Partie 2 : Soudabilité des fontes

Préparation de la surface et des joints

Il est important de bien nettoyer la surface à souder de toute trace d’huile, de graisse, de rouille, de saleté, de solution pour l’inspection par liquide pénétrant ou peinture à l’aide de solvants appropriés. De par sa nature poreuse, la fonte a tendance à s’imprégner de ces contaminants et il faut alors la chauffer entre 370 et 540°C (700 et 1000°F) pour environ une heure ou jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de volatilisation. Il faut faire attention de ne pas créer de surchauffe locale et de ne pas chauffer ou refroidir trop rapidement la pièce pour éviter les risques de fissuration (voir l’article sur le préchauffage (partie 3)).

Tous les défauts ou fissures doivent être enlevés. Pour éviter la propagation des fissures lors de la préparation ou du soudage, il est recommandé de les bloquer en perforant un trou dans leur prolongement à environ 10 mm (d ») de leur fin apparente. Ce trou est de 6 mm (¼ ») de diamètre pour les faibles épaisseurs et son diamètre augmente lorsque la section de la pièce est plus grande. Si l’équipement disponible ne permet pas le perçage d’un trou, il est possible de souder perpendiculairement la fissure avec un cordon de 20 à 40 mm (1″ à 1½ ») de long à chacune de ses extrémités. Si ce cordon fissure dû aux tensions lors du soudage, il faut localiser la fin de la nouvelle fissure et répéter l’opération.

Si la pièce à déjà été soudée auparavant, il faut vérifier s’il y a une zone durcie près du cordon. Une méthode rapide et efficace pour détecter la présence d’une couche dure est d’utiliser une perceuse et de voir si la mèche est capable de pénétrer la pièce. Toute zone durcie doit être enlevée avant le soudage.

Les fontes étant fragiles, il est préférable de préparer les chanfreins en forme de U et d’arrondir les arrêtes. De plus, lorsque des produits d’apport à base de nickel sont utilisés, les angles de chanfrein doivent être environ 30% plus ouverts que pour l’acier et les méplats à la racine du joint plus minces pour assurer une pénétration complète. Pour les épaisseurs supérieures à 13 mm (½ »), l’utilisation de chanfrein en forme de U ou de J sur les deux faces minimise la quantité de métal d’apport et les tensions de retrait.

Pour les fontes grises possédant une charge de rupture inférieure à 275 MPa (40 000 psi), il est possible de chanfreiner seulement les deux tiers de l’épaisseur des pièces ayant plus de 13 mm (½ ») de section lorsque des électrodes de type ferronickel (Sodel Ni-60, Sodel 35, Sodel Cu89) sont utilisées pour le soudage.

Plusieurs méthodes sont disponibles pour enlever les défauts, les fissures, la couche de calamine ou d’oxyde et préparer les chanfreins. Il est possible d’usiner, de meuler, de ciseler ou de gouger à l’électrode (Sodel 512PLUS) les bords à souder. Le gougeage à l’électrode demeure la méthode la plus rapide mais elle peut entraîner la formation d’une mince couche durcie. Lorsqu’il y a formation d’une couche dure, cette dernière doit être enlevée par des moyens mécaniques avant le soudage. De plus, lorsque le meulage est utilisé comme moyen de préparation, il est préférable d’éliminer les traces ou les résidus de la meule avec une lime ou un ciseau à froid.

Si la pièce est trop fissurée, il est possible d’enlever une partie de celle-ci et de la remplacer par une plaque d’acier doux. Pour minimiser les risques de fissuration, il est important de bien arrondir les coins de la plaque. Étant donné la grande résistance mécanique de l’acier doux, l’épaisseur de la plaque peut être jusqu’à 33% inférieure à celle de la section de la pièce pour les fontes grises possédant une charge de rupture inférieure à 275 MPa (40 000 psi).

Pour les pièces de section importante, il est possible de minimiser la fragilité de la zone affectée thermiquement en gougeant des cannelures dans la face du joint (voir schéma plus bas). Ces cannelures sont remplies avec le métal d’apport sélectionné, puis les faces sont beurrées et finalement, le soudage des faces est effectué. Le soudage doit être effectué selon la méthode décrite plus bas. Cette méthode empêche la formation de plans de faiblesse continus dans la zone affectée thermiquement, ce qui minimise la propagation des fissures qui peuvent se créer en service ou lors du retrait du métal déposé durant le refroidissement.

Une autre méthode pour renforcer le joint consiste à introduire des goujons dans la surface du chanfrein (voir schéma plus bas). Lorsque les goujons sont en acier, le nombre de goujons sera tel que leur surface représente environ 30% de la section de la pièce à l’endroit où est la rupture.

Les goujons sont vissés ou pressés, dans les trous préalablement percés, jusqu’à une profondeur au moins égale au diamètre du goujon.

De plus, il est recommandé de ne pas insérer tous les goujons à la même profondeur et de ne pas les mettre vis-à-vis l’un de l’autre. Il faut laisser les goujons dépasser de 3 à 5 mm (c » à 3/16″) au-dessus de la face du chanfrein pour qu’ils se marient bien au métal déposé. Les goujons sont par la suite soudés en place puis les surfaces du chanfrein sont beurrées et enfin, on procède au soudage des faces entre elles. Cette méthode permet de lier le métal déposé à la partie de la pièce qui n’a pas été influencée thermiquement.

Préchauffage
Lors du soudage des fontes grise, malléable, ductile ou à graphite compacté, une partie de la zone affectée thermiquement a tendance à se transformer en fonte blanche ou en structures fragiles. Cette transformation, qui survient au cours du refroidissement, est favorisée par leur forte teneur en carbone, leur teneur plus ou moins grande en éléments d’alliage et par la rapidité à laquelle la chaleur est dissipée dans la section de la pièce.

Pour éviter que la chaleur se dissipe trop rapidement dans la pièce, il est possible de la préchauffer entre 315 et 650°C (600 et 1200°F). Il faut cependant qu’elle soit à l’abri de tout courant d’air pour éviter les problèmes de fissuration. De plus, il n’est pas toujours possible de préchauffer la pièce à cause de sa taille ou des équipements qui s’y rattachent.

Pour toutes ces raisons, il est généralement préférable d’utiliser la méthode du soudage à froid. Avec cette méthode, la pièce n’est pas préchauffée en autant qu’elle soit à la température ambiante, 20°C (68°F). De plus, l’écart de température entre la soudure et le métal de base est limité à environ 50°C (90°F) de façon à ce que le soudeur puisse garder sa main nue en contact prolongé avec les parties voisines de la soudure. Autrement dit, pour une pièce qui est à 20°C (68°F), la température de la région voisine de la soudure ne devrait pas dépasser 70°C (158°F).

Il peut arriver que même si la méthode du soudage à froid est utilisée, il soit avantageux de préchauffer certaines parties de la pièce. Ceci peut permettre au joint de s’ouvrir lorsque l’on chauffe ces parties pour être ensuite soumis à des efforts de compression lors du refroidissement, ce qui diminue l’importance des contraintes de retrait. Le schéma suivant illustre bien ce phénomène :

Prochaine partie (3) : Méthode de soudage (15 octobre)