Contrôle Qualité des Soudures : 10 Défauts Courants et Astuces de Détection

Contrôle Qualité des Soudures

Pour assurer la performance satisfaisante d'une structure soudée, la qualité des soudures doit être déterminée par des procédures de test adéquates. Par conséquent, elles sont testées sous épreuve dans des conditions identiques ou plus sévères que celles rencontrées par les structures soudées sur le terrain.

Cette page contient des conseils d'inspection visuelle. Les pages suivantes contiennent des méthodes d'inspection pour le GMAW et les tests physiques de soudure.

Ces tests révèlent les sections faibles ou défectueuses qui peuvent être corrigées avant que le matériel ne soit libéré pour une utilisation sur le terrain. Les tests déterminent aussi la conception de soudage appropriée pour l'équipement d'ordonnance et préviennent les blessures et désagréments au personnel.

Les END (Essais Non Destructifs) font référence aux tests non destructifs. C'est une approche de test qui implique l'évaluation de la soudure sans causer de dommage. Cela fait gagner du temps et de l'argent, y compris l'utilisation de l'inspection visuelle à distance (RVI), rayons X, ultrasons et tests de pénétration liquide.

Dans la plupart des soudures, la qualité est testée en fonction de la fonction pour laquelle elle est destinée. Si vous réparez une pièce sur une machine, si la machine fonctionne correctement, alors la soudure est souvent considérée comme correcte. Il y a quelques façons de dire si une soudure est correcte :

• Distribution : Le métal de soudure est distribué équitablement entre les deux matériaux qui ont été joints.
• Déchets : La soudure est exempte de matériaux de déchet tels que le laitier. Le laitier après refroidissement doit se décoller du projet. Il doit s'enlever facilement. En soudage MIG, tout résidu du gaz de protection doit aussi s'enlever avec peu de problème. Le TIG, étant le procédé le plus propre, doit aussi être exempt de déchets. En TIG, si vous voyez des déchets, cela signifie généralement que le matériau soudé n'a pas été nettoyé en profondeur.
• Porosité : La surface de la soudure ne doit avoir aucune irrégularité ni trous poreux (appelés porosité). Les trous contribuent à la faiblesse. Si vous voyez des trous, cela indique généralement que le métal de base était sale ou avait un revêtement d'oxyde. Si vous utilisez MIG ou TIG, la porosité indique qu'il faut plus de gaz de protection lors du soudage. La porosité dans les soudures d'aluminium est un indicateur clé de l'absence d'assez de gaz.
• Étanche : Si le joint n'est pas serré, cela indique un problème de soudure. En soudage oxyacétylénique, si on utilise le soudage autogène, où il n'y a pas de métal d'apport, la soudure doit être étanche. Pareil pour le TIG autogène. L'espace n'est pas aussi critique dans d'autres types de soudures car tout espace est comblé par le métal d'apport. Cela dit, les espaces, en général, indiquent un problème de qualité potentiel.
• Étanche aux fuites : Si vous réparez un objet qui contient du liquide, une fuite est un moyen sûr (et évident) de voir qu'il y a un problème. Pareil pour quelque chose qui contiendra un gaz. Une méthode de test est d'utiliser des bulles de savon pour vérifier les problèmes (peut être facilement appliqué avec une bouteille pulvérisateur).
• Résistance : La plupart des soudures doivent démontrer la résistance requise. Une façon d'assurer une résistance appropriée est de commencer avec un métal d'apport et une électrode dont l'indice est supérieur à votre exigence de résistance.

D'autres vérifications utilisant des méthodes visuelles incluent des vérifications avant (face de racine, espace, angle de chanfrein, ajustement du joint), pendant (taux de consommation d'électrode, flux de métal, son d'arc, et lumière), et après soudage (sous-coupe, problème de fusion de racine, trous d'épingle, projections excessives, dimensions de soudure).

Inspection Visuelle (VT)

L'inspection visuelle est un processus de test de qualité de soudure non destructif (END) où une soudure est examinée à l'œil pour déterminer les discontinuités de surface. C'est la méthode la plus courante de test de qualité de soudure.

