Assemblage par soudage des pièces simples (prismatique, cylindrique, conique, etc.) (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce cours, l’élève sera capable de : - préparer correctement les pièces simples (prismatiques, cylindriques, coniques) avant soudage ; - régler les paramètres de soudage (intensité, tension, vitesse d’avance) adaptés au matériau et à l’épaisseur ; - réaliser un cordon de soudure régulier, continu et sans défaut selon les normes en vigueur ; - contrôler la qualité du cordon (inspection visuelle, mesure de pénétration, essais mécaniques simples) ; - intégrer ces compétences dans une activité de production d’atelier, en respectant les consignes de sécurité et d’hygiène. **Prérequis** : connaissances de base en soudage à l’arc électrode enrobée (SMAW), lecture de plans mécaniques, notions de métallurgie (aciers au carbone, alliages légers), utilisation des équipements de protection individuelle (EPI) et règles de sécurité en atelier. --- ## Introduction contextualisée Dans les industries camerounaises de fabrication mécanique (atelier de maintenance, construction métallique, production de pièces pour l’agro‑alimentaire), le soudage reste le procédé d’assemblage le plus répandu pour les pièces simples. La qualité du cordon de soudure conditionne la résistance mécanique, l’étanchéité et la durabilité de l’ensemble. Une pose irrégulière entraîne des concentrations de contraintes, des fissures à chaud ou à froid, et peut conduire à des arrêts de production coûteux. Le présent cours se concentre sur la maîtrise du cordon régulier, étape clé du TP14 (Leçon 22) et son intégration dans une activité de production complète. --- ## I. Leçon 22 – Pose du cordon régulier ### 22.1 Principes du cordon régulier Un cordon régulier se caractérise par : - une largeur constante (généralement 3 à 6 mm selon l’épaisseur) ; - une pénétration suffisante (0,5 × épaisseur de la tôle pour un soudure en bout) ; - une absence de défauts visibles (porosité, fissures, sous‑coupure, surépaisseur). > Un cordon régulier assure une répartition homogène des contraintes et évite les points de faiblesse. ### 22.2 Préparation des pièces 1. **Nettoyage** : éliminer oxyde, peinture, graisse à l’aide d’une brosse métallique ou d’un dégraissant adapté. 2. **Biseau** : pour épaisseur > 3 mm, réaliser un biseau en V (angle 60°) ou en U afin de faciliter la pénétration. 3. **Alignement et maintien** : utiliser des serre‑joints ou des plaques d’appui pour garantir un jeu de 0,1 à 0,3 mm entre les faces à souder. 4. **Préchauffage** (si nécessaire) : pour aciers à haute teneur en carbone (> 0,3 % C) ou épaisseur > 10 mm, préchauffer à 150‑200 °C afin de réduire le risque de fissuration à froid. ### 22.3 Paramètres de soudage (SMAW) | Épaisseur (mm) | Type d’électrode | Courant (A) | Tension (V) | Vitesse d’avance (mm/min) | |----------------|------------------|------------|------------|---------------------------| | 2‑3 | E6013 Ø 2,5 mm | 70‑90 | 20‑22 | 120‑150 | | 4‑6 | E6013 Ø 3,2 mm | 110‑130 | 22‑24 | 100‑130 | | 8‑10 | E7018 Ø 4,0 mm | 150‑180 | 24‑26 | 80‑110 | > Le choix de l’électrode dépend du type d’acier et de la position de soudage (plat, horizontal, vertical, overhead). ### 22.4 Réalisation pas à pas 1. **Mise en place de l’électrode** : angle de 70‑80° par rapport à la pièce, pointe légèrement en avance. 2. **Amorçage** : frapper l’arc, laisser le bain de fusion se former (≈ 2 s). 3. **Déplacement** : avancer régulièrement, maintenir une longueur d’arc constante (≈ 2‑3 mm). 4. **Technique du cordon régulier** : effectuer un mouvement de va‑et‑vient léger (oscillation latérale de 2‑3 mm) pour assurer une largeur uniforme. 