Déformations (cintrage) sur un tube carré 150x150 : comment faire mieux ?

Bonsoir,

Je viens de terminer le travail ci-dessous en photo : il s'agit d'un tube carré de 150x150x4x2300, sur une face duquel j'ai soudé 2 plats de 15x40, sur toute la longueur. Les plats ont été soudés avec une suite de cordons de +/-30mm, espacés de +/-30mm, sur les 2 bords. J'ai soudé avec un poste MMA, baguette rutile de 4mm, intensité à 145-150 ampères. Les plats vont être usinés par la suite, après un traitement de stabilisation, pour recevoir des guidages linéaires.
Le tube est également bouché aux deux extrémités, avec 2 plaques de 12mm d'épaisseur, soudées sur leur pourtour.

Pour souder les plats, j'ai commencé par faire des pointages des 2 cotés, tous les 50-60 cm, et à chaque extrémité. J'ai ensuite soudé en partant du milieu, jusqu'à un bout dans une direction, en avançant de +/- 30 cm sur un bord avant de souder la même longueur sur le coté opposé du plat etc... Arrivé au bout, je suis reparti du milieu dans l'autre direction. Les cordons ont été faits dans le sens de l'avancement, c'est à dire en allant vers le bout du tube.

Une fois les soudures terminées, le tube est cintré avec une courbe régulière, avec un creux d'à peu près 5mm au milieu de la face recevant les 2 plats. Je m'attendais à ce que le tube se déforme dans ce sens, c'est pourquoi j'ai utilisé des plats assez épais pour avoir suffisamment de matière à usiner pour retrouver des portées planes.

Les questions que je me pose :
- est-ce que j'aurais pu limiter les déformations en suivant un autre ordre dans l'exécution des soudures ?
- même question en prenant simplement le temps de laisser refroidir le tube de temps en temps plutôt que de souder en continu comme je l'ai fait ?
(selon les réponses à ces 2 questions, je peux envisager de recommencer pour améliorer le résultat final)
- est-ce que le traitement de stabilisation va accentuer, réduire ou ne rien faire sur cette déformation ?

Merci pour votre aide et vos conseils,




Laurent

Envoyé par zLaurent
en prenant simplement le temps de laisser refroidir le tube de temps en temps plutôt que de souder en continu comme je l'ai fait ?

Bonsoir,

Cela me semble logique.
Lors de votre soudure le métal se dilate. Votre plat a une section plus de 5 fois inférieure au tube, il chauffe davantage et a une dilatation linéaire bien supérieure.
Quand l'ensemble refroidit, le plat raccourcit plus que le tube et le tire donc petit à petit vers le haut. Si vous enchainez les soudures avant que le métal reprenne sa dimension initiale, vous cumulez les rétreints.
Surtout sur 2300 mm.
Modifier l'ordre ne devrait pas modifier ce phénomène, vu que les dilatations vont toutes dans le même sens (ce serait différent si c'était dessus/dessous).
En bridant sur une pièce massive jusqu'au refroidissement complet, la chaleur s'évacuera plus rapidement (mais pas brutalement !) et vous gagnerez du temps.
Ceci n'est que ma modeste intuition, si quelqu'un qui a la pratique peut donner son avis ce serait mieux...
Cordialement.

Bonjour,

Prévenir et contre carrer les déformations et distorsions liées au soudage est une obligation et une nécessité de tous les instants lors d'une fabrication soudée

Il faut prédéformer les pièces avant soudage lorsque c'est possible
Il faut brider les pièces le plus tardivement possible lorsque c'est possible
Il faut alterner le sens du soudage
Il faut limiter les sections déposées à sa plus juste valeur
Il faut limiter la chauffe par soudage
En dernier recours Il faut faire des chaudes de retrait à la flamme si le matériau s'y prête et du redressage à froid à la presse

Plusieurs ressources intéressantes sur Internet pour résumer les précautions et actions à prendre :

http://www.bil-ibs.be/sites/default/files/publicaties/200404_65a05_deformation_p1.pdf

http://www.bil-ibs.be/sites/default/files/publicaties/200404_65a06_deformation_actions_correctives_p2.pdf

http://www.eutexia.com/fiches/conseils/Conseils%20en%20techniques%20de%20soudage/Savoir%20limiter%20les%20d%C3%A9formations%20dues%20au%20soudage.pdf

https://www.tolerie-mag.com/IMAGES/PDF/171-Avis%20d'expert%20soudage.pdf

http://cnrsm.creteil.iufm.fr/c_ressources_cnrsm/5_divers/511_deformations_soudage/source_pdf/01_dilatations.pdf

IV. NOTION SUR LA DILATATION ET LE RETRAIT EN SOUDAGE AUTOGENE

Bien cordialement

hello,

Tu peux toujours pré-contraindre tes pièces quand cela est possible, mais la déformation il y en toujours mais moins.
J'ai pour habitude de ne jamais souder mes pieces sur la même ligne, je soude le plus souvent en quinconce quand c'est possible.
Et j'ai toujours une partie redressage après, tu fais travailler les molécules donc tu as forcément une réaction.

