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Etude des soudures dans la fabrication des mts doliennes
Auteur : KHLAFA Nama PolytechNantes, Spcialit Matriaux (4me
anne).
Tuteur PolytechNantes : PAILLARD Pascal PolytechNantes,
Responsable de formation initiale et internationale en soudage.
Tuteur Entreprise : GUENEGO Jean-Marie DLM, Directeur des
Oprations, Responsable Fabrication.
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Remerciement
Je remercie lensemble du service soudage de DLM (ingnieurs,
prparateurs et soudeurs) qui mont aid lors de mon stage. Ils ont
rpondu mes interrogations latelier. Tous les membres de lquipe ont
t dune aide prcieuse travers leurs explications et leurs
conseils.
Je remercie tout particulirement Asmaa Tinzifit (prparatrice
soudage) qui ma expliqu toutes les procdures suivre lors de
llaboration dun cahier de soudage. Elle a t dune aide indispensable
lors de mon apprentissage.
Je tiens remercier galement le Service Ressources Humaines qui a
su mintgrer au sein de lentreprise (transport, restauration,).
Je remercie mon responsable de stage Jean-Marie Guenego qui a
trouv le temps de maccueillir, de rpondre mes interrogations et de
me diriger lors de mon tude.
Enfin, je remercie Driss Lamrani et Bostan Robert (ingnieurs
soudeur) qui mont appris lors de cette priode de stage limportance
du soudage et ses nombreuses applications.
Cette exprience sest donc avre tre une exprience enrichissante
tant sur le plan humain que sur le plan de lapprentissage du mtier
dingnieur soudeur.
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3
Sommaire
Introduction.............................................................................................................................................................
4 Chapitre 1 Prsentation de lentreprise :
..............................................................................................................
5
1. Historique de lentreprise :
.............................................................................................................................
5 2. Objectifs de DLM :
........................................................................................................................................
5 3. Sites de production :
.......................................................................................................................................
5 4. Processus dacheminement des pices :
.........................................................................................................
5 5. Sensibilisation aux risques et la scurit :
...................................................................................................
7
Chapitre 2 Soudage :
............................................................................................................................................
7 1. Prparation du DMOS
:..................................................................................................................................
7 2. Mtal de base
:................................................................................................................................................
8 3. Procds de soudage :
....................................................................................................................................
8
3.1. Soudage larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode
fourr : ................................................. 8 3.2.
Soudage larc avec lectrode enrobe
:................................................................................................
9 3.3. Soudage larc sous flux en poudre :
...................................................................................................
10
Chapitre 3 - Paramtres de soudage :
....................................................................................................................
11 1. Soudure longitudinale et circulaire
:.............................................................................................................
12
1.1. Premire passe :
....................................................................................................................................
12 1.2. Deuxime passe :
..................................................................................................................................
13 1.3. Troisime passe :
..................................................................................................................................
14
2. Soudure de la porte
:.....................................................................................................................................
14 2.1. Mesure des paramtres :
.......................................................................................................................
14 2.2. Rgimes du soudage MAG fil fourr
:..................................................................................................
15
Chapitre 4 Contrle non destructif :
...................................................................................................................
16 1. Ultrason :
......................................................................................................................................................
16 2. Magntoscopie :
...........................................................................................................................................
17 3. Contrle dimensionnel :
...............................................................................................................................
17
Chapitre 5 Dfauts et rparations :
....................................................................................................................
18 1. Types de dfauts
:.........................................................................................................................................
18
1.1. Soufflures :
...........................................................................................................................................
18 1.2. Caniveaux :
...........................................................................................................................................
18 1.3. Manque de pntration :
.......................................................................................................................
18 1.4. Inclusion de laitier :
..............................................................................................................................
18 1.5. Inclusion de flux :
.................................................................................................................................
18 1.6. Fissure :
................................................................................................................................................
18
2. Rparations
:.................................................................................................................................................
19 2.1. Gougeage lArc-air :
..........................................................................................................................
19 2.2. Meulage :
..............................................................................................................................................
19 2.3. Rparation par rechargement
:..............................................................................................................
20
3. Taux de rparations :
....................................................................................................................................
20 Chapitre 6 Essai dun nouveau fil fourr :
.........................................................................................................
20
1. Prparation des prouvettes
:.......................................................................................................................
21 2. Fiche technique du fil fourr
:.................................................................................................................
22 3. Soudage avec le fil fourr
:..........................................................................................................................
22
3.1. Paramtres de soudage :
.......................................................................................................................
22 3.2. Conditions de soudage
:........................................................................................................................
23
4. Rdaction dun DMOS-P :
...........................................................................................................................
23 5. Essais destructifs :
........................................................................................................................................
24
5.1. Essais de duret Vickers HV10 :
..........................................................................................................
24 5.2. Essais de flexion par choc :
..................................................................................................................
25 5.3. Analyse macrographique :
....................................................................................................................
26 5.4. Essais de traction :
................................................................................................................................
27 5.5. Essais de pliage :
..................................................................................................................................
27
Conclusion
............................................................................................................................................................
28 Annexe
..................................................................................................................................................................
29
Bibliographie.........................................................................................................................................................
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Introduction
Delattre Levivier Maroc est la premire entreprise au Maroc
ouvrir un site de fabrication de mts dolienne. En 2011, lentreprise
tait en charge de la fabrication de 22 mts dolienne. 44 tours
seront fabriques lors de cette deuxime commande.
Un mt dolienne est divis en 3 tronons (suprieur, medium et
infrieur) eux-mmes composs de plusieurs viroles cintres. Le tronon
suprieur comprend 13 viroles, le mdium comprend 8 viroles et le
tronon infrieur comprend 6 viroles. Dans chaque tronon, la premire
et dernire virole est soude une bride. Ce systme permet ainsi
lassemblage des tronons entre eux laide de boulons. Il y a deux
types de soudures, la soudure longitudinale et la soudure
circulaire. Cest au niveau du tronon infrieur que se trouve la
porte.
Lors de la premire commande, de nombreuses rparations ont eu
lieu au niveau des soudures de la porte ralises larc sous
protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr (Procd 136). Elles
taient dues une forte paisseur de la porte (100 mm). Dornavant,
lpaisseur slvera 50 mm.
