Le soudage de métaux dissemblables est un processus difficile mais essentiel dans la fabrication moderne. Il s'agit d'assembler des métaux ayant des propriétés et des compositions différentes, ce qui donne souvent une zone de fusion dont les caractéristiques mécaniques et structurelles varient. Cet article explore les problèmes inhérents, les méthodes de soudage appropriées telles que le soudage par fusion et le soudage sous pression, et les considérations clés pour garantir des soudures robustes. En comprenant ces aspects, les lecteurs peuvent apprendre des stratégies efficaces pour atténuer les problèmes de soudage courants et améliorer les performances des joints dans des environnements à haute température et à fortes contraintes.
Les problèmes inhérents au soudage de métaux dissemblables ont entravé son développement, tels que la constitution et la performance de la zone de fusion dans les métaux dissemblables.
La structure du soudage de métaux dissemblables est souvent endommagée dans la zone de fusion, car les caractéristiques des cristaux de soudure diffèrent le long des segments proches de la zone de fusion, ce qui entraîne la formation d'une couche de transition aux performances médiocres et des changements de composition.
En outre, en raison d'une exposition prolongée à des températures élevées, la couche de diffusion dans cette région s'étend, ce qui accroît encore l'inhomogénéité du métal.
En outre, pendant ou après le soudage de métaux dissemblables, ou après un traitement thermique ou une opération à haute température, il est courant d'observer un phénomène de "migration" du carbone du côté faiblement allié à travers la limite de la soudure dans la soudure fortement alliée, formant ainsi décarburation et de cémentation de part et d'autre de la ligne de fusion.
Il en résulte une couche de décarburation dans le matériau de base faiblement allié et une couche de carburation du côté de la soudure fortement alliée.
Les entraves et les obstacles à l'utilisation et au développement de structures métalliques dissemblables se manifestent principalement dans les domaines suivants :
1. À la température ambiante, les propriétés mécaniques du métal dissemblable joint soudé (comme la traction, l'impact, la flexion, etc.) dépassent généralement les performances du matériau de base soudé.
Cependant, après un fonctionnement prolongé à haute température, les performances de la zone de jonction sont inférieures à celles du matériau de base.
2. Il existe une zone de transition martensitique entre la soudure austénitique et le matériau de base perlitique.
Cette zone a une ténacité plus faible et constitue une couche fragile à dureté élevée, qui est une zone faible conduisant à la défaillance du composant. Elle réduit la fiabilité de la structure soudée.
3. Le traitement thermique post-soudage ou la migration du carbone pendant le fonctionnement à haute température peut entraîner la formation d'une couche carburée et d'une couche décarburée de part et d'autre de la ligne de fusion.
En règle générale, on estime que la couche décarburée, en raison de la réduction du carbone, entraîne des changements significatifs dans la structure et les propriétés de la zone (généralement une dégradation), ce qui la rend sujette à une défaillance prématurée en cours de service.
Les points de rupture de nombreux pipelines à haute température en service ou en cours d'essai sont concentrés dans la couche décarburée.
4. La défaillance est liée à des conditions telles que le temps, la température et les contraintes cycliques.
5. Le traitement thermique post-soudure ne peut pas éliminer les contrainte résiduelle dans la zone commune.
6. Inhomogénéité de la composition chimique.
Lors du soudage de métaux dissemblables, les métaux situés de part et d'autre du cordon de soudure et la composition de l'alliage du cordon de soudure diffèrent considérablement.
Au cours de la processus de soudagele matériau de base et le matériau de soudage fondent et se mélangent.
Ce niveau d'uniformité du mélange change avec le processus de soudage, et le degré d'uniformité du mélange peut varier considérablement à différents endroits du joint de soudure, ce qui entraîne une inhomogénéité dans la composition chimique du joint de soudure.
7. Inhomogénéité de la structure métallographique.
En raison de la discontinuité de la composition chimique du joint de soudure et de l'expérience de l'opérateur, il n'est pas possible d'obtenir des résultats satisfaisants. cycle thermique de soudageEn outre, des structures différentes apparaissent dans diverses zones du joint de soudure, ce qui se traduit souvent par des formations structurelles extrêmement complexes dans certaines zones.
