Contrôle Qualité des Soudures : Le Guide Pratique

Le contrôle qualité des soudures est un ensemble de processus visant à garantir l’intégrité des joints et leur conformité aux normes en vigueur.

Ces étapes vous aident à prévenir les défauts et à assurer des soudures sûres et fiables dans chaque projet.

Évalué à 1,2 milliard de dollars en 2024, le marché du contrôle qualité lié aux soudures devrait atteindre 2,5 milliards de dollars d’ici 2033, affichant un taux de croissance annuel composé de 8,5%.

Plutôt intéressant pour niche si spécifique, n’est-ce pas ?

Cette croissance témoigne de l’importance de la qualité en génie civil/mécanique, puisqu’elle renforce la sécurité et l’efficacité des produits dans tous les secteurs d’application.

Mais, de nombreux ingénieurs peinent à identifier les options à leur dispositions, que ce soit par le biais de techniques d’inspection visuelle ou de stratégies de contrôle non destructif.

Dans cet article, nous explorerons les normes de qualité soudure, les méthodes de détection des défauts et les outils pratiques pour maintenir un haut niveau d’exigence.

Vous découvrirez comment les appliquer concrètement au quotidien pour optimiser vos résultats.

C’est parti !

Qu’est-ce que l’Assurance Qualité en Soudure?

Commençons par quelques concepts fondamentaux.

L’Assurance Qualité (QA en anglais) repose sur un ensemble de mesures préventives visant à superviser et évaluer des processus de fabrication.

Son objectif est de garantir la production de soudures de haute qualité dès le départ. C’est un peu comme mettre en place des garde fous pour éviter les problèmes avant même qu’ils n’apparaissent.

Le Contrôle Qualité (QC en anglais), quant à lui, vérifie que vos soudures sont conformes aux spécifications établies au préalable.

Il s’agit de vérifier et de tester les procédures et les produits finis selon des critères précis.

Cette étape permet de détecter les défauts grâce à des méthodes telles que le contrôle non destructif (CND) et les techniques d’inspection visuelle.

Les étapes de QA et de QC sont indispensables pour répondre aux normes de qualité et aux exigences réglementaires.

Dans le monde de l’industrie, les contrats exigent quasi systématiquement une conformité à des codes spécifiques, notamment pour les appareils à pression ou l’acier de construction. Ces processus sont la preuve que le produit ou service fourni respectera un niveau de qualité minimal.

Ne pas suivre ces procédures expose vos produits à des risques de défaillance. Dans le pire des cas, une soudure de mauvaise qualité peut provoquer des accidents, voire des catastrophes.

Une responsabilité que personne ne souhaite endosser.

La Documentation Technique

Penchons-nous maintenant sur les documents techniques qui encadrent ces démarches.

Voici les principaux :

• Le Plan d’Assurance Qualité définit le cadre de toutes les activités liées à la qualité. Il précise le calendrier des contrôles, des tests et répartit les rôles et responsabilités du personnel impliqué.
• Le Descriptif de Mode Opératoire de Soudage (DMOS) détaille la procédure à suivre pour réaliser chaque soudure. Il couvre le procédé, les matériaux et les paramètres clés comme le préchauffage. Ce document garantit la cohérence et facilite la détection des défauts.
• Les Plans de Soudage (Weld Maps en anglais) localisent chaque soudure sur le composant et associent le DMOS adéquat à chaque jointure. Ces plans simplifient le suivi et servent de référence durant la production, en particulier sur les projets de grande envergure.
• La Procédure d’Inspection et d’Essai consigne toutes les activités de contrôle qualité.

Tous ces documents doivent être conformes aux normes en vigueur. Ils constituent des preuves lors des audits et facilitent l’identification précoce des problèmes.

Descriptif de Mode Opératoire de Soudage (DMOS)

Le DMOS (WPS en anglais) est la “recette” détaillée d’une soudure spécifique.

C’est un document officiel qui fournit des instructions claires au soudeur afin de garantir des résultats constants et de haute qualité.

