Défauts de soudure des chaînes à rouleaux

Défauts de soudure des chaînes à rouleaux

Dans les systèmes de transmission industriels,chaînes à rouleauxGrâce à leur haute efficacité et à leur grande capacité de charge, les chaînes à rouleaux sont devenues des composants essentiels dans les secteurs minier, manufacturier, agricole et autres. Les soudures, liaisons critiques entre les maillons, déterminent directement la durée de vie et la sécurité d'utilisation de la chaîne. Pour les acheteurs étrangers, les défauts de soudure peuvent non seulement entraîner des arrêts de production et des interruptions de service, mais aussi des accidents et des coûts de réparation élevés. Cet article propose une analyse approfondie des types, des causes, des méthodes de détection et des stratégies de prévention des défauts de soudure des chaînes à rouleaux, offrant ainsi un guide pratique pour l'approvisionnement et la fabrication à l'international.

I. Types courants et dangers des défauts de soudure des chaînes à rouleaux

Les assemblages soudés des chaînes à rouleaux doivent résister aux multiples contraintes des charges dynamiques, du frottement et de la corrosion environnementale. Des défauts courants, souvent dissimulés sous une apparence intacte, peuvent être à l'origine de la rupture de la chaîne.

(I) Fissures : un précurseur de la rupture de la chaîne
Les fissures constituent l'un des défauts les plus dangereux des soudures de chaînes à rouleaux et peuvent être classées en fissures à chaud et fissures à froid selon leur moment d'apparition. Les fissures à chaud surviennent souvent pendant le soudage, provoquées par le refroidissement rapide du métal fondu et la présence excessive d'impuretés (comme le soufre et le phosphore), entraînant une rupture fragile aux joints de grains. Les fissures à froid se forment des heures, voire des jours, après le soudage, principalement en raison des contraintes résiduelles et de la structure durcie du métal de base. Ces défauts peuvent réduire considérablement la résistance de la soudure. Dans les systèmes de transmission à grande vitesse, les fissures peuvent se propager rapidement, provoquant la rupture de la chaîne et entraînant des blocages, voire des accidents mortels.

(II) Porosité : un terrain propice à la corrosion et à la fatigue

La porosité des soudures est due aux gaz (tels que l'hydrogène, l'azote et le monoxyde de carbone) entraînés lors du soudage et qui ne parviennent pas à s'évacuer à temps. Elle se manifeste généralement par des trous circulaires ou ovales en surface ou à l'intérieur de la soudure. La porosité réduit non seulement l'étanchéité de la soudure et peut entraîner des fuites de lubrifiant, mais elle perturbe également la continuité du métal et augmente les points de concentration de contraintes. Dans les environnements industriels humides et poussiéreux, les pores deviennent des voies d'infiltration pour les agents corrosifs, accélérant ainsi la corrosion de la soudure. De plus, sous l'effet de charges cycliques, des fissures de fatigue se forment facilement aux bords des pores, réduisant considérablement la durée de vie de la chaîne à rouleaux.

(III) Absence de pénétration/Absence de fusion : le « point faible » d’une résistance insuffisante
Le défaut de pénétration désigne une fusion incomplète à la racine de la soudure, tandis que le défaut de fusion désigne l'absence de liaison efficace entre le métal d'apport et le métal de base ou entre les couches de soudure. Ces deux types de défauts résultent d'un courant de soudage insuffisant, d'une vitesse de soudage excessive ou d'une préparation de gorge inadéquate, entraînant un apport de chaleur insuffisant et une fusion du métal inadéquate. Les chaînes à rouleaux présentant ces défauts ont une capacité de charge de soudure réduite à seulement 30 % à 60 % de celle des produits conformes. Sous fortes charges, un délaminage de la soudure est très probable, entraînant un décalage de la chaîne et un arrêt de la ligne de production.

