Comment choisir le métal d’apport selon le métal de base ?

Le métal d’apport devient une partie du joint soudé

Lorsqu’un procédé utilise un consommable, celui-ci fond dans le bain et participe directement à la formation du cordon. Après solidification, le métal fondu est constitué du métal d’apport mais également d’une certaine proportion des matériaux de base fondus sur les bords du joint.

Le choix du consommable influence donc la composition chimique et les propriétés du métal soudé. Une électrode ou un fil mal adapté peut produire un cordon visuellement acceptable tout en donnant une résistance, une ductilité ou une tenue à la corrosion insuffisante.

Cette raison explique pourquoi la connaissance du métal de base constitue la première étape. Lorsqu’une pièce n’est pas correctement identifiée, notre réponse Comment identifier un métal avant de le souder ? présente les principaux moyens permettant d’obtenir cette information.

Un métal d’apport de composition proche est souvent utilisé, mais ce n’est pas une règle absolue

Dans de nombreuses fabrications, le consommable est sélectionné afin d’obtenir un métal fondu dont la composition et les propriétés restent proches de celles du matériau de base. Cette logique simplifie notamment l’obtention d’un assemblage relativement homogène.

Un acier carbone courant sera donc généralement soudé avec un consommable destiné aux aciers carbone, tandis qu’un inox austénitique sera associé à un métal d’apport compatible avec sa famille métallurgique.

Il existe cependant de nombreuses exceptions. Un consommable volontairement différent peut être choisi afin de réduire le risque de fissuration, de compenser la dilution ou d’assembler deux métaux de compositions différentes.

La résistance du métal d’apport doit être cohérente avec celle de l’assemblage

Les caractéristiques mécaniques du consommable doivent correspondre aux exigences imposées au joint. La limite d’élasticité, la résistance à la traction, l’allongement et éventuellement la ténacité peuvent intervenir dans la sélection.

Dans de nombreuses applications sur aciers de construction, on cherche un métal fondu possédant une résistance au moins compatible avec celle du matériau de base. Cela ne signifie toutefois pas que le consommable présentant la résistance la plus élevée soit automatiquement le meilleur.

Un métal d’apport excessivement résistant peut posséder une ductilité différente, présenter une plus grande sensibilité à certains mécanismes de fissuration ou simplement apporter des propriétés inutiles pour la fabrication.

On parle parfois de matching, undermatching et overmatching

Un métal d’apport peut être décrit comme matching lorsque ses propriétés correspondent approximativement à celles du matériau de base, undermatching lorsqu’elles sont volontairement inférieures sur le critère considéré et overmatching lorsqu’elles sont supérieures.

Ces notions concernent le plus souvent la résistance mécanique, mais elles peuvent également être utilisées pour comparer certaines compositions chimiques.

Le choix dépend de la conception de l’assemblage. Certaines structures demandent que le métal fondu possède une résistance supérieure à celle du matériau de base, tandis que d’autres applications peuvent accepter ou rechercher un dépôt moins résistant mais davantage ductile.

La dilution modifie la composition réelle du métal fondu

Lorsque l’arc fait fondre les bords du joint, une partie du métal de base se mélange au métal d’apport. Cette proportion de métal de base incorporée dans le bain correspond au phénomène de dilution.

Le cordon final n’a donc pas exactement la composition indiquée sur la fiche du fil ou de l’électrode. Ses caractéristiques résultent du mélange entre le consommable et les matériaux effectivement fondus pendant le soudage.

Cette question devient particulièrement importante avec les aciers inoxydables, les alliages fortement alliés et les assemblages dissemblables où une dilution excessive peut modifier fortement la microstructure du dépôt.

Pour un acier carbone courant, les propriétés mécaniques constituent un critère essentiel

Sur les aciers carbone et carbone-manganèse couramment utilisés en construction, le consommable est généralement choisi de manière à obtenir des caractéristiques mécaniques compatibles avec celles de l’acier soudé.

Le choix doit également tenir compte de la position de soudage, du procédé, de l’épaisseur, de la ténacité demandée et éventuellement du niveau d’hydrogène diffusible du consommable.

Pour certains aciers plus sensibles à la fissuration à froid, l’emploi d’un consommable à faible hydrogène devient particulièrement important et peut être associé à un préchauffage. Notre réponse Pourquoi certains aciers doivent-ils être préchauffés avant soudage ? explique le rôle de cette précaution.

Une résistance plus élevée n’est pas toujours synonyme de meilleur choix

Choisir systématiquement le consommable présentant la résistance mécanique la plus élevée peut sembler rassurant, mais cette logique oublie les autres propriétés du joint.

Une augmentation de résistance peut s’accompagner d’une diminution de ductilité ou d’une sensibilité différente aux conditions de soudage. La résistance du métal fondu doit surtout être cohérente avec la conception et les propriétés demandées à l’ensemble.

Dans une fabrication qualifiée, ce choix est vérifié par les caractéristiques du consommable et, lorsque cela est requis, par les essais réalisés lors de la qualification de la procédure.