Informations clés dans un DMOS :

• Préchauffage et Traitement Thermique Après Soudage : Spécification des procédures de chauffe requises.
• Matériaux de base : Type et épaisseur du métal à assembler.
• Procédé de soudage : Méthode employée (SMAW, GMAW, TIG, etc.).
• Métaux d’apport : Électrode ou fil spécifique à utiliser.
• Conception du joint : Mode de préparation et d’assemblage des pièces.
• Paramètres de soudage : Tension, ampérage, vitesse d’avance et débit de gaz.
• Position : Orientation de la soudure (à plat, horizontale, au plafond, etc.).

Plan de Soudage (Weld Map)

Les Plans de Soudage sont des documents techniques qui localisent visuellement l’emplacement de toutes les soudures requises sur une structure ou un composant.

Ils servent principalement à attribuer le bon DMOS à chaque joint spécifique, afin de s’assurer que les paramètres de soudage appropriés sont bien appliqués.

Il s’agit généralement d’un dessin technique qui associe un identifiant unique (par exemple, W-01, W-02) à chaque emplacement de soudure (raccord, cordon d’angle, etc.) et au DMOS correspondant (DMOS-01, etc.).

Par exemple :

Lorsque vous voyez la paire W-62/DMOS-3156, vous savez immédiatement que la soudure identifiée par W-62 doit être réalisée selon le DMOS-3156.

Sur certains plans, les emplacements évidents ne sont pas numérotés, mais l’attribution d’identifiants reste une pratique courante.

Les plans de soudage sont essentiels pour gérer le flux de travail et maintenir la cohérence, en particulier sur les projets de fabrication vastes ou complexes, avec un grand nombre de joints et de multiples procédures.

Les superviseurs s’en servent pour suivre l’avancement, tandis que les soudeurs les utilisent comme guide de référence pour leur travail.

Ils créent un canal de communication clair entre l’ingénierie, la production et l’inspection, garantissant que toutes les équipes sont en phase avec les exigences procédurales de la fabrication.

Contrôles Qualité et Détection des Défauts de Soudure

Des préparations initiales jusqu’aux inspections finales, il est essentiel de garantir une soudure solide et fiable.

Pour ce faire, les inspections s’effectuent à trois étapes :

• Avant la soudure : Vérifier que les matériaux utilisés disposent de certificats attestant de leur conformité (type, résistance) aux exigences du cahier des charges.
• Pendant la soudure : Contrôler la température de préchauffage et interpasses, utiliser le bon métal d’apport, et s’assurer de l’aspect de la soudure et de sa conformité au DMOS.
• Après la soudure : Inspecter les soudures finales conformément aux normes et aux exigences du client. Cela peut inclure des essais destructifs pour vérifier la résistance, ou des contrôles non destructifs pour détecter les défauts sans endommager la pièce.

Contrôle Destructifs vs. Non Destructifs

Il existe deux grandes approches pour contrôler vos soudures.

La première est le Contrôle Destructif, une solution que l’on préfère généralement éviter sur la pièce finale.

La procédure consiste à détruire intentionnellement des éprouvettes issues de la soudure.

Par exemple, on peut couper un échantillon pour examiner d’éventuels défauts microscopiques, ou le soumettre à des essais de traction et de pliage pour tester sa résistance et sa ductilité.

Bien entendu, les résultats (force de rupture, etc.) sont soigneusement consignés.

Ces tests permettent de valider les procédés de soudage mais, par définition, ils détruisent l’échantillon testé.

La seconde approche est le Contrôle Non Destructif (CND), qui vérifie la soudure sans l’endommager.

C’est la solution privilégiée pour les pièces de production, car un résultat positif signifie que la pièce est validée et non mise au rebut.

Ces méthodes vont de l’inspection visuelle de la surface à des techniques avancées comme le ressuage, les ultrasons ou la radiographie pour révéler les défauts internes.

Explorons maintenant les méthodes les plus courantes.

L’Inspection Visuelle

La simplicité de l’inspection visuelle explique pourquoi elle est si répandue.

