Rechargement dur par soudage : protéger et réparer les pièces soumises à l’usure

Le rechargement dur par soudage est une technique utilisée pour restaurer ou protéger les surfaces de pièces métalliques soumises à l’usure. Le principe consiste à déposer une ou plusieurs couches d’un matériau possédant des propriétés adaptées aux sollicitations rencontrées : abrasion, frottement métal contre métal, impacts, érosion ou combinaison de plusieurs mécanismes.

Contrairement à une réparation classique destinée principalement à restaurer la continuité d’une pièce fissurée ou cassée, le rechargement vise souvent à modifier les propriétés superficielles de la zone exposée. Une pièce relativement tenace peut ainsi recevoir en surface un dépôt beaucoup plus résistant à l’abrasion que le métal constituant sa structure.

Le choix du produit de rechargement est déterminant. Une couche extrêmement dure n’est pas nécessairement la meilleure solution lorsque la pièce doit absorber des chocs importants. Il faut d’abord identifier le mécanisme d’usure réel, examiner le métal de base et déterminer si une couche de reconstruction ou une couche intermédiaire est nécessaire avant le dépôt final.

📚 Afficher le sommaire

1. Qu’est-ce que le rechargement dur par soudage ?

Le rechargement dur consiste à déposer par soudage un métal ou un alliage sur la surface d’une pièce afin d’obtenir des propriétés particulières dans cette zone. Le métal déposé ne sert donc pas uniquement à assembler deux pièces : il devient lui-même une surface fonctionnelle destinée à résister aux sollicitations du service.

Cette technique peut être appliquée sur une pièce neuve afin de protéger préventivement les zones les plus exposées, ou sur une pièce déjà usée afin de restaurer sa géométrie et de prolonger sa durée d’utilisation.

Le rechargement est très utilisé dans les secteurs où le remplacement fréquent de composants métalliques serait coûteux : travaux publics, carrières, mines, cimenteries, agriculture, sidérurgie, recyclage, manutention de matériaux et diverses industries utilisant des équipements exposés à l’abrasion.

Il faut distinguer le rechargement de reconstruction, destiné principalement à retrouver une forme ou une dimension, du rechargement dur, dont la fonction principale est d’apporter une résistance particulière à l’usure.

2. Quelles pièces peut-on recharger ?

De nombreuses pièces métalliques peuvent bénéficier d’un rechargement lorsque leur dégradation est principalement concentrée sur une surface ou une zone identifiable.

Parmi les applications courantes figurent notamment :

• godets de pelles et de chargeuses
• dents et porte-dents
• lames et couteaux
• vis de convoyage
• rouleaux et galets
• marteaux et pièces de broyeurs
• plaques soumises à l’abrasion
• éléments de concasseurs
• outils agricoles
• pièces de terrassement
• équipements de carrières et de mines
• certaines portées ou surfaces soumises au frottement

La pièce doit toutefois conserver une structure suffisamment saine pour justifier la réparation. Recharger une surface fortement usée n’a guère d’intérêt si le support est fissuré, déformé ou trop aminci pour continuer à remplir son rôle mécanique.

Dans ce cas, la pièce doit d’abord être examinée et, si nécessaire, réparée avant la réalisation du rechargement. Le guide consacré à la réparation des pièces fissurées présente cette première étape.

3. Quels sont les principaux mécanismes d’usure ?

Le choix d’un rechargement doit commencer par l’identification du mécanisme responsable de la perte de matière. Toutes les usures ne se produisent pas de la même manière et un même dépôt ne peut pas être optimal dans toutes les situations.

Principaux types d’usure rencontrés

L’abrasion constitue l’une des applications les plus connues du rechargement dur. Des minéraux ou matériaux transportés glissent sur la surface métallique et enlèvent progressivement de petites quantités de matière.

Lorsque de forts impacts accompagnent cette abrasion, le choix devient plus délicat. Un dépôt offrant une excellente résistance à l’abrasion mais présentant une faible aptitude à supporter les chocs peut s’écailler ou se détacher prématurément.

4. Un dépôt plus dur est-il toujours plus résistant ?

Non. La dureté est une caractéristique importante de nombreux produits de rechargement, mais elle ne permet pas à elle seule de prévoir la durée de vie d’une pièce.

Un matériau extrêmement dur peut présenter une excellente résistance à certaines formes d’abrasion tout en étant relativement peu tolérant aux chocs ou aux déformations. À l’inverse, un dépôt moins dur mais plus tenace peut mieux résister lorsqu’il subit des impacts répétés.

