Pour comprendre le phénomène de dilatation et retrait en soudage, il est indispensable d'analyser la relation contrainte/déformation des matériaux sous l'effet de la température puis sous l'effet d'une charge .
Il est difficile de déterminer avec précision la valeur attendue de retrait d'une soudure.
Chaque opération de soudage est un cas particulier.
En vue de définir des solutions au problème de déformation, il est nécessaire de déterminer les valeurs de retrait par la réalisation d'essais dans les conditions effectives du soudage des pièces de fabrication.
1 - Les dilatations thermiques et retraits libres
| Lors du chauffage, le barreau d'acier se dilate et s'allonge. Le coefficient de dilatation de l'acier augmente avec la température. Au refroidissement, il se rétracte. Lorsque les dilatations et les retraits sont libres, le barreau revient pratiquement à sa longueur initiale (L20) après refroidissement. Les dilatations et les retraits libres ne créent pas de déformation permanente du matériau. Le même barreau chauffé uniformément et libre de déplacement (non bridé) a une dilatation proportionnelle à la différence de température, à sa longueur initiale et à son coefficient de dilatation thermique. |
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Le tableau suivant donne les valeurs du coefficient de dilatation de divers matériaux selon la température.
Le coefficient de dilatation est exprimé en 10-6 ou 10-3 mm/m/°C
| 100°C | 200°C | 300°C | 400°C | 500°C | 600°C | 700°C | 800°C | |
| Fonte grise | 10 | 11 | 11 | 12 | 13 | 14 | ||
| Acier non allié | 11 | 12 | 13 | 13 | 14 | 14 | ||
| Acier inoxydable | 16 | 17 | 17 | 18 | 18 | 18 | 19 | 19 |
| Cuivre | 18 | 18 | 18 | 19 | 19 | 19 | ||
| Aluminium | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
Exemple :
Longueur = 200 mm
Température initiale = 10°C
Température de chauffage = 500°C
Coefficient de dilatation = 14 x 10-6
Calcul de la dilatation thermique d'un barreau d'acier non allié :
200 x (500°C - 10°C) x 14.10-6 = 1,372 mm de dilatation
2 - Les dilatations contrariées et retraits libres
| Lors du chauffage à une température supérieure à 650° Celsius, l'allongement ne peut pas se faire, l'effort de dilatation est contrarié. Le barreau d'acier se déforme par gonflement. Au refroidissement, le barreau est plus court suite au refoulement. La dilatation contrariée est génératrice de déformation permanente lorsque la température est supérieure à 650° Celsius. La dilatation qui ne peut plus se produire du fait du bridage se transforme en contrainte de compression |
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3 - Les dilatations et retraits contrariés
| Lors du chauffage à une température supérieure à 650° Celsius, l'allongement ne peut pas se faire, l'effort de dilation est contrarié. Le barreau d'acier se déforme par gonflement. Au refroidissement, le retrait du barreau est contrarié, des contraintes de traction s'accumulent de plus en plus. Les dilatations et les retraits contrariés sont générateurs de déformation permanente et de tensions internes importantes. Ces tensions peuvent occasionner des ruptures. |
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4 - Les déformations applicables au soudage
L'opération de soudage est anisothermique.
Elle met en jeu des dilatations entravées et des retraits entravés du fait de l'échauffement hétérogène et du refroidissement non symétrique à l'échauffement.
L'opération de soudage est génératrice de déformations permanentes plus ou moins importantes et de tensions et contraintes résiduelles.
Les déformations et contraintes tri axiales rencontrées en soudage sont définies ci-dessous :
[*]Les déformations angulaires
[*]Les déformations longitudinales
[*]Les déformations transversales
Les déformations sont maximales et les contraintes sont nulles lorsque les pièces soudées sont libres.
Les contraintes sont maximales et les déformations sont minimales lorsque les pièces soudées sont bridées.
Dans une soudure avec chanfrein en V, les premières passes produisent des déformations longitudinales, transversales et elles produisent un gauchissement ou flambage de la pièce. Les passes de finition produisent une déformation angulaire.
Les variables qui influent sur la valeur des différents retraits sont nombreuses :
[*]préparation des bords
[*]volume du joint
[*]procédé de soudage
[*]énergie de soudage
[*]intensité du bridage
5 - Les déformations applicables au soudage - Retrait longitudinal
C'est le retrait longitudinal qui menace le plus la sécurité des constructions soudées.
Les contraintes longitudinales engendrées sont plus élevées que les contraintes transversales.
6 - Les déformations applicables au soudage - Retrait transversal
7 - Les déformations applicables au soudage - Retrait angulaire
8 - Vos questions en relation avec cet article sur le forum du site
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Le lien du forum est le suivant :
Les déformations et retraits lors du soudage 9 - Quelques liens Internet utiles (liste de liens non exhaustive)
Quelles sont les dilatations et retraits lors du soudage ? Comment réduire les déformations lors du soudage ? Le redressage par chaude de retrait des toles et des profilés10 - Vos commentaires et réactions sur cet article
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Par: Dominique ADMIN
