Lors du soudage, les métaux sont chauffés à des températures très élevées. Cela cause un phénomène de dilatation et de retrait qui n’est pas uniforme sur toute la surface parce que la source de chaleur est localisée autour de la zone à souder. Des déformations peuvent donc survenir à la suite du refroidissement de la zone thermiquement atteinte (ZTA).
Les principales méthodes pour éviter la déformation visent à limiter ou à contrer l’ampleur de la dilatation et du retrait du métal chauffé. On peut les classer en trois catégories : les méthodes thermiques (préchauffage, chauffage et post chauffage), les méthodes de maintien (pointage, bridage, déformations préalables, etc.) et la séquence de soudage.

Déformations thermiques

Le phénomène de dilatation et de retrait thermique des métaux varie en importance en fonction du coefficient de dilatation de chaque métal. Il varie aussi en fonction des contraintes imposées sur la dilatation.

Cependant, les contraintes sont parfois imposées au métal, par exemple lorsqu’on le maintient dans un étau. Dans ce cas, le métal ne peut reprendre sa forme initiale, car les dimensions qui ne se dilatent pas se contractent quand même.

Plus le procédé de soudage transmet de chaleur à la pièce, plus le risque de déformations thermiques est élevé.

Types de déformations thermiques

En soudage, les principales déformations thermiques appartiennent à l’une ou l’autre des catégories suivantes :

Retrait transversal (ou latéral) :

La taille de la pièce diminue sur les bords (A) ou encore, les deux rebords d’une plaque mince se rapprochent en cours de soudage (B).

On peut généralement prévenir le retrait transversal en :
– alignant bien les pièces à souder ;
– prévoyant l’angle de retrait ;
– réduisant le volume du chanfrein ;
– soudant sans balayage ;
– réduisant l’apport de chaleur.

Retrait longitudinal :

La longueur de la pièce diminue.

Le retrait longitudinal peut produire des fissures transversales ou des fissures longitudinales par cisaillement. Un choix judicieux de la séquence de soudage permet de limiter ce type de retrait.

Déformation angulaire (ou recourbement) :

La pièce ou l’assemblage se replie.

Joints en V

Assemblages en T

Le retrait angulaire se contrôle par l’application de déformations préalables ou par une séquence de soudage appropriée.

Gondolement (ou refoulement) :

Les bords gauchissent et le joint prend une forme d’accordéon.

Tensions internes :

La structure du métal est modifiée et fragilisée.
Les tensions internes sont le résultat direct d’un refroidissement trop rapide. On distingue deux types de tensions internes :  les tensions de compression et les tensions de traction.
Elles sont généralement invisibles à l’œil nu, mais on peut les reconnaître en sectionnant la pièce.

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Tensions de compression : les parties sectionnées de la pièce ont tendance à se rapprocher.

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Tensions de traction : les parties sectionnées de la pièce ont tendance à s’éloigner.

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Les tensions internes peuvent aussi survenir lorsque la dilatation, et surtout le retrait, sont empêchés. On retrouve un certain niveau de tensions internes dans pratiquement toutes les pièces soudées en raison du chauffage localisé. Un préchauffage non uniforme peut aussi créer des tensions internes. Il s’agit de maintenir ces tensions à un niveau minimal qui ne modifiera pas, de façon remarquable, la résistance du métal.

Des tensions internes trop importantes mènent à la création de fissures dans le métal. Les aciers à forte teneur en carbone sont plus vulnérables à la formation de tensions internes parce qu’ils sont plus fragiles. En général, un préchauffage uniforme et approprié permet de prévenir l’apparition de tensions internes.

Résumé

• Les déformations d’une pièce peuvent être causées par des procédés thermiques ou mécaniques.
• Les déformations thermiques résultent du processus de dilatation/retrait de la pièce qui est chauffée puis refroidie. En général, il existe toujours des contraintes à la dilatation, notamment le métal froid entourant la zone de soudage. C’est pourquoi une des méthodes les plus efficaces pour éviter ces déformations consiste au préchauffage des pièces. Il faut aussi refroidir plus lentement les pièces épaisses.
• Les méthodes de positionnement et de maintien préviennent les déformations en minimisant les possibilités de dilatation ou en créant des déformations opposées. Parmi les méthodes courantes de positionnement, on compte le pointage, le bridage et les techniques de déformations préalables.
• L’angle des chanfreins influe aussi sur la possibilité de déformation ; c’est pourquoi un bon chanfrein ne doit pas être trop grand.
• Finalement, il est important de prévoir une séquence de soudage appropriée pour s’assurer que les déformations ne s’amplifient pas, mais qu’elles s’annulent les unes les autres.
• Dans l’application des méthodes pour contrer les déformations, il existe une part d’information et une part d’expérience acquise, laquelle permet au soudeur, à la longue, de prévoir le résultat de ses actions.

Nous approfondirons les méthodes pour éviter les déformations dans cet article.

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