En revanche pour la partie redressage je travaille le maximum à froid pour ne pas ajouter de contrainte supplémentaire.
Si besoin je prend le chalumeau de chauffe.

question:
tu savais que ca allait se déformer, d'où les plats plus épais, tu n'a donc pas besoin de de redresser le tube ?
Ceci n'est que mon avis et si je me trompe je veux bien en apprendre d'avantage :)

Bonjour,

et merci pour vos réponses.

Envoyé par locouarn

Lors de votre soudure le métal se dilate. Votre plat a une section plus de 5 fois inférieure au tube, il chauffe davantage et a une dilatation linéaire bien supérieure.
Quand l'ensemble refroidit, le plat raccourcit plus que le tube et le tire donc petit à petit vers le haut.

Bien compris, je pensais que le tube allait se cintrer, mais je n'avais pas forcément analysé pourquoi/comment.

Envoyé par locouarn

Si vous enchainez les soudures avant que le métal reprenne sa dimension initiale, vous cumulez les rétreints.

Est-ce que les rétreints ne se cumulent pas dans tous les cas, car comme vous l'expliquez, ils tirent tous dans le même sens ? Par contre, on peut comprendre qu'enchaîner les soudures sans laisser le temps à la pièce de refroidir conduise à un rétreint total plus important, parce que la température de la pièce augmente beaucoup par un effet d'accumulation.

Envoyé par locouarn

En bridant sur une pièce massive jusqu'au refroidissement complet, la chaleur s'évacuera plus rapidement (mais pas brutalement !) et vous gagnerez du temps.

Bonne idée. Je pourrais par ex. souder provisoirement par des points espacés, et à chaque bout, le tube de 150x150x4 sur un même tube d'épaisseur 10, qui devrait être très rigide.
Une question que je me pose en général par rapport au bridage : si on bloque par le bridage l'effet des contraintes créées de toute façon par les différences de dilatation/refroidissement, que deviennent ces contraintes ? Est-ce qu'elles 'restent' dans la pièce jusqu'à ce qu'un traitement de stabilisation, ou simplement le temps/les vibrations ne leur permettent de se libérer ?

Envoyé par Dominique

Prévenir et contre carrer les déformations et distorsions liées au soudage est une obligation et une nécessité de tous les instants lors d'une fabrication soudée

Bien compris !

Envoyé par Dominique

Il faut prédéformer les pièces avant soudage lorsque c'est possible

Malheureusement, je n’ai pas de presse qui me permettrait de faire un pré-cintrage contraire avant de souder

Envoyé par Dominique

Il faut brider les pièces le plus tardivement possible lorsque c'est possible

Pouvez-vous expliquer “le plus tardivement possible” ? Est-ce qu’il s’agit justement d’éviter d’avoir trop de contraintes accumulées dans l’assemblage soudé ?

Envoyé par Dominique

Il faut alterner le sens du soudage

J’ai lu à plusieurs endroits des recommandations du même type, mais je ne comprends pas bien pourquoi. Est-ce parce que l’échauffement est toujours plus fort à la fin d’un cordon qu’au début, et donc les déformations engendrées plus importantes ?
Dans mon cas, peut-on appliquer ce principe et comment ?

Envoyé par Dominique

Il faut limiter les sections déposées à sa plus juste valeur

Bien compris : on évite de faire des cordons trop gros inutilement.

Envoyé par Dominique

Il faut limiter la chauffe par soudage

Comment ? J’ai essayé de souder avec pas mal d’intensité pour bien ‘attaquer’ le plat de 15mm sans trop traîner, est-ce la bonne approche ?

Envoyé par Dominique

En dernier recours Il faut faire des chaudes de retrait à la flamme si le matériau s'y prête et du redressage à froid à la presse

Malheureusement pas assez équipé pour tenter cela. J’aurais aussi peur de faire plus de dégâts qu’autre chose avec des chaudes de retrait mal conçues.

Envoyé par Dominique

Plusieurs ressources intéressantes sur Internet pour résumer les précautions et actions à prendre :

Merci, je vais potasser cela pour essayer de mieux comprendre ce qui se passe

Envoyé par Allan4J

J'ai pour habitude de ne jamais souder mes pieces sur la même ligne, je soude le plus souvent en quinconce quand c'est possible.

