Défauts de pénétration de soudure et rationalisation de la mesure et du contrôle

Propriétés mécaniques et ruptures des soudures

Un métal d’apport (baguettes et fils de soudure) est fondu dans le matériau de base, lui aussi métallique, puis se solidifie pour former la soudure (cordon de soudure et pénétration).
Lors d’un soudage à l’arc, par exemple, la structure du métal d’apport mais également celle du métal de base changent continuellement sous l’effet de la chaleur appliquée. Ce changement affecte également les propriétés mécaniques des matériaux métalliques. D’autre part, la consolidation, qui se produit à la surface du cordon de soudure, n’est pas uniforme. Ses discontinuités entraînent un déséquilibre des propriétés mécaniques, provoquant des ruptures dues à la concentration de la contrainte.

Calcul de résistance et qualité du soudage

Lors du calcul de résistance des produits métalliques, la charge qui sera exercée sur le produit et la charge qui sera exercée sur chaque matériau métallique sont présumées afin de sélectionner les matériaux adéquats. De plus, la charge exercée sur les soudures de chaque matériau doit être prise en compte dans ce calcul, pour déterminer la qualité de soudure à atteindre.
De ce fait, il est essentiel de contrôler la qualité de la soudure sur la base du calcul de résistance en mesurant, par exemple, l’épaisseur de gorge (ou coupe de gorge, c’est-à-dire les dimensions de la coupe du cordon de soudure après soudage), la longueur de patte et la profondeur de pénétration. La qualité des soudures peut être évaluée au moyen d’une mesure macroscopique des coupes après soudage.

Profondeur de pénétration et défauts de pénétration

Profondeur de pénétration et résistance de l’assemblage sont intimement liées. Tout défaut de pénétration de la soudure, tel qu’un rapport inadéquat entre la profondeur de pénétration et le matériau de base, risque d’affecter gravement la qualité et la résistance de la soudure. Lors d’un soudage bout à bout, les défauts suivants sont les plus courants.

Pénétration insuffisante

L’amplitude de pénétration est inférieure à la profondeur de pénétration requise en raison de facteurs tels qu’une application de chaleur insuffisante sur le matériau fondu. Le schéma ci-contre illustre un exemple de soudage d’angle par recouvrement. En soudage bout à bout, ce défaut se produit fréquemment à la base de la rainure. Dans le cas d’un assemblage en T sur plaque mince (soudure d’angle horizontale), la pénétration est considérée insuffisante lorsque sa profondeur ne dépasse pas 20 % de la plaque.

Manque de fusion

Le métal fondu n’a pas pénétré certaines parties du métal de base. Le schéma ci-contre illustre un assemblage en T sur plaque mince (soudure d’angle horizontale). Ce défaut est dû, par exemple, à une application de chaleur insuffisante sur le métal fondu et à l’écoulement précoce de ce dernier. Lors d’un soudage circulaire, ce défaut peut également être causé par le transfert des cordons successifs au soudage par recouvrement avant qu’ils n’aient suffisamment pénétré le matériau.

Soudage à pleine pénétration, soudage à pénétration partielle et leur résistance

Le type de rainure influe également sur le schéma de pénétration de la soudure, affectant sa résistance.

Soudage à pleine pénétration

Lors du soudage à pleine pénétration, la rainure sur le matériau de base à souder est unifiée et recouverte au moyen de métal d’apport fondu (baguette ou fil de soudage), tout comme pour le soudage bout à bout.
Le calcul de la résistance du soudage à pleine pénétration est réputé extrêmement fiable car la soudure présente la même résistance à la contrainte que le matériau de base. En revanche, ce type de soudage demande une haute qualité d’exécution. Une attention particulière est notamment exigée aux extrémités de la soudure afin d’éviter des défauts tels que les morsures. La consolidation doit également être contrôlée et ajustée car une consolidation excessive entraîne une concentration de la contrainte, provoquant des fissures et autres problèmes.

Soudage à pénétration partielle

Lors du soudage à pénétration partielle, une rainure partielle est créée sur le matériau de base. Dans cette méthode, le matériau de base n’est que partiellement soudé, tandis que lors du soudage à pleine pénétration, le matériau de base est soudé sur la totalité de l’épaisseur de la plaque. Bien que le soudage à pleine pénétration soit la méthode la plus répandue, le soudage à pénétration partielle est parfois nécessaire, par exemple, lorsque les sections assemblées sont entremêlées du fait de leur procédé de conception et de fabrication.

