Adaptation de la résistance des assemblages soudés : Un guide complet

Pendant longtemps, le principe traditionnel de conception des structures soudées a été basé principalement sur la conception de la résistance.

Dans les structures soudées réelles, il existe trois types de relations de correspondance entre la soudure et le matériau de base en termes de résistance : la résistance de la soudure est égale à celle du matériau de base (correspondance de résistance égale), la résistance de la soudure est supérieure à celle du matériau de base (correspondance de résistance supérieure, également appelée correspondance de résistance élevée), et la résistance de la soudure est inférieure à celle du matériau de base (correspondance de résistance faible).

Du point de vue de la sécurité et de la fiabilité des structures, la résistance des soudures doit généralement être au moins égale à la résistance du matériau de base, ce qui est connu sous le nom de principe de conception "à résistance égale".

Cependant, dans la production réelle, les matériaux de soudage sont souvent sélectionnés en fonction de la résistance du métal déposé, qui n'est pas équivalente à la résistance réelle du métal déposé. résistance des soudures.

Le métal déposé n'est pas équivalent au métal soudé, en particulier lorsque les matériaux de soudage sont utilisés pour l'acier à haute résistance faiblement allié, où la résistance du métal soudé est souvent beaucoup plus élevée que celle du métal déposé.

Par conséquent, il peut y avoir un résultat nominal de "force égale" mais un résultat réel de "force supérieure".

Il n'y a pas de consensus sur la question de savoir si l'adaptation de la force supérieure est toujours sûre et fiable, et il y a des doutes à ce sujet.

Dans la conception du pont Jiujiang Yangtze River en Chine, la "valeur de résistance supérieure" de la soudure est limitée à 98MPa. L'universitaire américain Pelini a proposé d'utiliser des soudures dont la résistance est équivalente ou inférieure de 137MPa à celle du matériau de base (c'est-à-dire des soudures à faible résistance) afin d'atteindre des objectifs conservateurs en matière d'intégrité structurelle. D'après les résultats des recherches menées par le Japonais Sato Kunihiko et d'autres chercheurs, l'adaptation à la faible résistance est également possible et a été appliquée dans l'ingénierie.

Toutefois, les chercheurs belges Soete et chinois Zhang Yufeng sont d'avis que l'adéquation des forces supérieures devrait être avantageuse.

Il est clair que les principes de conception liés à l'adéquation de la résistance des soudures, qui affectent la sécurité et la fiabilité des structures soudées, ne reposent toujours pas sur une base théorique et pratique suffisante et qu'il n'y a pas de compréhension unifiée.

Afin de déterminer des principes de conception plus raisonnables pour les joints soudés et de fournir une base pour la sélection correcte des matériaux de soudage, le professeur Chen Bolin et d'autres personnes de l'université de Tsinghua ont entrepris le projet de recherche de la Fondation nationale des sciences naturelles "Recherche théorique sur les joints soudés à haute résistance". Acier soudé Correspondance des résistances.

Les recherches menées dans le cadre de ce projet portent notamment sur la résistance à la rupture d'un matériau de qualité 490MPa à faible teneur en soufre. limite d'élasticité la résistance à la rupture des joints en acier à haute limite d'élasticité de grade 690~780MPa, la résistance à la traction des joints non soudés, le comportement de déformation de la partie supérieure des spécimens profondément entaillés, et les essais non destructifs sur les joints soudés.

Un grand nombre de résultats expérimentaux ont montré que :

Pour l'acier à haute résistance et à faible limite d'élasticité avec une résistance à la traction de 490MPa, il est avantageux d'utiliser des matériaux de soudage ayant une certaine ténacité et une résistance supérieure appropriée.

Si l'on tient compte de facteurs tels que l'aptitude au soudage et l'adaptabilité de l'utilisation, il est plus raisonnable de sélectionner des matériaux de soudage présentant une certaine ténacité et une "résistance égale" réelle.

La résistance à la rupture et le comportement des joints soudés de ce type d'acier dépendent de l'effet combiné de la résistance et de la ductilité de l'acier. matériel de soudage.

C'est pourquoi, structure de soudage une conception basée uniquement sur des considérations de résistance sans tenir compte de la ténacité ne peut pas garantir de manière fiable leur sécurité d'utilisation.

Pour l'acier à haute résistance avec un ratio de limite d'élasticité de 690~780MPa, la performance de rupture de ses joints soudés n'est pas seulement liée à la résistance, à la ténacité et à la plasticité de la soudure, mais aussi à l'hétérogénéité du joint soudé.

Une résistance excessivement élevée ou faible de la soudure n'est pas idéale, tandis que les joints dont la résistance est proche de l'égalité présentent les meilleures performances en matière de rupture. Par conséquent, il est raisonnable de concevoir les joints soudés selon le principe de l'égalité de résistance réelle. Ainsi, il devrait y avoir des limites supérieures et inférieures à la résistance de la soudure.

