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Ecole de Hassi-Messaoud Département Mécanique Pétrolière LA METALLURGIE & LES T

Ecole de Hassi-Messaoud Département Mécanique Pétrolière LA METALLURGIE & LES TECHNIQUES DE SOUDAGE Présenté par M .Belkacem BELAHBIB Formation TSS Octobre 2015 IAP/EHM-SONATRACH SONATRACH, Institut Algérien du Pétrole, Direction Ecole de Hassi Messaoud BP54, Hassi-Messaoud 3O500, Algérie Tel :(213) 29 07 55- Fax : +(213) 29 73 24 24 Site Web : www.iap.dz المعهد الجزائري للبترول INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE 2 Partie I Métallurgie  PRINCIPAUX METAUX UTILISES EN CONSTRUCTION MECANIQUE o Propriétés des matériaux o Propriétés justifiant l'emploi des matériaux  METALLURGIE DE FER ET DE SES ALLIAGES o Obtention industrielle de la fonte o Elaboration de l'acier o Propriétés des principaux alliages ferreux  METAUX ET ALLIAGES NON FERREUX o Désignation conventionnelle o Alliage d'aluminium o Alliage de magnésium o Alliage de cuivre o Métaux divers  TRAITEMENT THERMIQUE o Généralités o Structure des matériaux métallurgiques o Diagramme de solidification des alliages binaires – exemples o Solidification des alliages Fer – Carbone o La Trempe o Le Revenu o Le Recuit  TRAITEMENTS DE SURFACES o Trempe Superficielle o Trempe Thermochimique de diffusion 3 Partie II Techniques de soudage  INTRODUCTION o Importance du soudage dans la construction mécanique o Différents types de soudures  TERMES ET TECHNIQUES DU SOUDAGE o Termes o Techniques o Matériaux à souder o Conception o Position de soudage o Méthodes d’amorçage o Première passe  CONTROLE DU SOUDAGE o Inspection visuelle o Inspection radiographique o Test mécanique du soudage 4 PARTIE I : METALLURGIE 5 Introduction Les métaux font partie de notre vie quotidienne et se retrouvent dans toutes les actions de notre existence en commençant de la canette de boisson, aux couverts en passant par les fils électriques ou mêmes nos téléphones portables! et en arrivant jusqu’aux constructions métalliques les importantes et complexes. Aucune matière n'a été aussi importante que le métal pour l'histoire de l'homme. Les progrès de l'agriculture, du transport, et même ceux de l’art ou de la cuisine auraient été impossibles sans eux. Certains de ces métaux ont participé largement au développement des activités industrielles et plus spécialement celles liées aux domaines pétrolier et gazier. De nombreux problèmes techniques, bien entendu, ont dû être résolus avant une large utilisation de ces métaux. En effet de grands efforts ont été déployés par les spécialistes pour mettre en place les techniques et les méthodes de prospection, d’exploitation des mines abritant ces métaux et surtout les techniques de leur élaboration puisqu’ils sont généralement enfouis sous des tonnes de roches et sont souvent en combinaison avec d’autres substances. Vient ensuite la métallurgie qui permet d’améliorer pour chaque métal ses propriétés chimiques et mécaniques nécessaires pour chaque application. La métallurgie constituant l'ensemble des industries et des techniques qui assurent la fabrication des métaux, par son développement, a modifié profondément l’histoire humaine dés que les techniques chauffe ont été parfaitement maitrisés et les moyens mis en place. Nous précisons que peuvent coexister au même moment des stades techniques différents selon les pays et les régions, mais aussi qu’une technique nouvelle ne chasse pas l’autre .Pour preuve, on continue à travailler le bronze aujourd’hui même si d’autres métaux et alliages ont entre temps été découverts. C’est au Moyen Orient que sont coulés les premiers bronzes, au IVe millénaire, alors que l’Europe occidentale n’entrera dans l’âge du bronze que 2000 ans plus tard. Pensons aussi à l’Amérique qui ne connaitra le fer que quelques siècles après. A côté de l’or, travaillé initialement par martelage, un autre métal, le cuivre, pouvant être facilement façonné dans la nature, a existé aussi à l’état pur. Quelques communautés néolithiques commencèrent dès le Ve millénaire avant notre ère à utiliser des couteaux et des faucilles fabriquées en cuivre au lieu de la pierre taillée. Ces outils ont l’avantage de durer plus longtemps et d’être plus tranchants. Cette période intermédiaire entre l'âge de la pierre (quand toutes les armes et les outils sont en silex) et le premier alliage (l'âge du bronze) est appelée la période chalcolithique, du cuivre chalcos et de lithos, pierre. C’est par pur hasard qu’on s’est mis à utiliser ce métal en découvrant au fur et à mesure ses différentes propriétés. Plusieurs autres métaux sont utilisés actuellement dans des domaines divers 6 Chapitre I Les Métaux utilisés en construction mécanique I-1 C’est quoi un métal ? C’est un matériau existant dans la nature pourvu