Anim Soudage OA

 

LE SOUDAGE APPLIQUE A LA CONSTR UCTION UCTION DES   PONTS METALLIQUES

Présenté par Jean-Michel VIGO  

OTUA Préfabrication viaduc de Millau-Atelier EIFFEL Lauterbourg

30/01/03

 

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Les pro rocé céd dés Ba Base se d dee ch choi oix x de dess pr proc océd édés és Le Less pr prod odui uits ts d’ap d’appo ports rts Déf éfec ecto tollog ogiie

5. Fi Fiss ssur urat atio ion n à ffro roid id 6. Ré Régl glem emen enta tati tion on 7. Les con contrôl trôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

1 Les procédés

-Le soudage manuel à l’électrode enrobée (SMAW)

-Le soudage MAG avec fil massif (GMAW) -Le soudage MAG avec fil fourré (FCAW)

-Le soudage sous flux en poudre (SAW)  -Le soudage à l’arc des goujons (stud welding)

 

Le soudage manuel à l’électrode enrobée (SMAW)

 

Le soudage manuel à l’électrode enrobée (SMAW) Electrode de type basique => meill meilleures eures propriétés mécanique Choix d’électrod d’électrodes es apt aptes es à produir produiree un métal métal fondu fondu de de résistanc résistanc supérieure à celui du métal de base et des résiliences garanties  à – 20°C ou –50°C

Avantage du procédé   => facilité de mise en œuvre toutes positions => Utilisation en atelier et à l’extérieur    => Excellente qualité des soudures (enrobage basique) Inconvénient => faible taux de dépôt (ordre du kg/h)

 

Le soudage MAG (Metal Activ Gas)    

- avec fil massif (GMAW) - avec fil fourré, ou avec   fil fourré sans gas (FCAW)

(CO2/Ar)

 

Flux

Feuillard

Produit d’apport fil fourré

 

MAG (Metal Activ Gas) Avantages    => robotisation =>rendement > possible électrode enrobée   =>position à plat ou verticale montante Inconvénients   => qualité insuffisante(ré insuffisante(résilience) silience) pour les soudures bout à bout multipasses   => risque de collage   => protection CO2/argon(tr CO2/argon(travail avail en plein air déconseillé)

Fils fourrés sans gas (FCAW) contre MAG Taux de dépôt supérieur ( densité de courant supérieure possible) et risque de collage inférieur  Meilleures propriétés mécaniques dues à une meilleure maîtrise de la chimie du métal fondu grâce à l’optimisation des éléments ajoutés dans le flux Soudage en extérieur 

   

Le soudage sous flux en poudre(SAW)

 

Le soudage sous flux en poudre(SAW) Avantages Productivité élevée (6 à 12kg/h) Bancs de soudage mécanisés (PRS, augets) Excellentes propriétés mécaniques des soudures (Fil électrode massif (dia 2 à 5 mm)/apport flux))

Inconvénient Usage limité à la préfabrication en atelier  Limité aux joints à plat ( angle et bout à bout)  

 

Banc SAW PRS Baudin Châteauneuf 

 

SAW bout à bout

 

Le soudage à l’arc des goujons (stud welding) Bague réfractaire

tôle

1

Contact

2

2bis

3

Amor Am orça çage ge ar arcc Ré Régl glag agee « L » ar arcc Fo Forg rgea eage ge

 

Le soudage à l’arc des goujons (stud welding)

-L’automate commande les 3 phases de la séquence de soudage -Bague réfractaire confine le métal fondu et limite l’oxydation -Diamètres goujons 6 à 22 mm (en général 16 à 22 mm pour   la liaison acier / béton) -productivité remarquable -Mais une grande précision des paramètres mécaniques est  nécessaire pour assurer une bonne qualité de la soudure (réglages délicats)  

 

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Les pro rocé cédé déss Base Ba se de de choi choix x des des proc procéd édés és Le Less prod produi uits ts d’ap d’appo port rtss Dé Défe fect ctol olo ogi giee Fi Fiss ssur urat atio ion n à fr froi oid d Ré Régl glem emen enta tati tion on Les co con ntrôl trôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

