de soudage en secondes

courant secondaire Ampères

1 270 90 0,1 0,4 8 800 5 0002 500 195 0,3 1 12 000 7 5005 1 700 450 1,3 4,5 22 000 12 000

VII. Les électrodes

1. Matière:

Le métal de base des électrodes est le cuivre, en raison de sa grande conductibilité électrique. Il est employé pur (cuivre électrolytique écroui), ou allié au chrome, au cobalt, au tungstène, etc., lorsqu'une plus grande résistance mécanique est recherchée ou pour éviter le collage des électrodes au métal soudé.

2. Forme des pointes:

elles sont plates ou en dôme.

* Pointe plate pour soudage des aciers

Le diamètre (d) de la plage de contact est lié à l'épaisseur de la pièce la plus mince a souder

3. Entretien:

Il n'est possible de réaliser de bonnes soudures qu'avec des électrodes en parfait état. Les électrodes creuses, mal ajustées ou ayant un dépôt de métal sur la pointe entraînent une baisse d'intensité et un crachement en forme de bourrelet sur un côté du point.

Les électrodes se réparent soit au tour, soit à la lime (éviter l'emploi de la toile émeri: celle-ci laisse souvent des grains qui détériorent à nouveau l'électrode).

VIII. Schéma d'une installation de soudage par point

DESCRIPTIF:

1. Transformateur statique délivrant des intensités au secondaire pouvant atteindre 200 K A sous un faible potentiel dans un temps très court (quelques centièmes de seconde). Le secondaire est généralement constitué par une, deux ou trois spires.

2. Coffret de commande permettant le réglage des différents paramètres de soudage:

- pression des électrodes- temporisation des différentes séquences

* accostage* soudage* forgeage* traitement thermique* cadence

Fig. 18

3. Contacteurs

Compte tenu de l'intensité du courant secondaire, les contacteurs sont placés sur le circuit primaire.

Ces contacteurs statiques sont les Thyratrons ou des Thyristors.

4. Sélectionneur à plots

Le choix des intensités de soudage se fait en modifiant le nombre de spires du circuit primaire du transformateur.

5. Ensemble pneumatique qui assure le mouvement de l'électrode supérieure.

6. Système de refroidissement des électrodes.

7. Electrodes de soudage elles sont en cuivre électrolytique écroui ou en alliage de cuivre. Leurs formes et dimensions varient selon les matériaux, les épaisseurs à assembler et la géométrie des pièces.

8. Pédale de déclenchement du cycle.

9. Pièces à souder.

IX. Soudage à molettes

1. Principe:

Les électrodes sont des disques mobiles autour de leur axe et roulent de façon continue ou discontinue sur le recouvrement des pièces a assembler.

Le courant passe pas impulsions successives et l'on réalise une succession de points de soudure qui peuvent être espacés ou jointifs.

Fig. 19

Dans ce dernier cas, on réalise ainsi un cordon de soudure étanche.

Un faible recouvrement des pièces a souder, l'emploi de molettes épaosses et un effort de pression élevé produisent pendant le soudage un écrasement du recouvrement et ramènent les deux pièces soudées dans le même plan.

Fig. 20 Continue ou cordon étanche

Fig. 21 Discontinu

2. Différentes phases d'une opération de soudage à la molette:

Fig. 22- A: éléments à souder posés l'un sur l'autre- B: descente de la molette supérieure- C: rotation des molettes- D: passage du courant électrique de soudage- E: fin de l'opération de soudage, arrêt de l'effort de pression

3. Description d'une machine a souder à la molette:

Fig. 231 - bâti supportant les bras terminés par les molettes de soudage2 - vérin produisant l'effort de soudage3 - transformateur électrique alimenté par le réseau et fournissant le courant de soudage4 - conducteurs connectant le transformateur aux molettes5 - un circuit de commande et de réglage du courant et des temps de la séquence de soudage6 - système d'entraînement de l'une ou des deux molettes

un ou plusieurs circuits hydrauliques de refroidissement des molettes est également prévu.

4. Types de soudage:

* Le soudage transversal permet:

- l'assemblage de deux tôles de grande longueur - avec comme limite de largeur pour l'une, la longueur utile maximale de la machine,

- l'assemblage de fonds circulaires sur des corps cylindriques,

- l'assemblage de pièces telles que réservoirs ou radiateurs comportant un joint périphérique d'allure générale curviligne,

- partielle ou fermée.

* Le soudage longitudinal permet:

- l'assemblage des vires de corps cylindriques ou parallélépipédiques avec comme limite de dimension deux fois la longueur utile de la machine (soudage en deux fois en retournant la pièce).

