Partie 3 : Méthode de soudage des fontes

Afin de minimiser la surchauffe de la pièce, il est recommandé d’utiliser le plus petit diamètre d’électrode possible pour les premières passes qui sont en contact avec la fonte. Les électrodes de 2,5 mm (3/32″) conviennent très bien pour cela. De la même façon, il faut choisir la plus basse intensité de courant, tout en s’assurant d’obtenir un bon mouillage et un accrochage parfait. L’accrochage est souvent plus facile en courant alternatif. Il est préférable de s’abstenir d’osciller l’électrode en cours de soudage, de diriger l’arc dans le bain de fusion pour minimiser la dilution et de faire des cordons d’au plus 20 à 50 mm (¾ » à 2″) de long. Il est avantageux de marteler les cordons avec un outil au bout arrondi pendant qu’ils sont encore suffisamment chauds, soit au-dessus de 540°C (1000°F).

Le martelage a pour but de déformer le cordon par des efforts de compression de manière à réduire l’effet des contraintes de retrait qui se créent au cours du refroidissement. Il faut faire attention de ne pas utiliser un outil à bout pointu tel que le marteau qui sert à enlever le laitier, car les empreintes en forme de piqûres qu’il laisse sont des amorces de fissure. Si le métal déposé contient des porosités, cela signifie que le métal de base est contaminé ou imprégné de sable. Il faut alors enlever le cordon avec un ciseau à froid puis sceller cette partie de la pièce avec une électrode à âme d’acier conçue pour la fonte (Sodel 352) avant de continuer le soudage.

Il est important d’amorcer l’arc dans le chanfrein pour ne pas créer de point fragile sur la pièce. Pour minimiser l’effet de surchauffe locale, il est préférable d’espacer les cordons successifs sur toute la surface du chanfrein en prenant soin de toujours déposer les cordons dans la même direction, de s’assurer que la fin des cordons ne soient pas alignés pour ne pas former un plan de ruptures et de prendre soin que chacun des cratères soit rempli.

Il est parfois préférable, surtout pour les pièces épaisses, de beurrer les faces du chanfrein avec une électrode de type nickel (Sodel Ni99, Sodel 355) avant de compléter le remplissage avec une électrode de type ferronickel (Sodel Ni60, Sodel 35, Sodel Cu89). De cette façon, le métal déposé par beurrage absorbe une partie des contraintes en se déformant facilement, ce qui diminue les risques de fissuration.

Il est recommandé de ne pas utiliser les électrodes de type nickel (Sodel Ni99, Sodel 355) lorsque plus de trois couches sont requises à cause de la susceptibilité à la fissuration à chaud des dépôts à très hautes teneurs en nickel. Il est préférable de compléter le remplissage avec une électrode de type ferronickel (Sodel Ni60, Sodel 35, Sodel Cu89) ou d’alterner l’électrode de type nickel avec celle de type ferronickel.

Le soudage s’effectue toujours en commençant par les parties les plus bridées pour se diriger vers celles qui sont moins bridées. Le schéma fonte ci-dessous illustre le principe.

Lors du remplacement d’une partie de la pièce par une plaque d’acier, il est préférable de percer un trou au centre de la plaque, de la segmenter en quatre parties et de joindre les quarts à la pièce avant de les souder ensemble selon la séquence indiquée au schéma fonte 6. Il demeure important de minimiser l’échauffement selon la méthode décrite au début de la section Méthode de soudage.

Les trous empêchant la propagation des fissures sont remplis à la toute fin du soudage.

Lorsque l’épaisseur de la pièce nécessite un remplissage en plusieurs passes superposées, cette superposition est réalisée dès le début en progressant avec la pleine section du chanfrein de façon à laisser tout le jeu possible à la fissure au cours du soudage (voir schéma plus bas).

Si la méthode du soudage à chaud est utilisée, la longueur des cordons peut aller jusqu’à 75 – 125 mm (3″ – 5″). Par la suite, la méthode de soudage demeure la même à l’exception du refroidissement qui doit être le plus lent possible, soit au maximum 15 – 30°C / heure (30 à 55°F / heure) en utilisant par exemple des couvertures isolantes.

Avec le soudage à chaud, il est possible d’utiliser une baguette pour le soudage oxyacéthylénique qui dépose de la fonte grise (Sodel 65FC). De cette façon, le métal déposé possède une structure métallurgique et une couleur similaire à celles de la pièce.

Il faut cependant opter pour des températures de préchauffe élevées, soit 540 à 650°C (1000 à 1200°F), utiliser des angles de chanfrein plus ouverts, même jusqu’à 120°, et bien arrondir les arrêtes et le fond du joint.