(IV) Inclusion de scories : le « tueur invisible » de la dégradation des performances
Les inclusions de laitier sont des inclusions non métalliques qui se forment dans la soudure lors du soudage, lorsque le laitier fondu ne remonte pas complètement à la surface. Ces inclusions perturbent la continuité métallurgique de la soudure, réduisant sa ténacité et sa résistance à l'usure, et constituent une source de concentration de contraintes. À long terme, des microfissures sont susceptibles de se former autour de ces inclusions, accélérant l'usure de la soudure, entraînant un allongement du pas de la chaîne, affectant la précision de la transmission et pouvant même provoquer un mauvais engrènement avec le pignon.

II. Recherche de la cause première : Analyse des causes principales des défauts de soudure des chaînes à rouleaux

Les défauts de soudure des chaînes à rouleaux ne sont pas accidentels, mais résultent de multiples facteurs, notamment le choix des matériaux, la maîtrise des procédés et l'état des équipements. En particulier dans le cadre d'une production de masse, même de légères variations de paramètres peuvent engendrer des problèmes de qualité importants.

(I) Facteurs matériels : La « première ligne de défense » du contrôle à la source

Qualité insuffisante du matériau de base : Afin de réduire les coûts, certains fabricants choisissent un acier à teneur en carbone excessivement élevée ou contenant des impuretés comme matériau de base pour leurs chaînes à rouleaux. Ce type d’acier présente une faible soudabilité, est sujet à la fissuration et à la porosité lors du soudage, et l’adhérence entre la soudure et le matériau de base est insuffisante. Compatibilité insuffisante du matériau de soudage : Un problème courant est l’incompatibilité entre la composition de la baguette ou du fil de soudage et celle du matériau de base. Par exemple, l’utilisation d’un fil d’acier ordinaire à faible teneur en carbone pour souder une chaîne en acier allié haute résistance peut engendrer une soudure moins résistante que le matériau de base, créant ainsi une liaison fragile. L’humidité présente dans le matériau de soudage (par exemple, l’humidité absorbée par la baguette) peut libérer de l’hydrogène pendant le soudage, provoquant porosité et fissuration à froid.

(II) Facteurs de processus : Les « variables clés » du processus de production

Paramètres de soudage non contrôlés : L’intensité, la tension et la vitesse de soudage sont les principaux paramètres qui déterminent la qualité de la soudure. Une intensité trop faible entraîne un apport de chaleur insuffisant, ce qui peut facilement conduire à une pénétration incomplète et à un manque de fusion. Une intensité trop élevée surchauffe le matériau de base, provoquant une granularité importante et des fissures thermiques. Une vitesse de soudage excessive raccourcit le temps de refroidissement du bain de fusion, empêchant l’évacuation des gaz et du laitier, ce qui entraîne des porosités et des inclusions de laitier. Rainurage et nettoyage inadéquats : Un angle de rainure trop faible et des écartements irréguliers peuvent réduire la pénétration de la soudure, entraînant une pénétration incomplète. Un nettoyage insuffisant de la surface de la rainure pour éliminer l’huile, la rouille et la calamine peut générer des gaz et des impuretés pendant le soudage, provoquant des porosités et des inclusions de laitier.
Séquence de soudage incorrecte : en production de masse, le non-respect des principes de séquence de soudage « soudage symétrique » et « soudage en retrait » peut entraîner des contraintes résiduelles élevées dans la chaîne de soudure, ce qui peut provoquer des fissures à froid et des déformations.

(III) Facteurs liés à l’équipement et à l’environnement : « Impacts cachés » facilement négligés

Précision insuffisante du matériel de soudage : les machines à souder anciennes peuvent produire un courant et une tension instables, ce qui entraîne une formation de soudure irrégulière et augmente le risque de défauts. Une défaillance du mécanisme de réglage de l’angle du pistolet de soudage peut affecter la précision du positionnement de la soudure et provoquer une fusion incomplète.