Fig. 24

Fig. 25

5. Différents types de molettes:

* Soudage des aciers

Profil plat

Profil à simple biseau

Profil à double biseau

* Soudage des alliages légers

PROFIL BOMBÉ

Figurer = 50 mm pour tôles d'épaisseur0,5 à 1,5 mm

r = 75 mm pour tôles d'épaisseur1,5 à 2 mm

* Soudage des tôles d'acier revêtues

PROFIL BOMBÉ

FigureL = 4 a 6 mmr = 2L

38. Le soudage aux gaz - Soudage oxyacétylénique

I. Généralités

La soudure à gaz est un procédé d'assemblage qui consiste à apporter les bords des pièces à assembler a une même température de fusion avec ou sans métal d'apport; appelé soudure oxyacétylénique.

La chaleur nécessaire à la fusion des bords à assembler est obtenue par l'énergie calorifique engendrée par la réaction d'oxydation d'un gaz combustible.

A priori tous les gaz d'hydrocarbure pourraient être utilisés puisque leur combustion développe des températures supérieures à la température de fusion dès métaux courants:

- hydrogène 2 600 ° C - méthane 2 700 ° C - propane 2 800 ° C - Acétylène 3 100 ° C

Ce critère n'est pas suffisant pour effectuer un choix puisqu'il faut tenir compte du pouvoir de transmission de la chaleur aux pièces ainsi que de l'atmosphère gazeuse et de la réaction chimique qui, dans le cas du soudage, doit protéger le métal en fusion de l'oxydation et permettre la réduction des oxydes présents dans le bain de fusion.

En réalité, seul l'acétylène (ou le méthyacétylène pour les faibles épaisseurs) répond à ces critères.

II. Fonctionnement d'ensemble

On utilise comme moyen de chauffage les gaz (oxygène et acétylène). La flamme est obtenue par l'intermédiaire d'un chalumeau oxyacétylénique. La

soudure à gaz est utilisée pour les pièces de faible épaisseur jusqu'à 2 mm. Sous la chaleur on constate une forte déformation des pièces dues à leur faible épaisseur.

III. Les gaz en soudage

Dans le soudage oxyacétylénique, la source calorifique est produite par la combustion de deux gaz:

- l'oxygène (O2) qui est le comburant,- l'acétylène (C2H2) qui est le carburant.

1. Obtention de l'oxygène:

* Sait depuis l'air:

La composition de l'air en volume donne:

L'azote atmosphérique n'est pas pur, c'est un mélange d'azote chimiquement pur et de gaz rares tels que: l'argon, l'hélium, le néon.

Par dissociation de l'air et après dépoussiérage, on isole le gaz carbonique des autres gaz. Puis, par une technique de compression et de détente entraînant un abaissement de température on aboutit à l'air liquide. Enfin, par distillation fractionnée de l'air liquide, on isole: l'oxygène, l'argon, l'hélium et l'azote.

* Soit depuis l'eau:

La composition de base de l'eau:

C'est par électrolyse de l'eau que l'on obtient dans ce cas l'oxygène.

* Soit depuis une pierre:

Le contact avec l'eau d'une pierre (oxylithe) donne par réaction chimique le gaz désiré  l'oxygène.

* Distribution de l'oxygène:

L'oxygène isolé peut être distribué:

- Soit gazeux et comprimé à 150 bars dans des tubes qui en contiennent environ 5 ou 7 m3;

- Soit liquide et contenu dans des ballons; pour obtenir l'oxygène, il faut envoyer de l'air chaud contre les parois du ballon;

Fig. 1

Dans les deux cas, il faut éviter de placer les récipients prés d'une source de chaleur rayonnante et de mettre en contact les appareils de détente avec des corps gras (inflammation).

2. Bouteilles d'oxygène:

L'oxygène est livré dans des cylindres d'acier, nommés tubes ou bouteilles, dans lesquels il est comprimé à la pression de 150 kg/cm2.

Ces bouteilles sont exécutées en acier spécial très résistant. Elles sont éprouvées à une pression minimum de 225 kg/cm2, cette épreuve doit être renouvelée tous les trois ans. Elles ont différentes contenances depuis 0,5 m3 jusqu'à 8 m3 (volume du gaz ramené à la pression atmosphérique); les plus couramment employées sont de 5 et de 7 m3.

La partie inférieure est frettée d'un pied carré qui permet de les maintenir en position verticale.

