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1. LE SOUDAGE

Le soudage est une opération consistant à assembler deux ou plusieurs pièces rigides afin d’assurer une continuité entre elles ou entre différentes parties d’un ensemble. Après solidification, on obtient un joint :

• homogène, avec des caractéristiques proches du métal de base,
• ou hétérogène, dans le cas de métaux différents.

Le soudage constitue à la fois :

• une opération locale d’élaboration métallurgique,
• et une opération locale de traitement thermique, conduisant à une structure cristalline dépendant de la composition chimique et du cycle thermique.

L’assemblage peut être réalisé par :

• la chaleur,
• la pression,
• ou leur combinaison.

Le soudage est aujourd’hui utilisé dans tous les domaines industriels, de la microélectronique aux structures lourdes. Il permet d’assembler la quasi-totalité des métaux, pour des épaisseurs allant de 0,01 mm à plus de 100 mm.

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2. SOUDABILITÉ MÉTALLURGIQUE

La soudabilité métallurgique concerne les modifications des propriétés du matériau au voisinage du joint soudé :

• ZF : zone fondue
• ZL : zone de liaison
• ZAT : zone affectée thermiquement

Ces modifications résultent du cycle thermique imposé par le mode opératoire de soudage (MOS).

👉 Exemple critique :
Formation de martensite en ZAT → zone fragile → risque de fissuration à froid.

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I. ASPECT THERMO-MÉTALLURGIQUE DU SOUDAGE

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1. PARTIES CONSTITUTIVES D’UN JOINT SOUDÉ

1.1 Zone fondue (ZF)

Zone portée à l’état liquide, avec ou sans métal d’apport.

1.2 Zone de liaison (ZL)

Interface entre métal fondu et métal de base.

1.3 Zone affectée thermiquement (ZAT)

Zone non fondue ayant subi :

• modifications microstructurales,
• transformations physico-chimiques.

👉 Pour les aciers : zone austénitisée.

1.4 Métal de base (MB)

Zone non affectée métallurgiquement, mais pouvant contenir contraintes et déformations.

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2. CYCLE THERMIQUE DE SOUDAGE

Le cycle thermique décrit l’évolution de la température en fonction du temps en un point donné.

Phases principales :

1. Montée en température → dilatation
2. Ac1 → Ac3 : austénitisation
3. Fusion
4. Solidification → dendrites
5. Transformations (perlite, bainite, martensite)
6. Contraintes résiduelles

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3. PARAMÈTRES THERMIQUES

Paramètres clés :

• Δt 800/500 (IIS)
• Δt 700/300 (IRSID)

Facteurs influents :

• énergie de soudage
• procédé
• épaisseur
• préchauffage
• température inter-passes
• géométrie du joint

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4. DÉFINITION DE LA ZAT

Dans la ZAT :

• croissance du grain
• modifications mécaniques
• zone critique pour fissuration à froid

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5. TRANSFORMATIONS EN ZAT (CHAUFFAGE)

Zones successives :

• métal de base intact
• zone subcritique
• zone intercritique
• zone austénitique
• zone partiellement fondue

👉 Solidification par épitaxie sur les grains existants.

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6. TRANSFORMATIONS EN ZAT (REFROIDISSEMENT)

Selon la vitesse :

• Lent → Ferrite + Perlite
• Moyen → Bainite
• Rapide → Martensite

👉 Dureté maximale = refroidissement rapide

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7. RISQUES MÉTALLURGIQUES

• Martensite → fissuration à froid
• Austénite → fissuration à chaud
• Ferrite → fragilité (grain grossi)
• Austéno-ferritique → phase sigma

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8. RÉSILIENCE DU JOINT

Facteurs :

• faible alliage → faible ténacité
• ferrite aciculaire → amélioration
• excès d’alliage → dégradation
• refroidissement rapide → amélioration (conditions spécifiques)

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II. DÉFAUTS MÉCANIQUES DU SOUDAGE

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1. CONTRAINTES RÉSIDUELLES

Types :

• directes (thermiques)
• indirectes (bridage)
• parasites (charges externes)

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2. DÉFORMATIONS

• retrait en épaisseur
• retrait longitudinal
• retrait transversal

Solutions :

• contre-flèche
• soudage symétrique
• redressage

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3. SÉGRÉGATION

Migration des éléments vers joints de grains → fragilisation intergranulaire.

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4. CORROSION

• galvanique
• intergranulaire
• interfaciale

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5. FISSURATION À CHAUD

Causes :

• ségrégation
• bridage
• vitesse excessive

Position : centre du cordon

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6. FISSURATION À FROID

Causes :

• hydrogène
• contraintes
• martensite

Prévention :

• préchauffage
• séchage consommables
• nettoyage

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7. ARRACHEMENT LAMELLAIRE

Origine :

• inclusions
• contraintes perpendiculaires

Solutions :

• beurrage
• conception du joint
• acier adapté

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8. POROSITÉS

Origine :

• gaz (H₂, N₂, CO…)

Prévention :

• propreté
• énergie adaptée
• désoxydants

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9. SOUFFLURES VERMICULAIRES

Défauts gazeux ascendants dans le cordon.

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10. INCLUSIONS

Types :

• tungstène (TIG)
• laitier
• oxydes

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III. TRAITEMENTS THERMIQUES APRÈS SOUDAGE

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1. CYCLE DE RECUIT

• chauffage
• maintien
• refroidissement lent

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2. RECUIT DE NORMALISATION

Objectifs :

• affiner les grains
• améliorer propriétés mécaniques
• supprimer contraintes

👉 Température : Ac3 + 40 à 50°C

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3. RECUIT DE DÉTENTE

Objectif :

• réduire contraintes internes

Paramètres :

• montée : 120–150 °C/h
• refroidissement contrôlé
• température < Ac1

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4. RECUIT DE DÉGAZAGE

Objectif :

• élimination hydrogène
• amélioration ductilité

👉 Typiquement :

• ~250 °C
• maintien ~8 h

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✔️ CONCLUSION TECHNIQUE

Le soudage est une discipline à la frontière :

• de la métallurgie,
• de la thermique,
• et de la mécanique.

👉 La maîtrise repose sur :

• le contrôle du cycle thermique,
• la compréhension des transformations de phase,
• et la gestion des contraintes et défauts.