8. Performance discontinue.
La composition chimique et la structure métallurgique des joints soudés entraînent des variations de leurs propriétés mécaniques.
La résistance, la dureté, la plasticité, la ténacité, la résistance aux chocs, le fluage à haute température et la durabilité diffèrent considérablement d'une région à l'autre du joint soudé.
Cette incohérence substantielle entraîne des comportements divers dans différentes régions de l'articulation dans des conditions identiques, se manifestant par des zones d'affaiblissement et de renforcement.
En particulier dans des conditions de haute température, les joints soudés en métal dissemblable présentent souvent une défaillance prématurée en cours de service.
La plupart des méthodes de soudage peuvent être appliquées souder des métaux différentsLes caractéristiques du soudage de métaux dissemblables doivent être prises en compte lors du choix de la méthode de soudage et de l'établissement des mesures du processus.
En fonction des exigences du matériau de base et du joint soudé, le soudage par fusion, soudage sous pressionet d'autres méthodes ont toutes trouvé des applications dans le soudage de métaux dissemblables, chacune avec ses propres avantages et inconvénients.
Le soudage par fusion est largement utilisé pour le soudage de métaux dissemblables.
Les méthodes courantes de soudage par fusion comprennent le soudage à l'électrode en bâton, le soudage à l'arc submergé, le soudage à l'arc sous protection gazeuse, le soudage sous laitier électrique, le soudage à l'arc plasma, le soudage par faisceau d'électrons, et soudage au laser.
Pour réduire la dilution, abaisser le taux de fusion ou contrôler la quantité de fusion des différents métaux de base, on choisit généralement des méthodes ayant une densité d'énergie de source de chaleur plus élevée, comme le soudage par faisceau d'électrons, le soudage au laser ou le soudage à l'arc plasma.
Pour minimiser la profondeur de fusion, des mesures technologiques telles que l'arc indirect, le fil de soudage oscillant, l'électrode à bande et le fil de soudage non électrifié supplémentaire peuvent être adoptées.
Toutefois, dans tous les cas, tant qu'il s'agit de soudage par fusion, une partie du matériau de base fondra toujours dans le cordon de soudure, ce qui entraînera une dilution.
En outre, il forme également des composés intermétalliques, des structures eutectiques, etc.
Pour atténuer ces effets négatifs, il est impératif de contrôler et de raccourcir le temps de séjour des métaux dans un état liquide ou solide à haute température.
Néanmoins, malgré les améliorations et les progrès constants des méthodes et des procédures de soudage par fusion, il reste difficile de résoudre tous les problèmes liés au soudage de différents types de matériaux. les types de métaux.
Compte tenu de la diversité des métaux et de la large gamme d'exigences en matière de performances, ainsi que de la variété des styles de joints, il est souvent nécessaire de recourir au soudage sous pression ou à d'autres méthodes de soudage pour résoudre des problèmes spécifiques. problèmes de soudage liés aux différents joints métalliques.
La plupart des méthodes de soudage sous pression ne chauffent les métaux à souder qu'à l'état plastique ou ne les chauffent pas du tout, et se caractérisent principalement par l'application d'une certaine pression.
Par rapport au soudage par fusion, le soudage par pression présente certains avantages pour le soudage de joints de métaux dissemblables, pour autant que la forme du joint le permette et que le matériau de base soit le même. qualité du soudage répond aux exigences, le soudage sous pression est souvent un choix plus raisonnable.
Lors du soudage sous pression, la surface de jonction des différents métaux peut soit être fondue, soit rester solide, mais sous l'effet de la pression, même s'il y a du métal fondu sur la surface, il sera expulsé (comme dans le cas du soudage par étincelage et du soudage à l'arc). soudage par friction).
Ce n'est que dans quelques cas que le métal qui a été fondu subsiste après le soudage sous pression (comme dans le cas du soudage par points).
