Soudage

Soudeur ivoirien soudant un marteau à Abidjan, Côte d'Ivoire.

Le soudage est un procédé d'assemblage permanent qui assure la continuité de la matière à assembler ; la soudure est le résultat obtenu (mais le terme est souvent utilisé pour le procédé). Cette continuité est ce qui distingue le soudage d'autres techniques d'assemblage mécaniques (rivetage, boulonnage, agrafage…) ou par adhésion (collage), ainsi que les techniques de brasage. La soudure est l'activité principale du métier de soudeur, et, pour les assemblages métalliques, fait appel au savoir technique du métallurgiste et de l'étude de la physique des plasmas (pour les procédés impliquants une flamme ou un arc électrique).

L'opération peut être appliquée aux métaux ainsi qu'aux matières thermoplastiques (voir Soudage de plastiques) et au bois (voir Soudage du bois).

Dans le cas des métaux, cette continuité est réalisée par fusion à l'échelle de l'édifice atomique. Bien qu'un soudage puisse être lentement réalisé par les forces interatomiques et la diffusion entre des pièces métalliques mises entièrement en contact suivant des surfaces parfaitement compatibles et exemptes de toute pollution, en pratique le soudage fait intervenir une énergie d'activation pour réaliser rapidement la continuité recherchée, énergie thermique ou électricité pour qu'au niveau de la soudure le métal atteigne son point de fusion.

Histoire du soudage

Le soudage est une opération connue depuis l'antiquité, mais sa maitrise à une échelle industrielle ne décolle vraiment que pendant la Première Guerre mondiale, avec des améliorations notables tout au long du XX^e siècle.

Procédés de soudage de pièces métalliques

Le soudage à la forge

C'est le plus ancien procédé de soudage. Les bords des pièces à souder sont portés à la température qualifiée de « blanc soudant » (de 950 °C à 1 050 °C) estimée à l'œil par le forgeron. Une fois la température requise atteinte, les parties à assembler sont juxtaposées puis martelées. Ce procédé s'apparente au brasage car il n'y a pas, à proprement parler, de fusion des matériaux de base; ce principe est en partie repris dans le soudage par résistance (bien que dans ce cas il y ait fusion) et le procédé par ultrasons.

Soudage oxyacétylénique

Un poste de soudure autogène.

Lors du soudage à la flamme ((en)Oxyfuel Welding), le cordon de soudure est produit au moyen d'une flamme dirigée sur les bords à souder. Lorsqu'un métal d'apport est utilisé, c'est sous forme de baguette (baguette de soudure) de nuance adaptée que celui-ci est apporté, manuellement, dans le bain de fusion.

L'énergie thermique, générée par l'oxycombustion, d'acétylène (le carburant) et d'oxygène (le comburant), les deux contenus dans des réservoirs sous pression dont on régule manuellement le débit d'échappement via des manomètres dédiés, permet de créer une flamme (un plasma) d'une température de 3 100 °C. Focalisée à la sortie de la buse du chalumeau, elle est utilisée pour faire fondre les bords à souder.

Dans la norme ISO 4063 (Soudage, brasage et coupage - Nomenclature et numérotation des procédés), le procédé de soudage oxyacétylénique est identifié par le numéro de référence 311 ; ce numéro de procédé correspond au groupe principal « 3.Soudage aux gaz », au groupe « 31.Soudage oxygaz » et au sous-groupe « 311.Soudage oxyacétylénique ».

Soudage aluminothermique

Exemple d'une soudure de raboutage de rail de chemin de fer effectuée par aluminothermie

Une réaction exothermique est provoquée au sein d'un mélange approprié d'oxydes métalliques et d'agents réducteurs (aluminium et d'oxyde de fer) maintenu entre les bords de pièces à assembler. Une fois la réaction amorcée, le mélange exothermique et les bords des pièces entrent en fusion et forment le joint soudé, contenu généralement dans une coquille réfractaire.

Ce procédé est utilisé pour la réparation de pièces massives telles que les rails de chemin de fer, c'est une méthode de soudage chimique.

Dans la norme ISO 4063 (Soudage, brasage et coupage - Nomenclature et numérotation des procédés), le procédé de soudage aluminothermique est identifié par le numéro de référence 71 ; ce numéro de procédé correspond au groupe principal « 7.Autres procédés de soudage » et au groupe « 71.Soudage aluminothermique ».

Soudage électrique par résistance

Des électrodes non fusibles et refroidies pincent adéquatement deux pièces superposées et conduisent un courant électrique ; la température de fusion est atteinte par effet Joule au droit des pièces à souder et le soudage s'effectue lors du pincement.

