Dilatation et retrait

Les problèmes que pose l'étude de la dilatation et du retrait en soudage sont encore beaucoup plus obscurs que ceux qui découlent de la métallurgie ou des méthodes d'exécution de la soudure. Il n'existe que peu d'ouvrages sur ces deux phénomènes; encore y trouve-t-on plus de constatations pratiques que d'explications.

Qu'il suffise de citer, comme exemple, les tensions résiduelles qui constituent un problème indépendant de la soudure; elles sont inhérentes à la nature même du métal et la flamme nécessaire à la soudure ne fait qu'en révéler les conséquences. Leur présence donne souvent des résultats directement opposés aux prévisions du soudeur.

Comme l'étude complète de la dilatation et du retrait relève plutôt des ingénieurs et des métallurgistes, nous nous bornerons à tenter d'analyser et d'expliquer les phénomènes visibles et invisibles qui apparaissent avant, pendant et après l'exécution de la soudure. Le succès d'une soudure dépend en grande partie de l'attention que l'on donne à ces problèmes.

On connaît la grande loi physique de la dilatation des corps sous l'action de la chaleur et de leur contraction ultérieure lors du refroidissement. Toutefois, la force et la dureté du métal diminuent à mesure que la température augmente, jusqu'à la température critique; alors le métal passe de l'état solide à l'état plastique et devient ainsi facilement déformable par une force extérieure.

Si aucune force extérieure n'intervient, le métal reprend exactement sa forme originale lors du refroidissement. Théoriquement, tout métal chauffé se dilate pour ensuite se contracter lors du refroidissement et reprendre ses dimensions initiales. Toutefois, une condition est essentielle pour obtenir des résultats conformes aux lois générales et à celle de la réversibilité des phénomènes:

LES PIÈCES CHAUFFÉES DOIVENT ÊTRE LIBRES DE SE DÉPLACER DANS L'ESPACE.

Sinon, pas de réversibilité des phénomènes, c'est-à-dire que les pièces ne reprennent pas, après refroidissement, leurs dimensions primitives. En soudage autogène, il est très difficile de souder des pièces dans ces conditions idéales; par conséquent, nous obtiendrons rarement en pratique les réactions que prévoit la théorie.

Le cas classique de la réversibilité des phénomènes est celui du lingot. Le métal liquide qui remplit une lingotière dont les parois sont relativement froides commence à se solidifier par l'extérieur. Il en résulte une contraction naturelle du métal, contraction qui a pour conséquence la formation de la poche de retassure bien connue (fig. 71).


Fig. 71 — Lingotière

Le retrait affecte le métal dans la lingotière dans ses trois dimensions: longueur, largeur, hauteur. Si l'on réchauffe le lingot refroidi, il reprend successivement pour chaque température de réchauffage, les dimensions qu'il avait à ces températures lors du refroidissement. La dilatation et le retrait sont donc ici réversibles et la dilatation égale le retrait.

La soudure n'offre que peu d'analogie avec le cas précédent:

1 — Les bords du joint à souder sont souvent chauffés jusqu'à leur fusion et subissent leur dilatation maximum.

2 — On dépose du métal d'apport en fusion pour remplir le joint de soudure. Lors du refroidissement, le retrait du métal d'apport s'ajoute au retrait du métal de base, puisque les deux pièces sont soudées ensemble.

3 — La chaleur est concentrée en des points qui varient constamment et plus ou moins régulièrement.

Tous les métaux sont conducteurs de la chaleur, mais à des degrés différents. Cette conductibilité se mesure par comparaison avec l'argent qui sert de base en prenant le nombre 100 pour unité. En général, un métal bon conducteur d'électricité est aussi un bon conducteur de chaleur.
 

 

 

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