La partie supérieure, en forme d'ogive, reçoit le robinet, nommé valve, servant au remplissage et à la sortie de l'oxygène.

Un chapeau indémontable en acier protège la valve contre les chocs.

La valve est manœuvrée au moyen d'un écrou nécessitant une clé spéciale.

Afin d'éviter toute confusion avec des bouteilles contenant un gaz différent, l'ogive est peinte en blanc et porte la marque OXY.

Les dates de mise en service et les dates des épreuves successives sont poinçonnées sur l'ogive; on peut lire également sur celle-ci la contenance en litres d'eau.

Cette dernière indication permet de connaître à tout instant, par un calcul simple, le contenu Q en oxygène de la bouteille en appliquant la loi de Mariotte:

Q = V × P

V représente le volume en eau de la bouteille et P la pression indiquée par le manomètre.

EXEMPLE - V = 33,3 litres; P = 40 kg/cm2; Q = 33,3 x 40 = 1 332 litres d'oxygène

Fig. 2

bouteille d'oxygèneL'oxygène est mis dans la bouteille, pouvant contenir 40 à 50 litres avec une pression de 150 a 200 bar.

En général:

150 bar × 40 l = 6000 l d'oxygène.

3. Obtention de l'acétylène:

* Depuis le carbure:

L'acétylène est un hydrocarbure qui est obtenu par réaction entre le carbure de calcium et l'eau.

- Obtention du carbure de calcium:

Le carbure de calcium est obtenu au four électrique par réaction directe du carbone (coke) (36 parties, 580 kg) et de la chaux (56 parties, 900 kg), a la température d'environ 3000°C.

On a:

FigureA 3 000 °C le carbure de calcium est liquide, cela permet de la mouler en lingots et de la concasser ensuite selon une granulation déterminée.

- Réaction du carbure de calcium et de l'eau:

FigureLa quantité (Q) de calories dégagées au moment de la réaction du carbure de calcium et de l'eau risque de transformer l'acétylène en d'autres corps (polymères) à une température d'environ 120 °C; il y a donc lieu de surveiller attentivement la réaction afin d'éviter une polymérisation qui conduit à une souillure de gaz, et peut produire à plus haute température, une inflammation.

* L'acétylène:

C'est un carbure d'hydrogène dont la formule chimique est C2H2. Il contient 92,3% de C et 7,7% d'H. A la température de 15 °C, un litre d'acétylène pèse 1,11g.

C'est un gaz incolore dont l'odeur désagréable est due aux impuretés qu'il contient. Il n'est pas toxique.

Il est soluble dans un grand nombre de liquides: sous la pression atmosphérique à la température de 15 °C, l'acétone en dissout 25 fois son volume. Sous la pression de 10 atmosphères, 1 litre ' i d'acétone dissout 25 litres d'acétylène.

* Production industrielle de l'acétylène:

- Par générateur:

C'est l'utilisateur qui fabrique lui-même l'acétylène en partant du carbure de calcium.

La réaction peut être obtenu soit:

° Par contact direct du carbure dans l'eau (7 litres d'eau pour 1 daN de CaC2);° Par chute de carbure dans l'eau > appareils plus sûrs

> pour éviter la° Par chute d'eau sur le carbure > polymérisation.L'acétylène obtenu à la sortie du générateur doit être épuré car il contient des produits nuisibles à l'exécution d'une soudure saine.

Matières à épurer: vapeur d'eau, poussières, hydrogène sulfuré: H2S, hydrogène phosphore: H3P, ammoniac: NH3.

Epuration du gaz: à la sortie du générateur, le gaz passe dans un tube qui contient une matière poreuse (chlorure de ferrite) permettant d'absorber les impuretés par désoxydation du produit au contact des gaz nuisibles (réoxydation possible deux ou trois fois) et tamisage des poussières.

Contrôle de l'épuration: on imbibe un papier buvard d'une solution à 0,5% de nitrate d'argent (NO3Ag); si à la sortie du chalumeau, le papier noircit, c'est que le chlorure de ferrite n'est plus bon.

Fig. 3

* Acétylène dissous:

Le détail de la composition intérieure d'une bouteille d'acétylène:

Fig. 41 Acétylène .................................................. 25 %2 Acétone ..................................................... 38 %3 Matière poreuse élastique ....................... 24 %4 vide ............................................................ 13 %

Comme l'acétylène explose à basse pression il est important de prendre des précautions.

Fig. 5 Bouteille d'acétylène

La bouteille est remplie d'une masse poreuse (carbone de bois, ciment, comme une éponge) parce que l'on a constaté que l'acétylène n'explose pas en petite surface.

