La sous-cotation est une pratique courante défauts de soudure en soudage qui affaiblit la résistance et la stabilité des structures soudées.
Alors, comment se produit la sous-cotation en soudage ? Il y a en fait plusieurs raisons à cela. Cela peut être dû à un courant ou à une vitesse de soudage mal réglé, à un angle ou une taille d'électrode mal choisi, ou même à une utilisation inappropriée du gaz de protection. Ces problèmes peuvent tous perturber le processus de soudage et conduire à une sous-cotation.
Comment devrions-nous gérer la sous-cotation en soudage ? Dans cet article, nous fournirons des explications détaillées aux professionnels du soudage expérimentés et aux débutants sur les causes, les dangers et les contre-mesures de la sous-cotation en soudage.
Qu’est-ce qu’une contre-dépouille en soudage ?
La contre-dépouille de soudage est la rainure ou la dépression indésirable formée le long des bords d'un joint soudé, le métal de base a fondu mais n'a pas été entièrement rempli par le métal d'apport. Il apparaît généralement sous la forme d'une encoche ou d'une indentation sur un ou les deux côtés du cordon de soudure. La profondeur et la largeur de la contre-dépouille peuvent varier, mais elle s'étend généralement dans le métal de base adjacent à la soudure.
Une contre-dépouille excessive peut affaiblir la résistance des joints soudés et générer une concentration de contraintes au niveau de la contre-dépouille, entraînant potentiellement des dommages structurels. En particulier pour le soudage d'aciers à haute résistance faiblement alliés, la structure des bords de la contre-dépouille est durcie, ce qui est plus susceptible de provoquer des fissures.
Veuillez vous référer au schéma ci-dessous pour un exemple visuel de découpe inférieure par soudage.
Types de contre-dépouille de soudage
Selon la position de la contre-dépouille en haut et en bas du cordon de soudure, elle peut être divisée en contre-dépouille externe (sur le côté avec la plus grande ouverture de rainure) et en contre-dépouille interne (sur le côté inférieur de la rainure).
Contre-dépouille externe
La contre-dépouille externe se produit généralement sur le côté de la plus grande ouverture d'un biseau, à savoir la surface extérieure du cordon de soudure. Sa principale caractéristique est la présence de rainures ou de dépressions visibles au bord ou au bout du cordon de soudure. La formation d'une contre-dépouille externe est souvent liée à des facteurs tels que le débit du bain de soudure, la vitesse de soudage, l'angle de soudage et le courant de soudage pendant le processus de soudage.
Si le bain de soudure ne remplit pas correctement le biseau pendant le soudage, ou si le métal fondu ne rétrécit pas correctement pendant le refroidissement, des rainures ou des dépressions peuvent se former au bord du cordon de soudure, appelées contre-dépouille externes.
La contre-dépouille externe affaiblit non seulement la résistance structurelle du cordon de soudure, mais peut également devenir une zone de concentration de contraintes, augmentant le risque de rupture du joint de soudure pendant le service.
Contre-dépouille interne
La contre-dépouille interne se produit sur la face inférieure du biseau, à l'intérieur du cordon de soudure, à la jonction du métal soudé et du métal de base. La formation d'une contre-dépouille interne est généralement due à un écoulement irrégulier et à la solidification du bain de soudure au bas du biseau pendant le processus de soudage.
Lors du soudage de plaques épaisses ou de l'utilisation de procédés de soudage multi-passes, une contre-dépouille interne peut se produire en raison d'un écoulement restreint du bain de fusion au bas du chanfrein ou d'un contrôle inapproprié des paramètres de soudage. Étant donné que la contre-dépouille interne est cachée dans le cordon de soudure et difficile à détecter directement par inspection visuelle, des méthodes de contrôle non destructives telles que les tests radiographiques et les tests par ultrasons sont nécessaires pour l'identification et l'évaluation.
La présence d'une contre-dépouille interne a également un impact négatif sur les performances du cordon de soudure, réduisant la capacité portante et la résistance à la corrosion du joint de soudure.
La figure suivante montre des exemples d'images électriques pour une contre-dépouille externe et une contre-dépouille interne.
En plus des contre-dépouilles externes et internes, les types de contre-dépouilles de soudage peuvent également être divisés dans les types suivants, comme indiqué dans le diagramme d'exemple :
Impact de la contre-dépouille de soudage sur les performances des composants
Sous charges statiques
- A l'état plastique du composant : La contre-dépouille réduit la section transversale du joint et augmente les contraintes locales. Si la contre-dépouille est parallèle à la contrainte appliquée et dans un état plastique, elle n'affectera pas de manière significative les performances du joint.
