Section 1. Principes généraux de sélection des matériaux de soudage Pour obtenir des joints soudés de haute qualité, la sélection des matériaux de soudage doit être raisonnable. En raison des grandes différences dans les conditions de fonctionnement des composants soudés, les propriétés et la composition du matériau de base varient considérablement, et le processus de fabrication des composants est complexe et [...]
Pour obtenir des joints soudés de haute qualité, la sélection des matériaux de soudage doit être raisonnable. En raison des grandes différences dans les conditions de fonctionnement des composants soudés, les propriétés des matériaux et la composition du matériau de base varient considérablement, et le processus de fabrication des composants est complexe et diversifié.
Il est donc nécessaire de prendre en compte plusieurs aspects pour déterminer les matériaux de soudage correspondants.
La sélection des matériaux de soudage doit suivre les principes suivants :
(1) Satisfaire aux exigences de joint de soudure les performances, y compris la résistance à court terme à température ambiante et à haute température, la résistance à la flexion, la résilience, la dureté, la composition chimique, et les exigences de performances spéciales pour les joints dans les normes techniques et les dessins de conception, telles que la résistance à long terme, la limite de fluage, la résistance à l'oxydation à haute température, la résistance à la corrosion, etc.
(2) Satisfaire aux exigences en matière de performance du processus de fabrication et de performance du processus de soudage de joints soudés.
Les composants qui constituent le joint soudé doivent inévitablement subir divers processus de formage et de coupe au cours du processus de fabrication, tels que l'estampage, le laminage, le pliage, le tournage, le rabotage, etc., ce qui exige que le joint soudé ait une certaine capacité de déformation plastique, de coupe, de résistance aux températures élevées, etc.
Le processus de soudage nécessite une bonne performance du matériel de soudage et la capacité à résister à des défauts tels que la fissuration en fonction des différences de propriétés de soudage du matériau de base.
(3) Économie raisonnable.
Tout en respectant les exigences minimales en matière de performances diverses et de fabrication mentionnées ci-dessus, il convient de choisir des matériaux de soudage bon marché afin de réduire les coûts de fabrication et d'accroître les avantages économiques.
Par exemple, lors du soudage à l'arc manuel d'acier à faible teneur en carbone pour des composants importants, il convient de privilégier les électrodes à enrobage alcalin, car elles sont entièrement désoxydées, désulfurées et ont une faible teneur en hydrogène, avec une bonne résistance à la fissuration et une bonne résistance aux chocs du métal soudé.
Pour certains composants non critiques, des électrodes acides peuvent être utilisées car elles peuvent encore répondre aux exigences de performance des composants non critiques, ont une bonne aptitude au traitement et sont bon marché, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication.
Lors de la sélection des matériaux de soudage pour l'acier au carbone et l'acier à faible acier allié (y compris l'acier faiblement allié résistant à la chaleur et l'acier faiblement allié à haute résistance), les facteurs suivants doivent être pris en considération :
(1) Principes d'égalité de force et de résistance
Pour les composants sous pression, les calculs de résistance sont généralement basés sur la contrainte de traction admissible du matériau.
La contrainte de traction admissible est liée à la limite inférieure de la résistance à la traction standard du matériau, c'est-à-dire que la contrainte admissible [σ] = σb / nb (les valeurs de nb varient selon les différentes normes), où [σ] est la contrainte de traction admissible du matériau, σb est la limite inférieure de la résistance à la traction standard du matériau, et nb est le facteur de sécurité (les valeurs de nb varient en fonction des différentes normes).
Par conséquent, en tant qu'élément du composant, la résistance à la traction de la soudure ne doit pas être inférieure à la limite inférieure de la résistance à la traction standard du matériau de base.
En même temps, il faut veiller à ce que la résistance à la traction du métal déposé du matériau de soudage ne soit pas beaucoup plus élevée que la résistance à la traction du matériau de base, ce qui pourrait entraîner une réduction de la plasticité de la soudure et une augmentation de la dureté, ce qui n'est pas propice aux processus de fabrication ultérieurs.
Bien que les calculs de résistance ne prennent en compte que la résistance à la traction du matériau et que les diverses normes d'évaluation des processus n'exigent pas l'utilisation de la limite d'élasticité de la soudure, lors de la sélection des matériaux de soudage, la limite d'élasticité du métal déposé du matériau de soudage doit également être considérée comme n'étant pas inférieure à la limite d'élasticité du matériau de base, et il convient de veiller à garantir un certain rapport entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction.
