GUIDE CND Des Soudures

GUIDE CND

LES TECHNIQUES DE CONTROLE NON DESTRUCTIF DES SOUDURES

Guide réalisé par Auteur : Imad ABBAS  Version 2010 

Collection « Guides Techniques de l’Artisan »

TECHNIQUES DE CONTRÔLE NON DESTRUCTIF DES SOUDURES

CND

Septembre 2009

 

Etude réalisée sous la responsabilité technique de : 

Pôle d’Innovation nationale de l’Artisanat «  Travail des Métaux »  CFMI  Campus des métiers  79200 PARTHENAY  Auteur : Imad ABBAS 

AVANT PROPOS

Tout assemblage soudé doit présenter des garanties optimales de sécurité et d’endurance lors de  son fonctionnement.    La réglementation européenne, directive nouvelle approche, concernant certains produits comme  les appareils sous pression ou les chaudières, impose de plus en plus aux fabricants la mise sous  assurance qualité de leur production, notamment le respect de certaines normes portant sur les  contrôles à effectuer.    Par ailleurs, certains produits sont soumis à une réglementation spécifique définie par des codes  de  construction  comme  le  CODAP,  le  CODETI  ou  le  RCCM.  Ces  codes  imposent  des  critères  d’acceptation pour les défauts des soudures et préconisent le type de contrôle à mettre en œuvre.    Si  aujourd’hui  les  procédés  de  contrôle  non  destructif  sont  de  plus  en  plus  nombreux,  ils  présentent également une fiabilité accrue chacun dans leurs domaines d’applications.    L’interprétation  des  défauts  observés  faisant  toujours  référence  aux  conditions  de  réalisation  et  de  mise  en  œuvre  de  l’assemblage,  il  est  important  de  maîtriser  le  processus  de  fabrication  et  donc de respecter un minimum de dispositions, notamment en ce qui concerne les conditions de  soudage et la préparation des bords. 

A qui s’adresse cet ouvrage  A  tous  les  artisans  effectuant  des  travaux  d’assemblage  par  soudage  en  général  et  à  tous  les  fabricants d’ouvrages soumis à la réglementation en particulier.    En clair, aux petites entreprises de chaudronnerie, de mécano‐soudure, de tuyauterie industrielle,  de  construction  de  bâtiments  industriels,  aux  fabricants  d’équipements  de  manutention  ou  de  levage,  de  matériels  agricoles  ou  d’élevage,  aux  carrossiers,  aux  sous‐traitants  des  chantiers  navals, aux fabricants de citernes ou de réservoirs sous pression.      Ce guide traite de l’application des méthodes de contrôle non destructif des soudures. Il a pour  objectif d’apporter des éléments d’information aux entreprises artisanales afin de leur permettre  d’assurer  la  conformité  de  leurs  produits  par  rapport  à  la  réglementation  sur  le  soudage  notamment dans le cadre de travaux soumis à certaines directives européennes.    La possession de ce guide ne constitue en aucune manière une preuve de conformité des produits  soumis à des contrôles obligatoires par des organismes de contrôle agréés. La mise en œuvre des  méthodes  de  contrôle  non  destructif  des  soudures  doit  être  effectuée  par  du  personnel  formé  ayant été certifié par la COFREND (Confédération française des essais non destructifs) (&Se référer  au chapitre 5).  Cet ouvrage, appartenant à une collection dirigée par l’Institut Supérieur des Métiers, a été financé  par la Direction des entreprises Commerciales, Artisanales des Services et des Professions Libérales  et réalisé par le CFMI de la Chambre de Métiers et de l’Artisanat des Deux‐Sèvres. 

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TABLEAU D'ORIENTATION

Cette page peut être utilisée pour s'orienter vers un paragraphe en particulier en fonction des  questions qui peuvent se poser. Ce n'est pas une table des matières proprement dite, celle‐ci se  trouvant à la page suivante. 

QUESTION    Pourquoi contrôler ?    Quelles sont les exigences réglementaires ?    Qui est concerné par le contrôle ?    Quelles sont les activités soumises au contrôle ?    Quoi contrôler ?    Quels sont les différents types d'assemblages ?    Quels sont les principaux procédés de soudage ?    Comment préparer les bords avant de souder?    Quels sont les défauts des soudures ?    Quels sont les critères d'acceptation des soudures ?    Quelle technique choisir pour contrôler les soudures ?    Qui peut mettre en œuvre les techniques de contrôle ?    Quel est le rôle de la COFREND ?    Comment fonctionne la certification des agents de contrôle ?    Où puis‐je me renseigner ?   

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RÉPONSE    Chap 1    § 1.2    Chap 2    § 2.1    Chap 3    § 3.1    § 3.2    § 3.3    § 3.4    § 3.5    Chap 4    Chap 5    § 5.1    § 5.2    Chap.6   

TABLE DES MATIÈRES  

1 ‐ POURQUOI CONTRÔLER ?...................................................................11 1.1 ‐ Introduction ..............................................................................................................................................................13 1.2 ‐ Les exigences réglementaires ...................................................................................................................................15

2 ‐ QUI EST CONCERNÉ ?..........................................................................17 2.1 ‐ Les activités soumises au contrôle............................................................................................................................19

3 ‐ QUOI CONTRÔLER ?............................................................................21 3.1 ‐ Les différents types d'assemblage ............................................................................................................................23 3.2 ‐ Les principaux procédés de soudage ........................................................................................................................24

3.2.1 ‐ Le soudage oxyacéthylénique (Procédé 311) ...................................................... 24 3.2.2 ‐ Le soudage à l'électrode enrobée (Procédé 111) ................................................. 25 3.2.3 ‐ Le soudage TIG "Tungstène Inert Gaz" (Procédé 141) .......................................... 26 3.2.4 ‐ Le soudage plasma (Procédé 15) .......................................................................27 3.2.5 ‐ Le soudage MIG – MAG "Métal Inert Gaz – Métal Activ Gaz" ............................... 28 3.2.6 ‐ Le soudage à l’arc sous flux en poudre (Procédé 121) .......................................... 29 3.2.7 ‐ Le soudage par faisceau d’électrons (Procédé 76) ............................................... 30 3.2.8 ‐ Le soudage par faisceau laser  (Procédé 751) ...................................................... 31 3.2.9 ‐ Le soudage par étincelage (Procédé 24) ............................................................. 32 3.2.10 ‐ Le soudage par friction (Procédé 42) ................................................................33 3.2.11 ‐ Le soudage aluminothermique (Procédé 71)..................................................... 34 3.2.12 ‐ Le soudage à la molette (Procédé 22)...............................................................35 3.2.13 ‐ Le soudage par résistance par points (Procédé 21) ............................................ 36 3.3 ‐ La préparation des bords ..........................................................................................................................................37 3.4 ‐ Les défauts des soudures..........................................................................................................................................38 3.5 ‐ les critères d'acceptation ..........................................................................................................................................41

4 ‐ QUELLE TECHNIQUE CHOISIR ? ............................................................47 4.1‐ CONTROLE DU SOUDAGE...........................................................................................................................................49 4.2 ‐ EXAMEN VISUEL (NF EN 970) ....................................................................................................................................50 4.3 – LE RESSUAGE (NF EN 571‐1).....................................................................................................................................51 4.4 – LA MAGNETOSCOPIE (NF EN 1290)..........................................................................................................................54 4.5 – LES ULTRASONS (NF EN 1714 :10)............................................................................................................................57 4.6 – LA RADIOGRAPHIE (EN 444 ‐ EN 1435 ‐ EN 462) ......................................................................................................61 4.7 – LES COURANTS DE FOUCAULT (EN 1711).................................................................................................................64 4.8 – LES AUTRES TECHNIQUES.........................................................................................................................................66 4.8.1 – L'émission acoustique ...........................................................................................................................................66 4.8.2 – La tomographie .....................................................................................................................................................66 4.8.3 – La thermographie..................................................................................................................................................67 4.8.4 – L'étanchéité...........................................................................................................................................................67 4.9 – TABLEAU DE SYNTHESE ............................................................................................................................................68

5 ‐ QUI PEUT LES METTRE EN ŒUVRE ? ....................................................71 5.1 ‐ Le rôle de la COFREND ..............................................................................................................................................73 5.2 ‐ La certification des agents de contrôle .....................................................................................................................74