- Dans l'état fragile du composant : toute contre-dépouille augmente le risque de rupture fragile, avec des valeurs de contre-dépouille admissibles très faibles pour les matériaux à haute résistance ou les constructions soudées à parois épaisses.
Sous charges dynamiques
- Les rainures pointues des extrémités de soudure pénètrent dans les sections et provoquent la propagation de microfissures ; les rainures circulaires ne présentent aucune microfissure en surface.
- La relation entre la profondeur des contre-dépouilles et la résistance à la fatigue : Des contre-dépouilles plus profondes entraînent des réductions plus importantes de la résistance à la fatigue.
Corrosion
- Les contre-dépouilles ou les rainures de soudure dans des environnements corrosifs accélèrent la corrosion locale en raison de l'accumulation de produits de corrosion.
Les contre-dépouilles dans des environnements humides ou contenant des résidus métallurgiques présentent des risques plus importants. - Ces facteurs soulignent l'importance de minimiser les sous-cotations pour maintenir l'intégrité structurelle et les performances des composants soudés, en particulier dans des conditions de charge variables et dans des environnements corrosifs.
Causes profondes de la sous-cotation dans le soudage
La sous-cotation peut provenir de plusieurs facteurs. La contre-dépouille résulte d'un excès de chaleur, d'une vitesse de déplacement rapide, d'une taille d'électrode/de mastic inadaptée ou d'une mauvaise préparation des joints. Certaines causes courantes incluent :
Métal d’apport insuffisant
Plusieurs facteurs peuvent contribuer à un dépôt insuffisant de métal d’apport. L'utilisation d'une petite taille d'électrode limite la quantité de métal d'apport disponible pour la soudure. Une extension inappropriée de l'électrode, lorsque l'électrode dépasse trop loin de la torche de soudage, peut également réduire l'efficacité du transfert du métal d'apport. De plus, des angles d'électrode abrupts peuvent éloigner le métal d'apport des bords du cordon de soudure, entraînant une contre-dépouille.
Courant excessif
Un courant de soudage excessif peut faire fondre les bords du joint et s'écouler dans le bain de fusion, laissant des impressions ressemblant à des canaux de drainage sur toute la longueur de la soudure. De plus, un courant excessif peut entraîner une sous-cotation, une surchauffe de la racine, des brûlures et d'autres problèmes des deux côtés du cordon de soudure, en particulier dans les positions de soudage plates, verticales et horizontales, où des cordons de soudure peuvent se former à la racine ; dans les positions de soudage en hauteur, la racine peut présenter une concavité.
Soudage Vitesse lente
Le soudage à vitesse lente peut permettre aux bords du joint de fondre excessivement avant que le bain de fusion ne progresse. Cette fusion excessive des bords et leur écoulement ultérieur dans le bain de soudure peuvent créer des défauts de contre-dépouille.
Mauvaise technique de soudage
Dans la formation et l'enseignement du soudage, en raison de l'accent mis sur le respect des quotas de production, de nombreux travailleurs ont tendance à privilégier l'utilisation de courants plus élevés. Cependant, l'utilisation d'un courant trop élevé peut accélérer la fusion du métal de base, augmenter la taille du bain de fusion et empêcher le métal fondu de la baguette de soudage de remplir correctement la rainure formée par la fusion des bords du métal de base. En conséquence, la largeur du cordon de soudure devient suffisante, conduisant à une sous-dépouille.
Métal d’apport incorrect
L’utilisation d’un métal d’apport incorrect pour l’application de soudage peut créer des gradients de température plus importants entre le centre de la soudure et les bords. Ce chauffage inégal peut entraîner une fusion excessive des bords et un écoulement dans le bain de soudure, provoquant une contre-dépouille.
Compétences insuffisantes en soudeur
Les soudeurs débutants peuvent avoir du mal à éliminer les contre-dépouille dans les joints. Un mouvement incohérent de l'arc peut entraîner un chauffage et une fusion inégaux du métal de base. Un tissage incorrect, où l'électrode est déplacée selon un motif spécifique pour répartir le métal d'apport, peut entraîner une couverture inadéquate le long des bords du cordon de soudure. Une longueur d'arc excessive, qui correspond à la distance entre la pointe de l'électrode et le métal de base, peut réduire l'efficacité du transfert de chaleur et affecter la pénétration du métal d'apport. Une vitesse de déplacement lente, qui correspond à la vitesse à laquelle la torche de soudage se déplace le long du joint, peut également permettre à l'arc de rester trop longtemps dans une zone, faisant fondre un excès de métal de base et provoquant potentiellement une contre-dépouille.
