Grand oral du bac : LA SOUDURE
Publié le 05/02/2019
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Les travaux de microsoudage font appel, le plus souvent, à des technologies d’appoint beaucoup plus sophistiquées que les autres types de soudage. En effet, l’ouvrier dispose d’une batterie de caméras miniatures à fibre optique pour suivre dans le détail l'ensemble des opérations dont il a la charge.
Le soudage par jet de plasma
Breveté aux États-Unis dès 1955, le soudage par jet de plasma fonctionne sur le même principe que le soudage à l’arc, mais il requiert une puissance électrique dix fois plus élevée, de l’ordre d’environ 10000 watts.
À de telles puissances, la température dans l’arc peut atteindre jusqu’à 30000°C, la matière est volatilisée en un plasma où les noyaux atomiques sont séparés de leurs électrons. Ces particules à très haute vitesse sont focalisées par un goulet d’étranglement au sortir de l’électrode - à la manière des gaz d’échappement d’une fusée -et bombardent les métaux à souder selon un pinceau très étroit. La technique du plasma permet d’effectuer des soudures très profondes sur de fortes épaisseurs de métal, et autorise le travail de tous les aciers, ainsi que les matériaux très réfractaires, comme les alliages de titane.
Le rôle de la friction
La température et la composition chimique ne sont pas les seuls paramètres qui influent sur le soudage. La pression permet également de com-
LE SOUDAGE PAR FRICTION
biner les métaux le long d’un plan de soudure, comme l’avaient déjà observé les forgerons lorsqu’ils frappaient les pièces de métal chauffé sur une enclume. Le soudage par pression au marteau ou à la presse fait donc partie des opérations traditionnelles de la forge. Le soudage par friction, qui constitue une variante du soudage par pression, est réservé aux pièces cylindriques et en particulier aux tuyaux. Dans ce procédé, on utilise réchauffement dégagé par une très forte friction entre deux objets pour faire fondre la surface de contact. Cette technique est employée, par exemple, pour assembler deux tuyaux : l’un est maintenu immobile tandis que l’autre est soumis à une vive rotation. La chaleur de friction qui se dégage lorsque les deux pièces entrent en contact assure la soudure.
De l’électron au laser
Dans un registre plus classique, le soudage par résistance fait appel à la pression, et surtout à l’électricité; il est utilisé essentiellement pour souder des tôles fines. Le dispositif consiste en une paire d’électrodes placées de chaque côté des
tôles à souder, pressées contre elles et échangeant un puissant flux d’électrons à travers leurs parois. La résistance électrique que les métaux opposent aux électrons se dissipe en une intense chaleur (effet Joule) et assure leur soudure.
Le recours à des courants électriques classiques, à la base du soudage à l’arc et de tous ses dérivés, sera cependant bientôt dépassé. Des techniques de soudage par faisceau d’électrons sont récemment apparues : les particules sont accélérées dans une chambre à vide et concentrées par des champs électriques en un faisceau étroit, inférieur à 0,3 millimètre de diamètre et porteur d’une énergie très élevée. Le seul inconvénient est que la soudure doit se faire obligatoirement sous vide.
La technique du laser permet de pallier cet inconvénient, à partir du moment où les pièces à souder sont isolées de l’air ambiant par un flux de gaz neutre. Le laser envoie des pulsions lumineuses de haute énergie mais ponctuelles, ce qui permet de souder des composants électroniques sans surchauffer les circuits voisins. La construction des microprocesseurs n’aurait jamais été possible sans cette dernière amélioration des techniques de soudage.
«
La
soudure
arrivée d'oxygène
et d'acétylène
fil de métal
d'appoint aspiration
du flux
électrode
consu ma ble arrivée
du flux
__ Jet de gaz neutre
_ métal en fusion
___ plasma
1in de fusion
métal de base bain
de fusion
métal de base bain
de fusion
SOUDAGE À LA FLAMME SOUDAGE
PAR ARC IMMERGÉ SOUDAGE
PAR JET DE PLASMA otCOUPAGE
ET SOUDAGE PAR LASER
synthèse, en 1893, d'un carburant nouveau et très
performant: l'acétylène, un carbure de calcium
hydraté.
En 1901, le Français Charles Picard met
ainsi au point la première torche oxyacétylénique
qui est à la base de nos chalumeaux actuels.