Soudage par point

Ce procédé est majoritairement utilisé dans l'assemblage de tôle d'acier de faible épaisseur (< 6 mm). Cette technique bénéficie d'un savoir-faire très important et d'une productivité incomparable (dans le domaine d'application). Pour exemple, une caisse automobile est assemblée à plus de 80 % par des points soudés.

Dans la norme ISO 4063 (Soudage, brasage et coupage - Nomenclature et numérotation des procédés), le procédé de soudage électrique par résistance est identifié par le numéro de référence 2 ; ce numéro de procédé correspond au groupe principal « 2.Soudage par résistance ». Il comprend de nombreux groupes et sous-groupes (exemple : 21.Soudage par résistance par point, 22.Soudage à la molette, 23.Soudage par bossage, 24.Soudage par étincelage, etc.).

Soudage par bossage

Il peut s'agir également d'un soudage par bossages, sur des pièces ayant subi au préalable un emboutissement.

Le soudage par étincelage

Des étincelles éclatent entre les bords des pièces à souder. Une fois la fusion obtenue, les bords à souder sont vivement rapprochés jusqu'à provoquer l'éjection de la phase liquide et des impuretés éventuelles, puis on maintient l'ensemble sous pression.

Soudage à l'arc électrique avec électrodes enrobées

Soudage à l'arc à l'électrode enrobée

Le soudage à l'arc électrique avec électrodes enrobées est aussi nommé MMA ((en)Manual Metal Arc), ou SMAW ((en)Shielded Metal Arc Welding) selon les normes américaines.

La chaleur nécessaire au soudage est générée par un arc électrique établi entre une électrode enrobée fusible et la pièce à souder. L'électrode fusible a un rôle de métal d'apport. Le métal fondu est protégé par un flux solide. Ce flux est appelé enrobage sur l'électrode ou laitier sur le cordon de soudure.

Selon la norme ISO 4063, ce procédé a comme numéro de référence le 111.

Soudage au fil fourré sans gaz (Procédé « FCAW » en désignation américaine)

Dans le soudage au fil fourré ((en)Flux Cored Arc Welding), un arc électrique éclate entre un métal d'apport constitué d'un fil fourré qui se dévide mécaniquement et la pièce à souder. Ce procédé s'apparente au soudage à l'électrode enrobée.

Le soudage par effet Joule sous flux protecteur

Rechargement résistant à la corrosion déposé par feuillard au moyen du procédé électroslag (ESW)

L'effet Joule est produit entre un fil ou un feuillard qui se dévide mécaniquement dans le bain de fusion formé avec les pièces à souder (ou à revêtir), le bain de fusion étant protégé de l'oxydation par un flux pulvérulent flottant à sa surface (parfois désigné sous le nom de « Procédé Electroslag ») ou un gaz protecteur inerte (parfois désigné sous le nom de « Procédé Electrogas »).

Soudage à l'arc sous flux

Le soudage à l'arc électrique sous flux pulvérulent ((en)Submerged Arc Welding, ou SAW), aussi appelé « arc submergé », consiste à effectuer un joint de soudure sur de l'acier à l'aide d'un arc électrique qui est submergé de flux en poudre.

Un arc électrique éclate entre un métal d'apport constitué par un fil-électrode nu ou fourré qui se dévide mécaniquement et la pièce à souder, l'arc et le bain de fusion étant submergés par un flux pulvérulent

Ce procédé de soudage est effectué à l'aide d'un robot, ce qui lui apporte une grande régularité. Deux robots de ce type positionnés l'un en face de l'autre (joint en « T ») peuvent effectuer une soudure pleine pénétration d'un acier de forte épaisseur sur de longues distances (plusieurs mètres). Ce procédé est surtout utilisé pour la fabrication de pièces en série.

Soudage à l'arc avec électrodes non fusibles (TIG)

Soudage à l'arc avec électrode fusible sous flux gazeux

Dans le soudage TIG ((en)Tungsten Inert Gas), aussi appelé (en)GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) selon les normes américaines, un arc électrique éclate entre une électrode non fusible en tungstène et la pièce à souder. S'il faut un métal d'apport, celui-ci est apporté dans le bain de fusion à la main (baguette d'apport) ou mécaniquement (bobine de fil d'apport).

Un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode réfractaire en tungstène (qui peut être en tungstène pur, thorié 1 % et 2 % ou en Zirconium mais celui-ci exclusivement pour le soudage de l'aluminium) et la pièce à souder, sous la protection d'un gaz inerte (argon, hélium ou mélange argon-hélium).

