Sélectionner et préparer les métaux de base et les consommables

Introduction au module

Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises par le Programme d'apprentissage Soudage pour le bloc de compétences « Sélectionner et préparer les métaux de base et les consommables ». Vous devez maîtriser l'identification des métaux, le choix des consommables, les calculs de préparation des joints, ainsi que les exigences des normes canadiennes. Ce module représente environ 15 % des questions de l'examen du Sceau rouge (Red Seal). Les questions portent sur l'application pratique des normes, les calculs de dimensions de soudures, et la compatibilité des matériaux.

Identification et classification des métaux de base

Systèmes de désignation des aciers

Au Canada, vous rencontrerez principalement deux systèmes de classification : la norme ASTM (American Society for Testing and Materials) et la norme CSA (Canadian Standards Association). Pour l'examen, vous devez connaître les équivalences et les propriétés fondamentales.

Désignation CSA/ASTM	Type d'acier	Résistance à la traction (MPa)	Applications typiques
A36 / CSA G40.20	Acier au carbone structural	400–550	Charpentes, ponts
A572 Gr. 50 / CSA G40.21 350W	Acier à haute résistance faiblement allié	450–620	Structures lourdes
A516 Gr. 70	Acier pour chaudières et réservoirs	485–620	Récipients sous pression
A106 Gr. B	Acier au carbone pour tuyauterie	415	Tuyauterie haute température
304L / 316L	Acier inoxydable austénitique	485–515	Industries alimentaire, chimique

Règle pratique : Le suffixe « W » dans la norme CSA G40.21 indique un acier soudable (Weldable). Les aciers de nuance 350W sont les plus courants dans la construction canadienne.

Identification par étincelles et par code couleur

L'identification visuelle par essai d'étincelles (grinding test) reste une méthode rapide sur le terrain :

Acier au carbone doux : étincelles longues, jaunes, avec ramifications peu nombreuses.

Acier à haute teneur en carbone : étincelles plus courtes, blanches, avec ramifications multiples et éclats.

Acier inoxydable : étincelles courtes, orangées, sans ramifications.

Fonte grise : étincelles très courtes, rouges, sans ramifications.

Le code couleur CSA pour les aciers structuraux est également testé :

Nuance	Couleur d'identification
260W	Vert
300W	Jaune
350W	Rouge
400W	Bleu

Effet du carbone et équivalent carbone (CE)

La soudabilité d'un acier dépend principalement de sa teneur en carbone et de son équivalent carbone (CE) . La formule de l'IIW (Institut International de la Soudure) est :

CE = C + (Mn/6) + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

CE < 0,40 % : excellente soudabilité, aucun préchauffage requis.

CE = 0,40–0,60 % : soudabilité moyenne, préchauffage recommandé.

CE > 0,60 % : soudabilité difficile, préchauffage obligatoire et traitement thermique après soudage (PWHT) souvent requis.

Exemple de calcul : Acier avec C = 0,20 %, Mn = 1,20 %, Cr = 0,10 %, Ni = 0,05 %.

CE = 0,20 + (1,20/6) + (0,10/5) + (0,05/15) = 0,20 + 0,20 + 0,02 + 0,003 = 0,423 %

Conclusion : préchauffage modéré (50–100 °C) recommandé.

Classification des consommables de soudage

Électrodes enrobées (SMAW) — Norme CSA W48 / AWS A5.1

Le système de classification E7018 se décode ainsi :

E : électrode (electrode).

70 : résistance à la traction minimale de 70 000 psi (≈ 490 MPa).

1 : position de soudage (1 = toutes positions, 2 = à plat et en angle).

8 : type d'enrobage et polarité (8 = basique, faible hydrogène, courant continu).