Base de choix des procédés Les questions à se poser… -Epaisseur  -Types de joints   Bout à bout   Té

pleine pénétration pénétration partielle angle -Niveau de qualité requis(résilience,dureté, compacité…) => SMAW enrobage basique, SAW … -Risque arrachement lamellaire -En atelier ou en extérieur => +- gaz -Accessibilité -Quelles positions -Répétitivité => robots … -Longueur importante => banc SAW…(PRS, augets, caisson…) -Productivité =>SAW, fil fourré

 

15

FCAW Sans gaz

Kg/h  12

SAW  9   6

  3

SMAW Ht rendement

0 100 200 300 400 500 600 Comparaison des taux de dépôt théorique

700 800 A

 

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Les pro rocé cédé déss Ba Base se d dee choi choix x de dess pr proc océd édés és Less prod Le produi uits ts d’ap d’appo port rtss Dé Défe fect ctol olo ogi giee Fi Fiss ssur urat atio ion n à fr froi oid d Ré Régl glem emen enta tati tion on Les co con ntrôl trôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

3. Les produits d’apports Règlement => propriétés de traction & résilience >= aux mini Métal de Base (MB) MB: 5 nuances(Re) de 235N/mm2 235N/mm2 à 460 N/mm2 (EN10025,10113,10155,10137) (EN10025,10113,10155,10137) Produits d’apport:5 nuances(Re) et 7 qualités(KV) (EN-499, 440, 758)

Caractéristiques de traction

Re S235

S275

S355

Symbole

35 E

Pr.d’apport C,Mn

G T

38

S420

S460

42

46

électrodes basiques fils massifs fils fourrés

N/mm2 50

 

3. Les produits d’apports … Résilience ou caractéristiques de résistance à la flexion par choc N NL M ML   Températures K2 -60° -50° -40° -30° -20° -10° 0° °C

27 J

40 J

Résilience 47

47 47 47 47

47

47

0 s Joules 1 2 fil massif  3 4 5élec. B & f.fourré 6

 

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Les pro rocé cédé déss Ba Base se d dee choi choix x de dess pr proc océd édés és Le Less prod produi uits ts d’ap d’appo port rtss Défe Dé fect ctol olo ogi giee Fi Fiss ssur urat atio ion n à fr froi oid d Ré Régl glem emen enta tati tion on Les co con ntrôl trôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

4. Défectologie 5 groupes de défauts selon NF-EN 26250 Numéro

Dé s igna tion

Illus tra tion

Te rm in E nglis h

GROUPE 1 - FISSURES 101

F I SSURE LO NG I T UDI NALE

LONG I T UDI NAL CRACK

102

F I SSURE T RANSVERSALE

T RANSVERSE CRACK

103

F I SSURES RAYONNANT ES

RADI AT I NG CRACK

104

F I SSURES DE CRAT ÈRE

CRAT ER CRACK

 

 GROUPE N° 2 - CAVITÉS 2011

SOUF F LURE SPHÉRO Ï DALE

GAS PO RE

2012

SO UF F LURES UNI F O RMÉMENT REPART I ES

UNI F O RMLY DI ST RI BUT ED PO RO SI T Y

2013

NI D DE SOUF F LURES

CLUST ERED PO RO SI T Y

2014

SO UF F LURES ALI G NÉES

LI NEAR PO ROSI T Y

2015

SO UF F LURES ALLO NG ÉES

ELO NG AT ED PO ROSI T Y

2016

SO UF F LURE VERMI CULAI RE

W ORM HO LE

2017

PI Q ÛRE

SURF ACE PO RE

2021

RET ASSURE I NT ERDENT RI T I Q UE

I NT ERDENDRI T I C SHRI NKAGE

2024

RET ASSURE DE CRAT ÈRE

CRAT ERE PI PE

 