Lorsque le joint fonctionne à des températures élevées, le calcul de la contrainte admissible est généralement basé sur la limite inférieure de la résistance à la traction à haute température à court terme spécifiée par le matériau à la température de travail (ou température de conception), c'est-à-dire [σt] = σbt / nboù [σtest la contrainte admissible calculée sur la base de la limite inférieure de la résistance à la traction à haute température à court terme à la température t, σbt est la limite inférieure de la résistance à la traction à haute température à court terme spécifiée par le matériau à la température t, ou la contrainte admissible est calculée sur la base de la résistance à long terme et de la limite de fluage du matériau à la température de travail, c'est-à-dire [σD t] = σDt / nDoù [σDtest la contrainte admissible calculée sur la base de la résistance à long terme à la température t, σDt est la résistance à long terme du matériau à la température t, et nD est le facteur de sécurité (les valeurs de nD varient en fonction des différentes normes).
Par conséquent, lors de la sélection des matériaux de soudage pour les joints soudés à haute température, leur résistance à la traction à haute température à court terme ou leur résistance à long terme ne doit pas être inférieure aux valeurs correspondantes du matériau de base.
Pour l'acier au carbone et l'acier ordinaire faiblement allié, la sélection des matériaux de soudage tient principalement compte de la résistance à la traction du matériau de soudage, et la correspondance de la composition chimique entre le métal déposé et le métal de base peut ne pas être prise en compte.
Toutefois, pour l'acier résistant à la chaleur Cr-Mo, la sélection des matériaux de soudage ne doit pas seulement tenir compte de sa résistance égale, mais aussi de la correspondance avec les caractéristiques de l'acier Cr-Mo. éléments d'alliage pour s'assurer que la performance globale du joint soudé est cohérente avec le métal de base.
Dans les cas particuliers où les composants sont conçus sur la base de la limite d'élasticité du matériau, le principe de l'égalité de la limite d'élasticité doit être un facteur important à prendre en considération.
En raison des différentes conditions de fonctionnement des composants, des ruptures fragiles se produisent souvent en cours de fonctionnement en raison d'une ténacité insuffisante, en particulier pour les composants fonctionnant à basse température ou les composants à parois épaisses à haute résistance.
C'est pourquoi les normes applicables comportent des exigences claires en matière de résistance aux chocs des joints soudés. Lors de la sélection des matériaux de soudage, il est nécessaire de s'assurer que la résistance aux chocs de la soudure répond aux exigences des normes pertinentes.
Cependant, les exigences en matière de résistance aux chocs du joint varient selon les normes. Le règlement relatif à la supervision de la sécurité des chaudières à vapeur stipule que la résistance aux chocs du joint soudé ne doit pas être inférieure à la limite inférieure de la résistance aux chocs spécifiée par le matériau de base.
Si le matériau de base n'a pas d'indice de résilience, celui-ci ne doit pas être inférieur à 27J. Le Récipients sous pression en acier La norme GB150 précise que la valeur de la résistance aux chocs de l'assemblage est déterminée en fonction de la résistance à la traction la plus faible de l'acier. Pour l'acier au carbone et l'acier faiblement allié, la résilience minimale du joint est :
Pour les récipients à basse température, la valeur de la résilience ne doit pas être inférieure à la limite inférieure de la valeur spécifiée pour le matériau de base.
Toutefois, le règlement VIII-1 de l'ASME détermine si le joint doit garantir la résistance aux chocs en fonction du niveau de résistance, de l'épaisseur, de la température de travail et du rapport entre la contrainte de conception et la contrainte admissible du matériau.
Si le joint a des exigences en matière de résistance aux chocs, la valeur minimale garantie de la résistance aux chocs est spécifiée en fonction du niveau de résistance et de l'épaisseur du matériau.
En résumé, lors de la sélection des matériaux de soudage, il convient de déterminer les exigences en matière de résistance aux chocs du joint en fonction des normes de conception, de fabrication et d'inspection du produit, et de sélectionner les matériaux de soudage appropriés pour répondre aux exigences de la norme, c'est-à-dire aux exigences en matière de performances d'utilisation.
Lors de l'examen des exigences en matière de résistance aux chocs, il convient de tenir compte de la température de conception et de la température de fonctionnement de la structure.
Si la température de fonctionnement est égale ou supérieure à la température ambiante, seule la résilience du joint à la température ambiante doit être maintenue ; si elle est inférieure à la température ambiante, la valeur de résilience spécifiée dans la norme ou le dessin à la température correspondante doit être assurée.
Bien entendu, la performance du joint soudé n'est pas seulement liée aux matériaux de soudage, mais aussi aux caractéristiques spécifiques de l'assemblage. processus de soudage.
Par conséquent, la sélection des matériaux de soudage pour l'articulation est une question complexe.
