Classification Des Défauts [PDF]

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Classification des défauts géométriques dans les soudures des matériaux Métalliques

06/11/21

Préparer par : Mr Benaouda Djilali

L'inspection des soudures peut être effectuée pour un bon nombre de raisons. Le motif le plus important est sans doute pour déterminer si la qualité de la soudure convient à l'application prévue. Afin d'évaluer la qualité d'une soudure, il faut d'abord identifier et différencier les défauts de soudage. L’identification et caractérisation des défauts est une opération délicate dans le processus du contrôle de la qualité des soudures. Elle se caractérise par l’identification des indications et l’application des critères d’acceptabilité définis par les documents de référence et qui aboutissent soit au rebut soit à l’acceptation du produit. Le type le plus courant d’essai non destructif est le contrôle visuel car il est simple et moins onéreux.

Savoir classifier et identifier les défauts en soudage par l'examen visuel, De manière à éviter des confusions, les types de défauts sont définis avec des commentaires et des illustrations. Apprendre à bien identifier les défauts suivant la norme EN ISO 6520. Définir l'origine possible des défauts. Apprendre comment remédier les défauts de soudage.

Dans la norme internationale EN ISO 6520 de Classification des défauts géométriques dans les soudures des matériaux Métalliques, les défauts sont divisés dans les six groupes suivants:

• Fissures • Cavités • Inclusions solides • Manque de fusion et de pénétration • Défauts de forme. • Défauts divers

n’appartenant à aucun des groupes cités ci dessus

Du point de vue métallurgique, les fissures qui prennent naissance lors du soudage peuvent être regroupées dans deux catégories à savoir la fissuration à froid et la fissuration à chaud. La différenciation de ce type de fissures revient d’abord à reconnaître leur disposition privilégiée d’une part et à indiquer le moment de leur apparition d’autre part.

Qu’est- ce que la Fissure de solidification ? La fissuration à chaud ou de solidification ne tarde pas à se manifester, elle apparait lors du dernier stade de solidification avant que le métal ne soit complètement solidifié T > 150 C°.

Ou ? Toujours au plein centre du cordon de soudure.

1- Composition chimique: La présence de cuivre, phosphore et le soufre dans la soudure favorise la fissuration à chaud. Il faut également prendre en compte le métal d’apport.

2- Forme du cordon: Cordon de forme concave plutôt que convexe favorise la formation de la fissure, il faut maintenir un rapport de largeur du cordon sur sa hauteur (L / h ≥ 0.7 ). Angle supérieur à 60°

Angle inférieur à 60°

La chaleur de soudage reste plus longtemps dans les plaques d’angle ouvert que l’angle le plus étroit. (La chaleur s’évade moins vite).

3-Contraintes appliquées lors de la solidification: Le bridage trop rigide ou autres moyens de fixation peuvent entraîner la fissuration de soudure causée par le stress résiduel(contraintes).

Fissure dans la soudure

En prenant en compte les paramètres cités précédemment, Un préchauffage et post-chauffage homogènes des pièces diminuent les contraintes.

Préchauffage(avant soudage)

Post-chauffage(pendant soudage)

Qu’est- ce que la Fissure par hydrogène? la fissuration par l’hydrogène ou fissuration différée, elle intervient quand la soudure est froide T < 150 °C, mais le phénomène surgit souvent à la température ambiante. C’est pour cette raison que certains codes de contrôle recommandent des délais d’attente de 24 à 48 heures avant de procéder à l’inspection des soudures.

Ou ? La fissuration à froid se manifeste soit au niveau du joint ou de la zone affectée thermiquement (sous et à côté du cordon).

Le phénomène ne peut être déclenché que suite à la coprésence des trois facteurs suivants : • Structure

fragile de trempe (martensite). • Contraintes de tension (bridage, retrait lors du refroidissement). • Hydrogène (H2) diffusé en concentrations suffisantes. og

èn

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Contrain te

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Fissuration à froid

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c u r t

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La présence d’hydrogène dans le bain de fusion tire son origine de la présence et de la décomposition des composés suivants :

• Humidité

dans les gaz de protection, dans l’enrobage (SMAW), dans le flux (SAW), sur le métal de base, etc.… • Traces

d’huile, de graisse, de cire, d’oxyde, de rouille, etc...

