Comment les différents éléments métalliques contenus dans le fil de soudure influencent-ils la qualité finale de la soudure ? Du silicium au vanadium, chaque élément joue un rôle unique dans le processus de soudage. Comprendre leurs effets peut améliorer de manière significative la solidité, la ductilité et la résistance aux défauts de la soudure. Cet article explore les fonctions et les implications de ces éléments et fournit des informations essentielles pour obtenir des résultats de soudage optimaux.
En ce qui concerne les éléments d'alliage tels que Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo et V contenus dans le fil de soudage, quel est l'impact de ces éléments d'alliage sur les performances de soudage ? Voici des explications pour chaque élément :
Le silicium est l'élément désoxydant le plus couramment utilisé dans les fils de soudure. Il peut empêcher le fer de se combiner avec l'oxygène et réduire le FeO dans le bain de fusion.
Cependant, lorsque le silicium est utilisé seul pour la désoxydation, le SiO2 a un point de fusion élevé (environ 1710℃), et les particules produites sont petites et difficiles à faire flotter hors du bain de fusion. Cela peut conduire à l'emprisonnement du laitier dans le métal soudé.
La fonction du manganèse est similaire à celle du silicium, mais sa capacité de désoxydation est légèrement inférieure à celle du silicium. Lorsque le manganèse est utilisé seul pour la désoxydation, le MnO qui en résulte a une densité plus élevée (15,11g/cm3) et il est également difficile de flotter hors de la piscine en fusion.
Outre sa fonction de désoxydation, le manganèse présent dans le fil de soudure peut également se combiner au soufre pour former du sulfure de manganèse (MnS), qui peut être éliminé (désulfuration), réduisant ainsi la tendance à la fissuration à chaud causée par le soufre.
Comme il est difficile d'éliminer les produits de désoxydation lorsque le silicium ou le manganèse est utilisé seul pour la désoxydation, une combinaison de silicium et de manganèse est couramment utilisée pour former un composite de silicate (MnO-SiO2) pendant la désoxydation.
MnO-SiO2 a un point de fusion plus bas (environ 1270℃) et une densité plus faible (environ 3,6g/cm3). Il peut coaguler en gros blocs de scories et flotter hors du bassin de fusion, ce qui permet d'obtenir un bon effet de désoxydation.
Le manganèse est également un important élément d'alliage dans l'acier et un élément important de la trempabilité. Il a un impact significatif sur la ténacité du métal soudé.
Lorsque la teneur en Mn est inférieure à 0,05%, le métal soudé présente une grande ténacité. Lorsque la teneur en Mn est supérieure à 3%, le métal soudé devient fragile. Lorsque la teneur en Mn est comprise entre 0,6% et 1,8%, le métal soudé présente une résistance et une ténacité élevées.
Le soufre dans l'acier est souvent présent sous la forme de sulfure de fer, qui est réparti en mailles le long des joints de grains et réduit considérablement la ténacité de l'acier. L'eutectique température du fer et le sulfure de fer est relativement faible (985℃).
Par conséquent, lors du travail à chaud, la température de départ étant généralement comprise entre 1150 et 1200℃, l'eutectique du fer et du sulfure de fer a déjà fondu, ce qui entraîne des fissures au cours du processus de travail.
Ce phénomène est connu sous le nom de "fragilité à chaud du soufre". La propriété du soufre rend l'acier susceptible de se fissurer à chaud pendant le soudage.
C'est pourquoi la teneur en soufre de l'acier est strictement contrôlée. La principale différence entre l'acier au carbone ordinaire, l'acier au carbone de haute qualité et l'acier de haute qualité avancé est la teneur en soufre et en phosphore.
Comme mentionné précédemment, le manganèse a un effet désulfurant car il peut former du sulfure de manganèse (MnS) à point de fusion élevé (1600℃) avec le soufre, qui est distribué sous forme granulaire dans les grains.
Pendant le travail à chaud, le sulfure de manganèse a une plasticité suffisante pour éliminer les effets nocifs du soufre. Le maintien d'une certaine teneur en manganèse dans l'acier est donc bénéfique.
Le phosphore peut être complètement dissous dans le ferrite dans l'acier. Son effet de renforcement sur l'acier est le deuxième après celui du carbone, et il augmente la résistance à la corrosion de l'acier. la résistance et la dureté d'acier.
Le phosphore peut également améliorer la résistance à la corrosion de l'acier, mais il diminue considérablement sa ductilité et sa ténacité. Cet effet est particulièrement marqué à basse température, ce que l'on appelle le phénomène de "fragilité à froid du phosphore".
Par conséquent, il nuit au soudage et augmente la susceptibilité de l'acier à la fissuration. En tant qu'impureté, la teneur en phosphore de l'acier doit également être limitée.
