Obtention des pièces mécano soudées

Soudage autogène Fichier : 0_Soudage_cours

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1. Généralités et définitions Les termes soudure, brasure désignent l’assemblage Les termes soudage, brasage concernent l’exécution de l’opération La soudure est un assemblage caractérisé par l’effacement des contours primitifs des bords à assembler.

Zone thermiquement affectéeZone thermiquement affectée Métal de baseMétal de base

Métal d’apport Profil initial

Contour du métal fondu

Métal d’apport Profil initial

Contour du métal fondu La brasure est un assemblage différent de la soudure, les bords du joint conservent leur contour primitif. Il y a toujours complément de métal d’apport plus fusible que les métaux à assembler. Le métal de base constitue les parties à assembler, de même nature ou non. Le métal d’apport identique ou différent du métal de base peut intervenir partiellement ou en totalité dans l’élaboration du joint. En conséquence, le métal du joint comprend le métal d’apport et éventuellement le métal des bords fondus. Soudage autogène : les pièces à assembler sont de même nature ou de compositions voisines. Elles participent à la constitution du joint de soudure. L’assemblage est dit homogène, car le joint de soudure est du même métal que les deux pièces à assembler.

2. Procédés de soudage autogène Le programme de PT nous limite au soudage autogène.

2.1. Soudage à l’arc électrique La fusion du métal d’apport et des pièces à assembler est obtenu par un arc électrique jaillissant entre une électrode et les pièces à assembler. La fusion très localisée amène moins de déformation que la fusion au chalumeau. Cependant le refroidissement rapide entraîne l’apparition de contraintes internes et de déformations qu’il est parfois difficile de corriger. C’est ce procédé qui est le plus utilisé industriellement en soudage autogène.

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2.1.1. Soudage à l’électrode enrobée L’électrode est fusible et fournit le métal d’apport. L’enrobage assure un rôle protecteur.

2.1.2. Soudage MIG (Metal Inert Gas) On utilise une électrode fusible travaillant en atmosphère inerte afin de protéger le bain de fusion de l’air ambiant. L’électrode est un fil qui se déroule automatiquement. Le gaz protecteur est généralement de l’argon ou de l’argon + de l’hélium. Ce procédé convient pour :

• le soudage à plat et en position pour l’aluminium et les alliages légers,

• le soudage à plat des tôles d’acier d’épaisseur supérieur à 3 mm.

2.1.3. Soudage MAG (Metal Activ Gas) Variante du MIG utilisant un mélange de gaz carbonique CO2 et d’argon adapté au soudage des aciers de construction au carbone. Ce procédé est uniquement utilisé pour le soudage des aciers faiblement alliés ou non.

2.1.4. Soudage TIG (Tungsten Inert Gas) Variante des procédés précédents, plus productive. On utilise une électrode réfractaire en tungstène. Le métal d’apport est amené manuellement (baguette) ou automatiquement (fil déroulé). Il convient aux faibles épaisseurs (0,2 à 3 mm) et peut aussi s’utiliser sans métal d’apport. Il convient aux métaux suivants : alliages légers, aciers inoxydables…

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2.1.5. Soudage au plasma Apparenté au TIG, il utilise un arc étranglé dans une tuyère avec un gaz inerte. Le dard obtenu est très chaud et permet ainsi le soudage bout à bout en une seule passe avec des bords droits pour des épaisseurs comprises entre 3 et 10 mm.

2.2. Soudage par résistance Les pièces à assembler sont maintenues en contact par un effort puis soudées par recouvrement ou bout à bout sans métal d’apport. La fusion est provoquée par effet Joule (courant de forte intensité sous basse tension) aux frontières des pièces à souder (plus grande résistivité). Après coupure du courant, l’effort de compression est maintenu et forge ainsi la soudure.

Application de l’effort : 450 daN

13500 A

t

F i

T T/2 T

Accostage MaintienSoudage

2.2.1. Soudage par points Très utilisé en petite et grande séries (carrosserie d’automobile…) C’est un procédé rapide.

2.2.2. Soudage à la molette

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2.2.3. Soudage par bossage Les électrodes sont remplacées par des plateaux permettant de souder des formes en treillis, des tubes superposés et croisés… Tous les points de contact sont soudés en même temps.

2.2.4. Soudage en bout Les pièces à souder sont mises en contact puis chauffées soit par effet joule soit par étincelage. Après coupure du courant, un refoulement forge la soudure.

2.3. Soudage par friction 2.3.1. Principe du soudage par friction

Le principe du soudage par friction est basé sur la réalisation d'une soudure autogène sans métal d'apport, la température d'assemblage étant obtenue par friction relative entre les pièces à assembler. Le mouvement de friction est une rotation autour d'un axe fixe.