Et comment faire dans mon cas ? Est-ce que faire les cordons de façon décalée (par ex. au milieu, puis au bout, puis au tiers, recommencer etc…) plutôt qu’en suivant va changer qq chose ou non ?

Envoyé par Allan4J

Et j'ai toujours une partie redressage après, tu fais travailler les molécules donc tu as forcément une réaction.

Bien compris

Envoyé par Allan4J

tu savais que ca allait se déformer, d'où les plats plus épais, tu n'a donc pas besoin de de redresser le tube ?

Dans l’absolu, j’ai encore assez de matière pour pouvoir usiner une surface plane, j’aurai simplement des plats beaucoup plus épais au milieu qu’en bout. Mais :
j’essaie toujours de voir si/comment on pourrait faire mieux
j’ai prévu de faire un traitement de stabilisation avant les usinages, et je me demande si la pièce risque de continuer à se cintrer lors de ce traitement, auquel cas je serais ‘chocolat’

Beaucoup de questions donc, je découvre un monde complexe, et très intéressant.

Encore merci à tous pour vos éclairages et vos conseils :)

Bonjour,

Je pense qu'après stabilisation les contraintes qui déformes votre tube s'atténueront mais pas à 100%. Donc je pense que la flèche devrait réduire.

Slts.

pour la stabilisation, c'est un traitement thermique ( genre 8 h au moins dans un four et dans les 250° suivi d'un refroidissement lent. Peu de gens sont équiper pour le faire sur des pièces de cette taille, le plus souvent les entreprises le soustraite ) l'idée est d'éliminer les tensions résiduelles car autrement vous risquez de vous prendre des gags pendant et après l'usinage ( la pièce risque de bouger et d' encore de se déformer ) . Ces tensions existent aussi pour les pièces de fonderie comme les bancs coulés de machine outil qui sont très souvent laissés dehors aux intempéries pour des périodes parfois d'un an . Quant à la pièce en question , un bridage idéal serait de faire avant soudure une contre déformation , ( genre calage au centre et pression aux bouts pour la cambrer mais hélas ça forme ne s'y prête guère peu probable qu'avec des serre joint fusse t 'il costauds on y arrive . Les déformations du soudage seront toujours une galère , d’ailleurs à mon ancienne boite pour redresser on avait une grosse presse déployant 800 T de poussée) . Dans les alternatives effectivement avait en gros chalumeau des chaudes de retrait sur le tube pourrait tout de même vous le redresser pas mal chaude de retrait façon PERIGORD - YouTube

Bonjour,
Pour cintrer un tel tube avant d'effectuer les soudures sur les plats alors que l'on n'a pas un équipement de métallurgiste, on peut le faire éventuellement (cela dépend de là où on travaille) en utilisant un simple cric-bouteille hydraulique. On place le tube sur le sol exactement avec son milieu sous l'encadrement d'une porte. Sous chaque extrémité du tube on place une cale et au milieu le cric. Sur le cric on place une chandelle solide pour atteindre le linteau de la porte et on actionne le cric. On contrôle la déformation du tube avec une règle de maçon dont on a vérifié la rectitude. La vraie difficulté c'est de savoir de combien doit-on déformer le tube pour que le soudage des plats le remette à peu près droit.
D'ailleurs au point où vous en êtes si ma méthode vous semble adaptable à votre environnement vous pouvez l'utiliser pour essayer de redresser votre ouvrage.
Yann

Bonjour,
Tout a fait d'accord avec Yann, d'autant plus que la précontrainte à appliquer doit correspondre à peu de choses près à la flèche constatée sur la pièce précédemment soudée.
5mm sur 2300 de longueur, cela doit être réalisable de cette façon. Reste à souder exactement comme la première fois...
Cordialement.

Envoyé par Yann
Bonjour,
Pour cintrer un tel tube avant d'effectuer les soudures sur les plats alors que l'on n'a pas un équipement de métallurgiste, on peut le faire éventuellement (cela dépend de là où on travaille) en utilisant un simple cric-bouteille hydraulique. On place le tube sur le sol exactement avec son milieu sous l'encadrement d'une porte. Sous chaque extrémité du tube on place une cale et au milieu le cric. Sur le cric on place une chandelle solide pour atteindre le linteau de la porte et on actionne le cric. On contrôle la déformation du tube avec une règle de maçon dont on a vérifié la rectitude. La vraie difficulté c'est de savoir de combien doit-on déformer le tube pour que le soudage des plats le remette à peu près droit.
D'ailleurs au point où vous en êtes si ma méthode vous semble adaptable à votre environnement vous pouvez l'utiliser pour essayer de redresser votre ouvrage.
Yann

pas bête comme truc, mais là rien que le tube c'est du tube carré de 150x150x4 , qui gagnera le chambranle ou là pièce pas certain qu'avec une pression de 10 à 15 T le chambranle résiste , mais sur des trucs plus modestes c'est effectivement une bonne combine le cric bouteille est vraiment un bon truc, dommage que la plus part ne fonctionnent qu'à la verticale, ou alors il faut taper dans les modèles pour carrossier qui eux sont beaucoup plus cher

