SOUDAGE OXYGAZ CODIFOR AFPI INTERNATIONALE 1/17
SOMMAIRE 1. INTRODUCTION... 4 2. LES GAZ... 5 2.1. L'OXYGENE EST LE GAZ COMBURANT.... 5 2.2. L ACETYLENE EST LE GAZ COMBUSTIBLE.... 5 2.2.1. FLAMME NORMALE (OU NEUTRE) :... 6 2.2.2. FLAMME CARBURANTE :... 6 2.2.3. FLAMME OXYDANTE :... 6 3. MATERIEL... 7 3.1. CHALUMEAUX SOUDEURS... 7 3.2. CHALUMEAUX AERO-GAZ A AIR ASPIRE... 8 3.2.1. DOMAINE D APPLICATION... 8 3.2.2. PRINCIPE... 8 4. DIFFERENTES METHODES DE SOUDAGE... 10 4.1. METHODE A GAUCHE (OU EN AVANT)... 10 4.1.1. DEFINITION... 10 4.2. METHODE A DROITE (OU EN ARRIERE)... 11 4.2.1. DEFINITION... 11 4.3. METHODES EN SOUDURE MONTANTE... 11 2/17
4.3.1. DEFINITION... 11 5. PREPARATION DES BORDS... 13 6. NORMES RELATIVES AUX MATERIAUX D'APPORT... 14 7. HYGIENE ET SECURITE... 15 8. DEFAUTS RENCONTRES... 16 3/17
1. INTRODUCTION Dans le soudage oxy-gaz la fusion localisée des métaux à assembler ainsi que celle du métal d'apport est provoquée par la chaleur dégagée, par la combustion d'un mélange de gaz et d'oxygène. Ce mélange est réalisé avant combustion par le chalumeau soudeur. Un chalumeau se compose normalement des éléments suivants : un corps (a) comprenant les deux arrivées de gaz ainsi que les deux robinets de réglage ; un dispositif de mélange (b) une lance (c) conduisant le mélange à la buse ; une buse (d) qui constitue un orifice de sortie de gaz calibré Pour le brasage, ou le chauffage, on utilise des chalumeaux aéro-gaz à air inspiré également appelés chalumeaux à air induit. Ces chalumeaux sont définis par la norme NF EN 731 indice de classement NF A 84 532. 4/17
2. LES GAZ En soudage, on utilise uniquement le mélange oxygène/acétylène alors qu'en brasage, on utilise également d autre gaz dont le plus utilisé est le propane. 2.1. L'OXYGENE EST LE GAZ COMBURANT. Il est obtenu par distillation de l'air liquéfié. L'oxygène industriel d'une pureté supérieure ou égale à 99 % est livré. soit à une pression de 196 bars dans des bouteilles contenant soit 10,6 m3 soit 7,2 m3 de gaz détendu ou dans des cadres contenant 8 ou 9 bouteilles. soit à l'état liquide. Cette solution, intéressante pour les gros consommateurs, nécessite le stockage dans un évaporateur et la distribution par un réseau de canalisation. 2.2. L ACETYLENE EST LE GAZ COMBUSTIBLE. Il est obtenu par réaction de l'eau sur le carbure de calcium. La production d'acétylène ne se fait plus sur les lieux d'utilisation mais industriellement. Dans ce cas, l'acétylène est stocké après dissolution sous pression dans l'acétone dans des bouteilles contenant environ, soit 4 m 3 soit 6 m 3 de gaz détendu. Pour les gros consommateurs, la livraison peut également se faire par cadre. La flamme oxyacétylénique présente de nombreux avantages : Température la plus élevée (3 150 ) de tous les mélanges oxy-gaz. Elle permet donc de fondre tous les métaux et alliages courants. Réglage facile. C'est la seule flamme oxy-gaz qui possède un dard dont la forme permet de déterminer s'il s'agit d'une flamme neutre, carburante ou oxydante. 5/17
2.2.1. FLAMME NORMALE (OU NEUTRE) : Du point de vue pratique, la flamme oxyacétylénique possède un avantage qui lui est propre : sa souplesse de réglage. En effet, à la flamme normale correspond une alimentation du brûleur en volumes égaux d'oxygène et d'acétylène. Le dard est de forme très nette, blanc, brillant et presque seul visible à travers les lunettes du soudeur. C'est la flamme utilisée en soudage, brasage et chauffage dans la plupart des cas. 2.2.2. FLAMME CARBURANTE : Si la proportion d'acétylène est augmentée, un dard brillant (auréole) qui se superpose au dard normal, s'allonge au fur et à mesure que croît la teneur en acétylène : sa forme est souvent irrégulière. C'est une flamme carburante, contenant une teneur élevée en carbone : ce dernier risque de carburer l'acier, donc de le rendre plus dur et plus cassant. Cette propriété est parfois utilisée en rechargement. 