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Procédés de fabrication I – IND2103 - 1 - Patrick Isac LES PROCÉDÉS DE SOUDAGE

Procédés de fabrication I – IND2103 - 1 - Patrick Isac LES PROCÉDÉS DE SOUDAGE ET DE COUPAGE COMPLÉMENTS AU PRÉCIS DE CONSTRUCTION MÉCANIQUE TOME II Procédés de fabrication I – IND2103 - 1 - Patrick Isac LES PROCÉDÉS DE SOUDAGE HISTORIQUE • L'origine du soudage remonte à l'âge des métaux. À l'âge de bronze, on faisait du soudage à la poche. À l'âge de fer, on soudait à la forge. • Jusqu'au milieu du 19e siècle, ce procédé n'a pas subi beaucoup d'évolution. À cette époque, on a commencé à se servir du gaz pour chauffer. • Vers 1880-1900, on a mis en oeuvre de nouveaux procédés : Le soudage oxyacétylénique Le soudage aluminothermique Le soudage à l'arc Le soudage par résistance Ces procédés connaitront leur essor industriel vers 1920. • Ensuite on n'a fait qu'améliorer ces procédés. • On a industrialisé des principes physiques : Le bombardement électronique Le soudage au laser Le soudage aux ultra-sons • On a également fait des découvertes involontaires : Le soudage par explosion Le soudage par diffusion À l'heure actuelle les procédés industriels de soudage peuvent atteindre une puissance de 100 kW/cm2. Procédés de fabrication I – IND2103 - 2 - Patrick Isac LISTE DES PRINCIPAUX PROCÉDÉS DE SOUDAGE (P.94 du précis, paragraphe 4) 1- Procédés nécessitant un effort extérieur : Soudage réalisé en phase solide Énergie Type de soudage Application Foyer extérieur -Soudage à la forge -A la presse de chaleur -Diffusion -Colaminage -Coextrusion Echauffement -Friction mécanique -Ultrasons -Explosion Résistance -En bout -Étincelle électrique -Recouvrement -Points -Molette -Bossages 2- Procédés sans effort extérieur : Soudage réalisé en phase liquide Principe Énergie Procédé Coulée du métal -Foyer extérieur de chaleur -Soudage à la poche d'apport -Placage par coulée -Aluminothermie -Combustion -Oxyacétylénique Électrode -T.I.G réfractaire -Arc Fusion de électrique -Électrode enrobée proche en -Fil fourré proche du Électrode -M.I.G cordon fusible -M.A.G -Sous flux poudreux -Sous laitier -Plasma -Faisceau d'électrons -Laser Procédés de fabrication I – IND2103 - 3 - Patrick Isac DÉSIGNATION NORMALISÉE DES PROCÉDÉS DE SOUDAGE ET DE COUPAGE D’APRÈS LA NOEME DE L’AMERICAN WELDING SOCIETY : A.W.S. Procédés de fabrication I – IND2103 - 4 - Patrick Isac AJOUTS AUX PROCÉDÉS DE SOUDAGE PAR PRESSION Dans ces types de procédés, l'effort presseur joue un rôle fondamental. La température de soudage doit être supérieure à 0.6 fois la température de fusion du matériaux. Soudage à la forge: Principe : S'obtient par le martelage vigoureux l'une sur l'autre des 2 pièces à souder, chauffées au feu de forge, à une température de 1200 à 1300°C. On utilise ce procédé depuis l'apparition du "fer", mais de nos jours il tend à disparaître à cause de l'interposition inévitable d'oxyde. Il ne s'applique qu'au soudage des aciers doux. Application industrielle : fabrication d'acier plaqué ( colaminage, coextrusion ). Exemple : placage de 2 feuilles d’acier en « sandwich » Soudage par diffusion: Principe : À une certaine température, à l'interface de 2 pièces métalliques en contact étroit, les atomes migrent d'un site à l'autre. En agissant sous vide ou sous atmosphère protectrice contrôlée, l'action combinée de la température et de la pression accélère le phénomène de diffusion. Les pièces doivent être désoxydées et dégraissées; leur état de surface doit être de faible rugosité ( < 1µm ). Rouleaux de laminage Revêtement à plaquer Isolant pour éviter le collage (argile) Feuilles d’acier support de base Matériau 1 Alliage des 2 matériaux Matériau 2 Procédés de fabrication I – IND2103 - 5 - Patrick Isac Avec ce système on peut réaliser la liaison de matériaux non soudables, en faisant un dépôt électrolytique de matériau soudable sur la surface du joint. Exemples d'applications : • Réalisation de rotor d'hélicoptère en alliage de titane La pièce forgée pesait 455 kg. Avec le soudage par diffusion : - on a économisé 57% de matière - on a accru les performances de 30%. • Réalisation de liaisons difficiles : Métal - graphite Métal - céramique Métal – verre Soudage par friction : Exemples de temps de soudage : Exemple d’application : soupape de moteur à explosion Procédés de fabrication I – IND2103 - 6 - Patrick Isac Soudage par ultrasons: Principe: Les pièces à souder, serrées entre elles, sont soumises à des vibrations ultrasonores qui provoquent des frictions locales. Les pellicules superficielles des zones de contact sont rompues par les déformations plastiques localisées; l'interpénétration des surfaces de contact s'ensuit. Sous l'effet du frottement à