6 ‐ OÙ SE RENSEIGNER ? ..........................................................................75 6.1 ‐ La COFREND ..............................................................................................................................................................77 6.2 ‐ Les centres de certification agréés pour les contrôles non destructifs des soudures* ............................................77 6.3 ‐ Les principaux organismes dispensant la formation continue en CND.....................................................................77

Annexes .................................................................................................79 1‐ LISTE DES PRINCIPALES NORMES..................................................................................................................................81 2 ‐ QUELQUES FOURNISSEURS DE MATÉRIEL DE CONTRÔLE............................................................................................83 3 ‐ REPRÉSENTATION DES SOUDURES...............................................................................................................................84 4 ‐ IDENTIFICATION DES GAZ UTILISÉS EN SOUDURE .......................................................................................................87 5 ‐ BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................................................93 6 ‐ GLOSSAIRE..................................................................................................................................................................100  

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TABLE DES MATIÈRES

Figures    Figure 1 : Tôle...............................................................................................................................................................................23 Figure 2 : Tube..............................................................................................................................................................................23 Figure 3 : Soudage bout à bout ....................................................................................................................................................23 Figure 4 : Soudage en angle .........................................................................................................................................................23 Figure 5 : Soudage d'un seul côté.................................................................................................................................................23 Figure 6 : Soudage des deux côtés ...............................................................................................................................................23 Figure 7 : Soudage sans support envers.......................................................................................................................................23 Figure 8 : Soudage avec support envers.......................................................................................................................................23 Figure 9 : Soudage sans gougeage ...............................................................................................................................................23 Figure 10 : Soudage avec gougeage envers..................................................................................................................................23 Figure 11 ‐ Schéma d'une soudure oxyacétylénique....................................................................................................................24 Figure 12 ‐ Schéma d'une soudure à l'électrode enrobée............................................................................................................25 Figure 13 ‐ Schéma d'une soudure TIG.........................................................................................................................................26 Figure 14 ‐ Schéma d'une soudure plasma ..................................................................................................................................27 Figure 15 ‐ Schéma d'une soudure MIG ‐ MAG............................................................................................................................28 Figure 16 ‐ Schéma d'une soudure à l'arc sous flux en poudre....................................................................................................29 Figure 17 ‐  Schéma d'une soudure par faisceau d'électrons (source Soudage2000)..................................................................30 Figure 18 ‐ Schéma d'une soudure par faisceau laser..................................................................................................................31 Figure 19 ‐Principe du soudage par étincelage ............................................................................................................................32 Figure 20 ‐ Machine automatique de soudage par étincelage.....................................................................................................32 Figure 21 ‐ Principe du soudage par friction ................................................................................................................................33 Figure 22 ‐ Schéma d'une soudure aluminothermique................................................................................................................34 Figure 23 ‐ Soudage de deux abouts de rails par aluminothermie...............................................................................................34 Figure 24 ‐ Schéma d'une soudure à la molette...........................................................................................................................35 Figure 25 ‐ Schéma d'une soudure par résistance par points ......................................................................................................36  Figure 26 ‐ Préparation à bords droits .........................................................................................................................................37  Figure 27‐ Préparation en "V" ......................................................................................................................................................37  Figure 28 ‐Préparation en "X" ......................................................................................................................................................37 Figure 29 ‐ Fissure longitudinale ..................................................................................................................................................38 Figure 30 ‐ Fissure transversale....................................................................................................................................................38 Figure 31 ‐ Fissures rayonnantes..................................................................................................................................................38 Figure 32 ‐  Soufflure sphéroïdale ................................................................................................................................................38 Figure 33 ‐ Soufflures uniformément réparties............................................................................................................................38 Figure 34 ‐ Nid de soufflures ........................................................................................................................................................38 Figure 35 ‐ Soufflures alignées .....................................................................................................................................................39 Figure 36 ‐ Soufflures vermiculaires.............................................................................................................................................39 Figure 37 ‐  Piqûre ........................................................................................................................................................................39 Figure 38 ‐  Inclusion de laitier .....................................................................................................................................................39 Figure 39 ‐  Inclusion métallique ..................................................................................................................................................39 Figure 40 ‐ Manque de fusion sur les bords .................................................................................................................................39 Figure 41 ‐ Manque de fusion entre passes .................................................................................................................................39 Figure 42 ‐  Manque de pénétration ............................................................................................................................................39 Figure 43 ‐ Manque d'interpénétration .......................................................................................................................................39 Figure 44 ‐ Caniveau.....................................................................................................................................................................40 Figure 45 ‐ Morsure......................................................................................................................................................................40 Figure 46‐ Caniveau à la racine ....................................................................................................................................................40 Figure 47 : Surépaisseur excessive ...............................................................................................................................................40 Figure 48 : Excès de pénétration ..................................................................................................................................................40 Figure 49 : Défaut d'alignement...................................................................................................................................................40 Figure 50 : Déformation angulaire ...............................................................................................................................................40 Figure 51 : Manque d'épaisseur ...................................................................................................................................................40 Figure 52 : Retassure à la racine...................................................................................................................................................40 Figure 53 : Manque de pénétration (1) ........................................................................................................................................43 Figure 54 : Manque de pénétration (2) ........................................................................................................................................43 Figure 55 : Manque de pénétration (3) ........................................................................................................................................43 Figure 56 : Mauvais ajustage et manque de pénétration ............................................................................................................43

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TABLE DES MATIERES Figure 57 : Caniveaux ...................................................................................................................................................................43 Figure 58 : Surépaisseur excessive ...............................................................................................................................................44 Figure 59 : Convexité excessive....................................................................................................................................................44 Figure 60 : Soudure d'angle d'épaisseur supérieure à l'épaisseur nominale ...............................................................................44 Figure 61 : Soudure d'angle d'épaisseur inférieure à l'épaisseur nominale.................................................................................44 Figure 62 : Excès de pénétration ..................................................................................................................................................44 Figure 63 : Défaut d'alignement (1) .............................................................................................................................................45 Figure 64 : Défaut d'alignement (2) .............................................................................................................................................45 Figure 65 : Manque d'épaisseur ...................................................................................................................................................45 Figure 66 : Défaut de symétrie .....................................................................................................................................................45 Figure 67 : Retassure à la racine...................................................................................................................................................45 Figure 68 : Débordement .............................................................................................................................................................46 Figure 69 : Défauts multiples .......................................................................................................................................................46 Figure 70 ‐ Mesureur d’angle  Calibre d’épaisseur          Jauge de mesure    Calibre selon norme EN 970 ..............................50 Figure 71 ‐ Mise en œuvre du ressuage .......................................................................................................................................52 Figure 72 ‐ Application du pénétrant ...........................................................................................................................................53 Figure 73 ‐ Application du révélateur et interprétation du défaut ..............................................................................................53 Figure 74 ‐  Magnétoscopie ‐ Electroaimant ................................................................................................................................54 Figure 75 ‐ Application de la magnétoscopie ...............................................................................................................................55 Figure 76  ‐ Champ de fuite ..........................................................................................................................................................55 Figure 77 ‐ Défaut de soudure révélé par magnétoscopie...........................................................................................................56 Figure 78 ‐  principe du contrôle par ultrasons ............................................................................................................................57 Figure 79 ‐ Méthode TOFD (Sofranel) ..........................................................................................................................................57 Figure 80 ‐  Méthode multiéléments (Phased Array ....................................................................................................................58 Figure 81 Exemples d’applications ...............................................................................................................................................59 Figure 82 ‐ sondes et analyseurs ‐ Sofranel..................................................................................................................................60 Figure 83 ‐  Méthode TOFD ‐ Metalscan ‐ Olympus .....................................................................................................................60 Figure 84 ‐ méthode Phased Array ‐ matériels Olympus..............................................................................................................60 Figure 85 ‐ principe de la radiographie ........................................................................................................................................61 Figure 86 ‐ Radionumérique plaques phosphores ‐ acier carbone épaisseur 4 mm (avec RX 100 kV) ........................................61 Figure 87 ‐ Sources radiographiques X et Y..................................................................................................................................63 Figure 88 ‐ Applications contrôles radiographiques.....................................................................................................................63 Figure 89 ‐ principe du contrôle par courants de Foucault ..........................................................................................................64 Figure 90 ‐ Contrôle d'un tube par courants de Foucault ............................................................................................................65

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1 ‐ POURQUOI CONTRÔLER ? 

