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Correction TD3 Exo1 : 1) Donnez l’évolution de la morphologie du cordon en fonction des paramètres de soudage morphologie du cordon (p, l, s) en fonction des paramètres de soudage E = f(U, I, V) et taux_dépôt= f(E) 2) Sachant que l’énergie de soudage s’écrit E = U.I/V et prenant en compte l’évolution du taux de dépôt du métal d’apport par rapport aux paramètres de soudage, expliquez les variations de la morphologie (p, l, s) des cordons (b, c, d, e)
a)
b)
c)
d)
e)
3) Donnez les transformations au chauffage de : a) Le cordon de soudage/zone fondue : Fusion b) La Zone Affectée Thermiquement : Austénitisation, recristallisation, grossissement des grains, dissolution des carbures c) Le métal de Base non affecté : Rien 4) Donnez (allure) la distribution de la température en fonction de la distance dans l’assemblage (en acier) soudé ci-dessous : T (°C)
Tracer la distribution gaussienne x (mm)
5) Expliquez le phénomène de grossissement des grains (austénitiques) au niveau de la ZAT (métallurgie 2ème année) : Au chauffage > Ac3 augmentation de l’espacement (distance) entre atome lors du passage à l’austénite (γ) les atomes ont plus de liberté à se déplacer : puisque la force d’attraction entre atomes sera plus faible (proportionnelle à 1/r²) lorsque des atomes se rapprochent les uns des autres sachant qu’ils ne sont pas du même grains (c'est-à-dire qu’entre eux il existe un joint de grain/frontières) ces grains là s’organisent (cristallisent) sous forme d’austénite (γ CFC) puisque le Fer
cristallise seulement en CC ou CFC dont si des atomes se rapprochent et il y a assez de temps, ils vont éliminer les frontières et constituer un grand grain CFC c’est le phénomène appelé grossissement des grains 6) Définissez le phénomène de dissolution des carbures, et à quelle gamme de température apparaît-il ? C’est le phénomène de cassure des liaisons entre les atomes constituant un carbure. Il se passe à très hautes températures. 7) Donnez la microstructure de la ZAT dans le cas de la non dissolution des carbures. Dans le cas contraire, quelle est la microstructure obtenue ? Dans le cas de la non dissolution des carbures : Austénite+carbures (cémentite) Sinon : austénite homogène Exo2 1) Quel est l’intérêt du calcul du carbone équivalent ? Le carbone équivalent nous permet d’estimer si le refroidissement de la ZAT sera fait à l’équilibre ou hors équilibre. De part sa formule (Céq = %C+somme pondérée des Xi éléments d’addition), la pondération permet d’estimer la part de chaque élément d’addition dans le refroidissement par conduction à l’échelle cristalline. 2) Si le carbone équivalent est supérieur au seuil critique, qu’est ce qu’il faut faire ? Dans le cas où le Céq > Seuil critique, il faut préchauffer localement l’acier, au niveau du joint soudé pour « saturer le carbone et les éléments d’’addition afin qu’ils ne puissent pas prendre de la chaleur à la ZAT et contribuer à son refroidissement rapide ». 3) Quels sont les deux modes de refroidissement de la Zone Affectée Thermiquement qui existent après soudage ? Refroidissement à l’équilibre (lent) et hors équilibre (rapide) 4) Quelles sont les causes du refroidissement rapide ? Le refroidissement rapide peut être causé par : la présence d’éléments d’addition en % important contribuant au refroidissement par conduction à l’échelle atomique/cristalline, ne laissant pas le temps à la structure en équilibre pour qu’elle soit formée (α+Fe 3C homogène :
ferrite+perlite) et ne laissant aussi pas le temps au carbone pour diffuser dans la matrice ferritique constitution de phase hors équilibre « martensite ou bainite » la masse importante de la pièce a souder : contribuer au refroidissement rapide par conduction avec la masse importante d’acier au voisinage du cordon soudé. 5) Quel est donc l’intérêt du calcul du carbone équivalent ? Déjà répondu 6) On voudrait réaliser une charpente métallique en acier Creusabro 4000 ayant : 0,22% C, 0,6% Mn, 1,6% Cr, 0,28% Mo, 0,13% Ni et 0,15% Cu. Sachant que la valeur du Céq critique est de 0,42 : Déterminez la température de préchauffage pour les cas suivant (voir graphique) : Soudage de Tôla les fortes de 30mm d’épaisseur Soudage d’IPE d’épaisseur 15mm La formule du carbone équivalent est données par :
Courbe de détermination de la température de préchauffage :
Carbone équivalent
Température Préchauffage
Epaisseur de la tôle Céq = 0.715 >>> seuil critique = 0.42 Sur la courbe on lit la température de chauffage en passant par l’épaisseur de la pièce Regarde la courbe Pour la tôle 30 mm : T = 270 °C Pour l’IPE (profilé en I) 15 :T = 252 °C 7) On se propose maintenant de réaliser la même structure métallique avec un acier S235 : a) Quelle est la nature de cet acier (acier doux/non allié/faiblement allié/fortement allié) ? Le S235 est un acier doux : le symbole S signifie soudable avec 235 MPa en Résistance élastique Tous les aciers S sont soudables ex S355 avec 355 MPa en Résistance élastique
Par exemple les aciers HA (Haute Adhérence utilisé en Béton armé) techniquement : le S 500 (500 MPa) b) Est-ce qu’il est nécessaire de calculer le carbone équivalent dans ce cas pour s’assurer de la soudabilité ? justifiez votre réponse. Non dans le cas des aciers S, il n’est pas nécessaire de calculer le Céq puisqu’ils rentrent dans la caégorie des aciers doux à très bas % de carbone et d’éléments d’addition Exo3 1) Quel est (sont) les traitements thermiques à réaliser dans le cas des assemblages soudés ? Justifiez votre réponse (voir assemblage à la fig. cidessous pour analyser davantage) Traitement thermique : Recuit de relaxation de contraintes Justification : lorsque le métal est chauffé, l’attraction entre atomes diminue du fait que la distance entre eux augmente en passant à la phase Gamma. Les contraintes résiduelles, dues à l’effet qui contre le retrait du cordon de soudure (causant par la suite un effet de traction) sont libérées : ces contraintes sont transformées en travail et sont consommées par la suite sous forme d’énergie cinétique (mouvement d’atomes) pour constituer les mailles d’austénite à partir des mailles ferritique et perlitique.
2) On découpe une éprouvette de traction dont la fibre moyenne est confondue avec l’axe x de la pièce présentée ci-dessus.
Le matériau est supposé ductile, sans mentionner de valeur de résistance ni de déformation, donner l’allure de la courbe de traction de cet assemblage suivant la direction x (transversale). On trace la courbe de traction en commençant par le point (ε=0 ; σ = σ0) causé par la précontrainte :
Là, il faut faire très attention à l’utilisation de la pièce soudée puisqu’on peut arriver à la contrainte maximale avant le savoir !!!