l'interface, la température s'élève, la zone de déformation s'étend et le soudage se produit. Il y a de nombreux points communs entre ce procédé et le soudage par friction. Description : La sonotrode vibre suivant un train d'ondes stationnaires (le ventre des ondes est au niveau du contact). La fréquence est de 20 à 60 Hz. Domaine d'application : Ce procédé est surtout utilisé pour le soudage des matières plastiques. Pour les métaux, le procédé est limité par l'épaisseur maximale de la pièce côté sonotrode : 3 mm pour l'aluminium 0.5 mm pour l'acier inoxydable Donc utilisation principale pour les feuilles métalliques. Côté enclume il n'y a pas de limitation d'épaisseur. Application aux métaux : -soudage de petites pièces -soudage d'emballages (tubes de produits pateux) -fils de cuivre isolés -thermocouples -horlogerie Vocabulaire : Soudage proche : la zone à souder est proche de la sonotrode. Soudage lointain : la zone à souder est éloignée de la sonotrode (nécessite un matériau qui transmet les vibrations) Procédés de fabrication I – IND2103 - 7 - Patrick Isac Soudage par explosion : Principe: La détonation d'une charge explosive provoque une onde de choc. L'une des pièces est projetée sur l'autre par l'explosion. Une déformation plastique considérable se produit alors dans la région située près de l'interface qui prend toujours une forme ondulée. Les vagues sont de 0.1 à 5 mm et les longueurs d'onde de 0.25 à 6 mm. Domaine d'application: Ce procédé est très utilisé pour le plaquage de métaux très minces sur des tôles épaisses de nature différente. Il permet le soudage de surfaces planes de plusieurs mètres carrés, pour des épaisseurs de 0.5 à 15 mm, et celui de tubes jusqu'à 1 m de diamètre par recouvrement ou sur des brides épaisses. Procédés de fabrication I – IND2103 - 8 - Patrick Isac Soudage en bout par résistance pure et par étincelage : Soudabilité des matériaux : Procédés de fabrication I – IND2103 - 9 - Patrick Isac AJOUTS AUX PROCÉDÉS DE SOUDAGE PAR FUSION Soudage électrique à l’arc à l’électrode enrobée : Désignation normalisée des électrodes selon l’A.W.S. : NORMALISATION DES ÉLECTRODES • 4 FACTEURS À SPÉCIFIER : – RÉSISTANCE MINIMALE À LA TRACTION DU MÉTAL DÉPOSÉ – POSITION DE SOUDAGE DE L’ÉLECTRODE – TYPE D’ENROBAGE – COURANT À UTILISER • EXEMPLES : – E48010 : • E=ÉLECTRODE • 480=RÉSISTANCE : 480 mPa • 1=SOUDAGE EN TOUTES POSITIONS • 0=ENROBAGE CELLULOSIQUE+COURANT CONTINU – E7014 : • E=ÉLECTRODE • 70=RÉSISTANCE : 70000 lbs/po2 • 1=SOUDAGE EN TOUTES POSITIONS • 4=POUDRE DE FER+COURANT CONTINU • POSITIONS : – 1=TOUTES POSITIONS – 2=À PLAT ET À L’HORIZONTALE – 3=À PLAT SEULEMENT – 4=VERTICAL DESCENDANT • ENROBAGE ET COURANT : – 0=CELLULOSIQUE+COURANT CONTINU – 1=CELLULOSIQUE+COURANT CONTINU OU ALTERNATIF – 2=RUTILE +COURANT CONTINU – 3=RUTILE + COURANT ALTERNATIF OU CONTINU – 4=POUDRE DE FER + COURANT CONTINU – 8=POUDRE DE FER + COURANT ALTERNATIF OU CONTINU Procédés de fabrication I – IND2103 - 10 - Patrick Isac Soudage électrique à l’arc sous atmosphère gazeuse M.I.G-M.A.G. : Exemples de sections de fils fourrés : Schéma de fabrication du fil fourré en continu : Procédés de fabrication I – IND2103 - 11 - Patrick Isac CONCEPTION DES ENSEMBLES SOUDÉS 1- Généralités: Quand on conçoit un ensemble soudé, on doit vérifier que l'assemblage remplit les conditions de service imposées, pour un coût de réalisation faible, et le respect des calculs qui ont permis son dimensionnement. Les coûts dépendent de la préparation des pièces et de la quantité de métal déposé (temps de soudage). Les hypothèses de calcul pour un assemblage soudé ne sont bonnes que si on respecte les conditions suivantes: - pas de défauts importants, ni de contraintes résiduelles élevées dans le joint (contrôle, géométrie, séquence de soudage). - pas de risque de rupture fragile en service (fatigue, temps froid). - le métal déposé et le métal de base affectés thermiquement doivent avoir des caractéristiques proches de celles du métal de base non affecté. - respect, dans la forme et les dimensions, des hypothèses de calcul. 2- Conception des assemblages soudés: Les règles pratiques de conception peuvent se résumer ainsi: Dans une structure soudée, la transmission des efforts doit se faire naturellement. Ceci entraîne la prise en compte de la géométrie du joint (discontinuités), le niveau et la direction principale des contraintes de service. La transmission des efforts peut provoquer un risque de fissuration. D'où les règles suivantes: - éviter les zones à forte concentration de contrainte Procédés de fabrication I – IND2103 - 12 - Patrick Isac - situer le joint, autant que possible, dans les zones les moins sollicités (voisinage de uploads/Industriel/ cours-de-soudage.pdf