Quelle différence entre un acier laminé, forgé et moulé pour le soudage ?
Un acier laminé, forgé ou moulé peut être soudable, mais ces trois modes de fabrication ne donnent pas nécessairement au matériau le même état métallurgique ni les mêmes caractéristiques dans toutes les directions. Le laminage déforme progressivement le métal entre des cylindres, le forgeage lui impose d’importantes déformations plastiques tandis que le moulage consiste à faire solidifier l’acier liquide dans une forme déterminée. Avant soudage, il faut donc connaître à la fois la nuance du matériau et son histoire de fabrication.
Le laminage, le forgeage et le moulage correspondent à trois histoires de fabrication différentes
Deux pièces peuvent être constituées d’aciers chimiquement proches tout en ayant été obtenues par des procédés très différents. Une tôle peut provenir du laminage d’une brame, un arbre mécanique peut être forgé à partir d’une ébauche et un corps de vanne peut être directement coulé dans un moule.
Ces opérations interviennent après l’élaboration de l’acier et participent à la structure finale du produit. Elles peuvent notamment influencer l’orientation de la matière, la taille et la répartition des grains, la présence de certaines discontinuités ainsi que les propriétés mécaniques obtenues.
Le procédé de fabrication ne remplace toutefois jamais l’identification de la nuance. Dire qu’une pièce est « forgée » ou « moulée » ne suffit pas à connaître sa composition, sa résistance ou les précautions nécessaires au soudage. Pour une vue plus générale de ces transformations, notre dossier sur la fabrication des métaux présente les principales étapes permettant d’obtenir tôles, barres, profilés et pièces industrielles.
Un acier laminé est progressivement déformé entre des cylindres
Le laminage consiste à faire passer le métal entre des cylindres afin de réduire son épaisseur ou de lui donner une section déterminée. Cette opération permet notamment de fabriquer des tôles, bandes, plats, profilés, rails, barres ou autres produits longs utilisés dans les constructions soudées.
Lorsque le laminage est réalisé à chaud, l’acier est déformé à une température permettant d’importantes réductions de section. Le laminage peut également être poursuivi à froid pour obtenir certaines dimensions, tolérances ou caractéristiques de surface. Les propriétés finales dépendent alors non seulement de la nuance, mais également du procédé exact et de l’état de livraison du produit.
Les déformations imposées pendant le laminage donnent une direction privilégiée au produit. Certaines propriétés mécaniques peuvent donc différer entre le sens longitudinal, le sens transversal et la direction correspondant à l’épaisseur de la tôle. Cette particularité explique pourquoi le sens de laminage peut devenir un élément à considérer dans certaines fabrications soudées.
Le forgeage déforme fortement l’acier sans le faire passer par un état liquide
Lors du forgeage, une ébauche métallique est déformée par compression à l’aide de presses, de marteaux-pilons ou de matrices. Le procédé peut servir à fabriquer des arbres, brides, couronnes, pièces de transmission, composants mécaniques ou éléments fortement sollicités.
La déformation plastique modifie l’organisation de la matière et peut produire une orientation caractéristique souvent appelée fibrage métallurgique. Sur une pièce correctement conçue et forgée, ce fibrage peut suivre la géométrie générale du composant et contribuer à l’obtention des propriétés recherchées.
Le forgeage à chaud peut également participer à l’évolution de la structure du métal au cours des différentes opérations de déformation et de chauffage. Il ne faut cependant pas en déduire qu’une pièce forgée possède automatiquement une meilleure soudabilité : celle-ci dépend toujours de sa nuance, de son traitement thermique, de son épaisseur et de la procédure utilisée pour l’assembler.
Un acier moulé est obtenu par solidification du métal liquide dans un moule
Dans une pièce moulée, l’acier est porté à l’état liquide puis versé dans une empreinte dont il prend la forme en se solidifiant. Cette méthode permet d’obtenir directement des géométries parfois complexes qu’il serait difficile ou coûteux de produire uniquement par usinage, laminage ou forgeage.
La solidification n’est cependant pas comparable à une transformation par déformation plastique. Selon le procédé de fonderie, la conception de la pièce et la maîtrise de la coulée, une pièce moulée peut présenter des hétérogénéités locales, des retassures, des porosités, des inclusions ou d’autres discontinuités issues de la solidification.
Ces défauts ne sont évidemment pas présents dans toutes les pièces moulées. Une fonderie correctement maîtrisée utilise la conception du système d’alimentation, les traitements métallurgiques, les contrôles et éventuellement les traitements thermiques nécessaires pour obtenir les caractéristiques spécifiées.
Un acier moulé ne doit pas être confondu avec de la fonte
Le mot « moulé » décrit le procédé permettant d’obtenir la forme de la pièce, et non une famille unique de matériaux. Une pièce en acier peut parfaitement être obtenue par moulage sans être constituée de fonte.
L’acier moulé possède une composition correspondant à une nuance d’acier destinée à la fonderie. La fonte constitue au contraire une autre famille d’alliages fer-carbone, avec une teneur en carbone généralement beaucoup plus élevée et un comportement au soudage très différent.
Cette distinction est importante en réparation. Identifier une pièce comme « sortie d’un moule » ne permet donc absolument pas de conclure qu’il s’agit de fonte. Lorsque la nature exacte du matériau est inconnue, il faut rechercher les références, la documentation ou procéder à une identification adaptée avant de choisir comment intervenir.
| Mode de fabrication | Principe | Particularité à considérer avant soudage |
|---|---|---|
| Laminage | Déformation du métal entre des cylindres | Orientation du produit et propriétés pouvant varier selon la direction |
| Forgeage | Déformation plastique importante d’une ébauche | Fibrage, état métallurgique et traitement éventuel de la pièce |
| Moulage | Solidification de l’acier liquide dans un moule | Structure de solidification et présence éventuelle de discontinuités internes |
Un acier forgé n’est pas automatiquement plus facile à souder qu’un acier moulé ou laminé
Il serait tentant d’établir un classement général selon lequel un acier forgé serait toujours meilleur à souder qu’un acier laminé, et un acier moulé systématiquement plus difficile. En pratique, cette comparaison n’a de sens que si l’on connaît les nuances et les états métallurgiques concernés.
