Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 7 710 − 1 Soudage à la ﬂamme par Lucien VIGNARDET Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers et de l’École Supérieure du Soudage et de ses Applications Ancien responsable du Développement des machines de coupage thermique dans le groupe AL /SAF (L’Air Liquide/La Soudure Autogène Française) ’emploi d’une ﬂamme pour le soudage proprement dit, à l’aide d’un chalumeau, ne remonte en fait qu’au début du 20e siècle. En effet, les températures élevées nécessaires au soudage des métaux (aciers notamment) n’ont pu être atteintes que lorsque l’on a pu disposer industriel- lement d’oxygène comme comburant et d’acétylène comme combustible. L’essor de ce procédé d’assemblage, ainsi que des autres techniques associées à l’emploi de ﬂammes, est donc relativement récent. 1. Propriétés des ﬂammes de chalumeaux............................................ B 7 710 - 2 1.1 Combustion et chauffage............................................................................ — 2 1.2 Propriétés chimiques des ﬂammes............................................................ — 2 2. Modes opératoires................................................................................... — 3 2.1 Soudage pur................................................................................................. — 3 2.2 Soudo-brasage............................................................................................. — 4 3. Chalumeaux............................................................................................... — 5 3.1 Principes de conception.............................................................................. — 5 3.2 Réalisation technologique .......................................................................... — 5 3.3 Débit et puissance caloriﬁque .................................................................... — 6 3.4 Alimentations en gaz................................................................................... — 6 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. B 7 710 L SOUDAGE À LA FLAMME ________________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 7 710 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique 1. Propriétés des ﬂammes de chalumeaux Pour pouvoir réaliser des soudures dans de bonnes conditions un chalumeau doit délivrer, en le dirigeant sur la pièce, un ﬂux gazeux à température la plus élevée possible, et dont les calories auront une concentration maximale sur la surface la plus réduite possible. En outre, la composition chimique de ce ﬂux gazeux est loin d’être indifférente, car des réactions sont possibles (et souhaitables) entre les gaz de combustion produits et le métal liquide. 1.1 Combustion et chauffage La chaleur est produite par une réaction de combustion entre un comburant, l’oxygène, et un combustible, gazeux lui aussi. L’oxygène intervient soit pur, soit en mélange avec l’azote (air), mais, dans ce dernier cas, les températures atteintes sont insuf- ﬁsantes pour souder l’acier et la plupart des métaux usuels. Le combustible est toujours un carbure d’hydrogène de formule générale Cx Hy ; les plus courants sont : — l’acétylène C2 H2 ; — le propane C3 H8 ; — le butane C4 H10 ; — les gaz dits de synthèse qui sont des mélanges de propane, propadiène, éthylène, méthylacétylène, propylène, etc. ; — le gaz naturel (très peu utilisé). Propane, butane et gaz de synthèse sont tous des gaz de pétrole liquéﬁés (GPL). Une ﬂamme oxy-gaz se compose d’un dard et d’un panache (ﬁgure 2), l’un et l’autre étant le siège de réactions différentes. La température la plus élevée se situe à 1 ou 2 mm de la pointe du dard et, selon la nature du gaz combustible choisi, elle varie de 2 700 à 3 200 oC. Rappelons que l’acier fond vers 1 560 oC et que le laiton de soudo-brasage fond vers 870 à 900 oC. La chaleur produite par la combustion se retrouve pour partie dans le dard et pour partie dans le panache. Seule la partie dissipée dans le dard est vraiment utile. C’est pourquoi la chaleur totale de réaction n’est pas un critère de choix du gaz. 1.2 Propriétés chimiques des ﬂammes Les réactions de combustion sont du type : Terminologie : Soudage. Soudo-brasage. Brasage Il existe une terminologie usuelle, bien qu’incorrecte : — un plombier « soude » des tuyauteries de cuivre pour installer un lavabo dans une salle de bains ; — un fabricant de circuits électroniques « soude » des composants sur un circuit imprimé ; — une entreprise de mobilier métallique « soude » des tubes d’acier pour fabriquer des chaises, des tabourets, etc. Dans tous ces exemples, le verbe souder signiﬁe : établir une continuité métallique entre deux ou plusieurs pièces originel- lement séparées. Or : — le plombier exécute une