(2) Prendre en compte les exigences et les impacts des processus de fabrication
Après avoir été soudés, les composants doivent souvent subir divers traitements. procédés de formage tels que le laminage, le pressage, le pliage et le calibrage.
Par conséquent, les joints soudés et les matériaux de base doivent avoir une certaine capacité de déformation, en particulier à froid, qui est mesurée par l'essai de flexion du joint. De nombreuses normes ont défini des exigences claires pour l'essai de flexion des joints soudés de différents matériaux.
Les "Steam Boiler Safety Technical Supervision Regulations" stipulent que le diamètre de l'arbre de flexion D=3a (a est l'épaisseur de l'échantillon) pendant l'essai de flexion, et que l'acier au carbone est qualifié pour un diamètre de D=3a. angle de flexion de 180°, tandis que l'acier faiblement allié est qualifié pour 100°.
La norme GB150-99 Steel Pressure Vessels et la section IX de l'ASME stipulent que lorsqu'un matériau est soumis à un essai de flexion, le diamètre de l'arbre de flexion D=4a et l'angle de flexion de 180° sont qualifiés.
Par conséquent, lors de la sélection des matériaux de soudage, la performance de flexion du métal soudé doit répondre aux exigences des normes susmentionnées.
En outre, la sélection des matériaux de soudage doit également tenir compte des effets des processus de traitement thermique après soudage (tels que le recuit après soudage, la normalisation), trempe et revenu) sur les propriétés du métal soudé.
Il convient de noter qu'après la soudure, les recuit Le traitement thermique, en particulier la normalisation après soudage, peut entraîner des modifications importantes des propriétés du métal soudé. Lorsque le composant à souder est relativement mince, un traitement thermique de détente après le soudage n'est pas nécessaire.
Tant que la performance du métal soudé à l'état soudé répond aux exigences pertinentes. Pour les composants soudés à paroi épaisse, conformément aux normes de fabrication applicables, un recuit de détente doit être effectué après le soudage si l'épaisseur de la paroi dépasse une certaine limite.
Des températures de chauffage et des temps de maintien différents pendant le traitement thermique entraîneront des changements différents dans les propriétés du métal soudé.
En ingénierie, le paramètre de Larson-Miller, également connu sous le nom de paramètre de revenu, est utilisé pour discuter des propriétés des joints affectées par la température de chauffage et le temps de maintien du recuit de détensionnement. La formule du paramètre de revenu est la suivante
[P]=T(20+logt)×10-3
Où T est la température absolue en Kelvin, et t le temps en heures.
Paramètres de trempe〔P〕=T（20+Logt）×10-3
En général, lorsque la valeur [P] augmente, la résistance à la traction et la limite d'élasticité du métal soudé diminuent, l'allongement augmente et la résistance aux chocs fluctue.
Les figures 1 et 2 montrent la relation entre les paramètres de trempe du métal déposé et les propriétés mécaniques des baguettes de soudure CMA96 et CMA106, respectivement.
Par conséquent, lors du choix du traitement thermique après soudage pour les matériaux de soudage, il est nécessaire de vérifier si les propriétés mécaniques du métal déposé à la valeur [P] correspondante sont conformes aux normes en vigueur.
Il convient de noter que lorsque le joint soudé doit subir un estampage à chaud, un calibrage à chaud, un laminage à chaud ou d'autres processus de formage à chaud après le soudage, si la température de chauffage atteint une température supérieure à la température AC3 du matériau et est maintenue pendant un certain temps avant d'être refroidie à l'air libre, la vitesse de refroidissement au cours du processus de soudage peut être réduite. processus de normalisation est beaucoup plus lente que pendant le processus de soudage.
Le processus normalisé permet au métal soudé de rester plus longtemps à 800-500℃ que pendant le processus de soudage.
Permettre à l'acier d'être chauffé au-dessus de AC3 pendant le processus de normalisation entraînera une austénitisation complète, suivie d'une recristallisation pendant le refroidissement, ce qui détruit la structure initialement refroidie à l'excès du métal soudé et réduit considérablement la résistance à l'usure du métal. résistance des soudures.
La réduction la plus importante peut dépasser 100 MPa. Par conséquent, pour les joints soudés qui doivent subir des processus de formage à chaud, le matériau de soudage sélectionné doit avoir un niveau de résistance supérieur de 50 à 100 MPa à celui du matériau soudé à l'état brut ou avec un traitement de détensionnement.
Par exemple, pour le 19Mn6, le fil de soudage à l'arc submergé à l'état soudé est H08MnMO, tandis que pour les conditions normalisées et trempées, H08Mn2Mo doit être utilisé à la place.