La bouteille est aussi remplie d'acétone (liquide). Celui-ci absorbe 25 fois l'acétylène. Il peut rentrer 25 litres d'acétylène dans 1 litre d'acétone. La bouteille renferme 16 litres d'acétone fois 25 litres d'acétylène à une pression de 15 bar, donc

16 × 25 × 15 = 6000 l d'acétylène.

L'ogive de l'acétylène est la couleur havane.

4. Autres possibilités d'obtention de l'acétylène:

- Depuis les hydrocarbures liquides (fuel).On isole l'acétylène par décharges électriques.

- Depuis les hydrocarbures gazeux (gaz naturel).La distillation se fait par chauffage et refroidissement.

5. Les autres gaz en soudage:

Les autres gaz utilisés en soudage sont: gaz carbonique (CO2), Atal. Argon, Hélium. Ils servent particulièrement dans le domaine du soudage électrique à l'arc sous atmosphère (procédés: T.I.G., M.I.G.. M.A.G., etc...).

6. Centrale de gaz:

Fig. 6

Selon l'importance de l'installation et la nécessité d'une mobilité, l'alimentation se fera à partir:

* d'une centrale de gaz

- ensemble d'un certain nombre de bouteilles d'oxygène montées en série

- vannes

- mano-détendeur permettant de contrôler la pression interne dans les bouteilles et de régler la pression de distribution

- la seconde zone séparée de la première par un mur, contient un certain nombre de bouteilles d'acétylène avec un équipement semblable pour le contrôle et la régulation

Les installation seront protégées par des clapets anti-retour et des soupapes secs ou hydrauliques.

Fig. 7 SCHÉMA DE PRINCIPE D'UN CLAPET ANTI-RETOUR

Attention au sens de montage du clapet!

Fig. 8 SCHEMA D'UNE SOUPAPE HYDRAULIQUE

* d'un poste mobile équipé

- d'une bouteille d'oxygène

- d'une bouteille d'acétylène

- d'un ensemble mano-détenteur permettant de connaître la pression intérieure des bouteilles et de réguler la pression des gaz délivrés au chalumeau.

Fig. 9 Poste mobile

IV. La flamme

Par la terminologie même du soudage «oxyacétylénique», on connaît les gaz qui sont utilisés pour obtenir la source calorifique.

La flamme oxyacétylénique est la combustion d'un mélange judicieux de deux gaz:

- Un combustible qui est l'acétylène (pression à 0,4 bar);- Un comburant qui est l'oxygène (pression à 1 bar).

On a: C2H2 + 5/2O2  2CO2 + H2O + Q

soit: 1 volume d'acétylène pour 2,5 volumes d'oxygène (1 volume d'oxygène provient de l'alimentation et 1,5 de l'oxygène de l'air ambiant).

Rôles de la flamme

1. Rôle thermique:

De tous les mélanges gazeux connus actuellement, c'est la combustion oxyacétylénique qui apporte le plus haut rendement thermique... A l'extrémité du dard, la température est d'environ 3000 °C (combustion primaire C2H2 + O2). De plus, cette première combustion provoque la naissance de deux gaz (hydrogène et oxyde de carbone) qui sont eux-mêmes comburants et qui brûlent dans l'oxygène de l'air ambiant; de ce

fait, il se forme une zone où la température est maximum (3100 à 3300°C); c'est la zone de fusion.

Fig. 10

2. Rôle métallurgique:

Un métal s'oxyde d'autant plus facilement qu'il est chaud, mais à condition qu'il soit soumis à une atmosphère oxygène; c'est le cas en soudage oxyacétylénique classique.

Nous avons vu dans la zone de fusion, deux gaz H2 et CO2 brûlent dans l'oxygène de l'air et par conséquent empruntent une quantité de ce gaz à l'atmosphère qui entoure la soudure; il en découle que l'oxydation sera moindre, et c'est pour cette raison que l'on appelle cette région de la flamme la zone réductrice.

Il va de soi que tout soudeur doit veiller à ce que l'ensemble (bain-fusion du métal d'apport) reste constamment dans cette zone de fusion.

Une autre caractéristique remarquable de la flamme oxyacétylénique est appliquée dans le domaine du chauffage en particulier. En effet, le pouvoir carburant de l'acétylène (C2H2) peut donner aux pièces un apport superficiel de carbone très appréciable dans certains traitements des matériaux (cémentation gazeuse par le carbone).