Classification	Enrobage	Polarité	Positions	Applications
E6010	Cellulosique	CC+	Toutes	Pénétration profonde, tuyauterie
E6011	Cellulosique	CA ou CC	Toutes	Acier peint, galvanisé
E6013	Rutile	CA ou CC	Toutes	Tôles minces, esthétique
E7018	Basique (faible H)	CC+	Toutes	Structures, aciers à haute résistance
E7024	Rutile (fer en poudre)	CA ou CC	À plat, angle	Productivité élevée

Exigence clé : Les électrodes faible hydrogène (E7018, E8018, etc.) doivent être stockées dans un four à une température de 120 °C à 150 °C. Une fois sorties du four, elles doivent être utilisées dans un délai de 4 heures maximum (ou 2 heures en environnement humide). Si ce délai est dépassé, elles doivent être ré-étuvées à 350–400 °C pendant 1 à 2 heures.

Fils fourrés (FCAW) — AWS A5.20 / A5.29

Les fils fourrés se divisent en deux catégories principales :

Type T-1 : avec protection par gaz (CO₂ ou mélange Ar/CO₂). Classification E71T-1.

Type T-4 : sans gaz (autoprotégé). Classification E71T-4.

Le décodage E71T-1 :

E : électrode.

7 : résistance de 70 000 psi.

1 : toutes positions.

T : tubulaire (tubular).

1 : type de flux (gaz requis).

Fils massifs (GMAW) — AWS A5.18

Les fils massifs ER70S-6 sont les plus courants. Le « S » indique un fil massif (solid), le « 6 » indique la composition chimique (teneur en manganèse et silicium plus élevée pour une meilleure désoxydation). Le gaz de protection recommandé est un mélange Ar/CO₂ (75/25) ou CO₂ pur.

Électrodes de tungstène (GTAW) — AWS A5.12

Désignation	Couleur	Utilisation
EWP (tungstène pur)	Vert	Aluminium (CA)
EWCe-2 (cérité)	Gris	Acier, inox (CC-)
EWLa-1 (lanthané)	Noir	Polyvalent
EWTh-2 (thoré)	Rouge	Acier, inox (CC-) — usage limité (radioactif)

Préparation des joints de soudage

Types de joints et angles

Selon la norme CSA W59 (Soudage des structures en acier), les principaux types de joints sont :

Type de joint	Symbole	Application
À recouvrement (lap)	—	Tôles minces
En T (tee)	—	Renforts, raidisseurs
Bout à bout (butt)	—	Tuyauterie, plaques
D'angle (corner)	—	Cadres, caissons
Sur chant (edge)	—	Tôles épaisses

Calcul des dimensions de préparation

Pour un joint en V simple (single V-groove), les paramètres critiques sont :

Angle de chanfrein (α) : généralement 60° (30° de chaque côté).

Ouverture à la racine (root gap, g) : 2 à 3 mm pour le SMAW, 3 à 4 mm pour le GMAW.

Méplat (root face, f) : 1,5 à 2,5 mm.

Angle d'inclinaison (bevel angle) : la moitié de l'angle total.

Formule de calcul du volume de métal déposé pour un joint en V simple :

V = (b × t) + (t² × tan(α/2))

Où :

V = volume de métal déposé (mm³)

b = ouverture à la racine (mm)

t = épaisseur de la tôle (mm)

α = angle total du chanfrein (degrés)

Exemple : Tôle de 12 mm, ouverture de 3 mm, angle total de 60°.

V = (3 × 12) + (12² × tan(30°)) = 36 + (144 × 0,577) = 36 + 83,1 = 119,1 mm³ par mm de longueur

Pour une soudure de 1 mètre (1000 mm), le volume total est de 119 100 mm³ = 119,1 cm³.

Calcul du nombre de passes

Le nombre de passes dépend de la section transversale maximale par passe. Pour le SMAW avec électrode E7018 de 3,2 mm, la section maximale recommandée est d'environ 25 mm². Pour une électrode de 4 mm, elle est d'environ 40 mm².

Nombre de passes = Section totale / Section par passe

Reprenons l'exemple précédent : section totale = 119,1 mm².

Avec électrode de 3,2 mm : 119,1 / 25 = 4,8 → 5 passes.

Avec électrode de 4 mm : 119,1 / 40 = 2,98 → 3 passes.

Préparation des surfaces

La norme CSA W59 exige que les surfaces à souder soient :

81.Exemptes de rouille, d'huile, de graisse, de peinture et d'humidité (article 5.4).