Le coefficient d'adaptation de la résistance (Sr) est le rapport entre la résistance à la traction du métal déposé du matériau de soudage et la résistance à la traction du matériau de base, et il peut refléter l'hétérogénéité des performances mécaniques du joint.

Les résultats expérimentaux montrent que lorsque Sr≧0,9, la résistance du joint soudé peut être considérée comme proche de la résistance du matériau de base. Par conséquent, dans la pratique de la production, l'utilisation de matériaux de soudage qui réduisent la résistance de 10% par rapport au matériau de base peut garantir que le joint répond aux exigences de conception de résistance égale.

Lorsque Sr≧0,86, la résistance du joint peut atteindre plus de 95% de la résistance du matériau de base. En effet, la résistance plus élevée du matériau de base limite le métal soudé, ce qui améliore la résistance de la soudure.

La limite d'élasticité du matériau de base a une influence importante sur le comportement à la rupture des joints soudés. J

Les joints dont les rapports de limite d'élasticité du matériau de base sont plus faibles présentent une meilleure résistance à la rupture fragile que les joints dont les rapports de limite d'élasticité du matériau de base sont plus élevés. Cela indique que la réserve de plasticité du matériau de base a également un impact significatif sur la résistance à la rupture fragile de l'assemblage.

Le comportement de déformation du métal soudé est influencé par la concordance des propriétés mécaniques entre la soudure et le matériau de base.

Sous la même contrainte de traction, la déformation de la soudure du joint à résistance supérieure en acier à faible limite d'élasticité est plus importante, tandis que la déformation de la soudure du joint à faible résistance en acier à haute limite d'élasticité est plus faible. Le déplacement de l'ouverture de la fissure (valeur COD) du joint soudé présente également la même tendance, ce qui indique que le joint à résistance supérieure en acier à faible limite d'élasticité présente l'avantage d'une déformation facile à la pointe de la fissure et d'une déformation plus importante à la pointe de la fissure.

La résistance à la rupture fragile des joints soudés est étroitement liée à l'hétérogénéité des performances mécaniques du joint. Elle n'est pas seulement déterminée par la résistance de la soudure, mais aussi par la ténacité et la plasticité de la soudure. La sélection des matériaux de soudage doit non seulement garantir que la soudure a une résistance appropriée, mais aussi qu'elle a une ténacité et une plasticité suffisantes. En d'autres termes, l'adéquation entre la résistance et la dureté de la soudure doit être bien contrôlée.

Pour l'acier à haute résistance, l'obtention d'une résistance égale entre le métal soudé et le matériau de base présente d'importantes difficultés techniques. Même si la résistance de la soudure est égale, la plasticité et la ténacité de la soudure peuvent être réduites à un niveau inacceptable, et la résistance à la fissuration peut également diminuer de manière significative. Pour éviter fissures de soudureLes conditions de construction doivent être extrêmement strictes et le coût de la construction sera considérablement augmenté.

Afin d'éviter de sacrifier la performance globale de la structure en recherchant uniquement la résistance et d'améliorer la fiabilité économique de la construction, il est nécessaire de réduire la résistance et d'adopter un schéma d'appariement à faible résistance.

Par exemple, l'acier sous-marin japonais NS110 a une limite d'élasticité supérieure ou égale à 1098MPa, et la limite d'élasticité du métal déposé dans le système d'appariement est supérieure ou égale à 1098MPa. baguette de soudure et du fil de soudure sous protection gazeuse doit être supérieure ou égale à 940MPa, avec un coefficient d'adéquation de la limite d'élasticité de 0,85.

Après l'utilisation de matériaux de soudage adaptés à faible résistance, le teneur en carbone et l'équivalent carbone de la soudure peuvent être réduits, ce qui améliorera la ténacité et la résistance à la fissuration de la soudure, rendant la construction de la soudure plus pratique et réduisant les coûts de construction.

En outre, certaines données d'essai du chercheur japonais Kunihiko Sato montrent que tant que la résistance du métal soudé n'est pas inférieure à 80% de la résistance du matériau de base, on peut garantir que la résistance du joint est égale à celle du matériau de base.

Cependant, l'allongement global du joint avec des soudures à faible résistance sera légèrement inférieur. Sous charge de fatigue, si l'excès de hauteur de la soudure n'est pas éliminé, des fissures de fatigue se produiront dans la zone de la soudure. zone de fusion. Toutefois, si l'excès de hauteur de la soudure est éliminé, des fissures de fatigue se produiront dans la soudure à faible résistance.

Par conséquent, lors de l'utilisation de soudures à faible résistance, il est nécessaire d'effectuer un travail expérimental basé sur des conditions spécifiques.