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POURQUOI CONTRÔLER ? 1  

1.1 ‐ Introduction    Quel que soit le procédé de fabrication, pour obtenir des produits de qualité bien définie et constante, il  importe non seulement de vérifier que les pièces terminées sont conformes, mais encore de s’assurer,  qu’au cours des divers stades de fabrication, les facteurs qui agissent sur la qualité finale sont maintenus  dans les normes prévues.  N’opérer qu’un contrôle final conduit, en effet, à constater qu’on a produit des pièces non conformes,  lorsqu’il est trop tard pour l’éviter.    Ceci est particulièrement vrai en soudage, où les facteurs qui agissent sur la qualité sont nombreux et  complexes. L’objectif du contrôle est de :    Garantir la bonne exécution de l’assemblage d’une construction.   

Il s’applique à :    ‐la prévention des défauts    ‐la détection et localisation des défauts    ‐l’évaluation du degré de gravité des défauts    ‐l’acceptation ou le refus de la pièce, suivant l’interprétation des défauts.   

Le contrôle doit s’exercer à trois moments bien distincts :  ‐avant soudage  ‐pendant soudage  ‐après soudage     

Le contrôle avant soudage a pour but de prévenir les défauts. Il portera sur :  - la soudabilité métallurgique du métal de base (analyse chimique du matériau, contrôle  macrographique, propriétés mécaniques, etc.)  - la qualité du métal d’apport (compatibilité avec le métal de base, état de surface, propriétés  mécaniques, nature et dimension)  - la préparation des pièces (ouverture des chanfreins, écartement des bords et dénivellation,  montage et fixation, positionnement, etc.)  - les gabarits (d’assemblage, de vérification des cordons)  - les séquences de soudage (ordre des diverses soudures, sens de réalisation)  - les traitements thermiques (préchauffage, maintien en température)  - le matériel de soudage (état, puissance, les réglages, etc.…)  - la qualification du soudeur (habilité manuelle, niveau technologique, essais dans les  conditions de soudage du type d’assemblage)  - l’examen de la condition physique du soudeur (travaux dangereux, positions pénibles,  travaux délicats)  - la qualification des Modes Opératoires de Soudage (Q.M.O.S)  - la vérification des documents de suivi et des enregistrements qualité  - la qualification des contrôleurs. 

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POURQUOI CONTRÔLER ? 1   Le contrôle pendant le soudage a pour but de s’assurer que les règles d’une bonne exécution du joint  sont respectées. Il portera sur :    - La qualité du soudage  - La nature et dimension du métal d’apport (soudabilité, état de surface, propreté)  - Le réglage de l’appareil de soudage (correspondance entre le réglage indiqué et le résultat  obtenu, maintien du réglage)  - L’état du joint réalisé (aspect conforme du cordon, dimensions des gorges, pénétration,  propreté, écartement des bords)  - La disposition des passes (leur nombre, le sens de réalisation)  - Les cadences de soudage (vitesse, interruptions entre passes)  - Les déformations (décalage des pièces)  - La température du traitement thermique (maintien en température)  - Le respect des Descriptifs de Mode Opératoire de Soudage (D.M.O.S)     

Le contrôle après soudage a pour but de vérifier que le joint exécuté est bien conforme aux exigences de  la construction. Il portera sur :  - La mise en œuvre des contrôles appropriés en conformité avec la réglementation  - l’analyse des résultats des divers contrôles effectués  - L’instruction des dossiers « constructeurs » ou qualité attestant de la bonne réalisation des  fabrications.       

On distingue essentiellement trois méthodes de contrôle pour les soudures :  1) Non destructifs (Contrôle ne modifiant pas l’état de la pièce)  2) Semi ‐ destructifs (on pratique une entaille, un perçage dans le joint soudé ou on prélève un petit  échantillon du joint qu’on rebouche par soudage)  3) Destructifs (on découpe la pièce, généralement ce type de contrôle est effectué sur des éprouvettes)    Ce guide ne traite que des méthodes de contrôle non destructif des assemblages soudés couramment  désignés par END (essais non destructifs)   

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POURQUOI CONTRÔLER ? 1  

1.2 ‐ Les exigences réglementaires    Pour garantir la maîtrise des risques liés aux produits, des obligations de contrôles réglementaires, pour  la  sécurité  des  équipements,  ont  été  mises  en  place,  en  France,  en  Europe  et  dans  le  monde.  Ces  réglementations font souvent références à des normes applicables (Françaises (NF), Européennes (EN)  ou Internationales (ISO)) ou à des codes de construction ou à une réglementation spécifique.  Ces réglementations s’appliquent surtout aux équipements :  - aéronautiques,  - nucléaires,  - maritimes,  - ferroviaires,  - à pression,  - de levage,  - de manutention,    Mais  aussi  aux  ouvrages  constructifs :  ponts,  bâtiments  collectifs  ou  industriels,  poteaux,  mâts,  plateformes pétrolières, pipelines, tunnels, etc.    Ces réglementations exigent ou préconisent des méthodes de contrôle des assemblages réalisés et une  certification des contrôleurs et des inspecteurs selon trois niveaux généralement.    Cette certification est réalisée sous le contrôle de la COFREND (Confédération français pour les Essais  Non Destructifs)     

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POURQUOI CONTRÔLER ? 1        

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2 ‐ QUI EST CONCERNÉ ? 

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2.1 ‐ Les activités soumises au contrôle    Toutes les activités produisant des installations ou des équipements représentant un risque pour la  santé de l’utilisateur ou de l’usager.  

  Pour les appareils à pression  Les travaux de normalisation européens sur les récipients sous pression ont débuté au début des années  1990, en réponse à un demande de la Commission européenne : il s’agissait de développer des normes  européennes harmonisées en appui à la directive 97/23/CE « Equipements sous pression », à l’époque  au stade de projet. Jusqu’en 2005, les appareils ou équipements sous pression étaient soumis à la  réglementation définie par les codes de construction CODAP. Ces codes donnent les règles à appliquer  en matière de conception, de fabrication et d’inspection des équipements. Depuis fin 2006 tous les  équipements sous pression doivent répondre à la norme européenne EN 13445 en remplacement des  codes CODAP.   

Pour les ponts :  La construction est régie par le Fascicule 66 du Cahier des Clauses Techniques générales, intitulé «  Exécution des ouvrages de génie civil à ossature en acier ».  Ce fascicule s’appuie sur deux normes dédiées au soudage : NF‐P22 470 (août 89)  Construction métallique ‐  Assemblages soudés ‐ Dispositions constructives et justification des soudures  : NF‐P22 471(mars 84)  Construction métallique ‐Assemblages soudés ‐ Fabrication  Cette norme définit notamment :   •

Le DMOS : Descriptif du Mode Opératoire de Soudage (NF‐ EN 288‐3, juin 92)  

•

Le QMOS : Qualification du Mode Opératoire de Soudage (NF‐ P 22 472, octobre 94)  

•

Les Contrôles non destructifs (CND) (NF‐ P 22 473, août 86).  

•

La qualification des soudeurs et opérateurs (NF‐EN 287, juin92).  

Précision : La norme NF‐EN 288‐3 vient d'être remplacée par la norme EN‐ISO‐ 15 614‐1 depuis mars  2005 

Pour le bâtiment :   Il s’agit des mêmes normes, mais le Fascicule 66 définit trois classes d’exécution, les classes les plus  contraignantes étant généralement utilisées pour les ponts et les moins contraignantes pour les  bâtiments (NF‐P 22‐474 « Guide de choix de la classe de qualité »).  L’ensemble réglementaire et normatif décrit ci‐dessus va disparaître en 2006, suite à la publication de la  nouvelle norme européenne EN 1090 « Exécution des structures métalliques ». En conséquence, le  fascicule 66 du CCTG sera révisé et fera largement référence à cette norme européenne. L’EN 1090 est  cohérente avec l’Eurocode 3 et comprendra trois parties dont deux spécifiques à l’acier.   

