Les procédés de soudage

2.2.1 Définitions et généralités

La soudure a pour fonction de créer une liaison permanente entre deux pièces, tout en assurant entre elles la continuité de matière. Il y a deux types de soudage [19] :

Le soudage autogènes : les pièces à assembler, de même nature ou de composition voisine, participent à la constitution du joint ou du cordon de soudure. L’assemblage est dit homogène, c’est à dire « fait du même métal ».

Brassage et soudobrassage : l’assemblage est hétérogène, la formation du joint ou cordon est assurée par la seule intervention du métal d’apport qui agit comme une colle.

L'industrie chimique et pétrochimique, l'industrie brassicole ou alimentaire, l'électronique, la sidérurgie, les centrales électriques (thermiques ou nucléaires), le secteur de l'eau ou celui du gaz, l'industrie du papier ou du caoutchouc, les cimenteries et l'industrie verrière, pour ne citer que les plus importants, sont également de grands consommateurs de produits soudés et ont souvent un département soudage au sein de leur service maintenance.

L'acier au carbone reste aujourd'hui le produit le plus soudé [19], mais il est loin d'être le seul : on soude également l'acier inoxydable, les aciers spéciaux, l'aluminium, le cuivre, le nickel, le titane et même des produits comme les plastiques, les matériaux composites ou les céramiques.

Les procédés de soudage sont également en développement continu permettant chaque jour d'entrevoir de nouvelles applications. Le soudage à la flamme oxyacéthylénique a pratiquement

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disparu au profit du soudage à l'arc électrique, manuel, semi-automatique ou robotisé, le soudage par points a fait son apparition il y a de nombreuses années déjà, le soudage par friction se développe et aujourd'hui, ce sont le soudage au laser et au plasma qui prennent de l'extension.

Les procédés de soudage doivent être adaptés aux conditions de service exigées, d’où la nécessité d’un choix judicieux du procédé et des conditions dans lesquelles sera exécutée la soudure.

2.2.2 Différents modes de soudage

Pour obtenir la continuité atomique entre les deux parties à assembler, et si les conditions nécessaires précédentes sont respectées, on peut envisager deux modes de soudage [19], [20]:

Par pression en phases solide : La liaison est obtenue par déformation à froid, si le métal est suffisamment ductile, ou à chaud pour amollir le métal. La déformation due à la pression concourt, dans certains cas, à satisfaire la condition de propreté en brisant les pellicules superficielles.

En phase liquide : Les deux faces à assembler sont mises en contact avec du métal liquide où sont elle-mêmes amenées superficiellement à l’état liquide. La plupart des procédés de soudage emploient ce mode qui permet d’obtenir la fusion locale du joint.

D’après la recherche bibliographique, toutes tentatives de classification des différents procédés de soudage est rendues difficile au regard des nombreuses variantes d’un procédé à un autre. La classification la plus judicieuse des procédés de soudage est celle qui classifie à partir de la source d’énergie et des éléments de protection. Cette classification est présentée par le tableau 2.1 où le nombre entre parenthèses correspond au code numérique affecté à chaque procédé de

soudage par l’AFNOR (NF E 04 021) [19].

2.2.3 Soudage à l’arc électrique

Le soudage à l’arc a été inventé par Weld (d’où son nom anglais « Welding ») en 1860, mais la mise en place effective de la soudure par fil n’a pu se faire qu’avec l’invention du dévideur de fil de soudure en 1935 [12].

Un courant électrique de caractéristiques définies, nature et intensité, fait jaillir sous une tension donnée un arc entre deux électrodes, au travers d’une colonne de gaz ionisés, appelée plasma d’arc. Dans les procédés de soudage, les plus courants, l’une des électrodes est constituée par la pièce à souder. La quantité de chaleur dégagée par l’arc électrique permet une fusion instantanée des bords des pièces à souder et du métal d’apport. Deux phénomènes sont donc mis en œuvre lors du soudage à l’arc :

L’effet thermique qui à pour origine la formation d’un arc électrique entre une électrode et les pièces à souder.

Le transfert de métal pour lequel le métal en fusion de l’électrode se propulse à grande vitesse sur la pièce elle-même.

Eléments de protection du joint soudé

Sources d’énergie

Flux solide Gaz inerte Gaz actif Sous vides Sans protection

Arc électrique

• Electrodes enrobées (111)

• Automatique sous flux (121) solides (arc submergé)

électronique (76) • Laser (751)

Thermochimique • Aluminothermie (71) • Plasma arc non transféré

• Oxyacétylénique (311) Tableau 2.1 : Classification des procédés de soudage à partir de la source d’énergie utilisée et des éléments de protections [19]

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Les techniques de procédés de soudage les plus utilisés dans le monde sont les procédés à l’arc et spécifiquement le soudage à l’électrode enrobée qui représente encore plus de 60 % des travaux annuelles de soudage dans le monde [19].

On présente dans le tableau 2.2 les différents procédés de soudage à l’arc. On s’intéresse particulièrement aux procédés de soudage SMAW et GTAW.

Abréviation Anglais Français

SMAW Shielded Metal Arc Welding Soudage à l’arc avec électrode enrobées : baguette GTAW Gas Tungstene Arc Welding Soudage sous gaz inerte avec

électrode en tungstène: TIG GMAW Gas Metal Arc Welding

Soudage protection gazeuse: MIG (Métal Inerte Gas: Argon) ou MAG

(Métal Active Gas: CO2)

FCAW Flux Cored Arc Welding Soudage fil fourré

MCAW Metal Cored Arc Welding fil fourré métallique

SAW Submerged Arc Welding Soudage sous flux électroconducteur solide: arc submergé

CAW Carbon Arc Welding soudage par carbons Tableau 2.2 Les différents procédés de soudage à l’arc

2.2.3.1 Soudage manuel à l'électrode enrobée SMAW