ISO 23857 : Exigences de soudage des structures en acier de grues
Aperçu de la norme : L'ISO 23857 « Appareils de levage à charge suspendue — Exigences de qualité pour le soudage des structures en acier » est une norme spécialisée publiée en 2022 par l'ISO/TC 96, qui remplace et met à niveau l'ISO 7363. Cette norme introduit un système de classes de qualité des cordons de soudure fondé sur l'ISO 5817 (classes B/C/D), définit les types de défauts admissibles et leurs dimensions limites selon le niveau de sollicitation du cordon, et ajoute des exigences spécifiques pour le soudage des aciers à haute résistance (limite d'élasticité ≥ 460 MPa).
Les structures en acier des grues évoluent vers une conception allégée et l'utilisation d'aciers à haute résistance — les nuances Q460, Q550 et même Q690 sont désormais largement employées dans les flèches des grandes grues à portique et des grues sur chenilles. Ces aciers présentent un carbone équivalent élevé et une forte sensibilité à la fissuration à froid, ce qui impose des exigences accrues en matière de procédés de soudage. L'ISO 23857 enrichit l'ancienne ISO 7363 avec un chapitre dédié au soudage des aciers à haute résistance et affine les méthodes d'évaluation des classes de qualité des cordons. Il s'agit de la norme internationale la plus récente et la plus complète dans le domaine du soudage des structures en acier de grues.
Classes de qualité des cordons de soudure (B/C/D)
L'ISO 23857 fait référence à l'ISO 5817 — Niveaux de qualité des assemblages soudés par fusion — pour classer les cordons de soudure des structures en acier de grues en trois niveaux : B, C et D. Le niveau B (strict) s'applique aux soudures bout à bout de la semelle tendue de la poutre principale soumise à la charge de fatigue ainsi qu'aux raccords du sommier : le diamètre d'une soufflure isolée admissible est limité à ≤ 1,5 mm, et toute fissure, manque de fusion ou manque de pénétration est interdit. Le niveau C (moyen) concerne les soudures bout à bout de l'âme de la poutre principale et les soudures d'appui : soufflures superficielles ≤ 2 mm et profondeur de caniveau ≤ 0,5 mm. Le niveau D (général) s'applique aux soudures non structurelles telles que les supports de passerelle : caniveau ≤ 1 mm et soufflure isolée ≤ 3 mm.
Par rapport à l'ancienne ISO 7363, l'ISO 23857 fait passer les niveaux de réception de « A/B/C » à « B/C/D », ce qui relève substantiellement le niveau minimal d'acceptation — les défauts de soudure de classe C admis dans l'ancienne version ne sont plus tolérés dans la nouvelle.
Exigences spécifiques pour le soudage des aciers à haute résistance
L'ISO 23857 introduit un chapitre dédié au soudage des aciers à haute résistance dont la limite d'élasticité est ≥ 460 MPa. Le carbone équivalent CEV est calculé selon la formule IIW : CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. Lorsque le CEV ≥ 0,43 %, un préchauffage de 100 à 150 °C est requis avant soudage, la température entre passes doit être maintenue entre 150 et 200 °C, et un maintien à 200–250 °C pendant 2 heures suivi d'un refroidissement lent est nécessaire après soudage afin de prévenir la fissuration à froid.
Principes d'appariement des métaux d'apport : ① résistance équivalente — la limite d'élasticité du métal fondu ne doit pas être inférieure à la valeur spécifiée du métal de base ; par exemple, pour un acier Q550, utiliser un fil de soudure dont la limite d'élasticité est ≥ 550 MPa (AWS ER110S-1 ou ISO G 62 4 M21 Mn3NiCrMo) ; ② faible hydrogène — teneur en hydrogène diffusible ≤ 5 mL/100 g (utiliser des métaux d'apport à faible hydrogène sous vide, à consommer dans les 4 heures après ouverture) ; ③ ténacité adaptée — énergie de choc à −20 °C ≥ 47 J, pour répondre aux exigences des conditions de fonctionnement en extérieur par basses températures.
Exigences renforcées pour la qualification du mode opératoire de soudage (WPQR)
L'ISO 23857 impose l'ajout des essais suivants pour la qualification du mode opératoire de soudage des aciers à haute résistance : ① essai de dureté — dureté maximale de la zone affectée thermiquement (ZAT) ≤ HV350 (selon l'ISO 9015-1) ; une dureté excessive indique une tendance à la fissuration à froid et une fragilisation de la microstructure ; ② essai de traction sur assemblage en croix — pour détecter la sensibilité au déchirement lamellaire ; cet essai est obligatoire pour les assemblages en T d'épaisseur ≥ 20 mm ; ③ essai de ténacité à la rupture CTOD — pour les soudures de structures en acier de grues utilisées dans les ponts et les centrales nucléaires, un rapport d'essai doit fournir une valeur CTOD ≥ 0,15 mm à −20 °C.