Avantages du test de qualité de soudure non destructif :

• Peu coûteux (généralement seulement le coût de la main-d'œuvre)
• Équipement à faible coût
• Aucune exigence d'alimentation
• Identification rapide des défauts et coûts de réparation en aval dus aux problèmes non détectés tôt

Inconvénients :

• Formation de l'inspecteur nécessaire
• Bonne vue requise ou corrigée à 20/40
• Peut manquer les défauts internes
• Le rapport doit être enregistré par l'inspecteur
• Sujet à l'erreur humaine

Étapes de l'Inspection Visuelle de Qualité de Soudure

Pratiquez et développez des procédures pour une application cohérente de l'approche

1. Inspectez les matériaux avant le soudage
2. Test de qualité de soudure pendant le soudage
3. Inspection quand la soudure est terminée
4. Marquez les problèmes et réparez la soudure

Inspection Visuelle Pendant le Soudage

• Vérifiez les électrodes pour la taille, le type et le stockage (les électrodes bas hydrogène sont gardées dans un four stabilisateur)
• Surveillez le cordon de racine pour la sensibilité aux fissures
• Inspectez chaque passe de soudure. Cherchez la sous-coupe et le contour requis. Assurez-vous que la soudure est correctement nettoyée entre chaque passe.
• Vérifiez les cratères qui doivent être remplis
• Vérifiez la séquence de soudure et la taille. Les jauges sont utilisées pour vérifier la taille.

Inspection Après Soudage

• Vérifiez la soudure par rapport aux codes et normes
• Vérifiez la taille avec les jauges et plans
• Vérifiez la finition et le contour
• Vérifiez les fissures par rapport aux normes
• Cherchez le chevauchement (overlap)
• Vérifiez la sous-coupe
• Déterminez si les projections sont à des niveaux acceptables

10 Défauts de Soudage Courants à Connaître

Que sont les Défauts de Soudage ?

Les défauts de soudage peuvent être définis comme les irrégularités formées dans le métal de soudure donné en raison d'un mauvais processus de soudage ou de motifs de soudage incorrects, etc. Le défaut peut différer de la forme, taille et qualité souhaitée du cordon de soudure.

Les défauts de soudage peuvent se produire soit à l'extérieur, soit à l'intérieur du métal de soudure. Certains défauts peuvent être autorisés si les défauts sont sous des limites permises mais d'autres défauts comme les fissures ne sont jamais acceptés.

L'ingénierie a toujours reconnu l'existence d'imperfections et travaillé avec des tolérances. La tolérance est le terme qui définit le degré d'acceptation avant l'imperfection. Ainsi, toute tolérance ne devrait être définie que pour une certaine application, processus et matériau utilisé.

Les imperfections sont connues comme toute différence concernant le projet de la structure. Elles sont inévitables en ingénierie, mais pas toutes doivent être traitées comme inacceptables.

Que sont les discontinuités de soudure ?

La discontinuités est une interruption dans la structure physique typique d'un matériau qui change brusquement ses propriétés. Ainsi, la simple variation des propriétés ne caractérise pas une discontinuités. Cependant, seules les discontinuités qui dépassent la limite de tolérance doivent être considérées comme des défauts de soudage.

Ainsi, une soudure avec une fissure particulière peut être considérée comme approuvée ou désapprouvée pour différentes applications.

Types de Défauts de Soudage

Maintenant que vous savez comment révéler les défauts de soudage, nous allons apprendre à identifier quel type de défaut de soudure nous avons affaire. Chacun a ses propres caractéristiques et nécessite une approche différente pour la réparation.

• Manque de Fusion ou Fusion Incomplète
• Sous-coupe (Undercut)
• Inclusions de Laitier
• Projections (Spatter)
• Fissures
• Porosité
• Chevauchement (Overlap)
• Déformation (Warpage)
• Brûlure traversante (Burn Through)

1. Manque de Pénétration ou Pénétration Incomplète

La pénétration incomplète se produit quand la racine du cordon de soudure n'atteint pas la racine du joint pour souder la surface opposée dans la pièce. Pour corriger cette discontinuités, vous pouvez augmenter le courant, diminuer la vitesse de soudage, ou changer la géométrie du joint.