Lobjectif du stage est dtudier le processus de fabrication des
mts dolienne et en particulier ltude des soudures, les diffrents
procds utiliss, les paramtres appliquer et le suivi des dfauts et
leurs rparations. De plus, jai t charge dtudier un nouveau fil pour
le soudage MAG avec fil-lectrode fourr que lentreprise souhaiterait
utiliser la place du fil actuel. Ainsi, jai travaill sur
llaboration dune nouvelle qualification de procd de soudage (QMOS)
et sur le suivi des essais destructifs.
Figure 1- Viroles cintres
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Chapitre 1 Prsentation de lentreprise :
1. Historique de lentreprise :
Delattre Levivier Maroc est une entreprise spcialise dans la
chaudronnerie lourde, la tuyauterie et la construction mtallique
lourde et moyenne au Maroc et ltranger depuis 60 ans. Elle ralise
ltude, la fabrication et le montage dquipements pour diffrents
marchs. Cette entreprise propose une offre de service intgre,
personnalise dans des secteurs dactivits hautement stratgiques et
porteurs (cimenterie, industries chimiques, industries ptrolires et
gazires, nouvelles nergies). DLM se lance aujourdhui sur trois
nouveaux secteurs porteurs : lexport (prsence renforce en Afrique
et Moyen Orient), lolien (construction dune nouvelle ligne de
production) et loffshore ptrolier (plates-formes, installations
sous-marines et fabrication dquipements de production sous-marine).
Leffectif moyen slve 1400 employs. DLM a cr en 2008 un nouveau site
de production de mts dolienne Tit Mellil avec une capacit de 300
tours par an sur une superficie de 100 000 m2. Son principal client
dans ce domaine est Siemens.
2. Objectifs de DLM :
Les objectifs de DLM sont de satisfaire les besoins du client en
tant son coute, garantir des conditions de travail optimales de
sant et scurit de lensemble du personnel, prserver lenvironnement
en matrisant les impacts sur le sol, leau, lair et le milieu
naturel et de contrler et rduire les dchets et la consommation
dnergie et des ressources naturelles.
3. Sites de production :
DLM est rparti en trois sites de production (le sige social,
latelier et le chantier). Le sige social se trouve Ain Seba. Cest
une unit spcialise dans les travaux de chaudronnerie lourde et
moyenne, tuyauterie industrielle et charpente mtallique tale sur 36
000 m2. Latelier se situe Tit Mellil. Cest une unit spcialise dans
la fabrication des mts doliennes. Le chantier est rserv aux travaux
de maintenance industrielle (20 000 m2). Lentreprise assure une
traabilit de tous ses processus depuis la rception des matires
premires jusqu la livraison des travaux.
4. Processus dacheminement des pices :
DLM rpond un appel doffre fait par le client. Chaque affaire est
suivie par un chef de projet et un charg daffaire. La conception
des schmas et des plans de pice est ralise soit par le bureau dtude
de DLM soit par un cabinet rattach au donneur dordres. Puis, ils
sont remis au bureau dtude et au service traage travaillant en
collaboration. Le bureau dtude tudie la composition de chaque
constituant de la pice et labore une nomenclature qui servira au
service achat pour acheter les matires premires. Le service traage
labore les dossiers techniques pour la fabrication. Ces tapes ont
lieu au sige social situ An Seba Casablanca. Le dbit correspond
larrivage de la matire premire latelier situ Tit
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Mellil. A latelier, le travail de la matire est ralis en suivant
diffrentes tapes comme le pliage, le cintrage et le laminage.
Lassemblage des mtaux en feuille, des tles, des tubes et des
profils se fait partir des plans. DLM procde ensuite lassemblage en
recourant aux techniques et aux procds de soudage. Le soudage est
ralis par des soudeurs qualifis en suivant le mode opratoire de
soudage. Ce dernier est ralis par des oprateurs soudeurs en
collaboration avec lingnieur soudeur. Puis, ont lieu les contrles
non destructifs tels que le ressuage, la magntoscopie, les
radiographies et ltude des soudures par ultra son. Une fois la pice
contrle, les traitements de surface sont raliss et permettent
dviter la rouille de la matire premire. Les travaux de montage
permettant lobtention de la pice finale ont lieu sur le
chantier.
Figure 1 Processus dacheminement des pices
APPEL DOFFRE
AFFAIRE N
BUREAU DETUDE
ACHATS
TRACAGE FABRICATION
DEBIT
TRAVAIL DE LA MATIERE
ASSEMBLAGE SOUDAGE
CONTROLE NON
DESTRUCTIF
TRAITEMENT DE SURFACE
LIVRAISON SUR
CHANTIER TRAVAUX MONTAGE
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5. Sensibilisation aux risques et la scurit :
Une formation la scurit latelier est dispense chaque nouvel
employ.
Dans un espace confin, des rgles sont respecter afin de garantir
la scurit de chaque employ :
1) Informer le personnel environnant lorsquun soudeur ralise une
soudure dans un espace confin. En effet, le soudeur doit informer
au moins un autre employ qui doit tre lextrieur pour le surveiller
en cas dasphyxie;
2) Avoir disposition des extincteurs, extracteurs et une lampe
(24V) ; 3) Mettre en place une ventilation.
En cas dincendie, quatre types extincteurs sont disposition : 1)
Lextincteur poudre (utilis dans les usines), la flamme pouvant
atteindre jusqu 3
m. 2) Lextincteur CO2 (utilis dans les usines) peut teindre une
flamme de 1 m. Il est
utilis car le CO2 ne dtriore pas les composants lectriques. 3)
Lextincteur mousse (utilis dans les bacs ptroliers) ; 4)
Lextincteur leau pulvrise (utilis dans les hpitaux).