La prudence s’impose, toutefois, si le soudage à pénétration partielle est réalisé sur une partie soumise à un pliage ou à une force de traction car la résistance de ce type de soudage se révèle souvent insuffisante. Ainsi, le calcul de la résistance des soudures et la mesure et le contrôle des dimensions réelles de pénétration (épaisseur de gorge) pour vérifier leur conformité aux valeurs prévues, sont indispensables.

Images haute résolution 4K qui capturent avec précision la frontière entre pénétration et matériau de base

La coupe d’une soudure est parfois difficile à évaluer et à mesurer en raison du faible contraste aux frontières entre pénétration et matériau de base.

Le microscope numérique 4K Série VHX capture les contours avec précision sur une image haute résolution 4K. Même lorsque la frontière entre métal de soudure et métal de base est difficile à distinguer, par exemple sur la coupe d’une soudure d’angle par recouvrement, une observation rapide et parfaitement claire des contours de chaque partie, des différences structurelles et des défauts est à présent possible.
Le microscope élimine ainsi toute confusion lors de la mesure dimensionnelle de la pénétration et réduit la charge de travail tout en améliorant la précision du contrôle.

Amélioration de l’efficacité de la mesure dimensionnelle des soudures

La mesure dimensionnelle sur une coupe de soudure est une étape essentielle pour s’assurer de la résistance et de la qualité de la soudure. Cependant, il est difficile de contrôler les points de mesure en raison du faible contraste entre le matériau de base et le cordon de soudure. De plus, une comparaison visuelle à la référence et une saisie manuelle des valeurs mesurées sont nécessaires, ce qui complique sensiblement le processus et le rend sujet aux erreurs humaines.

Affichant des images haute résolution 4K parfaitement nettes sur un moniteur dédié, le microscope numérique 4K Série VHX permet de mesurer les dimensions 2D de caractéristiques telles que la longueur de patte, la profondeur de gorge et la profondeur de pénétration, d’un simple clic sur le point de mesure. Exécutez facilement et en un temps record des mesures haute précision à l’échelle submicronique, pour une réduction considérable de la charge de travail.
La nouvelle fonction de détection automatique des contours prévient également toute variation des points de mesure entre opérateurs. Enfin, il est possible de réitérer plusieurs fois la mesure dans les mêmes conditions en sélectionnant simplement les données d’image précédemment enregistrées dans un album.

Mesure de la pénétration de la soudure

Mesure dimensionnelle et de forme 3D de cordons de soudure

Les cordons de soudure présentent une forme continue mais irrégulière. En cas de défauts (discontinus) sur la surface du cordon, tels qu’une consolidation insuffisante, un débordement, une morsure, un cratère ou une fissure, les propriétés mécaniques sont altérées et des ruptures risquent de se produire.

Le microscope numérique 4K Série VHX assemble instantanément plusieurs images capturées en différentes positions de mise au point, pour afficher une image entièrement nette et permettre une mesure dimensionnelle 3D des cibles présentant une surface irrégulière. Grâce à l’affichage de la forme 3D du cordon de soudure, vous pouvez non seulement contrôler le cordon sous tous les angles mais également mesurer le profil de n’importe quelle coupe. La forme et la rugosité sont analysées pour contrôler les projections métalliques, fissures et autres défauts similaires sur la surface du matériau de base autour du cordon de soudure.

Création instantanée de rapports de mesure et de contrôle

Habituellement, à peine les opérateurs ont-ils achevé un processus de mesure et de contrôle déjà compliqué, qu’ils doivent se plier au lourd fardeau de la création du rapport.
Le microscope numérique 4K Série VHX intègre une fonction de création de rapport. Vous pouvez également installer Excel sur la Série VHX, comme sur un PC. La création préalable de modèles de rapport permet d’y intégrer instantanément non seulement les images sous grossissement, avec dimensions, mais également les valeurs mesurées et l’évaluation conforme/non conforme. Ces modèles allègent considérablement la charge de travail liée à la création de rapports.