6. NOTIONS DE DEFORMATION

Toute pièce libre, homogène, chauffée uniformément, garde sa forme générale, et reprend ses dimensions initiales au refroidissement. Mais ceci n'est vrai que si le chauffage est uniforme et que la pièce est entièrement libre de se dilater, pour comprendre ce qui se passe s'il n'en est pas ainsi, il suffit de remarquer que les deux effets (mécaniques et thermiques) jouent alors simultanément.

Soit deux pièces schéma 1959, l'une A est en forme d'U et supposée très massive, l'autre B située entre les branches de A est seule chauffée uniformément schéma 1960, (le chauffage de l'ensemble n'est donc pas uniforme).

Au cours du chauffage schéma 1960, la pièce massive A restera en phase élastique sous les efforts dus à la dilatation contrariée de B.

La pièce B est donc comprimée à chaud par A . En chauffant suffisamment (quelques centaines de degrès peuvent suffire), B dépasse sa limite élastique (abaissée d'ailleurs par l'élévation de température) et se déforme plastiquement schéma 1960.

Au refroidissement schéma 1961, B se contracte en gardant sa nouvelle forme, une fois froide elle est donc plus courte qu'au départ.

Il existe un autre phénomène de déformation, le "flambement", supposons que la pièce B du schéma 1962, est une pièce mince, elle peut flamber plastiquement à l'échauffement, au refroidissement on peut obtenir le résultat schématisé par le schéma 1963. Si on redresse ensuite la pièce B, on constate qu'elle est plus courte, mais le raccordement est moindre que si le "flambement" n'avait pas eu lieu.

7. NOTIONS DE RETRAIT

Le retrait en soudage peut être décomposé en plusieurs déformations élémentaires, soit en effet deux tôles schéma 1942, soudées bout à bout.

En première approximation, la soudure dans son ensemble est considérée comme une pièce "B" (schémas 1959, 1960 et 1961), qui se contracte dans tous les sens à partir du métal fondu, on met ainsi en évidence deux types de retrait :

• la contraction parallèle à YY, qui prend le nom de "retrait transversal".
• la contraction de la soudure dans toute sa longueur, qui prend le nom de "retrait longitudinal", elle est au maximum sur l'axe XX, et diminue au fur et à mesure que l'on s'en écarte.

Si la soudure est exécutée d'un seul côté de la tôle, la partie supérieure schémas 1943 et 1944, est la plus chauffée et le bain de fusion y est plus large qu'à la partie inférieure, la tranche supérieure joue donc le rôle d'une pièce "B" par rapport à la tranche inférieure, il en résulte un effet de pliage.

Mais il faut enfin tenir compte du fait que la soudure n'est pas réalisée simultanément sur toute sa longueur, supposons en effet, la soudure parvenue en un certain point schéma 1945, le bain de fusion et ses alentours jouent le rôle d'une pièce "B" par rapport à la partie déjà soudée, il en résulte que les tôles, à gauche de "B", tendent à se rappprocher par rotation autour d'un axe ZZ perpendiculaire au plan de la figure : c'est l'effet de serrage.

Sur une pièce mince symétrique soudée le long de son grand axe, le retrait longitudinal entraîne un flambage en forme d'hélice schéma 1946, pour y remédier, il suffit d'allonger la soudure par martelage, on peut aussi utiliser un montage s'opposant à la torsion.

8. NOTIONS DE SERRAGE

L'effet de serrage est fonction directe de l'importance de la zône chauffée, il diminue si la vitesse d'exécution croît.

Cet effet est généralement combatu par le pointage préalable qui empêche les tôles de se rapprocher ou même de se chevaucher en avant du chalumeau.

Mais l'effet de serrage ainsi contracté schéma 1947, peut conduire sur des tôles minces à un phénomène de flambage se traduisant par des ondulations caractéristiques.

Pour les tôles de faible épaisseur schéma 1948, on peut encore remédier à l'effet de serrage en soudant sans pointage avec un écartement variable.

On peut constater que si l'on commence à exécuter une soudure à l'extrémité d'une tôle schéma 1949, la contraction qui se produit en B effet de serrage, (voir schéma 1960) prenant appui sur la petite partie de soudure en C, tend à écarter la soudure encore plus chaude en A, il se produit en A une fissure qui se propage tout le long de la soudure. C'est pour éviter ce phénomène que l'on exécute un "talon" de quelques cm avant d'exécuter la soudure proprement dite.

9. QUALITES ET DEFAUTS DES SOUDURES

Les qualités exigées des soudures peuvent être d'ordre mécanique (résistance, ductilité, etc, ....), chimique (résistance à la corrosion) ou même esthétique (aspect régulier pour ne pas exiger d'usinage ultérieur). Dans un grand nombre de cas, une bonne soudure assure au joint et à ses abords les qualités mêmes des éléments assemblés. La plupart des qualités exigées des soudures, au point de vue de leur comportement en service, dépendent de la présence ou de l'absence de défauts.

9.1. Les principaux défauts d'exécution sont :

9.1.1. manque de pénétration

On dit qu'il y a manque de pénétration schémas 1951, lorsque la soudure ne traverse pas complètement les tôles de part en part . Ce défaut est le plus courant et aussi le plus grave parce qu'il diminue fortement la résistance du joint en y créant une amorce de rupture.

Pour le déceler, il suffit, pour les soudures exécutées d'un seul côté, d'examiner l'envers de la soudure, les deux arêtes inférieures doivent être réunies par un cordon de métal plus ou moins en relief, cet examen doit être fait avec soin, car certains écoulements d'oxyde ou de métal fondu, à travers les bords non liés, peuvent prendre l'allure d'un cordon de pénétration.