Influence de l'environnement : Le soudage en milieu humide (humidité relative > 80 %), venteux ou poussiéreux peut entraîner la pénétration d'humidité dans le bain de fusion, créant ainsi des pores d'hydrogène. Le vent peut disperser l'arc, provoquant des pertes de chaleur. La poussière peut s'infiltrer dans la soudure et former des inclusions de laitier.

III. Inspection précise : Méthodes professionnelles de détection des défauts de soudure des chaînes à rouleaux

Pour les acheteurs, la détection précise des défauts de soudure est essentielle pour limiter les risques liés à l'approvisionnement ; pour les fabricants, des tests efficaces constituent un moyen fondamental de garantir la qualité en usine. L'analyse qui suit présente les cas d'application et les avantages de deux méthodes d'inspection courantes.

(I) Essais non destructifs (END) : « Diagnostic précis » sans destruction du produit

Les essais non destructifs (END) détectent les défauts internes et de surface des soudures sans endommager la structure de la chaîne à rouleaux, ce qui en fait la méthode privilégiée pour le contrôle qualité du commerce extérieur et l'échantillonnage de la production par lots.

Contrôle par ultrasons (UT) : Adapté à la détection des défauts internes de soudure tels que les fissures, la pénétration incomplète et les inclusions de laitier. Sa profondeur de détection peut atteindre plusieurs millimètres, voire plusieurs dizaines de millimètres, avec une haute résolution permettant une localisation et une mesure précises des défauts. Il est particulièrement adapté au contrôle des soudures de chaînes à rouleaux pour charges lourdes, détectant efficacement les défauts internes cachés. Contrôle par ressuage (PT) : Le contrôle par ressuage consiste à appliquer un pénétrant sur la surface de la soudure, exploitant la capillarité pour révéler les défauts d’ouverture de surface (tels que les fissures et les porosités). Simple d’utilisation et peu coûteux, il convient au contrôle des soudures de chaînes à rouleaux présentant un état de surface exigeant.
Contrôle radiographique (RT) : des rayons X ou gamma sont utilisés pour pénétrer la soudure et révéler les défauts internes grâce à l’imagerie radiographique. Cette méthode permet de visualiser la forme et la répartition des défauts et est souvent employée pour l’inspection complète de lots critiques de chaînes à rouleaux. Toutefois, cette méthode est coûteuse et nécessite une radioprotection adéquate.

(II) Essais destructifs : « l’essai ultime » pour vérifier les performances ultimes

Les essais destructifs consistent à soumettre des échantillons à des tests mécaniques. Bien que cette méthode détruise le produit, elle permet de déterminer directement la capacité de charge réelle de la soudure et est couramment utilisée pour les essais de type lors du développement de nouveaux produits et de la production en série.

Essai de traction : Des échantillons de maillons de chaîne comportant des soudures sont étirés afin de mesurer la résistance à la traction et de déterminer le point de rupture de la soudure, ce qui permet de déceler directement d’éventuels défauts de résistance. Essai de pliage : En pliant la soudure à plusieurs reprises pour observer l’apparition de fissures superficielles, on évalue sa ténacité et sa ductilité, ce qui permet de détecter efficacement les microfissures cachées et les défauts de fragilité.
Examen macrométallographique : Après polissage et attaque chimique de la section transversale de la soudure, la microstructure est observée au microscope. Ceci permet d’identifier les défauts tels que la pénétration incomplète, les inclusions de laitier et les gros grains, et d’analyser la pertinence du procédé de soudage.

IV. Mesures préventives : Stratégies de prévention et de réparation des défauts de soudure des chaînes à rouleaux

Pour maîtriser les défauts de soudure des chaînes à rouleaux, il est indispensable d'appliquer le principe de « prévention d'abord, réparation ensuite ». Un système de contrôle qualité doit être mis en place, intégrant les matériaux, les procédés et les tests tout au long du processus, tout en fournissant aux acheteurs des conseils pratiques sur la sélection et la réception des produits.