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QUI EST CONCERNÉ ? 2  

Pour les tuyauteries et les chaudières    Ces équipements sont soumis à la réglementation européenne pour les appareils à pression Directive  DESP 97/23/CE, et aux codes nationales de construction CODETI, CDOAV et CODRES. Des normes  européennes sont en cours d’élaboration pour l’application de la directive EN13480 pour les tuyauteries  et EN12952 et 12953 pour les chaudières   

Pour les structures métalliques  Toutes les constructions métalliques destinées à l’accueil de personnes sont soumises aux règles de  construction CM66 et aux règles NV56 de neige et de vent, ainsi qu’à certaines DTU (documents  techniques unifiés). Ces règles seront remplacées par le Eurocodes 3 et 9.       

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3 ‐ QUOI CONTRÔLER ? 

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QUOI CONTRÔLER ? 3

3.1 - Les différents types d'assemblage    

Codification européenne des types d'assemblage :  (Norme EN 287‐1) 

Symboles 

Significations 

P (Plate) 

Tôle   

Figure 1 : Tôle 

T (Tubing) 

Tube  Figure 2 : Tube 

BW (Butt Welding) 

 

  Figure 3 : Soudage bout à bout 

FW (Fillet Welding) 

Soudage bout  à bout 

Soudure bout  à bout 

Soudage en  angle 

Soudure en  angle 

 

Figure 4 : Soudage en angle 

nm (Not Métal)  wm (With Métal)  ss (Single Side) 

   

Sans métal d'apport  Avec métal d'apport   

Soudage d'un seul côté 

Figure 5 : Soudage d'un seul côté 

bs (Both Side) 

 

Soudage des deux côtés 

Figure 6 : Soudage des deux côtés 

nb (Not Backing) 

 

Sans support envers 

Figure 7 : Soudage sans support envers 

mb (Métal Backing) 

Avec support envers solide   

Figure 8 : Soudage avec support envers 

ng (Not Gouging) 

 

Sans gougeage (ou meulage)  envers 

 

Avec gougeage envers 

Figure 9 : Soudage sans gougeage 

gg (Gouging) 

Figure 10 : Soudage avec gougeage  envers   

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3 QUOI CONTRÔLER ?  

3.2 - Les principaux procédés de soudage  

3.2.1 ‐ Le soudage oxyacéthylénique (Procédé 311) 

Définition du procédé :  Le  soudage  oxyacétylénique  est  un  procédé  à  la  flamme.  Le  soudage  est  réalisé  à  partir  de  la  chaleur  d'une  flamme  née  de  la  combustion  d'un  gaz  combustible  d'acétylène C 2 H 2 avec  un  gaz  comburant  d’oxygène O 2 .  La  température  de  la  flamme  peut  atteindre  les  3  200  °C  lorsque  le  mélange  C 2 H 2 et O 2 est  correctement  équilibré  dans  le  chalumeau.  Le  métal  d'apport  (baguette)  est  amené  manuellement dans le bain de fusion. L'énergie calorifique de la flamme fait fondre localement la pièce  à  assembler  et  le  fil  d'apport  pour  constituer  le  bain  de  fusion  et  après  refroidissement  le  cordon  de  soudure. 

Figure 11 ‐ Schéma d'une soudure oxyacétylénique 

Domaines d'application :  Ce  procédé  par  sa  souplesse,  par  la  mobilité  et  la  simplicité  du  matériel  utilisé  garde  une  place  importante dans tous les domaines de l'industrie pour des épaisseurs inférieures à 6 mm.  Les  principales  utilisations  sont  le  raboutage  des  tubes  en  acier,  la  réparation  de  pièces  diverses  (automobiles, machines agricoles…), le rechargement dur, le soudo‐brasage et le brasage     Avantages du procédé :  - Procédé de soudage manuel par excellence mais qui se prête bien à l'automatisation;  - Procédé utilisable en toutes positions;  - Souplesse d'utilisation;  - Plusieurs  possibilités  de  flamme  oxyacétylénique  (flamme  neutre,  flamme  oxydante,  flamme  carburante).    Matériaux concernés :  Le  soudage  oxyacétylénique  permet  d'assembler  les  aciers  courants,  les  aciers  alliés,  les  fontes  et  un  grand nombre de métaux non ferreux.   

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QUOI CONTRÔLER ? 3  

3.2.2 ‐ Le soudage à l'électrode enrobée (Procédé 111) 

Définition du procédé :  Le soudage à l'arc à l'électrode enrobée est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre  l'âme métallique de l'électrode et la pièce à souder. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre localement  la  pièce  à  assembler  et  l'âme  métallique  de  l'électrode  pour  constituer  le  bain  de  fusion  et  après  refroidissement le cordon de soudure recouvert d'un laitier protecteur. Un générateur électrique fournit  le courant continu ou alternatif avec une intensité variant de 30 à 400 ampères en fonction de différents  paramètres comme le diamètre de l'électrode, la nature de l'enrobage, la position de soudage, le type  d'assemblage, la dimension et la nuance des pièces à assembler. La tension à vide du générateur (U0)  doit être supérieure à la tension d'amorçage (surtout en courant alternatif). Sa valeur doit être comprise  entre 40 et 80 volts.   

Figure 12 ‐ Schéma d'une soudure à l'électrode enrobée 

Domaines d'application :  L'usage de l'électrode enrobée est presque exclusivement manuel, mais représente encore environ 40%  du tonnage de métal déposé par soudage à l'arc.  Ce procédé est de plus en plus concurrencé par les techniques MIG, MAG et fils fourrés.  L'électrode  enrobée  est  employée  dans  toutes  les  industries  pour  les  travaux  neufs,  notamment  en  chaudronnerie,  en  pétrochimie,  dans  l'industrie  nucléaire  et  aéronautique,  en  construction  navale  et  ferroviaire, sur les plates‐formes de forage, en charpente métallique, en serrurerie, etc., mais aussi pour  l'entretien, la réparation et le rechargement.    Avantages du procédé :  - Possibilité  d'assembler  des  aciers  de  toutes  nuances  et  de  toutes  compositions  de  qualité  dite  soudable : aciers doux, aciers inoxydables, ou faiblement alliés;  - Excellentes caractéristiques mécaniques des dépôts;  - Mise en œuvre facile et demandant peu d'investissement;  - Soudage de toutes épaisseurs;  - Soudage en toutes positions;  - Soudage en mono et multipasses;  - Ce procédé reste le plus répandu.    Matériaux concernés :  Ce procédé est utilisable pour tous les métaux courants tels que l'acier, les aciers faiblement alliés, les  aciers inoxydables, nickel, et éventuellement les cuivreux, l'aluminium et leurs alliages.  Le soudage à l'électrode enrobée ne convient pas pour la soudure des métaux très oxydables tels que le  titane et le zirconium, car la protection du bain n'est pas suffisante. 

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3 QUOI CONTRÔLER ?  

3.2.3 ‐ Le soudage TIG "Tungstène Inert Gaz" (Procédé 141) 

  Définition du procédé :  Le  soudage  TIG  (Tungsten  Inert  Gas)  est  un  procédé  à  l'arc  sous  protection  de  gaz  inerte  avec  une  électrode  infusible  (tungstène).  Le  soudage  est  réalisé  à  partir  d'un  arc  électrique  créé  et  entretenu  entre l'électrode infusible de tungstène et la pièce à souder. Le métal d'apport est amené manuellement  ou automatiquement avec un dévidoir motorisé dans le bain de fusion. L'énergie calorifique de l'arc fait  fondre localement la pièce à assembler et le fil d'apport métallique pour constituer le bain de fusion et  après refroidissement le cordon de soudure. Le bain de fusion est protégé de l'atmosphère externe par  un cône invisible d'inertage de gaz de protection. Un générateur électrique fournit le courant continu ou  alternatif avec une intensité variant de 5 à 300 ampères en fonction de différents paramètres comme le  diamètre  du  fil,  la  position  de  soudage,  le  type  d'assemblage,  la  dimension  et  la  nuance  des  pièces  à  assembler. La polarité de l'électrode est toujours négative en courant continu (polarité directe).   

