Cette partie explique pourquoi la métallurgie influence chaque cordon : le bain de fusion, la zone affectée thermiquement et le métal d'apport subissent des cycles thermiques qui modifient dureté, ténacité et résistance aux défauts. La lecture des sous-sections doit relier Introduction : Pourquoi un soudeur doit comprendre la métallurgie ?, Notions fondamentales : atomes, cristaux et alliages et Structure atomique des métaux à une décision de fabrication, d'inspection ou de sécurité vérifiable sur le chantier.
Objectifs d’apprentissage
À la fin de ce chapitre, tu seras capable de :
Comprendre la différence entre un métal et un alliage, et expliquer le rôle des principaux éléments d’alliage dans les aciers.
Décrire les structures cristallines des métaux et expliquer comment la chaleur du soudage les transforme.
Lire et interpréter un diagramme de phase fer-carbone simplifié, en identifiant les zones clés comme l’austénite, la ferrite et la perlite.
Expliquer ce qu’est le cycle thermique du soudage et ses effets sur la zone affectée thermiquement (ZAT).
Identifier les principaux défauts métallurgiques liés au soudage : fissuration à chaud, fissuration à froid, porosité et soufflures.
Appliquer des techniques de base pour contrôler la microstructure et prévenir les défauts, incluant le préchauffage et le traitement thermique après soudage.
Connaître les grandes familles de métaux d’apport et leur classification selon les normes CSA et AWS.
Relier les concepts métallurgiques aux bonnes pratiques sur le chantier et aux exigences des codes de construction (CSA W59, CSA W47.1, RBQ).
5.1 Introduction : Pourquoi un soudeur doit comprendre la métallurgie ?
Le soudage, c’est bien plus que faire fondre du métal. C’est un processus métallurgique complexe. Quand tu fais un cordon de soudure, tu chauffes le métal de base à des températures très élevées (souvent au-dessus de 1500 °C), puis tu le laisses refroidir rapidement. Ce cycle de chauffage et de refroidissement change la structure interne du métal. Si tu ne comprends pas ces changements, tu risques de créer des soudures fragiles, poreuses ou qui fissurent.
Exemple concret : Imagine que tu soudes deux plaques d’acier au carbone (A36) sans préchauffage par une journée froide d’hiver au Québec. Le refroidissement rapide peut transformer la structure en une phase très dure et cassante appelée martensite. Le cordon aura l’air beau, mais il pourrait casser net sous une charge légère. Un bon soudeur sait quand et pourquoi préchauffer, choisir la bonne baguette, et contrôler l’apport de chaleur.
Ce chapitre va te donner les bases pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur du métal pendant que tu travailles.
5.2 Notions fondamentales : atomes, cristaux et alliages
Cette partie donne le vocabulaire métallurgique utile au soudage : structure cristalline, taille de grain, éléments d'alliage et équivalent carbone permettent de prévoir dureté, ductilité, soudabilité et risque de fissuration. La lecture des sous-sections doit relier Structure atomique des métaux, Qu’est-ce qu’un alliage ? et Rôle des principaux éléments d’alliage dans les aciers à une décision de fabrication, d'inspection ou de sécurité vérifiable sur le chantier.
5.2.1 Structure atomique des métaux
Les métaux sont des matériaux cristallins. Contrairement à un verre (amorphe), les atomes d’un métal sont disposés de manière ordonnée et répétitive dans l’espace. On appelle cette disposition un réseau cristallin.
Les trois réseaux cristallins les plus communs dans les métaux utilisés en soudage sont :
Cubique centré (CC) : Un atome à chaque coin du cube et un atome au centre. Exemples : fer à température ambiante (ferrite), chrome, tungstène.
Cubique à faces centrées (CFC) : Un atome à chaque coin du cube et un atome au centre de chaque face. Exemples : aluminium, cuivre, nickel, fer à haute température (austénite).
Hexagonal compact (HC) : Une structure en forme de prisme à base hexagonale. Exemples : titane, magnésium, zinc.