Dans un tel système, l'acétylène est envoyé
sous pression jusqu'au bec du chalumeau en
même temps qu'un volume égal d'oxygène.
Combiné à celui-ci (ainsi qu'à l'oxygène de l'air
ambiant), l'acétylène brûle à très haute tempéra
ture (3200°C).
Au demeurant, la flamme obte
nue est réglable et peut être dirigée avec préci
sion sur les surfaces à travailler .
Cet instrument
remarquable est d'ailleurs utilisé tant pour décou
per du métal que pour le souder.
Tout en découpant, la torche à acétylène peut
en effet faire fondre l'acier une performance
d'autant plus précieuse que le puissant jet de
flammes débarrasse la découpe de tout oxyde
parasite: la coupure obtenue est chimiquement
nette.
Cet oxydécoupage à la torche est encore
pratiqué de nos jours.
Mais c'est surtout dans le
domaine de la soudure que la torche à acétylène
a conquis ses lettres de noblesse.
Dans cette opé
ration d'assemblage, le soudeur place au contact
des deux surfaces à souder une baguette de
métal, dont les gouttelettes en fusion se mêlent à
celles de la soudure et la renforcent.
On appelle
" joint '' la zone de contact entre les deux pièces
soudées, "métal d'appoint» la matière fondue
qui lui est ajoutée, et " cordon de soudure » le
résultat obtenu.
En général, ce métal d'appoint, fondu et dépo
sé sur le joint, est de même nature que celui des
pièces travaillées, afin de préserver une certaine
homogénéité mécanique et esthétique.
Mais on
rencontre aussi de nombreux cas où le métal
d'appoint est différent, et notamment plus fusible
que les pièces à souder, ce qui ne l'empêche pas
de leur procurer une liaison extrêmement résis
tante en se solidifiant.
Ainsi en est-il des alliages
d'argent qui fondent entre 700 et 875 °C, et qui
sont de précieux métaux d'appoint pour les sou
dures en argenterie et en orfèvrerie.
Particulièrement résistants au choc, les alliages
de cuivre, de zinc et d'argent sont utilisés quant à
eux pour souder des pièces qui doivent offrir une
résistance à toute épreuve, même en cas de vibra
tions, comme les éléments articulés des scies sau
teuses.
Enfin, pour les délicates jonctions électro
niques qui ne supporteraient pas une soudure
trop chaude, des températures inférieures à 200°C
sont praticables avec des alliages très fusibles à
base d'étain et de plomb.
! Dans le soudage a à la flamme,
une forte chaleur
est obtenue en
brûlant un carburant
(généralement
de l'acétylène)
avec un comburant
tel que l'oxygène.
Le soudage par arc
immergé s'accomplit
sous un •talus•
de flux, matériau qui
protège les surfaces
en cours de soudure
de l'oxydation
de l'air ambiant.
Dans le soudage
par jet de plasma,
du gaz ionisé
à haute température
est projeté par
une tuyère avant
de frapper le joint
à souder.
Dans le découpage
et le soudage
par laser, un pinceau
de lumière ou
de rayons infrarouges
à très haute énergie
est focalisé par
une lentille
sur le métal.
Le soudage
doit assurer ......
un raccordement
parfait -notamment
l'étanchéité -entre
deux canalisations.
Ici, toute la chaleur
nécessaire au soudage
est fournie par
la combustion d'un gaz
avec de l'oxygène.
Notons que dans une variante de la soudure
appelée brasure, seul le métal d'appoint est fondu
et déposé sur le joint pour assembler deux pièces,
la température n'étant pas suffisante pour faire
fondre les deux métaux à souder Dans ce procé
dé, il est fréquent que les pièces entières, aussi
bien que le métal d'appoint, soient chauffées à
haute température à l'intérieur de fours élee- triques,
avant que ne démarre l'opération de sou
dure proprement dite.
Mais, dans tous les cas de
figure, certaines précautions sont à prendre : il est
ainsi essentiel que les surfaces à souder soient
rigoureusement nettoyées de tout agent étranger
- oxyde, graisse et autres impuretés -, sous peine
d'obtenir une mauvaise adhérence quelle que
soit la méthode utilisée.
En outre, on ajoute sou-.
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