Apport de chaleur
Un apport de chaleur excessif, en particulier lors de l'utilisation de courants de soudage élevés et de vitesses de soudage rapides, peut réduire le matériau dans la zone de la ligne de fusion, entraînant une sous-dépouille locale du pied de soudure. Lors du soudage de joints en T, l'utilisation d'un apport thermique plus important lors du soudage en un seul passage est plus susceptible de provoquer une sous-dépouille. En effet, la taille du bain de soudure est plus grande et le métal fondu s'affaisse avant de se solidifier en une forme triangulaire, laissant un espace sur la surface supérieure, entraînant une sous-dépouille.
Plus d'autres raisons
- Gaz de protection incorrect : une sélection ou un débit incorrect du gaz de protection peut affecter la protection du bain de fusion, entraînant une fusion incomplète et une contre-dépouille le long des bords de la soudure.
- Spécification du matériau de soudage : L'utilisation de matériaux de soudage de plus grande taille peut entraîner la fonte de parties excédentaires du métal de base pendant le soudage, entraînant une sous-cotation.
- Électrode amortie : Une électrode amortie peut provoquer une instabilité de l’arc, affectant le transfert de chaleur et de métal d’apport vers le joint. Cette instabilité peut contribuer au développement de défauts de contre-dépouille.
Risques liés aux contre-dépouilles de soudage
Les contre-dépouilles de soudage présentent de graves risques pour la qualité et la durabilité des joints. Ils affaiblissent l’intégrité structurelle, diminuent la capacité portante et favorisent une corrosion prématurée. Le principal danger est la réduction de la capacité portante, ce qui entraîne une concentration des contraintes, des fissures et potentiellement une défaillance structurelle complète. Il est crucial de remédier aux contre-dépouilles pour garantir la sécurité et la fiabilité des soudures.
Résoudre les problèmes de contre-dépouille
L'élimination des contre-dépouilles des cordons de soudure défectueux est une étape importante visant à corriger les erreurs dans le processus de soudage et à améliorer la qualité du soudage. Vous trouverez ci-dessous quelques suggestions et étapes pour aider à éliminer les défauts de contre-dépouille dans les cordons de soudure :
- Métal d'apport : Appliquez du métal d'apport supplémentaire sur les rainures ou les zones affectées par la contre-dépouille. Assurez-vous que le métal d'apport correspond à la composition de soudure d'origine et qu'il est appliqué avec précision pour se fondre parfaitement avec la soudure environnante.
- Nettoyage en profondeur : Avant la réparation, nettoyez soigneusement la zone affectée pour éliminer les scories, les débris et autres contaminants qui pourraient compromettre la qualité de la réparation. Utilisez des outils appropriés tels qu'une brosse métallique ou une meuleuse pour garantir une surface propre et lisse pour le soudage.
Comment éviter la sous-cotation du soudage
Pour éviter ou minimiser les contre-dépouille pendant le soudage, vous pouvez prendre plusieurs mesures et employer des techniques appropriées. Voici quelques stratégies pour aider à arrêter les contre-dépouilles lors du soudage :
Sélection correcte des paramètres de soudage
Assurez-vous que vous utilisez les paramètres de soudage corrects tels que le courant, la tension, la vitesse de déplacement et la taille/le type d'électrode, en fonction des spécifications de la procédure de soudage et du matériau à souder. Un ajustement approprié de ces paramètres peut aider à contrôler l’apport de chaleur et à garantir une fusion appropriée sans provoquer de contre-dépouille.
Selon les spécifications de soudage pertinentes, sélectionnez les paramètres du processus de soudage, cultivez une conscience de la qualité dans le travail quotidien, participez à diverses formations et normalisez sérieusement les exigences de soudage. Exemples de processus :
| Type de baguette de soudage | Gradation | Diamètre de la baguette de soudage/mm | Courant de soudage/A | Tension d'arc/V | Vitesse de soudage cm/min |
| E4303 | Première couche | 3.2 | 90-140 | 21-30 | 10-30 |
| Couche du milieu | 3.2 | 100-160 | 24-34 | 10-30 | |
| Couche externe | 4.0 | 130-220 | 21-37 | 10-35 | |
| Surface de couverture | 4.0 | 130-220 | 21-37 | 10-35 |
Choisir la bonne technique de soudage
Utilisez une technique de soudage appropriée, notamment en maintenant la vitesse de déplacement correcte, en maintenant une longueur d'arc constante et en utilisant le bon angle de soudage. Évitez les motifs de tissage trop larges et assurez un mouvement fluide et régulier le long du joint pour obtenir une fusion uniforme et minimiser le risque de contre-dépouille.