La température interpasse ne doit pas baisser sous 315°C (600°F) et il faut faire attention de ne pas surchauffer la pièce au-dessus de 675°C (1250°F).

La flamme utilisée doit être neutre ou légèrement carburante.

On forme d’abord un bain de fusion d’environ 25 mm (1″) dans le fond du chanfrein en conservant le dard du chalumeau à 3 – 6 mm (1/8″ – ¼ ») de la surface. Ensuite, on dirige graduellement la flamme d’une face à l’autre jusqu’à ce qu’elles fondent dans le bain de fusion. À ce moment, la flamme est dirigée vers la baguette pour ainsi ajouter le métal d’apport au bain de fusion. L’épaisseur de chaque passe ne devrait pas dépasser 10 mm (3/8″).

Nettoyage du laitier

Le laitier sur le dépôt peut être enlevé avec des outils manuels et une brosse d’acier inoxydable. Lors du soudage en multipasses, il est essentiel d’enlever toutes les traces de laitier sur la soudure avant de refaire un cordon.

Postchauffage
Il est possible de faire un recuit postsoudage pour :

– améliorer la ductilité de la zone affectée thermiquement;
– améliorer l’usinabilité du dépôt et de la zone affectée thermiquement;
– relâcher les contraintes résiduelles.

La température, le temps de maintien et le taux de chauffage et de refroidissement varient selon le type de fonte et sa teneur en éléments d’alliage. Le fabricant demeure la meilleure personne à contacter pour le choix du cycle thermique. De façon générale, pour la fonte grise non alliée, un recuit à 500°C (900°F) suivi d’un refroidissement à l’air libre réduit les contraintes résiduelles de 30% alors qu’un recuit à 600°C (1100°F) les réduit de 50%. Pour les éliminer presque totalement, il faut :

– monter jusqu’à 900°C (1650°F);
– maintenir la pièce à cette température pendant 60 minutes par 25 mm (1″) d’épaisseur;
– refroidir à l’air libre.

Pour la fonte ductile, le cycle qui confère le maximum de ductilité à la pièce consiste à :

– chauffer à 900 – 950°C (1650 – 1750°F) pour 1 heure plus 1 heure par 25 mm (1″) d’épaisseur;
– refroidir au four jusqu’à 690°C (1275°F);
– maintenir à cette température pour 5 heures plus 1 heure par 25 mm (1″) d’épaisseur;
– refroidir au four jusqu’à 345°C (650°F) à raison de 55°C / heure (100°F /heure);
– laisser refroidir à l’air libre.

Pour la fonte ductile, le cycle qui confère le maximum de ductilité à la pièce consiste à :

– chauffer à 900 – 950°C (1650 – 1750°F) pour 1 heure plus 1 heure par 25 mm (1 ») d’épaisseur;

-refroidir au four jusqu’à 690°C (1275°F);

-maintenir à cette température pour 5 heures plus 1 heure par 25 mm (1 ») d’épaisseur;

-refroidir au four jusqu’à 345°C (650°F) à raison de 55°C / heure (100°F / heure);

-laisser refroidir à l’air libre

CONSEILS PRATIQUES
LORS DU SOUDAGE DE LA FONTE

1- Pour nettoyer la fonte de la présence de graisse ou d’autres contaminants, chauffer les pièces de fonte entre 370 et 540°C (700 et 1000°F) jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de volatilisation (environ 1 heure). Référez-vous à la section Préparation de la surface et des joints.

2- S’il y a présence de fissures sur la pièce avant le soudage, bloquer leur propagation en perforant un trou dans leur prolongement à environ 10 mm (d ») de leur fin apparente.

3- Pour minimiser les risques de fissuration lors du soudage, préférer les préparations en U et arrondir les arrêtes.

4- Pour détecter la présence d’une zone durcie, utiliser une perceuse afin de voir si la mèche est capable de pénétrer la pièce.

5- Lorsqu’une couche dure (zone de trempe) est présente dans le joint, il faut enlever cette couche avant le soudage.

6- Éliminer les traces de meulage trop prononcées à l’aide d’un burin ou d’une lime avant le soudage.

7- Pour améliorer la résistance mécanique du joint, introduire des goujons dans la surface du chanfrein voir schéma.

8- Il est possible de souder les fontes sans préchauffage, voir la section Préchauffage.

9- L’utilisation du courant alternatif pour le soudage de la fonte permet un très bon accrochage.

10- Pour limiter l’apport thermique, faire des cordons d’une longueur d’environ 25 mm (1″) et les déposer l’un après l’autre de façon aléatoire et discontinue.

11- Le beurrage des pièces à l’aide d’une électrode de nickel avant le soudage aide à réduire les risques de fissuration en réduisant les contraintes à l’intérieur de la fonte.