Pourquoi c’est important pour le soudeur ?
Quand tu chauffe un métal, ses atomes gagnent de l’énergie et peuvent changer de réseau. Par exemple, le fer passe de CC (ferrite, stable à froid) à CFC (austénite, stable à chaud) à 912 °C. Ce changement de structure s’appelle une transformation allotropique. Lors de cette transformation, le volume du métal change légèrement, ce qui peut créer des contraintes internes.
5.2.2 Qu’est-ce qu’un alliage ?
Un métal pur (comme le fer pur ou le cuivre pur) est rarement utilisé en construction. On lui ajoute d’autres éléments pour améliorer ses propriétés : résistance, dureté, ductilité, résistance à la corrosion. C’est ce qu’on appelle un alliage.
Exemples :
Acier = Fer + Carbone (généralement moins de 2 % de carbone).
5.2.3 Rôle des principaux éléments d’alliage dans les aciers
Voici un tableau des éléments qu’on retrouve couramment dans les aciers de construction et leur effet :
Conseil pratique : Sur un chantier, tu dois toujours connaître le type d’acier que tu soudes. Vérifie le certificat du fournisseur ou utilise un analyseur de métal (spectromètre) si disponible. Un acier à haute résistance (ex : ASTM A514, utilisé pour les godets de pelle mécanique) nécessite des précautions spéciales (préchauffage, électrodes à bas hydrogène).
5.3 Le diagramme fer-carbone : la carte routière du soudeur
Le diagramme fer-carbone (Fe-C) est un graphique qui montre quelles phases (structures cristallines) sont stables en fonction de la température et du pourcentage de carbone. C’est l’outil de base pour comprendre les aciers.
5.3.1 Les phases principales
Voici les phases que tu dois connaître :
Ferrite (α) : Fer pur à température ambiante. Structure CC. Doux, ductile, magnétique. Faible résistance.
Austénite (γ) : Fer à haute température. Structure CFC. Non magnétique. Peut dissoudre beaucoup de carbone (jusqu’à 2,11 % à 1148 °C).
Cémentite (Fe₃C) : Carbure de fer. Très dur et cassant. N’est pas un métal, mais une phase intermétallique.
Perlite : Mélange en lamelles de ferrite et de cémentite. Se forme quand l’austénite refroidit lentement. Bon équilibre entre résistance et ductilité.
Martensite : Phase très dure et cassante formée par un refroidissement très rapide (trempe) de l’austénite. C’est la phase à éviter dans la plupart des soudures sur acier au carbone, sauf si on veut une dureté extrême (ex : outils de coupe).
5.3.2 Lecture du diagramme simplifié
(Imagine un graphique avec la température en ordonnée et le % de carbone en abscisse, de 0% à 6,67%)
Ligne A₁ (ou ligne eutectoïde) : À 727 °C. En dessous de cette ligne, l’acier est solide à 100% (ferrite + cémentite ou perlite).
Ligne A₃ : Ligne qui sépare la zone ferrite + austénite de la zone 100% austénite (pour les aciers hypoeutectoïdes, <0,8% C).
Point eutectoïde : À 0,8% C et 727 °C. C’est le point où l’austénite se transforme directement en perlite lors du refroidissement.
Ligne liquidus : Au-dessus de cette ligne, le métal est 100% liquide.
Ligne solidus : En dessous de cette ligne, le métal est 100% solide.
Classification des aciers selon le % de carbone :
Acier hypoeutectoïde : Moins de 0,8% C (ex : A36, A572). Structure finale : ferrite + perlite.
Acier eutectoïde : 0,8% C (ex : acier à ressort). Structure finale : 100% perlite.
Acier hypereutectoïde : Plus de 0,8% C (ex : acier à outils). Structure finale : cémentite + perlite.