Soudage TIG
La technologie de soudage TIG est réputée pour son haut niveau de contrôle et de précision. Les soudeurs peuvent gérer avec précision le courant de soudage, la vitesse de soudage et l'utilisation du métal d'apport, garantissant ainsi des profils de cordon de soudure clairs sans contre-dépouille. De plus, il convient de noter qu’une fois le soudage terminé, il est nécessaire de faire la distinction entre mauvaise soudure et bonne soudure pour assurer la qualité et la fiabilité du joint soudé.
Soudage MIG
La technologie de soudage MIG se caractérise par une efficacité et une stabilité élevées, ce qui la rend adaptée au soudage automatisé et semi-automatique. Un réglage correct des paramètres de soudage, notamment la vitesse d'alimentation du fil, le courant de soudage et la tension, garantit une quantité suffisante de métal d'apport dans le joint de soudure, empêchant ainsi efficacement la sous-cotation. Le contrôle de la vitesse d’alimentation du fil est un facteur clé pour garantir un dépôt adéquat du métal d’apport dans le joint soudé.
Soudage au bâton
Le soudage à l'arc sous protection métallique (SMAW), communément appelé soudage à la baguette, est une méthode de soudage largement utilisée, connue pour son adaptabilité à des matériaux d'épaisseurs variables. En sélectionnant la taille d'électrode appropriée, en ajustant les angles de déplacement et de travail et en contrôlant la longueur de l'arc, la sous-dépouille peut être efficacement évitée, améliorant ainsi la qualité et la fiabilité du joint de soudure. De plus, le maintien d’une longueur d’arc appropriée et d’une vitesse de soudage stable est également crucial pour éviter les sous-dépouilles.
La soudure au laser
Le soudage au laser est une méthode de soudage de haute précision et à haute énergie adaptée au soudage de matériaux en feuilles minces. En raison de sa vitesse de soudage rapide et de sa petite zone affectée par la chaleur, il peut réduire efficacement l'apparition de sous-cotation. Cependant, le soudage au laser nécessite des exigences élevées en matière d'équipement et de techniques opérationnelles, nécessitant une formation et une expérience spécialisées pour garantir la qualité du soudage.
Préparez correctement le joint
Assurez-vous que le joint est correctement préparé avec l’angle de biseau, l’ajustement et la propreté corrects. Une bonne préparation du joint offre un meilleur accès au métal soudé et contribue à garantir une pénétration et une fusion adéquates le long du joint, réduisant ainsi le risque de contre-dépouille.
Maintenir le bon angle de soudage
L'angle entre le pistolet de soudage ou l'électrode et la pièce à usiner doit être maintenu dans une plage appropriée, généralement comprise entre 60° et 80°. Pour les opérations de soudage manuel, la ligne verticale entre la tête de soudage et la pièce doit être strictement contrôlée à environ 90 degrés et ajustée de manière appropriée en fonction des différentes positions de soudage.
Sélection du gaz de protection approprié
Différents procédés et matériaux de soudage nécessitent l'utilisation de différents types de gaz de protection. Par exemple, l'argon (Ar) est couramment utilisé comme gaz de protection pour le soudage de matériaux tels que l'acier inoxydable, les alliages d'aluminium et les alliages de titane en raison de ses propriétés inertes. Le dioxyde de carbone (CO₂), en revanche, est souvent utilisé pour le soudage de l'acier en raison de son coût relativement inférieur.
L'utilisation de gaz de protection incompatibles avec le processus de soudage et les matériaux assemblés peut entraîner une diminution de la stabilité de l'arc, une protection inadéquate des soudures et des risques accrus de sous-dépouille et d'autres défauts de soudage.
Angle d'électrode
Pendant le processus de soudage, même de légères variations de l'angle de l'électrode peuvent affecter considérablement la profondeur, la largeur et la forme du cordon de soudure. Un angle d'électrode incorrect peut entraîner une pénétration insuffisante du métal fondu dans le joint de soudure, conduisant à une sous-dépouille. Dans la plupart des cas, l'angle de déplacement doit légèrement présenter une position « traînante », d'environ 10 à 15 degrés, permettant au métal d'apport de refluer dans le joint de soudure.