Pour la SA675, un matériau de tige de levage pour tambour de vapeur de 300 000 kW avec une résistance minimale à la traction de 485 MPa, la baguette de soudage J507 est normalement utilisée pour le soudage manuel à l'arc.
Cependant, dans le cas de joints soudés sur des profilés cintrés qui subissent un cintrage à chaud et un traitement de normalisation, la norme J607 est recommandée sur la base des résultats expérimentaux.
Lors de la sélection des matériaux de soudage pour les joints soudés soumis à des traitements de normalisation et de revenu, il faut non seulement considérer que la résistance augmente de 50 à 100 MPa par rapport aux conditions habituelles, mais aussi que la composition chimique du métal soudé est équivalente à celle du matériau de base. En effet, la composition et la teneur de l'alliage déterminent la température AC3 du matériau.
Si la composition chimique du métal soudé et du matériau de base est très différente, la température AC3 sera également très différente. Lorsque le matériau de base et le métal soudé sont normalisés ensemble, il est impossible de déterminer la température de normalisation appropriée.
En outre, si le joint soudé doit subir un traitement de trempe et de revenu, l'impact de ce traitement sur les performances du joint doit également être pris en compte. La résistance du matériau de soudage pour les joints trempés et revenus peut être inférieure à celle des joints normalisés et revenus.
Par exemple, pour le BHW35, le H10Mn2NiMo est utilisé après le soudage à l'arc électrique et la normalisation, tandis que pour le traitement de trempe et de revenu, le H10Mn2Mo peut être utilisé à la place.
Considérez le soudabilité des matériaux et les caractéristiques métallurgiques des méthodes de soudage. La soudabilité varie d'un matériau à l'autre et les exigences relatives à la teneur en certains éléments clés sont différentes. Lors de la sélection des matériaux de soudage, il convient de tenir compte de la soudabilité du matériau.
Par exemple, le métal soudé de l'acier résistant à la chaleur 2,25Cr-1Mo peut subir ce que l'on appelle un phénomène de fragilisation par revenu lors du maintien ou du refroidissement lent dans la plage de température de 332-432℃, ce qui entraîne une augmentation significative de la température de transition fragile du métal soudé.
Des études ont montré que la sensibilité à la fragilisation du tempérament de cette type de soudure La fragilisation à basse température du métal soudé est causée par les impuretés P, As, Sb et Sn qui dévient aux joints de grains. On pense généralement que la fragilisation à basse température du métal soudé est liée à la teneur en P et en Si. Les teneurs en P et en Si du métal soudé doivent être réduites à P≤0,015% et Si ≤0,15%.
Par conséquent, pour le soudage à l'arc submergé de l'acier résistant à la chaleur Cr-Mo, HJ350 flux de soudage avec un manganèse moyen et un silicium moyen doit être choisi au lieu de HJ431 associé à un fil H08Cr3MnMoA. La sensibilité à la fragilisation par revenu du métal soudé dépend de la série d'alliages du métal soudé. De même, les métaux soudés des séries C-Mo, Mn-Mo et Mn-Ni-Mo présentent également des problèmes de fragilisation par revenu.
Les matériaux de soudage avec le flux de soudage HJ350 correspondant doivent être utilisés pour le fil de soudage à l'arc submergé de la série susmentionnée afin de réduire la teneur en Si dans le métal soudé. Par exemple, le fil de soudage à l'arc submergé H08Mn2Mo doit être associé au flux de soudage HJ350 pour le soudage du BHW35. Si une plus grande résistance aux chocs du métal soudé est requise, le flux de soudage doit également être un flux HJ250 ou un flux mixte HJ250+HJ350.
Cependant, pour les fils de soudage à faible teneur en silicium tels que H08MnA et H10Mn2, il n'y a pas de phénomène de fragilisation du métal soudé. Ces deux types de fils de soudure doivent être utilisés avec le flux de soudure à haute teneur en silicium et en manganèse HJ431 lors du soudage de l'acier 20# ou 16Mn.
En utilisant un flux de soudage à haute teneur en manganèse et en silicium, le bain de soudure sera siliconé, et une certaine quantité de silicium dans le métal soudé est bénéfique au processus de désoxydation du métal soudé, empêchant l'apparition de pores. Lors de la sélection des matériaux de soudage, les caractéristiques métallurgiques des différentes méthodes de soudage doivent également être prises en compte.
Par exemple, pour le soudage à l'arc avec du CO2 ou du CO2+Ar en tant que gaz de protectionIl n'y a pas de réaction métallurgique entre le flux ou le fil de soudage et le métal pendant le processus de soudage. Cependant, il peut y avoir une réaction entre le CO2 et le métal. éléments métalliques pour former l'oxyde de fer FeO.
