Comment le soudage de l'acier au carbone peut-il être à la fois une pratique courante et un défi complexe ? Ce guide explore le monde complexe du soudage de l'acier au carbone, en abordant les types d'acier au carbone, leur soudabilité et les techniques spécifiques permettant de garantir des joints solides et fiables. Les lecteurs découvriront les différences entre le soudage de l'acier à faible, moyenne et haute teneur en carbone, ainsi que les précautions nécessaires pour éviter les défauts de soudage les plus courants. Plongez dans cet ouvrage pour comprendre les étapes cruciales et les meilleures pratiques pour réussir le soudage de l'acier au carbone.
1. Qu'est-ce que l'acier au carbone ?
L'acier est classé en deux catégories principales en fonction de sa composition chimique : l'acier au carbone et l'acier allié. L'acier au carbone est subdivisé en trois types en fonction de sa teneur en carbone :
L'acier à faible teneur en carbone, également appelé acier doux, contient moins de 0,25% de carbone. Il se caractérise par :
Les applications comprennent
Certains aciers à faible teneur en carbone subissent une cémentation ou d'autres traitements de durcissement superficiel afin d'améliorer la résistance à l'usure pour des applications mécaniques spécifiques.
2. Acier à moyenne teneur en carbone
Acier à moyenne teneur en carbone, avec une teneur en carbone de 0,25% à 0,60%, offre.. :
Caractéristiques principales :
Applications :
3. Acier à haute teneur en carbone
L'acier à haute teneur en carbone, souvent appelé acier à outils, contient de 0,60% à 1,70% de carbone. Il se caractérise par :
Applications basées sur la teneur en carbone :
Les aciers à haute teneur en carbone sont généralement traités thermiquement (trempés et revenus) afin d'obtenir des propriétés mécaniques optimales pour les applications auxquelles ils sont destinés.
La soudabilité de l'acier est principalement influencée par sa composition chimique, la teneur en carbone étant le facteur le plus critique. Bien que d'autres éléments d'alliage présents dans l'acier puissent affecter le soudage, leur impact est généralement moins important que celui du carbone.
L'acier à faible teneur en carbone (généralement 25 mm), des températures ambiantes basses (0,05%), des précautions supplémentaires sont nécessaires :
L'acier à teneur moyenne en carbone (0,25-0,60% C) est plus sensible à la fissuration à froid pendant le soudage. À mesure que la teneur en carbone augmente, la trempabilité de la ZHA s'accroît, ce qui accroît la probabilité de fissuration à froid et réduit la soudabilité. Les niveaux élevés de carbone dans le matériau de base augmentent également la teneur en carbone dans le métal soudé, ce qui, combiné à la présence de soufre, peut favoriser la fissuration à chaud. Pour atténuer ces problèmes lors du soudage d'un acier à teneur moyenne en carbone :
L'acier à haute teneur en carbone (>0,60% C) présente les défis les plus importants en matière de soudage en raison de sa teneur élevée en carbone. Pendant le soudage, des contraintes thermiques importantes se développent, la ZHA devient très sensible au durcissement et à la fissuration à froid, et le métal soudé est sujet à la fissuration à chaud. Par conséquent, l'acier à haute teneur en carbone présente la plus mauvaise soudabilité des trois catégories. Son utilisation dans les structures soudées est généralement évitée, les applications se limitant au soudage de réparation ou au rechargement de composants résistants à l'usure. Lorsqu'il est nécessaire de souder de l'acier à haute teneur en carbone :
L'acier à teneur moyenne en carbone désigne l'acier au carbone dont la teneur en carbone est comprise entre 0,25% et 0,60%, ce qui inclut l'acier au carbone de haute qualité. nuances d'acier de construction telles que 30, 35, 45, 50, 55 et des nuances d'acier au carbone moulé telles que ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 et ZG340-640.
En raison de la teneur en carbone plus élevée dans l'acier à moyenne teneur en carbone que dans l'acier à faible teneur en carbone, sa soudabilité est inférieure. Lorsque la fraction massique de carbone est proche de 0,30% et que la teneur en manganèse n'est pas élevée, la soudabilité est encore bonne, mais lorsque la teneur en carbone augmente, la soudabilité se dégrade progressivement.
Lorsque la fraction massique de carbone atteint environ 0,50%, la soudabilité se dégrade considérablement.
Les problèmes qui peuvent survenir lors du soudage d'un acier à teneur moyenne en carbone sont les suivants :
En raison de la teneur élevée en carbone de l'acier, la zone affectée thermiquement peut facilement produire des matériaux durs et cassants. structure de la martensite pendant le soudage, ce qui entraîne l'apparition de fissures froides.
Si des matériaux de soudage inappropriés sont utilisés ou si le processus de soudage n'est pas correctement formulé, des fissures froides peuvent également se produire dans la soudure.
