UNIVERSITE SAAD DAHLEB DE BLIDA Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département

UNIVERSITE SAAD DAHLEB DE BLIDA Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département de Mécanique MEMOIRE DE MAGISTER Spécialité : Construction Mécanique INFLUENCE DES REPARATIONS SUCCESSIVES SUR LA QUALITE D’UN JOINT DE SOUDURE EN ACIER H.L.E A.P.I 5 L X52 Par Bouzid MAAMACHE Devant le jury composé de : M. Hadji Professeur. U. de Blida Président A. Benchaala Professeur. U.S.T HB /CSC Examinateur M. Bouabdalah Professeur. E.N.P. El Harrach Examinateur A. Brahimi Chargé de cours. U. de Blida Rapporteur Blida, 2005 RESUME L’objet de la présente étude consiste à mettre en évidence l’influence des réparations successives sur la qualité d’un joint soudé, sachant que ces réparations constituent un problème majeur dans l’industrie des transports des hydrocarbures. Il s’agit d’étudier les effets des cycles thermiques de soudage sur l’évolution structurale des joints soudés et la zone affectée thermiquement (Z.A.T) ainsi que l’étendue de cette dernière. Nous procédons au soudage et à la réparation, plusieurs fois de suite, d’une éprouvette en acier destiné au transport d’hydrocarbures. Les résultats de l’analyse métallographique et des essais mécaniques montrent l’effet néfaste des réparations, qui portent préjudice à la durée de vie de l’ouvrage concerné. Nous décrivons les moyens, les techniques et les modes opératoires utilisés au cours de notre analyse.                 ! " #$%& ' ""  ()" *+ ,  -. / 01 0 23 45 -67 839  /   :;,  < = ' ;," > , +    ?%. 4@2  01 > A  2B  4@2    ! $" ! + > 8 # "  + # )2  < -. 01 - C"D E$F%1 G%B H  & "D CI. # 6" ()  + ;," ?%. *+ ,  <  C 0BD  " B 6 6  GA" + E A  -," J5" ")" 72  83 # .  K  0" ( < REMERCIMENTS Que mon directeur de thèse m’en excuse, mais je tiens en premier lieu à exprimer ma profonde gratitude à feu professeur A.BENCHAALA., Directeur du CSC, pour sa gentillesse, sa bonté et surtout son soutien permanent qui m’a énormément encouragé à achever mon travail. Je tiens à remercier M. A. H. BRAHIMI mon directeur de thèse et chargé de cours au département de génie mécanique et ce pour m’avoir dirigé dans mon travail et fait profiter de ses connaissances qui m’ont été d’une aide appréciable. Mes vifs remerciements sont adressés MM. HADJI. M. Professeur à l’IGM de l’USTB et président du CS, qui a bien voulu présider le jury, BOUABDALLAH. M. professeur à l’ENP et chercheur associé au CSC, pour avoir accepter de faire partie du jury et également pour son aide et son soutien inconditionnels. Je tiens également à remercier mes amis et collègues H. MAZA, M. E. FAHSSI et R. RABAH-OTMANI pour leurs aides et soutiens permanents. Je remercie profondément mes collègues, MM. Y. DJEDOU et R. ISSAAD pour m’avoir procurer les tubes d’acier qui ont été la pièce maîtresse de la partie expérimentale de mon travail. Que MM. M. BELAROUI, S. A. AHMED AISSA, M. BOURAHLA soient assurés de ma totale gratitude, pour leur disponibilité et dévouement. Je dois ma totale reconnaissance à, MM. BACHA, AIAD, AIT MESSAOUDENE et OUALI, mes enseignants qui m’ont tant donné sur le plan scientifique durant l’année théorique. Mes remerciements sont aussi adressés à Lamine de l’école de soudage d’ETTERKIB pour sa gentillesse et sa générosité. Que tous ceux qui m’ont aidé de prés ou de loin dans la concrétisation de mon travail, soient vivement remerciés, en particulier, mon ami Y. MEGNOUCHE et M. B. BOUYOUSSEFI, Chef de département de génie mécanique de l’USTB. TABLE DES MATIERES RESUME REMERCIMENTS TABLE DES MATIERES LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX INTRODUCTION 7 1. SOUDAGE DES ACIERS AU CARBONE 8 1.1. Les aciers au carbone 8 1.2. Soudage des aciers courants de construction au carbone 9 1.3. Procédure de soudage à l’arc avec électrode enrobée 11 1.4. Notion de métallurgie de soudage 12 1.5. Les cycles thermiques de soudage 13 1.6. Soudage avec déplacement de la source 14 1.7. Solidification et transformations dans la soudure 19 2. LES ACIERS A DISPERSOIDES H.L.E 25 2.1. Elément et aciers a dispersoides 25 2.2. Propriétés des aciers H.L.E 27 2.3. Rôles des éléments d’alliages 28 2.4. Soudage des aciers HLE 29 3. INVESTIGATIONS EXPERIMENTALES 30 3.1. Notions sommaires sur les essais mécaniques d’un assemblage soudé 30 3.1.1. Essai de traction 30 3.2. Mesure de la dureté sous cordon 32 3.3. Présentation