Classification du soudage

Le soudage des métaux peut être divisé en trois catégories selon les caractéristiques de son procédé : le soudage par fusion, le soudage sous pression et le brasage.
Pendant le processus de soudage par fusion, si l'atmosphère est en contact direct avec le bain fondu à haute température, l'oxygène présent dans l'atmosphère oxydera le métal et divers éléments d'alliage. L'azote, la vapeur d'eau, etc. présents dans l'atmosphère pénètrent dans le bain de fusion et formeront également des défauts tels que des pores, des inclusions de scories, des fissures, etc. dans la soudure lors du processus de refroidissement ultérieur, détériorant ainsi la qualité et les performances de la soudure.
Afin d'améliorer la qualité du soudage, les gens ont développé diverses méthodes de protection. Par exemple, le soudage à l'arc sous protection gazeuse consiste à isoler l'atmosphère avec des gaz tels que l'argon et le dioxyde de carbone pour protéger l'arc et le taux de fusion pendant le soudage ; par exemple, lors du soudage de l'acier, l'ajout de poudre de fer titane à haute affinité pour l'oxygène au revêtement de l'électrode pour la désoxydation peut protéger les éléments bénéfiques tels que le manganèse et le silicium de l'électrode de l'oxydation et de la pénétration dans le bain de fusion, et obtenir des soudures de haute qualité après refroidissement. .
La caractéristique commune des différentes méthodes de soudage sous pression est que la pression est appliquée pendant le processus de soudage sans ajout de matériaux d'apport. La plupart des méthodes de soudage sous pression, telles que le soudage par diffusion, le soudage à haute fréquence, le soudage par pression à froid, etc., n'ont pas de processus de fusion, il n'y a donc pas de problème de combustion d'éléments d'alliage bénéfiques et d'éléments nocifs envahissant la soudure comme le soudage par fusion, ce qui simplifie le processus de soudage et améliore les conditions de sécurité et de santé du soudage. Dans le même temps, comme la température de chauffage est inférieure à celle du soudage par fusion et que le temps de chauffage est plus court, la zone affectée thermiquement est petite. De nombreux matériaux difficiles à souder par soudage par fusion peuvent souvent être soudés par soudage sous pression pour former des joints de haute qualité ayant la même résistance que le matériau de base.
Le joint formé lors du soudage, reliant les deux corps connectés, est appelé une soudure. Pendant le soudage, les deux côtés de la soudure seront affectés par la chaleur de soudage, et l'organisation et les performances changeront. Cette zone est appelée zone affectée par la chaleur. Pendant le soudage, en raison des différences dans les matériaux de la pièce, les matériaux de soudage, le courant de soudage, etc., la soudabilité se détériorera. Cela nécessite d'ajuster les conditions de soudage. Le préchauffage de l'interface de la construction soudée avant le soudage, la conservation de la chaleur pendant le soudage et le traitement thermique après le soudage peuvent améliorer la qualité du soudage de la construction soudée.
De plus, le soudage est un processus local de chauffage et de refroidissement rapide. La zone de soudage ne peut pas se dilater et se contracter librement en raison des contraintes du corps de la pièce environnante. Après refroidissement, des contraintes de soudage et des déformations seront générées dans la construction soudée. Les produits importants doivent éliminer les contraintes de soudage et corriger la déformation du soudage après le soudage.
La technologie de soudage moderne permet de souder des soudures sans défauts internes et externes et avec des propriétés mécaniques égales ou même supérieures à celles des corps connectés. Les positions relatives des corps soudés dans l'espace sont appelées joints soudés. La résistance des joints n'est pas seulement affectée par la qualité des soudures, mais également liée à leur forme géométrique, leur taille, leurs conditions de contrainte et leurs conditions de travail. Les formes de base des joints sont les joints bout à bout, les joints à recouvrement et les joints en T (joints orthogonaux).
La forme de la section transversale de la soudure bout à bout est déterminée par l'épaisseur du corps soudé avant le soudage et par la forme de la rainure des deux bords. Lors du soudage de tôles d'acier plus épaisses, différentes formes de rainures sont ouvertes au niveau des joints afin de souder de part en part, de sorte que la baguette de soudage ou le fil de soudage puisse être introduit plus facilement. Les formes de rainures comprennent des rainures de soudage simple face et des rainures de soudage double face. Lors de la sélection de la forme de la rainure, en plus d'assurer la pénétration, des facteurs tels qu'un soudage pratique, une petite quantité de métal d'apport, une faible déformation par soudage et de faibles coûts de traitement des rainures doivent également être pris en compte.
Lorsque deux tôles d'acier d'épaisseurs différentes sont assemblées bout à bout, afin d'éviter une forte concentration de contraintes provoquée par un changement brusque de section transversale, le bord de la tôle le plus épais est souvent progressivement aminci pour obtenir une épaisseur égale au niveau des deux bords du joint. La résistance statique et la résistance à la fatigue du joint bout à bout sont supérieures à celles des autres joints. Le soudage par joint bout à bout est souvent préféré pour les connexions soumises à des charges alternées et à impact ou dans des conteneurs à basse température et haute pression.
