Cuve de stockage : figer l'épaisseur de tôle et le développé avant lancement
Une PME de chaudronnerie doit fabriquer une cuve cylindrique verticale de stockage d'eau légèrement chargée en sels à pression atmosphérique. Le cahier des charges impose un diamètre extérieur de 1200 mm, une hauteur de virole de 1500 mm, un fond plat et un couvercle plat en S235JR, une surépaisseur de corrosion de 1 mm et une température de service de 40 °C. La cuve sera levée par deux oreilles soudées en partie haute. Le magasin dispose de tôle S235JR en 3 et 4 mm, aux formats 2500 × 1250, 3000 × 1500 et 6000 × 2000. Le client exige des certificats matière EN 10204 3.1, une peinture intérieure après soudage et un ressuage sur les soudures de fond. L'atelier possède une rouleuse 4 rouleaux de 2000 mm utile et un poste MAG. Le délai est de trois semaines et le budget matière est serré. Le responsable de production vous demande de figer la définition avant lancement.
1. Déterminez l'épaisseur de tôle à retenir et justifiez-la par un calcul et par les contraintes de fabrication.
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Pression et contrainte. Hauteur d'eau 1,5 m : p = ρgh = 1000 × 9,81 × 1,5 ≈ 14 700 Pa, soit 0,015 MPa. La contrainte circonférentielle vaut σ = p·D/(2e) = 0,015 × 1200/(2 × 3) ≈ 3 MPa, très loin des 235 MPa de limite d'élasticité du S235JR. La pression n'est donc pas dimensionnante.
Épaisseur retenue. Ce sont la tenue au levage et à la manutention, la tenue à la rouleuse (une virole de 1200 mm en 3 mm s'ovalise) et la surépaisseur de corrosion qui commandent : e = 3 mm (mini de structure retenu par l'entreprise) + 1 mm = 4 mm. En 3 mm il ne resterait que 2 mm après corrosion, insuffisant au droit des oreilles de levage et des reprises de soudure.
Conséquences. Le 4 mm est en stock, donc aucun délai d'approvisionnement. Les oreilles seront doublées d'une platine de 8 mm pour répartir l'effort. Le devis matière doit être révisé : on passe de 3 à 4 mm, soit +33 % de masse sur la virole.
2. Calculez la longueur développée de la virole, choisissez le format de tôle et estimez la masse à manutentionner.
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Développé. On développe sur la fibre neutre, au diamètre moyen : Dm = 1200 − 4 = 1196 mm, donc L = π × 1196 = 3757 mm. La virole déroulée mesure 3757 × 1500 mm, hors surlongueur de soudage (prévoir +30 mm sur le développement pour l'affranchissement des bords, soit environ 3787 mm).
Choix du format. Deux demi-viroles de 1879 × 1500 ne tiennent pas dans du 3000 × 1500 (1500 = largeur exacte, aucune chute, et il faut 2 feuilles). Une feuille 6000 × 2000 donne la virole entière en une seule pièce, sans soudure longitudinale, et la chute de 2243 × 2000 permet de débiter le fond et le couvercle. C'est la solution retenue : moins de soudure, moins de déformation, moins de contrôles.
Masse. Surface virole = 3,757 × 1,5 = 5,64 m² ; volume = 5,64 × 0,004 = 0,0225 m³ ; masse = 177 kg. Fond Ø1200 en 4 mm : 1,13 m² → 35 kg. Ensemble virole + fond ≈ 215 kg, à lever avec l'élingue adaptée. La feuille brute de 6000 × 2000 en 4 mm pèse 377 kg : vérifier la capacité du pont.
3. Définissez la conception des soudures (fond, couvercle, oreilles) et le contrôle associé.
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Fond et couvercle. Pour un produit liquide, on évite l'assemblage en angle qui crée un jeu et un risque de corrosion caverneuse : on retient un assemblage bout à bout de la virole sur le fond, chanfrein en V à 60° avec talon de 1 mm (tôle de 4 mm), soudage MAG avec support céramique pour garantir la pénétration, ou soudure d'angle double à gorge 4 mm si le fond est enveloppant.
Oreilles. Soudure d'angle continue sur platine de 8 mm, réalisée par un soudeur qualifié ISO 9606-1 ; c'est la zone la plus sollicitée, donc pas de soudure discontinue.
Contrôle. Niveau de qualité ISO 5817 niveau C pour l'ensemble, ressuage au pied des soudures de fond comme demandé au contrat, contrôle visuel à 100 %, et surtout essai d'étanchéité par remplissage d'eau sur 24 h. Le certificat EN 10204 3.1 doit couvrir la tôle de 4 mm et être archivé avec le plan de repérage, sinon la traçabilité de la cuve n'est pas démontrable au client.