L’effet de l’hydrogène sur le processus de fissuration s’exerce suivant les étapes décrites ci-après : 1- Décomposition de l’humidité dans la colonne d’arc et formation d’ions d’hydrogène (H+). 2- Dissolution et Accumulation des ions d’hydrogène (H+) dans le bain de fusion. 3- L’hydrogène diffusé se concentre autour des zones de concentration des contraintes (discontinuités dans le métal, pores, inclusions ou tout autre défaut microscopique) avant de se combiner pour former des molécules de gaz (H2). En effet, ces défauts servent de concentrateur de contraintes et d’amorce de fissures en même temps. 4-Le gaz d’hydrogène s’accumule jusqu’à une certaine concentration critique avant de faire en sorte d’altérer la force de cohésion interatomique du métal et d’y initier l’ouverture d’une fissure à partir du défaut ou de la microfissure préexistants.

L’indice de carbone équivalent est un concept qui a été développé pour permettre d’évaluer l’aptitude à la formation d’une structure fragile de trempe lors du soudage des aciers. Parmi les différentes formules utilisées pour le calcul de l’indice de carbone équivalent, l’Institut International du Soudage (IIW) adopte la formule simplifiée de Dearden-O’Neill qui intègre l’effet équivalent des autres éléments d’alliage (Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu) à celui du carbone.. Cette formule s’énonce comme suit : CEIIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 où la concentration des éléments est donnée en pourcentage de poids.

Teneur en carbone % 0.00 0.10 0.20

0.30

0.40

En fonction de leur teneur en carbone et de leur carbone équivalent, les aciers peuvent être classés en trois classes ou zones distinctes du point de vue de leur comportement à la fissuration à froid, tel que le montre la figure.

0.20

Zone 2

Zone 3

Zone 1 0.30

0.40 0.50 Carbone équivalent

0.60

0.70

Zone 1 : regroupe les aciers à bas carbone ou faiblement allié

Teneur en carbone % 0.00 0.10 0.20

0.30

0.40

dont la teneur en carbone est inférieure ou égale à 0,10 %. La structure de trempe n’est pas très dure et, dépendamment de l’indice du carbone équivalent, elle n’est pas prédisposée à la fissuration dans la plupart des cas.

0.20

Zone 2

Zone 3

Zone 1 0.30

0.40 0.50 Carbone équivalent

0.60

0.70

Zone 2 :

Teneur en carbone % 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40

regroupe la plupart des aciers au carbone avec une teneur en carbone supérieure à 0,10 %. Les aciers de cette classe ayant un indice CE inférieur à 0,5 % présentent une structure qui est considérée comme non sensible à la fissuration à froid. Cependant, à mesure que cet indice croît avec l’augmentation de la teneur en carbone, le risque de fissuration de la ZAT devient probable. Il faut donc Zone 2 Zone 3 s’assurer d’avoir une faible dureté dans la ZAT en procédant à un refroidissement Zone 1 contrôlé d’une part et en utilisant un métal d’apport à 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 Carbone équivalent bas hydrogène d’autre part.

1- Préchauffe à une température élevée, une énergie de soudage optimale et, éventuellement, un traitement de recuit post-soudage (PWHT) afin de favoriser un refroidissement lent qui entraîne un certain effet d’adoucissement dans la structure de martensite. 2- Métal d’apport à bas hydrogène (électrodes basiques) ou électrodes spécialisées.

Teneur en carbone % 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40

Zone 3 : comporte les aciers alliés dont la teneur en carbone est supérieurs à 0,10 % et qui présentent un carbone équivalent élevé. La formation d’une structure de martensite dure est inévitable même à de très basses vitesses de refroidissement. Il s’ensuit alors que le soudage de ces aciers requiert des procédures appropriées qui tiennent principalement compte des paramètres suivants :

0.20

Zone 2

Zone 3

Zone 1 0.30 0.40 0.50 Carbone équivalent

0.60

0.70

La meilleure prévention de la fissuration à froid est un préchauffage approprié des pièces à souder afin d’évaporer l’hydrogène contenu dans l’humidité présente sur la pièce (le préchauffage doit atteindre au moins 100 ºC, soit la température d’ébullition de l’eau). On peut aussi choisir des électrodes préchauffées à basse teneur en hydrogène (basiques). On prend soin de refroidir les pièces très lentement ainsi qu’un traitement thermique après soudage évitera l’apparition de tensions internes, favorisant l’apparition de fissures.