En soudage à gauche, notamment, les manques de pénétration peuvent provenir de l'emploi d'un chalumeau avec un débit trop faible, de l'emploi d'un chalumeau exagérément puissant qu'on tient trop écarté ou trop incliné ou, plus généralement, de l'inexpérience du chalumiste qui veut ainsi éviter la formation de trous.

Toutefois, dans certains cas, lorsque les assemblages ne sont pas soumis à des efforts sensibles, la pénétration complète peut n'être pas exigée. En soudage bout à bout des canalisations, par exemple, la pénétration peut être une gêne pour la circulation du fluide.

9.1.2. inclusion d'oxydes

Des inclusions d'oxydes à l'intérieur de la soudure schéma 1952, peuvent se produire aux reprises ou au passage des points et, également, résulter de l'emploi d'un chalumeau mal réglé (flamme oxydante) ou mal utilisé . Ce défaut peut occasionner des fuites ou donner prise à la corrosion. Pour l'éviter, il faut veiller au bon réglage de la flamme et à son action correcte en vue de réduire les oxydes et, en particulier, fondre à nouveau le métal déposé avant les reprises.

9.1.3. collage



Le collage schémas 1955, est un défaut important, d'autant plus grave qu'il est difficile à déceler, il existe deux sortes de collage :

9.1.3.1. le collage noir est un dépôt de métal fondu sur les bords à souder restés solides, la liaison entre le métal d'apport et le métal de base n'existe pas.

9.1.3.2. le collage blanc est en quelque sorte une brasure " à l'oxyde ", le lien entre le métal d'apport et le métal de base n'étant assuré que par une pellicule d'oxyde qui a été fondue, les bords à souder eux-mêmes n'ayant pas participé à la fusion, il est le plus dangereux, car il n'existe aucun moyen non destructif de le déceler, n'étant pas en général, continu, il peut même ne pas se manifester à l'essai de traction et seul l'essai de pliage permet de le mettre en évidence avec certitude.

Le collage se produit souvent à l'insu du chalumiste peu attentif et l'écoulement de métal fondu à travers les tôles peut faire croire à une bonne pénétration.

9.1.4. soufflures, rochage

Les soufflures figures 1956, sont des inclusions de gaz à l'intérieur du métal fondu, elles peuvent être dues à diverses causes :

• lors d'un arrêt en pleine soudure, il se forme en général une "retassure" au centre du dernier bain de fusion. Si la reprise n'est pas exécutée correctement, le métal apporté peut y emprisonner une bulle de gaz qui donne naissance à une soufflure isolée.
• certains métaux à l'état liquide, tels que le cuivre, dissolvent une grande quantité de gaz qui, se dégageant lors de la solidification, risquent de rester emprisonnés dans la soudure, donnant ainsi naissance à des nids de souflures ou à des soufflures isolées. Le phénomène est généralement favorisé par un mauvais réglage de la flamme.
• les gaz emprisonnés peuvent être produits par des réactions chimiques qui naissent au sein du métal en fusion, dans certains cas, ces réactions sont assez rapides pour que les gaz se dégagent en bouillonnant au cours du soudage. Ce phénomène qui porte le nom de "rochage" conduit à des soudures ayant l'aspect d'une mousse métallique . Le "rochage" apparaît notamment au cours du soudage d'acier effervescent si l'on n'utilise pas des métaux d'apport convenablement choisis pour l'éviter.

  Certaines soufflures peuvent avoir une forme vermiculaire, les bulles de gaz s'imbriquent les unes dans les autres et engendrent ainsi des petits canaux plus ou moins allongés, ce type de soufflure apparaît quelquefois dans les soudures à double cordon exécutées en montant, les canaux sont parallèles au joint.

9.1.5. dénivellation des bords

Ce défaut schéma 1953, est généralement dû à de mauvaise préparation des bords à souder (exemple : point cassé), ou à des déformations excessives pendant le soudage. Ce peut être un défaut grave si l'on exige une bonne résistance mécanique du joint, le décalage des tôles fait supporter à la soudure un effort de cisaillement supplémentaire.

9.1.6. manque de métal

Ce défaut schéma 1957, est généralement peu fréquent parce qu'il est immédiatement visible, la soudure est creuse au lieu de présenter une légère surépaisseur . Cependant dans le cas de soudures d'angle, il peut être nécessaire de vérifier à l'aide de calibres, que la gorge de la soudure est suffisante .

Lorsqu'un manque de métal s'est produit, il n'est pas recommandé de corriger ce défaut en rechargeant simplement la soudure, on risque un effet de collage entre les deux passes, il est préférable d'enlever le métal par "gougeage ou burinage" et de faire une nouvelle soudure.

9.1.7. excès de métal

L'excès de métal schéma 1954, se traduit par une surépaisseur exagérée et un angle vif au raccordement du cordon de soudure avec la tôle. Cet angle vif crée, sous les contraintes de service, une concentration d'effort important et une amorce de rupture au droit du joint. La partie bombée du cordon de soudure doit, au contraire se raccorder progressivement à la surface des tôles. Lorsque les tôles ont une épaisseur comprise entre 3 et 12 mm, la surépaisseur ne doit pas excéder 15% de l'épaisseur de la tôle, cette limite doit être encore plus faible pour les épaisseurs de tôles plus fortes.

Pour éviter ce défaut, il faut adapter le diamètre du métal d'apport aux épaisseurs à souder et ne pas utiliser une vitesse d'avance trop faible.

9.1.8. caniveaux

Les caniveaux schéma 1958, qui peuvent apparaître d'un côté, ou des deux côtés de la soudure, sont une cause d'affaiblissement du joint, ils sont dus le plus souvent à une mauvaise tenue du chalumeau ou à l'emploi d'un chalumeau trop puissant.

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