de l’assemblage soude 32 3.3.1. Forme du joint 33 3.3.2. Procédure de réparation 34 3.4. Méthode de prélèvement des échantillons 35 3.4.1. Pour les essais de traction et de pliage 35 3.4.2. Essai de dureté 38 3.4.3. Mesures et filiations de dureté et micro dureté 39 3.5. Examen macrographique 39 3.5.1. Technique de macrographie 40 3.5.2. Technique de micrographie 40 3.6. Evaluation de l’étendue de la ZAT et la ZF 40 3.7. Méthode de prélèvement des cycles thermiques 41 4. RESULTATS EXPËRIMENTAUX ET DISCUSSION 42 4.1. Caractéristiques chimiques 42 4.2. Caractéristiques métallographiques 43 4.2.1. Photographies des macrographies 44 4.3.2. Schématisation des sections des différents échantillons ; évaluation des aires 44 4.4. Observations sur les macrographies 46 4.4.1 Photographies des micrographies 46 4.4.2. Etude des micrographies 49 4.5. Analyse des caractéristiques mécaniques 51 4.5.1. Essai de traction 51 4.5.2. Essais de pliage 54 4.6. Analyse des cycles thermiques 54 4.7. Résultats des essais de dureté 56 CONCLUSION 64 APENDICE A : PROCEDURE DE SOUDAGE ET DE REPARATION 65 B : MICROGRAPHIES DES REPARATIONS  REFERENCE   LISTE DES ILLUSTRATIONS GRAPHIQUES ET TABLEAUX Figure 1.1 : Evolution des températures suivant l’axe Y 10 Figure 1.2 : Schéma de principe du Soudage a l’arc électrique 11 Figure 1.3 : Présentation macrographique d’un joint soudé 12 Figure 1.4 : θ= f(t) 14 Figure 1.5 : m = f (x) 14 Figure 1. 6 : θAi= f(t) 15 Figure 1.7 : θ = f(t) 16 Figure 1.8 : Influence du préchauffage sur la vitesse de refroidissement 17 Figure 1.9 : Effet thermiques du soudage en plusieurs passes 17 Figure 1.10 : La recristallisation lors du soudage 22 Figure 1.11: Transformation à l’état solide de la microstructure lors du soudage 22 Figure 3.1 : courbe de traction 31 Figure 3.2 : joint bout à bout normal avec un chanfrein en V 33 Figure 3.3 : Répartition des passes successives dans le joint soudé 34 Figure 3.4 : Soudure avant meulage de réparation 34 Figure 3.5 : Préparation du joint pour une première 35 Figure 3.6 : Rechargement du joint lors de la première réparation 35 Figure 3.7 : Méthode de prélèvement des éprouvettes 36 Figure 3. 8 : tube soudé avant prélèvement d’éprouvettes 36 Figure 3. 9 : Prélèvement d’éprouvettes 37 Figure 3.10 : Dimension de l’éprouvette de traction 37 Figure 3.11 : Dimension réel de l’éprouvette de traction et de pliage 37 Figure 3.12 Eprouvettes de traction 38 Figure 3.13 : Eprouvettes de pliage 38 Figure 3.14 : Eprouvette pour essai de dureté 38 Figure 3.15 : Filiation de dureté 39 Figure 3.16 : Détails sur le maillage dans la ZAT 41 Figure 3.17 : Méthode de prélèvement des cycles thermiques 41 Figure 4.1 macrographie de la soudure initiale (non réparée) (S1) 43 Figure 4.2 : macrographie de la soudure avec une1ère réparation (R1) 43 Figure 4.3 : macrographie de la soudure avec une 2ème réparation (R2) 43 Figure 4.4 : macrographie de la soudure avec une 3ème réparation (R3) 44 Figure 4.5 : Maillage de la ZAT pour la soudure initiale (S1) 44 Figure 4.6 : Maillage de la ZAT pour la 1ère réparation (R1) 44 Figure 4.7 : Maillage de la ZAT pour la 2ème réparation (R2) 44 Figure 4.8 : Maillage de la ZAT pour la 3ème réparation (R3) 45 Figure 4.9 : Aire de la zone fondue en fonction des réparations 45 Figure 4.10 : Aire de la ZAT en fonction des réparations 45 Figure 4.11 : Evolution structural verticale 47 Figure 4.12 : Evolution structural horizontale 48 Figure 4.13 : Schéma explicatif des différents prélèvements micrographies 49 Figure 4 .14 : Courbes de traction des différents éprouvettes 53 Figure 4.15 : Diagramme thermique de la soudure initiale 54 Figure 4.16 : Diagramme thermique de la première réparation 55 Figure 4.17 : Filiation de dureté de la soudure initiale 57 Figure 4.18 : Filiation de dureté de la 1ere réparation 58 Figure 4.19 : Filiation de dureté de la 2eme réparation 59 Figure 4.20 : Filiation de dureté de la 3eme réparation 60 Figure 4 .21 : Evolution de la microdureté pour les différent échantillons 62 TABLEAU N° 1.1 : Données sur la soudabilité en fonction du carbone équivalent 19 TABLEAU N°4.1 : Composition chimique du métal de base, des assemblages soudés et réparés 42 TABLEAU N °4.2 : Détermination du rapport Mn/Si pour les différent échantillons 43 TABLEAU N° 4.3 : Détermination des aires de ZF et uploads/Geographie/ mg-39.pdf

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