Comprendre la porosité en soudage : causes, détection et techniques de prévention

Qu'est-ce que la porosité en soudage ?

La porosité de soudage est un défaut de soudure causé par l'absorption d'azote, d'oxygène et d'hydrogène piégés dans le bain de fusion en fusion et libérés pendant la solidification, ce qui cause des poches ou pores à la surface ou à l'intérieur du cordon. La porosité peut se produire à la surface d'un cordon ou à l'intérieur du cordon.

L'absorption d'azote et d'oxygène dans le bain de fusion est généralement due à une mauvaise protection gazeuse. La porosité peut être aléatoire : orientée au hasard, distances inégales. Elle peut aussi être isolée : espacée d'un pouce (25 mm) de tous les côtés.

La porosité est la présence de cavités dans le métal de soudure causées par le piégeage du gaz libéré du bain de fusion lors de sa solidification. La porosité peut prendre plusieurs formes :

• Porosité distribuée – Pores distribués à travers le cordon.
• Pores affleurants – Pores qui percent la surface.
• Trous de ver (Wormhole) – Pores allongés qui apparaissent ressemblant à un motif en arête de poisson sur la radiographie.
• Tuyères de cratère (Crater Pipes) – Une cavité de retrait à la fin du cordon causée par le retrait pendant la solidification.

Causes et prévention des défauts en soudage

1. Porosité distribuée et pores de surface

La porosité distribuée se trouve normalement sous forme de pores fins à travers le cordon. Les pores affleurants indiquent généralement une grande quantité de porosité distribuée. Elle est causée par l'absorption d'azote, d'oxygène et d'hydrogène dans le bain de fusion qui est ensuite libéré lors de la solidification pour être piégé dans le métal de soudure.

L'absorption d'azote et d'oxygène dans le bain de fusion provient généralement d'une mauvaise protection gazeuse. Aussi peu que 1 % d'entraînement d'air dans le gaz de protection causera de la porosité distribuée et plus de 1,5 % résultera en pores affleurants grossiers. Les fuites dans la conduite de gaz, un débit de gaz trop élevé, les courants d'air, et une turbulence excessive dans le bain de fusion sont des causes fréquentes de porosité.

L'hydrogène peut provenir de plusieurs sources, y compris l'humidité d'électrodes, flux ou surface de pièce insuffisamment séchés. La graisse et l'huile sur la surface de la pièce ou du fil d'apport sont aussi des sources communes d'hydrogène.

Les revêtements de surface comme les apprêts (primers) et les traitements de surface tels que les revêtements de zinc peuvent générer des quantités abondantes de fumées pendant le soudage. Le risque de piéger le gaz évolué sera plus grand dans les joints en T que les joints bout à bout, surtout lors du soudage d'angle des deux côtés.

Une mention spéciale doit être faite des apprêts dits « soudables » (faible teneur en zinc). Il ne devrait pas être nécessaire d'enlever les apprêts mais si l'épaisseur de l'apprêt dépasse la recommandation du fabricant, la porosité est susceptible de résulter, surtout en utilisant des procédés de soudage autres que MMA (SMAW).

Comment prévenir la porosité distribuée et les pores de surface ?

La source de gaz doit être identifiée et éliminée comme suit :

Entraînement d'air

• Scellez toute fuite d'air
• Évitez la turbulence du bain de fusion
• Utilisez un métal d'apport avec un niveau adéquat de désoxydants
• Réduisez le débit de gaz excessivement haut
• Évitez les courants d'air

Hydrogène

• Séchez l'électrode et le flux
• Nettoyez et dégraissez la surface de la pièce

Revêtements de surface

• Nettoyez les bords du joint immédiatement avant le soudage
• Vérifiez que l'apprêt soudable est en dessous de l'épaisseur maximale recommandée

2. Trous de ver (Wormholes)

Caractéristiquement, les trous de ver sont des pores allongés qui produisent une apparence en arête de poisson sur la radiographie. Les trous de ver sont indicatifs d'une grande quantité de gaz étant formée qui est ensuite piégée dans le métal de soudure en solidification.