Par conséquent, le fil de soudure doit contenir des quantités appropriées de silicium et de manganèse pour réduire la réaction de réduction et assurer la formation d'une structure de soudure dense. Dans les soudures au tungstène inerte soudage au gazIl n'y a pas de réaction d'oxydo-réduction et le fil d'apport et le matériau de base sont en fait refondus.
Par conséquent, le soudage à l'arc sous argon doit être entièrement désoxydé et les matériaux en acier bouillant ne doivent pas être utilisés. Dans le cas contraire, des pores apparaîtront dans la soudure. Calme matériau en acier doit être utilisé à la place, et il n'est pas nécessaire d'avoir une certaine teneur en Si et en Mn dans le fil de soudure
Par exemple, lorsque l'on utilise de l'acier résistant à la chaleur 15CrMo pour le soudage à l'arc sous argon, il convient de choisir un fil de soudage H08CrMo, tandis que pour l'électrode de fusion, il convient de choisir un fil de soudage H08CrMo. soudage sous protection gazeuseIl convient de choisir un fil de soudure H08CrMnSiMo.
Le principe de la même résistance des matériaux de soudage et des matériaux de base ne s'applique pas entièrement à l'acier inoxydable austénitique. Lorsqu'il est utilisé dans des environnements corrosifs sans exigences spécifiques en matière de résistance, la principale préoccupation concerne les propriétés anticorrosion du joint soudé.
En cas d'utilisation dans des conditions de haute température et de haute pression pour des travaux de courte durée, une certaine résistance à haute température et à court terme est nécessaire, tandis que les travaux de longue durée requièrent une résistance durable et une limite de fluage suffisantes du métal soudé.
Par exemple, lorsque les tuyaux SA213-TP304H sont utilisés dans des conditions de haute pression et de haute température, les matériaux de soudage E308H doivent être sélectionnés.
Lors du soudage de l'acier inoxydable austénitique, la sélection des matériaux de soudage tient principalement compte du fait que la composition chimique du métal déposé doit être équivalente à celle du matériau de base.
Tant que la composition chimique du métal déposé du matériau de soudage est la même que celle du matériau de base, les performances du métal soudé peuvent être équivalentes à celles du matériau de base, y compris les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion, etc.
Une attention particulière doit être accordée aux exigences spéciales en matière de résistance à la corrosion dans les conditions du processus de fabrication ou des dessins.
Afin d'éviter les fissures intergranulaires pendant le soudage, il est préférable d'utiliser des matériaux de soudage en acier inoxydable à faible teneur en carbone (ultra-faible teneur en carbone) et contenant du Ti et du Nb.
Si la teneur en SO2 de l'enrobage ou du flux de la baguette de soudage est trop élevée, celle-ci ne convient pas au soudage des aciers austénitiques à forte teneur en nickel.
Pour éviter les fissures à chaud dans la soudure (fissures de solidification), la teneur en impuretés telles que P, S, Sb et Sn doit être contrôlée, et il est préférable d'éviter la formation d'une phase unique. austénite dans le métal de la soudure.
Bien que de nombreux matériaux suggèrent que la teneur en ferrite dans le métal de soudure en acier inoxydable austénitique est bénéfique pour réduire la tendance de la soudure à l'oxydation. fissuration du métalDepuis de nombreuses années, une grande quantité de métal de soudure en acier inoxydable austénitique pur a été utilisée et les joints se sont bien comportés.
Une teneur en ferrite adéquate est avantageuse pour la résistance à la corrosion dans certains milieux, mais néfaste pour l'impact du métal soudé dans des conditions de basse température.
En tenant compte de l'ensemble des facteurs, il est généralement souhaitable que la teneur en ferrite de l'acier inoxydable austénitique soit comprise entre 4% et 12%, car une teneur en ferrite de 5% permet d'obtenir une résistance satisfaisante à la corrosion intergranulaire.
La teneur en ferrite de la soudure peut être estimée en utilisant la composition chimique du métal de la soudure, convertie en équivalent Cr et Ni, à l'aide d'un diagramme de microstructure.
Les cartes les plus couramment utilisées sont WRC-1988, Esptein et DeLong.
Le tableau WRC-1988 convient aux aciers inoxydables de la série 300 et aux aciers inoxydables duplex, mais ne s'applique pas aux matériaux ayant N>0,2% et Mn>10%. Le diagramme d'Epstein convient aux aciers inoxydables austénitiques renforcés à l'azote de la série 200 avec Mn<1,5% et N<0,25%.