soudo-brasure tendre (à l’étain) ou forte (à l’argent ou avec un eutectique cuivre-phosphore) ; — les composants des circuits imprimés sont fixés par un brasage tendre à l’étain ; — le mobilier métallique tubulaire est presque toujours soudo-brasé (au laiton), ce qui donne, par mouillage, un excellent congé de raccordement. Dans ces trois cas, s’il y a continuité physique ou métallique, il n’y a pas continuité ou homogénéité métallurgique. En accord avec les normes françaises, le terme soudage devrait s’appliquer uniquement pour un assemblage par fusion, où le métal d’apport éventuel est de même nuance que le métal de base. Dans tout le domaine du soudage, on emploie les termes soudure-soudage pour les assemblages métal- lurgiquement homogènes comportant une fusion du bord des pièces à assembler (ﬁgure 1). On emploie le terme soudo-brasage pour une opération dont le processus opératoire est identique (travail de proche en proche), mais dont le métal d’apport est différent du métal de base, dont les bords ne subissent pas de fusion. On emploie le terme brasage pour une opération exécutée grâce à un chauffage global des pièces (au four par exemple) et non de proche en proche. Cela impose bien évidemment que le métal d’apport soit différent du métal de base et fonde à une température moins élevée, la liaison étant obtenue par mouillage du métal de base. Le soudage de l’acier requiert des débits de combustible de l’ordre de 100 L /h par millimètre d’épaisseur à souder et le soudo-brasage environ la moitié. Figure 1 – Exécution d’une soudure Figure 2 – Flamme de chalumeau Cx Hy O2 → +    CO H2 + dans un second temps : CO 2 H 2 O + ________________________________________________________________________________________________________________ SOUDAGE À LA FLAMME Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 7 710 − 3 Pour les GPL, ces deux temps sont, au moins partiellement, confondus au niveau du dard, le second temps se terminant dans le panache (ﬁgure 2 ). Pour l’acétylène, au contraire, les deux temps sont parfaitement séparés, le premier, générateur de CO + H 2 , se produisant au niveau du dard, le second, générateur de CO 2 + H 2 O vapeur, se produisant dans le panache (ﬁgure 2 ). Or CO et H 2 sont des gaz réducteurs, alors que CO 2 et H 2 O ne le sont pas, la vapeur d’eau favorisant même l’oxydation. De nombreux métaux peuvent être soudés sans que la nature des produits de combustion ait une inﬂuence notable sur la métallurgie du bain liquide : aluminium, laitons, cuivre, pour ne citer que les plus courants. Il en va différemment pour les aciers qui constituent, en tonnage traité, de loin la famille la plus importante. La réaction d’équilibre fer-oxydes de fer se formule comme suit : Il s’agit d’un équilibre entre phases liquide (fer et oxydes) et gazeuse (l’oxygène), puisque nous nous plaçons dans le cadre d’une opération de soudage et que fer et oxydes sont liquides. Le sens de réaction 1 est une réduction , alors que le sens 2 est une oxydation . La présence dans la phase gazeuse d’oxyde de carbone et d’hydrogène naissants va faire basculer l’équilibre dans le sens 1 et provoquer une réduction des oxydes pouvant surnager ou être dissous dans le bain de fer liquide. Ils seront générateurs d’une plus grande facilité opératoire associée à une soudure métallurgiquement plus saine. L’acétylène est donc le combustible qui s’impose pour toutes les opérations de soudage des aciers. 2. Modes opératoires 2.1 Soudage pur I Phénomène de tension superﬁcielle À partir du moment où le métal est porté à fusion, les phénomènes de capillarité vont devenir primordiaux. Comme dans les autres procédés, dans la plupart des cas, l’opérateur n’a accès visuel qu’à un seul côté des pièces à assembler. Il faut donc maintenir en équilibre un bain de soudure liquide qui soit : — suffisamment profond pour que la totalité de l’épaisseur soit atteinte ; — pas trop large pour ne pas outrepasser les possibilités de la tension superficielle qui agit comme une membrane soutenant le bain liquide entre les points A et B (figure 3 ). L’équilibre judicieux entre ces deux impératifs est délicat à maintenir et plusieurs semaines d’entraînement sont nécessaires pour maîtriser correctement le processus opératoire. La ﬁgure 4 explicite ce qui précède avec : — en ( a ) l’aspect des pièces brutes avant soudage ; — en ( b ) une soudure correctement exécutée ; — en ( c ) une soudure pénétrant insuffisamment et défectueuse par résistance insuffisante et effet d’entaille ; — en ( d ) une soudure trop large provoquant des effondrements de bain en cours de soudage : en pratique, la largeur du cordon de pénétration sous la soudure (distance d sur la figure 3 ) peut difficilement dépasser 3 à uploads/Industriel/ soudage-a-la-flamme-pdf.pdf