Il faut donc rechercher un compromis entre plusieurs propriétés :

• dureté
• résistance à l’abrasion
• ténacité
• résistance aux impacts
• résistance au frottement
• comportement à température élevée lorsque nécessaire
• compatibilité avec le métal de base

La microstructure et la présence éventuelle de phases dures comme certains carbures jouent également un rôle majeur dans le comportement du métal déposé.

Deux produits présentant une dureté globale relativement proche peuvent donc se comporter très différemment lorsque le mécanisme d’usure change.

5. Pourquoi identifier le métal de base ?

Avant de choisir un produit de rechargement, il faut connaître autant que possible la nature du matériau constituant la pièce. Cette information influence directement la soudabilité, la préparation, le préchauffage et la compatibilité du dépôt.

Un acier de construction courant ne se comporte pas nécessairement comme un acier anti-abrasion, un acier fortement allié ou un acier ayant subi un traitement thermique.

L’identification du métal de base permet notamment d’évaluer :

• sa sensibilité à la fissuration
• la nécessité d’un préchauffage
• la température maximale admissible
• le type de couche tampon éventuellement nécessaire
• le choix du consommable de reconstruction
• le nombre de couches de rechargement envisageable

Cette étape est particulièrement importante sur les équipements de travaux publics modernes, dont certaines parties peuvent être fabriquées dans des aciers à haute résistance ou des aciers résistants à l’abrasion.

Lorsque la nuance est inconnue, il est imprudent de considérer automatiquement la pièce comme un acier doux ordinaire simplement parce qu’elle peut être meulée ou soudée.

6. Comment préparer une pièce avant rechargement ?

Un rechargement ne doit pas être réalisé directement sur une surface recouverte de terre, graisse, peinture, rouille épaisse ou métal fortement détérioré. La préparation conditionne directement l’adhérence du dépôt et la qualité des premières passes.

La zone à traiter doit généralement être nettoyée jusqu’à obtenir une surface métallique correctement préparée. Les parties écaillées, fissurées ou insuffisamment adhérentes doivent être éliminées.

Lorsque l’ancien rechargement est très endommagé, son retrait peut être nécessaire avant la reconstruction. Le gougeage constitue l’une des méthodes permettant d’éliminer rapidement du métal sur certaines pièces massives.

Les fissures structurelles éventuellement découvertes pendant le nettoyage doivent être traitées avant d’être masquées par les nouvelles couches.

Préparation typique avant rechargement

7. Couche de reconstruction, couche tampon et rechargement dur

Lorsqu’une pièce a perdu une quantité importante de matière, il n’est pas toujours judicieux de remplir tout le volume manquant avec un consommable de rechargement dur.

Les produits très résistants à l’abrasion peuvent être coûteux et ne sont pas nécessairement conçus pour constituer une forte épaisseur de reconstruction. Une ou plusieurs couches utilisant un matériau adapté à la restauration géométrique peuvent donc être déposées en premier.

La couche de reconstruction sert principalement à ramener la pièce près de sa forme d’origine. La couche finale apporte ensuite les propriétés de résistance à l’usure recherchées.

Une couche tampon peut également être utilisée entre le métal de base et le rechargement lorsqu’il est nécessaire d’améliorer la compatibilité entre les matériaux, d’apporter davantage de ductilité ou de limiter certains effets de dilution.

La séquence peut ainsi être représentée simplement :

• métal de base sain
• éventuelle couche tampon
• couche ou couches de reconstruction
• couche ou couches de rechargement dur

Cette organisation n’est pas systématique. Elle dépend du matériau, du consommable utilisé, de l’usure et des recommandations associées au produit de rechargement.

8. Quels procédés de soudage utiliser pour le rechargement ?

Plusieurs procédés de soudage peuvent être employés pour déposer un rechargement. Le choix dépend principalement de la taille de la pièce, du volume de métal à déposer, des conditions de travail et du consommable disponible.

Le soudage à l’électrode enrobée MMA est couramment utilisé en maintenance et sur chantier en raison de sa simplicité de mise en œuvre et du grand nombre d’électrodes spécialisées disponibles.

Le fil fourré permet d’obtenir des taux de dépôt élevés et est largement utilisé lorsque de grandes surfaces doivent être rechargées. Des fils spécifiquement développés pour différentes formes d’usure sont disponibles.

Le soudage sous flux ou d’autres procédés mécanisés peuvent également être utilisés dans l’industrie pour traiter des surfaces importantes ou des pièces répétitives.

Le choix du procédé ne doit donc pas être séparé du choix du produit de rechargement. Le guide consacré au choix du procédé de soudage permet de retrouver les principales caractéristiques des procédés courants.