Chapitre 2 Soudage :
1. Prparation du DMOS :
Le charg daffaire rpond un appel doffre et transmet le dossier
au service soudage. Il leur fournit les plans, les conditions de
fabrication (spcification client), les normes en application. Les
prparateurs soudage tudient le type de soudures, la matire souder,
lpaisseur et le type de contrle non destructif appliquer. Si les
qualifications des modes opratoires de soudage (QMOS) et
qualification des soudeurs (QS) sont disponibles, il sen suit la
prparation des modes opratoires de soudage, le reprage des soudures
et des MOS dans le but de faciliter la lecture du plan et le
remplissage du registre de soudage (repre soudure, mode opratoire
se rfrant et ltendue de contrle). Le registre de soudage permet un
suivi de chaque soudure (soudeurs, numro de lot, numro du mtal
dapport, numro des PV des CND). Si elles ne sont pas disponibles,
de nouvelles QMOS sont ralises.
Avant soudage, les dimensions des tles sont contrles (diagonale,
paisseur). Les tles sont livres avec ou sans chanfrein en X
latelier. Les chanfreins en X permettent de diminuer le volume de
mtal dposer et limitent ainsi la dformation des tles aprs soudage.
Ils ont pour but damliorer la rsistance du joint soud en permettant
un accs total sur lpaisseur de la pice souder. Une fois le contrle
dimensionnel ralis, la tle est cintre.
Figure 2-Cintreuse
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2. Mtal de base :
Le mtal de base des viroles est S355J2+N. Cest un acier de
construction dont la limite dlasticit est dau moins 355 MPA et dont
la rsilience est garantie -20C. Cest un matriau normalis cest--dire
que cest un acier trait mcaniquement avec des grains uniformes et
fins. Sa composition chimique est rpertorie dans le tableau suivant
:
Mn% P% S% C% Si% Al% Cu % 1,460 0,014 0,005 0,178 0,340 0,034
0,018
Nb % Ni % Cr % V % Mo % Ti % Fe% 0,014 0,008 0,018 0,003 0,001
0,003 97,9
Tableau 1-Composition chimique du S355J2+N (%)
Lors des essais pour llaboration de nouvelles QMOS, les
prouvettes sont en S355NL. Cest un acier de construction dont la
limite dlasticit est dau moins 355 MPA et appartenant au mme groupe
que le mtal de base. Dautres mtaux sont utiliss dans la fabrication
des mts dolienne (S355JO et S355JR). S355JO garantit une rsilience
0C alors que S355JR est un acier de construction lamin chaud qui
garantit une rsilience +20C.
3. Procds de soudage :
Lors de la fabrication des mts doliennes, les principaux procds
utiliss sont le soudage larc sous protection de gaz actif avec
fil-lectrode fourr (136), le soudage larc llectrode enrobe (111) et
le soudage larc sous flux en poudre (121).
3.1. Soudage larc sous protection de gaz actif avec fil-lectrode
fourr :
3.1.1. Principe :
Cest une technique de soudage semi-automatique utilise dans le
soudage de la porte dans le tronon infrieur du mt. Un arc lectrique
est cr et entretenu entre le fil fourr et la pice souder. Le
courant est continu. La vitesse de dvidage du fil est
proportionnelle lintensit de soudage. Lnergie fait fondre le fil
fourr (poudre mtallique enrobe dune gaine du mme mtal) et la pice
assembler pour constituer le bain de fusion. Lutilisation dun fil
fourr permet daugmenter la productivit. En effet, la rsistance dun
fil fourr est suprieure celle dun fil nu donc il fond plus vite et
la vitesse de dvidage du fil est augmente. Le bain de fusion est
protg par un gaz actif (CO2+Ar). Le fil fourr est plac dans un
dvidoir motoris automatique puis il est droul du dvidoir la sortie
de la buse.
Ce procd permet davoir une forte productivit par rapport au
soudage par lectrode enrobe et TIG. La vitesse de soudage est plus
importante et il permet une large gamme dpaisseur. Il y a une
meilleure stabilit de larc car la densit de courant est plus
importante. Cette technique permet le soudage dans les deux sens.
Cependant, il y a de nombreuses projections et un risque de collage
en court circuit.
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Figure 3- Schma de principe du soudage MAG
3.1.2. Mtal dapport :
Le mtal dapport est T46-4 MM1. Cest un fil fusible dont le
diamtre est de 1,2 mm. Le diamtre des fils fourrs stend de 1 4 mm
(selon la norme NF A 81-310). Le gaz protecteur est du M21, il est
compos de 82% dAr et 18% de CO2. Avant utilisation, le mtal dapport
est conserv ltuve 70C afin de minimiser la teneur en hydrogne.
3.2. Soudage larc avec lectrode enrobe :
3.2.1. Principe :
Cest un procd de soudage qui consiste unir avec une lectrode de
mtal dapport enrobe deux pices de mtal de mme nature en fusionnant
leurs bords. La fusion de lenrobage dgage un gaz qui protge le bain
de fusion. Le courant est soit continu soit alternatif en fonction
de lenrobage. Dans la majorit des cas, le courant est continu en
polarit inverse.
Cette technique est utilise pour souder une grande varit de
mtaux et alliages (acier doux, aciers allis et fortement allis, le
nickel, fonte). Il est facile mettre en uvre. Il est dconseill pour
le soudage de tles dont lpaisseur est infrieure 2,5 mm (risque
deffondrement du bain de fusion). Cest un procd lent avec un faible
taux de dpt.
Figure 4-Schma de principe du soudage l'arc avec lectrode
enrobe
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3.2.2. Mtal dapport :
Le mtal dapport est llectrode fusible positive E7018-1 dont le
diamtre est de 4 mm. Les diamtres normaliss standards stendent de
1,6 6 mm. Llectrode est compose dune me en acier, enrobe dune
matire assurant la protection du bain de fusion (enrobage basique).
Les lectrodes enrobage basique sont trs sensibles lhumidit, un
tuvage avant utilisation est indispensable. Le laitier se dtache
facilement.
C% Si% Mn% P% S% min - 0,20 1,00 - - max 0,10 0,60 1,50 0,025
0,025
Tableau 2-Composition chimique (%) du mtal d'apport E7018-1
Lenrobage de llectrode assure trois rles : - Un rle lectrique :
en favorisant lionisation de la colonne darc entre la pice souder
et llectrode. Ainsi, cela permet lamorage et la stabilit de
larc.