5.3.3 Application au soudage
Quand tu chauffes une zone d’acier au-dessus de la ligne A₃ (dans la zone austénitique), la structure devient 100% austénite. Ensuite, quand la zone refroidit, l’austénite se transforme en fonction de la vitesse de refroidissement :
Refroidissement lent (ex : soudure avec préchauffage, grosse pièce massive) → Formation de perlite (structure stable, bonne ténacité).
Refroidissement rapide (ex : soudure sans préchauffage, petite pièce mince) → Formation de martensite (structure dure et fragile).
Exemple pratique : Tu soudes une plaque d’acier A36 (0,25% C). La zone fondue et la ZAT chauffent au-dessus de 912 °C (zone austénitique). Si la plaque est épaisse (25 mm) et qu’il fait -10 °C, la chaleur se dissipe très vite. La ZAT refroidit tellement vite qu’elle forme de la martensite. Résultat : la soudure peut fissurer. Solution : préchauffer la plaque à 100-150 °C avant de souder pour ralentir le refroidissement.
5.4 Le cycle thermique du soudage et la zone affectée thermiquement (ZAT)
5.4.1 Définition du cycle thermique
Le cycle thermique du soudage décrit l’évolution de la température en un point donné de la pièce en fonction du temps, pendant et après le passage de la source de chaleur (arc électrique, flamme, etc.).
Paramètres clés :
Température de pointe (Tmax) : La température maximale atteinte en ce point.
Vitesse de chauffage : Très rapide (milliers de degrés par seconde).
Temps de maintien au-dessus d’une température critique : Par exemple, le temps passé au-dessus de 800 °C.
Vitesse de refroidissement : Le paramètre le plus important. Elle dépend de :
L’apport de chaleur (ampérage, voltage, vitesse de déplacement).
L’épaisseur de la pièce.
La température ambiante et la température initiale de la pièce (préchauffage).
La conductivité thermique du métal.
Temps de refroidissement entre 800 °C et 500 °C (Δt₈₋₅) : C’est la mesure standard pour évaluer la microstructure finale de la ZAT. Un Δt₈₋₅ court (refroidissement rapide) favorise la martensite. Un Δt₈₋₅ long (refroidissement lent) favorise la perlite.
5.4.2 La zone affectée thermiquement (ZAT)
La ZAT est la partie du métal de base qui n’a pas fondu, mais dont la microstructure a été modifiée par la chaleur du soudage.
Structure de la ZAT (de la zone fondue vers le métal de base) :
80.Zone de croissance des grains (Grain Growth Zone) : Juste à côté de la zone fondue. La température a dépassé la ligne A₃ et est restée assez élevée longtemps pour que les grains d’austénite grossissent. Au refroidissement, ces gros grains donnent une structure grossière, souvent moins résistante et plus fragile.
81.Zone de raffinement des grains (Grain Refined Zone) : Température légèrement au-dessus de A₃. Les grains d’austénite n’ont pas eu le temps de grossir. Au refroidissement, on obtient une structure à grains fins, souvent plus résistante et plus tenace.
82.Zone intercritique (Intercritical Zone) : Température entre A₁ et A₃. Seule une partie du métal se transforme en austénite. La structure finale est un mélange de ferrite non transformée et de zones transformées (perlite ou martensite).
83.Zone sous-critique (Subcritical Zone) : Température en dessous de A₁. Pas de transformation de phase, mais le métal peut subir un revenu (relaxation des contraintes) ou un vieillissement. La dureté peut diminuer légèrement.
Pourquoi la ZAT est-elle critique ?
Fragilisation : La zone de croissance des grains est souvent le maillon faible. Les fissures démarrent souvent là.
Contraintes résiduelles : Le chauffage et le refroidissement non uniformes créent des contraintes de traction dans la ZAT.
Dureté excessive : Si le Δt₈₋₅ est trop court, la ZAT devient très dure (martensitique) et cassante.
Conseil pour l’examen : On te demandera souvent d’identifier les différentes zones de la ZAT sur une micrographie ou un schéma. Souviens-toi : plus on s’éloigne de la zone fondue, plus la température maximale est basse et moins les changements sont sévères.
