Forum bijouterie, coutellerie, ferronnerie, sculpture, fonderie d'art et restauration - Metal Connexion

Bonjour à tous,
je viens ici chercher quelques conseils pour souder un corps de commande de vanne à crémaillère que l'on m'a demandé de réparer.
Le village où j'habite est sillonné d'un réseau de canaux d'irrigations comprenant sont lot de vannes, déversoirs et commandes en tout genre.
Une bonne partie de ce réseau part d'une chaussée ( barrage) créée pour alimenter en eau les jardins du château.
Ce site est un lieu hautement touristique et de "charmants bambins" n'ont rien trouvé de mieux que de caillasser joyeusement une des crémaillère de commande d'un déversoir jusqu'à la rupture du boitier.





L'automne étant très "humide" ( vous avez peut être entendu parler des fameux épisodes Cévenols) dans nos contrées, il est urgent de réparer la commande de cette vanne qui régule la hauteur d'eau sur un aqueduc.

J'ai donc démonté le boitier et brossé les cassures, mais n'étant pas trop habitué à la soudure de la fonte, j'aimerais me faire confirmer la procédure que je compte appliquer et préciser quelques points.

On voit donc sur les photos, la cassure après brossage et sur la dernière après une ébauche de chanfrein .

La couleur est gris assez clair et les étincelles sont jaune orangées sans panache.

Avec ces infos quelqu'un pourrait me préciser la nature de la fonte?

En ce qui concerne la soudure du boitier je pensais suivre la procédure suivante :

- Nettoyage, dégraissage soigné avec chauffe au chalumeau propane pour éliminer tous les résidus de graisse
- Chanfreinage bilatéral à 60°
-Pointage
- Soudure par petits cordons en " pas de pélerin" avec martelage du cordon.

Les points que j'aimerais préciser sont les suivants:
-Soudure à chaud ou à froid?
- Nature du métal d'apport ; j'ai déjà utilisé des électrodes " spéciales fontes " sans être convaincu par les résultats et je crois savoir que la soudure de la fonte demande des électrodes riches en nickel et que l'on peut éventuellement utiliser de l'inox.
J'ai également des électrodes Castolin "Xuper 680 S" dont je me sers pour recharger mes enclumes et qui passent pour être polyvalentes mais la doc Castolin ne précise pas leur composition.Pourraient elles convenir?

Merci d'avance à tous ceux qui pourraient m'aider de leurs conseils éclairés.

Pour finir je vous présente ladite vanne pendant le démontage.

Salut Jimi
Pour ma part je ferai un bon chanfrein un pointage léger à l'électrode "spécial fonte" puis une bonne chauffe ( ~ 250°) et soudure par petits cordons de 1 cm en tenant la température de la pièce avec un décapeur thermique et la pièce emmitouflée dans de la laine de verre . Enfin laisser le tout refroidir lentement dans la laine de verre ou encore mieux dans une forge à gaz qui vient d'être éteinte .

Le truc est de faire baisser la température doucement.

Je rajouterai au dire de Roland, de chauffer la zone (ou la pièce) à souder (vers 200-250°C) pour également éviter le choc thermique du a la pièce et de la refroidir doucement.

Cela te permettra de travailler assez vite, sans avoir le probleme du refroidissement trop rapide (la pièce te servira de tampon thermique)

Après, une technique simple, consiste à enfoncer la pièce une fois souder dans du sable (sec). Cela permet de bien laisser la soudure refroidir. (si tu es perfectionniste tu peu chauffer ce sable au four, pour le sécher et l'avoir à température assez élevé.
Il ne te restera plus comme cela, qu'a le laisser refroidir.

Par contre comme déjà dit, utilise de la soudure spéciale fonte, car sinon tu va passer des heures de travail pour rien.

Récapitulatif :
De la soudure spéciale fonte
Des chanfreins pour souder proprement et en profondeur (enfin sur la profondeur possible)
Une pièce chaude
Un refroidissement lent (ou contrôler dans un four, ou dans un isolant (laine, sable etc)

Cordialement

Merci à tous les deux pour vos conseils que je vais suivre méticuleusement.
Je vous tiens au courant du résultat.