Ce procédé peut s'automatiser voire se robotiser dans le cas fréquent du soudage TIG orbital.

Selon la norme ISO 4063, ce procédé a comme numéro de référence le 141.

Le soudage A-TIG

Dans le soudage A-TIG ((en)Active Tungsten Inert Gaz), c'est le procédé que le TIG, à la différence près que les pièces sont revêtues d'un flux qui, au passage de l'arc électrique, provoque un effet constricteur sur l'arc électrique. La concentration d'énergie qui en résulte permet une pénétration plus importante ; pour une même consommation d'électricité, l'épaisseur soudée est plus importante qu'en TIG traditionnel.

Soudage à l'arc avec fil électrodes fusibles ou soudage semi-automatique (MIG, MAG)

Éclaté d'une torche de soudage MAG / GMAW.
(1) Tête de torche de soudage
(2) Isolant électrique (pièce en blanc) et embout de vissage du tube contact (pièce en jaune)
(3) Diffuseur de gaz(argon ou hélium)
(4) Embout du tube contact-type
(5) Buse métallique

Dans le soudage MIG ((en) Metal Inert Gas), un arc électrique est établi entre l'extrémité d'une électrode consommable et la pièce à assembler, sous la protection d'un mélange gazeux inerte (argon ou hélium) dont la nature dépend du type de soudure réalisée. L'électrode, amenée automatiquement de façon continue depuis un dévidoir, se présente sous la forme d'un fil massif ou fourré.

Dans le soudage MAG ((en) Metal Active Gas), à la différence du soudage MIG, l'atmosphère protectrice est chimiquement active et peut être du CO₂ ou un mélange argon / CO₂.

Dans la norme ISO 4063, ces procédés ont comme numéro de référence le 131 (MIG) et le 135 (MAG).

Soudage orbital

Le soudage orbital est un procédé de soudage spécial pendant lequel la torche de soudage tourne sans interruption à au moins 360° autour d’une pièce fixe cylindrique, telle qu’un tube.

Le soudage par décharge de condensateur

Les pièces sont maintenues en contact jusqu'à décharge d'un condensateur libérant l'énergie nécessaire à la production du bain de fusion, les pièces sont maintenues pressées l'une contre l'autre jusqu'à la solidification du joint.

Ce procédé est très utilisé pour le soudage de fils sur parois métalliques ou pour le soudage de goujons.

Dans la norme ISO 4063, ce procédé a comme numéro de référence le 785 et 786 (soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs).

Soudage laser

Dans le soudage laser, aussi appelé LBW ((en)Laser Beam Welding), l'énergie est apportée sous forme d'un faisceau laser. Les sources laser peuvent au dioxyde de carbone, au Nd:YAG ou à fibre.

Un système optique concentre l'énergie du faisceau laser, (1 × 10⁵ W/cm² à 1 × 10⁶ W/cm²) et génère un capillaire rempli de vapeurs métalliques dont les parois sont tapissées de métal liquide en fusion. Le bain de fusion ainsi créé est déplacé et le métal liquide se resolidifie après le passage du faisceau assurant la continuité métallurgique entre les pièces.

Soudage plasma

Le soudage plasma ((en)Plasma Arc Welding, ou PAW), est sensiblement identique au soudage TIG, à la différence que l'arc électrique passe à l'état de plasma sous l'effet mécanique d'un gaz plasmagène (argon pur ou mélangé à l'hélium) expulsé d'une tuyère pour créer un vortex de constriction augmentant ainsi la densité énergétique de façon très supérieure à celle du procédé TIG.

Considéré comme une évolution du soudage TIG, il s'en distingue par le fait que l'arc est contraint mécaniquement (constriction mécanique) ou pneumatiquement (constriction pneumatique), générant ainsi une densité d'énergie supérieure. L'arc peut jaillir entre la tuyère et l'électrode (arc non-transféré) ou entre la pièce et l'électrode (arc transféré) voire être semi-transféré. Le soudage plasma peut être réalisé sans chanfrein sur un assemblage en bout à bout d'un dixième de mm jusqu'à des épaisseurs de 8 mm. Dans ce cas, il nécessite très peu de métal d'apport. Il est utilisé quasi exclusivement en mode automatisé (robot) et les vitesses de soudage sont élevées (dizaines de cm par seconde). Cette méthode permet de souder à des températures atteignant les 10 000 °C.

Il permet de souder les aciers « noirs », les aciers inoxydables et l'aluminium.

