Fiche Commission Soudage - Juin 2013 (541 Ko) - Cetim

Commission interprofessionnelle
Soudage - FIM
CIS - FIM
2 centres techniques : Cetim, Institut de Soudure
Président : Guy Barthelet
Représentant de la FIM : Philippe Contet
0
Représentant du Cetim : Dominique Ghiglione
Représentant de l’Institut de Soudure : Abdelkrim Chehaibou
Membres de la commission : 1 représentant de la FIM, 18 industriels adhérents aux
syndicats de la FIM, 5 représentants des syndicats, 2 experts soudage, 4 représentants
des centres techniques Cetim et IS.
5
La CIS-FIM ne fait partie d’aucun comité programme. Elle est par nature interprofessionnelle
et transversale au sein des entreprises de la Mécanique et des fabricants
de matériel de soudage.
Résultats globaux
10
15
12 projets gérés en 2012
Types de projets :
- R&D (Métallurgie du soudage : Influence des réparations multiples ; Comportement : Caractérisation en fatigue des soudures
Laser Hybride.) ;
- veille (Soudage en chanfrein étroit, Guide soudage Laser Hybride, Soudage hybride Plasma+MIG).
7 thématiques principales :
- soudabilité métallurgique et opératoire ;
- parachèvement – finition ;
- aptitude à l’emploi ;
- procédés de soudage ;
- hygiène & sécurité ;
- inspection – qualité ;
- normalisation.

Technologies prioritaires 2015 en mécanique
Dans le prolongement de l’exercice Technologies Clés 2015 pour l’industrie française du ministère de l’Industrie, la FIM et le
Cetim, en partenariat avec le Cetiat, l’Institut de soudure et le LRCCP, ont identifié 41 technologies prioritaires pour les entreprises
de mécanique à l’horizon 2015. Ces technologies qui font ou feront la différence demain sont compilées sous forme de fiches et
sont consultables sur cetim.fr.
La CIS FIM a sélectionné 16 technologies prioritaires, dont 7 ont déjà donné lieu à des travaux (en gras) :
Gestion de l’information stratégique de l’entreprise - Intégration du facteur humain - Matériaux du développement
durable - Écoconception - Usines du développement durable, écofabrication - Aciers très hautes performances et
superalliages - Intégration des robots en production - Systèmes de production agiles et adaptatifs - Assemblages multimatériaux
- Soudage de matériaux à hautes performances - Industrialisation des traitements de surface innovants - Conception /
simulation mécatronique - Conception / fabrication intégrées - Conception de produits fiables et sûrs - Simulation et
optimisation numérique produit ou procédé - Traçabilité.
0
Quelques résultats d’actions finalisées en 2012
E LASER HYBRIDE - DÉFINITION DE NIVEAUX DE QUALITÉ PAR RAPPORT AUX DÉFAUTS
La compilation de l’ensemble des résultats obtenus avec des chargements en traction et en flexion de l’âme, conduisent à
mettre en avant deux paramètres importants pour le soudage Laser-hybride en angle : le jeu à la racine qui se traduit par une
moindre section travaillante (pénalisant lors d’une sollicitation en flexion) et le décalage du point d’impact qui lui se traduit par
une moindre pénétration (pénalisante lors d’une sollicitation en traction). En revanche, la déviation angulaire n’a que très peu
d’influence sur la géométrie du joint soudé et donc sur la tenue en fatigue de l’assemblage.
De manière générale, du point de vue des durées de vie en fatigue des assemblages soudés, le procédé Laser hybride YAG+MAG
donne des résultats équivalents au soudage MAG.
Sollicitation de traction Sollicitation de flexion Remarques
5
Soudure de référence
Variation du jeu
Un jeu d’accostage de 1,5 mm est
pénalisant sur la tenue en fatigue
car cela se traduit par une variation
aléatoire de la pénétration.
10
15
Le décalage de la position de
torche modifie la pénétration qui
conduit à un décalage de la racine
par rapport à l’axe de la tôle. Lors
d’une sollicitation en traction ce
point a un impact négatif.
Le décalage de l’angle de torche
n’entraîne qu’une légère modification
de la pénétration.