2.2.3. FLAMME OXYDANTE : Au contraire, si la proportion d'oxygène est augmentée, le dard se raccourcit ainsi que le panache. Le dard est moins brillant, plus bleu et plus pointu. Simultanément, le panache devient plus lumineux. La flamme siffle. C'est une flamme qui est riche en oxygène : elle oxyde l'acier avec risque de formation de soufflures par réaction sur le carbone (formation d'oxyde de carbone). La zone soudante d'une flamme normale se trouve à la périphérie du dard : la température est maxima. 6/17
3. MATERIEL 3.1. CHALUMEAUX SOUDEURS Il existe deux types de chalumeau en fonction de la pression d'alimentation en gaz : chalumeaux à haute pression (H.P.) dans lesquels les deux gaz entrent avec des pressions supérieures à 0,15 bars. chalumeaux à basse pression (B.P.) dans lesquels l'acétylène entre avec une pression de 0,010 à 0,025 bar et l'oxygène à une pression supérieure à 1 bar. "Un chalumeau à basse pression peut utiliser de l'acétylène à haute pression mais l'inverse n'est pas vrai". Dans les chalumeaux à haute pression et à débits multiples, le réglage est obtenu uniquement par changement de la buse ou de la lance. La buse indique la puissance du chalumeau. C'est la quantité d'acétylène en litres consommés à l'heure. Les chalumeaux B.P. à débit variables par les buses ou les lances sont les plus utilisées. La norme NFA 84 540 définit les débits normalisés d acétylène ainsi que les plages de réglage des chalumeaux. DEBITS NORMAUX D ACETYLENE EN LITRES PAR HEURES 10 40 160 400 800 1 600 16 63 250 500 1 000 2 500 25 100 315 630 1 250 4 000 7/17
PLAGES DE REGLAGE DES CHALUMEAUX CHALUMEAU N GAMME DE DEBIT 00 10 à 63 l/h 0 100 à 400 l/h 1 250 à 1 000 l/h 2 1 000 à 4 000 l/h 3 > 4 000 l/h 3.2. CHALUMEAUX AERO-GAZ A AIR ASPIRE 3.2.1. DOMAINE D APPLICATION Chalumeaux destinés au brasage tendu, au brasage fort, et au chauffage utilisant un gaz combustible et de l air aspiré. L alimentation en gaz peut se faire à partir : d un gaz combustible liquéfié en phase gazeuse à la pression du réservoir d un gaz combustible en phase gazeuse sous une pression régulée par un détendeur d un gaz combustible en phase liquide dont l évaporation thermique se produit dans le chalumeau lui-même. 3.2.2. PRINCIPE Le gaz combustible sort à l état gazeux d un injecteur dans une zone de mélange en aspirant dans l atmosphère environnant une quantité d air suffisante pour obtenir une flamme techniquement utilisable. 8/17
SCHEMA DE PRINCIPE DE LA ZONE DE MELANGE Le gaz utilisable pour un chalumeau aéro-gaz à air aspiré doit être indiqué sur le manche par une lettre suivant le code ci-après : Acétylène Hydrogène Gaz de houille Méthane et gaz naturel Gaz de pétrole liquéfié : propane ou butane A H C M P ou P+ Pour les chalumeaux pouvant être utilisés avec plusieurs gaz combustibles ou utilisés la lettre F. 9/17
4. DIFFERENTES METHODES DE SOUDAGE Il existe 3 méthodes principales. 4.1. METHODE A GAUCHE (OU EN AVANT) 4.1.1. DEFINITION Elle peut s'appliquer à tous les métaux et alliages. Sur les aciers son intérêt réside surtout dans le soudage des tôles minces (e < 4 mm) : facilité d'exécution et très bel aspect des cordons. Pour les épaisseurs supérieures, d'autres méthodes sont nettement plus économiques et de sécurité plus grande. La méthode à gauche, en semi-montante, permet d'améliorer la pénétration, tout en évitant des effondrements de métal. Elle s'applique à des tôles jusqu'à 15 mm d'épaisseur, en une ou plusieurs passes, la première passe permettant une pénétration de qualité. Acier : Puissance du chalumeau P = 100 e 10/17