Figure 13 ‐ Schéma d'une soudure TIG 

  Domaines d'application :  Le soudage TIG est un procédé manuel, automatique et même robotisable. Il est réservé aux épaisseurs  faibles et moyennes, inférieures à 5‐6 mm, car les vitesses de soudage pour les plus grandes épaisseurs  sont inférieures à celles des autres procédés. D'ailleurs, dans le cas de soudage d'épaisseurs supérieures  à 5‐6 mm, le TIG est employé conjointement avec des procédés plus économiques, comme le soudage à  l'électrode enrobée, le MIG/MAG, le soudage avec fils fourrés. Le TIG assure alors, en première passe,  une pénétration régulière du joint ; les autres procédés servent ensuite au remplissage.  Grâce  à  la  qualité  de  ses  cordons,  le  TIG  est  très  employé  dans  les  industries  de  construction  de  matériels  chimiques,  alimentaires,  aéronautique,  nucléaire  et  spatiale,  ainsi  que  dans  toutes  les  industries mettant en œuvre les aciers inoxydables et les alliages légers.    Avantages du procédé :  - Les soudures sont de haute qualité et de bonne compacité;  - L'aspect des cordons est lisse;  - Le métal d'apport permet de doser la surépaisseur des cordons;  - Le soudage peut se faire en toutes positions;  - Le contrôle de la pénétration du cordon de soudure est possible;  - L'automatisation est envisageable.    Matériaux concernés :    Le  soudage  TIG  permet  d'assembler  les  aciers  au  carbone  non  effervescents,  les  aciers  inoxydables  et  les  réfractaires,  l'aluminium  et  ses  alliages,  le  magnésium  et  ses  alliages,  le  cuivre  désoxydulé et certains alliages (Cu‐Sn, Cu‐Si, Cu‐Al, Cu‐Ni), le titane et ses alliages, ainsi que le nickel et  ses alliages (Ni‐Cu, Ni‐Cr‐Fe, Ni‐Cr‐Fe‐mo, Ni‐Mo …). 

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QUOI CONTRÔLER ? 3  

3.2.4 ‐ Le soudage plasma (Procédé 15) 

  Définition du procédé :  Le  soudage  PLASMA  est  un  procédé  à  l'arc  comparable  au  soudage  TIG  sous  protection  de  gaz  inerte  avec une électrode infusible (tungstène). Le soudage est réalisé à l'aide d'une torche spéciale à plasma.  Un diaphragme dénommé tuyère permet la constriction ou l'étranglement mécanique de l'arc électrique  à travers un orifice calibré  dans une colonne de gaz central ou plasmagène (Argon ou Argon + H2) qui  génère une énergie calorifique très élevée. L'énergie calorifique de l'arc fait fondre localement la pièce à  assembler  et  le  fil  d'apport  métallique  pour  constituer  le  bain  de  fusion  et  après  refroidissement  le  cordon de soudure. Le métal d'apport est amené automatiquement avec un dévidoir motorisé dans le  bain de fusion. L'électrode de tungstène est protégée par un courant de gaz appelé gaz plasmagène. Le  bain de fusion est protégé de l'atmosphère externe par un cône invisible d'inertage de gaz annulaire de  protection. Un générateur électrique fournit le courant continu avec une intensité variant de 0,5 à 15  ampères  pour  le  micro  plasma  ou  de  10  à  400  ampères  pour  le  plasma  en  fonction  de  différents  paramètres comme le diamètre du fil, la position de soudage, le type d'assemblage, la dimension et la  nuance des pièces à assembler.   

Figure 14 ‐ Schéma d'une soudure plasma 

  Domaines d'application :  Le  soudage  plasma,  extension  du  TIG  apporte  une  plus  grande  productivité  et  une  meilleure  pénétration. Il est surtout employé en automatique.  Les épaisseurs soudables à franc bord vont de 2 à 8 mm sur les aciers non alliés, faiblement alliés et sur  les aciers inoxydables. Ce procédé est très utilisé en chaudronnerie et en tuyauterie inoxydable, dans les  industries de construction de matériels chimiques et alimentaires.  De plus, la synergie des procédés TIG et plasma permet de souder à très grande vitesse. Les tubistes,  entre autres, emploient 2 à 3 torches dans une même tête de soudage. C'est le procédé multicathode.  Le rechargement d'arêtes est plus aisé en micro plasma qu'en TIG.    Avantages du procédé :    Parmi  les  avantages  de  ce  procédé,  nous  pouvons  citer  une  grande  vitesse  de  soudage,  une  pénétration importante, des déformations limitées et pas d'émission de fumée.    Matériaux concernés :  La plupart des aciers soudables par le procédé TIG le sont également au plasma.  Ce  procédé permet  également  de  souder  le  nickel et  ses  alliages,  le  titane,  le  tantale,  le  zirconium,  le  platine et l'or. 

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3 QUOI CONTRÔLER ?  

3.2.5 ‐ Le soudage MIG – MAG "Métal Inert Gaz – Métal Activ Gaz"     (Procédés 114, 131, 135 et 136) 

  Principe du procédé :  Ces procédés sont des procédés de soudage à l'arc sous protection gazeuse avec fil continu fusible. Le  bain de fusion ainsi que le métal chaud sont protégés de l'air ambiant par une enveloppe de gaz inerte  (MIG) ou actif (MAG). Cette technique est appelée "semi‐automatique" par les soudeurs.  L’arc, exclusivement alimenté en courant continu, jaillit entre l'extrémité du fil fusible (pôle "+") et les  pièces à souder (pôle "‐"). Le dévidage du fil à vitesse constante (de 1 à 15 m/mn) détermine l'intensité  fournie par le générateur. Les densités de courant sont très élevées.   

Figure 15 ‐ Schéma d'une soudure MIG ‐ MAG 

  Domaines d'application :  Les  procédés  MIG  –  MAG,  de  haute  productivité,  faciles  à  mettre  en  œuvre  en  atelier  comme  sur  les  chantiers, sont employés aussi bien en manuel qu'en automatique et avec robots. Ils sont utilisables en  toutes positions sur des épaisseurs à partir de 0,6 mm.  On rencontre les procédés MIG – MAG dans de nombreuses industries : chaudronnerie, constructions  navale et ferroviaire, off‐shore, construction automobile, menuiserie métallique, etc.    Avantages du procédé :  - Contrôle aisé de la pénétration;  - Grande vitesse de soudage;  - Bel aspect des cordons;  - Facilité d'emploi;  - Limitation des déformations;  - Arc visible;  - Larges plages d'exécution;  - Pas de laitier à éliminer après soudage;  - Possibilité d'utiliser des sources synergiques,  - Bonnes caractéristiques mécaniques des  sources dans lesquelles le constructeur a  dépôts;  préenregistré différentes courbes de fusion  - Cadences de production élevées;  - Automatisation possible;  par couple fil/gaz;  - Forts taux de dépôts : 2 à 8 kg/heure;  - Possibilité d'employer un générateur à  - Soudage en toutes positions;  courant pulsé.    Matériaux concernés :  Par le soudage MIG : le nickel et ses alliages, les alliages légers et cuivreux ; l'acier galvanisé par soudo‐ brasage.  Par le  soudage MAG : les aciers non alliés,  faiblement alliés (avec les précautions d'usage) et fortement  alliés (inoxydables). 

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QUOI CONTRÔLER ? 3  

3.2.6 ‐ Le soudage à l’arc sous flux en poudre (Procédé 121) 

  Définition du procédé :  Le soudage électrique à l'arc sous flux électro‐conducteur est réalisé à partir d'un arc électrique créé et  entretenu entre le fil électrode d'apport de métal dévidé à une vitesse constante et la pièce à souder.  Un dépôt continuel de flux en poudre recouvre l'extrémité du fil électrode et la pièce à souder. L'arc de  soudage  et  le  bain  de  fusion  sont  non  visibles  pendant  le  soudage.  L'énergie  calorifique  de  l'arc  fait  fondre localement la pièce à assembler, le fil électrode et une partie du flux en poudre pour constituer  le  bain  de  fusion  et  après  refroidissement  le  cordon  de  soudure  recouvert  d'un  laitier  solidifié  protecteur.   

