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En anglaisRÉSUMÉ
Le succès d’un procédé soudage implique la notion fondamentale de continuité métallique des éléments à assembler. La mise en jeu de forces de liaison interatomiques de type métallique, hors présence de corps étranger, est donc fondamentale. Outre cet aspect, l’article traite des procédés permettant de créer cette liaison, des phénomènes intervenant dans ce mécanisme et des essais disponibles pour évaluer au final la soudabilité métallurgique.
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Guy MURRY : Ingénieur diplômé de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble - Docteur-Ingénieur - Ancien Directeur de l’Office Technique pour l’Utilisation de l’Acier (OTUA) - Enseignant à l’École Supérieure du Soudage et de ses Applications (ESSA)
INTRODUCTION
A titre d’introduction, et pour éviter tout malentendu, il est utile de rappeler les définitions des termes qui apparaissent dans le titre de ce texte. Pour ce faire, on peut se référer au document intitulé « Termes et définitions utilisés en soudage et techniques connexes » édité par les Publications de la Soudure Autogène et le Conseil International de la Langue Française [1].
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Soudage : opération consistant à réunir deux ou plusieurs parties constitutives d’un assemblage, de manière à assurer la continuité entre les parties à assembler (continuité de la nature des matériaux assemblés : matériau métallique, matière plastique, etc.), soit par chauffage, soit par intervention de pression, soit par l’un et l’autre, avec ou sans emploi d’un produit d’apport dont la température de fusion est du même ordre de grandeur que celle du matériau de base.
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Soudabilité : on considère qu’un matériau métallique est soudable à un degré donné par un procédé et pour un type d’application donnés, lorsqu’il se prête, moyennant les précautions correspondant à ce degré, à la réalisation d’une construction entre les éléments de laquelle il est possible d’assurer la continuité métallique par la constitution de joints soudés qui, par leurs caractéristiques locales et les conséquences globales de leur présence, satisfont aux propriétés requises et choisies comme base de jugement.
On voit apparaître la notion fondamentale de « continuité de la nature des matériaux assemblés » et plus particulièrement de « continuité métallique». Cette exigence implique la mise en jeu, entre les éléments à assembler, de forces de liaison interatomiques de type métallique (pour les métaux). L’intervention de ces dernières exige l’absence de tout corps étranger susceptible de constituer une barrière à leur action.
Ces considérations permettent déjà de noter que :
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l’identité chimique des métaux assemblés n’est pas fondamentalement nécessaire ;
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les techniques d’assemblage mécaniques (rivetage, boulonnage, agrafage...) ou par adhésion (collage) ne répondent pas à la définition du soudage.
Dans le cadre de ce texte nous nous intéresserons successivement :
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aux conditions d’installation de la liaison métallique ;
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aux procédés qui permettent de réaliser cette liaison ;
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aux phénomènes métallurgiques mis en jeu et à leurs conséquences ;
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aux définitions de la soudabilité ;
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aux essais permettant d’apprécier la soudabilité métallurgique ;
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aux possibilités d’actions postérieures au soudage permettant d’améliorer les performances de l’assemblage,
pour finir par des considérations sur la soudabilité métallurgique des différents métaux.
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1. Conditions d’installation de la liaison métallique
Installer la liaison métallique consisterait, théoriquement, à rapprocher les surfaces à unir de telle sorte que les atomes superficiels parviennent à des distances de l’ordre de grandeur des distances internœuds de leur système cristallin propre. Cette opération, qui supposerait au départ que les surfaces soient chimiquement propres et dans un état de poli spéculaire, n’est pas réalisable pratiquement.
Pour pallier les insuffisances engendrées par les nécessités de l’industrialisation, il faudra donc activer les surfaces à unir tout en éliminant les corps et éléments susceptibles de perturber la liaison.
Le procédé d’activation des surfaces le plus efficace est la fusion qui, simultanément, peut assurer leur nettoyage. La liaison métallique est créée par la solidification. Différents processus peuvent être mis en œuvre :
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les deux pièces à assembler subissent une fusion superficielle et participent donc à la formation d’un bain de métal fondu (avec, éventuellement, l’addition d’un métal d’apport) qui se solidifie sans action extérieure :
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si les pièces à assembler et le métal fondu sont constitués d’un même métal, on parle de soudure homogène,
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si les pièces à assembler et / ou le métal fondu sont constitués de métaux différents, la soudure est dite hétérogène ;
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les deux pièces à assembler subissent une fusion superficielle mais une action mécanique extérieure chasse le métal fondu et crée l’assemblage en mettant en contact les surfaces à la température du solidus ;
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les deux pièces à assembler subissent une fusion localisée et participent à la formation d’un noyau captif de métal fondu qui, au cours de sa solidification, est compacté sous l’action d’un effort extérieur de compression.
L’activation des surfaces peut être obtenue par échauffement sans fusion. En général, elle est alors complétée par une action mécanique qui permet, en outre, le nettoyage et l’amélioration du contact des surfaces à assembler. On peut distinguer trois cas.
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Le cas où l’échauffement et le nettoyage des surfaces à assembler sont simultanément réalisés par frottement mécanique (ce qui...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Institut de soudure et Conseil international de la langue française - Termes et définitions utilisés en soudage et techniques connexes. - Publ. de la Soudure Autogène.
-
(2) - RYKALINE (N.N.) - Les sources d’énergie utilisées en soudage. - Soudage et Techniques connexes, no 11/12 (1974).
-
(3) - Fédération des industries mécaniques et transformatrices des métaux - Procédés de soudage et techniques connexes. - FIMTM (1979).
-
(4) - PORTEVIN (A.), SEFERIAN (D.) - Étude thermique de la soudure au chalumeau et à l’arc. - XIe Congrès International de l’Acétylène et de la Soudure Autogène, vol. 3 (1934) et CR Acad. Sciences, 199 (1934).
-
(5) - Max Planck Institut für Eisenforschung - Schweissbarkeit der Stähle, Forschungsvertrag - no 6210-41/1/011.
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(6)...
NORMES
-
Soudage et techniques connexes. Fissuration à froid sur implants. Méthode d’essais. - NF A89-100 - 12-1991
-
Construction d’ensembles mécanosoudés. Techniques de soudage. Partie 3 : Guide pour le choix des matériaux et pour les dispositions constructives. - FD E83-100-3 - 12-1995
ANNEXES
Institut de soudure (IS) http://www.isgroupe.com
Office technique pour l’utilisation de l’acier (OTUA) http://www.otua.org
Centre technique des industries mécaniques (Cetim) http://www.cetim.fr
Centre technique industriel de la construction métallique (CTICM) http://www.cticm.com
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