Wondershare EdrawMind
Galerie de cartes mentales Carte mentale de génie mécanique et de soudage des structures en alliage
- 20
Carte mentale de génie mécanique et de soudage des structures en alliage
Il s'agit d'une carte mentale sur le soudage des structures en génie mécanique et en alliage, y compris la classification et les propriétés de l'acier de construction allié, le soudage de l'acier laminé à chaud, normalisé et de l'acier laminé contrôlé, etc.
Modifié à 2023-12-01 15:14:13
Carte mentale de génie mécanique et de soudage des structures en alliage
- Recommandé pour vous
- Contour
Soudage de structures en alliage
Classification et propriétés de l'acier de construction allié
Classification des aciers de construction alliés
Acier de résistance
État de trempe de la presse
acier non trempé et revenu
Acier laminé à chaud (limite d'élasticité 295 ~ 390MPa)
acier normalisé
acier à laminage contrôlé
Acier trempé et revenu (QT)
Selon la classe de limite d'élasticité et l'état de traitement thermique de l'acier
Acier laminé à chaud et laminé contrôlé, normalisé et laminé contrôlé
Il est largement utilisé dans certaines structures sollicitées fonctionnant à température ambiante, telles que les appareils sous pression, les équipements électriques, les engins de construction, les ponts, les structures de bâtiments et les pipelines, etc.
Acier trempé et revenu à faible teneur en carbone
La teneur en carbone est faible (généralement la fraction massique de carbone est inférieure à 0,22 %), ce qui présente une résistance élevée, une bonne plasticité et une bonne ténacité. Il peut être soudé directement à l'état trempé et revenu, et n'a pas besoin d'être trempé et revenu. après soudage.
Utilisé dans les grandes machines d'ingénierie, les appareils sous pression et la construction navale, etc.
Acier trempé et revenu à teneur moyenne en carbone
Il a une teneur élevée en carbone (la fraction massique de carbone est de 0,25 % à 0,5 %) et est un acier renforcé traité thermiquement. La trempabilité est beaucoup plus élevée que celle de l'acier trempé et revenu à faible teneur en carbone. Il a une dureté et une résistance élevées, mais sa ténacité est relativement faible, ce qui pose de grandes difficultés au soudage.
Utilisé pour les produits ou composants ayant des exigences de résistance élevées, tels que les carters de moteurs de fusée, les trains d'atterrissage d'avions, etc.
Aciers spéciaux faiblement et moyennement alliés
Principalement utilisé pour les pièces mécaniques et les structures d'ingénierie travaillant dans certaines conditions
Acier perlitique résistant à la chaleur
Aciers faiblement et moyennement alliés à base de Cr et Mo, à mesure que la température de travail augmente Pour améliorer la résistance, du V, W, Nb, B et d'autres éléments d'alliage peuvent également être ajoutés pour avoir de meilleures propriétés de résistance à haute température et d'oxydation à haute température.
Principalement utilisé pour les équipements à haute température avec une température de fonctionnement de 500 à 600 ℃, tels que les équipements thermiques et chimiques, etc.
acier basse température
La plupart des aciers à basse température sont des aciers faiblement alliés contenant du Ni ou sans Mi, qui sont généralement utilisés à l'état normalisé ou trempé et revenu.
Principalement utilisé dans divers appareils à basse température (-40 ~ -196 ℃) et certaines structures techniques situées dans des zones très froides, telles que le pétrole liquéfié. Gaz, conteneurs de stockage de gaz naturel, etc. Comparé à l'acier faiblement allié ordinaire, l'acier à basse température doit garantir qu'il a suffisamment Ténacité élevée à basse température, aucune exigence particulière en matière de résistance
Acier faiblement allié résistant à la corrosion
En plus des propriétés mécaniques générales, il doit également répondre à des exigences particulières en matière de résistance à la corrosion.
