Effet de l’opération de soudage sur les éléments à renforcer

Le soudage est l’assemblage métallique le plus fiable, le plus efficace et le plus pratique, qui est largement utilisé dans l’industrie et les constructions telles : centrale nucléaire, aérospatiale, automobile, transport et offshore…etc. Malgré les nombreux avantages il y a certaines limites à ce processus, les défauts de soudage influencent les propriétés souhaitées de l’assemblage. Les cycles thermiques affectent de manière significative les paramètres de contraintes résiduelles, déformations, microstructure de l’acier et dureté. En raison de l’échauffement local pendant le processus de soudage, le contrôle des cycles thermiques est critique et souvent nécessaire [Attarha et al, 2011]. L’application de la technologie de soudage dans la fabrication de grandes structures offre plusieurs avantages par rapport aux méthodes d’assemblage mécanique telle que l’amélioration des performances structurelles, la réduction du poids, la flexibilité de la conception et la réduction des coûts, etc. [Liang, 2018] Dans ce chapitre on présente la soudure et ces techniques, les divers modes de soudages et en particulier le soudage à l’arc avec ses inconvénients et l’estimation des contraintes résiduelles longitudinales et transversales. Ainsi, son utilisation vis-à-vis de la réhabilitation dans le domaine de la construction des ouvrages d’art et bâtiments métalliques, structures navales et aéronautiques …etc est passé en revue.

L’opération de soudage

L’assemblage des éléments métalliques par soudage assure la continuité mécanique entre les parties à assembler. Ce procédé est établi par fusion du métal d’apport assurant un meilleur lien entre les pièces. Ce métal d’apport, possède des propriétés au moins égales à une température de fusion du même ordre de grandeur que celle des matériaux à assembler. Différents types d’assemblage peuvent être rencontrés en fonction des contraintes appliquées à la structure réalisée, la nature du matériau et les dimensions de l’élément à assembler (Figure II.1) [Makhlouf, 2008]. Plusieurs normes décrivent ce phénomène de soudage, on cite ceux des assemblages soudés de la norme NF P. 22470 et P.22472 [Morel, 1994]. Durant la phase de soudage, le métal d’apport ainsi que le métal de base des éléments à assembler sont portés à la température de fusion permettant ainsi un mélange des éléments. L’utilisation du métal d’apport offre tout d’abord, la nécessité d’apporter de la matière afin de combler une préparation de joint (chanfrein), assurant une section efficace entre les deux parties à assembler. Et d’autre part, il est aussi nécessaire de changer la composition métallographique de la zone fondue afin de lui donner des caractéristiques mécaniques voulues.

Le cordon de soudure est constitué du mélange des deux métaux de base et dans la plupart des cas d’un métal d’apport. De part et d’autre de cette zone fondue, les éléments de métaux de base soudés subissent des transformations dans leur structure cristalline dues à l’élévation de température. D’après la composition chimique élaborée et celle du traitement thermique, la soudure se décompose de plusieurs zones : le métal de base MB, la zone affectée thermiquement ZAT et la zone fondue ZF. L’étendu de la ZAT et la disposition des passes dans la ZF sont représentés dans la macrographie de la figure. II.1. [Le Guen, 2010] [Abderrahmane et al, 2015]La zone fondue (ZF) ou l’état liquide a été atteint, et dans laquelle la composition chimique est élaborée, la structure métallurgique obtenue après solidification dépend du cycle de refroidissement. On distingue qu’au sein de cette zone, des gradients de concentration (Ségrégation), où l’examen de la composition d’une soudure ainsi que la variation de dureté est possible. Or la zone affectée thermiquement ZAT de largeur variable, qui se trouve au bordure de la zone ZF, ayant été soumise à l’élévation thermique sans être porté à la fusion. Le chauffage, la composition chimique et la vitesse de refroidissement de cette zone génèrent des modifications plus ou moins importantes de la structure métallurgique. La zone de liaison située à la frontière entre la zone ZF et la zone ZAT, elle correspond à la surface sur laquelle la solidification du métal fondu a commencé. [Makhlouf, 2008] [Chérifi , 2015] [Aissani, 2012] Le métal de base MB est la zone dite non affectée, il se trouve au-delà de la zone ZAT, car la distribution thermique est insuffisante pour engendrer une quelconque transformation structurale. [Makhlouf, 2008] [Chérifi ,2015]

Classification des procédés

Il existe de nombreux procédés de soudage, dont les principes et la mise en oeuvre sont très différents. Pour les uns, l’assemblage est obtenu par fusion locale des éléments à assembler, pour d’autres, la continuité métallique est obtenue sans fusion par effets purement mécaniques. On peut aisément classer ces procédés en fonction des énergies mises en oeuvre comme présenté sur la figure II.2. On retrouve que certains auteurs [Aissani 2012] ont étudié le classement du soudage à l’arc électrique TIG et soudage par friction malaxage FSW. Le chercheur Nguyen s’intéressait à son tour à la modélisation et la simulation multiphasique du bain de fusion en soudage à l’arc TIG. Ce pendant, l’auteur Kechaou a montré les procédés TIG qui restent les plus largement utilisés en fabrication soudée. [Aissani, 2012], [Kechaou, 2013] [Nguyen, 2015].