Sur l’inox, la composition du métal d’apport influence directement la corrosion

Les aciers inoxydables doivent leur résistance à la corrosion principalement à leur teneur en chrome et, selon les nuances, à d’autres éléments comme le nickel ou le molybdène. Le métal fondu doit donc conserver une composition suffisamment adaptée à l’environnement de service.

Un consommable destiné à un inox donné est généralement choisi afin de produire un dépôt compatible avec sa famille métallurgique tout en tenant compte de la dilution provenant du métal de base.

Le choix devient encore plus important lorsqu’on assemble un inox avec un autre matériau. La composition du consommable peut alors être volontairement plus fortement alliée afin de conserver les propriétés recherchées après dilution.

Le 309L illustre bien le choix d’un métal d’apport volontairement différent

Lorsqu’un acier carbone est assemblé avec certains inox austénitiques, utiliser simplement un consommable destiné à l’un ou à l’autre des deux matériaux peut conduire à une composition du métal fondu mal adaptée.

Des consommables de la famille 309L sont fréquemment employés pour de nombreux assemblages dissemblables entre acier carbone et inox austénitique. Leur teneur relativement élevée en chrome et en nickel permet notamment de mieux supporter la dilution par l’acier carbone.

Cette solution n’est cependant pas universelle. Notre page Peut-on souder de l’acier inoxydable avec de l’acier carbone ? détaille les limites de ce choix.

Sur l’aluminium, le métal d’apport peut être différent de l’alliage de base

Les alliages d’aluminium montrent particulièrement bien qu’un métal d’apport de composition strictement identique au matériau de base n’est pas toujours souhaitable. Certains consommables sont choisis afin de réduire la sensibilité à la fissuration lors de la solidification.

La résistance mécanique, la corrosion, la température de service et même l’aspect après anodisation peuvent également influencer la sélection du fil ou de la baguette.

Le choix doit donc être réalisé à partir des nuances réellement assemblées. Les particularités générales du matériau sont présentées dans notre réponse Pourquoi l’aluminium demande-t-il plus de précautions au soudage ?.

Le cuivre et ses alliages demandent eux aussi un consommable adapté

Le cuivre pur, le cuivre désoxydé, les laitons et les différents bronzes ne possèdent pas tous la même composition ni la même soudabilité. Le métal d’apport doit donc être choisi en fonction de la nuance exacte plutôt qu’à partir de la seule couleur de la pièce.

Certains consommables utilisés pour le cuivre contiennent notamment des éléments favorisant la désoxydation du bain et permettant de limiter certains défauts pendant le soudage.

Les propriétés électriques et thermiques peuvent également être importantes lorsqu’un assemblage en cuivre doit conserver une fonction particulière. Notre réponse Peut-on souder du cuivre ? présente les difficultés principales de ce matériau.

La fonte constitue un cas où le métal d’apport peut être très différent du métal de base

Une pièce en fonte n’est pas nécessairement réparée avec un métal d’apport reproduisant exactement la composition de la fonte. Des consommables au nickel ou nickel-fer sont très couramment utilisés pour certaines réparations.

Le dépôt obtenu possède alors volontairement une composition différente du matériau de base afin d’apporter des caractéristiques intéressantes pour la réparation, notamment une meilleure capacité à supporter certaines contraintes et, selon le consommable, une bonne usinabilité.

Cette situation montre parfaitement que le choix d’un métal d’apport repose sur le comportement recherché dans le joint et pas uniquement sur la ressemblance chimique avec la pièce. Retrouvez ces méthodes dans notre réponse Peut-on souder de la fonte ?.

La résistance à la corrosion peut devenir prioritaire sur la seule résistance mécanique

Dans une installation chimique, alimentaire, maritime ou exposée à une atmosphère agressive, un joint suffisamment résistant mécaniquement peut malgré tout être inacceptable si son métal fondu se corrode rapidement.

Le consommable doit alors posséder une composition permettant d’obtenir la résistance à la corrosion demandée après prise en compte de la dilution. Pour certains inox ou alliages de nickel, ce critère devient aussi important que la résistance mécanique.

La présence de chlorures, d’acides, de hautes températures ou d’autres conditions particulières peut modifier complètement le choix recommandé.

La température de service doit être connue avant de choisir le consommable

Un métal d’apport utilisé sur une structure travaillant à température ambiante n’est pas nécessairement adapté à une pièce exposée pendant des milliers d’heures à plusieurs centaines de degrés.

À haute température, la résistance au fluage, l’oxydation et la stabilité de la microstructure peuvent devenir essentielles. À basse température, la ténacité et la résistance à la rupture fragile peuvent au contraire devenir les critères dominants.

Le choix du consommable doit donc prendre en compte les conditions dans lesquelles la pièce travaillera réellement et pas seulement les conditions présentes dans l’atelier au moment du soudage.

Un métal d’apport doit aussi être compatible avec le procédé utilisé

Un même objectif métallurgique peut nécessiter des formes de consommables différentes suivant le procédé : électrode enrobée en MMA, fil plein ou fil fourré en MIG/MAG, baguette en TIG ou combinaison fil-flux en soudage à l’arc submergé.