Soudage par faisceau d'électrons

Le soudage par faisceau d'électrons est un procédé de soudage utilisant l'interaction d'un faisceau d'électrons avec les pièces à assembler. Les électrons lancés à forte vitesse dans le vide possèdent une énergie cinétique importante qui sera transférée en grande partie à la pièce au moment de l'impact, générant ainsi suffisamment de chaleur pour provoquer la fonte puis le soudage des matériaux.

La machine et les pièces à assembler sont maintenus dans une enceinte sous vide. Ce procédé de soudage est essentiellement automatisé, compte tenu de l'environnement nécessaire à la génération du faisceau d'électrons.

Soudage par friction

Soudage par friction d'une tige filetée sur un support

Ce procédé s'apparente au soudage à la forge. Les bords des pièces à souder sont maintenus pressés l'un contre l'autre, l'une des pièces étant mise en rotation ou en déplacement linéaire (vibrations) jusqu'à ce que le frottement produise la température de forgeage, les pièces sont alors vivement rapprochés et maintenues sous pression.

Le mouvement relatif entraine un échauffement de l'interface jusqu'à plastification locale du matériau, puis soudage par diffusion atomique. La qualité de la liaison ainsi obtenue est supérieure à celle des matériaux utilisés. Il n'y a pas de métal d'apport. On peut souder des matériaux différents.

On distingue deux familles de soudage par friction :

• le soudage linéaire ((en)LFW, Linear Friction Welding), obtenu par un mouvement d'aller/retour linéaire. Une variante, appelée friction orbitale, permet la génération d'un mouvement ovoïde de la pièce en lieu et place du mouvement linéaire ;
• le soudage rotatif, obtenu par rotation relative des deux pièces (méthode utilisée pour souder les deux parties d'une soupape d'un moteur thermique).

Ce dernier type se compose de deux familles :

• le soudage à friction pilotée, pour lequel le couple du moteur d'entraînement est transmis directement à la pièce en rotation ;
• le soudage à friction inertielle, qui utilise un volant d'inertie pour fournir le couple de frottement.

Le soudage par diffusion

Les pièces à assembler sont mises en contact avec un état de surface soigné; elles sont mises en pression et portées à une température absolue voisine de 0,7 fois la température absolue de fusion. Au terme d'un programme de pression et de température les pièces sont assemblées. Ce procédé s'apparente au brasage car il n'y a pas, à proprement parler, de fusion des matériaux de base mais mise en œuvre de propriétés physico-chimiques communément exploitées en soudage et en brasage : la diffusion et la migration atomique. Le soudage par diffusion permet d'assembler des pièces de forme ouvragées. Il permet également le soudage de matériaux difficile à souder par les autres techniques ainsi que des assemblages bimétalliques.

Soudage par friction malaxage ou soudage thixotropique

Le friction stir welding (FSW) est le procédé de soudage le plus récent de tous. Il a été inventé par Wayne Thomas et breveté par le TWI en 1991. Les outils utilisés pour le soudage FSW de l'acier doivent être très durs et très résistants, ce qui concentre aujourd'hui les applications du FSW surtout pour le soudage des alliages d'aluminium, magnésium, plomb et cuivre. Dans le cas du soudage de l'aluminium, les outils sont en acier trempé. Le FSW permet de souder des alliages d'aluminium qui sont difficiles voire impossibles à souder avec les autres techniques comme les séries 2000 ou 7000 parce que la température n'atteint pas la fusion du matériau.

Ses applications principales se retrouvent dans la fabrication de trains (le TGV par exemple), de pièces automobiles, de structures de bateaux, de composants pour l'aviation ou l'espace.

Soudage hybride

Le soudage hybride est la combinaison des deux procédés, plusieurs d'entre elles ont été étudiées dont :

• LASER + TIG (Tungsten Inert Gaz) ;
• LASER + Plasma ;
• LASER + GMAW (Gaz Metal Arc Welding) plus communément connu sous le nom de soudage MIG/MAG.

Le fait de combiner les procédés permet une certaine synergie. Les avantages des procédés sont gardés, leurs inconvénients sont éliminés tout en augmentant de façon considérable la productivité. Certains de ces procédés permettent de réaliser des cordons de soudure en une passe, à vitesse élevée (de l'ordre du mètre par minute) sur des tôles/plaques d'acier et autres matériaux d'épaisseurs importantes. Les procédés hybrides, en particulier LASER + GMAW, sont encore au stade de développement. Malgré de nombreuses études et publications scientifiques assez prometteuses, leur utilisation à l'échelle industrielle est encore marginale. Projets de recherche collective concernant le soudage hybride :

• HYPROSOUD (2007-2011, dont la base de données d'essais est disponible en ligne) ;
• HYLAS (2006-?).