5.5 Les défauts métallurgiques du soudage
Cette partie relie les défauts métallurgiques aux causes physiques : hydrogène diffusible, retrait de solidification, ségrégation, dilution et refroidissement trop rapide expliquent les fissures, porosités et pertes de ténacité observées après soudage. La lecture des sous-sections doit relier Fissuration à chaud (Hot Cracking), Fissuration à froid (Cold Cracking / Hydrogen-Induced Cracking - HIC) et Porosité et soufflures à une décision de fabrication, d'inspection ou de sécurité vérifiable sur le chantier.
5.5.1 Fissuration à chaud (Hot Cracking)
Cause : Se produit pendant la solidification du métal fondu (au-dessus de ~1000 °C). Le métal liquide ne peut pas combler les espaces entre les grains en cours de solidification à cause des contraintes de retrait.
Facteurs aggravants : Teneur élevée en soufre, en phosphore, forme du joint de soudure (joints très profonds et étroits), contraintes de retrait élevées.
Apparence : Fissures fines, souvent dans l’axe du cordon, ou en forme d’étoile dans le cratère.
Prévention :
Utiliser des métaux d’apport propres et à faible teneur en soufre/phosphore.
Éviter les joints trop profonds (rapport largeur/profondeur trop faible).
Remplir le cratère correctement (utiliser la fonction « cratère » de la soudeuse).
Réduire les contraintes de retrait (séquences de soudage, préchauffage modéré).
Cause : Se produit après la solidification, à des températures inférieures à 200 °C (souvent plusieurs heures ou jours après le soudage). C’est la combinaison de trois facteurs, appelée la triade de la fissuration à froid :
102.Hydrogène : Présent dans l’humidité de l’électrode, la rouille, l’huile, la peinture. L’hydrogène atomique pénètre dans la ZAT.
103.Microstructure fragile : Une ZAT dure et martensitique.
104.Contraintes de traction : Contraintes résiduelles élevées.
Apparence : Fissures souvent longitudinales ou transversales dans la ZAT, parfois sous le cordon (underbead cracking).
Prévention (la plus importante pour le soudeur) :
Électrodes à bas hydrogène : Utiliser des électrodes de type E7018 (ou E7018-1) au lieu de E6010 ou E6013 pour les aciers à haute résistance. Les conserver dans un four à électrodes à 120-150 °C.
Préchauffage : Réduit la vitesse de refroidissement, évite la formation de martensite et permet à l’hydrogène de diffuser hors du métal.
Nettoyage : Enlever toute trace de rouille, d’huile, de peinture, d’humidité avant de souder.
Traitement thermique après soudage (TTAS) : Relaxe les contraintes et permet à l’hydrogène de s’échapper.
Exemple concret : Tu dois souder un acier ASTM A514 (grade T1) pour une flèche de grue. Le code CSA W59 exige un préchauffage minimum de 150 °C et l’utilisation d’électrodes à bas hydrogène (E11018-M). Si tu négliges ces précautions, la soudure peut fissurer des heures ou des jours plus tard, causant une défaillance catastrophique. C’est une question de sécurité publique.
5.5.3 Porosité et soufflures
Cause : Gaz (hydrogène, azote, monoxyde de carbone) emprisonnés dans le métal en fusion lors de la solidification.
Sources : Humidité, rouille, peinture, débit de gaz de protection inadéquat (MIG/MAG), courant d’air, électrode humide.
Apparence : Petits trous (porosité) ou grosses cavités (soufflures) dans le cordon.
Prévention :
Nettoyer la pièce.
Utiliser des électrodes sèches.
Ajuster le débit de gaz (15-25 pi³/h pour le MIG/MAG).
Protéger la zone de soudure des courants d’air.
Utiliser des métaux d’apport désoxydés (ex : ER70S-6 pour le MIG).
5.5.4 Autres défauts liés à la métallurgie
Fissuration de lamellation (Lamellar Tearing) : Se produit dans le métal de base, sous la soudure, à cause d’inclusions (souvent des sulfures) allongées dans le sens du laminage. Plus fréquent dans les tôles épaisses.