Le soudage sous pression, en raison de l'absence de chaleur ou de la faible température de chauffage, peut atténuer ou éviter les effets néfastes du cycle thermique sur les propriétés du métal de base et empêcher la formation de composés intermétalliques fragiles.
Certaines formes de soudage sous pression peuvent même extraire les composés intermétalliques qui se sont formés dans le joint.
En outre, aucun changement lié à la dilution dans les propriétés du métal soudé ne se produit pendant le soudage sous pression.
Cependant, la plupart des méthodes de soudage sous pression imposent certaines exigences en matière de forme des joints.
Par exemple, le soudage par points, soudage des jointsLe soudage par friction et le soudage par ultrasons doivent utiliser des joints qui se chevauchent ; au moins une pièce doit avoir une section transversale rotative dans le cas du soudage par friction ; le soudage par explosion ne s'applique qu'aux raccordements de grande surface.
Le matériel de soudage sous pression n'est pas non plus très répandu. Ces facteurs limitent sans aucun doute le champ d'application du soudage sous pression.
Outre le soudage par fusion et le soudage sous pression, il existe plusieurs autres méthodes de soudage de métaux dissemblables. Par exemple, brasage est une méthode qui utilise un métal d'apport pour coller différents métaux de base.
Toutefois, l'accent est mis ici sur un type particulier de méthode de brasage.
L'une de ces techniques est connue sous le nom de fusion-brasage, où le matériau à point de fusion le plus bas d'un joint de métal dissemblable est soudé par fusion, et le matériau à point de fusion le plus élevé est brasé. Le métal d'apport correspond généralement au métal de base à point de fusion bas.
Ainsi, le processus entre le métal d'apport et le métal de base à bas point de fusion est essentiellement un processus de soudage par fusion du même métal et ne pose pas de problèmes particuliers.
L'interaction entre le métal d'apport et le métal de base à point de fusion élevé est un processus de brasage. Le métal de base ne fond pas et ne cristallise pas, ce qui permet de contourner de nombreux problèmes liés au soudage.
Toutefois, il faut pour cela que le métal d'apport mouille efficacement le métal de base.
Une autre technique est connue sous le nom de brasage eutectique ou de brasage par diffusion eutectique. Cette méthode consiste à chauffer la surface de contact de métaux différents à une certaine température qui forme un eutectique à bas point de fusion au point de contact.
Cet eutectique à bas point de fusion devient liquide à cette température, créant ainsi une méthode de brasage qui ne nécessite pas de métal d'apport supplémentaire.
Bien entendu, il faut pour cela que les deux métaux forment un eutectique à bas point de fusion.
Lors de l'utilisation de métaux dissemblables soudage par diffusionDans ce cas, une couche intermédiaire est introduite et, sous faible pression, la couche intermédiaire fond ou forme un eutectique à bas point de fusion au contact des métaux à souder.
Cette fine couche de liquide, après une durée spécifique de conservation de la chaleur, permet à la couche intermédiaire de se diffuser entièrement dans le métal de base et de devenir uniforme, ce qui permet d'obtenir un joint de métal dissemblable sans couche intermédiaire.
Ces méthodes impliquent souvent une petite quantité de métal liquide pendant le processus de soudage, c'est pourquoi elles sont également appelées soudage à transition de phase liquide. Leur caractéristique commune est l'absence de structures moulées dans le joint.
a. À résistance égale, choisir des baguettes de soudage qui satisfont à la résistance du métal de base.
Par ailleurs, si l'on considère le soudabilité du métal de base, optez pour des baguettes de soudage dont la résistance n'est pas égale mais qui offrent une bonne soudabilité.
Toutefois, la structure de la soudure doit être prise en compte pour répondre aux exigences de résistance et de rigidité égales.
b. Veiller à ce que la composition de l'alliage corresponde à celle du métal de base ou s'en rapproche.
c. Lorsque le métal de base contient une plus grande quantité d'impuretés nocives comme le carbone (C), le soufre (S) et le phosphore (P), il convient de choisir des baguettes de soudage présentant une résistance supérieure aux fissures et à la porosité. Il est conseillé d'utiliser des baguettes de soudure de type titane-calcium. Si cela ne résout pas le problème, il est possible d'utiliser des baguettes de soudage à faible teneur en hydrogène et en sodium.
a. Lorsqu'ils sont soumis à des charges dynamiques et à des charges d'impact, ils doivent non seulement être résistants, mais aussi présenter une ténacité et un allongement élevés.
