Au sujet du contrôle des soudures

Une tâche pluridisciplinaire

L'examen des soudures est une tâche multidisciplinaire couvrant de nombreux objectifs et techniques différentes. Cette section décrit l’examen de sections découpées en vue d’examiner leurs caractéristiques géométriques, leur dureté et leur microstructure.

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Deux niveaux d'inspection

L’examen de coupes matérialographiques de joints soudés s’effectue généralement à deux niveaux :

Macro :

Des microscope stéréoscopique à grossissement jusqu'à 50 x sont utilisés
L’examen macro est généralement réalisé sur des coupes transversales de joints soudés non enrobées et implique des techniques de tronçonnage et de prépolissage grossier/fin. L'état de surface qui en résulte est adapté à une attaque. S’ensuit alors l’examen des propriétés macro du joint soudé, parmi lesquelles :

La géométrie du joint
Le nombre et la taille des passes
La profondeur de pénétration
L'étendue de la zone affectée thermiquement (ZAT)
Les imperfections de surface telles que les fissures, caniveaux, gorges excessives, la convexité et l’angle de raccordement.
Les imperfections internes telles que les fissures, la porosité, les inclusions métalliques, le manque de fusion, l’absence de pénétration et le laitier.
Les imperfections de la géométrie du joint telles que l’écartement des bords, le méplat, l’angle de biseau et le mauvais alignement.

Micro

Microscope optique à grossissement plus important (jusqu'à 1 000 x).
Les techniques d’examen micro et filiation de dureté requièrent une surface polie et optiquement plate. L’examen micro est utilisé pour étudier les imperfections de soudure et les propriétés micro-structurelles telles que :

Les pores (porosité, cavités de retrait, microfissures)
Les phases spéciales (phase sigma dans les aciers inoxydables)
Les tailles/la structure des grains
La structure de la soudure
La ségrégation
La ZAT et la structure de base

Comment procéder à l’examen des soudures

De manière générale, les techniques d’examen matérialographique et de dureté traditionnelles s'appliquent également aux sections soudées. Cependant, les propriétés des soudures imposent quelques défis spécifiques pour la préparation matérialographique.

Tronçonnage
Souvent, le tronçonnage à la flamme est utilisé pour découper une tranche soudée manipulable d'une plus grosse pièce. Dans ce cas, il est important que la tranche macro/micro soit extraite grâce à un processus de tronçonnage abrasif sous eau et tranchée loin de la chaleur pouvant être générée par l'opération de tronçonnage primaire.

Afin de minimiser la déformation pendant le tronçonnage et le risque de dommages thermiques au niveau de la surface tronçonnée, des suggestions générales en termes de choix de meule de tronçonnage et des paramètres de tronçonnage s’appliquent.

Enrobage
Généralement, les tranches macro utilisées à des fins d’examen ne sont pas enrobées par manque de temps et parce qu'un fini poli finement est suffisant pour l’examen macro. Pour la préparation semi-automatique, il existe un certain nombre de porte-échantillons pouvant accueillir les coupes transversales non enrobées de joints soudés.

Si un enrobage est requis, deux options se présentent à vous : l’enrobage à chaud ou l’enrobage à froid. Il n’est cependant pas rare dans le cadre de l’examen de soudures, de devoir manipuler des coupes transversales relativement grandes. Dans ce cas, il est possible d'utiliser les moules rectangulaires pour l’enrobage à froid.

Préparation mécanique
Généralement, les tranches soudées destinées à un examen macro sont préparées manuellement en étant polies successivement à l’aide de papier abrasif autocollant jusqu'à un grain 1 200. Pour les échantillons de grande taille ou les prépolissages longs, une meule diamantée à liant résine peut offrir certains avantages en termes de durée de vie et de taux d’enlèvement de matière constant.

Les examens micro et de dureté requièrent un polissage.

Les échantillons de soudures peuvent présenter de fortes variations de dureté , soit en raison de changements de phases pendant la soudure, soit en raison de la présence de différents métaux dans le joint. Le métal utilisé pour le joint peut contenir des précipités durs ou présenter certains défauts inhérents à la soudure. C’est pourquoi il est important de s’assurer que la méthode de préparation permette d’obtenir un relief de polissage minimal entre les propriétés microstructurelles et que tous les éléments microstructurels soient conservés. De ce point de vue, il sera préférable d'opter pour un équipement de préparation semi-automatique ou automatique afin de garantir la cohérence et la reproductibilité du polissage, ce qui facilite une analyse microstructurelle précise.

Attaque
En fonction de l’alliage et de l'analyse requise, une attaque chimique ou électrolytique peut être envisagée. Le réactif d'attaque le plus fréquemment utilisé pour le carbone et les aciers faiblement alliés est le Nital, en différentes concentrations. Alternativement, il est également possible d'utiliser du persulfate d’ammonium à 10 %. Pour les alliages plus difficiles tels que les aciers inoxydables et les alliages au nickel, l’attaque électrolytique doit être envisagée. L’attaque électrolytique offre certains avantages par rapport aux solutions d'attaque chimique tels que la vitesse, la facilité opérationnelle et la réduction des risques pour l'utilisateur vu que les contacts avec les réactifs d’attaque sont minimisés.

Pour les applications requérant une analyse microstructurelle plus détaillée, les échantillons destinés à un polissage électrolytique et une attaque doivent être polis au grain 1 000.

Propriétés géométriques
Les propriétés géométriques d'une soudure sont spécifiées individuellement pour chaque soudure ou groupe de soudures. C’est pourquoi l’analyse de défaut, l’homologation ou le contrôle d'une soudure s’effectue dans la plupart des cas sur base d’une description détaillée. Le type, le nombre et la taille des imperfections internes ou de surfaces sont également définis pour évaluer la qualité de la soudure.

La mesure, le comptage, l'indication et le compte rendu des propriétés géométriques et des imperfections des soudures sont des tâches qui peuvent être effectuées à l’aide de systèmes d’imagerie dédiés, vu le haut niveau de standardisation.