Le formage à froid peut-il modifier le comportement d’une pièce au soudage ?

Le formage à froid consiste à donner une forme au métal sans le chauffer fortement

Le terme formage à froid regroupe plusieurs procédés permettant de modifier la géométrie d’un produit métallique à une température relativement basse par rapport aux températures utilisées lors du travail à chaud. Le pliage d’une tôle sur presse, le cintrage d’un tube, le roulage d’une virole ou l’emboutissage d’une pièce en sont des exemples courants. Ces opérations sont présentées plus en détail dans notre guide consacré au pliage, roulage et cintrage en chaudronnerie.

La matière n’est pas retirée comme lors d’un usinage : elle est déformée. Tant que les efforts restent dans le domaine élastique, le métal tend à reprendre sa forme initiale. Pour obtenir une modification permanente, il faut dépasser cette limite et provoquer une déformation plastique.

Cette déformation constitue précisément la raison pour laquelle une pièce formée à froid ne possède pas nécessairement partout les mêmes propriétés que le produit plat ou rectiligne dont elle provient.

Plus le rayon de pliage est faible, plus la déformation locale peut être importante

Un pli très ouvert et réalisé avec un grand rayon impose généralement moins de déformation à la matière qu’un pli très serré. Le rapport entre le rayon de pliage et l’épaisseur du produit constitue donc un paramètre important lors de la mise en forme.

Chaque matériau possède des capacités de formage qui dépendent de sa nuance, de son état de livraison et de son épaisseur. Le choix du vé, du poinçon et des paramètres de la presse participe également à l’obtention de la géométrie recherchée. Ces aspects pratiques sont développés dans notre article consacré aux réglages de presse plieuse et à leur influence sur la qualité du soudage.

Avec certains aciers à haute résistance, le respect des recommandations de rayon de pliage et de géométrie d’outillage devient particulièrement important pour éviter les fissures pendant le formage. SSAB souligne notamment l’importance de la capacité de pliage, des rayons utilisés et du contrôle du procédé lors de la mise en forme des aciers à haute résistance.

Le pliage ne déforme pas uniformément toute l’épaisseur de la pièce

Lorsqu’une tôle est pliée, la matière située vers l’extérieur de la courbure est étirée tandis que celle située vers l’intérieur est comprimée. Entre ces deux régions se trouve une zone dont la déformation longitudinale est beaucoup plus faible.

Les effets du formage sont donc particulièrement importants autour du pli. Une partie éloignée de celui-ci peut rester proche de son état initial alors que la matière située dans la courbure a subi une déformation plastique sensible.

Une soudure placée près d’un pli fortement formé n’est donc pas réalisée exactement dans le même état de matériau qu’une soudure située sur une partie plane peu déformée. Cela ne signifie pas que l’assemblage est mauvais, mais que l’histoire de fabrication de la zone doit être connue.

Le formage à froid provoque généralement un écrouissage du matériau

Lorsqu’un métal ductile subit une déformation plastique à froid, sa structure évolue et une nouvelle déformation devient progressivement plus difficile. Ce phénomène, appelé écrouissage, entraîne généralement une augmentation de la limite d’élasticité, de la résistance et de la dureté.

En contrepartie, la quantité de déformation plastique supplémentaire que le matériau peut supporter diminue généralement. Une région fortement formée peut donc présenter moins de ductilité disponible qu’une région restée dans son état initial.

L’écrouissage constitue le mécanisme métallurgique associé à cette évolution. Il est expliqué plus en détail dans notre FAQ L’écrouissage peut-il influencer le soudage d’un métal ?.

Un formage important peut également influencer la ténacité de certains aciers

La résistance et la dureté ne sont pas les seules propriétés susceptibles d’être modifiées par une forte déformation à froid. Pour certains aciers et certaines applications, la ténacité du matériau dans la zone formée doit également être considérée.

Cette question devient surtout importante pour les structures soumises à de basses températures, à des sollicitations sévères ou lorsqu’une déformation importante a été imposée pendant la fabrication. Les effets restent fortement dépendants de la nuance et du niveau réel de déformation.

Il ne faut donc pas appliquer une règle simpliste à toutes les pièces pliées. Un petit pli sur une tôle ductile destinée à une fabrication courante n’est pas comparable à un angle fortement formé sur un élément structurel épais ou fortement sollicité.

Une soudure peut être réalisée sur une pièce formée à froid dans de nombreuses applications

Le fait qu’une pièce ait été pliée ou cintrée à froid ne signifie pas qu’elle ne peut plus être soudée. Les structures métalliques, véhicules, machines et équipements industriels comportent quotidiennement des composants formés à froid qui sont ensuite assemblés par soudage.