d’un certains nombre de propriétés qui font de lui un élément principal dans toutes les constructions mécaniques et d’une manière générale industrielles. C’est dans le sol, sous forme de minerais, qu’on trouve les métaux. Ils se présentent parfois à l’état pur, mais ils sont dans la plupart du temps mélangés à d’autres éléments. La majorité des minerais de fer, par exemple, est un composé chimique de fer, d’oxygène, de silicium et d’autres corps. Pour qu’il puisse être utilisé, le métal doit être séparé et débarrassé des autres éléments. Pour cela, on utilise surtout un traitement appelé « fusion » qui s’exécute dans un haut fourneau pouvant atteindre des températures élevées. On y fond le métal et, devenu liquide, on pourra l’isoler plus facilement et obtenir une substance « pure ». I-2 Principaux métaux utilisés en mécanique Dans ce paragraphe, nous allons décrire brièvement certains métaux usuellement utilisés dans l’industrie. a) Le Fer : Fe La pyrite est une espèce minérale composée de disulfure de fer de forme FeS2pouvant contenir des traces de Ni , Co, As, Cu,Ag,Au,Ti 7 Les preuves de l'utilisation du fer remontent à plus de 4000 ans. Son minerai se présente sous plusieurs composés dont l’hématite, la magnétite et la pyrite. La Magnétite et l’Hématite sont des oxydes de fer tandis que la Pyrite est un sulfure de fer. Généralement, Il est magnétique, et avec des traitements thermiques il peut être rendu amagnétique. Laissé à l'air libre en présence d'humidité, le fer se corrode en formant de la rouille. La rouille étant un matériau poreux, la réaction d'oxydation peut se propager jusqu'au cœur du métal. En effet, s’il n'est pas entretenu, le fer se dégrade progressivement jusqu'à ce que plus rien ne reste de son état solide naturel. Sidérite : FeCO3 un carbonate de fer b) Cuivre : Cu. C’est un métal de couleur rougeâtre.Il se présente dans des minerais sous forme de sels contenant 30 à 90% de cuivre tels que le minerai sulfuré (chalcopyrite), le minerai carbonaté (azurite bleu et malachite vert) et le Cuivre natif. A l’air humide et chargé en dioxyde de carbone, le cuivre se recouvre de patines verdâtres appelées « vert-de gris». 8 c) l’aluminium Al. L’aluminium , d’une couleur blanc-gris argenté ,est extrait à partir de la bauxite, roche de couleur rouge, composée surtout d’alumine (oxyde d’aluminium) et d’oxyde de fer. En 1854, le chimiste français Henri Sainte Claire Deville invente un procédé de fabrication de l’aluminium à partir de son minerai. Latérite (minerai d’aluminium) 9 Minerai d’aluminium d) Le Zinc : Zn C’est un métal se trouvant dans la nature à l’état de sulfure dans la blende (sulfure de zinc) et à l’état de carbonate dans la calamine (carbonate de zinc). Il est blanc et légèrement bleuâtre et brillant, Il est de densité : 7,14 de température de fusion de 419oC. Le Zinc 10 e) Le Magnésium Mg Le magnésium est un métal alcalino-terreux. C'est aussi le troisième composant des sels dissous dans l'eau de mer. D’aspect blanc-argenté, il se ternit légèrement une fois exposé à l'air par formation oxycarbonée. Il est Le plus léger des métaux usuels et est aussi l’un des plus abondants sur Terre. les minerais, les principaux étant la magnésite, MgCO3, la dolomite riche en dolomie (Ca,Mg)CO3 qui, après calcination, contient près de 40 % de magnésie, MgO, et le chlorure mixte KCl,MgCl2, 6 H2O des gisements de potasse. La production totale de minerais est de l’ordre de 20 Mt/an, dont plus de la moitié en Chine. a) L’argent : Ag L’argent se rencontre rarement à l’état pur dans le sol : il est le plus souvent combiné au soufre ou à l’antimoine. Le minerai principal est l’argentite (sulfure d’argent).Argent natif Il est Blanc argenté métallique brillant. 11 L’argent b) L’or : Au L’or de couleur jaune brillant, le plus malléable et le plus ductile de tous les métaux. L'or est un métal noble qui ne s'oxyde pas à l’air et à l’eau, ce qui le rend quasiment inaltérable. Il existe plusieurs alliages de ce métal avec d’autres métaux tels que : or/argent/cuivre, L’or rose est normalement composé d’un mélange d'argent, de cuivre et de palladium et l'or bleu composé d’alliage d'or et de fer. 12 L’Or I-3 Propriétés des métaux I-3-1 Propriétés chimiques Les différences qui distinguent les métaux des non-métaux sont importantes. Dans ce sens, rappelons que dans le tableau périodique de Mendeleïev, les métaux sont placés à gauche et les non-métaux à droite. Les métaux ont de un à trois électrons dans leur couche externe, alors que les non-métaux en possèdent de quatre à huit. Dans les rections chimiques, ils libèrent des cations et forment des oxydes généralement basiques par combinaison avec l’oxygène. Ils se distinguent uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-metallurgie-amp-soudage.pdf