Soudure
Calcul du retrait de soudure
En bref
Le retrait transversal d’un joint bout à bout s’estime par S = 0,2·Aw/t + 0,05·g, avec Aw la section du métal déposé, t l’épaisseur et g le jeu à la racine. Le retrait longitudinal vaut ΔL = 0,025·Aw·L/Ap, avec L la longueur du cordon et Ap la section résistante des tôles.
Calcul
Exemple calculé avec les valeurs par défaut de l’outil.
Saisies
- Joint
- Chanfrein en V
- Épaisseur
- 10 mm
- Angle du chanfrein (total)
- 60°
- Talon
- 2 mm
- Surépaisseur
- 2 mm
- Jeu à la racine
- 2 mm
- Longueur du cordon
- 1000 mm
- Largeur totale des tôles assemblées
- 400 mm
- Nombre de joints en série
- 1
Résultats
- Retrait transversal
- 1,54 mmrapprochement des tôles
Exemple détaillé
Toutes les valeurs de cette section sont celles de l’exemple, calculé avec les valeurs par défaut de l’outil.
Autres résultats de l’exemple
- Retrait transversal d’un joint
- 1,54 mm
- Retrait longitudinal
- 0,45 mmsur 1000 mm de cordon
- Retrait longitudinal par mètre
- 0,45 mmpar mètre de cordon
- Section déposée Aw
- 71,9mm²
- Prédéformation conseillée
- +1,5 mmDébiter les pièces 1,5 mm plus long (ou écarter les tôles de 1,5 mm de plus par joint avant pointage), pointer serré, souder en pas de pèlerin ou en alternant les faces. Contre-déformer le chanfrein en V d’environ le retrait angulaire mesuré sur essai.
- Ordre de grandeur seulement : relations empiriques de manuel, sans calcul thermique ni mécanique. La bridure, la séquence de soudage, le nombre de passes et l’apport de chaleur modifient le résultat de façon importante ; valider sur un échantillon.
- La relation de Spraragen et Ettinger est établie pour un joint bout à bout à une passe ; en multipasses le retrait croît encore avec le métal déposé, le résultat est alors une valeur basse.
- Déformation angulaire non calculée : aucune constante publique vérifiée n’a été trouvée. Un chanfrein asymétrique ou en V (soudage d’un seul côté) provoque une rotation des tôles : prévoir un X symétrique ou un contrôle à l’essai.
- Valeurs indicatives : elles ne remplacent pas le DMOS/WPS qualifié ni un essai sur échantillon.
Calcul détaillé
Section du métal déposé
Aw = g·t + d²·tan(α/2) + (2/3)·W·h
57,0 + 15,0 = 71,9 mm² (d = 8,0 mm, W = 11,2 mm)
Retrait transversal (Spraragen-Ettinger)
S = 0,2·Aw/t + 0,05·g
0,2 × 71,9 / 10,0 + 0,05 × 2,0 = 1,54 mm
Section résistante
Ap = largeur × t
400 × 10,0 = 4000 mm²
Retrait longitudinal (forme « aire »)
ΔL = 0,025·Aw·L/Ap
0,025 × 71,9 × 1000 / 4000 = 0,45 mm
Comment faire
- Choisir le joint : chanfrein en V, en X, ou section Aw connue.
- Saisir l’épaisseur, l’angle du chanfrein, le talon et la surépaisseur.
- Saisir le jeu à la racine, la longueur du cordon et la largeur totale des tôles assemblées.
- Indiquer le nombre de joints en série, puis lire le retrait transversal.
Questions fréquentes
Comment calculer le retrait d’une soudure ?
Le retrait transversal suit la relation empirique de la famille Spraragen-Ettinger / Blodgett : S = 0,2·Aw/t + 0,05·g, en mm. Le retrait longitudinal suit la forme « aire » : ΔL = 0,025·Aw·L/Ap, avec Ap = largeur × t. Avec plusieurs joints en série, le retrait transversal se cumule : S_total = n × S.
Quel retrait pour un chanfrein en V de 10 mm ?
Avec une tôle de 10 mm, un V à 60°, un talon de 2 mm, un jeu de 2 mm et une surépaisseur de 2 mm, la section déposée vaut Aw = 71,9 mm². Le retrait transversal vaut 0,2 × 71,9 / 10,0 + 0,05 × 2,0 = 1,54 mm. Sur 1000 mm de cordon et 400 mm de largeur de tôles (Ap = 4000 mm²), le retrait longitudinal vaut 0,45 mm.
Quelle surlongueur prévoir pour compenser le retrait ?
Le calcul propose de débiter les pièces plus long du retrait transversal total (+1,5 mm dans l’exemple), ou d’écarter les tôles, avant pointage, du retrait d’un joint pour chaque joint, de pointer serré et de souder en pas de pèlerin ou en alternant les faces.
Le calcul donne-t-il la déformation angulaire ?
Non : aucune constante publique vérifiée n’a été trouvée pour la déformation angulaire. Un chanfrein en V soudé d’un seul côté fait tourner les tôles : prévoyez un X symétrique, ou contre-déformez d’après le retrait angulaire mesuré sur essai.
Limites
Résultats indicatifs, en ordre de grandeur : relations empiriques de manuel, sans calcul thermique ni mécanique. La bridure, la séquence de soudage, le nombre de passes et l’apport de chaleur changent fortement le résultat ; validez sur un échantillon. La relation transversale est établie pour un bout à bout à une passe : en multipasses, le résultat est une valeur basse. Sous 3 mm, le voilement domine et ces relations sous-estiment la déformation.
Sources
- Relation de la famille Spraragen-Ettinger / Blodgett : S = 0,2·Aw/t + 0,05·g : Diapositive 18 (retrait transversal, bout à bout une passe) et 14 (retrait longitudinal 25·Aw/Ap) (lien)
- Therness : Welding distortion estimator : Δt = 0,2·Aw/t + 0,05·g ; ΔL = 0,025·Aw·L/Ap (famille Blodgett) (lien)
- EZ Virtual Tools : Weld Shrinkage Calculator : Ordres de grandeur : bout à bout en V 1,5 à 3 mm en transversal (lien)
- Applied Welding Engineering, 2e éd. (2016) : Chap. 5, Stresses, Shrinkage, and Distortion in Weldments, p. 201-238 (référence générale) (lien)