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RÉSUMÉ
Le présent article concerne les assemblages soudés ou brasés d’alliages relevant de l’un des groupes : fontes, cuivre, nickel, titane et zirconium. Un bref rappel des propriétés physiques et chimiques caractérisant chaque groupe est précisé, suivi par une description de leur comportement en soudage ou brasage. Les caractéristiques des alliages, et les critères de choix des procédés d’assemblage les plus appropriés, sont présentés, au regard des documents normatifs en vigueur spécifiant sous quelle forme les produits existent ainsi que leur état métallurgique.
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Alain MICHEL : Ingénieur CNAM et ESSA - Expert, chargé de cours, Institut de Soudure Industrie, Villepinte, France - École Supérieure du Soudage et de ses Applications, Yutz, France
INTRODUCTION
Cet article aborde les conditions d’assemblage par soudage, brasage ou soudo-brasage de diverses familles d’alliages que sont :
-
les fontes ;
-
le cuivre et ses alliages ;
-
le nickel et ses alliages ;
-
le titane, le zirconium et leurs alliages.
Les spécificités, que présentent chacune des familles étudiées, tant sur le plan de leur mise en forme, que celui de leurs propriétés physiques et chimiques, leur confèrent des applications précises dans de nombreux secteurs industriels de la construction mécanique soudée.
Après une présentation des propriétés physico-chimiques nécessaires à la compréhension des problèmes métallurgiques posés par la soudabilité ou la brasabilité des diverses familles, l’article présente, au travers d’une classification fonctionnelle, les caractéristiques des alliages susceptibles d’être approvisionnés selon les documents normatifs en vigueur, et précise par ailleurs leur comportement lors du soudage ou du brasage. Est également abordé le choix du procédé d’assemblage le plus approprié dans le cas de liaison homogène, tout autant que celui de liaison hétérogène avec notamment les diverses nuances d’acier. L’article aborde également la justification et les conditions dans lesquelles s’effectuent les traitements post-assemblages. Enfin, s’agissant d’un article délibérément destiné à la conception de structures mécaniques, il est évoqué dans le cas des fontes les bases d’un dimensionnement des assemblages soudés ou brasés.
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4. Titane, zirconium et alliages
4.1 Caractéristiques physiques du titane et zirconium non allié
À l’état recristallisé, les caractéristiques physiques du titane et du zirconium de haute pureté, qui sont deux éléments chimiques disposés dans la même colonne du tableau périodique, sont voisines et regroupées dans le tableau 4.
Ti et Zr présentent une forte réactivité vis-à-vis des gaz atmosphériques. L’oxygène, en particulier, forme aux températures voisines de l’ambiante, un film mince et uniforme (TiO2, ZrO2), qui donne lieu à une passivation de la surface. Avec l’élévation de température, le film se colore et s’épaissit (300 °C environ). Au-delà de 500°C, la couche d’oxyde épaisse devient poreuse, friable et s’accompagne d’une diffusion d’oxygène dont la solubilité dans la phase α sous-jacente est très élevée. La contamination produit un durcissement et une perte de ductilité de la matrice qui ne sont pas réversibles. L’azote donne lieu à une nitruration qui se produit de façon analogue à plus haute température et avec une plus faible vitesse de diffusion.
De son côté, l’hydrogène diffuse dès l’ambiante dans la phase α et forme un hydrure accompagné d’un gonflement, mais le phénomène est ici réversible par dégazage sous vide à température. La tenue à la corrosion du Ti et Zr est excellente dans les milieux marins, ainsi que vis-à-vis de la plupart des acides minéraux et des solutions chlorurées.
Le comportement mécanique du Ti et Zr non allié étant conditionné par la présence d’impuretés (O2, N2, C), diverses nuances de ces métaux sont disponibles et correspondent à des teneurs différentes principalement en O2.
L’existence d’une transformation allotropique sur chacun des deux métaux permet une diversité de mécanismes de durcissement des alliages, qui font l’objet d’un classement basé sur la(les) phase(s) observable(s) à l’équilibre à l’ambiante. Dans le cas du Ti, le durcissement des alliages confère un indice de performance...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - NF EN ISO 4063. – Février 2011. Soudage et techniques connexes – Nomenclature et numérotation des procédés.
-
(2) - * - NF EN ISO 1071. – Février 2016. Produits consommables pour le soudage – Électrodes enrobées, baguettes et fils fourrés pour le soudage par fusion de la fonte – classification.
-
(3) - * - EN ISO 6947. – Octobre 2019. Soudage et technique connexes – Positions de soudure.
-
(4) - * - NF EN ISO 2560. – Décembre 2009. Produits consommables pour le soudage – Électrodes enrobées pour le soudage manuel à l’arc des aciers non alliés et des aciers à grains fins – Classification.
-
(5) - LAPLANCHE (H.) - Les fontes et leurs traitements thermiques – Métallurgie structurale. - PYC Edition, Paris (1975).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Tuyaux et raccords en fonte, leurs assemblages et accessoires destinés à l’évacuation des eaux, des bâtiments – Prescriptions, méthodes d'essais et assurance qualité. - NF EN 877 - Novembre 1999
-
Fonderie – Fontes à graphite lamellaire. - NF EN 1561 - Décembre 2011
-
Fonderie – Fontes malléables. - NF EN 1562 - Mars 2019
-
Fonderie – Fontes à graphite sphéroïdal. - NF EN 1563 - Août 2018
-
Fonderie – Fontes ausferritiques à graphite sphéroïdal. - NF EN 1564 - Décembre 2011
-
Fonderie – Fontes austénitiques. - NF EN 13835 - Mars 2012
-
Fonderie – Fontes à graphite vermiculaire (compacté). - NF EN 16079 - Janvier 2012
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