Lors de la sélection d'un produit austénitique soudage de l'acier inoxydable En ce qui concerne les matériaux de construction, il convient de prêter attention à l'influence des méthodes de soudage sur la composition chimique du métal déposé. Le soudage au gaz inerte de tungstène a le moins d'effet sur la modification de la composition chimique du métal soudé, et les autres modifications, à l'exception de C et N, sont faibles dans le métal soudé non dilué.
En particulier, la perte de C est la plus importante. Par exemple, lorsque la teneur en C de l'électrode est de 0,06%, la teneur dans le métal déposé non dilué du soudage à l'arc à l'argon est de 0,04%, et la teneur en N dans le métal soudé augmente d'environ 0,02%.
La teneur en Mn, Si, Cr, Ni et Mo du métal déposé peut subir de légères modifications au cours du soudage à l'arc sous protection gazeuse avec électrode de fusion, tandis que la perte de C ne représente qu'un quart de celle du soudage à l'arc sous argon et que l'augmentation de la teneur en N est beaucoup plus importante. L'augmentation varie en fonction des différents procédés de soudage, jusqu'à un maximum de 0,15%.
Lors du soudage manuel à l'arc et du soudage automatique à l'arc submergé, les éléments d'alliage du métal soudé sont affectés conjointement par l'enrobage, le flux, le fil de soudage et l'électrode.
En particulier pour les matériaux de soudage avec transition d'éléments d'alliage à travers l'enrobage ou le flux, il est impossible d'estimer la composition chimique du métal soudé à partir de la composition chimique du fil ou de l'électrode de soudage.
Bien entendu, la teneur en ferrite de la soudure peut être estimée à partir de la teneur en alliage du métal soudé, mais cette valeur estimée présente un certain écart par rapport à la valeur réelle, car la vitesse de refroidissement pendant le processus de soudage affecte également la teneur en ferrite.
Il est généralement admis que si la teneur en éléments d'alliage dans le métal soudé est exactement la même, la teneur en ferrite diffère en fonction de la méthode de soudage.
La teneur en ferrite est la plus élevée lors du rechargement de la bande et la plus faible lors du soudage à l'arc sous argon. Même avec le même revêtement de bande, on a constaté que la teneur en ferrite au début et à la fin de la soudure était inférieure d'environ 2-3% à celle du segment central.
Avec la normalisation des matériaux en acier inoxydable et des matériaux de soudage, la sélection des matériaux de soudage en acier inoxydable austénitique est devenue simple. Les qualités de matériaux de soudage correspondantes peuvent être sélectionnées sur la base des caractéristiques de l'acier inoxydable austénitique. Classes de matériaux en acier inoxydableLes électrodes peuvent être sélectionnées en fonction de la qualité de l'acier, par exemple en choisissant des électrodes E316 pour l'acier inoxydable SA240-316.
Pour acier inoxydable martensitiqueIl est donc préférable d'utiliser des matériaux de soudage identiques au matériau de base. Par exemple, l'acier 1Cr13 doit être soudé avec des matériaux de la série E410, et le numéro de l'électrode de soudage pour le soudage manuel à l'arc est G217.
Cependant, la structure du métal soudé des matériaux de soudage ordinaires correspondant à 1Cr13 présente une martensite et une ferrite grossières, qui sont dures et cassantes et sujettes à la fissuration. En outre, la soudure doit être préchauffée à 250-350℃.
Pour améliorer les performances, la teneur en S et P des matériaux de soudage doit être limitée, la teneur en Si doit être contrôlée (≤0,30%) et la teneur en C doit être réduite. Une petite quantité de Ti, Al et Ni peut être ajoutée pour affiner le grain et réduire la trempabilité.
Certaines données montrent que l'ajout de Nb (jusqu'à environ 0,8%) aux matériaux de soudage permet d'obtenir une structure de ferrite monophasée. Dans le fil de soudure au CO2, les éléments Ti et Mn doivent être ajoutés pour atteindre l'objectif de désoxydation.
L'acier inoxydable martensitique peut également utiliser des matériaux de soudage en acier inoxydable austénitique. À ce stade, l'influence de la dilution du métal de base sur la composition du métal soudé doit être prise en compte. Grâce à une teneur appropriée en Cr et Ni, la formation de structure de la martensite dans le métal soudé peut être évitée. Par exemple, les matériaux de soudage A312 (E309Mo) peuvent être utilisés pour souder l'acier martensitique 1Cr13.
Pour acier inoxydable ferritiqueIl est généralement soudé avec des matériaux de soudage identiques à ceux du matériau de base. Cependant, la structure de la ferrite de la soudure est grossière et présente une faible ténacité. La microstructure de la ferrite trempée peut être améliorée en augmentant la teneur en Nb des matériaux de soudage.