Figure 16 ‐ Schéma d'une soudure à l'arc sous flux en poudre 

  Domaines d'application :  Ce  procédé  à  forte  pénétration  est  essentiellement  utilisé  en  automatique  :  l'arc  non  visible  est  très  délicat à guider en manuel. L'arc sous flux (ou arc submergé) est employé sur des épaisseurs allant de 2  mm jusqu'à 200/300 mm et apporte, à la fois en usine et sur le chantier, une grande vitesse de soudage  et des taux élevés.  On rencontre ce procédé, avec un ou plusieurs fils, dans beaucoup d'industries, notamment en :  - Charpente métallique;  - Construction mécano‐soudée;  - Chantier naval;  - Soudage de fortes épaisseurs;  - Off‐shore;  - Rechargement  de  cylindres  de  laminoirs,  - Tuberie;  galets de tracteurs, etc…    Avantages du procédé :  - Soudage des aciers au carbone;  - Arc non visible, non rayonnant;  - Soudage des aciers alliés et inoxydables;  - Très bonne compacité des soudures;  - Soudage des aciers réfractaires;  - Très bonnes caractéristiques mécaniques  - Fort taux de dépôt : 2,5 à 12 kg/heure;  des joints soudés;  - Grande vitesse d'exécution : 0,3 à 3  - Faible déformation des pièces après  mètres/minute;  soudure;  - Procédé donnant la pénétration la plus  - Très bel aspect des cordons;  importante;  - Laitier auto‐détachable;  - Mise en œuvre facile;  - Absence de fumée;  - Préparation des bords à souder peu délicate;  - Bas prix de revient du mètre de soudure.    Matériaux concernés :  Le soudage à l'arc sous flux en poudre permet d'assembler un grand nombre de matériaux tels que les  aciers alliés, les aciers inoxydables, le nickel et ses alliages … 

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3.2.7 ‐ Le soudage par faisceau d’électrons (Procédé 76) 

 

Définition du procédé :  Le soudage par faisceau d'électrons, comme le soudage laser fait partie des procédés de soudage dits "à  haute  énergie".  C'est  un  procédé  caractérisé  par  une  concentration  très  importante  d'énergie.  Cette  concentration  thermique  du  faisceau,  très  focalisé,  permet  d'obtenir  des  densités  de  puissance  de  l'ordre de 10 à 100 MW par cm².  Contrairement aux procédés conventionnels, les procédés à haute énergie ne réalisent pas la fusion des  matériaux à souder par transfert thermique de la surface vers l'intérieur de la pièce mais bénéficient de  la  formation  d'un  capillaire  ou  key‐hole  rempli  de  vapeurs  métalliques.  La  formation  de  ce  capillaire  permet  donc  un  transfert  direct  de  l'énergie  au  cœur  de  la  matière,  permettant  ainsi  l'obtention  de  cordons de soudure beaucoup moins larges que pénétrants.   

Figure 17 ‐  Schéma d'une soudure par faisceau d'électrons (source Soudage2000) 

  Domaines d'application :  Soudage des aciers inoxydables jusqu’à 100 mm, des nickels et de ses alliages jusqu’à 100 mm, des  alliages d’aluminium jusqu’à 200 mm, du titane et de ses alliages jusqu’à 50 mm, du zirconium et de  ses alliages jusqu’à 50 mm, du cuivre et de ses alliages jusqu’à 15 mm     Avantages du procédé :  - Cette technique convient très bien aux métaux très sensibles aux gaz et en particulier à l'oxygène;  - Elle permet la réalisation de joints hétérogènes   - Les joints obtenus sont exempts de toute contamination et sont très étroits.  - Grâce à ce procédé, il est possible d'assembler plusieurs pièces différentes à l'aplomb les unes des  autres : transparence;  - Il est également possible de souder des enceintes sous vide;  - Le faisceau d'électrons est le procédé de soudage qui permet d'assembler des pièces à la côte avec  une tolérance de plus ou moins 0,1 mm grâce au faible diamètre du faisceau qui avoisine 0,4 mm.    Matériaux concernés :  Le faisceau d'électrons permet de souder tous les métaux et alliages réputés soudables par les procédés  traditionnels (aciers, aciers alliés, cuivre, inox, vanadium, zirconium, aluminium, titane…). 

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3.2.8 ‐ Le soudage par faisceau laser  (Procédé 751) 

  Définition du procédé :  Laser  signifie  en  anglais  :  Light  Amplification  by  Stimulated  Emission  of  Radiation  ou,  en  français  :  amplification de la lumière par émission stimulée de radiations.  Le soudage laser, comme le soudage par faisceau d'électrons, fait partie des procédés de soudage dits   "à haute énergie". Il repose sur la concentration en un point d'un faisceau laser, c'est à dire une source  lumineuse peu divergente et de longueur d'onde déterminée. Cette concentration du faisceau appelée  également  focalisation  permet  d'obtenir  au  point  d'impact  des  densités  de  puissance  supérieure  au  MW/cm².   

Figure 18 ‐ Schéma d'une soudure par faisceau laser 

  Domaines d'application :  Le soudage laser est un procédé moderne exclusivement automatique, il est utilisé industriellement sur  des pièces ne devant pas supporter des effets thermiques importants (aspect métallurgique et limitation  des déformations).  Le  laser  solide  (YAG)  est  employé  sur  des  pièces  allant  de  0,01  à  1,5  mm  d'épaisseur,  ceci  essentiellement dans les industries : aéronautique, spatiale, nucléaire et électronique.  Le laser à gaz est employé sur des pièces de 0,5 à 5 mm d'épaisseur, avec une précision inférieure à celle  du laser solide, mais avec des vitesses plus grandes. Actuellement, on rencontre des applications sur des  épaisseurs de 10 mm et même supérieure, avec des puissances dépassant 10 kW.  Le laser permet d'opérer à la pression atmosphérique, mais avec une protection gazeuse de même type  que celle employée pour le soudage TIG.  Le laser est utilisé également en rechargement ou en traitement de surface.    Avantages du procédé :  - Soudage des aciers non alliés et alliés, cuivre, titane, etc.…;  - Très grande vitesse d'exécution pour les faibles épaisseurs;  - Soudage des matières plastiques;  - Soudage possible à distance, voire à plusieurs mètres;  - Soudage point par point ou soudage continu;  - Très bon aspect des soudures, similaire à celui obtenu par le soudage par faisceau d'électrons;  - La pénétration peut atteindre 15 mm;  - Joints de très bonne qualité dans les épaisseurs de 0,1 à 1 mm;  - Suivant les puissances lumineuses, le laser peut être employé pour le traitement de surface ou pour  le coupage.    Matériaux concernés :  Le  laser  est utilisable  sur  tous  les  matériaux  métalliques.  Le  soudage  du  cuivre,  de  l'or,  du  platine,  de  l'argent, de l'aluminium et de leurs alliages exige un laser puissant. 

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3.2.9 ‐ Le soudage par étincelage (Procédé 24) 

  Définition du procédé :  Le  processus  de  soudage  en  bout  par  étincelage  (flash  Welding)  est  réalisé  sur  une  machine  automatique. Les pièces à souder sont maintenues par des mâchoires ou mors. L'une des mâchoires est  fixe et l'autre mâchoire est mobile en translation. Les pièces sont appliquées l'une contre l'autre avec un  effort  de  pression  modéré.  L'ensemble  est  traversé  par  un  courant  de  soudage  qui  provoque  une  élévation de température par effet Joule et la fusion localisée des deux pièces dans la zone de contact  des  aspérités  des  pièces.  Un  mouvement  de  déplacement  lent  à  vitesse  constante  est  appliqué  à  la  mâchoire  mobile.  Des  effets  magnétiques  violents  chassent  le  métal  en  fusion  et  génèrent  des  étincelles.  Lorsque  toute  la  section  des  pièces  est  en  fusion,  un  déplacement  rapide  et  une  forte  pression sont appliqués pour assurer le forgeage avec chasse des impuretés et création d'un bourrelet  externe des pièces.   