Fissuration de réchauffage (Reheat Cracking) : Se produit lors d’un traitement thermique après soudage (TTAS) sur certains aciers (ex : aciers au Cr-Mo).
5.6 Contrôle de la microstructure : préchauffage et traitement thermique
Cette partie montre comment le préchauffage et le traitement thermique contrôlent la microstructure de la ZAT : ralentir le refroidissement, favoriser la diffusion de l'hydrogène et réduire les contraintes résiduelles protège surtout les aciers sensibles à la trempe. La lecture des sous-sections doit relier Le préchauffage (Preheat), Le traitement thermique après soudage (TTAS) ou Post-Weld Heat Treatment (PWHT) à une décision de fabrication, d'inspection ou de sécurité vérifiable sur le chantier.
5.6.1 Le préchauffage (Preheat)
Définition : Chauffer le métal de base avant le soudage à une température déterminée.
Objectifs :
130.Ralentir le refroidissement : Augmente le Δt₈₋₅, permettant la formation de perlite au lieu de martensite.
131.Favoriser la diffusion de l’hydrogène : L’hydrogène s’échappe plus facilement du métal à chaud.
132.Réduire les contraintes thermiques : Diminue le gradient de température entre la zone fondue et le métal de base.
133.Éliminer l’humidité : Sèche la surface de la pièce.
Comment déterminer la température de préchauffage ?
Méthode du carbone équivalent (CE) : Formule empirique pour estimer la soudabilité d’un acier.
Formule CE (selon l’IIW) : CE = %C + (%Mn/6) + (%Cr+%Mo+%V)/5 + (%Ni+%Cu)/15
Interprétation :
CE < 0,40 : Bonne soudabilité. Préchauffage généralement non requis (sauf si très épais ou froid intense).
CE entre 0,40 et 0,60 : Soudabilité moyenne. Préchauffage requis (100-200 °C).
CE > 0,60 : Soudabilité difficile. Préchauffage élevé (200-300 °C) et TTAS souvent obligatoire.
Normes et codes : Le code CSA W59 (Soudage des aciers) fournit des tableaux de températures de préchauffage minimales en fonction du type d’acier, de l’épaisseur et de la température ambiante.
Règles de base sur le chantier :
Si la pièce est froide au toucher (hiver), préchauffe-la.
Si l’épaisseur dépasse 25 mm, préchauffe-la.
Si tu utilises une électrode à bas hydrogène (E7018), le préchauffage est souvent moins critique, mais reste recommandé.
Utilise un thermomètre infrarouge ou des crayons thermiques pour vérifier la température.
5.6.2 Le traitement thermique après soudage (TTAS) ou Post-Weld Heat Treatment (PWHT)
Définition : Chauffer la soudure et la ZAT à une température spécifique (généralement entre 600 °C et 700 °C pour les aciers au carbone), la maintenir à cette température pendant un certain temps, puis la refroidir lentement.
Objectifs :
150.Relaxation des contraintes résiduelles : Les contraintes de traction sont réduites, ce qui diminue le risque de fissuration à froid.
151.Revenu de la martensite : Transforme la martensite dure et cassante en une structure plus ductile (martensite revenue ou bainite).
152.Amélioration de la ténacité : La ZAT devient plus résistante aux chocs.
153.Élimination de l’hydrogène : L’hydrogène diffuse complètement hors du métal.
Quand est-il requis ?
Obligatoire par le code : Pour certains aciers (ex : aciers au Cr-Mo pour chaudières, aciers trempés et revenus comme A514) au-delà d’une certaine épaisseur.
Recommandé : Pour les assemblages très contraints, les pièces massives, ou quand la ZAT est très dure.
Méthodes de TTAS sur le chantier :
Four portable : Pour les petites pièces.
Chauffage par résistance (céramiques chauffantes) : Plaques flexibles collées sur la soudure.