GROUPE N° 3 - INCLUSIONS SOLIDES 301

I NCLUSI O N DE LAI T I ER

SLAG I NCLUSI O N

302

I NCLUSI O N DE F LUX

F LUX I NCLUSI O N

I NCLUSI O N D'OXYDE

O XI DES I NCLUSI O N

I NCLUSI O N MÉT ALLI QUE

MET ALLI C I NCLUSI O N

303

304

GROUPE N° 4 - MANQUE DE PÉNÉTRATION 402

MANQUE DE PÉNÉT RAT I O N

LACK O F PENET RAT I O N

402

MANQ UE D'I NT ERPÉNÉT RAT I O N

LACK O F PENET RAT I O N

 

GROU GR OUPE PE N° 5 - D FAUT FAUTS S DE DE F FOR ORME ME 5011

CANI VEAU

UNDERCUT

5012

MO RSURE

UNDERCUT

5013

CANI VEAU A LA RACI NE

SHRI NKAG E G RO O VE

502

SURÉPAI SSEUR EXCESSI VE

EXCES W ELD MET AL

504

 E EX XCÈS DE PÉNÉT RAT I O N

EXCESSI VE PENET RAT I O N

5041

 G  GO O UT T E O U EXCÈS LO CAL DE PÉNÉT RAT I O N

EXCESSI VE PENET RAT I O N

506

 DÉ  D ÉBO RDEMENT

O VERLAP

507

DÉF AUT D'ALI G NEMENT

LI NEAR MI SALI G NMENT

508

DÉF O RMAT I O N ANGULAI RE

ANGULAR MI SALI GNMENT

 E F F O NDREMENT

SAG G I NG

511

MANQ UE D'ÉPAI SSEUR

I NCO MPLET E F I LLED G RO O VE

515

RET ASSURE A LA RACI NE

RO OT CO NVEXI T Y

516

RO CHAGE

PORO SI T Y DUE T O CARBO NE MO NO XI DE

517

MAUVAI SE REPRI SE

PO O R REST ART

509

 

En fait : 3 grandes catégories de défauts Défauts plans =>  =>  = DEFAUTS NOCIFS   -fissure à froid (H2+ martensite+ martensite+contraintes) contraintes)   -fissure à chaud (ségrégation S, P, oxydes…)   -collage ou manque de fusion(E fusion(Ej, j, géométrie,CO2…) Rédhibitoires Défauts de forme=> =ACCENTUENT L’EFFET D’ENTAILLE (amorçage fissure fatigue, rupture brutale) -caniveau,, trop forte surépaisseur, effondremen -caniveau effondrement, t, manque de pénétration, …  NF P 22471 définit définit 3 classes classes de critères d’acceptation d’acceptation selon selon le rôle et llee niveau de sollicitation de l’élément dans la structure Défauts volumiques =>  => = DEFAUTS PEU NOCIFS -soufflure -inclusion de laitier  -réfractaire(élec.TIG…)  NF P 22471 définit définit des critères critères d’acceptation d’acceptation US & Radio pour een n limiter le nombre

 

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Dé Défe fect ctol olo o gi gie Fi Fiss ssur urat atio ion neà fr froi oid d Ré Régl glem emen enta tati tion on Les co con ntrôl trôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

5. ZOOM sur la fissuration à froid Processus de fissuration dans la zone trempée trempée par  par le cycle de soudage, contraintes propres  propres et de l’hydrogène l’ hydrogène en  en sous l’action conjuguée des contraintes  provenancee de la zon  provenanc zonee fondue pa parr diffusion.Sa p progression rogression peu peutt durer 24 heures jusqu’à ce que la concentration d’hydrogène qui évolue constamment ai suffisamment régressé. La réduction du risque de fissuration à froid passe donc par : Réduction H2: H2: Choix  Choix d’électrodes à bas hydrogène contraintes:Séquence de soudage adaptée Réduction des contraintes:Séquence de façon à contourner les effets de bridage, jouer sur énergie de soudage Re métal d’apport à minimiser,jouer sur la conceptio conception n des assemblage assemblages.. s.. Réduction des risques de trempe locale:Choix locale:Choix métal (privilégier un CEV bas), adapter l’énergie de soudage, pré-chauffer voire  post-chaufferr le joint si néc  post-chauffe nécessaire essaire

 