Ce type d'acier est principalement utilisé pour divers équipements mécaniques et équipements travaillant dans des milieux pourris tels que l'atmosphère, l'eau de mer, l'industrie pétrochimique, etc. Construction soudée. En raison des différents supports, les types et compositions d'acier résistant à la corrosion sont également différents. L’acier résistant à la corrosion le plus utilisé est l’acier résistant à la corrosion atmosphérique et à l’eau de mer.
résumé
Propriétés de base de l'acier de construction allié
composition chimique
La composition chimique de l'acier à faible teneur en carbone est la suivante : Wc=0,10 % ~ 0,25 %, Wsi≤0,3 %, WMn = 0,5 % ~ 0,8 % Éléments ajoutés aux aciers faiblement alliés : Mn.Si.Cr, Ni, Mo, V, Nb, B.Cu
La fraction massique totale des éléments d'alliage dans les aciers faiblement et moyennement alliés utilisés pour les structures soudées ne dépasse généralement pas 10 %
L'influence globale de divers éléments sur la température du point critique inférieur A₁ (℃) de l'acier de construction allié peut être exprimée par la formule suivante, A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV
quand il se dissout Dans les aciers de construction alliés, l’azote est largement utilisé comme élément d’alliage. L'azote joue un rôle similaire à celui du carbone dans l'acier ; En fer, la zone Y sera élargie. L'azote peut former des nitrures stables avec d'autres éléments d'alliage dans l'acier. Répartition des particules dispersées, affinant ainsi les grains et améliorant la limite d'élasticité et la résistance à la rupture fragile de l'acier. L'impact de l'azote dépend de sa teneur La quantité dépend également du type et de la quantité d'autres éléments d'alliage présents dans l'acier.
De plus, certains éléments d'alliage sont ajoutés, tels que Mn, Cr, Ni, Mo, V, Nb, B, Cu, etc., principalement pour améliorer Trempabilité de l’acier et stabilité au revenu de la martensite. Ces éléments peuvent retarder la transformation de la perlite et de la bainite, entraînant une formation martensitique. La vitesse de refroidissement critique pour la transformation en vrac est réduite
Propriétés mécaniques
Plus la résistance de l'acier de construction allié est élevée, plus la différence entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction est petite. Le rapport entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction est appelé rapport d'élasticité.
La ténacité des entailles est un indicateur de la résistance d’un matériau à la rupture fragile.
L'énergie absorbée peut refléter le phénomène de transition de changements brusques de ténacité dans une certaine plage de température.
Microstructure
Selon les différentes caractéristiques structurelles de la zone affectée thermiquement, la zone affectée thermiquement par soudage de l'acier faiblement allié avec une tendance à la non-trempabilité est divisée en zone de fusion, zone à gros grains, zone à grains fins, zone de recristallisation incomplète et zone de revenu.
La microstructure dans la zone affectée thermiquement de l'acier faiblement allié est principalement constituée de martensite à faible teneur en carbone, de bainite, de composant M-A et de structure de type perlite, ce qui entraîne différentes duretés, propriétés de résistance, plasticité et ténacité.
Soudage d'aciers laminés à chaud, normalisés et d'aciers laminés contrôlés
Composition et propriétés de l'acier laminé à chaud, normalisé et contrôlé
acier laminé à chaud
L'acier faiblement allié ordinaire avec une limite d'élasticité de 295 à 390 MPa appartient à l'acier laminé à chaud. Ce type d'acier assure la résistance de l'acier grâce au renforcement par solution solide d'éléments d'alliage tels que Mn et Si sur la base de Wc ≤ 0,2 %. . , qui appartient aux aciers des séries C-Mn ou Mn-Si, V et Nb peuvent également être ajoutés pour obtenir un raffinement du grain et un renforcement des précipitations.
L'acier laminé à chaud est généralement de l'acier de ferrite et de perlite à grains fins tués par l'aluminium, qui est généralement utilisé à l'état laminé à chaud.
acier normalisé
La normalisation de l'acier est basée sur le renforcement d'une solution solide, en ajoutant des éléments formant des composés de carbone et d'azote (tels que V, Nb, Ti et Mo, etc.) pour renforcer et affiner les grains par précipitation, améliorant ainsi la résistance de l'acier et garantissant sa ténacité. .
L'acier utilisé à l'état normalisé est principalement de l'acier contenant du V, Nb, Ti, tel que Q390, Q345, etc. La principale caractéristique est que le rapport de limite d'élasticité est élevé.
Acier contenant du Mo utilisé dans des conditions de normalisation et de revenu, telles que 14 MnMoV, 18MnMoNb, etc.
Acier dans la direction Z résistant à la déchirure lamellaire, limite d'élasticité Rm≥343MPa
Acier à rouler contrôlé par microalliages
Les aciers qui ajoutent des éléments d'alliage traces avec une fraction massique d'environ 0,1 % qui ont un impact significatif ou particulier sur les propriétés structurelles de l'acier sont appelés aciers microalliés.