Causes :

• Il y avait trop d'espace entre les métaux que vous soudez ensemble.
• Vous déplacez le cordon trop rapidement, ce qui ne permet pas assez de métal d'être déposé dans le joint.
• Vous utilisez un ampérage trop bas, ce qui résulte en un courant pas assez fort pour fondre correctement le métal.
• Diamètre d'électrode trop grand.
• Mauvais alignement.
• Joint incorrect.

Remèdes :

• Utilisez une géométrie de joint appropriée.
• Utilisez une électrode de taille appropriée.
• Réduisez la vitesse de déplacement de l'arc.
• Choisissez le courant de soudage approprié.
• Vérifiez l'alignement correct.

2. Manque de Fusion ou Fusion Incomplète

La fusion incomplète se produit avec un manque de fusion localisé, soit au bord du joint, soit à la face du brin déposé précédemment. Pour corriger cette discontinuités, vous pouvez augmenter le courant, diminuer la vitesse de soudage, changer la géométrie du joint ou utiliser quelque artifice pour éviter le soufflage magnétique.

Causes :

• Faible apport de chaleur.
• Contamination de surface.
• Angle d'électrode incorrect.
• Le diamètre de l'électrode est incorrect pour l'épaisseur du matériau que vous soudez.
• Vitesse de déplacement trop rapide.
• Le bain de fusion est trop grand et il devance l'arc.

Remèdes :

• Utilisez un courant de soudage suffisamment haut avec la tension d'arc appropriée.
• Avant de commencer le soudage, nettoyez le métal.
• Évitez que le bain de fusion inonde l'arc.
• Utilisez le bon diamètre et angle d'électrode.
• Réduisez les taux de dépôt

3. Sous-coupe (Undercut)

Elle se produit avec une dépression, comme une entaille, au pied du cordon. Pour corriger cette discontinuités, vous pouvez réduire le courant ou réduire la vitesse de soudage.

Cette imperfection de soudage est la formation d'une rainure au niveau du talon de la soudure, réduisant l'épaisseur de la section transversale du métal de base. Le résultat est la soudure et la pièce affaiblies.

Causes :

• Courant de soudage trop élevé.
• Vitesse de soudage trop rapide.
• L'utilisation d'un angle incorrect, qui dirigera plus de chaleur vers les bords libres.
• L'électrode est trop grande.
• Utilisation incorrecte du gaz de protection.
• Métal d'apport incorrect.
• Mauvaise technique de soudage.

Remèdes :

• Utilisez un angle d'électrode approprié.
• Réduisez la longueur d'arc.
• Réduisez la vitesse de déplacement de l'électrode, mais elle ne devrait pas être trop lente non plus.
• Choisissez un gaz de protection avec la composition correcte pour le type de matériau que vous soudez.
• Utilisation d'un angle d'électrode approprié, avec plus de chaleur dirigée vers les composants plus épais.
• Utilisation d'un courant approprié, le réduisant en approchant les zones plus minces et les bords libres.
• Choisissez une technique de soudage correcte qui n'implique pas de balayage excessif.
• Utilisez la technique multipasse

4. Inclusion de Laitier

Elle se produit avec la rétention de matériaux solides, métalliques ou non, dans le métal de soudure. Les causes sont un nettoyage inadéquat de la surface de soudure entre les passes. Cela peut aussi se produire dans les soudures monopasse quand le laitier est piégé dans la racine et les talons de la soudure.

L'inclusion de laitier est un des défauts de soudage qui sont généralement facilement visibles dans la soudure. Le laitier est un matériau vitreux qui se produit comme sous-produit du soudage à l'électrode enrobée, du soudage à l'arc à fil fourré, et du soudage à l'arc submergé. Cela peut se produire quand le flux, qui est le matériau de protection solide utilisé lors du soudage, fond dans la soudure ou sur la surface de la zone de soudure.

Causes :

• Nettoyage incorrect.
• La vitesse de soudage est trop rapide.
• Ne pas nettoyer le cordon de soudure avant d'en commencer un nouveau.
• Angle de soudage incorrect.
• Le bain de fusion refroidit trop vite.
• Le courant de soudage est trop bas.