3. Rôle pratique ou réglage de la flamme:

La flamme est le volume occupé par le gaz en combustion. Pour le soudage, la flamme normale doit être réductrice.

Ce réglage est relativement facile à exécuter par l'observation de la géométrie de la flamme.

Fig. 11

* Un réglage carburant (excès d'acétylène) donne une flamme composée de deux parties distinctes:

- Un dard irrégulier brillant;- Un panache flou et bleuté.

Il suffit donc de diminuer le panache jusqu'au moment ou le dard de première combustion devient régulier (extrémité légèrement courbe). On diminue le panache en ouvrant le débit d'oxygène.

* Un réglage oxydant est plus délicat à déceler; il se traduit généralement par une flamme comportant un dard primaire court avec contours rentrants. Il faut surveiller attentivement ce réglage, car les phénomènes d'oxydation que nous avons cités plus haut deviennent importants et nuisibles a la réalisation d'une soudure saine.

4. Etude de la flamme normale:

Fig. 12

(1) Le dard

C'est un cône très brillant à la périphérie duquel a lieu la combustion primaire du mélange acétylène - oxygène dans une proportion théorique d'un volume d'acétylène pour un volume d'oxygène (pratiquement 1,1 à 1,2 volume d'oxygène).

Cette combustion donne lieu à la réaction chimique suivante:

C2H2 + O2 = 2CO + H2

(2) La zone de fusion

C'est la zone où la température est maximum (3 100 à 3 300 ° C).

(3) La zone réductrice

C'est dans cette zone essentiellement réductrice (CO: monoxyde de carbone, H2 hydrogène) que doit être maintenu le bain de fusion.

(4) Le panache (combustion secondaire)

Afin que la combustion soit complète il faut 2,5 volumes d'oxygène par volume d'acétylène: le complément d'oxygène est pris à l'air ambiant.

V. Les détendeurs

Pour exécuter une soudure il faut employer l'oxygène et l'acétylène a une pression bien déterminée et constante quelle que soit la pression de ces

gaz dans les bouteilles. A cet effet, on monte sur les bouteilles d'acétylène dissous ainsi que sur les bouteilles d'oxygène un appareil nommé manodétendeur.

En plus des organes assurant le réglage de la pression détendue, les manodétendeurs sont munis de deux manomètres; l'un dit de haute pression indique la pression du gaz dans la bouteille; l'autre dit de basse pression indique la pression de débit.

Ils comportent également une soupape de sûreté et généralement un robinet de départ.

Manodétendeurs d'oxygène et manodétendeurs d'acétylène sont construits sur le même principe, seule la sensibilité des organes est différente.

Les manomètres d'oxygène sont gradués de 0 à 200 kg/cm3 (haute pression) et de 0 à 20 kg/cm3 (basse pression).

Les manomètres d'acétylène sont gradués de 0 à 20 kg/cm3 (haute pression) et de 0 a 5 kg/cm3 (basse pression).

Fig. 13 SCHÉMA DE PRINCIPE D'UN MANO-DÉTENDEUR

1. Le chalumeau oxyacétylénique:

fig. 14

L'extrémité de la lance est percée d'un trou calibre permettant le débit de N litres d'acétylène par heure. Ce nombre N est gravé sur la lance.

A l'intérieur du chalumeau, un mécanisme «convergent - divergent» permet le mélange oxygène - acétylène.

Fig. 15la course est réglée par la molette oxygène

* Fonctionnement:

Pour allumer le chalumeau on ouvre d'abord l'oxygène puis l'acétylène.

Pour l'éteindre c'est le contraire: l'acétylène et puis l'oxygène. Ceci afin d'éviter que l'acétylène remonte et brûle dans le tuyau.

* Réglage de la flamme: il consiste a doser de façon précise l'admission de l'acétylène et de l'oxygène au chalumeau afin d'obtenir un dard soudant qui ne présente ni excès d'acétylène ni excès d'oxygène.

On commence toujours par allumer le chalumeau avec défaut d'oxygène.

On augmente ensuite le débit d'oxygène en ouvrant lentement le robinet du chalumeau, le dard apparaît de plus en plus nettement. Le réglage est correct au moment où le dard est débarrassé complètement de son halo. Si l'on continue d'augmenter le débit d'oxygène, le dard se réduit, devient pointu et la flamme est oxydante.

La flamme oxydante ou carburante (excès d'acétylène), ne permet pas.

En cours de travail, une flamme oxydante se reconnaît à ce qu'une mousse se produit sur le bain de fusion. Si des étincelles jaillissent de la soudure, la flamme est carburante.

