Tenue en fatigue des assemblages soudés
Fatigue des assemblages soudés

La résistance des assemblages soudés soumis à un chargement cyclique est bien moindre que la résistance à la fatigue des métaux de base mis en jeu. Ces faibles performances en fatigue s’expliquent par la présence inhérente, au niveau de la soudure, de singularités géométriques, qui se traduisent par des concentrations de contraintes, et par les contraintes résiduelles de traction élevées, dues aux retraits de soudage.

Les différents défauts présents dans les soudures contribuent eux aussi à diminuer la résistance en fatigue.

De ce fait, la fissuration par fatigue est l’un des principaux modes de ruine pour les assemblages soudés. La connaissance de ce phénomène est assez récente, et n’est pas forcément bien intégrée par les ingénieurs.

L’ingénieur soudeur, lors de la réalisation d’une structure mécano-soudée, ou chaudronnée, craint, le plus souvent, les défauts métallurgiques (fissuration à froid, fissuration à chaud, etc.), ou les défauts opératoires (manque de fusion, porosité), car ceux-ci apparaissent généralement au stade de la fabrication. Quant aux ruptures ductiles par dépassement de la charge admissible, elles sont généralement bien prises en compte dans les codes de calcul. L’analyse des calculs aux éléments finis fait apparaître les zones dépassant les critères admissibles pour le matériau, généralement fondés sur la limite d’élasticité, ou la limite à rupture. En revanche, la rupture par fatigue est plus difficile à appréhender : ce n’est plus une contrainte maximale qui est recherchée mais un historique de chargement (variation et nombre de cycles) qui, dans de nombreux cas, ne peut pas être défini, compte tenu de la variété des sollicitations qu’aura à subir la structure ou l’élément mis en œuvre.

Cependant, les ruptures par fissuration par fatigue apparaissent dans près de 60 % des cas d’analyse de défaillances en service, loin devant les autres causes, qui peuvent être des problèmes de corrosion ou de rupture fragile.

Dans les causes principales ayant conduit à la rupture par fatigue, le défaut de conception est souvent existant, soit par méconnaissance du caractère particulier de la fissuration par fatigue, soit par difficulté d’appréhender les sollicitations qui seront subies. Cependant, des défauts de fabrication (manque de fusion, manque de pénétration, surépaisseur excessive) apparaissent dans un tiers des cas comme ayant contribué à la ruine.

La rupture par fatigue existe dans tous les secteurs d’activités : ponts, engins de manutention-levage, transport (routier, ferroviaire, aérien, naval), pompes, agitateurs, machinisme agricole, machines-outils, ponts, mobiliers métalliques, qu’ils soient urbains ou d’ameublement, etc.

Après avoir rappelé des notions sur le soudage et sur la fatigue, l’objectif de cet article est de présenter les différentes thématiques liées à la fatigue des assemblages soudés avec métal d’apport, en particulier au soudage à l’arc avec électrodes enrobées, sous flux en poudre, TIG, MIG/MAG et laser : la caractérisation du comportement par les essais et le dimensionnement de ceux-ci en service, ceci afin de mieux les concevoir et d’éviter des ruptures en service.