Correction d'une profondeur de contre-dépouille excessive dans les joints de soudure
Pour les zones de contre-dépouille mineures, une meule peut être utilisée pour adoucir la transition. Lors de la sélection d'une meule, la grossièreté doit être déterminée en fonction de la taille et des exigences du cordon de soudure, généralement comprise entre 100 et 240 grains. Lors du meulage, il est important de contrôler la vitesse et la pression pour éviter un meulage excessif ou un endommagement du cordon de soudure.
Contrôles de prévention des sous-dépouilles lors du soudage
Avant le soudage, la réalisation d’une évaluation approfondie avant le soudage garantit des opérations plus fluides et une réduction des temps d’arrêt.
Définition et vérification des paramètres de la machine
- Inspectez et réglez minutieusement les paramètres de soudage, notamment les ampères, les volts, la vitesse du fil et la vitesse de déplacement, conformément aux spécifications de la procédure de soudage.
- Assurez-vous que tous les réglages sont précis et conformes aux normes de l’industrie et au matériau à souder.
Entretien et calibrage appropriés des machines à souder
- Effectuer des inspections pré-soudage pour vérifier l’état de l’équipement.
- Vérifiez la tension du dévidoir et des rouleaux pour garantir une alimentation en fil constante.
- Remplacez les revêtements de pistolet MIG usés pour maintenir un flux de métal d'apport stable.
- Vérifiez le débit de gaz de protection et réglez le régulateur en conséquence.
- Inspectez le pistolet ou la torche pour déceler toute accumulation de débris qui pourrait obstruer le flux de gaz.
- Vérifiez les tuyaux de gaz pour déceler tout dommage ou toute fuite susceptible de compromettre l'atmosphère protectrice.
Inspection des câbles de plomb et de terre
- Inspectez les câbles de connexion et de terre pour déceler toute usure, effilochage ou dommage pouvant entraîner une perte de courant au niveau de la flaque de soudure.
- Assurez-vous que toutes les connexions sont serrées et sécurisées pour maintenir un flux de courant optimal.
Préparation conjointe
- Vérifiez que la préparation du joint, y compris la taille de l'espace, l'ouverture de la racine et les angles de biseau, se situe dans les limites spécifiées afin de réduire le risque de sous-dépouille.
En effectuant ces contrôles complets avant soudage, vous pouvez réduire considérablement le risque de rencontrer des problèmes de sous-cotation lors des opérations de soudage.
Conclusion
Les contre-dépouilles de soudage peuvent compromettre l’intégrité des joints soudés, entraînant des défaillances structurelles potentielles. En comprenant ses causes et en mettant en œuvre les remèdes appropriés, les soudeurs peuvent produire des soudures de haute qualité avec un minimum de contre-dépouille, garantissant ainsi la fiabilité et la longévité des composants soudés.
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La profondeur de la contre-dépouille est mesurée à partir de la surface d'origine du métal de base jusqu'au point le plus bas de la rainure ou de la dépression le long du bout de la soudure. Cette profondeur peut varier en fonction de facteurs tels que les paramètres de soudage, les propriétés des matériaux et la technique de soudage, mais elle varie généralement d'une fraction de millimètre à plusieurs millimètres de profondeur.
Lorsqu'une contre-dépouille se produit, elle crée une rainure ou une dépression le long du métal de base adjacent à la soudure, ne laissant pas suffisamment de matériau d'apport pour adhérer efficacement. Ce manque de matériau peut conduire à des points de concentration de contraintes, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée sous charge ou contrainte.
Les dommages causés par la sous-cotation peuvent être réparés. Lorsque la profondeur de contre-dépouille est faible, ne dépassant pas 10 % de l’épaisseur du matériau de base, elle peut être lissée à l’aide d’une meuleuse ou d’une meule abrasive. Si la contre-dépouille est importante ou se produit dans des zones critiques, la réparation peut nécessiter un soudage. La réparation par soudure consiste à resouder la contre-dépouille pour remplir la rainure et restaurer l'intégrité du joint de soudure.
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Cet article a été rédigé par les ingénieurs de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen est un ingénieur et expert technique fort de 20 ans d'expérience en prototypage rapide et en fabrication de pièces métalliques et plastiques.
