Pourquoi le soudage de l'acier martensitique est-il un tel défi ? Cet article se penche sur les complexités du soudage de ce matériau à haute résistance, en soulignant sa tendance à durcir et à se fissurer. Vous découvrirez les techniques spécifiques et les précautions nécessaires pour garantir la réussite des soudures, du préchauffage aux traitements post-soudure. En comprenant ces méthodes, vous pourrez réaliser des soudures durables et fiables sur l'acier martensitique.
La microstructure de l'acier martensitique (MS) est principalement martensitique. Il présente une résistance élevée à la traction, la résistance maximale atteignant 1600 MPa. Pour améliorer sa plasticité, l'acier doit être trempé, ce qui lui permet de conserver une formabilité suffisante malgré sa résistance élevée.
Actuellement, Acier martensitique possède le niveau de résistance le plus élevé parmi les tôles d'acier à haute résistance disponibles sur le marché.
Acier martensitique se divise en deux catégories :
L'acier martensitique est connu pour sa forte tendance à la trempe, qui peut être obtenue par refroidissement à l'air de l'acier à haute température. austénite pour former une structure de martensite. Cependant, le 1Cr13 à faible teneur en carbone forme une structure semi-martensitique avec de la martensite et de la ferrite après la trempe.
Le premier type d'acier martensitique est principalement utilisé dans des conditions générales de résistance à la corrosion, comme dans les atmosphères, l'eau de mer et l'acide nitrique, ainsi que pour les composants qui nécessitent un certain niveau de résistance. Le second type est principalement utilisé pour les aciers résistants à la chaleur.
Les aciers martensitiques ont une forte tendance à durcir. Lorsqu'ils sont refroidis à l'air, les aciers à haute dureté martensite peuvent être produites. Toutefois, cela conduit également à la pire des situations. soudabilité parmi tous les aciers inoxydables et les aciers hautement alliés résistants à la chaleur.
Les problèmes suivants sont fréquemment rencontrés lors du soudage :
Il s'agit d'un problème bien connu avec l'acier martensitique.
D'une part, cela est dû à sa haute trempabilité. D'autre part, elle est également due à la mauvaise conductivité thermique de la martensite, qui peut conduire à d'importantes pertes d'énergie. stress interne pendant le soudage.
En particulier, les aciers martensitiques à forte teneur en carbone et les structures de soudage rigides sont susceptibles de développer des problèmes de soudage. fissures froides.
Pour y remédier, des mesures telles que le préchauffage et le traitement thermique après soudage sont souvent nécessaires.
(1) Fragilisation par surchauffe près du joint
Les aciers martensitiques sont souvent situés à la limite de la martensite et de la ferrite en raison de leurs caractéristiques de composition.
Lorsque la vitesse de refroidissement est élevée, de gros grains de martensite peuvent se former à proximité du joint, ce qui réduit sa plasticité.
Si la vitesse de refroidissement est faible, une structure grossière de ferrite et de carbures massifs se forme, ce qui réduit considérablement la forme du joint.
Il est donc essentiel de contrôler la vitesse de refroidissement pendant le soudage.
(2) Fragilisation de l'état de surface
Aciers martensitiques et leurs joints soudés peuvent être sensibles à la fragilisation par revenu, qui peut réduire de manière significative leur ténacité à la rupture, lorsqu'ils sont chauffés et lentement refroidis dans la plage de température de 375 à 575°C.
Il est donc essentiel d'éviter cette plage de températures pendant le traitement thermique afin de prévenir la fragilisation par le revenu.
L'acier martensitique peut être soudé à l'aide de tous les procédés de fusion. méthodes de soudage sauf pour le soudage au gaz, y compris le soudage à l'arc sous protection métallique, le soudage à l'arc submergé, le soudage à l'arc sous argon tungstène et le soudage à l'arc sous argon métallique, entre autres.
Toutefois, en raison de sa grande sensibilité à la fissuration à froid, il est important de nettoyer soigneusement l'élément soudé et de sécher la pièce. baguette de soudure avant le soudage afin de garantir des conditions de faible, voire d'ultra faible teneur en hydrogène.
Lorsque le degré de contrainte du joint est élevé, il est recommandé d'utiliser le soudage à l'arc sous argon tungstène ou le soudage à l'arc sous argon. arc métallique la soudure.
Pour minimiser le risque de fissures dues au froid, il est important d'augmenter la durée de vie de l'appareil. chaleur de soudage Les soudures doivent être introduites de manière appropriée, en évitant la surchauffe et la fragilisation à proximité de la soudure.