Il utilise des technologies telles que le microalliage (ajout de traces de Nb, V, Ti) et le laminage contrôlé pour obtenir une combinaison de raffinement des grains et de renforcement des précipitations.
L'acier à laminage contrôlé présente les avantages d'une résistance élevée, d'une ténacité élevée et d'une bonne soudabilité.
Le principal problème lors du soudage de l'acier pour pipelines à laminage contrôlé est que la taille des grains dans la zone surchauffée est grossière, ce qui réduit la résistance aux chocs. Les mesures d'amélioration consistent à ajouter des éléments de renforcement des précipitations (formant TiO₂, TiN) à l'acier pour empêcher le grain. croissance et d'optimiser le procédé et les spécifications de soudage.
Propriétés de soudage des aciers laminés à chaud, normalisés et contrôlés
Fissures à froid et facteurs d'influence
équivalent carbone
Tendance au durcissement (pour tout acier ayant une forte tendance au durcissement, la courbe de transition de refroidissement continu se déplacera vers la droite)
L'équivalent carbone de l'acier laminé à chaud avec une limite d'élasticité de 295 à 390 MPa est généralement inférieur à 0,4%, bonne soudabilité, sauf lorsque la tôle d'acier est très épaisse et que la température ambiante est très basse. De plus, un préchauffage et un contrôle strict de l’apport de chaleur du soudage ne sont généralement pas nécessaires.
L'acier normalisé avec une limite d'élasticité de 420 ~ 490 MPa, tel que le Q420, a tendance à durcir. À mesure que l’épaisseur de la plaque augmente, certaines mesures de préchauffage doivent être prises.
Le Ceq de 18MnMoNb est supérieur à 0,5 % et la sensibilité à la fissuration à froid est grande, ce qui est Pour éviter l'apparition de fissures à froid, des mesures de processus plus strictes doivent être prises, telles qu'une Contrôler l'apport de chaleur, le préchauffage, le traitement thermique après soudage, etc.
La réduction de la vitesse de refroidissement est bénéfique pour réduire la trempabilité de la zone affectée par la chaleur et la dureté maximale de la zone affectée par la chaleur, et peut réduire la tendance aux fissures à froid.
Il existe une relation directe entre la dureté maximale de la zone affectée thermiquement et la probabilité de fissures sous le cordon de soudure.
Fissuration thermique et soulagement des fissures de contrainte
Les fissures à chaud dans les soudures sont principalement liées à la teneur élevée ou à la ségrégation sévère de C, S, P et d'autres éléments dans l'acier laminé à chaud et normalisé.
Les fissures de réchauffage se produisent généralement dans la zone à gros grains de la zone affectée par la chaleur.
Structure et ténacité des soudures en acier non trempé et revenu
La ténacité est une propriété qui caractérise la facilité avec laquelle un métal génère et propage des fissures fragiles.
La ténacité de la soudure dépend de la proportion de structures de ferrite aciculaire (AF) et de ferrite proeutectoïde (PF)
Le taux d'élasticité des métaux fondus dominés par une structure de ferrite aciculaire est généralement supérieur à 0,8. Le rapport rendement/résistance des métaux fondus dominés par une structure de ferrite proeutectoïde est généralement inférieur à 0,8. Lorsqu'il y a de la bainite supérieure dans le métal fondu, le taux d'élasticité est inférieur à 0,7.
Fragilisation de la zone affectée par la chaleur
Fragilité de la zone à gros grains : La zone surchauffée de la zone affectée thermiquement chauffée au-dessus de 1 200 °C peut provoquer une fragilisation de la zone à gros grains et la ténacité sera considérablement réduite.
L’utilisation d’un faible apport de chaleur de soudage constitue une mesure efficace pour éviter la fragilisation dans des zones aussi chaudes.
Fragilisation par contrainte thermique : se produit dans la zone de fusion par soudage et dans la zone affectée thermiquement sous-critique où la température de chauffage maximale est inférieure à AC1.
Déchirure lamellaire (une forme particulière de fissure qui se produit principalement dans les structures en plaques épaisses qui nécessitent la pénétration de joints d'angle ou de joints en T)
L'apparition de la déchirure lamellaire n'est pas limitée par le type et le niveau de résistance de l'acier. Compte tenu de la force de liaison dans la direction z, la déchirure lamellaire est étroitement liée à la plaque. Cela est lié à l'épaisseur. Généralement, la déchirure lamellaire ne se produit pas lorsque l'épaisseur de la plaque est inférieure à 16 mm.