Chauffage au gaz (chalumeaux) : Pour les petits cordons, mais moins précis.
Conseil pour l’examen de certification : On te demandera souvent de justifier le choix d’un préchauffage ou d’un TTAS. Utilise la triade de la fissuration à froid (hydrogène, microstructure, contraintes) dans ta réponse. Montre que tu comprends le lien entre la vitesse de refroidissement et la microstructure.
5.7 Les métaux d’apport : classification et choix
Le choix du métal d’apport est une décision métallurgique. Il doit être compatible avec le métal de base et capable de résister aux conditions de service.
5.7.1 Classification des électrodes enrobées (SMAW)
La norme la plus courante est AWS A5.1 (Électrodes en acier au carbone pour le soudage à l’arc). Le code est du type E7018.
Décodage du code :
E : Électrode (Electrode).
70 : Résistance minimale à la traction en ksi (mille livres par pouce carré). Donc 70 000 psi (environ 490 MPa).
1 : Position de soudage. 1 = toutes positions, 2 = à plat et en angle.
8 : Type d’enrobage et polarité. Chaque chiffre a une signification.
8 = Enrobage basique à bas hydrogène. Utilisable en courant continu (CC+) ou en courant alternatif (CA). Faible teneur en hydrogène diffusible (moins de 8 mL/100g de métal déposé). C’est l’électrode la plus courante pour les aciers de construction.
0 = Enrobage cellulosique (ex : E6010). Haute pénétration, pour les passes de racine. Produit beaucoup d’hydrogène.
3 = Enrobage rutile (ex : E6013). Facile à utiliser, pour les tôles minces. Haute teneur en hydrogène.
Exemples courants :
E6010 : Pour les passes de racine sur les pipelines (pénétration profonde).
E6013 : Pour les petits travaux, tôles minces, finition.
E7018 : L’électrode de base pour la charpente métallique, les réservoirs, les équipements lourds. À bas hydrogène.
E7018-1 : Variante avec une meilleure ténacité à basse température (impact Charpy à -50 °F).
5.7.2 Classification des fils pour MIG/MAG (GMAW)
La norme est AWS A5.18 (Fils-électrodes en acier au carbone pour le soudage à l’arc sous gaz). Le code est du type ER70S-6.
ER : Électrode ou baguette (Electrode or Rod).
70 : Résistance à la traction (70 ksi).
S : Plein (Solid).
-6 : Niveau de désoxydation. Plus le chiffre est élevé, plus le fil est désoxydé (tolérant à la rouille légère). ER70S-6 est le plus courant pour l’acier au carbone.
Gaz de protection :
100% CO₂ : Pénétration profonde, plus de projections.
Mélange Ar/CO₂ (75% Ar / 25% CO₂) : Meilleur aspect du cordon, moins de projections, arc plus stable.
5.7.3 Classification des fils fourrés (FCAW)
La norme est AWS A5.20 (Fils fourrés en acier au carbone).
E71T-1 : Électrode fourrée, 70 ksi, toutes positions, type 1 (utilisable en CC+, pour usage général). Nécessite un gaz de protection (CO₂ ou Ar/CO₂). Auto-protégé (sans gaz) : E71T-8.
5.7.4 Règles pour le choix du métal d’apport
192.Correspondance de résistance : Le métal d’apport doit avoir une résistance à la traction au moins égale à celle du métal de base (principe de « matching strength »).
193.Compatibilité chimique : Éviter les couples qui créent des phases fragiles (ex : ne pas souder de l’acier inoxydable avec une électrode pour acier au carbone).
194.Conditions de service : Température (basse température nécessite une bonne ténacité), corrosion, fatigue.
195.Position de soudage : Certaines électrodes/fils sont conçus pour toutes positions, d’autres seulement à plat.
196.Niveau d’hydrogène : Pour les aciers à haute résistance, utiliser des métaux d’apport à bas hydrogène (désignation H4, H8, H16).