La préparation avant soudage du joint à recouvrement est simple, l'assemblage est pratique et la déformation par soudage et la contrainte résiduelle sont faibles. Par conséquent, il est souvent utilisé dans les joints installés sur place et dans les structures sans importance. D'une manière générale, les joints à recouvrement ne sont pas adaptés au travail dans des conditions telles que des charges alternées, des milieux corrosifs, des températures élevées ou basses.
L’utilisation de joints en T et de joints d’angle est généralement due à des besoins structurels. Les caractéristiques de fonctionnement de la soudure d'angle incomplètement soudée sur le joint en T sont similaires à celles de la soudure d'angle du joint à recouvrement. Lorsque la soudure est perpendiculaire à la direction de la force externe, elle devient une soudure d’angle positive. À ce stade, la forme de la surface de la soudure entraînera une concentration des contraintes à des degrés divers ; la condition de contrainte de la soudure d'angle entièrement soudée est similaire à celle du joint bout à bout.
Les joints d'angle ont une faible capacité portante et ne sont généralement pas utilisés seuls. Ils ne peuvent être améliorés que lorsqu'ils sont entièrement soudés ou lorsqu'il y a des soudures d'angle à l'intérieur et à l'extérieur. Ils sont principalement utilisés aux angles des structures fermées.
Les produits soudés sont plus légers que les pièces rivetées, les pièces moulées et les pièces forgées, ce qui peut réduire le poids et économiser de l'énergie pour les véhicules de transport. Le soudage présente de bonnes propriétés d’étanchéité et convient à la fabrication de divers conteneurs. Le développement d'une technologie de traitement des joints pour combiner le soudage avec le forgeage et le moulage peut permettre de créer de grandes structures soudées par coulée et des structures forgées-soudées économiquement raisonnables avec des avantages économiques élevés. L’utilisation de la technologie du soudage permet d’utiliser efficacement les matériaux. Les structures soudées peuvent utiliser des matériaux ayant des propriétés différentes dans différentes pièces, exploiter pleinement les atouts de divers matériaux et réaliser économie et qualité. Le soudage est devenu une méthode de traitement indispensable et de plus en plus importante dans l'industrie moderne.
Dans le traitement moderne des métaux, le soudage s'est développé plus tard que les procédés de coulée et de forgeage, mais il s'est développé rapidement. Le poids des structures soudées représente environ 45 % de la production d'acier, et la proportion de structures soudées en aluminium et en alliage d'aluminium augmente également.
À l'avenir, la technologie du soudage devrait développer de nouvelles méthodes de soudage, équipements de soudage et matériaux de soudage pour améliorer encore la qualité du soudage et la fiabilité de la sécurité, par exemple en améliorant l'arc existant, l'arc plasma, le faisceau d'électrons, le laser et d'autres sources d'énergie de soudage ; utiliser la technologie électronique et la technologie de contrôle pour améliorer les performances du processus d'arc et développer des méthodes de suivi d'arc fiables et légères.
D'autre part, il est nécessaire d'améliorer le niveau de mécanisation et d'automatisation du soudage, par exemple en réalisant un contrôle par programme et un contrôle numérique des machines à souder ; développer des machines de soudage spéciales qui automatisent l'ensemble du processus, depuis le processus de préparation, le soudage jusqu'au contrôle de la qualité ; promouvoir et développer les manipulateurs de soudage CNC et les robots de soudage sur les lignes de production de soudage automatiques, ce qui peut améliorer les niveaux de production de soudage et améliorer les conditions de santé et de sécurité du soudage.
Processus d'évolution
La technologie du soudage a émergé avec la production de fusion de métaux tels que le cuivre et le fer et l'application de diverses sources de chaleur. Les principales méthodes de soudage dans les temps anciens étaient le soudage par coulée, le brasage, le soudage par forgeage et le soudage par rivetage. Avant 2500 avant JC, les anciens Babyloniens et la civilisation de l'Indus avaient atteint un niveau élevé de traitement à chaud et à froid des métaux en cuivre et en fer et pouvaient utiliser le soudage par forgeage, le soudage par coulée et d'autres méthodes de soudage pour fabriquer des ustensiles métalliques et graver des textes. La culture représentative à cette époque était la culture Harappa.
La hache en cuivre à lame de fer fabriquée sous la dynastie Shang de Chine est une pièce de fer et de cuivre soudée. La ligne de fusion du cuivre et du fer à sa surface est sinueuse et bien connectée. Il y a de nombreux dragons enroulés sur la base en bronze du tambour dans la tombe de Zeng Houyi pendant la période des Printemps et Automnes et de la période des Royaumes combattants. Il a été réalisé par brasage par sections. Après analyse, il a été constaté que la composition de la brasure utilisée est similaire à celle de la brasure tendre moderne. Les épées fabriquées pendant la période des Royaumes combattants avaient des lames en acier et des dos en fer forgé, généralement fabriqués par chauffage et forgeage. Selon le livre « L'exploitation des œuvres de la nature » écrit par Song Yingxing sous la dynastie Ming, dans la Chine ancienne, le cuivre et le fer étaient chauffés ensemble dans un four et forgés pour fabriquer des couteaux et des haches ; de la boue jaune ou de la vieille terre de mur finement tamisée était saupoudrée sur les joints pour forger et souder de grandes ancres par sections. Au Moyen Âge, le forgeage et le soudage étaient également utilisés pour fabriquer des armes à Damas, en Syrie.