Le soudeur doit maintenir la flamme constamment bien réglée.

* Les tuyaux:

- Le tuyau d'oxygène: bleu- Le tuyau d'acétylène: rouge Ils sont en caoutchouc.

* Métal d'apport:

Les baguettes de métal d'apport sont recouvertes d'une pellicule de cuivre afin d'éviter l'oxydation.

Elles sont livrées en londueur d'un mètre pour les diamètre allant de 1,6 à 6 mm.

VI. Règles générales d'exécution

Les paramètres relatifs a l'exécution d'une soudure oxyacétylénique dans les meilleures conditions sont:

- La préparation des bords,- Le positionnement et le maintien des pièces,

- Le choix de la méthode d'exécution,- Le choix de la buse,- Le choix du métal d'apport,- Dans certains cas, l'utilisation d'un additif,- Le prix de revient.

1. Préparation des bords à souder:

En soudage à plat, pour les épaisseurs relativement faibles (en dessous de 4 mm), aucune préparation particulière n'est nécessaire, si ce n'est d'enlever les bavures trop importantes qui risquent de produire des oxydes avant la fusion complète du cordon, oxydes qui s'incorporent dans le bain et qui nuisent à la qualité du joint. Le soudage bord a bord sans chanfrein peut également être fait jusqu'à 6 mm en employant la méthode à double cordon «A» et jusqu'à 12 mm en employant la méthode à double cordon «B». Au-delà de ces épaisseurs et dans tous les cas, les bords des pièces doivent être chanfreinés afin de réaliser une bonne soudure. Une bonne soudure n'est pas uniquement jugée à son aspect (surtout du coté de l'opérateur), mais aussi en contrôlant l'importance et la régularité de la pénétration opposée à l'opérateur; nous verrons aussi que les caractéristiques mécaniques internes du cordon font l'objet de contrôles sévères.

2. Critères nécessitant la préparation des bords:

* Puissance de chauffe du chalumeau.

On conçoit que plus l'épaisseur des pièces augmente, plus la puissance de chauffe du chalumeau doit être élevée. Cette puissance est limitée par le débit des buses; mais quand bien même aurions-nous la possibilité de chauffer une épaisseur importante (ex.: 50 mm) qu'il faudrait malgré tout prévoir des chanfreins, pour éviter un temps de chauffage trop long qui conduirait à une augmentation des déformations et à un prix élevé de la soudure.

Le chanfreinage est exécuté en V, en X ou en calice, comme le montre la fig. 16.

Fig. 16

* Echauffement des buses.

Si la forme des chanfreins est prévue en fonction de l'épaisseur des pièces à souder, il convient aussi de tenir compte qu'un remplissage profond conduit a un échauffement intense de l'extrémité des buses au moment des premières passes, échauffement pouvant aller jusqu'à la fusion et détruisant la buse ou provoquant des accidents de marche quelquefois très dangereux. La figure 17 (2) montre que la flamme dégage vers l'extérieur et limite ainsi réchauffement de la buse.

Fig. 17

* Type de joint à souder.

Les préparations que nous avons vues jusqu'à présent ne portaient que sur des pièces dont les épaisseurs étaient égales; mais dans le cas où le joint présente des épaisseurs différentes ou un positionnement particulier, en plus du chanfreinage il faut prévoir une préparation des pièces permettant soit de faciliter l'opération soit d'augmenter les chances de réussite d'une soudure de bonne qualité.

La figure 18 montre quelques préparations types à exécuter dans ces cas particuliers.

Fig. 18

3. Positionnement des pièces et maintien des bords à souder:

Deux phénomènes importants causés par réchauffement et le refroidissement des pièces apparaissent au cours du soudage; ce sont, pendant l'échauffement: la dilatation, qui produit généralement un déplacement des bords si ceux-ci ne sont pas maintenus convenablement; et pendant le refroidissement: le retrait, qui produit des contraintes promotrices de déformations des pièces, voire de rupture du cordon si celui-ci n'est pas exécuté selon des règles bien définies. Ces phénomènes étant complexes, ils feront l'objet d'une étude plus complète ultérieurement, mais il faut retenir dès à présent que le positionnement et le maintien des pièces à souder sont des facteurs importants à ne pas négliger lors d'une opération de soudage oxyacétylénique.

4. Choix de la méthode d'exécution:

C'est déjà la position des pièces qui, si elle est impérative, fixe la méthode à employer pour exécuter une soudure, mais il est souvent possible de positionner les pièces sur un support ou «montage de soudage» approprié, afin d'orienter le joint dans les meilleures conditions possibles d'exécution; dans ce cas, c'est encore l'épaisseur des pièces ainsi que le résultat à obtenir qui permettent de choisir la meilleure méthode a appliquer.