Conseil pour l’examen : On te demandera de choisir l’électrode appropriée pour un assemblage donné. Par exemple : « Tu dois souder une poutre en acier A992 (résistance 50 ksi) avec une électrode E7018. Est-ce un bon choix ? » Réponse : Oui, car la résistance de l’E7018 (70 ksi) est supérieure à celle de l’acier de base (50 ksi), ce qui respecte le principe de correspondance.
5.8 Métallurgie des aciers inoxydables et de l’aluminium
Cette partie compare les familles de métaux qui réagissent différemment à la chaleur : l'inox exige le contrôle de la ferrite, de la corrosion intergranulaire et de l'apport thermique, tandis que l'aluminium impose propreté, gestion de l'oxyde et forte conductivité thermique. La lecture des sous-sections doit relier Aciers inoxydables, Aluminium et ses alliages à une décision de fabrication, d'inspection ou de sécurité vérifiable sur le chantier.
5.8.1 Aciers inoxydables
Types :
Austénitique (série 300) : Ex : 304, 316. Non magnétique. Excellente résistance à la corrosion. Soudable, mais attention à la sensibilisation (précipitation de carbures de chrome aux joints de grains entre 450 °C et 850 °C) qui réduit la résistance à la corrosion.
Ferritique (série 400) : Ex : 409, 430. Magnétique. Moins résistant à la corrosion. Peut devenir cassant dans la ZAT si les grains grossissent.
Martensitique (série 400) : Ex : 410. Magnétique. Durcissable par trempe. Difficile à souder (risque de fissuration à froid). Nécessite un préchauffage et un TTAS.
Défis du soudage :
Fissuration à chaud : Surtout pour les austénitiques (fort coefficient de dilatation).
Corrosion intergranulaire : Dans la ZAT des austénitiques si le carbone est élevé. Utiliser des nuances à bas carbone (ex : 304L, 316L) ou stabilisées (ex : 321, 347).
Fragilisation par phase sigma : Pour les austénitiques, si maintenu trop longtemps entre 600 °C et 900 °C.
5.8.2 Aluminium et ses alliages
Types :
Série 5xxx (Al-Mg) : Excellente soudabilité. Utilisé pour les réservoirs, les bateaux.
Série 6xxx (Al-Mg-Si) : Bonne soudabilité, mais peut perdre de la résistance dans la ZAT (adoucissement).
Défis du soudage :
Couche d’oxyde (Al₂O₃) : Fond à 2050 °C, alors que l’aluminium fond à 660 °C. L’oxyde doit être brossé mécaniquement ou dissous par l’arc (courant alternatif en TIG).
Porosité : L’hydrogène est très soluble dans l’aluminium liquide, mais presque insoluble dans l’aluminium solide. Un nettoyage rigoureux (dégraissage, brossage) est essentiel.
Fissuration à chaud : Certains alliages (ex : 2024, 7075) sont très difficiles à souder.
5.9 Conseils pour l’examen de certification (CWB / RBQ)
219.Connais les normes : AWS A5.1 (électrodes), CSA W59 (soudage des aciers), CSA W47.1 (certification des entreprises). Sache ce que signifient les codes E7018, ER70S-6, E71T-1.
220.Comprends la triade : Sois capable d’expliquer la fissuration à froid (HIC) en trois points : hydrogène, microstructure fragile, contraintes.
221.Utilise le diagramme Fe-C : On te montrera peut-être un diagramme simplifié. Sois capable d’identifier les phases et d’expliquer l’effet du refroidissement rapide/lent.
222.Raisonnement pratique : Les questions d’examen sont souvent des mises en situation. Par exemple : « Tu dois souder une plaque d’acier A514 de 50 mm d’épaisseur par temps froid. Quelles précautions prends-tu et pourquoi ? » Ta réponse doit inclure : préchauffage (température), électrodes à bas hydrogène (E11018-M), vérification de la température, nettoyage, et possiblement un TTAS.
