École Privée d’Ingénierie du Niger — L’école du nouveau monde

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Unité d’enseignement : CM · S5 · UE4 — Matériaux et Soudage

  • 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 t8/5 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, 2e éd.
    • NF EN 1011-1 et NF EN 1011-2 (recommandations pour le soudage des matériaux métalliques).

  • Comportement des Matériaux en Soudage

    Le comportement d’un assemblage soudé dépend d’abord des matériaux : leur structure, leurs propriétés mécaniques et la façon dont ils réagissent au cycle thermique du soudage. Ce cours, construit autour d’essais de laboratoire et de réalisations en atelier, apprend à l’étudiant à classer les matériaux de l’ingénieur (aciers, inox, alliages d’aluminium, polymères, composites), à les caractériser par les essais mécaniques (traction, dureté, résilience) et par l’examen micrographique, à évaluer la trempabilité des aciers et l’effet des traitements thermiques, puis à observer concrètement le comportement de différents matériaux lors de la réalisation de cordons à plat, bout à bout et d’angle. Les applications visées sont celles des ateliers de Niamey et des chantiers du Niger : charpentes en S235/S355, cuves en inox, bennes et pièces d’usure, tuyauteries PEHD d’adduction d’eau.

    Objectifs d’apprentissage

    • Classer les matériaux selon leur structure, leurs propriétés de base et leur comportement en soudage.
    • Réaliser et exploiter des essais de traction, de dureté et de résilience ; comparer aciers, polymères et composites.
    • Identifier les phases et constituants d’un acier par analyse micrographique et interpréter une macrographie de soudure.
    • Évaluer la trempabilité d’un acier (essai Jominy) et l’effet des éléments d’alliage ; choisir un traitement thermique.
    • Réaliser des cordons de soudure à plat, bout à bout et d’angle sur différents matériaux et en analyser le comportement.

    Prérequis

    Science des matériaux (S3–S4), diagramme fer–carbone, procédés de soudage à l’arc, notions de RDM (contrainte, déformation).

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Classification des matériaux et essais de caractérisation mécanique
    2. Leçon 2 — Caractérisation microstructurale par analyse micrographique
    3. Leçon 3 — Trempabilité des aciers et traitements thermiques
    4. Leçon 4 — Réalisation de cordons de soudure sur différents matériaux

    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 (comptes rendus d’essais et de TP de soudage, quiz, TD) et examen terminal écrit.

    Bibliographie

    • Ashby, M. F. et Jones, D. R. H., Matériaux (tomes 1 et 2), Dunod.
    • Barralis, J. et Maeder, G., Précis de métallurgie, AFNOR / Nathan.
    • Callister, W. D., Science et génie des matériaux, Dunod.
    • Murry, G., Aide-mémoire Métallurgie, Dunod.
    • Normes NF EN ISO 6892-1 (traction), 6506-1 / 6507-1 (dureté), 148-1 (Charpy), 642 (Jominy).