Le chrome peut augmenter la résistance et la dureté de l'acier tout en diminuant sa ductilité et sa ténacité dans une moindre mesure. Le chrome possède de fortes capacités de résistance à la corrosion et à l'acide, c'est pourquoi les aciers inoxydables austénitiques contiennent généralement plus de 13% de chrome.
Le chrome possède également de fortes propriétés anti-oxydation et de résistance à la chaleur. C'est pourquoi le chrome est également largement utilisé dans les aciers résistants à la chaleur, tels que le 12CrMo, le 15CrMo et le 5CrMo. Le chrome est présent dans l'acier en certaines quantités.
Le chrome est un composant important de l'acier austénitique et un composant de la ferrite. Il peut améliorer la résistance à l'oxydation et les propriétés mécaniques de l'acier austénitique. acier allié à des températures élevées. Dans l'acier inoxydable austénitique, lorsque la quantité totale de chrome et de nickel est de 40% et que le rapport Cr/Ni est de 1, il y a une tendance à la fissuration à chaud.
Cependant, lorsque le rapport Cr/Ni est de 2,7, il n'y a pas de tendance à la fissuration à chaud.
Par conséquent, en général, lorsque le rapport Cr/Ni est d'environ 2,2-2,3 dans l'acier de type 18-8, le chrome peut facilement former des carbures dans l'acier allié, réduire la conductivité thermique et causer des difficultés de soudage en raison de la formation d'oxyde de chrome.
L'aluminium est l'un des éléments désoxydants les plus puissants. Par conséquent, l'utilisation de l'aluminium comme désoxydant peut non seulement réduire la production de FeO, mais aussi faciliter la réduction du FeO, en supprimant efficacement la réaction chimique du gaz CO produit dans le bassin de fusion et en améliorant la capacité à résister à la porosité du CO.
En outre, l'aluminium peut également se combiner à l'azote pour former un effet de fixation de l'azote, réduisant ainsi la porosité de l'azote.
Toutefois, l'utilisation de l'aluminium pour la désoxydation entraîne la formation d'AI à point de fusion élevé.2O3 (environ 2050℃), qui existe à l'état solide dans le bain de fusion et qui peut facilement entraîner le piégeage du laitier dans le métal soudé.
Par ailleurs, le fil de soudage contenant de l'aluminium est sujet à des projections, et une teneur excessive en aluminium peut réduire la résistance du métal soudé à la fissuration à chaud.
Par conséquent, la teneur en aluminium du fil de soudure doit être strictement contrôlée et ne doit pas être trop élevée. Si la teneur en aluminium du fil de soudure est correctement contrôlée, la dureté, la limite d'élasticité et la résistance à la traction du métal soudé sont légèrement améliorées.
Titane est également un puissant élément désoxydant et peut se combiner à l'azote pour former du TiN, jouant ainsi un rôle de fixation de l'azote et améliorant la capacité du métal soudé à résister à la porosité de l'azote.
Si les quantités appropriées de titane et de bore (B) sont présentes dans la structure du métal soudé, la structure du métal soudé peut être affinée.
Le molybdène peut augmenter la résistance et la dureté de l'acier allié, affiner la taille du grain, prévenir la fragilité du revenu et la tendance à la surchauffe, et améliorer la résistance à haute température, la résistance au fluage et la durabilité.
Lorsque la teneur en molybdène est inférieure à 0,6%, elle peut améliorer la ductilité, réduire la tendance à la fissuration et augmenter la résistance aux chocs. Le molybdène a également tendance à favoriser la graphitisation.
Par conséquent, la teneur en molybdène des aciers résistants à la chaleur tels que 16Mo, 12CrMo, 15CrMo, etc. est généralement de l'ordre de 0,5%.
Lorsque la teneur en molybdène de l'acier allié est comprise entre 0,6% et 1,0%, le molybdène peut réduire la plasticité et la ténacité de l'acier allié et augmenter sa tendance à la trempe.
Le vanadium peut augmenter la solidité de l'acier, affiner la taille des grains, réduire la tendance à la croissance des grains et améliorer la trempabilité.
Le vanadium est un élément relativement puissant formant des carbures, et les carbures qu'il forme sont stables en dessous de 650℃.
Il a également des effets de durcissement en fonction de l'âge. Les carbures de vanadium sont stables à haute température et peuvent améliorer la dureté de l'acier à haute température. Le vanadium peut également modifier la répartition des carbures dans l'acier, mais il est susceptible de former des oxydes réfractaires, ce qui rend le soudage et le découpage difficiles.
En général, lorsque la teneur en vanadium du métal soudé est d'environ 0,11%, il peut jouer un rôle dans la fixation de l'azote, transformant une situation défavorable en une situation favorable.
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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