Envoyé par tungstene
pas bête comme truc, mais là rien que le tube c'est du tube carré de 150x150x4 , qui gagnera le chambranle ou là pièce pas certain qu'avec une pression de 10 à 15 T le chambranle résiste , mais sur des trucs plus modestes c'est effectivement une bonne combine le cric bouteille est vraiment un bon truc, dommage que la plus part ne fonctionnent qu'à la verticale, ou alors il faut taper dans les modèles pour carrossier qui eux sont beaucoup plus cher

Une pression de 500 kg appliquée au milieu du tube seul suffirait à le déformer sérieusement.
Yann

Bonsoir,

Merci pour vos réponses.

A ce stade, je crois que je vais d'abord faire faire le traitement de stabilisation, sous-traité dans une entreprise bien équipée, et je verrai à la sortie ce qui me reste comme cintrage, puisqu'il semble qu'il n'y ait pas de risque de voir le cintre s'accentuer lors de cette opération.
Le cas échéant, j'essaierai ensuite la solution du cric bouteille en appui sous la charpente de la mezzanine de mon atelier pour redresser la poutre.

Si je dois refaire, je ferai un pré-cintre avant de souder, avec le cric comme suggéré.

Je posterai ici le résultat de la stabilisation, pour ceux que cela pourrait intéresser.

Encore merci,

500kg devrait suffire dis tu , c'est bien Yann à ton âge tu as su garder un optimisme de jeune homme , là c'est le tube plus les plats et pour redresser il faut dépasser la limite élastique du truc:p

Envoyé par tungstene
pour la stabilisation, c'est un traitement thermique ( genre 8 h au moins dans un four et dans les 250° suivi d'un refroidissement lent. Peu de gens sont équiper pour le faire sur des pièces de cette taille, le plus souvent les entreprises le soustraite ) l'idée est d'éliminer les tensions résiduelles car autrement vous risquez de vous prendre des gags pendant et après l'usinage ( la pièce risque de bouger et d' encore de se déformer ) .

Bonjour,
J'aurais plus dit 550-600°C pendant 2H.
Le temps de maintien dépend des épaisseurs soudées.
C'est ce que j'ai l’habitude de voir sur nos châssis mécano-soudés.

possible les paramètres que j'ai indiqués étaient ceux que je devais appliquer pour des pièces en alu 7020 que je faisais

Bonsoir,

Après (mûre...) réflexion, j'ai décidé de faire une 2eme tentative, cette fois en bridant le tube de 150x150x4 sur un autre tube de 150x150x10, donc très rigide. Voir photos jointes. Le tube de 4 était légèrement cintré à l'inverse de la déformation attendue : j'avais soudé 2 séries de brides avec les tubes plaqués seulement en un bout, puis j'ai contraint fortement l'autre extrémité avant de souder les 2 dernières paires de bride : le tube de 4 était donc plaqué au deux bouts sur le tube de 10, mais décollé au milieu de +/- 1 mm.

J'ai procédé de la même façon que la 1ère fois pour souder les 2 plats de 40x15, mais en allant moins vite : je faisais 2 cordons sur chacun des plats, puis une pause de plusieurs minutes pour laisser le temps de refroidir etc...

Une fois les plats soudés, contrôle sommaire avec la règle de maçon : rien n'a bougé. J'ai donc laissé l'ensemble refroidir jusqu'à tiède (on laisse la main dessus sans problème), et j'ai commencé à débrider en commençant par les brides du milieu. Rien ne se passe :) Puis je fais sauter une paire de brides en bout, et là crac, les tubes s'écartent, et je me retrouve avec un léger cintre :mad:, comme pour le 1er essai, mais bien réduit : j'ai mesuré un peu moins de 2 mm.

Au final, j'aurais peut-être du attendre après avoir faire faire le traitement de stabilisation pour libérer les brides ? J'ai voulu éviter de transporter le tube de 10, qui est lourd, j'ai sans doute eu tort. Bon, dans tous les cas, je pense m'arrêter là (à moins que...), et faire traiter l'essai 1 et 2 pour comparer les résultats.