Bonjour Jimi,
Bonjour tout le monde,

Plusieurs choses utiles avant de démarrer ton chantier.

La fonte est un matériau extrêmement ingrat. Les compositions chimiques et les épaisseurs produites sont tellement variables que le résultat sans enquête approfondie est TRES aléatoire. Une enquête approfondie mène à un résultat aléatoire si l'épaisseur à souder est importante (plus de 20 mm).

Pour ton cas, il faut cerner plusieurs choses.
C'est d'abord une fonte "usagée" : elle a été exposée à la corrosion atmosphérique et peut être à la corrosion par aération différentielle si celle-ci a été partiellement enterrée dans de la vase ou de la terre par exemple. As-tu des traces de corrosion ou d'usure du mécanisme qui laisserait présager un état irréversible ?

Avant de décider d'une réparation, il faut déjà s'assurer d'avoir tout les morceaux et de bien regarder si les morceaux brisés concernent à un moment ou à un autre une portée usinée. Car rapporter des éléments par soudage va complètement fausser la géométrie, le réusinage peut s'avérer extrêmement compliqué (forme de la pièce vis-à-vis de la machine outil, heures de d'usinages souvent ruineuses, etc...).

Indice : la fonte blanche est insoudable et très difficile à usiner, surtout employée pour ses qualités de moulage et sa résistance à l'usure et à l'abrasion. Si tu as des usinages (taraudages, lamages, alésages, dressages) c'est bon signe point de vue "soudabilité métallurgique", cela laisse entrevoir une fonte assez malléable.
En revanche, si les ouvertures recevant les organes mobiles sont "bruts de fonderie" avec un aspect similaire à la pièce de fonderie...

Dilemme :
- Si la pièce en fonte est usinée, elle est a priori soudable. Mais elle peut fissurer en cours ou après soudage, et dans tout les cas, il faudra réusiner, c'est très coûteux.
- Si la pièce en fonte n'est pas usinée, cela présage d'une pièce en fonte blanche, parfaitement insoudable.

Indice 2 : la structure supérieure sembla avoir été rivetée à chaud. C'est l'ancêtre foireux de la soudure, synonyme que cette réalisation serait des années 1850 - 1910, où la métallurgie était à ses débuts en terme de qualité des matières produits (fer puddlé et fontes chargées en impuretés, aciers pas terribles avec risque d'effervescence : un test de bouillonnement avec un chalumeau oxyacétylénique est très utile).
D'un autre côté, la zone brossée donne quand même un aspect très blanc, mais il faudrait casser un petit échantillon (marteau, massette, masse) pour en avoir le cœur net, mais après le test au chalumeau OA, plus facile à faire et moins destructif.

Les photos que tu nous fais parvenir ne sont pas très claires quant à l'échelle, on distingue mal les composants et la philosophie de conception de la vanne (système à "guillotine", avec une crémaillère verticale et un pignon droit, as-tu une idée du taux de fuite, comment se fait le barrage du flux d'eau ?)

Je te conseille de fixer par écrit préalable à tout travaux les modalités de ton intervention et les limites d'action, ainsi que les critères d'acceptation de ton travail et des responsabilités en cas de mauvaises conséquences pour l'une ou l'autre partie. Mieux vaut rédiger beaucoup et faire accepter le message "ça craint, votre histoire..." que de s'embarquer dans une galère sans nom et à destination connue : les enfers, restant à savoir lesquels.

Avant de commencer à souder ou à chanfreiner, je te recommande vivement de faire la cotation complète du système, pour en réaliser une copie en acier mécano-soudé au cas où.

Au niveau des brisures : il est recommandé de chanfreiner en X, le moins possible en V.
Tu apporteras pour une épaisseur "y" deux fois plus de métal d'apport en V qu'en X.

La soudure en V exerce des déformations permanentes après soudage, nommées "retrait", qui est important comparé au chanfrein en X qui contrebalance (mais jamais parfaitement) les déformations liées à la soudure.
Il vaut mieux avoir des chanfreins très étroits (30°) voire des chanfreins en "tulipes" ou en "double-tulipes", ouvert(s) de 15° seulement (vive le disque à meuler !)...

