Les principaux défauts de soudage

Les matériaux à souder

De manière générale, la plupart des métaux sont soudables en machines TIG / MIG / MAG ou laser avec plus ou moins de difficultés métallurgiques ou opératoires.

Les différents types d’aciers

On rencontre usuellement plusieurs types d’aciers différents compatibles au système de soudage des métaux :

• Les aciers non alliés ou acier carbone
• Les aciers inoxydables ferritiques ou martensitiques
• Les aciers inoxydables austénitiques

Chacune de ces catégories se comporte différemment, certains alliages dans ces catégories peuvent également avoir des spécificités.

Il convient donc en pratique de définir avec méthode les domaines opératoires de soudage pour chacun des matériels de soudage et des procédés de soudage utilisés, et de réaliser une sélection de matériaux en connaissance de cause, selon les besoins.

Les principaux défauts de soudage

Nous pouvons classer les défauts de soudage parmi deux catégories: ceux liés au procédé ou aux paramètres opératoires, et les défauts métallurgiques.

• Fissuration à chaud

Pour garantir la géométrie de l’assemblage, les pièces sont généralement bridées. L’augmentation de la température lors de l’opération de soudage engendre une dilatation thermique qui se traduit par des contraintes mécaniques si la pièce ne peut se dilater librement. En fonction de l’énergie linéaire et des propriétés mécaniques du joint lié à l’alliage avec un impact potentiel des éléments d’alliage ajoutés dans le métal d’apport, le cordon peut se fissurer à la solidification.

• Porosités/soufflures

En fonction du matériau, des porosités ou soufflures peuvent apparaître dans le cordon. En effet, l’arc électrique va majoritairement casser les molécules présentes et favoriser le passage d'éléments atomiques dans le bain de fusion. Lors de la solidification, des bulles peuvent donc se former en fonction de la limite de solubilité des éléments dans la matrice métallique.

Par exemple:

• L’acier carbone ne supporte que de très faibles quantités d’azote.
• L’aluminium avec l’Hydrogène (pouvant provenir de l'humidité de l’air ou de la couche d’alumine)

Il est à noter que la mise en œuvre du gaz de protection joue un rôle important pour prévenir l’apparition des porosités. Bien souvent, c’est moins la pureté du gaz qui est en jeu que la position de la torche, le réglage du débit etc. La préparation de l’état de surface est également importante, en particulier pour les tôles prépeintes en acier ou les pièces aluminium.

• Défauts géométriques

L’énergie linéaire est un point important. A vitesse d’avance constante, il convient de regarder les paramètres électriques pour conclure sur le transfert de chaleur à la tôle en se référant aux abaques mêlant les effets croisés du procédé, du type de configuration (angle etc.). Le taux de métal déposé est également primordial pour s’assurer de la bonne tenue mécanique. Une fois cette sélection de paramètres fixée, la géométrie de cordon est à optimiser. Dans des processus normés, le résultat est acté dans les QMOS / DMOS en incluant tous les paramètres importants comme le type de poste, la configuration de soudage etc.

Il convient de prêter une attention particulière à :

• La pénétration: profondeur maximale de la zone fondue. Elle doit être suffisante sans être excessive au risque de percer la tôle. Dans certains procédés, des lattes envers sont utilisées pour assurer une pénétration débouchante sans effondrement. Elles peuvent être en cuivre refroidi à l’eau, sauf si ce matériau est proscrit dans le code de construction.
• La forme de pénétration: pour le soudage en angle par exemple, la pénétration dite “en doigt de gant” est synonyme de risque de manque de pénétration en racine, des pénétrations compactes sont préférées.
• Une surépaisseur de cordon maîtrisée: bien qu’indispensable, il convient de limiter la surépaisseur (ou gorge en angle), en lien avec les codes de construction qui s’appliquent, afin d’optimiser le taux de dépôt et la productivité.
• La forme de cordon: les angles de raccordement (liés au mouillage) doivent être le plus faible possible. Par exemple, sur des assemblages soumis à la fatigue, des angles trop abruptes sont susceptibles de concentrer les contraintes et d’amener à la rupture.

Pour tous ces paramètres, il existe des calibres ou gabarits qui permettent de vérifier simplement les paramètres géométriques observables du cordon.

• Les caniveaux: parfois apparaissent en bord de cordon des manques de fusion, dans des cas extrêmes du humping, souvent liés à une vitesse excessive ou à un réglage tension électrique non appropriée.

• Fissuration à froid

La fissuration à froid est crainte des soudeurs: il s’agit en effet de fissures qui peuvent apparaître sur certains matériaux, plusieurs jours après le soudage, souvent lors de la mise en contrainte ou en opération de la pièce.

Le principe est assez complexe: en fonction des matériaux (acier, inox ferritique par exemple), de l’hydrogène dit diffusible peut s’insérer dans la matrice métallique pendant la conception. Ces atomes d’hydrogène vont progressivement migrer au joint de grain de la structure et initier des fractures lors de la mise sous contrainte. Il est donc particulièrement important de vérifier la sensibilité du matériau à assembler à la fissuration à froid pour prendre les mesures nécessaires.

• Altération des propriétés mécaniques

Il convient de choisir les meilleurs couples fil gaz pour s’assurer des propriétés mécaniques. Les effets d’une concentration accrue en oxygène dissous ou d’une mauvais transfert d’éléments d’alliage dans l’arc peuvent être importants lors du soudage à l'arc.

De même en soudage inox austénitique, l’oxydation excessive créée des carbures de chrome qui peuvent altérer la tenue à la corrosion.

Les seuls paramètres électriques courant / tension peuvent largement influer sur les variations de taille de grain à la solidification et fortement dégrader les performances mécaniques.

• Aspect de la soudure

De nombreux paramètres peuvent altérer l’aspect du cordon et donc la qualité. On peut noter:

• Des colorations de cordons en inox si le cordon est mal protégé de l'électrode. Les paramètres opératoires sont alors à vérifier, voir l’utilisation d’un traînard en automatique pour protéger le cordon encore chaud après le passage de l’électrode.
• Des silicates: usuellement sous formes d’ilots de matières en surface. Ils peuvent occasionner des défauts lors de soudage multipasse ou poser des problèmes ultérieurs après peinture par exemple (écaillage).

A nouveau, le choix du couple fil / gaz est important.

En résumé, la formation des soudeurs doit inclure une inspection visuelle finale de l’opération de soudage pour obtenir les critères de qualité requis.

Lors de vos procédés de soudage, de brasage, et de coupage, pensez à utiliser les moyens de protection professionnels disponibles tels que masques, cagoules, et gants de travail, ainsi que des vêtements et un outillage adéquats.