Merci encore pour vos conseils,

Bridage :
Après soudure et débridage :
On est passé de > 5 mm à < 2 :

Bonsoir,
Je ne suis pas un spécialiste mais intuitivement j'aurais opté pour produire une déformation permanente (en dépassant les limites élastiques, donc) sur le tube de 150 x 150 x 4 avant soudage avec évidemment un point d'interrogation : avec une flèche de combien ?
Yann

Envoyé par zLaurent
Après (mûre...) réflexion, j'ai décidé de faire une 2eme tentative, cette fois en bridant le tube de 150x150x4 sur un autre tube de 150x150x10, donc très rigide. Voir photos jointes. Le tube de 4 était légèrement cintré à l'inverse de la déformation attendue : j'avais soudé 2 séries de brides avec les tubes plaqués seulement en un bout, puis j'ai contraint fortement l'autre extrémité avant de souder les 2 dernières paires de bride : le tube de 4 était donc plaqué au deux bouts sur le tube de 10, mais décollé au milieu de +/- 1 mm.

Bonjour,
Démarche très logique, mais pourquoi avoir limité la contrainte à 1mm au lieu d'appliquer une contrainte en rapport avec la flèche constatée (5mm avec la même cadence de soudage ou 3mm avec cette cadence réduite) ?
Cordialement.

Bonjour,

Envoyé par Yann
... j'aurais opté pour produire une déformation permanente (en dépassant les limites élastiques, donc) sur le tube de 150 x 150 x 4 avant soudage avec évidemment un point d'interrogation : avec une flèche de combien ?
Yann

Je n'ai pas de presse qui me permettrait de faire cette déformation permanente. J'ai essayé la technique du cric-bouteille, mais j'ai arrêté quand je me suis rendu compte que j'étais probablement en train de soulever la mezzanine sous laquelle j'étais en appui ! Il faudrait une vraie presse pour cintrer un tube de cette section.

Envoyé par locouarn
Bonjour,
Démarche très logique, mais pourquoi avoir limité la contrainte à 1mm au lieu d'appliquer une contrainte en rapport avec la flèche constatée (5mm avec la même cadence de soudage ou 3mm avec cette cadence réduite) ?
Cordialement.

Bonne question. L'écart était sans doute un peu supérieur à 1mm, mais je n'ai pas voulu faire plus par crainte que le tube ne reste cintré 'à l'envers'. Avec un bridage aussi rigide, et une cadence réduite, je pensais que le tube ne pourrait se déformer que faiblement.

J'ai aussi oublié de préciser dans mon message précédent que j'ai modifié un autre point de la procédure : je n'ai pas pointé les plats avant de les souder comme la 1ere fois, mais je les ai maintenus en bout avec des serre-joints, et une cale mobile pour garder l'écartement tout près de l'endroit où je soudais. L'idée était de limiter la traction exercée par le refroidissement des plats, en laissant les extrémités libres de glisser un peu pour compenser leur raccourcissement. Je ne crois pas que cela ait été très efficace au final, les plats ne semblent pas avoir raccourci. Le refroidissement doit donc s'exercer dans la longueur même des cordons (+/- 3 cm).

Bref, instruit par l'expérience, je pourrais faire une 3eme tentative avec un pré-cintre plus important, comme suggéré. Mais je vais peut-être plutôt me contenter de ce résultat déjà meilleur et avancer sur le reste du projet.

Merci pour votre aide,

Bien cordialement,

vous allez galérer pour retirer les plats soudés que vous avez mis sur les côtés ( en plus vous avez fait quelques morsures sur vos cordons) les même plats à champs soudez d'un seul côté auraient été aussi efficaces et pour les retirer quelques bons coup de marteau un peu costauds vous auraient permis à la fin de les retirer en un tour de main.

Envoyé par tungstene
vous allez galérer pour retirer les plats soudés que vous avez mis sur les côtés ( en plus vous avez fait quelques morsures sur vos cordons) les même plats à champs soudez d'un seul côté auraient été aussi efficaces et pour les retirer quelques bons coup de marteau un peu costauds vous auraient permis à la fin de les retirer en un tour de main.

C'est bien vrai ! Je n'avais pas pensé à la solution de les souder sur champ, cela aurait été plus simple en effet. Bon, j'ai retiré les plats en meulant les cordons, le tube dessous n'est pas trop touché, ça ira.

Comme disait l'autre : parfois on gagne, le plus souvent on apprend :p

Merci pour vos conseils !

l'expérience est un des très rare avantage qu'apporte la vieillesse qui inexorablement avance