De ce fait, ce défaut n’a que peu
d’impact sur la durée de vie.
Valorisation Diffusion des travaux dans la collection « Performances » (FIM, Cetim et IS), disponibles sur cetim.fr, rubrique
Mécathèque.
2

0
5
10
15
E ÉVALUATION DU PROCÉDÉ HYBRIDE PLASMA / MIG-MAG
Que valent les deux technologies de soudage hybride plasma / MIG-MAG dans leurs versions robotiques, l’une coaxiale, l’autre non
coaxiale C’est là tout l’objet de cette étude, qui a permis de réaliser cette évaluation à partir d’un ensemble d’essais de soudage
sur des plaques d’épaisseur 3 mm.
Résultats :
• La technologie coaxiale ne nécessite pas de latte support. Tous les éléments du système (torche, générateurs, unité de contrôle)
sont spécifiques au procédé. Dans le cas de plaques en alliage AW-5086 H111, la vitesse de soudage maximale atteinte est
de 2,6 m/min. Les cordons de soudure sont très réguliers et esthétiques et ne comportent pas de projection adhérente, avec
cependant une surépaisseur côté envers représentant 50 % de l’épaisseur soudée. Les déformations après soudage sont
relativement importantes. Dans le cas de plaques en acier inoxydable X2CrNi18-9, la vitesse de soudage maximale atteinte
est de 70 cm/min et les déformations après soudage sont très importantes. Le point fort de cette technologie est clairement
sa capacité à réaliser des assemblages de grande qualité dans le cas des alliages d’aluminium.
• La technologie non coaxiale nécessite l’utilisation d’une latte support pour assurer une géométrie de cordon régulière côté
envers. Les éléments du système sont spécifiques au procédé, excepté le générateur MIG-MAG, qui peut être de différentes
marques. Dans le cas de plaques en alliage AW-5086 H111, la vitesse de soudage maximale atteinte est de 1,8 m/min.
Les cordons de soudure sont plutôt réguliers mais peu esthétiques, avec notamment la présence de projection adhérente.
Les déformations après soudage sont relativement importantes. Dans le cas de plaques en acier inoxydable X2CrNi18-9,
la vitesse de soudage maximale atteinte est de 1,9 m/min ; les déformations après soudage sont également importantes.
Cette technologie pourrait certainement donner de meilleurs résultats (en termes d’aspect des cordons) en utilisant un
générateur possédant plus de possibilités de réglage ou de lignes de synergie.
La tolérance du procédé au jeu d’accostage, point primordial, n’a pas été étudiée dans cette première étude. En effet, le procédé
plasma sans apport de fil froid nécessite des préparations très soignées. L’apport de métal en MIG/MAG pourrait apporter sans
doute plus de souplesse et permettre d’améliorer la soudabilité opératoire en soudage plasma pour le raboutage des pièces.
E INFLUENCE DE RÉPARATIONS MULTIPLES AU DROIT DES JOINTS SOUDÉS
Qu’en est-il des réparations multiples L’acier utilisé garde-t-il son intégrité Réponse concernant l’approvisionnement de l’acier
S460ML testé qui supporte au moins jusqu’à quatre réparations successives sans dégradation de ses propriétés de résilience en
zone affectée thermiquement (ZAT).
Les caractéristiques de résilience en ZAT après réparation satisfont toujours aux spécifications de la nuance S460ML selon la norme
NF EN 10025-4, avec une bonne marge de sécurité. Le décalage de la température de transition à 27J entre les assemblages réparés
2 ou 4 fois et l’assemblage initial à ZL+3 est sensiblement identique à celui que l’on peut observer à ZL+1 (respectivement 19 et 22 °C).
Concernant la zone fondue en racine, pour le produit d’apport testé, les réparations successives ne provoquent aucune dégradation
de ténacité et le comportement est similaire à celui observé sur la nuance P355GH au bout de quatre réparations.
Quant aux caractéristiques de traction dans la zone réparée, il semblerait que les réparations successives ont une influence non
négligeable sur la résistance mécanique. L’utilisation du produit d’apport choisi pour l’étude, dont les caractéristiques de traction sur
métal déposé sont plus faibles que celles du métal de base, a engendré une rupture en zone fondue. Cela nous permet d’observer
une chute de 48 MPa sur Rm en zone fondue et en partie supérieure de l’assemblage suite à quatre réparations.