Dans ce cas, optez pour des baguettes de soudage à faible teneur en hydrogène, de type titane-calcium et oxyde de fer.
b. Si les pièces soudées sont en contact avec des milieux corrosifs, il est nécessaire de choisir un acier inoxydable approprié. baguette de soudure en fonction du type, de la concentration et de la température de fonctionnement du milieu, ainsi que de la nature de la corrosion (générale ou intergranulaire).
c. Dans les conditions de fonctionnement impliquant une usure, distinguer s'il s'agit d'une usure générale ou d'une usure par impact, et si l'usure se produit à température ambiante ou à haute température.
d. Pour les opérations effectuées dans des conditions de température extrême, choisir des baguettes de soudage qui garantissent des performances mécaniques à basse ou haute température.
a. Pour les pièces à souder avec formes complexes ou de forte épaisseur, le métal soudé subit d'importantes contraintes de retrait lors du refroidissement, ce qui peut entraîner des fissures.
Il est essentiel de choisir des baguettes de soudage présentant une résistance élevée à la fissuration, telles que les baguettes à faible teneur en hydrogène, les baguettes à haute ténacité ou les baguettes à l'oxyde de fer.
b. Pour les pièces à souder qui ne peuvent pas être retournées en raison de certaines conditions, il est nécessaire de choisir des baguettes de soudage capables de souder dans toutes les positions.
c. Pour les pièces à souder dont la zone de soudage est difficile à nettoyer, choisir des baguettes très oxydantes, insensibles à la peau d'oxyde et à la graisse, afin d'éviter l'apparition de défauts tels que des trous d'air.
Dans les endroits dépourvus de machines à souder à courant continu, il n'est pas judicieux de choisir des baguettes de soudage fonctionnant uniquement avec du courant continu. Il convient plutôt de choisir des baguettes qui peuvent utiliser à la fois le courant alternatif et le courant continu.
Certains matériaux en acier, comme l'acier perlitique résistant à la chaleur, nécessitent une détente après le soudage.
Toutefois, si les conditions d'équipement ou les limitations structurelles inhérentes empêchent le traitement thermique, il est recommandé d'utiliser des barres en matériaux non basiques, tels que l'acier inoxydable austénitique, qui ne nécessitent pas de traitement thermique après soudage.
Dans les endroits où les baguettes de soudage acides et alcalines répondent toutes deux aux exigences, les baguettes acides doivent être préférées.
À performances égales, les baguettes de soudage acides, moins chères, doivent être préférées aux baguettes alcalines.
Parmi les baguettes de soudure acides, titane et les types titane-calcium sont plus chers.
Compte tenu de la situation des ressources minérales de notre pays, nous devrions fortement promouvoir l'utilisation de barres revêtues de type titane-fer.
3. Tenir compte de la complexité de la forme de l'assemblage, du niveau de rigidité, de l'état de préparation de l'ouverture de soudage et de la position de soudage.
a. Pour les pièces à souder de forme complexe ou de forte épaisseur, le métal soudé subit d'importantes contraintes de retrait lors du refroidissement, ce qui peut entraîner des fissures. Il est essentiel de choisir des baguettes de soudage présentant une résistance élevée aux fissures, telles que des baguettes à faible teneur en hydrogène, des baguettes à haute ténacité ou des baguettes à l'oxyde de fer.
b. Pour les pièces à souder qui ne peuvent pas être retournées en raison de certaines conditions, il est nécessaire de choisir des baguettes de soudage capables de souder dans toutes les positions.
c. Pour les pièces à souder dont la zone de soudage est difficile à nettoyer, choisir des baguettes très oxydantes, insensibles à la peau d'oxyde et à la graisse, afin d'éviter l'apparition de défauts tels que des trous d'air.
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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