Peu coûteuse, elle repose principalement sur du temps et de l’expertise, et ne requiert que des équipements abordables par rapport à d’autres méthodes.

Elle permet de repérer rapidement les défauts de surface, évitant ainsi des réparations coûteuses qui seraient nécessaires s’ils étaient détectés plus tardivement.

Bien entendu, cette méthode a ses limites.

Il va sans dire que l’inspecteur doit posséder une formation solide, une grande expertise et une excellente acuité visuelle.

De plus, son principal inconvénient est sa limitation aux défauts de surface.

Les défauts internes, comme un manque de fusion en racine de joint, ne seront probablement pas décelés. Le processus est également sujet à l’erreur humaine, et l’inspecteur doit consigner méticuleusement toutes ses observations.

De quels outils avez-vous besoin ?

Une inspection visuelle rigoureuse requiert quelques outils spécialisés.

La jauge à souder est un équipement de base. Cet outil polyvalent permet de mesurer la gorge et les côtés d’une soudure d’angle, mais aussi de vérifier la concavité (quand la soudure se creuse) et la convexité (quand elle bombe).

Voici à quoi elle ressemble :

Avant de passer en revue les autres outils, un rappel essentiel : la sécurité. Pendant le soudage, il est impératif de porter des verres de protection teintés pour observer l’arc en toute sécurité.

Voici d’autres équipements que vous devriez avoir à portée de main :

• Une loupe pour examiner la surface de la soudure plus en détail.
• Une lampe torche pour éclairer correctement la zone d’inspection.
• Un marteau à piquer ou un burin pour enlever le laitier et les projections avant d’inspecter le cordon.
• Un thermomètre ou des craies thermiques pour vérifier les températures de préchauffage, interpasses et post-chauffage.
• Un mètre ruban et un pied à coulisse pour les contrôles dimensionnels.
• Un petit aimant pour aider à identifier la nature du matériau.

Pour une inspection de détail à l’échelle du micron, un microscope et un matériau de prise d’empreinte peuvent s’avérer nécessaires pour reproduire et analyser la surface.

À ce propos, les produits Plastiform sont particulièrement efficaces pour identifier les porosités ou les inclusions de laitier.

Mais nous y reviendrons.

Contrôles Spécifiques sur les Soudures au Gaz

Le soudage au gaz obéit à des critères visuels spécifiques pour garantir une soudure de qualité.

Voici une liste de contrôle détaillée :

1. La face doit être légèrement convexe, avec une surépaisseur ne dépassant pas 1,6 mm par rapport à la surface de la tôle.
2. La soudure doit présenter une largeur constante du début à la fin.
3. La surface doit présenter des ondulations régulières et finement espacées, et être exempte de projections excessives.
4. Les bords ne doivent présenter ni caniveau, ni débordement.
5. Le cratère final doit être correctement rempli, sans la moindre fissure ou porosité.

Un test destructif simple consiste à plier la tôle supérieure jusqu’à la replier sur elle-même.

Si la fusion à la racine est incomplète, une fissure apparaîtra au niveau du joint.

Les Défauts de Soudure les Plus Courants

Parfois, tout ne se passe pas comme prévu.

Je ne connais personne dans le métier qui réussisse chaque soudure du premier coup.

Ces problèmes sont généralement appelés défauts de soudure ou discontinuités.

Identifier l’origine du problème est la première étape pour corriger votre technique et réaliser une meilleure soudure la fois suivante.

Examinons certains des défauts les plus fréquents que vous pourriez rencontrer.

Manque de pénétration

Ce défaut se produit lorsque le métal d’apport ne fusionne pas complètement avec le métal de base à la racine du joint.

Voici une image pour vous aider à visualiser clairement ce défaut :

Comme vous pouvez le constater, la soudure repose simplement sur la surface au lieu de fusionner les matériaux sur toute leur épaisseur.

Il s’agit d’un grave problème structurel.

Il apparaît dans les soudures sur chanfrein en V lorsque le métal comble l’espace en surface mais laisse un vide non soudé à la racine.

