Calcul de soudure d’angle

Pourquoi faire un calcul de soudure d’angle

Une soudure d’angle porte la charge par sa gorge, la plus courte distance entre la racine et la surface du cordon ; en Europe, on l’appelle la cote a. Pour une soudure d’angle à côtés égaux, elle vaut 0,707 fois le côté. L’outil multiplie la gorge par la longueur pour obtenir la surface de cordon, applique la résistance au cisaillement du métal fondu de 0,60 fois la résistance de l’électrode, puis le coefficient LRFD ou ASD selon l’AISC 360.

Formule de calcul d’une soudure d’angle

La résistance du métal fondu selon l’AISC pour une soudure d’angle cisaillée le long de son axe :

Pour des électrodes E70, cela donne les fameux 1,392 kips par pouce pour chaque 1/16 de pouce de côté en LRFD et 0,928 kips par pouce en ASD. En Europe, on calcule selon la NF EN 1993-1-8 avec la cote a et la méthode directionnelle ou simplifiée ; l’idée de base, surface de cordon fois résistance, est la même.

Exemple de calcul de soudure d’angle

Une soudure d’angle de 1/4 de pouce, E70, 6 pouces de long, en LRFD :

Cela fait 5,568 kips par pouce, soit 148,6 kN au total. En ASD, le même cordon porte 3,712 kips par pouce, une charge de 20 kips demande donc 5,39 pouces de cordon.

Comment faire le calcul d’une soudure d’angle

Saisissez la dimension du côté en pouces, par exemple 0,25 pour une soudure d’angle de 1/4 de pouce (6,4 mm), et la longueur utile totale du cordon. Choisissez la classe d’électrode, le plus souvent E70XX, et votre méthode de calcul. Ajoutez la charge pour que l’outil détermine la longueur nécessaire. Utilisez la longueur utile : écartez amorçages et cratères de fin qui n’atteignent pas la pleine dimension.

Interpréter le calcul de soudure d’angle

Le résultat n’est que la résistance du métal fondu. Les pièces assemblées doivent aussi porter la charge le long du cordon, et un métal de base mince peut devenir déterminant avant la soudure. L’AISC fixe aussi des dimensions minimales selon la pièce la plus épaisse, des dimensions maximales en rive et une longueur minimale de quatre fois le côté. Les cordons chargés en biais par rapport à leur axe portent davantage, jusqu’à 1,5 fois pour un cordon transversal ; ce résultat prudent n’en tient pas compte.

Quand faire un calcul de soudure d’angle

• Dimensionner les soudures d’angle des consoles et goussets
• Vérifier la longueur de cordon nécessaire pour une charge
• Comparer les électrodes E60, E70 et E80
• Passer d’une résistance LRFD à ASD
• Montrer comment gorge et longueur de cordon se combinent

Erreurs fréquentes dans le calcul de soudure d’angle

• Prendre le côté pour la cote a. La cote a vaut 0,707 fois le côté.
• Compter amorçages et fins. N’utilisez que la longueur utile à pleine dimension.
• Mélanger LRFD et ASD. Accordez la méthode à vos charges.
• Oublier le métal de base. Les tôles minces peuvent être déterminantes.

Conseils pour le calcul d’une soudure d’angle

• Préférez un cordon plus long et plus petit à un cordon court et gros.
• Retournez les cordons autour des angles là où c’est admis pour gagner de la longueur.
• Faites vérifier les soudures structurelles par un ingénieur qualifié.

Calculateurs liés à la soudure d’angle

Les vérifications de soudure vont avec celles des éléments. Le calcul de poutre en acier dimensionne la poutre, le calcul de contrainte et déformation vérifie la tôle et le calcul du poids d’un plat en acier pèse plaques et goussets.

Calcul de soudure d’angle : règles de dimension

Plus grand n’est pas toujours mieux. Une soudure d’angle nettement plus grosse que nécessaire apporte plus de chaleur, de déformation et de coût, et le volume du cordon croît avec le carré du côté : une soudure de 1/2 pouce demande quatre fois plus de métal d’apport qu’une soudure de 1/4, mais ne porte que le double par pouce. C’est pourquoi les concepteurs préfèrent souvent un cordon plus long et plus petit à un cordon court et gros. L’AISC fixe une dimension minimale selon la pièce la plus épaisse, par exemple 3/16 de pouce pour des pièces de plus de 1/4 à 1/2 pouce, pour que le cordon refroidisse assez lentement et fusionne proprement ; l’Eurocode 3 exige une cote a d’au moins 3 mm. En rive d’une tôle de plus de 1/4 de pouce, la dimension maximale vaut l’épaisseur moins 1/16 de pouce. Vérifiez la tôle elle-même en traction ou cisaillement avec le calcul de contrainte et déformation.

Soudure d’angle en LRFD et en ASD

Les deux méthodes partent de la même résistance nominale Rn. La LRFD compare des charges pondérées, plus fortes que les charges de service, à φRn, l’ASD compare des charges de service à Rn divisé par un coefficient de sécurité. Pour les soudures, les deux donnent le même dimensionnement pour un mélange courant de charges permanentes et d’exploitation, c’est pourquoi la valeur LRFD vaut exactement 1,5 fois la valeur ASD. Utilisez la méthode qui correspond à vos hypothèses de charge et restez-y dans tout l’assemblage, y compris pour une poutre issue du calcul de poutre en acier. Les soudures structurelles doivent toujours être vérifiées par un ingénieur structure qualifié.

Tableau de résistance des soudures d’angle par pouce

Résistance d’une soudure d’angle E70XX par pouce de longueur :

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