Soudage électrogaz

Se rapproche de la fonderie.

Le soudage électro-gaz est un développement du soudage sous laitier électro-conducteur auquel il ressemble quant à sa conception et son utilisation. Au lieu de fondre dans un laitier, l'électrode fond dans un arc entouré d'un gaz de protection, comme en soudage MIG / MAG. Cette méthode est utilisée pour des tôles de 12 à 100 mm ; un balayage est utilisé pour des épaisseurs supérieures. Le joint est normalement préparé en « I », avec un espace. On utilise aussi des préparations en « V ». En réalisation de joints verticaux, sur de gros réservoirs par exemple, des économies importantes sont faisables, comparativement au soudage MIG / MAG

Soudage par diffusion

Consiste à se servir du phénomène de diffusion des atomes pour créer une liaison.

Il est très utilisé pour effectuer des pièces creuses renforcées à partir de plusieurs tôles en titane. Dans ce cas, on tire au vide à l'inter-tôles et on presse avec une pression de gaz argon par l'extérieur. Cette opération est réalisée à 920 °C.

Soudage par explosion

Cette technique découverte fortuitement en 1957 lors d'essais de formage par explosion, est essentiellement employée pour assembler des métaux de nature différente, par exemple de l'aluminium sur de l'acier. Généralement, il s'agit de profilés pré-soudés qui permettent ces assemblages (ex : superstructures en aluminium sur un bateau à coque en acier dans le but d'abaisser le centre de gravité).

Les métaux à assembler sont superposés selon un certain angle et recouverts d'une couche uniforme d'explosif, la combustion rapide (détonation) de celui-ci provoque une fusion en coin qui se propage sur toute la surface mêlant les deux métaux. Ce type de soudure n'est pas sujet par la suite à la corrosion galvanique. Les résultats présentent à l'interface des propriétés particulières.

Soudage par impulsion magnétique

Le soudage par impulsion magnétique est une technique encore peu connue. Cet assemblage se réalise (presque) à froid et résulte d’une force magnéto-mécanique appliquée à l’une des pièces à souder qui en quelque sorte s’encastre violemment et mécaniquement dans l’autre pièce à souder maintenue fixe. Cette technique permet de souder des matériaux conducteurs qui ont des points de fusion éloignés (par ex.: aluminium-acier). Il est également possible de faire du formage et étampage de pièces.

Soudage par ultrasons

C'est un procédé de soudage à l'état solide car la température atteinte est comprise entre 30 et 50 % de la température de fusion. Les surfaces à assembler sont maintenues en position par des sonotrodes reliées à un transducteur d'ultrasons. Les vibrations ultrasoniques communiquées aux pièces à souder portent l'interface à un état pâteux qui, associé aux efforts mécaniques appropriés, permet de créer une zone de liaison comparable à celle d'une soudure. Cette technique s'apparente au brasage.

Soudage « à l'eau déminéralisée »

Il s'agit d'une alternative aux postes à souder à l'acétylène. Depuis 2013, les soudeurs peuvent se passer de bouteille de gaz. Quelques décilitres d'eau permettent de produire par électrolyse de l'eau de l'hydrogène et de l'oxygène purs

Problèmes liés à la soudabilité

Les problèmes liés à la soudabilité peuvent être regroupés en trois familles :

• les problèmes dits de soudabilité opératoire, qui concernent la mise en œuvre du soudage comme la validation du mode opératoire de soudage par exemple ;
• la soudabilité globale, qui est liée à la tenue en service, par exemple les dilatations et contraintes, des équipements soudés ;
• la soudabilité métallurgique, qui consiste à produire les propriétés métallurgiques et/ou mécaniques du joint soudé compatibles avec les exigences de la conception, comme dans le cas du soudage de l'acier à 9 % Ni qui à ce jour (2015) ne peut être assemblé par soudage qu'avec un métal d'apport de nature différente et de propriétés mécaniques inférieures.

Métallurgie du soudage

L'opération de soudage occasionne de par son apport énergétique et parfois par l'apport de métal des perturbations métallurgiques au niveau du joint soudé. Ces modifications vont affecter les microstructures de la zone fondue et des zones affectées thermiquement.