Ceci dit, les valeurs de Rm restent supérieures à celles mentionnées sur le certificat de réception de l’acier.
Ces résultats montrent qu’il est envisageable de procéder à des réparations successives sur des assemblages en acier à laminage
thermomécanique S460ML, sous réserve de vérifier expérimentalement au préalable que les fournitures de métal de base et de
métal d’apport concernées aient un comportement similaire aux fournitures testées lors de la présente étude.
E CARACTÉRISATION DES PRODUITS D’APPORT À BASSE ÉMISSION DE FUMÉES – SOUDABILITÉ OPÉRATOIRE
Fils fourrés, gaz de soudage et électrodes enrobées ont été les principaux produits testés pour cette étude.
- Concernant les fils fourrés, les essais de soudabilité opératoire, réalisés dans cette phase, ne montrent pas de différence entre
les fils fourrés à taux d’émission réduits et les fils standard. Visuellement la quantité de fumées émises paraît identique entre les
différents fils fourrés sous mélange gazeux M21 (Ar+ CO 2
).
- Quant au gaz de soudage, l’utilisation d’un mélange gazeux ternaire M14 (96%Ar+3%CO 2
+1%O 2
) permet de réduire l’émission
de fumées (impression visuelle) et de modifier sensiblement la forme des cordons dans le cadre du soudage en angle. Il est 60%
plus cher qu’un mélange binaire habituel M21. Cependant, il permet également de réduire le taux de silicate pour les fils à basse
émission de fumée limitant ainsi les phases de nettoyage avant mise en peinture.
- Les essais réalisés sur les électrodes enrobées ont montré une différence lors du travail en position (PF). Le bain de fusion est plus
facile à gérer avec les électrodes standard. La géométrie des cordons à chaque passe nécessite moins d’opération de meulage
avec les électrodes standard contrairement aux électrodes à basse émission de fumées. La coloration des cordons obtenus est
aussi différente. Les électrodes à taux d’émission de fumées réduit donnent des cordons d’une couleur tendant plus vers le blanc
et brillant avec moins de traces d’oxydes en surface de joint.
Le changement d’un produit d’apport standard vers un produit d’apport à basse émission de fumées doit être précédé d’une étape
préalable d’essais au sein de l’entreprise sur les configurations de soudage les plus courantes. Ces essais doivent ainsi permettre
de juger de la maniabilité du produit, et aussi l’aptitude à obtenir des joints sains (tolérance).
3

E UTILISATION DES PRODUITS D’APPORT À BAS POINT DE TRANSFORMATION POUR L’AMÉLIORATION DE LA TENUE
EN FATIGUE DES JOINTS SOUDÉS
L’utilisation des produits d’apport à bas point de transformation a-t-elle une influence positive sur la tenue en fatigue C’est ce
que se sont efforcés de démontrer les auteurs de cette étude…
L’utilisation d’un fil d’apport G 16 5 1 en remplacement d’un fil d’apport C-Mn apporte clairement une amélioration de la tenue
en fatigue des soudures d’angles, dans le cas d’un amorçage en pied de cordon… Les résultats montrent un gain d’environ 110 %
de l’étendue de contrainte à 2 millions de cycles.
L’influence est visible tant au niveau de la pente de la courbe de fatigue que sur la contrainte admissible.
L’absence d’un réel effet pour les amorçages en fatigue à partir de la racine peut s’expliquer par le fait que les ruptures sont
essentiellement dues à un effet géométrique (effet d’entaille) qu’à des caractéristiques mécaniques ou des propriétés métallurgiques.
Le changement de fil n’apporte alors que peu de bénéfices.
Les essais menés sur les éprouvettes bicordons assemblées grâce au fil d’apport G 16 5 1 se sont soldés par une majorité de rupture
au niveau de la semelle. Cependant, les essais ayant rompus au niveau de l’âme semblent indiquer des résultats encore meilleurs.
De plus, nous observons une dispersion faible entre les résultats sauf dans le cas des éprouvettes G 16 5 1 ayant rompu au pied
de cordon de la semelle.