Parallèlement, le traitement thermique peut être utilisé pour améliorer la ténacité du métal soudé. Pour les aciers inoxydables ferritiques qui ne peuvent pas être traités thermiquement après le soudage, des matériaux de soudage austénitiques purs peuvent également être utilisés pour obtenir des joints soudés avec des propriétés complètes.
Le soudage entre l'acier à faible teneur en carbone et l'acier faiblement allié, qui appartiennent tous deux à l'acier ferritique ordinaire, ainsi que le soudage entre différents aciers faiblement alliés, font partie du soudage d'acier différent à partir d'un même matériau.
Pour le soudage de ces aciers, les matériaux de soudage sont choisis en fonction de la qualité inférieure du matériau, c'est-à-dire du niveau de résistance inférieur ou de la teneur en éléments d'alliage inférieure, afin de garantir que les propriétés métallurgiques de la soudure répondent aux exigences des matériaux de qualité inférieure.
Le choix d'un matériau de qualité inférieure permet également d'obtenir de meilleures performances de soudage à un prix relativement moins élevé, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication.
Par exemple, lors du soudage d'acier 20#, d'acier au carbone SA106, d'acier 16Mn, 19Mn6, 15MnMoV, BHW35 et d'autres aciers faiblement alliés, les matériaux de soudage utilisés sont tout à fait identiques à ceux utilisés pour les aciers à faible teneur en carbone et les aciers à faible teneur en carbone. soudage de l'acier à faible teneur en carbone même.
Les matériaux de soudage correspondants pour le soudage manuel à l'arc, le soudage à l'arc submergé et le soudage sous protection gazeuse sont respectivement J507, H08MnA+HJ431 et H08Mn2Si.
Soudage d'acier faiblement allié et d'acier moyennement allié résistant à la chaleur
En raison de la discontinuité de la composition chimique du cordon de soudure Dans un même matériau et dans un acier différent, il y aura une discontinuité correspondante dans les performances. Si cette discontinuité affecte de manière significative les performances d'utilisation, les matériaux de soudage ne peuvent pas être sélectionnés sur la base de principes de qualité inférieure.
Par exemple, lors du soudage des matériaux SA213-T91 et SA213-T22, le choix de matériaux de soudage 2,25Cr-1Mo pour le soudage selon le principe habituel de la qualité inférieure entraînerait un enrichissement important en carbone et une augmentation de la teneur en carbone. décarburation près du métal de base T91 de la ligne de fusion du côté T91.
En effet, le T91 contient environ 9% de chrome, tandis que le fil de soudure 2.25Cr-1Mo contient environ 2.25% de carbone.
Après le traitement de recuit post-soudure, la teneur en chrome dans la zone affectée thermiquement du côté T91 est beaucoup plus élevée que celle du côté du cordon de soudure, ce qui entraîne la migration d'une grande quantité de carbone vers le métal de base et la formation de couches d'enrichissement en carbone, qui augmentent la dureté et provoquent une microstructure encore plus dure.
Inversement, le côté du cordon de soudure souffre d'une décarburation sévère, avec une dureté plus faible et une microstructure plus molle, ce qui entraîne une dégradation des performances du joint.
Si le matériau de soudage 9Cr-1Mo est choisi, la soudure du côté T22 subira un enrichissement en carbone et une décarburation du matériau de base. Il convient de noter que lorsque des composants présentant de telles discontinuités de composition chimique fonctionnent à des températures élevées, la migration du carbone se poursuit pendant une longue période, détériorant gravement les performances du joint et provoquant des défaillances opérationnelles.
Des études ont montré que pour éviter ou réduire les phénomènes susmentionnés, des matériaux de soudage avec des compositions chimiques intermédiaires de 5Cr-1Mo peuvent être utilisés pour le soudage, ou des éléments stabilisateurs de carbure tels que Nb et V peuvent être ajoutés aux matériaux de soudage pour solidifier l'élément carbone et réduire l'apparition d'une déviation du carbone.
Lors d'expériences préliminaires menées par une entreprise nationale, l'utilisation de matériaux de soudage T91 contenant du Nb et du V, tels que CM-9cb, TGS-9cb et MGS-9cb, pour le soudage de l'acier différent susmentionné a donné de bons résultats.
Lors du soudage de joints d'acier dissemblables en acier au carbone, en acier faiblement allié et en acier inoxydable austénitique, la sélection des matériaux de soudage doit être basée sur la température de travail et les conditions de contrainte du joint.