Par exemple, dans le cas du soudage des aciers, le joint soudé peut être soumis à divers problèmes qui ont pour origine ces perturbations :

• la sensibilité à la fragilisation à froid dont l'origine est liée à la structure atomique du métal, la diffusion de l'hydrogène protonique, la composition chimique et les phases métallurgiques en présence ainsi que le taux de contraintes mécaniques ;
• la sensibilité à fragilisation à chaud qui est liée à la teneur en impuretés à bas points de fusion comme le plomb, l'étain, l'arsenic, l'antimoine, le phosphore, les contraintes générées par les dilatations et le retrait pendant l'élaboration du joint soudé générant des problèmes de liquation ;
• la sensibilité à la corrosion essentiellement due à la création de composés chimiques pendant l'élaboration du joint soudé comme l'appauvrissement en chrome des aciers inoxydables par la formation de carbures du genre Cr₂₃C₆ au sein de la matrice.

Ces problématiques concernent aussi bien la zone fondue (qui est passée à l'état liquide au cours de l'opération de soudage) que la zone affectée thermiquement. La zone affectée thermiquement appelée ZAT est le siège de modifications métallurgiques du métal de base qui peuvent induire des fragilités, des baisses de résistance mécanique, des manques de ductilité… Ces modifications dépendent du matériau soudé, du procédé utilisé, du mode opératoire suivi…

Exemples

• Dans les aciers C-Mn et les aciers faiblement alliés, la ZAT est le siège d'une augmentation des propriétés mécaniques (Re, Rm) et de chute de ductilité.
• Dans les aciers thermomécaniques à très haute limite élastique Re > 690 MPa, on peut trouver dans certaines parties de la ZAT un phénomène d'adoucissement qui efface les effets du laminage thermomécanique et qui diminue la limite élastique et la limite à la rupture.
• Un alliage d'aluminium de la série 5000 soudé bout à bout présente toujours une baisse de propriétés mécaniques en ZAT.
• Un acier inoxydable austénitique du type 304 L soudé présente souvent une diminution de sa tenue à la corrosion au niveau de la soudure.
• Les alliages de titane sont très sensibles aux phénomènes d'oxydation pendant l'opération de soudage, qui peut faire chuter de manière drastique les propriétés mécaniques du joint soudé.

Tenue mécanique d'un joint soudé

Les modifications métallurgiques influent sur la tenue mécanique du joint soudé. Aussi faut-il s'assurer d'obtenir une tenue mécanique suffisante, et tenir compte des soudures dans le calcul et le dimensionnement des pièces.

L'opération de soudage engendre de plus la création de contraintes résiduelles dues au retrait créé par l'opération de soudage sur les pièces. La tenue à la fatigue des assemblages soudés est une problématique fondamentale dans la conception des appareils soudés. Les défauts géométriques des cordons de soudures jouent un grand rôle dans la tenue à la fatigue des assemblages soudés.

Défauts de soudure

Fragilité produite par la ségrégation

Le soudage implique généralement de chauffer localement le métal, il s'agit d'un traitement thermique local. Il y a donc une modification locale de la microstructure et de l’état métallurgique de la zone du métal affectée par le chauffage (ZAT : zone affectée thermiquement). En effet, le cycle de température inhérent au soudage perturbe les conditions d'équilibres et les propriétés telles qu'elles existaient à la livraison du matériau.

Le chauffage active un certain nombre de mécanismes, dont notamment la diffusion des atomes. Il se produit donc un phénomène appelé « ségrégation » : le métal n'étant pas pur, les atomes étrangers (impuretés, éléments d'alliage) migrent vers les joints de grain.

Ceci peut entraîner une fragilisation des joints de grain, et ainsi faciliter la rupture fragile intergranulaire. Pour éviter ce problème, on effectue parfois un recuit de mise en solution, voire selon les cas, une hypertrempe de la pièce (cas de certains aciers inoxydables).

Corrosion au cordon de soudure

La soudure est la juxtaposition de deux métaux différents. On peut alors avoir un phénomène de corrosion galvanique. Ce défaut peut se présenter dans le cas du soudage hétérogène d'un assemblage mal conçu, sous réserve de la présence d'un électrolyte.

De plus, on peut également voir apparaître un phénomène de corrosion interfaciale, comme cela peut être rencontré lors de la ségrégation du bore aux joints de grains dans les bases nickel, ou lors de la ségrégation du carbone aux joints de grains dans les aciers inoxydables.

Porosités

Il s'agit de défauts sphériques creux qui peuvent être ou non débouchant. Elles sont causées par les courants d'air, le manque de gaz, l'obstruction de la buse, un mauvais angle de soudage, de l'eau ou des impuretés dans le joint à souder…

Soufflures

Ce terme désigne un groupe de porosités non débouchantes. Quand elles sont allongées, on parle de soufflures vermiculaires. Si elles sont débouchantes, on parle alors de piqûres.