- Un rle physique et mcanique : en soutenant le mtal fondu aprs
avoir t transform en laitier. Il a un rle de guidage, un cratre en
bout dlectrode se forme de par un retard la fusion de
lenrobage.
- Un rle mtallurgique : en protgeant le bain de fusion et larc
lectrique de lair ambiant contre loxydation grce sa composition
chimique. Aprs fusion, lenrobage dgage des gaz protecteurs et des
lments avides en oxygne.
3.3. Soudage larc sous flux en poudre :
3.3.1. Principe :
Cest une technique de soudage automatique qui est utilise
principalement pour la deuxime et troisime passe dans le soudage
des viroles (soudure longitudinale et circulaire). La tte de
soudage est guide laide dune potence. Larc lectrique et le bain de
fusion sont recouverts par une poudre granuleuse (flux). Larrive du
mtal est coaxiale larc de soudage. Il y a un risque de fissuration
chaud. Ce procd ncessite une forte intensit. Le courant est continu
en polarit inverse.
Figure 5- Soudage larc sous flux en poudre
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Ce procd de soudage permet un dpt de bonne qualit (taux de dpt
lev), des cordons lisses. Il ny a pas de projections, ni de fumes,
larc est invisible. Cependant, cest une installation coteuse, rserv
aux grandes longueurs de soudage.
3.3.2. Mtal dapport :
Le mtal dapport est llectrode fusible SD3/EH12K de diamtre 3,2
mm.
C% Mn% Si% S% P% Ni% Cr% Cu% Al% Mo% 0,107 1,744 0,304 0,007
0,011 0,013 0,046 0,065 0,002 -
Tableau 3-Composition chimique du mtal d'apport SD3/EH12K
(%)
3.3.3. Flux :
Le flux en poudre utilis est F7 A8. Cest une poudre granuleuse
qui recouvre et protge le bain de fusion. Le flux a un rle
lectrique, physique et mtallurgique. Il existe deux familles de
flux :
MnO TiO2 CaO CaF2 Fe2O3 SiO2 Al2O3 MgO P2O5 0,90 1,97 5,96 26,63
1,12 12,75 18,35 31,0 0,020
Tableau 4-Composition chimique du flux (%)
-les flux fondus : Ils ont une structure granulaire. Ils sont
obtenus aprs fusion au four, broyage puis tamisage. La granulomtrie
a une influence sur la soudabilit opratoire. En effet, si les
grains sont fins, il y a une meilleure mouillabilit alors que la
pntration est moins bonne. Si les grains sont gros, le dgazage est
facilit.
-les flux agglomrs : Ce sont des grains compacts. Ils sont
obtenus aprs granulage et schage au four. Ils sont sensibles la
reprise dhumidit et le laitier est facilement dtachable. Le flux
est tuv ou calcin avant utilisation. A latelier, ce sont les flux
agglomrs qui sont utiliss.
Le taux dhydrogne li au mtal dpos est de 3,8 ml/100g et celui
dhydrogne diffusible dans le mtal dpos est 1,5 ml/100g. On garantie
ainsi un faible taux dhydrogne pour limiter lapparition de
microfissures.
Chapitre 3 - Paramtres de soudage :
Les paramtres de soudage dpendent la fois de lpaisseur des tles,
de la position de soudage et du diamtre de fil. Lintensit de
soudage a un effet sur la pntration et sur lpaisseur du cordon de
soudure. Plus lintensit augmente, plus la pntration augmente.
Cependant, plus la vitesse de soudage augmente, plus la largeur, la
pntration et lpaisseur du cordon de soudure diminue. Le tableau
suivant montre lvolution des paramtres de soudage :
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Paramtres Valeur Largeur Pntration Intensit de soudage + - +
Vitesse de dvidage du fil + - + Tension de soudage + + - Vitesse
de soudage + - -
Tableau 5- Evolution des paramtres de soudage + : augmentation -
: diminution
1. Soudure longitudinale et circulaire :
En gnral, trois passes sont effectues pour les soudures
longitudinales et circulaires dune virole selon le schma suivant
:
Figure 6-Identification des diffrentes passes des soudures
longitudinales et circulaires
Dans les deux cas, larc est lgrement inclin dans le sens du
soudage.
1.1. Premire passe :
La premire passe de soudage seffectue lintrieur de la virole
cintre par le soudage larc avec lectrode enrobe. Il sagit de la
passe de pntration. Le rglage de lintensit prend en compte le
diamtre de llectrode utilise ( lectrode ). Le calcul suivant permet
de dfinir une intensit moyenne dutilisation qui sera ajust aprs
essais et selon la position de soudage :
Lintensit varie de 70 200 A. Si lintensit est peu leve, de
nombreux dfauts apparaissent (manque de pntration, inclusions). Si
lintensit est trop leve, des caniveaux peuvent apparaitre et il y a
un risque de projections importantes. Il est prfrable davoir une
intensit suprieure la plage dintensit courante. Ici, lintensit
applique sera de lordre de 150 A. La tension peut tre calcule
approximativement par le calcul suivant :
)(04,020)( AIVU += pour I < 600 A
Lors de cette tude, la tension est de lordre de 26 V.
)1(50)( = lectrodeAI
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Figure 7- Soudage de la 1re passe
Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)
Energie de soudage (kJ/cm)
130-140 22-24 12 14,3-16,8
Tableau 6- Paramtres de soudage exprimentaux
Le tableau ci-dessus reprsente les plages des paramtres de
soudage exprimentaux. Ils respectent les paramtres de soudage des
MOS et des calculs.
1.2. Deuxime passe :
La deuxime passe est une passe de remplissage. Elle est ralise
par larc submerg. Lintensit influe sur la pntration mais peu sur la
largeur du cordon et sur la surpaisseur. Si lnergie linaire est
trop leve, la rsilience diminue et si lintensit est trop faible, il
y a un manque de pntration. La tension peut tre calcule
approximativement par le calcul suivant :
)(02,020)( AIVU += pour I < 1000 A.
