Jean-Michel VIGO

L’exécution des structures
Le soudage
Jean-Michel VIGO
Consultant ConstruirAcier
Ministère de l'Écologie, de l'Énergie,
du Développement durable et de l'Aménagement du territoire
WWW.developpement-durable.gouv.fr
L’exécution des structures
EN 1090-2 : Le Soudage
Jean-Michel Vigo Consultant ConstruirAcier
Jean-Michel Morel CETE de l’Est
11
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
22
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
33
1- Les procédés de soudage
- Manuel à l’électrode enrobée - procédé 111 (SMAW)
- Semi auto MAG avec fil massif - procédé 135 (GMAW)
- MAG avec fil fourré & gaz protection - procédé 136 (FCAW)
et fils fourré auto protecteur - procédé 114 (FCAW)
- Sous flux en poudre électro conducteur- procédé 121( SAW)
- Soudage à l’arc des goujons- procédé 783 (stud welding)
44
Le soudage manuel à l’électrode enrobée (SMAW)
55
Le soudage manuel à l’électrode enrobée (SMAW)
Electrode de type basique =>
meilleures propriétés mécaniques
Choix d’électrodes aptes à produire un métal fondu de
résistance supérieure à celui du métal de base et des
résiliences garanties à – 20°C ou –50°C
Avantage du procédé
=> Facilité de mise en œuvre toutes positions
=> Utilisation en atelier et à l’extérieur
=> Excellente qualité des soudures (enrobage basique)
Inconvénient
=> Faible taux de dépôt (ordre du kg/h)
66
Le soudage MAG (Metal Activ Gas)
avec fil massif (GMAW), avec fil fourré, ou avec fil
fourré sans gaz (FCAW)
(CO2 / Ar)
77
MAG (Metal Activ Gas)
Avantages
¾ robotisation possible
¾ rendement > électrode enrobée
¾ position à plat ou verticale montante
Inconvénients
¾ qualité insuffisante(résilience) pour les soudures bout à bout multi passes
¾ risque de collage
¾ protection CO2/argon(travail en plein air déconseillé).
Fils fourrés sans gaz (FCAW) contre MAG
¾
¾
¾
¾
¾
Taux de dépôt supérieur (densité de courant supérieure possible)
Risque de collage inférieur
Meilleures propriétés mécaniques dues à une meilleure maîtrise de la
chimie du métal fondu grâce à l’optimisation des éléments ajoutés dans le flux
Soudage en extérieur
Prix de revient inférieur au MAG malgré produits d’apport plus coûteux
88
Soudage des raidisseurs à
Millau-Soudage MAG l’aide
robotisé peigne
sur augets-photos Eiffel
de robots
99
Le soudage sous flux en poudre (SAW)
10
10
Le soudage sous flux en poudre (SAW)
Avantages
Productivité élevée (6 à 12kg/h)
Bancs de soudage mécanisés (PRS, augets)
Excellentes propriétés mécaniques des soudures (Fil électrode
massif (dia 2 à 5 mm)/apport flux)
¾
¾
¾
Inconvénients
¾
¾
Usage limité à la préfabrication en atelier
Limité aux joints à plat (angle et bout à bout)
11
11
Banc SAW PRS (photo Baudin Châteauneuf)
12
12
SAW bout à bout (photo Baudin Châteauneuf)
13
13
Soudage des raidisseurs à l’arc
Millau-Soudage SAW robotisé augets sur
submergé
tôle-photos Eiffel
SAW machine 4 têtes « TWINARC »
14
14
Le soudage à l’arc des goujons (stud welding)
Bague
réfractaire
tôle
1
Contact
2
Amorçage arc
2bis
3
Réglage « L » arc Forgeage
15
15
Le soudage à l’arc des goujons (stud welding)
¾
¾
¾
¾
¾
L’automate commande les 3 phases de la séquence de soudage
Bague réfractaire confine le métal fondu et limite l’oxydation
Diamètres goujons 6 à 22 mm (en général 16 à 22 mm pour
la liaison acier / béton)
Productivité remarquable
Mais une grande précision des paramètres mécaniques est
nécessaire pour assurer une bonne qualité de la soudure
(réglages délicats)
16
16
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
17
17
Base de choix des procédés
Les questions à se poser…
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Epaisseur
Types de joints
Bout à bout pleine pénétration
Té
pénétration partielle
angle
Niveau de qualité requis(résilience, dureté, compacité…)
=> SMAW enrobage basique, FCAW, SAW…
Risque arrachement lamellaire => séquences, énergie…
En atelier ou en extérieur => +- gaz
Accessibilité
Quelles positions?