   Figure 19 ‐Principe du soudage par étincelage 

  Domaines d'application :  Ce  procédé  est  essentiellement  utilisé  pour  les  assemblages  qui  nécessitent  une  qualité  de  soudage  constante. Il peut être employé pour assembler des pièces de type jantes de véhicules, outils, arbres …      Avantages du procédé :    - Excellente qualité des joints soudés;    - Rapidité d'exécution;    - Possibilité  de  souder  des  formes  très    variées;    - Limitation des déformations;  - Absence de préparation des bords à souder;  - Possibilité d'automatisation;  - Zone thermiquement affectée très faible;  - Pas de protection du bain de fusion.    Matériaux concernés :    Applicable à la plupart des matériaux soudables,  l'exemple typique d'application de cette  technique est le soudage en atelier ou sur  chantier de rails de chemin de fer.  Figure 20 ‐ Machine automatique de soudage par étincelage     

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3.2.10 ‐ Le soudage par friction (Procédé 42) 

  Définition du procédé :  En  soudage par  friction,  les  pièces de  révolution  sont  serrées  l'une contre  l'autre,  l'une  étant mise en  rotation de sorte que le frottement engendre de la chaleur à l'interface des deux pièces.  Quand la région du joint devient suffisamment plastique sous l'effet de l'élévation de température, on  arrête la rotation et on augmente la force axiale pour forger et consolider le joint.   

Figure 21 ‐ Principe du soudage par friction 

  Domaines d'application :  Le  soudage  par  friction  est  utilisé  pour  des  diamètres  de  pièces  allant  de  5  mm  à  plus  de  50  mm.  La  température  de  soudage  qui  est  relativement  basse  donne  des  joints  d'excellente  qualité  avec  de  nombreux  métaux,  y  compris  en  soudage  hétérogène.  En  général,  une  pièce  est  maintenue  fixe  alors  que  l'autre  est  mise  en  rotation.  Il  est  cependant  possible  d'utiliser  une  pièce  intercalaire  mise  en  rotation  entre  deux  pièces  fixes,  si  bien  qu'on  fait  deux  soudures  en  une  opération.  Cela  permet  de  souder  des  pièces  longues  ou  peu  maniables  sans  les  mettre  en  rotation.  La  rotation  simultanée  et  opposée  de  deux  pièces  est  possible  dans  le  cas  des  petits  diamètres,  mais  pour  ces  tailles  il  existe  d'autres  procédés  de  soudage  mieux  adaptés.  Au  moins  une  des  pièces  et  de  préférence  les  deux  doivent être circulaires, barres ou tubes par exemple.  Dans  ces  limites,  le  procédé  rivalise  avec  le  soudage  par  étincelage,  par  rapport  auquel  il  y  a  deux  avantages :  La propreté et une alimentation électrique équilibrée et stable. La puissance absorbée est d'autre part  plus faible qu'en soudage par étincelage.    Avantages du procédé :  - Pas de métal d'apport ni de protection gazeuse;  - Rendement énergétique excellent;  - Opération "propre" (pas de projections ni de fumée);  - ZAT très étroite;  - Temps de soudage court;  - Procédé de soudage facilement automatisable et facile à insérer dans une chaîne de fabrication.    Matériaux concernés :  Le  procédé  de  soudage  par  friction  permet  d'assembler  entre  eux  de  nombreux  matériaux  de  même  nature  et  de  nature  différente,  à  partir  du  moment  où  ils  sont  forgeables.  Cependant,  ce  procédé  ne  peut s'appliquer aux matériaux ayants un faible coefficient de frottement (fonte grise, bronze, etc…). 

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3.2.11 ‐ Le soudage aluminothermique (Procédé 71) 

  Définition du procédé :  Le  soudage  aluminothermique  est  un  procédé  de  soudage  par  coulée  de  métal  en  fusion.  La  chaleur  nécessaire  à  la  fusion  est  obtenue  par  la  réduction  de  l'oxyde  de  fer  par  l'aluminium.  La  réaction  chimique se produit lorsque le mélange est porté à une température de 1 300 °C. La durée de la réaction  dure  entre  30  et  90  secondes.  La  fusion  est  réalisée  dans  un  creuset  à  partir  d'une  charge  d'oxyde  ferrique et d'une fine poudre d'aluminium. Des éléments d'addition peuvent être incorporés à la charge  pour améliorer la qualité métallurgique du joint soudé. Le métal en fusion est déversé dans un moule de  coulée.  L'acier  liquide  fait  fondre  les  abouts  de  rail  et  après  refroidissement  forme  une  soudure  homogène.   

Figure 22 ‐ Schéma d'une soudure aluminothermique 

  Domaines d'application :  Ce procédé convient pour l'exécution des joints de section importante, pour le raboutage des rails, le  rechargement  ou  la  réparation  de  grosses  pièces  difficilement  soudables.  L'énergie  apportée  est  importante ce qui ralenti la vitesse de refroidissement et permet de souder des pièces volumineuses et  des aciers fortement chargés en carbone.  De la même façon, le procédé est utilisé pour rabouter des ronds à béton, des connexions électriques en  cuivre avec d'autres compositions de la charge.    Avantages du procédé :    - Formation d'une soudure homogène;  - Permet  d'assembler  de  grosses  pièces  de  section importante.    Matériaux concernés :    Acier, cuivre …                Figure 23 ‐ Soudage de deux abouts de rails par    aluminothermie 

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3.2.12 ‐ Le soudage à la molette (Procédé 22) 

  Définition du procédé :  Les  pièces  à  souder  sont  superposées  et  sont  serrées  localement  entre  deux  molettes  en  alliage  de  cuivre. L'ensemble pièces/molettes est traversé par un courant de soudage qui provoque une élévation  de température par effet Joule et la fusion localisée des deux pièces dans la zone de positionnement des  deux molettes. Le soudage à la molette permet d'obtenir une soudure continue et étanche lorsque le  passage de courant est continu.   

Figure 24 ‐ Schéma d'une soudure à la molette 

  Domaines d'application :  Ce  procédé  est  essentiellement  utilisé  pour  le  plaquage  des  tôles,  par  exemple  cuivre  sur  acier,  aluminium sur acier, acier inoxydable sur acier, cuivre sur nickel, etc. Une très grande variété de tôles  est ainsi laminée en sandwich.    Avantages du procédé :  - Rapidité d'exécution;  - Limitation des déformations;  - Absence de préparation des bords à souder;  - Possibilité de réaliser des soudures continues et étanches;  - Possibilité d'automatisation.    Matériaux concernés :  Le  soudage  à  la  molette  permet  d'assembler  les  aciers,  les  aciers  non  alliés,  les  aciers  inoxydables,  l'aluminium, le cuivre, le nickel...   

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3.2.13 ‐ Le soudage par résistance par points (Procédé 21) 

  Définition du procédé :  Les  pièces  à  souder  sont  superposées  et  sont  serrées  localement  entre  deux  électrodes  en  alliage  de  cuivre.  L'ensemble  pièces  /  électrodes  est  traversé  par  un  courant  de  soudage  qui  provoque  une  élévation  de  température  par  effet  Joule  et  la  fusion  localisée  des  deux  pièces  dans  la  zone  de  positionnement des deux électrodes.   

Figure 25 ‐ Schéma d'une soudure par résistance par points 

  Domaines d'application :  Ce procédé, tout comme le soudage à la molette est essentiellement utilisé pour le plaquage des tôles.    Avantages du procédé :  - Rapidité d'exécution;  - Limitation des déformations;  - Absence de préparation des bords à souder;  - Possibilité d'automatisation.    Matériaux concernés :  Aciers non alliés, aciers inoxydables…     

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QUOI CONTRÔLER ? 3

3.3 ‐ La préparation des bords    Le but de la préparation est d’assurer le degré de pénétration et la facilité de l’opération nécessaires à  l’obtention d’une soudure saine.    Les principaux facteurs affectant le choix de la préparation sont :  − le procédé de soudage  − la position du soudage  − la nature et l’épaisseur du métal de base  − le degré de pénétration de la soudure  − la possibilité de prévenir la déformation de la pièce  − l’économie de métal déposé  − le type de joint    La préparation bout à bout à bords droits  Dans le cas d’une préparation bout à bout à bords  droits, le but est de réduire le prix de revient de la  préparation  des  bords  des  tôles  ainsi  que  la  quantité de métal déposé.  Figure 26 ‐ Préparation à bords droits  Cette  technique  est  utilisable  pour  les  procédés    suivants :  électrode  enrobée,  MIG‐MAG,  TIG,  l’arc  sous flux.    La préparation en "V" 

Figure 27‐ Préparation en "V" 

Dans  le  cas  d’une  préparation  en  « V »,  le  but  essentiel  est  d’obtenir  une  soudure  bout  à  bout  complètement  pénétrée  par  soudage  d’un  seul  côté.  Cette  technique  est  utilisable  pour  tous  les  procédés de soudage conventionnels. 