5. ZOOM sur la fissuration à froid…  IIS doc.IX 646-69 646-69

Valeurs indicatives et 0.80 robustes(aci robustes(acier er CMn) 0.70 à moduler en fonction : 0.60  -énergie de soudage, 0.50  -niveau de contraintes, 0.45  -teneur en H2 électrodes 0.35 0.30 0.25

 

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Dé Défe fect ctol olo ogi gie Fi Fiss ssur urat atio ion neà fr froi oid d Régl Ré glem emen enta tati tion on Les co con ntrôl trôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

6.Réglementation Fascicule N°66 du N°66 du CCTG Exécution des ouvrages de génie civil à ossature en acier    NF-P22 470 470 (août  (août 89)   Constructi Construction on métallique-Ass métallique-Assemblages emblages soudés  Dispositions constructives constructives et justification des soudures   NF-P22 471 471(mars (mars 84)   Constructi Construction on métallique-Ass métallique-Assemblages emblages soudés-fabr soudés-fabrication ication  NF- EN 288-3(juin 288-3(juin 92) DMOS/QMOS DMOS/QMOS  NFP 22 472 soudés-QMOS (octobre 94) Construction (octobre Construction métallique métallique Assemblages  NF- P 22 473(août 473(août 86) Construction Construction méta métallique llique Assemblages soudés-CND  NF-EN 287(juin92) 287(juin92) Qua Qualification lification soud soudeurs eurs  

& opérateurs

 

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Dé Défe fect ctol olo ogi gie Fi Fiss ssur urat atio ion neà fr froi oid d Ré Régl glem emen enta tati tion on Les co con ntr trôl ôles es -Tôles et profilés -Qualification des modes opératoires de soudage -Qualification des soudeurs -Contrôles non destructifs

 

7. Les contrôles ou opérations   de surveillance Les opérations de surveillance de la construction font l’objet d’un plan  décrivant de manière chronologique, l’objet l’objet (exemple:  (exemple: note de calcul,  plans de fabrication, réception des tôles, des produits d’apport, qualification des modes opératoires de soudage, qualifications des soudeu  procédures de contrôle non destruc  procédures destructifs,participati tifs,participation on aux con contrôles trôles ….) Ce plan détaille les opérations de surveillance à surveillance à accomplir ainsi que les Points d’Arrêt (PA=avis d’Arrêt (PA=avis obligatoire de l’inspecteur avant de passer à  l’étape suivante) et les documents de références. Surveillance assurée soit par un organisme d’inspection désigné par le maître d’œuvre, soit par le constructeur (nécessité d’un MAQ & guide d’audit accepté par le maître d’œuvre) Mots clefs=AQ, MAQ,PAQ,PA,Non Conformité,traitement NC,traçabilit

 

7. Les contrôles ou opérations   de surveillance -Tôles et profilés Conformité au fascicule 66 et nouveau fascicule 4 titre 3 (décret N°2000524.juin2000) et/ou avec la marque équivalente « NF-Acier » référentiel « 2B »(ouvrages d’art et bâtiments non courants) en termes d’agréments des fournisseurs. Vérification des certificats matières (NF-EN 10025 mars 2005) et de la traçabilité physique. S’assurer que qualités et nuances /épaisseurs sont homogènes avec la réglementation actuelle et/ou le futur Eurocode 3. Objectif : Se prémunir des risques de rupture fragile S355K2 ép Densité> =>blanc sur noir, densité< => noir sur blanc

 

Appareil de radiologie gamma Radio X soudure virole

 

7. Les contrôles ou opérations de surveillance CND: Ultrasons

 

Contrôle US soudure circulaire

 

Conclusion Les évolutions des procédés de soudage, des aciers de construction, et des produits d’apport ont facilité facilité la mise en œuvre du soudage dans la construction métallique, notamment pour les aciers à haute limite élastique. Les « contraintes » des normes tant européennes que  particulières d’application nationales nationales et la régleme réglementation ntation française doivent être perçues comme une aide pour atteindre la qualité nécessaire à la pérennité des ouvrages .Celles-ci ont évoluées ces dernières années de façon à simplifier la vie de l’ensemble des acteurs.

 

Merci pour votre attention