Répétitivité => robots…
Longueur importante => banc SAW…(PRS, augets,
caisson…)
Productivité =>SAW, fil fourré
18
18
Comparaison des taux de
dépôts théoriques
Ponts métalliques : maîtriser la commande, l’exécution et la gestion
NANCY, le 28 avril 2010
19
19
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
20
20
3. Les produits d’apports :
Caractéristiques de traction
Règlement : propriétés de traction & résilience >= aux mini Métal de Base
(MB)
MB : 5 nuances(Re) de 235N/mm2 à 460 N/mm2 (selon NF EN10025)
Produits d’apport: 5 nuances (Re) et 7 qualités (KV) (EN-439 Gaz, 440 fils
électrodes sous gaz, 757 EE THLE, 758 FF, 760 Flux SF, ISO 2560 EE…)
S235
S275
Symbole
S355
S420
35
38
E
Pr.d’apport C,Mn
G
T
Re N/mm2
S460
42
46
50
électrodes basiques
fils massifs
fils fourrés
21
21
3. Les produits d’apports :
Caractéristique de résistance
à la flexion par choc
N
M
K2
NL
ML
Températures
°C
-60° -50°° -40° -30° -20°° -10° 0°
27 J
40 J
47
47
47
47
47
47
47
Résiliences
Joules
0
1
2 fil massif
3
4
5élec. B &
f.fourré
6
22
22
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
23
23
4. Les 3 types de défauts en soudage
Défauts plans => = DEFAUTS NOCIFS
-fissure à froid (H2+ martensite+contraintes)
-fissure à chaud (ségrégation S, P, oxydes…)
-collage ou manque de fusion (Energie, géométrie, CO2…)
Rédhibitoires
Défauts de forme => = ACCENTUENT L’EFFET D’ENTAILLE
(amorçage fissure fatigue, rupture brutale)
-caniveau, trop forte surépaisseur, effondrement, manque de pénétration,
l’EN ISO 5817 appliquée à l’ EN 1090-2 propose 3 niveaux de qualité D, C, B
selon le rôle et le niveau de sollicitation de l’élément dans la structure, ainsi
qu’un niveau plus contraignant B+ (Tableau 17) pour les éléments de
structure sensibles à la fatigue.
Défauts volumiques => = DEFAUTS PEU NOCIFS
-soufflure
-inclusion de laitier
-réfractaire(élec.TIG…)
L’EN ISO 5817, associée à l’EN 1090-2 propose des critères d’acceptation
US & Radio pour en limiter le nombre (D, C, B, B+).
24
24
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
25
25
5. Fissuration à froid : 3 facteurs…
Processus de fissuration dans la zone trempée par le cycle de
soudage, sous l’action conjuguée des contraintes propres et de
l’hydrogène en provenance de la zone fondue par diffusion.
Sa progression peut durer 24 heures jusqu’à ce que la concentration
d’hydrogène qui évolue constamment ai suffisamment régressé.
La réduction du risque de fissuration à froid passe donc par :
¾
Réduction H2: Choix d’électrodes à bas hydrogène
¾
Réduction des contraintes: Séquence de soudage adaptée
de façon à contourner les effets de bridage, jouer sur énergie de
soudage, Re métal d’apport à minimiser, jouer sur la conception
des assemblages..
¾
Réduction des risques de trempe locale: Choix métal (privilégier
un CEV bas), adapter l’énergie de soudage, pré-chauffer voire
post-chauffer le joint si nécessaire
26
26
Carbone équivalent max. selon NF EN 10025
Ponts métalliques : maîtriser la commande, l’exécution et la gestion
NANCY, le 28 avril 2010
27
27
5. Fissuration à froid : 3 facteurs…
IIS doc.IX 646-69
0.80
0.70
0.60
0.50
0.45
0.35
0.30
0.25
T (°°C) indicatives pour acier
CMn, à moduler en fonction :
-énergie de soudage;
-niveau de contraintes;
-teneur en H2 électrodes.