Remèdes :

• Augmentez la densité de courant.
• Réduisez le refroidissement rapide.
• Ajustez l'angle de l'électrode.
• Enlevez tout laitier du cordon précédent.
• Ajustez la vitesse de soudage.

5. Projections (Spatter)

Les projections se produisent avec la projection de particules en fusion depuis le cordon de soudure. Pour corriger cette discontinuités, on peut réduire le courant et contrôler l'instabilité dans le transfert de métal.

Les projections se produisent quand de petites particules de la soudure s'attachent à la surface environnante. C'est une occurrence particulièrement courante dans le soudage à l'arc sous gaz métal. Peu importe à quel point vous essayez, cela ne peut pas être complètement éliminé. Cependant, il y a quelques façons de le garder au minimum.

Causes :

• L'ampérage de fonctionnement est trop élevé.
• Le réglage de tension est trop bas.
• L'angle de travail de l'électrode est trop raide.
• La surface est contaminée.
• L'arc est trop long.
• Polarité incorrecte.
• Alimentation en fil erratique.

Remèdes :

• Nettoyez les surfaces avant le soudage.
• Réduisez la longueur d'arc.
• Ajustez le courant de soudage.
• Augmentez l'angle de l'électrode.
• Utilisez la polarité appropriée.
• Assurez-vous de ne pas avoir de problèmes d'alimentation.

6. Fissure de Soudure

Parmi les discontinuités d'origine métallurgique, on peut mentionner les fissures, qui peuvent apparaître dans la zone affectée par la soudure (Zone de Fusion ou Zone Affectée Thermiquement) en raison de plusieurs facteurs, tels que la contraction du métal en solidification et la croissance des grains, et peuvent être classées comme fissures à froid, fissures de solidification et fissures de réchauffage.

Le type le plus grave de défaut de soudage est une fissure de soudure et elle n'est pas acceptée par presque toutes les normes de l'industrie. Elle peut apparaître sur la surface, dans le métal de soudure, ou dans la zone affectée par la chaleur intense.

Il y a différents types de fissures, selon la température à laquelle elles se produisent :

• Fissures à chaud : Elles peuvent se produire pendant le processus de soudage ou pendant le processus de cristallisation du joint de soudure. La température à ce point peut dépasser 10 000 °C.
• Fissures à froid : Ces fissures apparaissent après que la soudure a été terminée et que la température du métal a baissé. Elles peuvent se former des heures ou même des jours après le soudage. Cela arrive surtout quand on soude de l'acier. La cause de ce défaut est généralement des déformations dans la structure de l'acier.
• Fissures de cratère : Elles se produisent à la fin du processus de soudage avant que l'opérateur ne termine une passe sur le joint de soudure. Elles se forment généralement près de la fin de la soudure. Quand le bain de fusion refroidit et se solidifie, il a besoin d'avoir assez de volume pour surmonter le retrait du métal de soudure. Sinon, il formera une fissure de cratère.

Causes :

• Utilisation d'hydrogène quand on soude des métaux ferreux.
• Contrainte résiduelle causée par le retrait de solidification.
• Contamination du métal de base.
• Vitesse de soudage élevée mais courant faible.
• Pas de préchauffage avant de commencer le soudage.
• Mauvaise conception de joint.
• Teneur élevée en soufre et carbone dans le métal.

Remèdes :

• Préchauffez le métal comme requis.
• Fournissez un refroidissement approprié de la zone de soudure.
• Utilisez une conception de joint appropriée.
• Enlevez les impuretés.
• Utilisez le métal approprié.
• Assurez-vous de souder une surface sectionnelle suffisante.
• Utilisez la vitesse de soudage et le courant d'ampérage appropriés.
• Pour prévenir les fissures de cratère, assurez-vous que le cratère est correctement rempli.

7. Porosité

Elle se produit avec la formation de bulles de gaz retenues dans la zone de fusion. Elle peut se produire en interne et aussi faire surface. Pour corriger cette discontinuités, il est possible de corriger le flux du gaz de protection et d'utiliser des gaz de meilleure qualité (avec une plus grande pureté dans sa composition).