9. Comment choisir le consommable de rechargement ?

Le consommable doit être choisi en fonction du mécanisme d’usure et non uniquement en fonction d’une valeur maximale de dureté.

Les fabricants proposent de nombreuses familles de produits destinées à des conditions différentes. Certains dépôts sont conçus pour résister principalement au frottement métal contre métal, d’autres à l’abrasion minérale, aux impacts ou à des combinaisons de sollicitations.

Les critères importants comprennent notamment :

• nature du métal de base
• type d’usure
• niveau d’abrasion
• intensité des impacts
• température de service
• nombre de couches souhaité
• possibilité ou non d’usiner le dépôt après soudage
• position de soudage
• procédé disponible

La classification EN 14700 est utilisée pour les consommables destinés au rechargement dur. Les fiches techniques des fabricants permettent ensuite de connaître la classification exacte du produit, la nature du dépôt, sa dureté indicative, les applications recommandées et les conditions de mise en œuvre.

Ces données sont beaucoup plus utiles qu’une comparaison basée uniquement sur le nom commercial ou la dureté annoncée.

10. Comment déposer les cordons de rechargement ?

La disposition des cordons dépend de la géométrie de la pièce et du sens dans lequel le matériau abrasif se déplace pendant le service.

Sur certaines surfaces, le rechargement peut être réalisé sous forme de cordons parallèles rapprochés. Dans d’autres cas, des motifs croisés, des quadrillages ou des cordons espacés peuvent être utilisés lorsque l’objectif est de créer un relief protégeant la surface contre l’écoulement des matériaux.

Lorsque toute la surface doit être recouverte, les cordons sont généralement organisés afin d’obtenir une couverture régulière tout en maîtrisant la quantité de métal déposée et l’apport thermique.

Une épaisseur excessive n’est pas toujours souhaitable. Certains consommables imposent une limitation du nombre de couches afin d’éviter une accumulation importante de contraintes ou une dégradation du comportement du dépôt.

La dilution avec le métal de base doit également être prise en compte. La première couche peut présenter une composition différente de celle des couches suivantes en raison du mélange entre le matériau déposé et le support fondu pendant le soudage.

Le nombre de couches et leur disposition doivent donc respecter les recommandations du consommable utilisé plutôt qu’une règle universelle appliquée à tous les rechargements.

11. Pourquoi certains rechargements durs présentent-ils des fissures ?

La présence de fissures dans un rechargement doit être interprétée avec prudence. Une fissure affectant le métal de base ou se propageant profondément dans la structure de la pièce constitue évidemment un problème différent d’un réseau superficiel caractéristique de certains dépôts très durs.

Certains alliages de rechargement fortement chargés en carbures présentent volontairement une ductilité limitée. Lors du refroidissement, les contraintes produites par le retrait peuvent provoquer des fissures transversales relativement régulières dans la couche déposée.

Ces fissures peuvent être caractéristiques du comportement du produit et ne signifient pas nécessairement que le rechargement est défectueux, à condition qu’elles restent limitées au dépôt et correspondent aux caractéristiques annoncées par le fabricant.

En revanche, une fissuration profonde atteignant le métal de base, un décollement du rechargement ou une fissuration apparaissant dans une zone qui ne devrait pas en présenter doit être examinée.

Il est donc essentiel de connaître le comportement normal du consommable utilisé avant d’interpréter l’aspect final de la surface.

12. Faut-il préchauffer avant un rechargement dur ?

Le préchauffage dépend principalement du métal de base, de son épaisseur, de son état métallurgique, du niveau de bridage et du produit de rechargement utilisé.

Sur une pièce massive, le métal environnant peut extraire très rapidement la chaleur du bain de fusion. Un préchauffage approprié peut alors participer à la maîtrise du refroidissement et limiter certaines conditions favorisant la fissuration.

À l’inverse, certaines pièces fabriquées dans des aciers traités ou présentant des caractéristiques particulières doivent respecter des limites de température afin de ne pas dégrader leurs propriétés.

La température ne doit donc jamais être choisie simplement parce qu’une valeur a donné de bons résultats sur une autre pièce. Le guide consacré au préchauffage avant réparation par soudage explique les principaux facteurs à prendre en compte.

Lorsque le fabricant du consommable ou de la pièce fournit une procédure de rechargement, les températures de préchauffage et entre passes doivent être respectées.

13. Rechargement des godets et pièces de travaux publics

Les équipements de terrassement représentent l’une des applications les plus visibles du rechargement dur. Les godets travaillent continuellement au contact de terre, sable, pierre et matériaux abrasifs tout en subissant des chocs importants.