28
28
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
29
29
6. Réglementation Soudage avant EN 1090-2
Fascicule N°°66 du CCTG
Exécution des ouvrages de génie civil à ossature en acier
NF-P22 470 (août 89)
Construction métallique-Assemblages soudésDispositions constructives et justification des soudures
NF-P22 471(mars 84)
Construction métallique-Assemblages soudés-fabrication
NF- EN 288-3(juin 92) DMOS/QMOS
NF- P 22 472 (octobre 94) Construction métallique
Assemblages soudés-QMOS
NF- P 22 473(août 86) Construction métallique
Assemblages soudés-CND
NF-EN 287(juin92) Qualification soudeurs & opérateurs
30
30
6. Réglementation Soudage EN 1090-2
EN 1090-2
Exigences techniques pour l’exécution des structures en acier
Calcul
Procédés de
soudage
Soudeurs &
opérateurs
Coordination
soudage
Contrôles non
destructifs
NF-EN 1993 Part 1-8
Calcul des structures en acier-Calcul des assemblages
Dispositions constructives et justification des soudures
EN ISO 3834 &14554 Exigences de qualité en soudage par fusion
EN ISO 15607 Règles générales «anciennement EN 288-1»
EN ISO 15609-1 DMOS «anciennement EN288-2»
EN ISO 15610 Consommables agréés
EN ISO 15611 Expérience acquise
EN ISO 15612 MOS Standard
EN ISO 15613 Essai préalable à la production
EN ISO 15614 Epreuves de qualification QMOS «anciennement EN288-3»
EN ISO 14555
DMOS & QMOS goujons
NF-EN 287 Qualification soudeurs
NF EN 1418 Qualification des opérateurs
Si classes Exécution EXC2, 3 & 4 => coordinateur qualifié EN ISO 14731
Voir planche suivante
31
31
6. Réglementation Soudage EN 1090-2 Suite…
EN 1090-2
Exigences techniques pour l’exécution des structures en acier
Contrôles non
destructifs
Méthodologie
& domaines validité
Référentiel EN ISO 5817
Règles générales EN 12062 (critères de choix méthodes CND)
Qualification personnel END EN 473
Visuel
EN 970
Critères acceptation des défauts
Ressuage
prEN 1289
Magnétoscopie
prEN 1291
Ultrasons
Radiographie
EN 1712
EN 12517
……………………. EN ISO 5817
Choix classe de défauts tolérés par rapport à EN ISO 5817 dans le cas de l’EN 1090-2
EXC1 Niveau de qualité D
EXC2 Niveau de qualité C + D pour caniveau, débordement, amorçage accidentel, retassure.
EXC3 Niveau de qualité B Ù Classe 2 selon NF P 22 471
EXC4 Niveau de qualité B+ Ù Classe 1 selon NF P 22 471 ( B + exigences complémentaires
« Fatigue » selon tableau 17 EN 1090-2 )
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32
Sommaire
Les procédés
Base de choix des procédés
Les produits d’apports
Les défauts de soudage
Fissuration à froid
Réglementation
Les contrôles :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
•
•
•
•
Tôles et profilés
Qualification des modes opératoires de soudage
Qualification des soudeurs & opérateurs
Contrôles non destructifs
33
33
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Les opérations de surveillance de la construction sont conduites à partir
d’un dossier qualité constructeur ( organisation, procédures, méthodes,
instructions, plan de contrôle, procédure de traitement des
non-conformité, dérogations, litiges) et à partir d’un plan qualité
décrivant de manière chronologique, l’objet (exemple: note de calcul,
plans de fabrication, réception des tôles, des produits d’apport,
qualification des modes opératoires de soudage, qualifications des
soudeurs, procédures de contrôle non destructifs, participation aux
Contrôles…)
Ce plan qualité détaille les opérations de surveillance à accomplir ainsi
que les Points d’Arrêt (PA=avis obligatoire de l’inspecteur avant de
passer à l’étape suivante) et les documents de références.
La surveillance est assurée soit par un organisme d’inspection désigné
par le maître d’œuvre, soit par le constructeur (nécessité d’un MAQ &
guide d’audit accepté par le maître d’œuvre).
34
34
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Tôles et profilés
Conformité des produits à la marque « NF-Acier » référentiel « 2B »
(ouvrages d’art
et bâtiments non courants) en termes d’agréments des fournisseurs;
¾ Vérification des documents de contrôle EN 10204 type 3.1 selon
exigences NF EN 10025 ainsi que leur traçabilité physique;
¾ S’assurer que qualités et nuances/épaisseurs sont homogènes avec
les dispositions de l’Eurocode 3 et DAN associé, afin de se prémunir
des risques de rupture fragile.