Pendant le soudage, le matériau de base à haute teneur en carbone fond et introduit du carbone dans la soudure, augmentant ainsi la teneur en carbone de la soudure. Le carbone peut intensifier l'effet du soufre et du phosphore dans les métaux et provoquer des fissures à chaud.
Par conséquent, lors du soudage d'un acier à teneur moyenne en carbone, des fissures à chaud peuvent facilement se produire dans la soudure. Cela est particulièrement vrai lorsque la teneur en soufre et en phosphore du matériau de base ou de l'acier à moyenne teneur en carbone est supérieure à celle de l'acier à moyenne teneur en carbone. matériel de soudage ne sont pas strictement contrôlées, ce qui favorise l'apparition de fissures à chaud.
En outre, la teneur élevée en carbone de l'acier peut également accroître la tendance de la soudure à produire des pores de gaz CO.
En raison de la propension de l'acier à moyenne teneur en carbone à former des défauts tels que des fissures à froid et à chaud lorsqu'il est soudé, des mesures techniques spéciales doivent être mises en œuvre pour garantir un soudage réussi.
Diverses méthodes de soudage à l'arc peuvent être employées pour le soudage au carbone moyen. soudage de l'acier. L'acier à teneur moyenne en carbone étant généralement utilisé pour la production de pièces de machines plutôt que pour des structures de soudage à grande échelle, les métaux blindés sont utilisés pour la production de pièces de machines. soudage à l'arc est le plus souvent utilisé.
Pour éviter la formation de fissures à froid et à chaud dans la soudure, des électrodes à faible teneur en hydrogène sont généralement utilisées dans les soudures à l'arc sous protection. arc métallique soudage. Ces électrodes maintiennent non seulement une faible teneur en hydrogène dans la soudure, mais présentent également des effets de désulfuration et de déphosphoration, ce qui améliore la plasticité et la ténacité de la soudure.
Lorsque l'acier a une teneur en carbone plus faible et que le joint est moins rigide, il est possible d'utiliser des électrodes rutiles ou basiques. Toutefois, des mesures techniques rigoureuses doivent être mises en œuvre, telles que la minimisation du taux de fusion, le préchauffage strict de la pièce et le contrôle de la température de l'intercalaire.
Si le préchauffage n'est pas possible, des électrodes en acier inoxydable austénitique, telles que E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407), peuvent être utilisées.
Le préchauffage est la technique la plus efficace pour prévenir la fissuration lors du soudage d'acier à teneur moyenne en carbone. Le préchauffage réduit non seulement la vitesse de refroidissement du joint, empêchant la formation de martensite, mais il réduit également les contraintes de soudage et accélère la diffusion de l'hydrogène.
Dans la plupart des cas, il est nécessaire de préchauffer et de maintenir la température de la couche intermédiaire.
Le choix des températures de préchauffage et d'intercouche dépend de l'équivalent carbone de l'acier, de l'épaisseur du métal de base, de la rigidité de la structure et du type d'électrode.
La température de préchauffage peut être déterminée par des essais de soudage ou par la formule empirique T0=550(C-0,12)+0,4δ. Dans cette formule, T0 représente la température de préchauffage (℃), C représente la fraction de masse de carbone dans le métal de base à souder (%), et δ représente l'épaisseur de la couche de métal de base. tôle d'acier (mm).
Les températures de préchauffage et d'intercouche pour le soudage des aciers 30, 35 et 45 sont indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1 Température de préchauffage et température de revenu après soudage pour le carbone soudage de l'acier
| Qualité de l'acier | Épaisseur de la soudure /mm | Processus de fonctionnement | Baguette de soudage catégorie | Note | |
| Température de préchauffage de la couche intermédiaire /℃ | Température de traitement de détente /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Baguette de soudage à faible teneur en hydrogène | 1. La plage de chauffage des deux côtés de la rainure pour le préchauffage local est de 150 à 200 mm. 2. Pendant le processus de soudage, le martelage peut être utilisé pour réduire le temps de soudage. contrainte résiduelle. |
| Baguette de soudage à faible teneur en hydrogène | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Type à faible teneur en hydrogène | ||
| >150 | Type à faible teneur en hydrogène | ||||
| 50-100 | >150 | Type à faible teneur en hydrogène | |||
| 45 | -100 | >200 | Type à faible teneur en hydrogène | ||
La pièce doit idéalement présenter une rainure en U ou en V afin de réduire la proportion de métal de base qui fond dans la soudure. Si l'on répare des défauts dans des pièces moulées, la rainure doit être lisse à l'extérieur pour minimiser la quantité de métal de base qui fond dans la soudure.
Pour le soudage, il convient d'utiliser une alimentation en courant continu à polarité inversée. Pour le soudage multicouche, il convient d'utiliser des électrodes de petit diamètre, un courant faible et un courant lent. vitesse de soudage doit être utilisé car la proportion de métal de base qui fond dans la première couche de la soudure peut atteindre 30%.