Le manque de pénétration est souvent dû à une préparation ou une technique inadéquate. Voici les causes courantes :

• L’angle d’ouverture du chanfrein en V est trop étroit, empêchant l’électrode d’atteindre le fond du joint.
• Le diamètre de l’électrode est trop important pour le joint à réaliser.
• Le jeu à la racine (l’espace entre les pièces) est trop faible pour permettre au métal d’apport de s’écouler.
• Le méplat (le bord plat au fond du chanfrein) est trop épais pour que l’arc puisse le pénétrer.
• La vitesse d’avance est trop élevée, ne laissant pas à l’arc le temps de pénétrer suffisamment.
• Le courant de soudage est réglé trop bas pour fondre correctement le métal de base.

Une bonne préparation du joint est donc cruciale pour éviter ce type de défaut.

Des fondations saines permettent de construire une soudure solide, ce qui implique une bonne maîtrise de la nomenclature des soudures.

Morsures/Caniveaux

Les caniveaux apparaissent lorsque l’arc de soudage creuse le métal de base sur le bord de la soudure (le pied de cordon).

Cela crée une entaille dans le matériau parent, juste à côté du cordon.

En voici un autre exemple visuel :

Cette entaille agit comme un concentrateur de contraintes et peut affaiblir considérablement le joint.

Vous pouvez prévenir les caniveaux en surveillant les points suivants :

Un courant de soudage trop élevé, qui fait fondre une quantité excessive de métal de base.

Une longueur d’arc (la distance entre votre électrode et la pièce) trop importante.

Et enfin,

Une vitesse d’avance trop rapide qui ne permet pas de remplir complètement le bain de fusion avec le métal d’apport.

Fusion insuffisante

Le manque de fusion est exactement ce que son nom suggère.

Le métal d’apport ne parvient pas à fondre et à se lier avec le métal de base.

Le nouveau métal se dépose simplement sur la surface sans y adhérer (on parle aussi parfois de débordement).

Cela crée un point de faiblesse qui peut facilement céder.

Ce problème est généralement causé par quelques erreurs courantes :

• L’intensité du courant est incorrecte, généralement trop basse.
• Vous soudez sur une surface sale qui présente de la rouille, de l’huile ou de la calamine. Nettoyez-la d’abord à l’aide d’un dégraissant/nettoyant contact.
• Le diamètre ou le type d’électrode est inadapté au travail à effectuer.
• Le métal de base ou la passe de soudure précédente n’a pas atteint sa température de fusion.
• Un flux inadapté empêche l’action décapante nécessaire à une bonne liaison. Le flux doit éliminer les oxydes et les contaminants.

Inclusions de Laitier

Dans des procédés comme le soudage à l’arc avec électrode enrobée, l’enrobage de l’électrode fond pour former une couche protectrice appelée laitier.

Les inclusions de laitier sont des poches de ce composé solidifié qui se retrouvent piégées à l’intérieur du métal de la soudure.

Celles-ci créent des vides qui affaiblissent la soudure finale.

Vous pouvez prévenir la plupart des inclusions de laitier grâce à de bonnes pratiques.

Préparez correctement le chanfrein et nettoyez le cordon de soudure avant de déposer le suivant dans le cas d’un soudage multipasse.

Vous devez enlever tout le laitier visible entre les passes. C’est une étape cruciale à ne jamais négliger.

Pensez également à bien gérer votre bain de fusion pour permettre au laitier, plus léger, de remonter à la surface.

Et, enfin,

Essayez d’éviter de créer des contours ou des formes dans votre soudure qui sont difficiles d’accès et pourraient piéger le laitier.

Porosité

Les porosités sont en quelque sorte l’opposé des inclusions de laitier.

Au lieu d’être des poches de composé solidifié, ce sont de petites cavités dans le métal de la soudure qui contiennent du gaz.

La soudure finie peut ressembler à une pierre ponce, ce qui la rend très fragile.

Ces gaz proviennent de plusieurs sources : soit ils sont libérés par le métal en cours de solidification, soit ils sont formés par des réactions chimiques au sein même du bain de fusion.