Les fissures sont des ruptures du matériau. Elles sont orientées selon le type de défaut. Ces fissures peuvent se trouver aussi bien dans le métal de base que dans le cordon de soudure, dans la zone affectée thermiquement ou la zone de liaison.

Types de fissures fréquentes : Fissure longitudinale. Fissure transversale. Fissure de cratère. Fissure sous cordon. Fissure rayonnante. Fissure marbrée. Fissure Ramifié.

Fissure transversale

Fissure longitudinale

Fissure dans la ZAT

Désignation

Commentaires

Fissure longitudinale

Fissure dont la direction est parallèle à l’axe du cordon de soudure

Fissure transversale

Fissure dont perpendiculaire soudure

Fissure rayonnante

Groupe de fissures issues d’un même point

Fissure de cratère

Fissure se produisant dans un cratère (longitudinale, transversale ou étoile)

Fissure Marbrée

groupe de fissures séparées, d'orientation quelconque

Fissure Ramifiée

Ensemble de fissure reliées entre elles et se présentant sous forme d’arborescence

la direction est à l’axe du cordon de

Illustration

Fissure longitudinale

Fissure Ramifiée

Fissure de cratère

Fissure longitudinale(sous cordon)

Fissure longitudinale

Fissure Marbrée

Fissure transversale

Fissure longitudinale

Fissure longitudinale

Fissure Marbrée dans la ZAT

Fissure Marbrée

Fissure Rayonnante

Les soufflures (cavités) sont des défauts fréquents en soudage. Ce sont souvent des bulles de gaz enfermées dans le cordon de soudure. Les piqures sont des soufflures débouchântes, donc visibles en surface.

Types de soufflures fréquentes : Nid de soufflures. Soufflures sphéroïdale isolée. Soufflure uniformément réparties. Soufflure alignée. Soufflure allongée. Soufflures vermiculaires. Piqures.

Piqures

Soufflures vermiculaires Nids soufflures

Mauvaise protection du bain de fusion. Pièce humide ou électrode. Saleté sur la pièce (oxyde, gris, huile…). Arc long ou (longueur terminale). Electrode défectueuse. Vitesse de dégazage inférieur a la vitesse de solidification. Choix du gaz de protection inapproprié (gaz et débit).

Désignation Soufflure sphéroïdale Soufflure uniformément repartis Nid de soufflures

Commentaires Soufflure de forme sensiblement sphérique Soufflures sphéroïdale régulièrement distribuées dans le métal fondu Groupe de soufflures

Soufflures alignées ou en Chaplet

Soufflures distribuées suivant une ligne parallèle à l’axe de la soudure

Soufflure allongé

Soufflure non sphéroïdale importante dont la dimension principale est approximativement parallèle à l'axe du cordon

Soufflure vermiculaire

Soufflure en forme de galerie de ver dans la ZF résultant du cheminement des gaz, elle sont généralement groupés en nids et disposée en arrêtes de poisson.

piqure

Soufflure de petit dimension débouchant en surface

Illustration

Piqures

Piqures (forme vermiculaire)

Piqures (forme uniformément répartis)

Piqure (forme allongée)

Piqure (forme alignée)

Piqures

Nid de piqures

Piqures (alignées)

Piqures (uniformément repartis)

Nid de piqures + piqures (forme vermiculaire)

Piqures (forme allongée)

Lorsque le métal se refroidit, il est possible que le cordon ne se referme pas de façon uniforme en fin de soudure. Le creux formé est appelé retassure ou dépression . Les retassures de cratère sont des défauts dus à une mauvaise reprise de passes ou à un arrêt trop brusque de l’arc électrique.

Retassures de cratères

En soudage, les inclusions désignent des corps étrangers présents au cœur du cordon.

Types d’inclusions fréquentes :  Inclusion de laitier : résidu de laitier emprisonné dans la soudure.  Inclusion de flux : résidu de flux emprisonné dans la soudure.  Inclusion d’oxyde : oxyde métallique emprisonné dans le métal fondu au cours de la solidification . Inclusion métallique : particule métallique de composition différente au cordon emprisonnée (souvent tungstène en TIG)

inclusion

Inclusion de laitier, flux et oxyde: Mauvaise inclinaison de l’électrode. Nettoyage insuffisant entre passes.

Inclusion métallique: Contacte de tungstène avec la pièce lors du amorçage. Projection du tungstène en fusion.