4.2. METHODE A DROITE (OU EN ARRIERE) 4.2.1. DEFINITION Elle présente de nombreux avantages par rapport à la précédente : plus grande vitesse d'exécution bonne pénétration aspect satisfaisant. De plus, la largeur du cordon est plus faible, la pénétration plus régulière (méthode plus souple pour l'opérateur) : son intérêt économique est donc encore renforcé. S'appliquant à des épaisseurs de 6 à 15 mm, son champ d'application est malheureusement assez restreint, par suite des grandes possibilités technologiques et économiques du soudage à l'arc dans cette gamme d'épaisseurs. Acier : Puissance du chalumeau P = 100 e 4.3. METHODES EN SOUDURE MONTANTE 4.3.1. DEFINITION Ce sont des méthodes modernes de soudage au chalumeau qui permettent d'obtenir des soudures à double cordon : Elles peuvent être définies rapidement ainsi : Montante A : 1 opérateur, bords droits : 2 e 6 mm Montante B : 2 opérateurs, bords droits : 3 e 12 mm Montante C : 2 opérateurs, bords chanfreinés : 14 e 30 mm Acier : Puissance du chalumeau P = 60 e 11/17
Seule la méthode Montante A est encore utilisée bien qu'elle soit abandonnée pour le soudage des petits réservoirs au profit des soudages TIG-MIG et sous flux en poudre. Elle s'applique sur tôles verticales de 2-3 à 6 mm, l'envers étant accessible ou non. Les bords sont droits, l'écartement est de 1 à 2 mm, avec pointage normal. L'originalité de la méthode réside dans le maintien permanent, dans l'axe de la soudure et au milieu du bain de fusion d'un trou circulaire de diamètre égal, au maximum, à l'épaisseur de la tôle. Ce trou, au fur et à mesure de l'exécution de la soudure, chemine donc régulièrement de bas en haut : il se forme à l'envers un cordon continu d'une largeur un peu supérieure au diamètre du trou. Une telle méthode est très intéressante, car elle permet, à coup sûr, d'obtenir sans reprise ni accessibilité à l'envers, un cordon de pénétration régulier et sans défaut. C'est la raison pour laquelle elle peut être utilisée sur des pièces de sécurité et notamment des petits réservoirs sous pression (bouteilles à gaz uniquement). 12/17
5. PREPARATION DES BORDS Quelques Cas Classiques de Préparation et Méthodes Correspondantes Type de préparation Observations Applicables aux tôles minces Les bords relevés servent de métal d'apport, la soudure doit en général, être entièrement pénétrée, ce qui limite la hauteur h. Il est adopté en général, pour h. le double de l'épaisseur. Applicable pour 0,8 < e < 4 mm - e étant l'épaisseur de la tôle et x l'écartement des bords. Si e < 2 mm., x = 0 ; sinon x = ½ e. Applicable jusqu'à e = 6 mm, lorsqu'est utilisée la méthode montante à double cordon A et jusqu'à e = 15 mm, lorsqu'on emploie la méthode montante à double cordon B (2 opérateurs). L'écartement est en ce cas de 1 à 2 mm. Applicable pour e > 4 mm. L'angle du V est généralement 90 ; il est de 70 à 80 pour le soudage demi-montant en deux passes (méthode à gauche) et de 70 pour le soudage "à droite". Il est préférable de constituer un léger méplat de l'ordre de 1,5 mm et d'écarter les bords de x = 1,5 mm, environ, plutôt que de souder aux bords vifs jointifs. Il y a intérêt à remplacer la soudure d'angle intérieur par une soudure bout à bout, aussi résistante que la tôle, et qui conduit au minimum de déformation. Cette disposition peut être rendue obligatoire par certains règlements (appareils à pression) ; elle consiste à "relever un collet". Lorsque la soudure est soumise à des efforts importants, la soudure d'angle est remplacée par une soudure bout à bout. 13/17
6. NORMES RELATIVES AUX MATERIAUX D'APPORT NFA 81 050 : NFA 81 051 : NFA 81 052 : NFA 81 053 : Soudage-Brasage-Soudobrasage Définition et évaluation d'un lot Soudage-Brasage-Soudobrasage Produits d'apport. Dispositions pour l'assurance de la qualité Soudage-Brasage-Soudobrasage Conditions de réception Soudage-Brasage-Soudobrasage Application des conditions de réception. 14/17