Pour les joints d'acier dissemblables qui supportent la pression et fonctionnent à des températures inférieures à 315°C, il est possible d'utiliser des matériaux de soudage à forte teneur en alliages de Cr et de Ni dans l'acier inoxydable austénitique. En fonction de la composition chimique de l'acier au carbone (acier allié) et de l'acier austénitique, ainsi que de la taille du rapport de fusion, des matériaux de soudage appropriés en acier inoxydable austénitique avec des teneurs appropriées en Cr et Ni sont sélectionnés selon un certain diagramme de structure équivalent nickel et équivalent chrome afin d'éviter la formation de martensite en grandes quantités dans la soudure.
Bien entendu, près de la ligne de fusion de l'acier au carbone ou de l'acier faiblement allié, de petites zones martensitiques peuvent apparaître. En réduisant la la teneur en carbone des le matériau de soudage, la structure martensitique peut devenir une martensite à faible teneur en carbone avec une meilleure plasticité, ce qui peut garantir une bonne performance de l'assemblage.
Pour les joints en acier dissemblable qui supportent la pression et fonctionnent à des températures supérieures à 315°C, il convient d'utiliser des matériaux de soudage à base de nickel. Par exemple, ECrNiFe-2, ERCrNiFe-3, etc. La raison principale est que l'utilisation de matériaux de soudage en acier inoxydable austénitique ordinaire entraîne les problèmes suivants :
a) En raison de la différence significative du coefficient de dilatation thermique entre la ferrite et la austéniteLe fonctionnement à haute température peut entraîner des dommages dus à la contrainte thermique et à la fatigue thermique.
b) En raison de la grande différence de teneur en éléments d'alliage, une décarburation importante et des couches d'enrichissement en carbone peuvent se produire dans le joint soudé à haute température, ce qui entraîne une détérioration des performances à haute température.
c) En raison de la structure de la zone de martensite près de la ligne de fusion, la microstructure locale de la soudure devient trempée et durcie.
L'utilisation de matériaux de soudage à base de nickel permet d'éviter les phénomènes susmentionnés. La raison en est la suivante :
a) Le coefficient de dilatation thermique des matériaux à base de nickel se situe entre celui de la ferrite et celui de l'austénite.
b) Les matériaux à base de nickel ne provoquent pas de décarburation ni d'enrichissement en carbone dans le joint soudé.
c) Les matériaux à base de nickel ne produisent pas de structure martensitique pendant le soudage.
Cela améliore considérablement les performances à haute température du joint.
Toutefois, pour les joints soudés sans pression fonctionnant à des températures élevées, bien que l'utilisation d'électrodes à base de nickel puisse répondre aux exigences de performance, le coût de fabrication est élevé et il n'est pas nécessaire de les utiliser.
D'autres matériaux de soudage moins coûteux peuvent également permettre d'atteindre le même objectif. Grâce à un grand nombre d'études expérimentales, les pays étrangers ont constaté que, pour les matériaux non porteurs de pression, les matériaux de soudage peuvent être utilisés de façon optimale. soudures d'angle dans la fabrication des chaudières, lorsque le tuyau est en acier au carbone ou en acier faiblement allié et que l'accessoire est en acier inoxydable austénitique, les matériaux de soudage doivent être sélectionnés selon des principes de qualité inférieure.
Par exemple, lors du soudage de tuyaux SA210C et d'attaches SA240-304, AWS E7018-A1 (GB E5018-A1) peut être utilisé pour le soudage à l'arc manuel, et MGS-M ou TGS-M (matériaux de soudage KOBE) peut être utilisé pour le soudage sous protection gazeuse au lieu d'utiliser des matériaux de soudage en acier inoxydable austénitique.
La raison principale est que l'utilisation d'un matériau de soudage en acier inoxydable austénitique produit une zone de martensite près de la ligne de fusion du côté du tuyau, et si des fissures se produisent du côté du tuyau pendant le fonctionnement, cela entraînera une fuite du tuyau. Toutefois, l'utilisation de matériaux de soudage ordinaires de qualité inférieure produira des zones de martensite près de la ligne de fusion du côté de l'attachement. Même si des fissures apparaissent, elles n'endommageront pas le tuyau du côté de la fixation.
Inversement, lorsque le tuyau est en acier inoxydable austénitique et que l'accessoire est en acier à faible teneur en carbone ou en acier faiblement allié, il convient d'utiliser un matériau de soudage E309Mo(L) pour que la zone de martensite apparaisse près de la ligne de fusion du côté de l'accessoire.
Ces principes ont été appliqués dans la production de tuyaux de surface chauffants de 300 000 kW et 600 000 kW et ont été officiellement appliqués dans la production de tuyaux de surface chauffants de 200 000 kW.
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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