Ce qui compte est de vérifier que le matériau, le niveau de déformation et la position du joint sont compatibles avec les exigences de la fabrication. Une zone légèrement formée et un angle ayant subi une déformation plastique très importante ne doivent pas être considérés de la même manière.

Dans certaines constructions réglementées, des exigences spécifiques peuvent limiter ou encadrer le soudage dans les zones fortement formées à froid. Les règles applicables au produit et à la construction concernée doivent donc être vérifiées plutôt que d’utiliser une règle générale valable pour tous les cas.

Les angles des profilés creux formés à froid constituent un cas particulier

Les profilés creux carrés ou rectangulaires formés à froid constituent un bon exemple de produit dont la déformation n’est pas répartie uniformément. Les faces restent relativement peu déformées tandis que les angles ont subi un formage beaucoup plus important pour obtenir leur rayon.

Pour certains aciers de construction, cette déformation locale peut influencer notamment la ténacité de la matière dans les angles. La présence d’une soudure à proximité peut alors faire l’objet de conditions particulières définies par les règles de conception ou d’exécution applicables.

La documentation technique publiée par le Steel Construction Institute sur les profilés formés à froid illustre précisément pourquoi les zones d’angle méritent une attention différente des parties planes.

Les aciers à haute résistance nécessitent de respecter les recommandations de formage

Les aciers à haute résistance permettent de concevoir des éléments plus légers ou capables de supporter des efforts importants, mais leurs caractéristiques imposent de maîtriser correctement les opérations de pliage et de cintrage.

Le rayon minimal, le sens de pliage par rapport au laminage, l’état des rives et la géométrie de l’outillage font partie des paramètres susceptibles d’être spécifiés par le producteur. Un rayon trop faible ou une rive présentant un défaut peut favoriser l’apparition d’une fissure pendant le formage.

Si une pièce doit ensuite être soudée, il est préférable de détecter ces anomalies avant l’assemblage. Une petite fissure créée pendant le pliage ne doit évidemment pas être masquée ou considérée comme acceptable simplement parce qu’une soudure sera ensuite déposée à proximité.

Il faut examiner les zones pliées avant de poursuivre la fabrication

Après une opération de formage importante, un contrôle visuel de la pièce permet de rechercher des fissures, arrachements de rive, marques importantes ou autres défauts apparus pendant la déformation. Les zones les plus sollicitées sont naturellement les premières à examiner.

L’état des chants mérite également de l’attention. Une rive présentant une entaille, une bavure importante ou une amorce de fissure avant pliage peut concentrer les déformations et faciliter l’apparition d’un défaut lors de la mise en forme.

Pour certaines pièces critiques, le contrôle ne se limite évidemment pas à une inspection visuelle et doit suivre les exigences du plan, de la procédure ou du référentiel de fabrication applicable.

L’ordre entre découpe, formage et soudage doit être défini avant la fabrication

Une pièce soudée passe souvent par plusieurs opérations successives : découpe, préparation des bords, perçage, pliage, cintrage, pointage puis soudage. Leur ordre doit être choisi en fonction de la géométrie finale et des propriétés du matériau.

Former une pièce après avoir réalisé certaines soudures peut imposer des déformations au joint ou compliquer fortement la mise en forme. À l’inverse, souder après formage peut placer le joint près d’une région déjà écrouie. Il n’existe donc pas un ordre universel valable pour toutes les fabrications.

Le bon enchaînement est celui prévu dès la conception et validé en fonction du matériau, des rayons, des tolérances et de la position des assemblages. Cette réflexion permet également de limiter les reprises et les redressages inutiles.

Comment prendre en compte le formage à froid avant de souder ?

Il faut d’abord identifier la nuance et l’état de livraison du matériau, puis vérifier que celui-ci est adapté au niveau de formage envisagé. Lorsque la documentation du producteur indique des rayons minimaux ou des conditions particulières, ces recommandations doivent être respectées.

Il convient ensuite d’examiner la géométrie réellement obtenue : rayon du pli, proximité du futur joint, présence de fissures ou de défauts de rive et importance de la déformation. Sur une fabrication exigeante, la position de la soudure par rapport aux zones les plus formées doit être examinée dès la conception.

Enfin, le formage à froid ne doit pas être considéré isolément. Il fait partie de l’historique complet de fabrication de la pièce, au même titre que le laminage, la découpe, les traitements éventuels et les opérations qui seront réalisées après le soudage.