Soudabilité des aciers S355, S275 et S235 – Directrives d’ingénierie pour les profilés WOST

Soudabilité des aciers S355, S275 et S235 – Directrives d’ingénierie pour les profilés WOST

L’acier de construction à haute limite d’élasticité exige un procédé d’assemblage soigneusement planifié. Avant tout, la soudabilité de l’acier S355 ainsi que des nuances S235JR et S275JR dépend de la valeur de l’équivalent carbone CEV. C’est pourquoi, pour les profilés laminés à chaud d’une épaisseur de paroi allant jusqu’à 20 mm, ces nuances se soudent sans préchauffage. De plus, un choix correct de l’énergie de soudage protège la zone affectée thermiquement (ZAT) contre la formation de structures martensitiques fragiles.

1. Soudabilité de l’acier S355 et équivalent carbone (CEV)

L’évaluation de la soudabilité des profilés en acier repose sur l’analyse de leur composition chimique. Par conséquent, le paramètre clé est l’équivalent carbone CEV (Carbon Equivalent Value), calculé selon la formule de l’Institut International de la Soudure (IIW) :

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

À ce titre, la norme EN 10025-2, disponible dans les registres du Comité Polonais de Normalisation (PKN), définit avec précision les valeurs limites du CEV. Pour les profilés laminés à chaud de la gamme de produits WOST S.A., tels que les cornières à ailes égales ou les profilés UPN, les seuils admissibles sont :

• S235JR : CEV ≤ 0,35 % (pour une épaisseur t ≤ 20 mm)
• S275JR : CEV ≤ 0,40 % (pour une épaisseur t ≤ 20 mm)
• S355J2 : CEV ≤ 0,45 % (pour une épaisseur t ≤ 20 mm)

En résultat, le maintien du CEV sous la barre des 0,45 % évite la formation de martensite dure. De plus, l’utilisation d’un métal d’apport propre et sec protège efficacement le cordon de soudure contre la diffusion d’hydrogène et la fissuration à froid.

2. Contrôle de l’énergie de soudage et soudabilité de l’acier S355

Lors du soudage à l’arc de profilés, l’apport calorifique entraîne des modifications dans la structure de l’acier. Pour cette raison, la Zone Affectée Thermiquement (ZAT) se divise en trois zones principales :

1. Zone à gros grains : Chauffée au-dessus de 1100 °C, ce qui provoque le grossissement des grains d’austénite. En conséquence, un refroidissement rapide dans cette zone favorise la trempe.
2. Zone à grains fins : Chauffée dans la plage de 900 à 1000 °C. Grâce à cela, elle se caractérise par une résilience très élevée.
3. Zone de recristalisation partielle.

Dès lors, afin de maintenir des caractéristiques mécaniques élevées de l’assemblage, la soudabilité de l’acier S355 exige un contrôle permanent du temps de refroidissement t_8/5. Cette valeur est régulée par l’énergie de soudage E :

E = (k × U × I) / (v × 1000) [kJ/mm]

Dans la formule ci-dessus, U désigne la tension en volts [V], I l’intensité du courant en ampères [A], v la vitesse de soudage en [mm/s], et k le rendement thermique du procédé (pour le procédé MAG 135, k = 0,8). En effet, l’énergie de soudage recommandée pour les profilés S355J2 s’élève à 1,0 à 2,5 kJ/mm.

3. Choix du métal d’apport et des gaz : soudabilité de l’acier S355 en procédés MAG et MMA

L’ingénieur préparant le Descriptif du Mode Opératoire de Soudage (DMOS / WPS) doit choisir correctement les produits consommables. Avant tout, le métal d’apport doit correspondre aux propriétés du métal de base. Cela concerne des produits tels que les profilés en T laminés à chaud et les profilés spéciaux.

Métaux d’apport et gaz de protection :

• Pour les aciers S235 et S275 : On utilise du fil massif G3Si1 (selon EN ISO 14341-A).
• Pour l’acier S355J2 : Il est recommandé d’utiliser du fil massif G4Si1 ou G3Si1 présentant une pureté métallurgique supérieure.
• De plus, pour le procédé MAG, les mélanges gazeux de classe M21 (Ar + 15–25 % de CO₂) offrent les meilleurs résultats. Il en résulte un arc stable et un niveau de projections minimal.

4. Préparation des bords et soudabilité des profilés S355

La méthode de chanfreinage des bords dépend principalement de l’épaisseur de paroi du profilé t :

• Pour t ≤ 4 mm : Les soudures sont effectuées sur bords droits (sans chanfrein), avec un écartement à la racine de 1,0 à 1,5 mm.
• En revanche, pour t > 4 mm : Les bords sont chanfreinés en V avec un angle α = 60° et un talon b = 1 à 2 mm.

Avant tout, il est recommandé de calculer le poids exact des éléments avant l’assemblage grâce au calculateur de poids d’acier WOST. Parallèlement, la liste des dimensions et tolérances est disponible dans le catalogue de produits officiel.

Préchauffage :

En outre, les profilés d’une épaisseur allant jusqu’à 20 mm ne nécessitent pas de préchauffage, à condition que la température ambiante soit supérieure à +5 °C. Cependant, à des températures inférieures, la zone d’assemblage doit être préchauffée entre 100 et 150 °C.

5. Conclusion : la soudabilité de l’acier S355 dans la pratique de WOST

En conclusion, la soudabilité de l’acier S355 ainsi que des nuances S235JR et S275JR dans les produits de WOST S.A. se situe à un niveau très élevé. Grâce à cela, le respect des directives d’ingénierie garantit l’obtention de soudures répondant aux exigences des classes d’exécution EXC1 à EXC3 selon les normes EN 10025-2, EN 1090-2 et EN ISO 15614-1.