Les zones les plus exposées sont notamment :

• le fond du godet
• les flancs
• les lèvres
• certaines zones autour des dents
• les parties entrant directement en contact avec les matériaux transportés

Avant le rechargement, l’état structurel du godet doit être contrôlé. Une fissure dans une joue, un fond très aminci ou une soudure structurelle endommagée doit être réparé avant d’ajouter une protection superficielle.

Des plaques anti-usure, bandes de protection ou pièces rapportées peuvent également être combinées au rechargement selon la conception du godet et la nature du travail réalisé.

Le dossier consacré à la réparation des godets par soudage détaille spécifiquement ces interventions.

14. Comment contrôler une pièce rechargée ?

Après rechargement, le contrôle commence par l’examen général de la surface et de la pièce. Il faut vérifier que le dépôt couvre correctement les zones prévues et rechercher les anomalies susceptibles d’affecter la tenue de la réparation.

Le contrôle peut notamment porter sur :

• la continuité du dépôt
• la répartition des cordons
• les zones non couvertes
• les décollements
• les fissures anormales
• la déformation de la pièce
• l’état des soudures structurelles adjacentes

Il faut distinguer les éventuelles fissures caractéristiques du produit de rechargement des fissures affectant réellement la pièce. Le comportement attendu doit être déterminé à partir des données du consommable utilisé.

Lorsque la réparation concerne également une zone structurelle, des méthodes de contrôle non destructif peuvent être utilisées en fonction du matériau et du type d’indication recherché.

Le contrôle après réparation par soudage permet d’approfondir cette dernière étape avant la remise en service de l’équipement.

FAQ : rechargement dur par soudage

À quoi sert le rechargement dur ?

Le rechargement dur permet de déposer sur une pièce métallique une couche possédant des propriétés adaptées à l’usure rencontrée. Il peut servir à protéger une pièce neuve ou à restaurer une surface déjà usée.

Quelle différence entre rechargement et rechargement dur ?

Un rechargement de reconstruction sert principalement à restaurer une dimension ou une géométrie perdue. Le rechargement dur constitue généralement la couche fonctionnelle destinée à améliorer la résistance à l’abrasion, aux impacts, au frottement ou à d’autres sollicitations.

Quel est le rechargement le plus dur ?

Il existe des dépôts présentant des duretés très élevées, notamment certains alliages riches en carbures. La recherche du dépôt le plus dur n’est toutefois pas une méthode suffisante pour choisir un consommable : le type d’usure et l’intensité des chocs doivent également être pris en compte.

Peut-on recharger directement une pièce très usée ?

Lorsque la perte de matière est importante, une reconstruction peut être nécessaire avant la couche dure. La pièce doit également être inspectée afin de vérifier qu’elle ne présente pas de fissure structurelle ou d’amincissement excessif.

Pourquoi certains rechargements durs se fissurent-ils ?

Certains dépôts très durs et peu ductiles développent naturellement des fissures superficielles de retrait pendant leur refroidissement. Ce phénomène peut être caractéristique du consommable. Il ne doit cependant pas être confondu avec une fissure profonde atteignant le métal de base ou un décollement du dépôt.

Peut-on recharger un godet de pelle ?

Oui. Les godets font partie des applications classiques du rechargement dur en raison de leur exposition à l’abrasion et aux impacts. Leur état structurel doit toutefois être vérifié avant le rechargement, notamment au niveau du fond, des flancs, des lèvres et des soudures.

Faut-il préchauffer pour faire un rechargement dur ?

Le préchauffage dépend du métal de base, de l’épaisseur de la pièce, du consommable utilisé et des contraintes de soudage. Il peut être nécessaire sur certaines pièces mais ne constitue pas une règle universelle.

Ressources techniques sur le rechargement dur

Le choix et la mise en œuvre d’un produit de rechargement doivent être basés sur les caractéristiques réelles du métal de base, le mécanisme d’usure et les données du consommable utilisé. Parmi les références utiles figurent notamment :

• EN 14700 – Classification des consommables de soudage destinés au rechargement dur.
• ISO/TR 13393 – Classification des microstructures des produits de rechargement déposés par soudage par fusion.
• Fiches techniques des fabricants – Composition du dépôt, classification, dureté, nombre de couches, préchauffage et applications recommandées.
• Documentation du fabricant de la pièce – Nuance du métal de base, conditions de soudage et éventuelles limitations thermiques.

Les conditions exactes d’utilisation doivent rester celles du consommable et de la pièce concernés, car deux produits appartenant à la même famille générale peuvent présenter des comportements et des domaines d’emploi différents.