Le choix des matériaux de soudage doit être basée sur la qualité de l'acier, la méthode de soudage et les conditions de travail du joint.
Pour s'assurer que le joint fonctionne comme prévu, il est important de choisir des matériaux de soudage dont la composition chimique est proche de celle du métal de base. Cependant, cela peut entraîner le durcissement et la fragilisation de la soudure et de la zone affectée thermiquement.
Un traitement thermique est souvent nécessaire après le soudage pour éviter la fissuration à froid. Lorsque le traitement thermique n'est pas possible, les aciers austénitiques de type 25-20 et 25-13 sont utilisés. soudage de l'acier peuvent être utilisés pour former des soudures austénitiques, ce qui peut soulager les contraintes de soudage et réduire la tendance à la fissuration à froid due à l'augmentation de la teneur en hydrogène.
Les soudures austénitiques ont une bonne plasticité et une bonne ténacité, mais une faible résistance, ce qui les rend uniquement adaptées aux joints soumis à des conditions de charge statique avec une faible contrainte. En outre, la grande différence de propriétés thermophysiques entre la soudure et le métal de base peut entraîner une contrainte supplémentaire à l'interface du joint lors d'un travail à haute température, ce qui conduit à une défaillance précoce du joint.
Les électrodes à faible teneur en hydrogène sont généralement utilisées pour le soudage à l'arc avec des baguettes de soudage et doivent être séchées à 400-450°C pendant deux heures avant le soudage. Pour le soudage à l'arc submergé, il convient d'utiliser un flux à faible teneur en silicium et à forte teneur alcaline ou faiblement acide, tel que HJ172, HJ173 ou HJ251. Soudage TIG est principalement utilisé pour le soudage de support et le soudage de pièces minces dans le cadre du soudage multicouche.
Le préchauffage et le maintien de la température d'interpasse est une étape cruciale pour éviter les fissures froides pendant le soudage.
La température de préchauffage doit être déterminée en fonction de la teneur en carbone de l'acier, puis en tenant compte du degré de contrainte du joint, de l'agent d'apport et de l'épaisseur de l'acier. composition métalliqueet la méthode de soudage. Le tableau 1 indique les températures de préchauffage, les apports de chaleur, etc. recommandés en fonction de la classification de la teneur en carbone.
Si l'articulation présente un degré de contrainte élevé, il est nécessaire d'augmenter le nombre d'heures de travail. température de préchauffage et la température d'interpass en conséquence. La température d'interpass ne doit pas être inférieure à la température de préchauffage.
Pour le soudage avec des matériaux austénitiques soudage de l'acier le préchauffage ou le préchauffage à basse température peut ne pas être nécessaire, en fonction de l'épaisseur de l'élément soudé.
Tableau 1 Température de préchauffage et apport de chaleur recommandés pour les produits martensitiques Soudage de l'acier
| Fraction de masse du carbone (%) | Plage de température de préchauffage/℃ | Chaleur de soudage entrée | Exigences en matière de traitement thermique après soudage |
| Inférieur à 0,10 | 100-150 | Puissance calorifique moyenne | Par épaisseur de paroi |
| 0.10~0.20 | 150~250 | Apport de chaleur modéré | Un traitement thermique est nécessaire pour toutes les épaisseurs |
| 0.20-0.50 | 250~300 | Apport de chaleur élevé | Un traitement thermique est nécessaire pour toutes les épaisseurs |
Le traitement thermique après soudage est une autre mesure importante pour prévenir les fissures à froid pendant le soudage.
Lorsque des matériaux de soudage ayant une composition similaire à celle du métal de base sont utilisés, la post-soudure trempe traitement thermique est généralement nécessaire. En revanche, lors du soudage avec des matériaux en acier austénitique, le traitement thermique après soudage n'est généralement pas nécessaire.
Afin d'assurer la transformation complète des austénite Pour éviter que le métal ne se transforme en martensite après le soudage, il est important d'éviter le traitement de revenu immédiatement après le soudage. Le joint doit être refroidi à une température inférieure à celle de l'acier. Mme point et maintenue à cette température pendant une durée déterminée avant d'être soumise à un traitement de trempe à haute température. En effet, si le revenu est effectué immédiatement après le soudage, la température de l'acier est inférieure à celle de l'acier. austénite se transforme en perlite et des carbures précipitent le long du joint de grain de l'austénite, ce qui rend le joint très fragile.
Toutefois, pour éviter la fissuration à froid, le traitement de revenu à haute température ne doit pas être effectué après que le joint a été refroidi à la température ambiante. Généralement, le traitement de revenu est effectué lorsque le joint a refroidi à 100-150°C.
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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