¾
S355J2 & K2 ép<= 30mm
S355N, M 30<ép<=80mm
S355NL, ML ép> 80mm
S420/460 N, M ép<=50mm
S420/460 NL, ML ép>50mm
Eviter les aciers S 460
N & NL « Normalisés »
risque FAF
35
35
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Qualification des Modes Opératoires de Soudage
Préalable : définir les classes d’exécution selon NF EN 1090-2 :
L’ancien Niveau 1 selon Fasc.66 & NF P22471 joints transversaux
tendus (poutres principales et membrures) est assimilable à la classe
EXC4;
Le niveau 2:autres joints est assimilable à la classe EXC3;
Le niveau 3:accessoires est assimilable à la classe EXC2.
QMOS apportent des garanties sur les plans métallurgiques et
propriétés mécaniques, sont obligatoires pour les classes EXC4 et 3.
Les modalités d’exécution des QMOS sont définies par l’EN ISO
15614.
Les QMOS font en fin d’essai l’objet d’un procès verbal PV de
réception
36
36
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Qualification des soudeurs & opérateurs
Les défauts de forme et certains défauts de compacité dépendent de
l’habilité du soudeur ou réglages choisis par l’opérateur. Leur capacité
doit être reconnue.
Les soudeurs et opérateurs effectuent donc un assemblage donné
dans des conditions définies par NF-EN 287 pour les soudeurs et NF
EN 1418 pour les opérateurs
En fin d’essai un certificat de qualification est émis.
37
37
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Contrôles non destructifs (CND)
EN 1090-2
Précise l’organisation des CND et critères d’acceptation.
Peuvent être mis en œuvre les CND suivants : Visuel, ressuage, magnéto, US, radio.
38
38
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Ressuage
nettoyage
révélateur
liquide pénétrant très fluide
Magnétoscopie
poudre magnétique (suspension)
Si défaut=> répartition non uniforme
39
39
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
CND : Ultrasons
40
40
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
CND : Radiographie
Différence de pouvoir absorbant rayon X ou gamma métal/défaut =>
Densité> =>blanc sur noir, densité< => noir sur blanc
41
41
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Contrôles non destructifs (CND)
EN 1090-2
Précise l’organisation des CND et critères d’acceptation.
Peuvent être mis en œuvre les CND suivants : Visuel, ressuage, magnéto, US,
radio.
Le contrôle Visuel est systématique à 100 % (si défaut obligation
d’exécuter un ressuage ou magnétoscopie)
Les autres CND sont à mettre en œuvre de façon statistique selon
§ 12.4.2.2 Tableau 24 :
Ce tableau précise l’étendue des CND en fonction des types de soudures,
types de sollicitations et classes d’exécution.
Ex: 100% US ou radio pour assemblage EXC4 bout à bout fortement sollicité
(raboutage semelles) et 10% ressuage ou magnéto pour les soudures d’angle
longitudinales EXC4 (âme / semelles).
Les critères d’acceptation des défauts des soudures sont définis par
§7.6 qui réfèrent à EN ISO 5817
42
42
7. Les contrôles ou opérations de
surveillance
Contrôles non destructifs (CND)
Les critères d’acceptation des défauts des soudures sont définis par
§7.6 qui réfère à EN ISO 5817 :
EXC1: niveau de qualité D
EXC2: niveau de qualité C en général sauf D pour caniveau,
débordement, amorçage accidentel, retassure de cratère.
EXC3: niveau de qualité B
EXC4: niveau de qualité B+ exigences complémentaires selon
tableau 17 afin de se prémunir des risques d’endommagement par
fatigue
43
43
8.Conclusion
Les évolutions des procédés de soudage, des aciers
de construction, et des produits d’apport ont facilité la
mise en œuvre du soudage dans la construction
métallique, notamment pour les aciers à haute limite
élastique.
Les « contraintes » des normes et règlements tant
européens que particuliers d’application nationale
doivent être perçues comme une aide pour atteindre la
qualité nécessaire à la pérennité des ouvrages.
Celles-ci ont évoluées ces dernières années de façon à
simplifier la vie de l’ensemble des acteurs.
44
44
Merci pour votre attention
45
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