Inclusions

Elles désignent un composé étranger à la soudure et peuvent contenir du tungstène (Cas du Soudage TIG) ou du laitier (Soudage à l'électrode enrobée ou "baguette") ou encore des oxydes.

Retassures

C'est le nom donné à l'espace vide créé au sein du métal fondu lors de la solidification (le volume liquide génère un plus petit volume solide), ce défaut peut être typique du procédé de soudage par résistance.

Criques de solidification

Même défaut que les retassures sauf que le défaut est non apparent, à part dans le cas de l'artéritique^{[incompréhensible]}. La crique de solidification est un défaut de fonderie.

Excès de pénétration

Métal débordant du côté envers du cordon.

Collage ou manque de pénétration

Le métal de base n'est pas fondu, ce qui diminue la section efficace de la soudure. On distingue le collage noir où l'interface entre le métal de base et la soudure est vide (par contrôle radiographique apparaît une tache sombre sur les clichés) et le collage blanc, où l'interface est cette fois-ci comblée par des oxydes fondus (cette variété est indécelable par contrôle radio).

Pour limiter le risque de collage dans certaines configurations, il est possible d'utiliser la technique du « beurrage » qui consiste à intercaler un apport de métal compatible avec les deux parties à souder.

Ce défaut de soudage peut intervenir notamment lorsque les pièces à souder ne sont pas maintenues à la bonne température. C'est le cas par exemple lorsqu'on cherche à souder une pièce d'apport (selle, renfort, etc.) sur une canalisation dans laquelle circule un fluide froid.

Fissuration

On distingue :

• La fissuration à froid causée par la présence combinée de contraintes mécaniques, d'hydrogène protonique et d'une phase fragile,
• La fissuration à chaud (ou plus exactement liquation) créée par la ségrégation dans le joint d'un eutectique à bas point de fusion par exemple et,
• Arrachement lamellaire (inclusions allongées dans le même sens que le sens de laminage de la tôle) au sein du métal (défaut rare qui n'existe presque plus chez les acieristes qui fabriquent des aciers propres exempt d'inclusion genre « MnS »),
• En ce qui concerne les aciers au chrome ou les aciers inoxydables, la formation de carbures de chrome Cr₂₃C₆ qui précipitent au niveau des joints de grains rendant ainsi les zones appauvries en chrome propice au développement d'une corrosion intergranulaire (le chrome pompé par le carbone n'assure plus son rôle de résistance à la corrosion).

Morsures ou défournis

Défaut où le métal de base est « creusé » sur une partie du cordon.

Caniveaux

Un caniveau est une morsure de grande taille proportionnellement à la grandeur du métal de base due à une trop grande chaleur du métal d'apport par rapport à l'épaisseur ou la densité du métal qui reçoit (voir mauvais paramètres du générateur de courant de soudage). Petit creux de chaque côté de la soudure.

Pollution ferreuse

La pollution ferreuse est une corrosion des aciers inoxydables causée par la destruction de la couche de passivation et activée par la présence de fer. Elle résulte généralement de l'utilisation d'outils métalliques (brosse, cisaille, etc.), après usinage et mise en forme, ou est la conséquence des projections de métal fondu lors d'opérations de soudage.

Défauts géométriques

Ces défauts peuvent être des défauts d'alignement entre les pièces, un cordon trop bombé…

Projections

Lors du soudage, des projections de métal d'apport en fusion peuvent se coller sur la surface des éléments à souder. Les projections ainsi collées sur le métal sont appelées grattons ou billons.

Impacts sur la santé

Les risques principaux en soudage à l'arc sont les brûlures, les rayonnements de l'arc électrique, l'émission de fumées, de particules métalliques ou de vapeurs nocives, et les effets du courant électrique.

Rayonnements

Les rayonnements de l'arc électrique, principalement les UV, brûlent certaines matières organiques, ils désintègrent les tissus de coton, une brève exposition peut provoquer un érythème de la peau caractérisé par des brûlures pouvant atteindre le troisième degré et leur action sur l'œil est particulièrement nocive, ils provoquent la conjonctivite, communément appelée « coup d'arc ». Les rayonnements infrarouges provoquent l'opacité du cristallin (cuisson de l'œil à froid) et à terme, la cataracte. Les rayonnements situés dans le spectre visible provoquent un éblouissement suivi d'une période de fatigue visuelle. Ces rayonnements sont beaucoup plus intenses dans les procédés de soudage à arc nu sans laitier de protection comme dans les procédés TIG et MIG par exemple. Les rayonnements réfléchis sont aussi dangereux et plus insidieux que les rayonnements directs de sorte que les personnes situées aux alentours du poste de soudage peuvent être impactées.

