Déformations et contraintes résiduelles
Toute opération de soudage, quelle que soit la méthode employée, entraîne inévitablement des déformations et des contraintes résiduelles dans la pièce soudée. Ces phénomènes indésirables résultent des processus de dilatation et de retrait qui se produisent lors du cycle thermique complexe du soudage.
En effet, le chauffage localisé de la zone de soudure provoque une expansion thermique non uniforme des matériaux. Lors du refroidissement subséquent, le retrait différentiel entre la zone fondue, la zone affectée thermiquement et le métal de base entraîne la formation de déformations et de contraintes internes résiduelles dans l’assemblage.
4 types de déformations caractéristiques
Ce phénomène de contraction simple correspond à la diminution de l’écartement initial des pièces à souder, due au retrait longitudinal du joint de soudure. C’est un effet bien connu des soudeurs qui procèdent au pointage de pièces libres avant le cordon principal.
Cet effet de pliage, plus marqué pour les soudures sur chanfrein en V, provient d’un retrait plus prononcé dans la partie haute du cordon de soudure comparé à la partie basse. Cela se traduit par une déformation angulaire de la pièce.
L’effet de cintrage, plus important pour les joints de grande longueur, a aussi pour origine un retrait plus accentué de la face supérieure de la soudure par rapport à la face inférieure. Cela induit une déformation de type flexion de la pièce.
Quant à l’effet de serrage, il résulte de la contraction simple qui s’effectue de proche en proche le long du joint de soudure. Cela entraîne un rétrécissement transversal de la pièce.
Des solutions techniques complémentaires :
le redressage et les chaudes de retrait
Face à ces déformations indésirables, deux approches techniques complémentaires permettent d’y remédier efficacement : le redressage et les chaudes de retrait.
Le redressage mécanique : une correction directe des déformations
Le redressage consiste à appliquer des efforts mécaniques pour corriger les déformations de manière directe.
Plusieurs techniques de redressage existent :
Le martelage
L'utilisation judicieuse du marteau permet de déformer plastiquement la pièce et de la ramener à sa forme initiale souhaitée.
Le redressage à la presse
Des efforts de compression ou de flexion appliqués à l'aide d'une presse permettent également de redresser la pièce préalablement déformée.
Ces techniques de redressage mécanique agissent directement sur la géométrie de la pièce pour la remettre dans sa forme initiale. Cela compense ainsi les déformations engendrées par le soudage.
Les chaudes de retrait : une approche thermique complémentaire
Outre les aspects techniques, les soudeurs doivent également prendre en compte les considérations ergonomiques. Notamment lors du choix de la position de soudage.
Les moyens thermiques, et en particulier les chaudes de retrait, constituent une autre solution efficace et complémentaire au redressage mécanique. Le principe est de chauffer localement et de manière contrôlée les zones déformées afin de provoquer un nouveau retrait qui s’oppose aux déformations initiales.
Ce procédé de chaude de retrait demande cependant certaines précautions, notamment en termes de :
Températures maximales autorisées : Des températures trop élevées pourraient endommager le matériau et altérer ses propriétés.
Contrôle rigoureux de la température : Un suivi attentif de la température est nécessaire pour maîtriser parfaitement le processus.
Refroidissement adapté : Un refroidissement contrôlé après la chaude de retrait est primordial, en particulier pour les aciers inoxydables
austénitiques afin d’éviter tout risque de fissuration.
En combinant judicieusement ces deux approches complémentaires que sont le redressage mécanique et les chaudes de retrait, il est possible de limiter efficacement les déformations et contraintes résiduelles induites par le soudage. Cela permet d’obtenir des assemblages de meilleure qualité, avec une géométrie finale plus conforme et des contraintes internes réduites, essentielles pour la fiabilité à long terme des structures
soudées.
Maîtriser les déformations, une clé pour la qualité et la performance des assemblages soudés modernes
En domptant avec succès les défis liés aux déformations et contraintes de soudage grâce au redressage et aux chaudes de retrait, les fabricants peuvent relever les exigences toujours plus élevées en termes de qualité et de performance des assemblages soudés modernes.
Cette maîtrise des déformations indésirables est un gage de fiabilité et de durabilité pour les structures soudées, dans des secteurs industriels aussi variés que l’aéronautique, l’énergie, la construction mécanique, l’industrie navale, ou encore de nombreuses autres applications.