82.Sèches — l'humidité est une source d'hydrogène.

83.Nettoyées sur une largeur minimale de 25 mm de chaque côté du joint.

Les méthodes de nettoyage acceptées sont :

Brossage métallique (brosse en acier inoxydable pour l'inox).

Meulage (disque abrasif).

Nettoyage chimique (solvants, dégraissants).

Grenaillage (pour les grandes surfaces).

Attention : Ne jamais utiliser de brosses en acier au carbone sur de l'acier inoxydable — risque de contamination croisée (corrosion).

Préparation des tuyauteries

Normes applicables

Pour la tuyauterie sous pression, la norme CSA B51 (Chaudières et appareils sous pression) et le Code canadien de l'électricité, Chapitre V ne s'appliquent pas directement au soudage. La norme de référence est ASME B31.3 (Process Piping) ou ASME Section IX (qualification des soudeurs). Au Canada, le CSA Z662 (Oléoducs et gazoducs) est la norme principale pour les pipelines.

Préparation des joints de tuyauterie

Pour les tuyaux, le joint en V est le plus courant. Les dimensions typiques pour un tuyau de 6 mm d'épaisseur :

Angle de chanfrein : 37,5° de chaque côté (total 75°).

Ouverture à la racine : 2,4 mm.

Méplat : 1,6 mm.

Règle du pouce : Pour les tuyaux de diamètre nominal ≤ 2 pouces (50 mm), un joint à paroi pleine (open root) est souvent utilisé avec une électrode cellulosique E6010 pour la passe racine.

Alignement et pointage

L'alignement des tuyaux doit respecter un désalignement maximal de 1,5 mm (ou 10 % de l'épaisseur, la valeur la plus petite). Le pointage (tack welding) doit être réalisé avec le même procédé et les mêmes consommables que la soudure finale. Les points doivent être :

Au nombre de 3 à 4 pour un tuyau de petit diamètre.

D'une longueur de 10 à 15 mm.

Meulés ou limés aux extrémités pour assurer une fusion complète.

Préchauffage et traitement thermique

Calcul de la température de préchauffage

La norme CSA W59 (article 5.6) fournit des exigences minimales de préchauffage basées sur l'épaisseur et le CE. Une méthode simplifiée :

T°C = 350 × (CE − 0,25)

Où CE est l'équivalent carbone calculé précédemment.

Exemple : CE = 0,423 %.

T = 350 × (0,423 − 0,25) = 350 × 0,173 = 60,5 °C → arrondir à 65 °C

Vérification de la température

La température de préchauffage doit être vérifiée avec :

Crayon thermique (temperature stick) — changement de couleur.

Pyromètre infrarouge — mesure sans contact.

Thermocouple — mesure par contact.

La température doit être mesurée à une distance de 75 mm du joint (côté opposé à la source de chaleur) avant le début du soudage.

Traitement thermique après soudage (PWHT)

Le PWHT est requis pour :

Les aciers avec CE > 0,50 % et épaisseur > 20 mm.

Les récipients sous pression selon ASME Section VIII.

Les tuyauteries selon ASME B31.3 (certaines conditions).

Les températures typiques de PWHT pour les aciers au carbone : 600–650 °C pendant 1 heure par 25 mm d'épaisseur (minimum 1 heure).

Gaz de protection et débits

Choix du gaz selon le procédé

Procédé	Gaz	Débit (L/min)	Applications
GMAW (acier)	Ar/CO₂ 75/25	15–20	Soudage toutes positions
GMAW (acier)	CO₂ pur	18–25	À plat, angle, économique
GMAW (aluminium)	Argon pur	18–25	Toutes positions
FCAW (gaz)	CO₂ ou Ar/CO₂	18–25	Productivité élevée
GTAW (acier)	Argon pur	10–15	Soudage de précision
GTAW (aluminium)	Argon pur	12–18	CA

Effets du débit incorrect

Débit trop faible : porosité, manque de pénétration, contamination du bain.

Débit trop élevé : turbulences, aspiration d'air, porosité, refroidissement excessif.