Vous pouvez éviter la porosité en maîtrisant votre apport de chaleur et votre arc :

• Utilisez le bon réglage d’intensité. Un courant trop élevé peut en effet générer de l’instabilité.
• Évitez de surchauffer le métal, ce qui peut provoquer des caniveaux et piéger des gaz.
• Maintenez une longueur d’arc constante et suffisamment courte.

Normes et Réglementations

Ces quelques défauts ne sont qu’un aperçu d’une longue liste de points à vérifier. Une liste qui varie selon les paramètres, et c’est précisément pourquoi nous suivons des directives aussi strictes.

Les normes et réglementations sont là pour simplifier et standardiser la vérification des défauts pendant la production.

Jetons un œil aux référentiels qui guident la qualité des soudures et assurent la sécurité des opérations.

Nous aborderons, bien sûr, les principaux organismes de normalisation : ISO, ASME, etc.

J’ai l’impression de les mentionner dans chaque article.

Quoi qu’il en soit,

L’ISO 5817:2023 établit des niveaux de qualité pour les imperfections dans les assemblages soudés par fusion de l’acier, du nickel, du titane et de leurs alliages.

Elle définit trois niveaux :

1. Le niveau B pour les exigences les plus strictes, appliqué aux charges élevées,
2. Le niveau C pour un usage général,
3. Et le niveau D pour les soudures moins critiques.

Le niveau doit être sélectionné en fonction des exigences spécifiques de votre projet, comme les contraintes de fatigue ou de pression.

Le code AWS D1.1 couvre le soudage des structures en acier et détaille les méthodes d’inspection, y compris les contrôles non destructifs comme les examens par ultrasons et radiographiques. Il vous aide à détecter les défauts de surface et internes à un stade précoce.

La section IX de l’ASME BPVC décrit les qualifications de soudage pour les appareils à pression, en se concentrant sur les certifications des soudeurs et l’approbation des modes opératoires. Elle insiste sur la traçabilité des matériaux, afin que vous puissiez suivre chaque tôle et chaque métal d’apport de la source à la soudure finale.

Les techniques d’inspection visuelle sont au cœur de ces normes, permettant d’identifier les fissures avant que des défauts plus graves n’apparaissent et n’exigent une intervention coûteuse.

Technologies et Instruments Modernes

Chaque année, les plus grandes marques proposent de nouvelles technologies capables de détecter les défauts avec une précision accrue.

Les systèmes de suivi en temps réel surveillent les paramètres essentiels tels que la tension, le courant et la vitesse du fil.

Ils calculent l’apport de chaleur et vérifient le respect des descriptifs de mode opératoire de soudage.

Ce retour d’information instantané vous aide à identifier les écarts avant qu’ils n’affectent le produit final.

Un autre outil majeur a également fait son apparition.

L’IA et le machine learning ont considérablement amélioré le CQ en permettant la maintenance prédictive et l’identification automatisée des défauts.

Ces outils atteignent une très grande précision pour repérer des problèmes comme les fissures ou la porosité lors des essais par ultrasons, notamment grâce à l’identification de schémas récurrents dans les données.

Pour les défauts internes, les méthodes ultrasonores envoient des ondes sonores à travers le matériau pour révéler les imperfections cachées sans l’endommager.

Les techniques radiographiques utilisent des rayons X ou gamma pour créer des images de l’intérieur de la soudure, identifiant des problèmes comme un manque de fusion.

Évidemment, il y a aussi le Plastiform et, plus généralement, les techniques de prise d’empreinte pour l’inspection visuelle, capables d’améliorer la visibilité des défauts à l’œil nu ou au microscope.

Conclusion

Le contrôle qualité des soudures est un ensemble de processus qui garantissent l’intégrité des joints et leur conformité aux normes.

Il s’appuie sur une série de documents pour organiser le travail : Descriptifs de Mode Opératoire de Soudage, Plans de Soudage, ou encore Procédures d’Inspection et d’Essai.