5. Choix des buses:

Une buse de chalumeau ou embout est caractérisée par son débit, c'est-à-dire la quantité de gaz que son orifice permet d'écouler pendant un certain temps; comme l'acétylène est le principal agent de la combustion, c'est lui qui sert de référence et l'unité de temps considérée est l'heure. Un nombre marqué sur une buse (ex: 100) indique que le débit horaire d'acétylène est de 100 litres.

Il existe plusieurs gammes de débits, donc de buses, qui varient avec la puissance des chalumeaux.

Extrait de la norme NF A 84.540:

a un chalumeau n° 00 correspond une gamme de débits de 10 à 140 l/hà un chalumeau n° 0 correspond une gamme de débits de 50 à 200 l/hà un chalumeau n° 1 correspond une gamme de débits de 250 à 1 000 l/hà un chalumeau n° 2 correspond une gamme de débits de 1 250 a 5 000 l/h

Les gammes les plus couramment utilisées correspondent aux chalumeaux n° 0 et 1 dans lesquelles on rencontre respectivement les buses de 50 - 70 - 100 - 140 - 200 l/het 250 - 315 - 400 - 500 - 630 - 800 - 1000 l/h.

Une buse est choisie en fonction de l'épaisseur des pièces à souder, mais aussi en fonction de la méthode d'exécution.

Formules générales du choix d'une buse.

en soudage à plat: 100 à 120 l/h par mm d'épaisseur,en soudage en position: 50 à 80 l/h par mm d'épaisseur.

6. Choix du métal d'apport:

* Sa nature.

En soudage oxyacétylénique, le métal d'apport ou «baguette de soudage» est de même nature ou de nature très voisine de celle des pièces à souder. Une technique consiste à prélever une bande de métal dans les pièces

mêmes à assembler; mais cela conduit a des pertes de temps, voire à des impossibilités dans certains cas, et les fournisseurs de matières premières en soudage disposent de produits s'adaptant à tous les typés de soudures. En construction métallique, on utilise, pour les aciers, des fils d'acier doux d'un diamètre et d'une longueur normalisés; pour les autres matériaux (aluminium et ses alliages; cuivre et ses alliages, plomb, etc...), on trouve également dans le commerce des baguettes de métal d'apport que l'on utilise avec ou sans additifs spéciaux (flux) permettant de favoriser la liaison du cordon, par désoxydation par exemple et d'augmenter ainsi les caractéristiques mécaniques du joint.

* Son diamètre.

Formule générale pour les pièces à bord non préparé:

.

7. Prix de revient d'une soudure:

On peut penser que la quantité de métal d'apport nécessaire pour remplir un joint conditionne le prix de revient d'une soudure, puisqu'elle permet de définir le temps d'exécution du cordon; c'est en effet ce critère qui permet de chiffrer le coût d'une opération de soudage oxyacétylénique; mais il ne faut pas oublier que le remplissage n'a lieu qu'une fois que tous les autres éléments cités dans les règles d'exécution sont résolus. Il faut donc prévoir une étude méthodique de toutes les opérations précédentes et mêmes successives a l'opération de soudage proprement dite avant d'entreprendre sa réalisation.

Exemples:

Fig. 19

En (1), il y a préparation d'un bord et le positionnement des pièces est délicat.

En (2), il y a économie puisqu'on utilise un chanfrein naturel et le positionnement des pièces est plus aisé.

Fig. 19

Fig. 20

En (1), la préparation est sans doute plus facile à exécuter mais le soudage demande une rotation continue et par suite une manipulation coûteuse. De plus des scories viendront s'incorporer au bain en fusion.

En (2), on retrouve une préparation analogue à celle faite sur les autres barres, donc valable.

Fig. 20

Fig. 21

En (1), le maintien du fond par rapport a la virole sera très difficile à conserver pendant le soudage et les déformations après l'opération seront très importantes et souvent impossibles a reprendre.

En (2), meilleure solution, bien que la préparation du fond soit plus complexe à réaliser.

Fig. 21

VII. Les techniques de base

1. Soudage à gauche à plat:

Cette technique est la plus répandue; elle s'applique surtout sur les pièces dont l'épaisseur ne dépasse pas 4 mm, sur bords droits sans chanfrein mais préalablement pointés en laissant un écartement égal à la moitié de l'épaisseur (fig. 22 (2)).