De la nature de l'acier, cela dépend principalement de la qualité du raffinage. Le sulfure de flocons et le silicate en couches présents dans l'acier ou un grand nombre de flocons sont concentrés dans. Les inclusions d'oxydes dans le même plan réduisent la plasticité dans la direction Z, conduisant à une déchirure lamellaire, parmi laquelle les sulfures lamellaires ont l'impact le plus grave.
La teneur en soufre et le retrait de la zone dans la direction Z sont les principaux indicateurs permettant d'évaluer la sensibilité à la déchirure lamellaire de l'acier.
Sélectionnez raisonnablement des matériaux en acier avec une faible sensibilité à la déchirure lamellaire et améliorez les formes de joints pour réduire les contraintes et les déformations dans la direction Z de la plaque d'acier. Dans le but de répondre aux exigences d'utilisation du produit, des matériaux de soudage ayant des niveaux de résistance inférieurs doivent être sélectionnés et des mesures auxiliaires telles que le préchauffage et la réduction de l'hydrogène doivent être adoptées. Aide à prévenir les déchirures lamellaires
Procédés de soudage des aciers laminés à chaud, normalisés et contrôlés
Rainurage, assemblage et pointage
Le traitement de rainurage peut être effectué par un traitement mécanique, qui a une précision de traitement élevée, ou par un oxycoupage ou un gougeage à l'arc au carbone.
L'espace d'assemblage des pièces soudées ne doit pas être trop grand et un assemblage solide doit être évité autant que possible pour réduire les contraintes de soudage.
Sélection de matériaux de soudage
1. Il ne devrait y avoir aucun défaut de soudure tel que des fissures. 2. Peut répondre aux exigences de performance.
Sélectionnez la qualité correspondante des matériaux de soudage qui correspondent aux propriétés mécaniques du métal de base
Tenez également compte des effets du taux de fusion et de la vitesse de refroidissement.
Considérer l'effet du traitement thermique après soudage sur les propriétés mécaniques de la soudure
Détermination des paramètres de soudage
Apport de chaleur de soudage (en fonction de l'apparition éventuelle de fissures à froid et de fragilisation de la zone affectée par la chaleur au niveau du joint)
Le soudage à l'arc à la baguette de soudage convient au soudage de cordons de diverses formes irrégulières et de diverses positions de soudage.
Les méthodes de soudage automatique, de laminage à chaud et de normalisation de l'acier couramment utilisées sont le soudage à l'arc submergé, le soudage sous laitier électrique, le soudage sous protection gazeuse au dioxyde de carbone, etc.
Soudage à l'arc sous argon, utilisé pour le soudage du fond de certaines soudures multicouches importantes en acier faiblement allié, le soudage du fond des pipelines ou le soudage des plaques de tuyaux afin de garantir la qualité du soudage à la racine de la soudure.
Traitement thermique de préchauffage et post-soudage (le but est principalement d'éviter les fissures, mais aussi d'améliorer dans une certaine mesure la structure et les performances)
Le préchauffage et la température de préchauffage sont liés à des facteurs tels que la trempabilité, l'épaisseur de la tôle, la retenue et la teneur en hydrogène de l'acier.
Traitement thermique post-soudage
Ne dépassez pas la température de trempe d'origine du matériau de base pour éviter d'affecter les performances du matériau de base lui-même.
Pour les matériaux présentant une fragilité après revenu, évitez la plage de températures dans laquelle la fragilité après revenu se produit.
Propriétés mécaniques des joints soudés
Soudage de l’acier perlitique résistant à la chaleur
L'acier perlite résistant à la chaleur est principalement composé d'acier allié multi-composants à base de Cr-Mo et de Gr-Mo, avec des éléments d'alliage Cr, Mo, V et parfois une petite quantité de W, Ti, Nb, B, etc. La fraction massique totale des éléments d'alliage est inférieure à 10 %
Composition et propriétés de l'acier perlitique résistant à la chaleur
La fraction massique de Cr dans l'acier perlitique résistant à la chaleur est généralement de 0,5 % à 9 %, et la fraction massique de M0 est généralement de 0,5 % ou 1 %. À mesure que la teneur en Cr et Mo augmente, la résistance à l'oxydation, la résistance à haute température et la résistance à la corrosion des sulfures de l'acier augmentent également.