En intégrant des mesures préventives d’assurance qualité et des contrôles qualité rigoureux à toutes les étapes (avant, pendant et après le soudage), les ingénieurs peuvent minimiser les défauts et renforcer la sécurité de leurs produits.

Il existe deux stratégies principales pour tester la qualité des soudures : les essais destructifs et les méthodes non destructives.

En maîtrisant l’inspection visuelle et en comprenant les causes profondes des défauts courants (tels que les inclusions de laitier, la porosité ou les caniveaux), vous construisez une puissante première ligne de défense contre les défaillances.

Le choix entre les essais destructifs et non destructifs dépend de l’objectif, mais tous deux servent le même but : vérifier que votre travail répond aux exigences strictes de normes comme ISO 5817, AWS D1.1 et ASME BPVC Section IX.

Les avancées technologiques, y compris les systèmes de surveillance en temps réel et la détection de défauts par IA, révolutionnent le domaine, rendant l’assurance qualité plus efficace et proactive que jamais.

Au quotidien, l’application de ces pratiques vous permettra non seulement d’améliorer l’efficacité et de réduire les risques, mais aussi de positionner votre entreprise comme un leader en génie mécanique.

Foire Aux Questions

Quelle est la façon la plus simple d’expliquer la différence entre l’Assurance Qualité (QA) et le Contrôle Qualité (QC) ?

L’Assurance Qualité, c’est comme planifier la recette et s’assurer d’avoir les bons ingrédients et une cuisine propre avant de commencer. Le Contrôle Qualité, c’est goûter le plat pendant la cuisson et vérifier le résultat final avant de le servir pour s’assurer qu’il est réussi. QA est préventive, QC est correctif.

Pourquoi ai-je besoin d’un Descriptif de Mode Opératoire de Soudage (DMOS) si je suis un soudeur expérimenté ?

La compétence d’un soudeur expérimenté est cruciale, mais un DMOS assure la cohérence et la traçabilité. Il garantit que chaque soudeur sur un projet, quel que soit son niveau d’expérience, utilise exactement les mêmes paramètres validés. C’est la “recette” officielle approuvée pour le travail, ce qui est essentiel pour répondre aux exigences du client et aux codes de l’industrie.

Quelle est la première étape la plus importante de l’inspection des soudures ?

L’inspection visuelle est toujours la première étape, et la plus critique. Elle est peu coûteuse, rapide et peut détecter une majorité des problèmes de surface comme les caniveaux, une taille de cordon incorrecte ou des fissures visibles, avant de consacrer du temps et de l’argent à des méthodes de CND plus avancées.

Les méthodes non destructives sont-elles toujours meilleures que les essais destructifs ?

Pas forcément. Le Contrôle Non Destructif (CND) est idéal pour vérifier une pièce finale car il ne l’endommage pas. L’essai destructif, lui, sert à qualifier un mode opératoire de soudage (DMOS) ou à tester la compétence d’un soudeur, en cassant intentionnellement une éprouvette pour mesurer ses propriétés physiques (résistance, ductilité). On utilise l’essai destructif pour prouver que le procédé fonctionne, et le CND pour prouver que la soudure finale est bonne.

Quelles sont les trois choses principales que je peux faire pour éviter les défauts de soudure courants comme la porosité ou le manque de fusion ?

Premièrement, assurez-vous que votre métal de base est parfaitement propre : enlevez toute trace de rouille, d’huile et d’humidité. Deuxièmement, utilisez les bons paramètres de votre DMOS, en particulier l’intensité du courant et la vitesse d’avance. Troisièmement, maintenez une technique appropriée, y compris une longueur d’arc constante et un angle d’électrode correct pour vous assurer que le bain de fusion est maîtrisé et fusionne correctement avec le métal de base.

Quel rôle joue un Procès-Verbal de Qualification de Mode Opératoire de Soudage (PV-QMOS) ?

Un PV-QMOS (ou PQR en anglais) est le document qui enregistre les résultats des essais réalisés sur des éprouvettes pour prouver que votre DMOS fonctionne. On y consigne les résultats des contrôles non destructifs et destructifs afin de qualifier le mode opératoire.