Si la tension est trop forte, la largeur du cordon et la
consommation de flux augmentent. Pour une granulomtrie normale de
flux, le taux de consommation du flux est de 1,3 1,4 kg de flux
pour 1 kg de fil. Il y a aussi un risque de caniveaux. Si la
tension est trop faible, les cordons sont bombs. Si la vitesse de
soudage est importante, le cordon est troit. Le diamtre du fil
varie inversement avec la densit de courant et la pntration.
Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)
Energie de soudage (kJ/cm)
450-550 28-32 34-38 19,9-31,1
Tableau 7-Paramtres de soudage thoriques
Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)
Energie de soudage (kJ/cm)
500 28-30 34-36 24,8 550 30 34-36 28,3
Tableau 8-Paramtres de soudage exprimentaux
VIU
cmKJE 60)/( =
Exprimentalement, les plages dintensit doivent tre respectes
(voir tableau 7 et 8).
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Lpaisseur intervient peu dans les paramtres de soudage.
Cependant, ce facteur est prendre en compte en cas dune diffrence
dpaisseur trop importante (par exemple dans le soudage de la
porte).
1.3. Troisime passe :
La troisime passe est une passe de finition. Elle est ralise par
larc submerg. Lintensit est augmente.
Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)
Energie de soudage (kJ/cm)
500-650 28-32 40-46 18,3-31,2
Tableau 9- Paramtres de soudage thoriques
Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)
Energie de soudage (kJ/cm)
630 32 40 30,2 630 31 40 29,3
Tableau 10-Paramtres de soudage exprimentaux
2. Soudure de la porte :
Le soudage de la porte seffectue laide du soudage larc sous
protection de gaz actif avec fil-lectrode fourr.
Figure 8- Schma de prparation de la soudure de la porte
2.1. Mesure des paramtres :
Lintensit varie de 100 300 A. La tension peut tre calcule
approximativement par la formule suivante :
)(05,014)( AIVU += pour I < 600 A.
Passes Intensit (A) Tension (V) Vitesse de soudage (cm/min)
1 190-230 23-25 15-19 (2-N) + (3+N) 250-300 27-30 24-30
Tableau 11-Paramtres de soudage thoriques
-
15
La tension et lintensit sont affiches sur le poste de soudage.
Cependant, il peut y avoir une diffrence de tension entre la valeur
affiche et celle rellement utilise cause des pertes magntiques. En
effet, si le cble est mal dploy par exemple, des pertes magntiques
peuvent avoir lieu. On utilise donc une pince multimtre pour
mesurer la tension et lintensit relle applique. De plus, le dbit de
gaz en l/min est peu prs gal au diamtre de la buse en mm. Enfin, la
vitesse de soudage peut tre contrle en mesurant le temps (min) mis
dans la ralisation dune soudure (en cm).
2.2. Rgimes du soudage MAG fil fourr :
Le soudage de la porte seffectue dans un rgime par
court-circuit. Cest le rgime le plus utilis. Il assure une bonne
pntration. Il existe trois modes de transfert du fil vers la pice
dans larc. Ils sont fonction de la valeur de lintensit, de la
tension de soudage et du gaz ou mlange gazeux utilis :
-le transfert par court-circuit (short-arc): Il intervient pour
une valeur de tension et intensit faible. Il se caractrise par la
formation dune goutte en bout de fil venant en contact avec le bain
liquide. Le mtal se dpose par gouttes dans le bain de fusion par
une srie de courts-circuits entre le fil dapport et le mtal souder.
Les gouttes se dtachent par effet de pincement d aux forces
lectromagntiques. Larc est court et instable. Cette technique
permet de souder de faibles paisseurs. Il est utilis pour les
passes de pntration (premire passe).
Figure 9-Schma dun cordon de soudure aprs rgime par
court-circuit
-le transfert globulaire : Il sagit dun rgime intermdiaire entre
le rgime par court-circuit et le rgime par pulvrisation axiale. Il
y a un risque dclaboussures important et les projections sont
difficiles viter. Les tensions et intensits sont de valeur moyenne.
Il se caractrise par une croissance lente des gouttes. Lintensit
ntant pas suffisante pour expulser la goutte, celle-ci va grossir
jusqu tomber sous son propre poids. La pntration est moins prononce
quen court-circuit. Il est utilis pour les passes de
remplissage.
Figure 10-Schma dun cordon de soudure par rgime globulaire
-le transfert par pulvrisation axiale (spray-arc) : Lintensit et
la tension sont leves. Lextrmit du fil fond en trs fines
gouttelettes qui sont projetes dans le mtal fondu les unes aprs les
autres trs grande vitesse. Ceci est d aux champs magntiques qui
sont suffisants pour pincer le fil (force de Laplace). La pntration
est importante. Larc est long et stable et le taux de dpt est
important. Il y a peu de projections sur les bords du cordon. Il
est utilis pour les passes de remplissage et finition. Ce transfert
est exclusivement utilis avec un mlange gazeux.
-
16
Figure 11-Schma dun cordon de soudure aprs rgime par
pulvrisation axiale
Le tableau suivant reprsente les paramtres de soudage des
diffrents rgimes en MAG : Types de rgime Tension (V) Intensit
(A/mm2) par court-circuit 20-23 250 Tableau 12-Paramtres de soudage
des diffrents rgimes en MAG fil fourr de diamtre 1,2mm
Cependant, aprs de nombreuses rparations au niveau de la porte
dans les premiers tronons, le soudage larc submerg sest avr un
meilleur choix. En effet, il permet une meilleure tenue mcanique
par rapport au procd 136. Cependant, cest un procd plus long, 8 9
passes sont raliss.
Chapitre 4 Contrle non destructif :
Les contrles non destructifs (CND) prennent en compte les
exigences du client. Chaque contrle non destructif est rpertori
dans chaque mode opratoire de soudage (voir en annexe). Le contrle
visuel est ralis 100%. Puis, ltendue du contrle ultra son et
magntoscopie varie en fonction de lemplacement de la soudure
contrle de 5 100% selon les exigences du client.