Domaine de validité de la qualification : les groupes d'épaisseur du métal de base suivent les dispositions de l'ISO 15614-1. Lorsque l'épaisseur de la tôle d'essai t ≤ 25 mm, la couverture de la qualification s'étend de 0,75t à 1,5t. Une réduction de la température de préchauffage de plus de 25 °C impose une requalification (seuil plus strict que les 50 °C de l'ancienne ISO 7363), ce qui reflète la sensibilité des aciers à haute résistance à la fenêtre de température.
Progrès techniques en contrôle non destructif
L'ISO 23857 recommande, pour le contrôle non destructif des soudures à pénétration complète en acier à haute résistance, l'utilisation du contrôle par ultrasons multiéléments (PAUT) en remplacement de l'UT classique à sonde monocristal. Avantages du PAUT : imagerie bidimensionnelle de la section du cordon par balayage sectoriel multi-angles, permettant la détection de défauts de petite taille orientés dans des directions variées ; sensibilité de détection améliorée d'environ 6 dB par rapport à l'UT conventionnel ; résultats numériques stockables et reconstructibles en trois dimensions, facilitant la traçabilité et l'analyse des tendances.
Pour les cordons critiques d'épaisseur ≥ 60 mm, l'ISO 23857 exige que le contrôle par ultrasons soit effectué en deux phases : la première à mi-épaisseur (50 % de l'épaisseur soudée) pour détecter rapidement les défauts de racine et éviter des reprises difficiles après soudage complet ; la seconde 48 heures après l'achèvement du soudage pour capturer les fissures à latence. Chacune de ces deux inspections doit faire l'objet d'un rapport d'essai formel.
| Classe d'acier | Limite d'élasticité(MPa) | CEVValeur limite | Température de Préchauffage(℃) | Appariement du métal d'apport |
|---|---|---|---|---|
| Q355B (≈S355JR) | 345 | ≤0.43 | Nonpréchauffage | ER50-6 |
| Q460 | 460 | ≥0.43 | 100~150 | ER80S-G |
| Q550 | 550 | ≥0.48 | 120~180 | ER110S-1 |
Questions fréquentes
Q : Quelle norme utiliser entre l'ISO 23857 et l'ISO 7363 ?
A : L'ISO 23857:2022 remplace l'ISO 7363:1986. Pour tout nouveau projet d'exportation, il convient de privilégier l'ISO 23857. Pour les contrats en cours qui mentionnent explicitement l'ISO 7363, les dispositions contractuelles restent applicables. La révision 2022 de la norme chinoise GB 50661 relative au soudage des structures en acier a aligné certains critères de réception sur l'ISO 23857, les deux référentiels convergent techniquement. Les procédés de soudage des structures en acier des grues exportées par Kelude sont déjà conformes au niveau B de l'ISO 23857.
Q : Quels sont les principaux défauts de soudage sur acier à haute résistance ?
A : La fissuration à froid (fissure différée due à l'hydrogène) constitue le risque majeur. Actions préventives : ① maîtriser la source d'hydrogène — utiliser des produits d'apport à basse teneur en hydrogène, éliminer huile, rouille et humidité dans le chanfrein, préchauffer avant soudage pour déshydrogéner ; ② contrôler la vitesse de refroidissement — maintien au chaud après soudage et refroidissement lent, interdiction de refroidissement par air forcé en dessous de 200 ℃ ; ③ traitement de déshydrogénation rapide après soudage — chauffer immédiatement à 250 ℃ et maintenir 2 à 4 heures ; ④ contrôle UT après 48 heures — les fissures différées apparaissent généralement dans les 24 à 48 heures suivant le soudage, un contrôle immédiat risquerait de les manquer.
Q : Pourquoi les soudures bout à bout de l'âme posent-elles problème ?
A : Les soudures bout à bout de l'âme sont les points les plus critiques dans la fabrication de la poutre principale. Causes : ① forte contrainte de bridage dans l'épaisseur, les contraintes de retrait ne pouvant pas se relaxer, d'où un risque de déchirure lamellaire ; ② l'âme, généralement de 6 à 12 mm d'épaisseur, se situe dans la plage du soudage de tôles minces — un mauvais contrôle de l'apport thermique provoque des brûlures ou des déformations de soudage excessives. Solutions : soudage sous protection gazeuse CO₂ avec fil fin (Φ1,2 mm), apport thermique maîtrisé entre 0,8 et 1,5 kJ/mm ; angle du chanfrein de 50° à 60°, talon de 1 à 2 mm ; pour les raccords en T, déposer une passe de transition sur le chanfrein côté semelle avant le remplissage.
Q : Quelles certifications pour exporter des grues soudées vers l'UE ?
A : Pour exporter des structures en acier de grues vers l'UE, trois exigences sont requises : ① certification ISO 3834 — Exigences de qualité en soudage par fusion, niveau complet (équivalente à l'EN ISO 3834-2) ; ② niveau d'exécution EXC3 selon l'EN 1090-2 relative à l'exécution des structures en acier (correspondant au niveau B de l'ISO 23857) ; ③ déclaration de conformité CE selon l'EN 1090-1. Ces trois éléments sont indispensables : l'entreprise de soudage doit être certifiée ISO 3834-2 et le produit doit porter le marquage CE selon l'EN 1090. Kelude a obtenu la certification ISO 3834-2 (certificat vérifiable en ligne auprès de SGS).