Fig. 22

2. Soudage a gauche demi-montant:

Le poids du métal en fusion est davantage supporté, au moment de son dépôt, qu'en soudage à plat; par suite, cette méthode est utilisée pour les

épaisseurs supérieures à 4 mm et jusqu'à 10 mm avec chanfreinage des bords comme le montre la figure 23 (2).

Au-dessus de 10 mm, il est recommandé d'utiliser une méthode demi-montante en deux passes par portions successives de longueur.

Fig. 23

3. Soudage à droite à plat, ou «en arrière»:

Technique généralement utilisée pour souder des pièces d'épaisseur de 5 à 15 mm lorsque le soudage en position demi-montante n'est pas possible.

La soudure peut également être exécutée en deux passes pour les épaisseurs supérieures à 10 mm. (Fig. 24)

Fig. 24

4. Soudage en montant, ou «vertical»:(fig. 25)

Dans ce cas, le poids du métal en fusion est constamment soutenu et le métal déposé est plus directement lié avec les pièces à souder. Ainsi, un soudeur qualifié appliquera cette méthode a chaque fois que la soudure demandera des caractéristiques mécaniques élevées.

Un trou peut être fait à l'arrière du cordon, au moment du soudage afin de faciliter la pénétration, mais cela seulement dans le cas d'une soudure sur pièces bord à bord sans chanfrein, exécutée en une passe et d'un seul coté.

Fig. 25

Il existe des variantes de cette méthode, compte tenu des épaisseurs à souder, qui consistent en:

* Soudage en montant à double cordon «A»: technique appliquée sur des pièces d'épaisseur de 2 à 6 mm et d'un seul coté.

* Soudage en montant a double cordon «B»: ce soudage est réalisé par deux opérateurs placés sur chacune des faces des pièces, qui soudent en même temps la moitié de l'épaisseur; technique appliquée sur des pièces d'épaisseur de 4 à 12 mm sans chanfrein, elle a l'avantage de ne créer que peu de déformation.

VIII. Prévention des accidents et des dommages mesures de sécurité

1. Pour supprimer les risques d'explosion des bouteilles d'oxygène:

il faut

- éviter les chocs et les chutes de bouteilles surtout en charge;

- ne jamais placer une bouteille d'oxygène à proximité d'une source de chaleur: la dilatation du gaz qui en résulterait augmenterait considérablement la pression qui pourrait devenir dangereuse.

- ne jamais graisser les parties mécaniques en contact avec l'oxygène (risque d'explosion)

2. Pour maintenir les bouteilles d'acétylène en bon état et éviter les accidents:

il faut

- ne jamais monter en série des bouteilles de pression différente, ou des bouteilles partiellement vides avec des bouteilles pleines;

- ne jamais coucher les bouteilles d'acétylène;

- ne jamais vider complètement les bouteilles;

- éviter les chocs et les chutes de bouteilles pleines ou vides;

- ne jamais entreposer ou utiliser les bouteilles à proximité d'une source de chaleur. Chauffé à une température supérieure à 120 °C, l'acétylène se polymérise en donnant des mélanges d'hydrocarbures. Cette température de 120° ne doit donc jamais être atteinte dans aucun appareil à acétylène.L'acétylène est un composé instable: sous une pression supérieure à 1,5 kg/cm3, l'acétylène gazeux peut se décomposer brusquement en ses éléments (carbone et hydrogène), avec explosion et grand dégagement de chaleur.Les mélanges acétylène-air et surtout acétylène-oxygène sont explosifs.

- ne jamais transvaser l'acétylène d'une bouteille dans une autre;

- mettre le chapeau de protection sur les bouteilles vides;

- en cas d'inflammation du gaz au robinet ou au détendeur, fermer immédiatement la bouteille.

3. Le retour de flamme:

Lorsque le débit d'oxygène est insuffisant, la lance s'échauffe anormalement et le mélange gazeux s'enflamme a l'intérieur du chalumeau (extinction de la flamme et sifflement caractéristique).

Il faut immédiatement fermer les vannes d'arrivée des gaz. On peut éventuellement refroidir le chalumeau en le trempant dans l'eau avec le robinet d'oxygène légèrement ouvert.

QUESTIONNAIRE pour l'étude a domicile et pour les COMPOSITIONS

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(1)(2)(3)(4)(5)

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(1)(2)(3)(4)

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O2 -

H2 -

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C2H2 -

C2H2 -

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CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

1 kg CaC2  250 ... 300 l C2H2

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(1)

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