1. Ultrason :
Cette technique permet de dtecter les dfauts non superficiels
dont la profondeur est suprieure 8 mm. Cela consiste mettre un
signal ultra sonore, mis par un palpeur, sous un angle dincidence
(qui peut varier). Si aucun obstacle nest rencontr, les ultrasons
vont atteindre la face infrieure de la pice et se rflchiront
suivant un angle gal langle dincidence. Si un dfaut est prsent sur
le parcours des ultrasons, le dfaut constituera une surface
rflchissante et le palpeur recueillera deux ondes rflchies. Tous
les palpeurs sont metteurs-rcepteurs.
Il faut au pralable talonner loscilloscope et le palpeur et
constituer linterface dmission des ultra sons en lubrifiant la
surface de la pice avec de la colle par exemple. Les normes en
application sont EN 1714 (application de la technique) et EN 1712
(critre dacceptation). En gnral, les soudures longitudinales sont
contrles 5% part aux extrmits o elles sont contrles 100%. Les
soudures circulaires sont contrles 20%. En prsence dun dfaut, la
gamme de contrle est largie 50% puis 100% si un autre dfaut est
dtect.
-
17
2. Magntoscopie :
La magntoscopie est ralise au niveau des Start/stop (dbut et fin
des soudures) de chaque soudure. Cette technique permet de dtecter
les dfauts superficiels dont la profondeur est infrieure 8 mm. Cela
consiste enduire une pice dune encre charge en poudre de fer et
crer un champ magntique perpendiculaire au dfaut probable. Si la
pice est homogne, la poudre de fer restera rpartie uniformment. Sil
y a un dfaut, les lignes dinduction sont dvies et il se produit une
concentration de poudre de fer.
Les normes se rfrant la magntoscopie sont EN 12090 (application
de la technique) et EN 12091 (critre dacceptation).
3. Contrle dimensionnel :
Il permet de contrler les dimensions du cordon de soudure
(paisseur, largeur) ainsi que la planit des deux tles assembles. Il
doit tre en accord avec la norme EN ISO 5817. La surface de la tle
doit tre exempte de rouille. La hauteur du cordon de soudure varie
en fonction de la position de soudage.
Dans le cas dune soudure bout bout plat (BW) :
11,0 + bh
h : hauteur du cordon de soudure b : largeur du cordon de
soudure
Figure 12- Schma d'une soudure bout bout plat sur bords
chanfreins en V
Dans le cas dune soudure en angle intrieur (FW) :
ah + 15,05,1
2221
=
=
a
hZZ
Figure 13-Schma d'une soudure dangle
-
18
Chapitre 5 Dfauts et rparations : 1. Types de dfauts :
Les dfauts rencontrs lors de la fabrication des mts doliennes
dpendent du type de procd utilis.
1.1. Soufflures :
Les soufflures dans la soudure sont des inclusions de gaz. Il
existe diffrents types de soufflure en fonction de leur taille (les
piqres sont des soufflures de petite dimension) et de leur forme
(soufflure allonge). Elles sont surement dues la prsence de tles
humides ou oxydes ou des lectrodes humides.
Pour y remdier, il est indispensable de nettoyer au pralable les
tles et de prchauffer jusqu disparition des soufflures. Il faudra
tuver les lectrodes et surtout celles basiques.
1.2. Caniveaux :
Les caniveaux sont des manques de mtal en forme de sillons plus
ou moins rguliers rpartis de part et dautre de la soudure. Ils sont
dus une intensit trop leve, des tles trop oxydes, voire mme une
vitesse davance trop faible.
1.3. Manque de pntration :
Il sagit dune absence partielle des bords souder laissant
subsister un interstice entre ces bords. Une mauvaise prparation ou
un cartement insuffisant des deux tles peuvent tre la cause dun
manque de pntration.
1.4. Inclusion de laitier :
Un rsidu de laitier reste emprisonn dans la masse du mtal fondu.
Ceci est d un manque dintensit, des tles oxydes.
Pour y remdier, il faut bien nettoyer le cordon de soudure entre
chaque passe. Si le laitier ne se dcolle pas, il y a surement un
problme dans le rglage de la vitesse du fil.
1.5. Inclusion de flux :
Cest un rsidu de flux emprisonn dans la soudure. Il peut
survenir lors du soudage sous flux en poudre. Comme prcdemment, il
faudra bien nettoyer les tles au pralable.
1.6. Fissure :
Il existe deux types de fissuration : froid et chaud. La
fissuration chaud survient lors de la solidification. Elle peut tre
due la prsence de souffre rsiduel. La fissuration froid provient
soit de la prsence dune structure martensitique, soit de la prsence
de
-
19
contraintes rsiduelles, soit de la prsence dhydrogne dans le
matriau ou bien une paisseur de tles trop importante.
Pour y remdier, le prchauffage permet daugmenter la trempabilit
et diminue les vitesses de refroidissement et le post-chauffage
permet de faire diffuser lhydrogne.
La figure suivante montre les diffrents types de dfauts
rencontrs dans les quatre premiers mts selon leur nature et leur
localisation :
Figure 14-Rpartition des dfauts prsents dans les premiers mts
selon la nature et la localisation
On observe que les dfauts non volumiques (fissure, manque de
pntration, caniveaux) sont majoritaires par rapport aux dfauts
volumiques (inclusion, soufflure). Ils sont davantage prsents dans
les circulaires. En effet, les circulaires sont soudes en mouvement
contrairement aux longis ce qui peut tre un facteur dapparition des
dfauts.
2. Rparations :
Tout dabord, llimination de la soudure a lieu lendroit du dfaut
par Gougeage larc-Air puis la partie souder est nettoye par
meulage. La rparation seffectue par rechargement aprs contrle par
magntoscopie. Lors du soudage larc submerg, le courant est continu
(CC) et le fil est polaris positivement en majorit. Cependant, lors
du rechargement, le fil est polaris ngativement.
2.1. Gougeage lArc-air :
Il sagit dune lectrode positive en graphite recouverte de cuivre
permettant le transfert du courant. Larc lectrique fait fondre le
mtal entre llectrode et la pice. Puis, le mtal fondu est souffl par
lair comprim. Loxydation du mtal en fusion est ralise par loxygne
contenu dans lair comprim.
Cette technique permet de retirer les soudures dfectueuses. Il
est prfrable dutiliser le procd de plasma sur de laluminium ou sur
des aciers inoxydables.