Le métal d'apport pour souder de la fonte est une base Nickel. Extrêmement onéreux, je te recommande de traiter en direct avec un fabricant d'électrodes réputé (Selectarc, Castolin-Eutectic, SAF-FRO, Oerlikon, Lincoln Electric, ESAB) car les prix sont dissuasifs, les distributeurs de métaux d'apports prennent une marge sur un produit déjà très onéreux.

Il faut réaliser des cordons étroits, en passes tirées, jamais balayées, avec le moins d'intensité possible, en courant continu impérativement, avec polarité + à l'électrode.
Si l'épaisseur est importante, il te faudra plusieurs calibres d'électrodes (2.0 / 2.4 /3.2, éventuellement 4.0 mm, éventuellement 1.6 mm par endroits pour la pénétration).
Attention, certaines boîtes d'électrodes ont des minimums : éviter les boîtes de 5 électrodes à 50€HT, mais éviter aussi les boîtes de 150. Toujours négocier avec le fabricant, les réparations sur fontes coûtent très cher.

Il faut toujours voir une réparation sur une fonte comme une punition honteuse. S'il existe une possibilité de récréer la ou les pièces en acier, par tout moyen (chaudronnerie, forge, fonderie), préférer cette porte de sortie que la soudure qui apporte toujours des problèmes. Cette issue est à considérer comme la dernière chance, la seule voie de sortie.
"Moins vous souderez, mieux vous vous porterez". Et c'est un ingé soudeur qui en parle !
Je préfère un boulon qu'une soudure, qui coûte et qui recrée des problèmes nombreux, dont une partie énoncée plus haut : déformations permanentes.

Je confirme qu'une chauffe homogène vers 250°C est impérative avant de commencer à souder. Mais cette préchauffe dépend de l'épaisseur, parfois il faut monter à 450 voire 500°C. Pour ce faire, je recommande l'emploi d'une sonde à thermocouple de type K ou l'emploi de stylos fondants à une température précise, ce sont des Tempilsticks.

La descente en température après soudage doit être la plus lente possible, je confirme les dires de Baptor et de Roland, la vermiculite ou le sable très chaud sont d'excellents choix. A condition de n'avoir pas déjà fissuré ou micro-fissuré une fois l'électrode enrobée consommée.

Il ne faut jamais souder sur une fissure, elle est un signal d'alarme très utile qui signale une incompatibilité métallurgique et/ou opératoire, mais il convient d'éliminer toute la fissuration avant de recommencer le soudage.


Mais je puis te confirmer également que :
- Comme son nom l'indique la fonte "fond" : son haut taux de carbone a pour caractéristique d'abaisser la température de fusion (vers 1100 jusqu'à 1350°C, contre 1530°C pour les aciers courants), et d'être "blindée" d'eutectiques, qui ont pour caractéristique d'avoir le plus bas point de fusion et d'être extrêmement durs et fragiles. En conséquences, si ton talon de chanfrein est trop faible, lorsque l'arc va s'allumer tu risques d'avoir de la fonte liquide dans tes chaussures. Il faut donc un talon épais et s'assurer d'avoir pénétré correctement celui-ci sans l'effondrer. Généralement, on emploie une bande en cuivre épais (3 à 8 mm) et forgé à façon ou une bande segmentée, en céramique technique de forme appropriée à la configuration d'assemblage, dotée de nervures adhésives, que l'on plaque sur l'envers du chanfrein.
On appelle ça une latte support, car le bain de fusion est très difficile à maîtriser, même pour un bon soudeur.

- Les variations d'épaisseurs lors du moulage induisent une structure grossière avec présence de macro-défauts : inclusions de sable de moulage, fissures, retassures, soufflures, porosités "caverneuses", qui peuvent se révéler lors de la taille des chanfreins ou lors d'une casse. Mais elles induisent en outre des tensions mécaniques rémanentes dans le métal. Par ailleurs, la présence de soufre et de phosphore en grandes quantités peut provoquer des fissures, mêmes avec des électrodes au nickel adaptées.

Ne pas oublier qu'après soudage, la soudure peut exercer des tensions dans le métal de base et le (re)faire fissurer si celui-ci est trop chargé en impuretés.