L'émission de fumées, de particules métalliques ou de vapeurs nocives

Le soudeur est aussi exposé à l'inhalation d'ozone, d'oxydes d'azote et de fumées de soudage (vapeurs métalliques, micro et nanoparticules de métal) qui provoquent de graves troubles de la santé si des moyens efficaces de ventilation et d'aspiration des fumées et des gaz ne sont pas mis en place. Les métaux en particulier peuvent pénétrer dans les poumons et de là passer dans le sang.

Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé les fumées de soudage dans le groupe 1 des agents cancérogènes avéré pour l'homme depuis 2017. De fait un certain nombre de composés cancérogènes ont été mis en évidence lors des opérations de soudage, en particulier le chrome hexavalent lors du soudage d'alliages inoxydables contenant une forte quantité de chrome.

On a aussi récemment constaté que les gaz et fumées de soudage pouvaient affecter le système olfactif ; dans une étude faite par des chercheurs de l’université de Pennsylvanie publiée début 2008 dans la revue américaine Neurology, lors d'un test de reconnaissance des odeurs, 88 % de 43 soudeurs (employés à la maintenance des ponts de la région de San Francisco) ont obtenu des scores très inférieurs à ceux des sujets « témoin ». 7 % avaient même totalement perdu leur odorat. Près de 50 % des salariés testés n'avaient pas même remarqué qu'ils avaient perdu une partie de leur capacité olfactive, bien que celle-ci soit aussi souvent accompagnée d'une perte du sens du goût. Ceci est un danger supplémentaire pour des professionnels qui ne réagissent plus (ou mal) à l'odeur des incendies, émanations de fumée, moisissures ou fuite de gaz ou de polluants toxiques.

Après l’ingestion d’un produit toxique, ou après l'inhalation de fumées dégagées pendant une opération de soudage, il a pu être conseillé, dans le passé, de boire du lait. Cette pratique est fortement déconseillée car elle aggrave l'intoxication, par exemple en faisant descendre dans l'estomac les éventuels dépôts toxiques présents sur les muqueuses. En cas d'ingestion ou d'inhalation de produits ou de fumées toxiques, il ne faut pas boire de lait ou d’eau. En cas de symptômes graves, il faut appeler le centre antipoison le plus proche.^{[réf. souhaitée]}

Techniques connexes au soudage

• Brasage
• Soudobrasage
• Oxycoupage

Voir aussi

Bibliographie

• Normes de conception et calcul
  • NF P22-470 « Assemblages soudés » (1989) ; remplacée par la suivante
  • EN 1993-1-1 « Eurocode 3 — Calcul des structures en acier » (octobre 2005)
• Normes de mise en œuvre
  • NF P22-47X ; remplacée par la suivante
  • EN 1090-2 « Exécution des structures en acier et des structures en aluminium — Partie 2 : exigences techniques pour les structures en acier » (octobre 2011)
• Claude Hazard, Frédy Lelong et Bruno Quinzain, Mémotech — Structures métalliques, Paris, Casteilla, 1997, 352 p. (ISBN 2-7135-1751-6), p. 249-292
• André Chevalier, Guide du dessinateur industriel : pour maîtriser la communication technique, Paris, Hachette, 2004, 336 p. (ISBN 978-2-01-168831-6), p. 172-179
• Jean-Louis Fanchon, Guide des sciences et technologies industrielles : dessin industriel et graphes, matériaux, éléments de construction ou de machines..., Paris, Nathan/Afnor, 2011, 623 p. (ISBN 978-2-09-161590-5), p. 223-244

Articles connexes

• Histoire du soudage
• Soudage (théorie)
• Fer à souder
• Composant monté en surface
• Soudage des plastiques
• Soudage à l’arc à l’électrode enrobée
• Soudage TIG
• Soudage ATIG
• Soudage MIG-MAG
• Soudage orbital
• Soudeur
• Clame
• Photokératite

Liens externes

• Ressource relative à la santé :
  • Medical Subject Headings
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes :

  • Britannica
  • Den Store Danske Encyklopædi
  • Encyclopédie de l'Ukraine moderne
  • Gran Enciclopèdia Catalana
• Notices d'autorité :

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  • Israël
  • Tchéquie
• [vidéo] turneralp, Différence soudure et brasure sur YouTube, 1^er mai 2016 (consulté le 18 octobre 2022)