223.Relie la théorie à la pratique : Ne mémorise pas juste des faits. Comprends le pourquoi. Pourquoi l’hydrogène cause-t-il des fissures ? Parce qu’il se concentre dans les zones de contraintes et fragilise le métal. Pourquoi le préchauffage aide-t-il ? Parce qu’il ralentit le refroidissement et permet à l’hydrogène de diffuser.
Résumé du chapitre
La métallurgie du soudage est la science qui explique comment la chaleur modifie la structure interne des métaux. En tant que soudeur, tu dois comprendre ces changements pour produire des soudures sûres et durables.
Points clés à retenir :
227.Les métaux sont cristallins et changent de structure avec la température (transformation allotropique du fer : CC → CFC).
228.Le diagramme fer-carbone est la carte qui montre les phases stables (ferrite, austénite, perlite, martensite) en fonction de la température et du carbone.
229.Le cycle thermique du soudage (chauffage rapide, refroidissement contrôlé) détermine la microstructure de la zone affectée thermiquement (ZAT) .
230.La vitesse de refroidissement est le paramètre maître : lent donne de la perlite (désirée), rapide donne de la martensite (fragile, à éviter).
231.Les défauts métallurgiques (fissuration à chaud, fissuration à froid, porosité) sont évités par un bon choix de métal d’apport, un nettoyage rigoureux, un préchauffage adéquat, et un contrôle de l’hydrogène.
232.Le préchauffage et le TTAS sont des outils essentiels pour contrôler la microstructure et relaxer les contraintes.
233.Le choix du métal d’apport doit respecter le principe de correspondance de résistance et tenir compte des conditions de service.
Application finale : Avant de commencer une soudure importante, pose-toi ces questions :
Quel est le métal de base ? (Type, carbone équivalent, résistance)
Quelles sont les conditions de service ? (Température, charge, corrosion)
Quel métal d’apport utiliser ? (Électrode, fil, gaz)
Dois-je préchauffer ? (Si oui, à quelle température ?)
Dois-je appliquer un TTAS ?
Ai-je bien nettoyé la pièce et séché mes électrodes ?
En maîtrisant ces concepts, tu passes du statut de simple opérateur à celui de soudeur professionnel capable de diagnostiquer et de résoudre des problèmes complexes. C’est cette compétence qui fait la différence sur un chantier et qui est valorisée lors des examens de certification.
La métallurgie du soudage est l'étude des transformations physiques et chimiques qui se produisent dans les métaux lors du procédé de soudage. La compréhension de ces phénomènes est essentielle pour prédire et contrôler les propriétés mécaniques de la soudure. Le cycle thermique du soudage compréhende le chauffage rapide de la zone à souder jusqu'à la température de fusion, suivi d'un refroidissement plus ou moins rapide selon les conditions. La zone affectée thermiquement (ZAT) est la région du métal de base adjacente à la soudure qui subit des transformations structurales sans fondre.
Dans les aciers, le diagramme fer-carbone est un outil fondamental pour comprendre les transformations de phase. L'austentie, la ferrite, la perlite, la bainite et la martensite sont les phases principales que l'on rencontre lors du chauffage et du refroidissement des aciers. La composition chimique de l'acier, la vitesse de refroidissement et la température de préchauffage déterminent la microstructure obtenue dans la ZAT. Une vitesse de refroidissement trop élevée peut générer de la martensite, qui est une phase très dure et fragile, aug- mentant le risque de ssuration à froid.
Le préchauffage est une technique utilisée pour réduire la vitesse de refroidissement de la soudure et prévenir la formation de microstructures fragiles. La température de préchauffage est déterminée en fonction de l'épaisseur des pièces, de la composition de l'acier et de la te- neur en hydrogène du procédé de soudage. Le traitement thermique après soudage (TTAS) permet de relaxer les contraintes résiduelles et d'améliorer les propriétés mécaniques de la soudure. Les défauts de soudage lies à la métallurgie comprennent les soufflures, les inclusions solides, la mauvaise fusion et la ssuration à chaud ou à froid.