Métallurgie du Soudage

La métallurgie du soudage explique ce qui se passe dans la matière pendant et après le soudage : fusion et solidification, cycles thermiques, transformations de phase dans la zone affectée thermiquement, contraintes résiduelles, réactions avec les gaz. Elle établit le lien entre la structure physique du matériau et les propriétés mécaniques de l’assemblage, et fournit les outils pour prévenir les défauts métallurgiques (fissuration à froid, à chaud, fragilisation). Le cours traite du soudage en phase liquide et en phase solide, de la structure d’une soudure, de la soudabilité des aciers et alliages ferreux, du préchauffage et des traitements après soudage, puis de la soudabilité des métaux non ferreux. Les exemples portent sur les ouvrages rencontrés au Niger : charpentes en S355, réservoirs et tuyauteries de dépôts pétroliers, équipements de la raffinerie SORAZ, pièces d’usure minières, cuves inox et structures en aluminium.

Objectifs d’apprentissage

• Distinguer soudage en phase liquide et en phase solide et expliquer la continuité métallique.
• Décrire la structure d’une soudure (ZF, ZAT, MB) sous les aspects thermique, mécanique et physico-chimique.
• Calculer énergie de soudage, taux de dilution, temps de refroidissement t_8/5 et carbone équivalent.
• Évaluer la soudabilité d’un acier et déterminer une température de préchauffage et un traitement après soudage.
• Connaître les difficultés et les bonnes pratiques de soudage des alliages d’aluminium, du cuivre et d’autres non-ferreux.

Prérequis

Comportement des matériaux en soudage (MSO1541), diagramme fer–carbone et transformations de l’austénite, procédés de soudage à l’arc.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Soudage en phase liquide et en phase solide : la continuité métallique
2. Leçon 2 — Structure d’une soudure : aspects thermique, mécanique et physico-chimique
3. Leçon 3 — Soudabilité métallurgique des métaux ferreux et de leurs alliages
4. Leçon 4 — Préchauffage, post-chauffage et soudabilité des métaux non ferreux

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de cours magistral, 10 h de travaux dirigés, 10 h de travaux pratiques et 20 h de travail personnel (3 crédits). Évaluation : contrôle continu (TD de calculs de soudabilité, comptes rendus de TP de macrographie et de filiation de dureté, quiz) et examen terminal écrit.

Bibliographie

• Easterling, K., Introduction to the Physical Metallurgy of Welding, Butterworth-Heinemann.
• Lancaster, J. F., Metallurgy of Welding, Abington Publishing.
• Blondeau, R. (dir.), Métallurgie et mécanique du soudage, Hermès-Lavoisier.
• Kou, S., Welding Metallurgy, Wiley, 2^e éd.
• NF EN 1011-1 et NF EN 1011-2 (recommandations pour le soudage des matériaux métalliques).