- La seule manière de caractériser une fonte, c'est d'envoyer un échantillon à un laboratoire d'essai muni d'un spectromètre de masse à fluorescence X pour notamment caractériser (par incandescence) le taux de C, S, P, mais aussi Mn et Si, une analyse macrographique est également utile; l'échantillon doit provenir du cœur de la pièce, qui concentre toutes les impuretés, appelées "ségrégation majeure". On peut complémenter avec un échantillon pris en surface. Prix : 500 €HT/l'essai de caractérisation environ, et du délai à prévoir.

Un autre essai plus accessible est la mesure de la température de fusion (avec un thermocouple), qui permet au moins de classer la fonte dans les grandes lignes. Mais on ne peut pas déterminer la soudabilité sur cette seule base, sauf si on détermine une fonte blanche -qui est absolument insoudable- elle peut fondre sur des intervalles trop grands pour être qualifiée précisément, mais celle-ci fondra aux alentours de 1200°C, température facilement atteignable avec un chalumeau oxyacétylénique.

En revanche, la fonte blanche ne supporte pas les chocs ni les déformations à froid ni à chaud -même légères- et une cassure "fraîche" a une couleur blanche.


Les fontes et le soudage, c'est de la roulette russe. A parfois 200 €HT/kg d'électrodes le galop d'essai.

- Le seul matériau compatible avec les "sautes d'humeurs" de la fonte (je parle de cette tendance lourde à la fissuration post-soudage), c'est le Nickel et ses alliages. Le nickel et les bases nickel (Inconels, Incoloy, Hastelloy, Monels, autres marques commerciales...) ont pour particularité étonnante d'être pâteux une fois liquide, même à haute température. Pour pouvoir souder une fonte "soudable" -donc déjà, certainement pas une fonte blanche-, la proportion de nickel varie de 30 à 80% en masse, on lui joint souvent du fer, parfois du manganèse. Dans tout les cas, tu vas devoir te débrouiller pour mélanger de la purée de nickel à de la fonte liquide comme de l'eau. Donc, surtout pas de jour entre tes chanfreins.
L'ajout de chrome peut dans certains cas s'adjoindre au rôle du carbone >>> fissuration ++++.

- Avec des considérations pareilles, moins on soude sur de la fonte (surface concernée et volume de métal déposé, donc directement fonction de l'ouverture des chanfreins) moins on prend de risques de fissuration au refroidissement. Il faut donc utiliser des chanfreins étroits, il faut manœuvrer la pièce en cours de soudage pour souder à chaque fois, dès que c'est possible en soudage à plat. Souder en montant revient à saloper le bain de fusion en fond de chanfrein (incrustations de laitier, à retirer avec meules carottes >>> bon courage) et/ou risque de se repeindre les chaussures avec de la fonte liquide.
Je te laisse entrevoir la joyeuseté de manœuvrer un corps de vanne préchauffé à (minimum) 250°C entre passes de soudage.

Je connais des sociétés industrielles établies depuis longtemps qui ont fait faillite suite à des ruptures de machines-outils stratégiques fabriquées en fonte, dont la réparation a échoué.

Un conseil : désengage-toi de cette affaire avant qu'elle ne vire au noir bitume. Même avec des précautions opératoires et des connaissances pointues même bien mises en œuvre, la fonte est un matériau imprévisible et horriblement ingrat.

Je pense que le donneur d'ordre sera très heureux de faire tourner l'économie en te commandant une/des nouvelles vannes en acier mécano-soudé, avec valeurs de résiliences garanties à -20°C (soudure à l'électrode enrobée basique) et de 20 mm d'épais s'il le faut sur certaines zones sensibles de la commande à crémaillère, et de prévoir l'ensemble pour résister aux contraintes environnementales (hivers froids et eau possiblement gelée, donc créations de plans inclinés dans le boîtier pour que l'eau ne puisse pas stagner, et que le lavage à haute pression soit possible pour chasser les sédiments organiques).
Pour rappel, une fonte grise "moderne", donc désulfurisée/déphosphorisée a une limite élastique de 200 à 275 MPa, l'acier de construction standard tient au minimum 235 MPa "ignoble", jusqu'à 355 MPa pour les grades "nobles".