La porosité se produit comme résultat de la contamination du métal de soudure. Les gaz piégés créent une soudure remplie de bulles qui devient faible et peut s'effondrer avec le temps.

Causes :

• Désoxydant d'électrode inadéquat.
• Utilisation d'un arc plus long.
• Présence d'humidité.
• Protection gazeuse incorrecte.
• Traitement de surface incorrect.
• Utilisation d'un débit de gaz trop élevé.
• Surface contaminée.
• Présence de rouille, peinture, graisse ou huile.

Remèdes :

• Nettoyez les matériaux avant de commencer le soudage.
• Utilisez des électrodes et matériaux secs.
• Utilisez la distance d'arc correcte.
• Vérifiez le débitmètre de gaz et assurez-vous qu'il est optimisé comme requis avec les réglages de pression et débit appropriés.
• Réduisez la vitesse de déplacement de l'arc, ce qui permettra aux gaz de s'échapper.
• Utilisez les bonnes électrodes.
• Utilisez une technique de soudage appropriée.

8. Chevauchement (Overlap)

Le chevauchement se produit quand la face de la soudure s'étend bien au-delà du talon de la soudure. C'est principalement causé par l'utilisation d'électrodes trop grandes ou une mauvaise technique de soudage.

Causes :

• Technique de soudage incorrecte.
• En utilisant de grandes électrodes, ce défaut peut se produire.
• Courant de soudage élevé

Remèdes :

• Utilisez une technique appropriée pour le soudage.
• Utilisez une petite électrode.
• Moins de courants de soudage.

9. Déformation (Warpage)

La déformation est un changement indésirable dans la forme et la position des pièces métalliques. Cela arrive quand l'utilisation de la chaleur est incorrecte et est causée par la contraction/dilatation des pièces soudées.

Cause :

• Angle de torche incorrect.
• Utilisation de grande électrode :
• Technique de soudage incorrecte

Remèdes :

• L'utilisation d'un angle de torche approprié peut réduire le stress sur le métal
• L'utilisation d'une petite électrode peut aussi diminuer le cratère.
• Utilisez une technique appropriée.

10. Brûlure Traversante (Burn Through)

Si le métal de soudure pénètre les pièces de base, on parle de brûlure traversante. C'est une discontinuités courante quand on soude des pièces minces. Cela arrive quand l'ouverture de racine est trop grande ou qu'une trop grande tension est utilisée.

Comment savoir si c'est une Discontinuités de Soudure ou un Défaut de Soudage

Une discontinuités de soudure est facile à reconnaître car elle ressemble à une interruption du flux normal. Elle est aussi connue comme une imperfection de soudure, et elle peut être trouvée dans le métal de soudure ou le métal de base. Une discontinuités se produit dans le métal de soudure en raison du mauvais motif de soudage ou technique de soudage. Elle peut différer de la forme et de l'épaisseur du cordon de soudure et ultimement, la qualité.

En général, une discontinuités devrait être évitée et traitée, mais elles sont marginalement moins graves qu'un défaut de soudage. Néanmoins, si vous trouvez une discontinuités de soudure, vous devez la corriger.

Cela dit, un groupe de discontinuités de soudure peut devenir un défaut de soudage, s'ils dépassent les limites énoncées dans votre projet. Cela va de pair avec votre pays, le matériau, et le type d'environnement dans lequel vous êtes.

Finalement, la façon la plus efficace d'inspecter un travail de soudage, surtout dans les espaces restreints, est d'utiliser une caméra de soudage. Voici quelques exemples vidéo de comment cela fonctionne.

Identifier les Défauts de Soudage Avant qu'il ne soit Trop Tard

Il est impossible de surestimer l'importance de détecter les défauts de soudage à temps. Même le plus léger défaut peut être catastrophique. De la prise en charge de la technique de soudage, jusqu'au courant de soudage et la supervision, le soudage est un métier complexe qui requiert la plus grande attention.

Investir dans les bons outils rendra le travail facile et sûr. Il est crucial pour les entreprises dans les industries pétrolière, gazière et minière de comprendre comment identifier les défauts de soudage les plus courants, pour qu'elles puissent agir.