0
Quelques actions en 2013
E INFLUENCE DE RÉPARATIONS MULTIPLES AU DROIT DES JOINTS SOUDÉS – ACIER TREMPÉ ET REVENU : 10CRMO9-10
L’étude sur l’influence des réparations multiples lancée en 2011 avec une nuance C-Mn livrée à l’état normalisé (P355GH), puis
continuée avec une nuance livrée à l’état thermomécanique (S460ML) sera poursuivie en 2013 avec une nuance faiblement alliée
livrée à l’état trempé et revenu : la nuance 10CrMo9-10.
Sur cette nuance, les risques principaux sont un adoucissement en arrière ZAT (augmenté aussi par les TTAS successifs) et un
phénomène de grossissement de grains qui peuvent réduire les niveaux de résilience en ZAT. À suivre…
5
E UTILISATION DES PRODUITS D’APPORT À BAS POINT DE TRANSFORMATION POUR L’AMÉLIORATION DE LA TENUE
EN FATIGUE DES JOINTS SOUDÉS
Après les bons résultats obtenus en 2012, une nouvelle phase va être conduite sur un cas représentatif d’une structure industrielle :
une attache soudée de vérin. Sur ce cas, où des expérimentations ont déjà été conduites avec nombre de techniques de parachèvement
reconnues, l’objectif sera de positionner les éventuels gains d’un apport à bas point de transformation.
10
E UTILISATION DES WATTMÈTRES POUR LA MESURE DES ÉNERGIES DE SOUDAGE
Le code Asme section IX dans son édition de juillet 2010 a été modifié afin de répondre au problème de l’utilisation des wattmètres
pour la mesure des énergies de soudage. La nouvelle version du code prévoit désormais l’utilisation d’appareils permettant de donner
une puissance instantanée ou une énergie instantanée dans le cas du soudage avec des ondes contrôlées, de façon à pouvoir en
déduire une valeur moyenne vraie. Dans le cas du soudage à onde non contrôlée, la formule classique peut être utilisée.
Ces appareils, appelés wattmètres, réalisent une mesure en temps réel de la tension et de l’intensité à haute fréquence puis intègrent
le signal pour donner la valeur vraie de la puissance ou de l’énergie.
Le projet consiste à réaliser des séries de mesure d’énergie de soudage selon la méthode traditionnelle et en utilisant des wattmètres.
Ces mesures devront être comparées à l’énergie « vraie » déterminée par intégration des signaux électriques relevés à l’oscilloscope.
Ces comparaisons seront réalisées pour différents procédés de soudage (TIG, MIG/MAG, SAW) et pour différents modes de transfert
et de polarité. Il est proposé de réaliser les mesures à l’aide des appareils suivants : deux wattmètres, une pince de mesure TRMS,
une pince de mesure RMS et un oscilloscope enregistreur. L’objectif de cette étude est de montrer s’il est nécessaire de recourir
à l’utilisation d’un wattmètre et dans le cas contraire si l’utilisation d’une pince TRMS est obligatoire.
15
E Conditions de soudage et de TTAS des aciers thermomécaniques avec Rp0,2 > 500 MPa - Phase 1 :
soudage du S700MC en épaisseur : 15 mm
Les aciers thermomécaniques sont généralement utilisés à l’état brut de soudage compte tenu du mode d’obtention de leurs caractéristiques
mécaniques. Des conditions de soudage mal optimisées et l’application d’un TTAS (traitement thermique après soudage) peuvent,
en effet,se traduire par un grossissement du grain qui va entraîner un adoucissement des propriétés.
La crainte se porte donc à la fois sur la fenêtre de soudage (énergie minimale pour éviter la fissuration à froid – souvent pilotée par l’apport,
énergie maximale pour éviter l’adoucissement et la chute des propriétés de résilience, influence du TTAS) et les paramètres de TTAS.
L’étude en cours s’attachera à délivrer des recommandations de soudage, de traitement thermique après soudage, pour les constructions
mettant en œuvre des aciers HLE thermomécaniques, en mettant en exergue les écueils à prévenir le cas échéant par anticipation
dès la conception.
1301-027
4