2.2. Meulage :
Le meulage permet de retirer une partie de la matire en
utilisant des disques abrasifs.
-
20
2.3. Rparation par rechargement :
Le procd de soudage utilis est le mme quavant dfaut. Le
rechargement dpend de la profondeur du dfaut.
Figure 15- Schma de rparation par rechargement
2. Taux de rparations :
Le taux de rparations est calcul chaque fois quun dfaut est
dtect. Cest le rapport de la longueur rpare sur la longueur contrle
en pourcentage. La longueur rpare correspond la longueur du dfaut
mesur. La longueur contrle correspond ltendue du contrle applique
la longueur de la virole. Il renseigne sur les aptitudes du soudeur
et permet de juger de la fiabilit du procd.
Figure 16-Evolution du taux de rparation dans les premiers
mts
Le taux de rparations a tendance diminuer. Pour le premier mt,
il slevait 12% alors que pour le quatrime mt, il nest plus qu 6%.
Il y a une nette amlioration dans le soudage.
La figure 17 montre le suivi des soudures des tronons des mts
doliennes de son commencement (18/06/2013) jusqu la fin de mon
stage (31/08/2013). On observe que la cadence de soudage a
fortement diminu de mi juillet mi aout (mois du Ramadan entranant
la fatigue des ouvriers). Dornavant, une nette augmentation est
observe.
-
21
Figure 17-Diagramme de Gantt sur le suivi des tronons souds
Chapitre 6 Essai dun nouveau fil fourr :
Actuellement, les soudeurs utilisent le fil fourr T46-4 MM1 (nom
commercial FCW21) de diamtre 1,2 mm dans le soudage larc sous
protection de gaz actif. Cependant, lentreprise souhaiterait
utiliser un nouveau fil T46-6 MM1 H5 (nom commercial AMC 01) suite
aux nombreuses rparations qui ont eu lieu sur la porte et en raison
dun prix attractif. Les fils fourrs protgent et moulent le cordon
de soudure. Ils sont composs dune gaine en acier remplie dune
poudre.
Cependant, en absence de QMOS pour ce fil, un DMOS-P a t rdig.
La demande est dabord adresse au service traage qui vrifie la
prsence des tles et lance le dbitage des prouvettes. Une fois les
prouvettes prtes, elles sont soudes selon les conditions et
paramtres du cahier de soudage. Puis, elles sont contrles en
interne (CND) et envoyes un laboratoire de contrle qui ralise les
contrles destructifs.
1. Prparation des prouvettes :
Afin de raliser cet essai, des prouvettes en S355 ont t labores
dans le sens du laminage afin dviter larrachement lamellaire lors
du soudage des deux tles. Elles ont comme dimension 500x200x20 mm
avec chanfrein en X.
-
22
Les chanfreins ont pour but damliorer la rsistance du joint soud
permettant un accs total sur lpaisseur de la pice assembler. Les
chanfreins sont raliss par oxycoupage manuel. Cest une opration de
dcoupage de lacier laide de chalumeaux aliments par de loxygne pur
et un gaz combustible (actylne).
3. Fiche technique du fil fourr :
C% Mn% Si% P% S% FCW-21 0,18 1,75 0,9 0,03 0,03 AMC 01 0,06 1,60
0,80
-
23
Tableau 14-Paramtre de soudage du fil T46-6 MM1 H5
Les paramtres de soudage du fil test sont en accord avec ceux du
fil actuel.
3.2. Conditions de soudage :
Les fils fourrs sont utiliss principalement plat (PA). Ils ont
lavantage de permettre une bonne pntration. Le soudeur a vrifi le
dvidage du fil cest--dire le bon droulement de la bobine de fil et
surtout labsence daccrochage du fil dans la bobine. Laspect du
cordon de soudure est correct.
4. Rdaction dun DMOS-P :
La rdaction dun descriptif de mode opratoire de soudage
prliminaire (DMOS-P) est ralise chaque nouvelle procdure (nouveau
mtal dapport, mtal de base, procds). Ce dossier comporte diffrents
documents rpertoriant lensemble des informations ncessaires pour la
soudure :
- le descriptif du mode opratoire de soudage du constructeur ou
du fabricant avec les paramtres de soudage appliqus
- le registre des soudures - le plan de reprage des soudures -
le plan de reprage des DMOS
Une fois le dossier complet, il est envoy au service traage avec
les dimensions des prouvettes, le type de chanfrein (en X) selon la
norme EN 15614 dans le but de raliser de nouvelles prouvettes qui
seront soudes puis contrles par le laboratoire de contrle.
-
24
5. Essais destructifs :
Le laboratoire de contrle ralise diffrents essais suivant
diffrentes normes. Les essais ont pour but de garantir la pice
finale au client. Puis, nous tudierons les rsultats obtenus la
suite dune soudure bout bout sur tle en acier en S355 dpaisseur 20
mm (voir le schma ci-dessous). Les prouvettes sont prleves aprs que
les essais non destructifs aient t effectus et quils aient donn des
rsultats satisfaisant les critres de contrle.
Figure 18-Soudure bout bout sur tle en acier S355 soud avec le
fil T46-6 MM1 H5
Zone 1 : Extrmit chuter 25 mm. 2 : Sens de soudage. Zone 3 :
Aire pour 1 prouvette de traction et pour 2 prouvettes de pliage.
Zone 4 : Aire pour des prouvettes de flexion et pour des prouvettes
complmentaires. Zone 5 : Aire pour 1 prouvette de traction et pour
2 prouvettes de pliage. Zone 6 : Aire pour une coupe macrographique
sur une face et pour un essai de duret sur lautre face.
5.1. Essais de duret Vickers HV10 :
Le but de cette technique est de mesurer la duret dun matriau.
Pour cela, des empreintes sont ralises dans la zone fondue, les
zones affectes thermiquement (ZAT) et le mtal de base laide dun
pntrateur en forme de pyramide base carre sous une charge F (en
Newton). La charge maximale admissible appliquer pour avoir des
empreintes est de 98 N. La surface de la zone analyse est polie
pralablement. La valeur de la duret Vickers est dduite par la
mesure des diagonales de lempreinte.
