LE SOUDAGE : L’HISTORIQUE ET LES SPECIFICITÉS

Sujet essentiel pour garantir la durabilité des structures métalliques, la soudure, et plus généralement le soudage sont des éléments techniques. Ses spécificités méritent d’être passées en revue avant de démarrer tout projet. Histoire, généralité et spécificités.

En quoi consiste le Soudage ?

Souder consiste à établir une continuité métallique entre des éléments similaires ou non. On parlera alors respectivement de soudures homogènes ou soudures hétérogènes.

Une soudure est le résultat du soudage réalisé par un soudeur. Une soudure consiste à faire fondre le métal de base (avec ou sans métal d’apport) afin de réaliser la jonction entre les éléments. Lorsque l’on fait fondre un métal d’apport à une température inférieure à la température de fusion du métal de base pour réaliser la jonction, il s’agit alors d’une brasure. Le métal d’apport est un ajout de matière extérieure participant à l’élaboration du joint. Il influence la composition chimique et les caractéristiques mécaniques.

Pourquoi utiliser le soudage ?

Pourquoi souhaitons nous réaliser des soudures ? Cet assemblage indémontable permet dans certains cas d’obtenir de meilleures caractéristiques mécaniques vis-à-vis des autres assemblages. Il permet ainsi de concevoir différemment les structures. De plus, le soudage est utilisé afin d’obtenir des jonctions étanches ou pour reconstituer des éléments. Selon leur gabarit, ces éléments sont compliqués à obtenir en un seul bloc sans procéder à des assemblages.

Un art venu de l’Antiquité

Le soudage est une science très ancienne qui prend son origine dans l’Antiquité. Depuis cette époque, un principe a continué à traverser le fil du temps : chauffer le fer pour le rendre malléable peut permettre sous certaines conditions de réaliser des assemblages. Malheureusement l’oxydation du fer ne permet pas de trouver des traces plus anciennes. La découverte du principe du soudage vient probablement des peuples primitifs différents à des époques similaires.

La colonne de Delhi, en Inde, érigée au IVème siècle est un acte fondateur du soudage.

Un peu d’histoire

Afin de mieux comprendre l’utilité du soudage, revenons un peu sur l’évolution et les faits historiques importants de cette science :

• Vers 1810 que Sir Humphry Davis découvre l’arc électrique. En approchant 2 conducteurs sous tension, un arc se crée en produisant une lumière vive et émettant beaucoup de chaleur. 
• Une des premières utilisations pratiques serait dans les lampes d’éclairage public en 1881 grâce à des électrodes de carbone. C’est également à cette époque que les premières tentatives de soudage à l’arc ont commencé.
• En 1907, le suédois O. Kjellberg crée l’électrode enrobée qui a permis le développement du champ d’application du soudage. Notamment pendant la première guerre mondiale, sur la fabrication militaire et navale.
• Après la guerre, trois grandes catégories de soudage sont en développement : le soudage au chalumeau, le soudage à l’arc, ainsi que le soudage par résistance. Le soudage au chalumeau est la plus récente par l’invention de la flamme oxyacétylénique en 1895 par le français LeChatelier alors Le soudage par résistance aurait été développé par J.Joule dans les années 1850.
• A partir de 1920, le développement des différents types d’assemblage augmente grâce au principe d’enrobage par extrusion. Se développe également en parallèle, le soudage à l’arc sous atmosphères contrôlées (TIG / Plasma, MIG / MAG).
• En 1935, les prémices du soudage à l’arc sous flux arrivent.
• Dans les années 1950, le soudage à faisceau d’électrons est découvert. Ce procédé oblige une atmosphère sous vide.

Procédés et types de soudures

Au 21^ème siècle, nous pouvons dénombrer 6 types de procédés de soudage : le brasage, au gaz, par résistance, à l’arc électrique, à l’état solide et les autres.

Nous distinguons les soudures manuelles, effectuées par des soudeurs, et les soudures automatiques (par machine ou robot), effectuées par des opérateurs. Le soudage est utilisé dans tous les domaines nécessitant des structures métalliques tels que l’industrie automobile ou ferroviaire, les équipements sous pression, les ouvrages d’arts, les pipelines.

Est-il possible d’obtenir une continuité métallique ? Si oui, est-il possible dans les conditions souhaitées ?

La réalisation d’une soudure doit prendre 3 aspects : chimique (composition du bain = métal fondu pendant le soudage), thermique (cycle de chauffage / refroidissement) et thermomécanique (retrait, déformation, contraintes résiduelles). Ces 3 aspects vont renvoyer directement à la notion de métallurgie.

Surveiller la qualité des soudures

Si une soudure est mauvaise, c’est-à-dire qu’elle présente des défauts, alors la stabilité de la structure va être remise en cause. Les défauts peuvent être classés en 4 groupes : ségrégation, corrosion (généralisée, galvanique, caverneuse, par piqûres, sous tension), internes et surfaciques. 

Afin de pallier ces défauts, la préparation de la soudure va être un élément primordial. Celle-ci va porter sur 2 aspects : la préparation des documents de travail et la préparation pratique des différents éléments. Dans certains cas, les documents de travail doivent être validés, soit par le client soit par des bureaux de contrôles en amont.

Un lien existe entre tous les intervenants autour de l’exécution d’une soudure. Concernant la préparation pratique de la soudure, deux paramètres sont à prendre en compte : les différentes étapes pour une bonne exécution d’une soudure et l’environnement de soudage.

On ne peut pas évoquer la préparation de la soudure sans évoquer le parachèvement et le nettoyage de la soudure une fois celle-ci réalisée. En effet, il faut pouvoir finaliser une soudure en vue de traiter son oxydation si l’on souhaite avoir une structure pérenne.

Assurer un contrôle de fabrication soudage

Le soudage étant un assemblage indémontable, il faut pouvoir s’assurer d’une bonne qualité et d’une excellente maîtrise en production. C’est donc pour cela que le processus est régi par un ensemble de normes. Celles-ci vont permettre de qualifier les procédés, les soudeurs et la coordination en soudage entre autres. 

En effet, afin de savoir si une soudure est correcte, il faut passer par des essais destructifs afin de connaître les caractéristiques mécaniques et/ou chimiques. Il n’est donc pas logique de détruire une soudure sur un assemblage qui est censé être intact.

En fonction de la complexité de la structure et des conditions d’utilisation, les normes vont imposer plus ou moins d’exigences quant à la fabrication et au suivi des assemblages. En aval de la soudure, la réalisation de contrôles non destructifs est un moyen de donner une idée sur la réalisation et la qualité d’une soudure. Ces contrôles peuvent être aussi  bien volumiques que surfaciques.

Pour conclure…

Le soudage n’est pas une opération sans risque et sans les moyens de préventions adéquats. En effet il s’agit d’une opération nocive sur la santé des travailleurs. Les risques supplémentaires concernent les rayonnements, les brûlures, l’électrocution, les incendies, l’inhalation de fumées et le bruit. Pour chacun de ces risques, des moyens de prévention existent et sont à mettre en place.