La classification du consommable précise notamment sa composition, certaines de ses propriétés et les conditions dans lesquelles il est destiné à être utilisé.

Il faut donc vérifier simultanément la compatibilité avec le matériau de base et avec le procédé. Le guide Quel procédé de soudage choisir ? permet de replacer cette sélection dans le contexte général de l’assemblage.

Le diamètre du fil ou de l’électrode ne détermine pas sa compatibilité métallurgique

Le diamètre influence notamment la plage d’intensité, le taux de dépôt, la facilité d’accès au joint et le comportement du bain. Il ne renseigne cependant pas sur la composition chimique ou les propriétés mécaniques du métal déposé.

Deux électrodes de même diamètre peuvent être destinées à des matériaux et des applications totalement différents. Il ne faut donc jamais choisir un consommable uniquement parce qu’il possède le bon diamètre pour le porte-électrode ou parce qu’il semble fonctionner correctement avec le courant disponible.

La désignation complète du produit et la documentation du fabricant doivent être vérifiées avant utilisation sur une fabrication exigeante.

Les conditions de stockage peuvent modifier les performances du consommable

Choisir correctement le métal d’apport ne sert pas à grand-chose si le consommable est ensuite contaminé, oxydé ou chargé d’humidité avant son utilisation.

Certains produits demandent des conditions précises de stockage ou de séchage. Les électrodes basiques à faible hydrogène sont particulièrement concernées, car une absorption excessive d’humidité peut augmenter la quantité d’hydrogène introduite dans le métal fondu.

Les fils et baguettes destinés à l’aluminium, au cuivre, à l’inox ou à d’autres métaux doivent eux aussi rester propres et être protégés des contaminations pouvant perturber le soudage.

Une réparation peut demander un métal d’apport différent d’une fabrication neuve

Lors d’une réparation, l’objectif n’est pas toujours de reproduire exactement la composition de la pièce d’origine. Un consommable plus ductile peut parfois être retenu afin de mieux supporter les contraintes d’un assemblage ancien ou fortement bridé.

La pièce peut également avoir subi de l’usure, des traitements thermiques, des cycles de température ou des modifications de microstructure au cours de son service. Le métal d’apport doit alors être choisi en tenant compte de l’état réel du composant.

Pour cette raison, une réparation importante commence par l’identification du matériau et l’analyse du défaut avant la sélection du consommable. Ces principes sont développés dans le dossier Réparation par soudage.

Les assemblages dissemblables demandent une attention particulière

Lorsque les deux matériaux de base sont différents, il devient impossible de choisir un consommable simplement en recherchant celui qui correspond exactement aux deux pièces.

Il faut alors étudier la composition obtenue après dilution, les propriétés mécaniques des deux matériaux, leurs coefficients de dilatation, leur comportement thermique, la corrosion éventuelle et les conditions de service.

Des métaux d’apport inoxydables fortement alliés ou à base de nickel sont ainsi utilisés dans certains assemblages dissemblables parce qu’ils permettent d’obtenir un métal fondu plus adapté que celui qui résulterait d’un simple consommable identique à l’un des deux matériaux.

La désignation du consommable donne beaucoup plus d’informations que son nom commercial

Les consommables de soudage sont classifiés selon des systèmes normalisés qui permettent d’identifier leur famille, leur composition ou leurs propriétés suivant le produit concerné.

Cette désignation constitue une information beaucoup plus utile que la couleur de l’emballage ou une appellation commerciale isolée. Deux produits commercialisés sous des noms différents peuvent appartenir à une même classification, tandis que deux références visuellement proches peuvent être destinées à des applications très différentes.

Pour une fabrication contrôlée, la sélection doit donc reposer sur la classification et la fiche technique du consommable plutôt que sur une simple habitude d’atelier.

La fiche technique du fabricant doit être consultée avant une utilisation inhabituelle

La documentation du fabricant indique généralement les matériaux recommandés, les positions de soudage, les gaz éventuels, les polarités, les caractéristiques mécaniques du dépôt et certaines conditions particulières d’utilisation.

Ces valeurs correspondent cependant à des conditions d’essai définies. Dans un assemblage réel, la dilution avec le métal de base et les paramètres utilisés peuvent modifier les caractéristiques obtenues dans le cordon.

Pour une application critique, les propriétés doivent donc être confirmées dans le cadre de la procédure adaptée plutôt que supposées uniquement à partir des valeurs commerciales du consommable.

Comment choisir concrètement le métal d’apport avant de souder ?

La première étape consiste à identifier précisément les matériaux de base et à connaître les propriétés demandées à l’assemblage. Il faut ensuite vérifier la résistance mécanique nécessaire, la température de service, l’environnement corrosif éventuel et les risques métallurgiques propres au matériau.

Le procédé et la position de soudage permettent ensuite de sélectionner la forme de consommable appropriée. Les classifications et tableaux de correspondance du fabricant permettent de retenir les références compatibles avec les nuances à assembler.

Enfin, lorsque deux matériaux différents sont soudés ou que la pièce présente des exigences particulières, la dilution et les propriétés finales du métal fondu doivent être étudiées avant de valider définitivement le choix.