Après le soudage, la pièce doit idéalement subir immédiatement un traitement thermique de détente. Cela est particulièrement important pour les soudures de grande épaisseur, les structures très rigides et les soudures soumises à des charges dynamiques ou d'impact.
La température pour soulager le stress recuit se situe généralement entre 600 et 650 degrés Celsius.
Si le traitement thermique de détente ne peut pas être effectué immédiatement après le soudage, il convient de procéder à un post-chauffage, qui consiste à chauffer légèrement au-dessus de la température de soudage. température de préchauffageavec un temps de maintien d'environ 1 heure par 10 mm d'épaisseur.
(I) 35 Acier et ZG270-500 Acier au carbone coulé
La fraction massique du carbone dans l'acier 35 est de 0,32% à 0,39%, et celle de l'acier au carbone moulé ZG270-500 est de 0,31% à 0,40%. L'équivalent carbone est d'environ 0,45%, d'où l'aptitude au soudage de cet acier. type d'acier est acceptable.
Cependant, dans la zone affectée par la chaleur pendant le soudage, un matériau dur et cassant, la structure martensitique peut se former, ce qui tend à provoquer des fissures. C'est pourquoi certaines mesures techniques doivent être prises lors du soudage de ce type d'acier.
Lors du soudage à l'arc à l'électrode, si un cordon de soudure Si un cordon de soudure de résistance égale au matériau de base est nécessaire, les baguettes de soudure E5016 (J506) ou E5015 (J507) peuvent être utilisées. Si un cordon de soudure d'une résistance égale à celle du matériau de base n'est pas nécessaire, les baguettes de soudure E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423), etc. peuvent être sélectionnées.
Pour le soudage à l'arc submergé, les flux HJ430 ou HJ431 et les fils H08MnA ou H10Mn2 peuvent être sélectionnés.
Pour le soudage au laitier, les flux HJ430, HJ431, HJ360 et les fils H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA peuvent être sélectionnés.
Lors du soudage de l'acier 35 et de l'acier moulé ZG270-500, la température de préchauffage et la température d'intercouche des pièces soudées sont d'environ 150℃. Si la rigidité des pièces soudées est relativement importante, la température de préchauffage et la température d'intercouche doivent être augmentées à 200-250℃.
La plage de chauffage pour le préchauffage local est de 150 à 200 mm de part et d'autre de la rainure.
Pour les pièces soudées de forte épaisseur, de grande rigidité, ou travaillant sous des charges dynamiques ou d'impact, le recuit de détensionnement doit être effectué immédiatement après le soudage. La température de recuit est généralement de 600-650℃.
Pour les pièces soudées d'épaisseur générale, un post-chauffage peut être utilisé pour permettre à l'hydrogène de s'échapper.
La température de post-chauffage est généralement de 200-350℃, et le temps de maintien est de 2-6 heures, en fonction de l'épaisseur des pièces soudées.
(II) Acier 45 et acier au carbone coulé ZG310-570
La fraction massique du carbone dans l'acier 45 est de 0,42% à 0,5%, et celle dans l'acier moulé ZG310-570 est de 0,41% à 0,50%. L'équivalent en carbone est d'environ 0,56%. Cet acier a une plus grande tendance à durcir et à se fissurer, ce qui rend sa soudabilité relativement médiocre.
Pour le soudage à l'arc à l'électrode, il convient de choisir des baguettes de soudage à faible teneur en hydrogène. Si un cordon de soudure d'une résistance égale à celle du matériau de base est nécessaire, les baguettes de soudage E5516-G (J556) ou E5515-G (J557) peuvent être utilisées.
Si un cordon de soudure d'une résistance égale à celle du matériau de base n'est pas nécessaire, les baguettes de soudure E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423), etc. peuvent être sélectionnées.
Pour le soudage à l'arc submergé, les flux HJ350 ou SJ101 et les fils H08MnMoA peuvent être sélectionnés.
Lors du soudage de l'acier 45 et de l'acier au carbone moulé ZG310-570, il convient de choisir un courant de soudage plus faible afin de réduire le taux de fusion du cordon de soudure et de diminuer la quantité de carbone passant du matériau de base au cordon de soudure.
Pour souder ce type d'acier, il est préférable de préchauffer l'ensemble de la pièce à une température supérieure à 200℃.
Pour les joints en T, étant donné qu'ils ont plus de directions de dissipation de la chaleur que les joints bout à bout, la vitesse de refroidissement des joints en T est plus élevée que celle des joints bout à bout. joint soudé augmentera, ce qui accroîtra la tendance à produire des fissures froides.
Par conséquent, la température de préchauffage doit être augmentée de manière appropriée à 250-400℃, en fonction de l'épaisseur des pièces soudées.
La température de la couche intermédiaire ne doit pas être inférieure à la température de préchauffage.
Après le soudage, les pièces soudées doivent immédiatement subir un recuit de détente. La température de recuit est de 600-650℃.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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