2.3.2. Cycle de soudage Les paramètres influant sur la qualité de ce type d'assemblage sont :

• le temps de soudage. • la pression exercée entre les pièces, • la fréquence de rotation relative des pièces.

Phase 10 • Serrage des deux parties de la pièce

Phase 20 • Mise en rotation du mandrin • Accostage des deux parties de la pièce

Phase 30 • Friction

Phase 40 • Forgeage obtenu par poussée axiale après

arrêt en rotation du mandrin Phase 50

• Dégagement et éjection de la pièce finie

Les caractéristiques mécaniques sont maintenues voire améliorées. Résistance à l'extension : La résistance à l'extension dans la zone d'assemblage est au moins égale à celle des matériaux soudés. Résistance à la torsion : La zone d'assemblage a les mêmes caractéristiques de résistance à la torsion que les pièces soudées. Résistance à la flexion : La résistance à la flexion est inférieure à celle des matériaux assemblés dans la zone de la soudure. Cette perte est de l'ordre de 1 5 %.

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Dureté : La dureté, dans la zone soudée, est supérieure à la dureté des matériaux assemblés. Le gain de dureté dépend du matériau, de son état métallurique et du cycle de soudage.

2.3.3. Domaine d’application Le procédé est utilisé pour des pièces longues cylindriques composées éventuellement de plusieurs matériaux. Cela concerne particulièrement les pignons arbres longs, les entrées de boîtes de vitesse, les arbres de roue, les arbres de direction dans le secteur automobile; dans le domaine des outillages le procédé est utilisé pour la réalisation de tarauds, forêts, fraises fabriqués avec des métaux différents

2.4. Matériaux soudables 2.4.1. Les aciers

• Aciers non alliés à faible teneur en carbone type S ou E • Aciers inoxydables dont le pourcentage de carbone est inférieur à 0,05% • Pour les autres aciers, C et faiblement alliés, le carbone est l’élément le plus

défavorable au soudage car il favorise la trempe. On évalue le pourcentage de carbone équivalent de la manière suivante :

%Mn %Ni %Mo %Cr %CuCE %C6 15 4 5 13

= + + + + +

• CE ≤ 0,4 l’acier est parfaitement soudable à température ambiante • 0,45 ≤ CE ≤ 0,7 : l’acier est moyennement soudable • CE > 0,7 : l’acier est difficilement soudable

2.4.2. Les fontes Elles sont très difficiles à souder à cause de le fort pourcentage de carbone.

2.4.3. Alliages légers Les alliages de type (Al + Mg, Al + Mn, Al + Si) ont une bonne soudabilité. Les procédés retenus sont essentiellement TIG ou MIG à cause de l’oxydabilité de l’aluminium. Les alliages de type (Al + Mg + Si, Al + Cu, Al + Zn + Mg) sont un peu plus difficiles à souder et nécessitent plus de précaution. Procédé MIG.

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3. Conception des assemblages soudés

3.1. Règles de tracés des pièces mécano soudées 3.1.1. Préparation et forme du cordon en fonction de l’épaisseur à souder

3.1.2. Assemblage entre pièces d’épaisseurs différentes

3.1.3. Soudures en angles

• En T

• En L

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• Soudures des paliers

• Soudures des brides

3.1.4. Renforcements

3.1.5. Recommandations

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3.2. Méthode de tracé des pièces mécano soudées 1 - Tracé des surfaces fonctionnelles

• Mise en place des surfaces fonctionnelles.

• Indication des spécifications 2 - Tracé des surfaces capables II s'agit des surfaces qui permettront, après usinage de la pièce soudée, d'obtenir les surfaces fonctionnelles :

• placer les surépaisseurs d'usinage, • limiter l'étendue des surfaces usinées, • décider des formes pré-usinées :

perçages... 3 - Tracé des volumes capables II s'agit de déterminer les composants qui porteront les surfaces capables :

• Choisir des composants simples. Surfaces fonctionnelles • Raccorder par des éléments de liaison :

nervures, caissons, entretoises... • Placer des raidisseurs et des renforts :

nervures, goussets..., en fonction des efforts appliqués, du mode d'utilisation, des efforts de coupe...

4 - Tracé du projet de dessin de définition de produit

• Aménager le tracé : mise en position relative des composants...

• Disposer les cordons de soudure et dégager les angles (convergence de cordons).

• Placer toutes les spécifications fonctionnelles.

• Coter les joints.

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4. Exemples

4.1. Exemple 1

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4.2. Exemple 2