(I) Fabricant : Mise en place d'un système de contrôle qualité couvrant l'ensemble du processus

Sélection rigoureuse des matériaux à la source : Choisir un acier de haute qualité conforme aux normes internationales (telles que l’ISO 606) comme matériau de base, en veillant à ce que sa teneur en carbone et en impuretés soit compatible avec la soudabilité. Les matériaux de soudage doivent être compatibles avec le matériau de base et stockés à l’abri de l’humidité et de la corrosion, puis séchés avant utilisation. Optimisation des procédés de soudage : Déterminer les paramètres de soudage optimaux (courant, tension et vitesse) en fonction du matériau de base et des spécifications de la chaîne, par des essais de procédé, et établir des fiches de procédure pour une mise en œuvre rigoureuse. Utiliser des rainures usinées pour garantir leurs dimensions et la propreté de leur surface. Privilégier les procédés de soudage symétriques afin de réduire les contraintes résiduelles.

Renforcer les contrôles de processus : lors de la production en série, prélever des échantillons de 5 à 10 % de chaque lot pour des essais non destructifs (de préférence une combinaison d’ultrasons et de ressuage), un contrôle à 100 % étant requis pour les produits critiques. Calibrer régulièrement les équipements de soudage afin de garantir la stabilité des paramètres de production. Mettre en place un système de formation et d’évaluation des opérateurs de soudage afin d’améliorer les normes opérationnelles.

(II) Du point de vue de l'acheteur : Techniques de sélection et d'acceptation permettant d'éviter les risques

Normes de qualité claires : le contrat d’achat doit stipuler que les soudures des chaînes à rouleaux doivent être conformes aux normes internationales (telles que ANSI B29.1 ou ISO 606), préciser la méthode d’inspection (par exemple, contrôle par ultrasons pour les défauts internes, contrôle par ressuage pour les défauts de surface) et exiger des fournisseurs des rapports d’inspection de qualité. Points clés de la réception sur site : les inspections visuelles doivent s’assurer que les soudures sont lisses, exemptes de creux et de saillies apparents, ainsi que de défauts visibles tels que fissures et porosités. Des échantillons peuvent être sélectionnés aléatoirement pour des essais de pliage simples afin d’observer les anomalies de soudure. Pour les chaînes utilisées dans des équipements critiques, il est recommandé de confier les essais non destructifs à un organisme de contrôle tiers.

Choisir un fournisseur fiable : privilégiez les fournisseurs certifiés ISO 9001. Examinez leurs équipements de production de pointe et leurs capacités de test. Si nécessaire, effectuez un audit sur site afin de vérifier la conformité de leurs procédés de soudage et de leurs procédures de contrôle qualité.

(III) Réparation des défauts : Plans d'intervention d'urgence pour réduire les pertes

Pour les défauts mineurs découverts lors de l'inspection, des mesures de réparation ciblées peuvent être mises en œuvre, mais il est important de noter qu'une nouvelle inspection est nécessaire après réparation :

Porosités et inclusions de laitier : Pour les défauts superficiels, utilisez une meuleuse d’angle pour éliminer la zone défectueuse avant de réparer la soudure. Les défauts internes plus profonds nécessitent un contrôle par ultrasons et leur élimination avant la réparation. Défauts mineurs de fusion : La gorge doit être élargie et la calamine et les impuretés éliminées de la zone de défaut de fusion. Une soudure de réparation doit ensuite être effectuée en utilisant les paramètres de soudage appropriés. Un essai de traction est nécessaire pour vérifier la résistance après la réparation.
Fissures : Les fissures sont plus difficiles à réparer. Les fissures superficielles mineures peuvent être éliminées par meulage, puis réparées par soudage. Si la profondeur de la fissure dépasse un tiers de l’épaisseur de la soudure ou s’il s’agit d’une fissure traversante, il est recommandé de mettre la soudure au rebut immédiatement afin d’éviter tout risque pour la sécurité après réparation.