 

La préparation en "X" 

Dans le cas d’une préparation en « X », on obtient  un joint bout à bout complètement pénétré, soudé  des  deux  côtés  de  façon  à  éviter  les  déformations  et économiser le métal d’apport.  Cette  technique  est  utilisable  pour  tous  les  procédés de soudage conventionnels.  Figure 28 ‐Préparation en "X" 

   

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3 QUOI CONTRÔLER ? 3.4 ‐ Les défauts des soudures   

L’ensemble des défauts pouvant être observés dans un assemblage soudé est répertorié et classifié dans  la norme NF EN 26 520.  On distingue cinq classes de défauts :  − fissures  − cavités  − inclusions solides  − manque de fusion et/ou manque de pénétration  − défauts de forme   

Les Fissures 

Fissure longitudinale  Figure 29 ‐ Fissure longitudinale 

Fissure transversale  Figure 30 ‐ Fissure transversale 

Fissures rayonnantes  Figure 31 ‐ Fissures rayonnantes 

Fissure  dont  la  direction  principale  est  voisine  de  celle  de  l’axe  de  la  soudure.  Elle  peut  se  situer  suivant  le cas :   ‐ dans le métal fondu,   ‐ dans la zone de liaison,   ‐ dans la ZAT,   ‐ dans le métal de base.  Fissure  dont  la  direction  est  sensiblement  perpendiculaire  sur  l’axe  de  la  soudure.  Elle  peut  se  situer suivant le cas :   ‐ dans le métal fondu,   ‐ dans la ZAT,   ‐ dans le métal de base.  Groupe  de  fissures  issues  d’un  même point et situées selon le cas :   ‐ dans le métal fondu,   ‐ dans la ZAT,   ‐ dans le métal de base. 

 

Les Cavités  Cavité  formée  par  du  gaz  dont  la  forme est sensiblement sphérique. 

Soufflure sphéroïdale  Figure 32 ‐  Soufflure sphéroïdale 

Soufflures  uniformément  réparties 

Soufflures régulièrement distribuées  dans le métal fondu.  Figure 33 ‐ Soufflures uniformément réparties 

Nid de soufflures 

Groupe de soufflures.  Figure 34 ‐ Nid de soufflures 

 

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QUOI CONTRÔLER ? 3 Les Cavités (suite)  Soufflures  alignées  ou  en  chapelet,  distribuées suivant une ligne parallèle  à l’axe de la soudure. 

Soufflures  alignées  Figure 35 ‐ Soufflures alignées 

Soufflure  en  forme  de  galerie  de  ver  dans  le  métal  résultant  du  cheminement  des  gaz.  La  forme  et  la  position  de  ces  soufflures  sont  déterminées  par  le  mode  de  solidification et l’origine des gaz ; elles  sont  généralement  groupées  en  nids  et disposées en arêtes de poissons. 

Soufflure  vermiculaire  Figure 36 ‐ Soufflures vermiculaires 

Soufflure  de  petite  débouchant en surface. 

Piqûre 

dimension 

Figure 37 ‐  Piqûre 

 

Les Inclusions Solides  Résidu  de  laitier  coincé  dans  le  métal  fondu.  Suivant  le  cas,  ces  inclusions peuvent être alignées (ou  en chapelet) ou isolées.  Le corps solide étranger emprisonné  dans la masse de la soudure est une  particule  de  métal  pouvant  être  du  tungstène, du cuivre, … 

Inclusion de laitier  Figure 38 ‐  Inclusion de laitier 

Inclusion métallique  Figure 39 ‐  Inclusion métallique 

 

Manque de Fusion et/ou Manque de Pénétration  Manque de fusion sur  les bords 

  Figure 40 ‐ Manque de fusion sur les bords 

Manque de fusion  entre passes 

 

Dans  ces  deux  cas,  on  distingue  un  manque  de  liaison  entre  le  métal  déposé et le métal de base ou entre  deux  couches  contiguës  de  métal  déposé,  ce  qui  se  traduit  par  un  phénomène dit de « collage » 

Figure 41 ‐ Manque de fusion entre passes 

Manque de  pénétration 

Manque  d'interpénétration 

  Figure 42 ‐  Manque de pénétration 

Dans ces deux cas, on distingue une  absence  partielle  de  fusion  des  bords à souder, laissant subsister un  interstice entre ces bords. 

  Figure 43 ‐ Manque d'interpénétration

 

39

3 QUOI CONTRÔLER ? Défauts de forme  Caniveau  Figure 44 ‐ Caniveau 

Morsure 

 

Figure 45 ‐ Morsure 

Caniveau à la racine 

  Figure 46‐ Caniveau à la racine 

Surépaisseur excessive 

 

Figure 47 : Surépaisseur excessive 

Excès de pénétration   

Figure 48 : Excès de pénétration 

Défaut d'alignement   

Figure 49 : Défaut d'alignement 

Déformation angulaire 

 

Figure 50 : Déformation angulaire 

Manque d'épaisseur 

 

Figure 51 : Manque d'épaisseur 

Retassure à la racine 

 

Figure 52 : Retassure à la racine 

     

40

On distingue un sillon s’étendant sur  une certaine longueur des bords de  la  soudure,  dû  à  un  manque  de  métal.    Le  manque  de  métal  est  ici  localisé  sur  chaque  bord  du  cordon  de  soudure.    On  distingue  une  insuffisance  de  métal  sur  les  bords  latéraux  de  la  racine  due  à  une  contraction  du  métal de soudure.    Le  cordon  de  soudure  est  convexe  suite  à  un  excès  de  métal  déposé  lors des passes terminales.    On  distingue  une  excroissance  de  métal  à  la  racine  pour  une  soudure  exécutée  à  partir  d’une  seule  face  ou  à  travers  le  métal  déjà  déposé  pour  une  soudure  en  plusieurs  passes.    Le  niveau  prévu  entre  deux  pièces  soudées  n’est  pas  respecté.  Ce  défaut  s ‘exprime  par  la  mesure  d’une dénivellation.    L’angle  prévu  entre  deux  pièces  soudées n’est pas respecté.    Une  insuffisance  locale  ou  continue  de métal déposé conduit à un profil  de cordon en retrait par rapport au  profil correct.    On distingue un manque d’épaisseur  à  la  racine  dû  au  retrait  du  métal  fondu.   

QUOI CONTRÔLER ? 3

3.5 ‐ les critères d'acceptation    Ces  critères  d'acceptation  sont  issus  de  la  Norme  Internationale  ISO  5817.  Cette  norme  constitue  un  guide  d'évaluation  des  niveaux  des  défauts  dans  les  assemblages  en  acier  soudés  à  l'arc.  Elle  prévoit  trois  niveaux  de  façon  à  être  applicable  à  une  large  gamme  de  fabrications  mécano‐soudées.  Ces  niveaux se rapportent à la qualité au sortir de l'atelier et non à l'aptitude à l'emploi du produit.    La Norme Internationale s'applique :  - aux aciers alliés et non alliés;  - aux procédés de soudage suivants et à leurs sous‐catégories définies dans l'ISO 4063 :  - 11  ‐ soudage à l'arc avec fil‐électrode sans protection gazeuse,  - 12  ‐ soudage à l'arc sous flux,  - 13  ‐ soudage à l'arc sous protection gazeuse,  - 14  ‐ soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode réfractaire,  - 15  ‐ soudage à l'arc plasma;  - aux procédés manuels mécanisés et automatiques;   - à toutes les positions de soudage;  - aux assemblages par soudures bout à bout, d'angle et piquages;  - aux matériaux d'épaisseur comprise entre 3 mm et 63 mm.        Limites des défauts :    Type 

Désignation  du défaut 

Référence  ISO 6520 

1 

Fissures 

100 

2  3 

Fissures de  cratère  Soufflures et  soufflures  sphéroïdales 

104  2011  2012  2014  2017 

Remarques 

Tous types de fissures, sauf microfissures (h.l