Brevet FR2829049A1 — publié le 20030307

PROCEDE DE SOUDAGE A RELAXATION DES CONTRAINTES RESIDUELLES DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de soudage comportant une étape de relaxation des contraintes résiduelles. Il est bien connu que la jonction de pièces engendre des contraintes internes qui sont importantes avec les procédés de soudage en raison des échauffements importants auxquels les pièces et le métal d'apport sont soumis, et des dilatations différentielles correspondantes. Le procédé classique de résorption d'une partie de ces contraintes internes est un traitement thermique de recuit accompli après le soudage ; il est généralement efficace mais peut être cependant impraticable s'il a pour effet d'affaiblir les pièces en modifiant leurs structures métallurgiques, ce qu'on pourrait souvent observer avec des aciers spéciaux. L'objet de l'invention est donc un procédé différent de relaxation des contraintes internes dans un procédé de soudage comprenant le dépôt d'une matière d'apport en plusieurs passes dans le joint entre les deux pièces. Il consiste à araser le bourrelet de la matière d'apport qui se forme derrière le joint, et dès que la première passe de soudage, où ce bourrelet apparaît, a été accomplie, avant de procéder aux passes suivantes. Ce bourrelet ne porte pas les déformations plastiques les plus importantes, et l'arasage de bourrelets de soudage est communément pratiqué après le soudage pour donner une surface lisse mais l'invention repose sur la constatation que s'il est précoce, l'arasage du bourrelet a pour effet de réduire les déformations plastiques à l'entour d'une passe à l'autre, quoiqu'elles s'accroissent en l'absence de l'arasage ; or ces régions voisines du bourrelet sont celles qui subissent le plus de contraintes internes. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures : - la figure 1 expose la progression d'un procédé de soudage auquel l'invention est applicable, - la figure 2 est un diagramme des déformations plastiques après la première passe, - la figure 3 est un diagramme des déformations après la deuxième passe, sans arasage du bourrelet, et - la figure 4 est un diagramme correspondant au précédent si l'invention est appliquée. D'après la figure 1, deux pièces 1 et 2, pouvant consister en des tubes en prolongement, doivent être soudées à un joint 3 à la section biseautée ou sensiblement triangulaire, comprenant une partie amincie 4 que prolonge une partie s'élargissant 5 vers l'appareil de soudage. Un cordon de soudure 6 comble le joint 3 à la fin du soudage ; il se compose ici de cinq parts I à V déposées pendant des passes de soudage respectives, dont la première I opère la jonction des pièces 1 et 2 à la partie amincie 4, la deuxième II, déposée sur la précédente, s'étend entre les pièces 1 et 2 au fond de la partie s'élargissant 5, et les trois dernières III, IV et V, toutes trois étant posées sur la deuxième part II, achèvent d'emplir la partie s'élargissant 5 en formant des bourrelets sur les surfaces extérieures des pièces 1 et 2 ; de même, la première part I forme un bourrelet 6 sous la partie amincie 4 du joint 3, et débordant sous les faces intérieures des pièces 1 et 2. La figure 2 est maintenant abordée pour la suite des explications. Quand la première part I a été déposée et s'est solidifiée puis refroidie, une zone de déformations plastiques est apparue. Elle occupe la première part I du cordon de soudure et les parties avoisinantes des pièces 1 et 2 ; les lignes l indiquent sa frontière sur la figure 2. Les déformations plastiques y sont fort variables ; on peut distinguer trois régions plus sollicitées, dont l'une 7 correspond sensiblement au bourrelet 6 et les deux autres 8 et 9 sont symétriques et correspondent à des bandes traversant les pièces 1 et 2 et débouchant sur les faces intérieures 10 et 11 et dans la partie s'élargissant 5 du joint 3 non loin de la première part I des lignes m, n et o les délimitent. Les régions qui sont soumises aux déformations plastiques les plus importantes sont les portions des régions 8 et 9 débouchant sur les faces intérieures 10 et 11 et s'étendant près du pied du bourrelet 6 ; elles portent les références 12 et 13 et sont délimitées par les lignes p. Les déformations plastiques y sont supérieures à 2, 5% environ et peuvent atteindre environ 4%, alors qu'elles sont de l'ordre de 2% dans le reste des régions 7,8 et 9. Le dépôt des parts II à V du cordon de soudure pendant les passes suivantes accroît les déformations plastiques, tout en modifiant leur répartition et les concentrations de contrainte. La figure 3 illustre leur modification après le dépôt de la part II : la zone soumise aux déformations plastiques, dorénavant limitée par la ligne q, s'est quelque peu agrandie la région 14 soumise à des déformations plastiques importantes (choisies à 2, 5% environ, pour offrir une comparaison avec les régions 12 et 13 de la figure 2) est limitée par la ligne r et comprend désormais, outre le bourrelet 6, les portions avoisinantes des pièces 1 et 2 aux faces intérieures 10 et 11. On peut y distinguer deux régions 15 et 16 symétriques et soumises à des déformations plastiques extrêmement importantes, atteignant jusqu'à 15 %, au lieu du raccordement du bourrelet 6 avec les faces intérieures 10 et 11. La répartition des déformations plastiques change moins quand les autres parts III à V du cordon de soudure ont été déposées. L'arasement du bourrelet 6 permet de réduire à la fois le volume des régions fortement contraintes et l'intensité des déformations plastiques qui s'y trouvent, à condition qu'il précède la deuxième passe. Partant de la figure 2, on procède à un usinage jusqu'à la ligne s qui prolonge les faces intérieures 10 et 11, puis à la deuxième passe de dépôt. La figure 4 montre que les régions soumises alors à des déformations plastiques, délimitées par les lignes t, sont presque aussi étendues que les précédentes délimitées par la ligne q ; les régions 17 et 18 soumises à des déformations plastiques supérieures à 2, 5 %, désormais délimitées par les lignes u, forment encore deux régions voisines du cordon de soudure et débouchant sur les faces intérieures 10 et 11 ; mais elles ne comprennent pas l'équivalent des régions 15 et 16 extrêmement déformées situées au pied du bourrelet 6, et peuvent même ne pas s'étendre jusqu'à cet endroit. Les déformations plastiques sont en fait limitées à 3 ou 4 %, ce qui est beaucoup moindre que dans l'art antérieur et présage d'une résistance accrue de la soudure aux sollicitations par fatigue, entre autres. REVENDICATIONS 1) Procédé de soudage de deux pièces (1, 2) en déposant un cordon de soudure dans un joint (3) entre les deux pièces, comprenant une première passe de dépôt d'une partie (I) de jonction des pièces et au moins une deuxième passe de dépôt d'une partie (II) de remplissage du joint, caractérisé en ce qu'un bourrelet (6) appartenant à la partie de jonction (I) et débordant du joint derrière les pièces est arasé avant la deuxième passe. 2) Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint (3) est biseauté et la partie de jonction s'étend à travers une partie amincie (4) du joint.