7. HYGIENE ET SECURITE Un détendeur d'oxygène ne se graisse jamais. Un détendeur d'acétylène, un chalumeau et les tuyaux d'alimentation ne doivent présenter aucune fuite. En effet, il peut y avoir accumulation d'acétylène dans des enceintes confinées et risque soit d'explosion au premier contact d'une flamme, soit d'asphyxie ou tout au moins de gêne respiratoire pour le soudeur. Givrage des détendeurs à oxygène. La détente d'un gaz absorbe de la chaleur donc le gaz se refroidit et peut provoquer surtout en hiver et sous fort débit de gaz la transformation de la vapeur d'eau de l'air en glace se déposant sur le détendeur. C'est le phénomène de givrage. Il faut alors utiliser : soit des chiffons imbibés d'eau chaude soit un réchauffeur électrique En aucun cas il ne faut approcher une flamme d'un détendeur. Une bouteille d acétylène ne doit jamais être utilisée à l'horizontale. Il ne faut pas l'incliner à moins de 45 sur l'horizontale. 15/17
8. DEFAUTS RENCONTRES Manque de pénétration Causes Vitesse d avancement trop élevée (tôles minces) Remèdes Diminuer la vitesse Notamment absence de cordon à l envers de la soudure Flamme de trop faible puissance Choisir une buse de débit immédiatement supérieur Mauvaise tenue du chalumeau (non placé dans le plan bissecteur du chanfrein, par exemple). Collage Deux défauts dus à une mauvaise technique opératoire 1 Collage noir : qu il est très facile de redresser : (dépôt de métal fondu sur du métal à insuffisance du chauffage l état solide) 2 Collage blanc mauvais contrôle du bain de fusion ; surtout dans la (l assemblage entre le métal fondu et «méthode à gauche». le métal de base n est assuré que par une pellicule d oxyde métallique de fer). Inclusion d oxydes Rectifier la tenue du chalumeau Rapprocher le dard du bain de fusion Chanfrein trop fermé Respecter les valeurs prescrites d angle de chanfreinnage Mauvaise refusion des points (pointage) Mauvais exécution des reprises. Mauvais réglage de la flamme (oxydante) Oxydation du métal d apport Soufflures - Rochage Refusion insuffisante de la «retassure» de cratère Mauvais réglage de la flamme Caniveaux Métal de base ou métal d apport de qualité défectueuse Chalumeau trop puissant ou flamme déformée Nécessité absolue d une chauffe régulière progressive et surtout bien répartie sur toute la surface du joint et de ses abords Echauffement préalable, voisin de la fusion du métal de base, sur toute la surface avant tout dépôt de métal d apport en fusion Bien insister au passage des points et aux reprises afin de refondre complètement les oxydes qui s éliminent en surface du bain. Régler la flamme en régime non oxydant (flamme neutre) Maintenir le métal d apport dans le panache de la flamme Insister sur le cratère Choisir un débit de buse approprié à l épaisseur des pièces Réglage correct de la flamme (non oxydante) Utilisation d un métal d apport de bonne qualité Contrôler le métal de base par analyse chimique Réduire la «chauffe» et mieux la répartir 16/17
Fissures Nettoyer la buse Mauvaise technique opératoire : Rectifier la position du chalumeau dard pénétrant dans le métal de base en fusion mauvaise orientation du chalumeau Apport irrégulier de métal Métal de base de mauvaise qualité et dilution trop importante Régime thermique trop brutal Méthode d assemblage non adaptée Métal d apport inapproprié au métal de base Mauvaise conception et excès de bridage de la pièce à souder Absence de talon Alimenter en métal d apport les zones ou il y a risque de formation de caniveau (notamment en angle ou en position) Changer l acier de base Préchauffage et refroidissement lent des pièces Envisager le soudo-brasage ou brasage Choix d un métal d apport plus ductile et de meilleure qualité Etudier la séquence de soudage (cas de fontes) Prévoir un talon d environ 30 mm 17/17