Règle pratique : Le débit doit être ajusté en fonction du courant de soudage. Pour le GMAW, une formule approximative : Débit (L/min) = Courant (A) / 10 pour un courant de 150 A, débit = 15 L/min.

Stockage et manipulation des consommables

Exigences de stockage selon CSA W48

Consommable	Température de stockage	Humidité relative	Durée maximale hors four
Électrodes faible H (E7018)	120–150 °C (four)	< 60 %	4 heures
Électrodes cellulosiques (E6010)	10–40 °C (sec)	< 60 %	8 heures
Fils fourrés (FCAW)	10–40 °C (sec)	< 60 %	N/A (emballage)
Fils massifs (GMAW)	10–40 °C (sec)	< 60 %	N/A (emballage)

Règles de manipulation

138.Ne jamais utiliser d'électrodes humides ou endommagées.

139.Toujours refermer les conteneurs de fils après utilisation.

140.Vérifier la date de péremption des consommables.

141.Utiliser des gants propres pour manipuler les électrodes faible hydrogène (éviter la contamination par les huiles de la peau).

Pièges à éviter

144.Confondre E6010 et E7018 : le E6010 est cellulosique (pénétration profonde, racine), le E7018 est basique faible hydrogène (structural). Ils ne sont pas interchangeables.

145.Oublier le ré-étuvage : une électrode E7018 laissée à l'air plus de 4 heures doit être ré-étuvée. Ne pas la jeter, mais ne pas l'utiliser telle quelle.

146.Calculer le CE avec les mauvaises unités : les pourcentages sont en % (pas en fraction décimale). C = 0,20 % signifie 0,20, pas 0,002.

147.Confondre angle total et angle de chanfrein : un chanfrein de 60° signifie 30° de chaque côté. L'angle total est 60°.

148.Négliger le nettoyage des surfaces : la norme CSA W59 exige 25 mm de nettoyage minimum. Un joint sale est une cause majeure de porosité.

149.Utiliser une brosse en acier au carbone sur l'inox : contamination croisée, corrosion future.

150.Ignorer le préchauffage pour les aciers à CE élevé : risque de fissuration à froid (hydrogène).

151.Débit de gaz incorrect : trop faible = porosité, trop élevé = turbulences. Toujours vérifier avec un débitmètre.

152.Confondre les couleurs de tungstène : vert = pur (CA aluminium), rouge = thoré (CC acier). Une électrode rouge utilisée en CA sera détruite rapidement.

153.Oublier le pointage : les points doivent être meulés aux extrémités pour éviter les défauts de fusion à la racine.

Résumé

Identification des métaux : connaître les désignations CSA G40.21 (260W, 300W, 350W, 400W) et ASTM (A36, A572, A516). L'essai d'étincelles est une méthode rapide d'identification.

Équivalent carbone (CE) : formule CE = C + (Mn/6) + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. CE < 0,40 % = soudable sans préchauffage.

Consommables : décodage complet des classifications AWS/CSA (E7018, E71T-1, ER70S-6). Stockage des électrodes faible H à 120–150 °C, utilisation dans les 4 heures.

Préparation des joints : angles, ouvertures, méplats. Calcul du volume de métal déposé : V = (b × t) + (t² × tan(α/2)).

Préchauffage : T°C = 350 × (CE − 0,25). Vérification à 75 mm du joint.

Gaz de protection : Ar/CO₂ 75/25 pour GMAW acier (15–20 L/min), argon pur pour GTAW (10–15 L/min).

Normes canadiennes : CSA W59 (structures), CSA W48 (consommables), CSA Z662 (pipelines), ASME B31.3 (tuyauterie).

Conseil final pour l'examen : Les questions de ce module sont souvent des études de cas — on vous donne une application (ex. : tuyauterie de 8 mm, acier 350W, soudage en position verticale) et on vous demande de choisir le consommable, la préparation et les paramètres. Entraînez-vous à décoder les classifications et à calculer le CE rapidement. Maîtrisez les tableaux de stockage et les températures de préchauffage — ce sont des questions à réponse courte fréquentes.

Sélectionner et préparer les métaux de base et les consommables