Un gaz excessif sera formé à partir d'une contamination de surface grossière ou de couches de peinture ou d'apprêt très épaisses. Le piégeage est plus probable dans les crevasses comme l'espace sous le membre vertical d'un joint T horizontal-vertical, soudé en angle des deux côtés.

Lors du soudage de joints en T sur des plaques apprêtées, il est essentiel que l'épaisseur du revêtement sur le bord du membre vertical ne soit pas au-dessus du maximum recommandé par le fabricant, typiquement 20 µm, par surpulvérisation.

Comment prévenir les trous de ver ?

Éliminer le gaz et les cavités prévient les trous de ver.

Génération de gaz

• Nettoyez les surfaces de la pièce à et adjacentes à l'endroit où la soudure sera faite
• Enlevez toute contamination de surface, en particulier huile, graisse, rouille et résidus d'opérations END
• Enlevez tout revêtement de surface de la zone du joint pour exposer le matériau brillant
• Vérifiez que l'épaisseur de l'apprêt est en dessous du maximum du fabricant

Géométrie du joint

• Évitez une géométrie de joint qui crée une cavité

3. Tuyère de cratère (Crater pipe)

Une tuyère de cratère se forme pendant la solidification finale du bain de fusion et est souvent associée à une certaine porosité gazeuse.

Cette imperfection résulte du retrait lors de la solidification du bain de fusion. Par conséquent, les conditions qui exagèrent le changement de volume liquide-solide favoriseront sa formation. L'extinction de l'arc de soudage résultera en la solidification rapide du bain de fusion.

En soudage TIG, les techniques autogènes, ou l'arrêt du fil d'apport entrant dans le bain de fusion avant d'éteindre l'arc de soudage, affecteront la formation du cratère et pourront favoriser l'imperfection de tuyère.

Comment prévenir les tuyères de cratère ?

L'imperfection de tuyère de cratère peut être prévenue en contrôlant le taux auquel l'arc de soudage est éteint ou par la technique du soudeur manipulant l'arc et le fil d'apport.

Élimination de l'arrêt

• Utilisez une languette de sortie (run-off tag) pour permettre à l'arc de s'éteindre en dehors du joint soudé
• Meulez le cratère d'arrêt du cordon avant de continuer avec la prochaine électrode ou de déposer le cordon suivant

Technique du soudeur

• Réduisez progressivement le courant de soudage pour réduire la taille du bain (utilisez les fonctions slope-down ou crater fill)
• Ajoutez du métal d'apport (TIG) pour compenser le retrait du bain

Comment corriger la porosité dans les cordons ?

Même avec toutes les différentes façons de prévenir la porosité, il y aura toujours une petite chance qu'elle apparaisse dans vos cordons. Heureusement, la porosité peut être corrigée sous certaines circonstances.

Vous devez d'abord détecter la présence de porosité en utilisant soit une inspection par ressuage, soit une technique d'inspection par particules magnétiques, comme la radiographie ou l'inspection ultrasonique (pour les imperfections sous-surface). Les petits pores, surtout dans les sections épaisses, sont difficiles à détecter.

La porosité elle-même ne peut pas être exactement corrigée. Plutôt, vous pouvez corriger le cordon en enlevant la zone localisée par gougeage ou meulage. Cela seulement si la porosité est localisée, cependant. Si elle est généralisée, vous devez enlever tout le cordon, préparer à nouveau le joint, et souder selon la procédure de soudage.

Combien de porosité est acceptable dans un cordon ?

Il n'y a pas de réponse générale vraie et solide à cette question, car cela dépend de votre code de construction en soudage. Cela dit, l'American Welding Society impose ce qui suit : les diamètres de porosité visible doivent être de 3/8 pouce (ou 9,4 mm) ou moins, dans tout pouce linéaire du cordon, et être de 3/4 pouce (ou 19 mm) sur une longueur de 12 pouces (305 mm) du cordon.

En cas de doute, vous devez vérifier votre code de construction en soudage et refaire la soudure.