5. **Fin de cordon** : décrocher l’arc, laisser refroidir naturellement (éviter le refroidissement brusque, notamment le souffle d’air comprimé). ### 22.5 Contrôle qualité - **Inspection visuelle** : vérifier l’absence de porosité, de fissures, de sous‑coupure ; mesurer la largeur avec un pied à coulisse. - **Essai de pénétration** : couper une éprouvette, polir et attaquer à l’acide nitrique pour révéler la profondeur de fusion. - **Essai mécanique simple** : test de pliage (180°) sur une éprouvette de 10 mm de largeur ; absence de fissure indique bonne ductilité. > Un cordon conforme présente une largeur dans la tolérance ± 0,5 mm et une pénétration ≥ 0,5 × épaisseur. --- ## II. Activités d’intégration ### II.1 Mise en situation professionnelle Les élèves sont répartis en équipes de 4 à 5 personnes. Chaque équipe reçoit un dossier de fabrication comprenant : - un plan d’ensemble d’un support de machine outil (pièce prismatique avec deux pattes cylindriques à souder) ; - une fiche de procédure de soudage (FPS) spécifiant les paramètres, les électrodes et les tolérances ; - un planning de réalisation (préparation, soudage, contrôle, nettoyage). ### II.2 Étude de cas : assemblage d’un support de machine outil **Contexte** : atelier de maintenance d’une scierie locale, besoin de remplacer un support usé. **Étapes** : 1. Lecture du plan et identification des surfaces à souder (patte cylindrique Ø 30 mm sur platine de 12 mm d’épaisseur). 2. Préparation : nettoyage, biseau en V de 60° sur la patte, alignement avec serre‑joints. 3. Soudage : électrode E7018 Ø 4,0 mm, courant 180 A, tension 27 V, vitesse d’avance 80 mm/min. Réalisation de deux cordons de 80 mm chacun, en position horizontale. 4. Contrôle : inspection visuelle, mesure de largeur (4,2 mm ± 0,3), essai de pliage sur éprouvette prélevée. 5. Rapport : consignation des paramètres, écarts observés, actions correctives (si nécessaire). ### II.3 Travail en équipe et suivi de la production - Répartition des tâches : préparateur, soudeur, contrôleur, secrétaire de suivi. - Utilisation d’une fiche de suivi de production (FSP) pour noter les temps de chaque opération, les consommables (électrodes, gaz de protection si utilisé) et les non‑conformités. - Réunion de clôture : analyse des écarts, proposition d’améliorations (ex. réglage du courant, amélioration du serrage). ### II.4 Évaluation des compétences L’évaluation porte sur : - la conformité du cordon (largeur, pénétration, aspect) ; - le respect des consignes de sécurité (port du masque, gants, lunettes, ventilation) ; - la capacité à rédiger un rapport de soudage complet ; - l’esprit d’équipe et la gestion du temps. --- ## Synthèse du chapitre - Préparer les pièces : nettoyage, biseau, alignement, préchauffage éventuel. - Choisir l’électrode et régler le courant/tension selon l’épaisseur et la position. - Réaliser un cordon régulier : angle d’électrode 70‑80°, longueur d’arc constante, oscillation latérale légère. - Contrôler la qualité : inspection visuelle, mesure de largeur, essai de pénétration et de pliage. - Intégrer ces compétences dans une activité de production : lecture de plan, suivi FSP, travail en équipe, respect des normes de sécurité. --- ## Glossaire - **Cordon de soudure** : dépôt métallique continu formé lors du soudage, assurant l’assemblage des pièces. - **Pénétration** : profondeur à laquelle le métal de base fond et se mélange avec le métal d’apport. - **Biseau** : préparation des bordes des pièces en angle ou en forme pour faciliter la pénétration du métal d’apport. - **Électrode enrobée** : tige métallique revêtue d’un flux qui stabilise l’arc et protège le bain de fusion. - **Sous‑coupure** : défaut où le métal de base n’est pas fondu suffisamment, laissant une rainure à la base du cordon. - **Porosité** : présence de bulles de gaz piégées dans le métal de soudure, affaiblissant la résistance. - **FPS (Fiche de Procédure de Soudage)** : document détaillant les paramètres, matériaux et modes opératoires pour un soudage donné. - **FSP (Fiche de Suivi de Production)** : outil de suivi des temps, consommables et non‑conformités lors d’une opération d’atelier. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 **Situation** : Vous devez souder deux plaques d’acier S235 de 6 mm d’épaisseur en bout, position plat. **Données** : électrode E6013 Ø 3,2 mm, largeur de cordon souhaitée 5 mm. **Questions** : 1. Quel courant de soudage recommanderiez‑vous ? 2. Quelle longueur d’arc devez‑vous maintenir pour obtenir cette largeur ? 3. Après soudage, vous mesurez une largeur de 4,6 mm. Le cordon est‑il conforme ? Justifiez. **Corrigé** : 1. Selon le tableau de la section 22.3, pour 6 mm d’épaisseur, le courant recommandé est 110‑130 A. On choisit 120 A comme valeur moyenne. 2. La largeur du cordon dépend principalement de la longueur d’arc et de l’oscillation. Avec une électrode Ø 3,2 mm, une longueur d’arc de 2‑3 mm et une oscillation latérale de 2 mm donnent généralement une largeur de 4,5‑5,5 mm. On maintient donc une longueur d’arc de 2,5 mm. 3. La tolérance admise pour la largeur est ± 0,5 mm autour de la valeur cible (5 mm). La mesure obtenue 4,6 mm se situe dans l’intervalle [4,5 ; 5,5] mm → le cordon est conforme. ### Exercice 2 **Situation** : Lors du contrôle d’un cordon sur une pièce cylindrique Ø 50 mm, épaisseur 8 mm, vous observez des éclats de métal (projections) et une légère sous‑coupure sur 10 mm de longueur. **Questions** : 1. Identifiez deux causes probables de ces défauts. 2. Proposez une action corrective pour chaque cause. **Corrigé** : 1. Causes possibles : - Courant de soudage trop élevé entraînant une projection excessive du métal fondu. - Vitesse d’avance trop lente provoquant une surchauffe locale et une sous‑coupure par manque de remplissage. 2. Actions correctives : - Réduire le courant de 10‑15 % (passer de 150 A à 130 A si l’on était à 150 A) et vérifier que la longueur d’arc reste constante. - Augmenter la vitesse d’avance de 10‑20 % (passer de 90 mm/min à 110 mm/min) tout en maintenant la même oscillation afin d’assurer un apport métallique suffisant et éviter la sous‑coupure. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |------------------|-------------|--------------------------------------| | **Nettoyage insuffisant** (présence d’oxydes ou de graisse) | Porosité, manque de fusion | Utiliser une brosse métallique ou un dégraissant adapté avant chaque soudage ; vérifier l’absence de résidus à l’œil nu. | | **Courant de soudage trop élevé** | Projections, surchauffe, déformation | Régler le courant selon le tableau des paramètres ; effectuer un essai sur une chute de pièce avant la pièce finale. | | **Longueur d’arc variable** | Cordon irrégulier, sous‑coupure ou surépaisseur | Maintenir une longueur d’arc constante (2‑3 mm) en surveillant l’angle de l’électrode et en utilisant un support de main si nécessaire. | | **Absence de préchauffage sur aciers à haute teneur en carbone** | Fissuration à froid | Prévoir un préchauffage à 150‑200 °C pour épaisseur > 10 mm ou teneur en carbone > 0,3 % ; vérifier la température avec un crayon thermosensible ou un pyromètre infrarouge. | | **Manque de protection respiratoire** | Inhalation de fumées métalliques nocives | Porter systématiquement un masque à filtration adapté (FFP2 ou demi‑masque avec cartouche pour fumées de soudage) et assurer une ventilation locale ou générale. | | **Serrage inadéquat des pièces** | Jeu excessif entraînant des cordons discontinus | Utiliser des serre‑joints ou des plaques d’appui réglés pour obtenir un jeu de 0,1‑0,3 mm ; vérifier le serrage avant d’amorcer l’arc. | --- *Fin du cours.*