2
21
)189,0(2
)(
dFHV
ddd
=
+=
d1 et d2 sont les diagonales de lempreinte laisse par le
pntrateur sur le matriau.
-
25
Figure 19-Aspect du cordon de soudure dune soudure bout bout sur
tle en acier
Pour les matriaux dont lpaisseur est suprieure 5 mm, on ralise
deux lignes de filiations une profondeur de 2 mm maximum sous les
surfaces infrieure et suprieure de lassemblage soud. Dans chaque
zone analyse (MB, ZAT, ZF), trois empreintes sont releves sur une
ligne de filiation. La premire mesure de duret dans la ZAT doit tre
situe au plus prs de la ZF (voir figure ci-dessus).
Figure 20-Mesure de duret d'une soudure bout bout sur tle en
acier avec T46 MM1 H5
Selon la norme EN ISO 15614-1, la duret maximale acceptable est
de lordre de 380 HV.
5.2. Essais de flexion par choc :
Lessai de flexion par choc consiste rompre de manire brutale une
prouvette entaille pour mesurer lnergie ncessaire la rupture. Trois
emplacements sont tudis : trois prouvettes avec une entaille Charpy
en V dans le mtal fondu, trois prouvettes avec une entaille Charpy
en V dans la zone affecte thermiquement et trois prouvettes avec
une entaille Charpy en V dans la zone de liaison.
-
26
Tableau 15-Essai de rsilience dune soudure bout bout sur tle en
acier avec T46-6 MM1 H5
Lnergie absorbe doit tre en conformit avec la norme du mtal de
base.
5.3. Analyse macrographique :
Le cordon de soudure est attaqu par du Nital (8% dacide
nitrique, 92% dalcool dnatur) sur une face. La surface du produit
est trempe puis elle est plonge rapidement dans leau pour stopper
la raction chimique qui a lieu entre le Nital et lacier. Cette
action permet de mettre en vidence la diffrence entre le mtal de
base et la partie qui a t en fusion lors de la soudure. Puis la
pice est sche. Une fine couche de vernis transparent est applique.
Cest une mthode rvlatrice de laspect interne du cordon. Les dfauts
macrographiques sont rvls. La zone de liaison, la ZAT et la
distribution des passes sont rvls clairement. Cet examen comporte
une partie du mtal de base non affect thermiquement.
Figure 21-Aspect du cordon de soudure aprs analyse
macrographique
Ici, les deux passes sont lgrement dcales lune de lautre (cas
tolr). Cependant, si les deux passes sont totalement dcales lune de
lautre, il y a un manque dinterpntration du mtal. Dans ce cas, la
soudure nest pas accepte.
-
27
5.4. Essais de traction :
Les essais de traction sont raliss sur des prouvettes
pralablement soudes. Lessai est conforme si lprouvette se casse au
niveau du mtal de base et non pas au niveau de la soudure. Ainsi,
on obtient les valeurs de la limite dlasticit, la rsistance la
rupture et lallongement.
Figure 22-Essais de traction suite la soudure bout bout en
acier
La rsistance la traction (Rm) de lprouvette ne doit pas tre
infrieure la valeur minimale spcifie du mtal de base
correspondante. Dans cette tude, Rm (MB) = 512 N/mm2. Lessai de
traction des prouvettes est respect.
5.5. Essais de pliage :
Lessai de pliage permet de vrifier labsence dbauche de fissure
sur lprouvette. Selon la norme EN ISO 15614-1, cet essai ne doit
pas rvler un seul dfaut suprieur 3 mm dans toutes directions. Les
dfauts situs aux angles des prouvettes sont ignors lors de
lvaluation. Il est rgi selon la norme NF EN 910. Quatre prouvettes
de pliage sont prleves (prouvette de pliage ct).
Figure 23-Essai de pliage la suite d'une soudure bout bout en
acier
Les essais destructifs du fil test prsentent de bons rsultats.
Ce fil pourrait tre une bonne alternative au fil actuellement
utilis. Il pourrait rsoudre les dfauts lis la prsence dhydrogne
grce son tanchit (fissures).
-
28
Conclusion
Une fois les viroles soudes entre elles circulairement et aprs
que les contrles (ultrason, magntoscopie, contrle dimensionnel)
aient t approuvs, ltape de grenaillage a lieu. Cette tape consiste
au dcapage et nettoyage permanent des pices mtalliques par
projection de billes (grenailles) sur la pice traiter. Puis, les
tronons sont peints et sont prts tre livrs sur le chantier pour
leur assemblage.
Certains problmes ont eu lieu lors du commencement de la
fabrication des mts doliennes. Tout dabord, le lancement de la
fabrication en juin dernier a t retard cause du retard dune autre
commande (celles des portiques des navires). Puis, la machine
permettant le soudage sous flux en poudre est tombe en panne (d un
manque de connaissance thorique de la machine par ces
utilisateurs). Enfin, jai remarqu un manque de communication et de
cohsion entre les diffrents services ce qui pnalisait le bon
droulement des travaux. Cela peut sexpliquer par le dmnagement dune
partie des bureaux de Ain Seba Tit Mellil.
Dornavant, la cadence de fabrication a augment. Trois quipes
travaillent sur le projet (de 6h 14h, de 14h 22h et de 22h 6h)
ainsi quune quipe de jour (de 7h 17h).
-
29
Annexe
Figure 24-Descriptif du mode opratoire de soudage du
constructeur ou du fabricant
-
30
Figure 25-Registre des MOS
Figure 26-Plan de reprage des soudures dans le tronon mdium
-
31
Figure 27-Plan de reprage des MOS dans le tronon mdium
Bibliographie
http://infp.gouv.ht/Matdidact/fiche_pdf_fr/mecanique/1453_09_Chap2_1_9.pdf
http://content.lincolnelectric.com/fr/pdfs/products/literature/SUBARCWELDING-fr.pdf
http://www.lyc-de-gaulle-pulversheim.ac
strasbourg.fr/JLH/ASSEMBLAGE/MAG%20proc%C3%A9d%C3%A9%20136.htm
Documents internes DLM (QMOS, PV, MOS,).
EN ISO 15614-1
-
32