A36, S355 ou A514 : ce que la nuance change au prix de votre mécano-soudure
Le matériau est le poste le plus facile à lire sur un devis de mécano-soudure et celui auquel les acheteurs accordent le plus souvent trop de poids. Le prix de la tôle est visible. Ce que la nuance fait au soudage, au préchauffage, à la déformation et à l’usinage ne l’est pas, et c’est généralement plus important.
Les familles
Acier de construction doux : ASTM A36, EN S235JR. Le choix par défaut. Bon marché, disponible partout, facile à souder, sans préchauffage sur les sections courantes. Limite d’élasticité d’environ 235 à 250 MPa. Planéité brute de laminage approximative, laissez donc une surépaisseur d’usinage.
Acier de construction à haute résistance : ASTM A572 Grade 50, EN S355J2. Environ 50 % de limite d’élasticité en plus pour une hausse de prix modeste. Toujours soudable avec les mêmes procédés, avec davantage d’attention à l’énergie de soudage sur les sections épaisses. Le S355J2 comporte un essai de résilience spécifié à moins 20 °C, ce qui compte quand le plan ou l’application exige de la ténacité. C’est la nuance de référence pour les bâtis de machine et les structures lourdes.
Aciers trempés et revenus : ASTM A514, EN S690QL. Limite d’élasticité d’environ 690 MPa. Achetés quand le poids compte : structures de levage, flèches, engins mobiles. Ils imposent de vraies exigences de soudage. Les températures de préchauffage et entre passes sont maîtrisées et non facultatives, les consommables sont adaptés et à hydrogène contrôlé, et l’énergie de soudage est bornée des deux côtés, car trop peu refroidit le joint trop vite et trop adoucit la zone affectée thermiquement. Un traitement thermique après soudage peut annuler le revenu, le plan de détensionnement doit donc être décidé en tenant compte de la nuance.
Tôles anti-usure : Hardox 400 et 450, AR400. Achetées pour la durée de vie à l’usure, pas pour la résistance. Soudées dans les limites d’énergie de soudage et de préchauffage publiées par le fabricant de tôle, car les dépasser fait disparaître au niveau du joint la dureté que vous avez payée. Généralement utilisées comme face d’usure sur une structure en acier doux plutôt que pour toute la pièce.
Inox 304L et 316L. Un tout autre sujet, traité dans le guide des mécano-soudures en inox.
Aluminium 6061 et 5083. Également différent, et le problème de la zone affectée thermiquement est traité ici.
Résistance ou rigidité, l’erreur à éviter
Celle-ci coûte de l’argent réel.
Tous les aciers de construction ont pratiquement le même module d’élasticité, environ 200 GPa. La limite d’élasticité varie d’un facteur trois entre les nuances ci-dessus. La rigidité élastique, elle, ne varie pas du tout.
Donc :
- Si la pièce est dimensionnée par la résistance, passer à une nuance supérieure permet d’utiliser une tôle plus mince et d’économiser du poids, du métal d’apport et de l’usinage.
- Si la pièce est dimensionnée par la rigidité ou la flèche, une nuance supérieure ne vous apporte rien. Une tôle plus mince à haute résistance fléchira davantage, pas moins. Il vous faut de la hauteur de section et de la géométrie, pas une meilleure nuance.
Les bâtis de machine, les portiques et tout ce qui exige de la précision sous charge sont généralement dimensionnés par la rigidité. Les structures de levage et les éléments porteurs sont généralement dimensionnés par la résistance. Se tromper de sens produit soit une pièce lourde et chère, soit un châssis qui fléchit.
Ce que la nuance change en aval
| Famille de nuances | Soudage | Déformation | Usinage |
|---|---|---|---|
| A36, S235 | Simple, sans préchauffage sur les sections courantes | Modérée | Facile, mais la calamine est abrasive |
| A572 Gr 50, S355 | Mêmes procédés, maîtrise thermique plus stricte | Comparable à l’acier doux | Comparable, un peu plus dur |
| A514, S690QL | Maîtrise du préchauffage et de la température entre passes, consommables adaptés, maîtrise de l’hydrogène | Comparable, mais les réparations sont plus encadrées | Plus dur, plus lent, plus d’usure d’outil |
| Hardox, AR400 | Limites d’énergie de soudage, préchauffage selon le fabricant de tôle | Modérée | Dur. Souvent rectifié plutôt que fraisé |
Concrètement, passer de l’A36 à l’A514 n’ajoute pas 30 % au travail parce que la tôle coûte 30 % de plus. Cela ajoute du temps de préchauffage, de la supervision, du coût de consommables, un usinage plus lent et une voie de réparation plus encadrée.
Mélanger les nuances volontairement
C’est courant et c’est généralement le bon choix. Une structure en acier doux avec une face d’usure anti-usure, ou un châssis en S355 avec des carters et des équerres en A36, ne place le matériau cher que là où il travaille.
Il faut en revanche que le plan indique explicitement quelle pièce est en quelle nuance et quel mode opératoire s’applique aux joints entre elles, car un joint hétérogène est un cas de qualification à part entière.
Planéité de la tôle et tolérance d’épaisseur
Deux faits qui surprennent souvent :
La tôle laminée à chaud arrive avec une tolérance de planéité large par rapport à toute cote usinée. Cette tolérance est dans la pièce avant même la première soudure, et c’est l’une des raisons pour lesquelles la surépaisseur d’usinage n’est pas facultative.
L’épaisseur de tôle a aussi une tolérance. Si une conception exige une épaisseur précise sur une face, cette face est usinée. Indiquer une épaisseur nominale de tôle comme cote finie est une erreur de plan fréquente.
Une règle de choix courte
- Pièce dimensionnée par la rigidité, taille non contrainte : A36 ou S355, avec plus de hauteur de section.
- Pièce dimensionnée par la résistance, poids important : S355, ou A514 si le gain de poids justifie le coût du soudage.
- Surface d’usure : structure en acier doux avec une face anti-usure.
- Corrosion importante : 316L, et prévoyez au budget ce que l’inox implique.
- Ténacité à basse température spécifiée : une nuance avec essai de résilience, comme le S355J2, et indiquez-le sur le plan.
Envoyez votre plan avec la nuance indiquée et nous le transmettrons à des ateliers qualifiés pour la souder.
Questions fréquentes
Un acier à plus haute résistance est-il toujours plus cher au total ?
Pas toujours. La tôle A514 coûte plus cher au kilogramme, mais si elle permet des sections plus minces, le poids total, le volume de soudure, le temps d’usinage et le transport peuvent tous baisser. Elle perd généralement sur les pièces dimensionnées par la rigidité plutôt que par la résistance, car tous les aciers ont pratiquement le même module d’élasticité.
Peut-on remplacer l’A36 par du S355 pour gagner du poids ?
Pour une pièce dimensionnée par la résistance, souvent oui. Pour une pièce dimensionnée par la rigidité, non. La flèche dépend du module d’élasticité et de la géométrie de la section, et le module est à peu près le même pour tous les aciers de construction, une tôle plus mince à haute résistance fléchira donc davantage.
La nuance change-t-elle le coût du soudage ?
Oui. Les nuances à plus haute résistance et les aciers trempés et revenus imposent un préchauffage, une maîtrise de la température entre passes, un choix de consommables et parfois une maîtrise de l’hydrogène. Cela signifie un soudage plus lent et davantage de supervision, et cela se voit dans les heures.
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Envoyez le plan. Nous vous mettons en relation avec 3 ateliers au maximum qui la soudent et l’usinent en interne, et nous répondons sous 24 heures ouvrées.
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