Inclusions de laitier

Inclusions d’oxyde

Inclusions d’oxyde

Inclusions de laitier

Energie de soudage trop faible (courant). Vitesse de soudage élevée. Ecartement étroit. Diamètre

de

l’électrode

inapproprié

l’écartement et le diamètre de l’électrodes).

(non

respect

de

Manque de pénétration

Manque de pénétration

Manque de pénétration

Concernant le manque de fusion, il s’agit d’une mauvaise continuité métallurgique entre les métaux à assembler. Il peut aussi s’agir de manque de fusion des passes les unes avec les autres.

Types d’inclusions fréquentes : Manque de fusion latéral qui intéresse les bords à souder. Manque de fusion entre les passes. Manque de fusion à la racine.

Energie de soudage trop faible (courant). Vitesse de soudage élevée. Pièce humide. Saleté sur la pièce. Non préchauffage de la pièce. Non respect du temps entre passes.

Manque de fusion

Manque de fusion

Manque de fusion

Manque de fusion

Manque de fusion

Forme défectueuse

Morsure

Caniveau caniveau

Caniveau

Morsures

Caniveau

Caniveau à la racine

Caniveau

Caniveau

Caniveau à la racine

Il s’agit d’un excès de matière sur la longueur , ou localisé dans les passes terminales de la soudure. Ce défaut est due à une vitesse de soudage lente ou un courant fort. Les normes imposent des limites d’épaisseur pour le cordon. Si le cordon est trop bombé et dépasse ces limites, alors il y a défaut de convexité.

Convexité

Convexité

Convexité

Excès de métal à la racine pour une soudure exécutée à partir d’une seule face ou à travers le métal déjà déposé pour une soudure en plusieurs passes. Ce défaut est due aux: Energie de soudage élevée (courant). Vitesse de soudage lente. Ecartement large. Diamètre de l’électrode inapproprié. Goutte est un excès local de pénétration.

Excès de pénétration

Goutte

Angle trop faible du dièdre formé par le plan tangent au métal de base et le plan tangent au métal d’apport et passant par la ligne de raccordement.

Excès de métal déposé qui se répand sur la surface de métal de base sans liaison intime avec celui-ci

Débordement

Dénivellement

Déformation angulaire

Affaissement du métal déposé dû à une fusion excessive (énergie élevée) conduisant (par gravité) à un excès et/ou à un manque de métal suivant le cas on pourra distinguer: Effondrement en corniche. Effondrement à plat ou au plafond. Effondrement d’angle (dans une soudure angle).

Effondrement d’angle

Effondrement en corniche

Trou

Trou

Il s’agit d’un manque de matière sur la longueur de la soudure, ou localisé. Si le cordon est trop creux et dépasse les limites des normes, alors il y a défaut de concavité.

Manque d’épaisseur

Manque d’épaisseur

Concavité à la racine

Rochage

Rochage

Mauvaise reprise

Mauvaise reprise

Altération (détérioration) locale et superficielle du métal de base résultant d’un amorçage de l’arc au voisinage de la soudure .

Coup d’arc

Éclaboussure de métal en fusion projetée pendant l’opération de soudage et qui adhère sur le métal de base ou le métal fondu déjà solidifié

Projection métallique

Projection métallique

Particule de tungstène projetée sur la pièce à souder pendant l’opération de soudage.

Blessure locale du métal de base produite lors du démontage d’attaches soudées.

Blessure locale due au meule.

Blessure locale due à l’action d’un burin ou d’un autre outil

Réduction de l’épaisseur due à un meulage exagéré.

La fissuration résulte généralement de tensions internes trop importantes dans le cordon de soudure ou dans la zone chauffée ZAT durant le soudage . Les fissures peuvent apparaître très tôt (fissuration à chaud) ou des heures, voire des jours après le soudage (fissuration à froid). Les causes les plus fréquentes de fissuration sont un refroidissement trop rapide, un métal d’apport incompatible avec le métal de base ou une mauvaise préparation des joints et présence d’hydrogène. En plus des fissures, il existe plusieurs types de défauts de soudure : les défauts dimensionnels (mauvaise dimension du cordon sur la largeur ou sur l’épaisseur), les défauts de géométrie du cordon, les défauts de pénétration, les soufflures, les inclusions, les caniveaux, les retassures, les projections et les défauts de fusion. Les défauts de soudage peuvent être causés par de nombreux facteurs, dont la vitesse d’avance ou l’intensité du courant. Dans bien des cas, les défauts peuvent être détectés et corrigés en cours de soudage.