Un acier de construction laminé à faible teneur en carbone peut présenter une excellente aptitude au soudage, tandis qu’un composant forgé dans un acier fortement allié ou traité pour atteindre une résistance élevée peut demander des précautions beaucoup plus importantes. Inversement, de nombreux aciers moulés sont spécifiquement élaborés pour permettre la fabrication d’ensembles soudés.
La composition chimique, l’épaisseur, les caractéristiques mécaniques recherchées et les conditions d’assemblage restent donc essentielles. Les principaux risques rencontrés sur les aciers carbone-manganèse et faiblement alliés sont détaillés dans la ressource technique de TWI consacrée à la soudabilité des aciers carbone-manganèse et faiblement alliés.
Les produits laminés peuvent présenter des propriétés différentes dans leur épaisseur
Les tôles laminées méritent une attention particulière lorsque la conception d’un assemblage impose des efforts importants perpendiculairement à leur surface. Pendant le laminage, certaines inclusions non métalliques peuvent être allongées parallèlement au plan de la tôle, ce qui peut rendre les propriétés dans l’épaisseur différentes de celles mesurées dans les directions principales du produit.
Dans des configurations soudées très contraintes, cette caractéristique peut participer au risque d’arrachement lamellaire. Les aciers modernes destinés aux applications exigeantes peuvent être produits avec une grande propreté métallurgique et, lorsque la conception le nécessite, avec des propriétés garanties dans le sens de l’épaisseur.
Il ne s’agit pas d’un problème rencontré sur chaque tôle soudée, mais d’un bon exemple montrant pourquoi le simple terme « acier laminé » ne décrit pas toutes les propriétés utiles d’un produit. Le sens de laminage et les caractéristiques dans l’épaisseur feront d’ailleurs l’objet d’une question spécifique dans cette rubrique.
Sur une pièce moulée, la zone destinée au soudage doit être examinée avec attention
Lorsqu’une pièce moulée doit être assemblée ou réparée par soudage, l’état du matériau à proximité du joint est particulièrement important. Une peau de fonderie, des oxydes, des résidus, une ancienne réparation ou une discontinuité située sous la surface peuvent compliquer l’opération.
Dans le cas d’une réparation, il ne suffit donc pas toujours de meuler superficiellement la zone puis de déposer un nouveau cordon. Une fissure ou une cavité doit être éliminée jusqu’au métal sain, et l’étendue réelle d’un défaut peut nécessiter un contrôle adapté avant la préparation du joint.
Cette logique rejoint les bonnes pratiques appliquées aux réparations industrielles : connaître le matériau, déterminer l’origine du défaut et vérifier l’état de la matière avant de définir la méthode de remise en état.
Sur une pièce forgée, il faut connaître la nuance et son traitement thermique
De nombreuses pièces forgées sont utilisées précisément parce qu’elles doivent supporter des efforts mécaniques importants. Elles peuvent également avoir reçu une normalisation, une trempe et un revenu ou un autre traitement permettant d’obtenir un niveau déterminé de résistance, de dureté ou de ténacité.
Ajouter une soudure sur une telle pièce sans connaître son état initial peut modifier localement les propriétés qui avaient été obtenues pendant sa fabrication. C’est particulièrement important lors de la réparation d’un arbre, d’une pièce de transmission, d’un outil ou d’un composant mécanique fortement chargé.
Avant d’intervenir, il faut donc rechercher la nuance, l’état de livraison et les éventuelles recommandations du fabricant. Les phénomènes métallurgiques directement provoqués par le chauffage et le refroidissement pendant le soudage sont traités séparément dans notre dossier sur les facteurs qui influencent la soudabilité.
Comment savoir si un acier laminé, forgé ou moulé peut être soudé ?
La première étape consiste à identifier la nuance exacte du matériau plutôt qu’à se fier uniquement à son apparence ou à son mode de fabrication. Un certificat matière, une désignation normalisée, un plan ou la documentation du fabricant fournissent généralement des informations beaucoup plus utiles que la seule mention « forgé », « laminé » ou « moulé ».
Il faut ensuite vérifier l’état de livraison ou le traitement subi par la pièce, son épaisseur, ses propriétés mécaniques et les conditions dans lesquelles l’assemblage devra fonctionner. Pour une pièce moulée ou un composant ancien, l’état réel du matériau et la présence éventuelle de défauts doivent également être pris en compte.
Une fois ces informations connues, il devient possible de définir rationnellement le procédé, le métal d’apport et les précautions nécessaires. Le mode de fabrication constitue donc une information importante, mais il n’est qu’un élément parmi ceux qui permettent d’évaluer correctement le comportement d’un acier au soudage.
En résumé : un acier laminé est mis en forme par passages entre cylindres, un acier forgé par déformation plastique importante et un acier moulé par solidification du métal liquide dans un moule. Ces procédés donnent au matériau des histoires métallurgiques différentes et peuvent influencer l’orientation de ses propriétés, sa structure ou les défauts potentiellement présents. Aucun de ces trois modes de fabrication ne permet toutefois de conclure à lui seul qu’un acier sera facile ou difficile à souder. La nuance, l’état de livraison, les traitements, l’épaisseur et les conditions de soudage doivent toujours être examinés avant l’assemblage ou la réparation.