Car, j'allais l'oublier, je ne pense pas que cette vanne là (qui fait 30 mm d'épais à l'oeil) puisse être brisée par des marmailles munis de gadins. Pour briser une fonte, il y a dans notre cas la pression exercée par de l'eau gelée ou l'usage d'une masse, qui laisse toujours des traces. Le gel a démoli des montagnes dont le Massif Central. Alors une vanne en fonte infâme...

Les aciers comme les fontes (mais surtout les fontes) deviennent très cassant à froid, même à 0°C ou à -20°C on observe des chutes de caractéristiques très sensibles.


J'ai vu un pied de perceuse-colonne brisé (du Made in China d'il y a 10 ans), se voir soudé (épaisseur 10 à 15 mm) avec des électrodes spéciales pour fontes, la fissure suivait le solidus des passes avec un délai de 20 secondes !
Elle était large de 3 mm et suivait un cheminement "en foudre", synonyme d'une fissuration à chaud : trop d'énergie de soudage et/ou fonte trop infâme, malgré la préchauffe et la vermiculite.

Voilà ce que je peux te conseiller. C'est du terrain miné ton histoire.
Bien à toi.

Les baguettes inox pour la fonte, c'est parfait aussi.

Bonjour,
ayant un voisin cultivateur, je lui répare des fois des trucs en fontes. Voila ma méthode :
Je mets la pièce pendant environ une heure dans un four de cuisine a 250°C (th10) puis je soude la pièce à la baguette inox de 2.5mm point par point espacé de 20 a 30mm.
Je recommence l'opération pour avoir plusieurs points espacés de 5mm et après mon dernier "recuit", je finalise mes cordons et ensuite une heure au four. Je l'éteins et laisse refroidir la pièce dedans.
Voilà, cela a marché pour 7 pièces sur 8.

J'ai souvent soudé des objets en fonte pour de la réparation.
Voilà comment je fais :

- Je commence par prendre ma perceuse, et je tente de percer des trous :
si c'est absolument impossible, je considére que c'est de la fonte blanche de première fusion et alors je laisse tomber.
si ça perce facilement, je considère que je peux tenter la soudure :

- Si c'est juste un objet de déco :
Je soude : je préchauffe la pièce avec un chalumeau propane ou une lampe à souder, puis je soude avec un poste à courant continu et avec des électrodes spéciales en essayant de dégager le moins de chaleur possible (cordon étroit, etc...)

- Si il faut de la résistance mécanique :
Dans les chanfreins, je perce et je taraude des trous dans lesquels je visse des bouts de tige fileté, puis je soude par dessus tout ça.

Quand je soude de la fonte, je fais trés attention à équilibrer les tensions, les bridages, les refroidissements, pour que ça "tire" le moins possible sur les soudures au refroidissement.
J'évite aussi un refroidissement trop rapide, en maintenant la piéce chaude avec une lampe à souder.
J'évite de faire le boulot par temps trés froid.
Je n'ai jamais eu de problème jusqu'à maintenant.

Et la brasure ? J'eus fait ça, pour des pièces peu sollicitées, et cela tenait. Par contre, il faut chauffer assez fort (chalumeau de chauffe, forge...) au rouge très sombre, puis avec un autre chalumeau faire la brasure.
Attention à ne pas trop chauffer la fonte sinon il y a des remontées de carbone et ça empêche la brasure.

Merci à tous pour vos précieux conseils...

La réparation s'est bien passée... la vanne est à présent opérationnelle.
J'ai donc fait une soudure avec des électrodes "Castolin spéciales pour fontes anciennes et grasses", avec une préchauffe au chalumeau propane suivi d'un refroidissement dans une brouette remplie de sable sur lequel j'avais fait un feu pour le réchauffer (technique donnée par un copain voyageur et qu'il emploie pour faire cuire son pain lors de voyages dans le désert). La soudure a très bien pris et apparemment, aucune trace de fissuration.

Kurillos, j'ai encore une fois été épaté par la somme de tes connaissances mais j'avais un peu l'impression d'avoir été engagé par la NASA pour réparer une vanne de remplissage des boosters de la navette... j'ai tout de même conservé ton post, comme beaucoup d'autres, dans ma doc technique comme référence.

Bonnes fêtes à tous.