Renforcement de la matrice par solution solide : ajout d'éléments d'alliage pour renforcer la matrice de ferrite. Des éléments couramment utilisés tels que Cr, Mo, W et Nb peuvent être utilisés. Pour améliorer la résistance thermique. Parmi eux, l'effet renforçant la solution solide de Mo et W est le plus significatif ; l'effet renforçant du Cr est déjà très significatif lorsque WCr = 1 %. Évidemment, l’effet de renforcement résultant de l’augmentation continue de la teneur en Cr n’est pas significatif, mais la résistance durable peut être améliorée.
Deuxième phase de renforcement par précipitation Dans l'acier résistant à la chaleur avec de la ferrite comme matrice, la phase de renforcement est principalement du carbure d'alliage (V4C3 Ou VC, NbC, TiC, etc.). L'effet de renforcement des précipitations peut être maintenu jusqu'à 0,7TM (TM est le point de fusion), et l'effet de renforcement de la solution solide est 0,6TM, ce qui précède est considérablement affaibli. Cependant, le type, la forme et la dispersion des carbures ont une grande influence sur la résistance thermique. Parmi eux, les cristaux cubiques centrés. Les carbures du système tels que V4C3, NbC, TiC, etc. sont les plus efficaces ; le Mo2C a un certain effet de renforcement des précipitations lorsque la température est inférieure à 520°C ; Cr7C3 et Cr23C6. Il est extrêmement instable à environ 540 ℃ et facile à regrouper.
Le renforcement des joints de grains ajoute des oligo-éléments (RE, B, Ti B, etc.) qui peuvent être adsorbés sur les joints de grains et retarder les éléments d'alliage le long du grain. diffusion des joints de grains, renforçant ainsi les joints de grains
Analyse de soudabilité de l'acier perlitique résistant à la chaleur
Durcissement de la zone affectée par la chaleur et fissuration à froid
Des fissures à froid peuvent se produire lors du soudage d'aciers perlitiques résistant à la chaleur et à haute trempabilité. La tendance aux fissures augmente généralement avec l'augmentation de la teneur en Cr et Mo dans l'acier.
Les facteurs qui affectent l'apparition de fissures à froid lors du soudage de l'acier résistant à la chaleur comprennent la trempabilité de l'acier (facteurs structurels), la teneur en hydrogène diffusible de la soudure et le degré de retenue du joint (état de contrainte).
réchauffer le crack
Des fissures de réchauffage dans l'acier perlitique résistant à la chaleur apparaissent dans la zone à gros grains de la zone affectée thermiquement par le soudage, qui est liée au processus de soudage et aux contraintes résiduelles de soudage.
Mesures préventives contre les fissures causées par le réchauffage
Utilisez des matériaux de soudage ayant une plasticité à haute température plus élevée que le métal de base et limitez la composition en alliage du métal de base et des matériaux de soudage, en particulier Limiter strictement la teneur en V, Ti, Nb et autres éléments d'alliage au niveau minimum
Fragilité de l'état dans la zone affectée par la chaleur
La fragilité de l'acier au chrome-molybdène résistant à la chaleur et de ses joints soudés se produit lors d'un fonctionnement à long terme dans la plage de température de 300 à 500°C, appelée fragilité après revenu.
Caractéristiques de fragilité anti-revenu de l'acier 2.25Cr-1Mo
Qu'il soit fragile ou non peut être comparé en comparant les changements de température de transition ductile-fragile lors de l'essai de choc avant et après revenu.
L'acier faiblement allié contenant des éléments d'impuretés tels que P, Sb, Sn, As, etc. est facilement endommagé lorsqu'il est chauffé pendant une longue période dans la plage de température de 375 ~ 575 ℃. Une fragilisation se produit. La fracture par impact de l'échantillon fragilisé commence à partir du joint de grain d'austénite d'origine. L'acier fragilisé est chauffé à une certaine température pour allumé, la résilience peut être restaurée
En plus des impuretés ci-dessus, Mn, Si, Cr et Ni intensifient également la fragilisation, tandis que Mo et W peuvent retarder le processus de fragilisation.
Pour les aciers de même composition chimique, le degré de fragilisation diminue avec différentes structures dans l'ordre suivant : martensite, bainite Perlite. Si les grains d'austénite sont grossiers, le degré de fragilisation sera également plus important.
Caractéristiques du procédé de soudage de l'acier perlitique résistant à la chaleur
Méthodes de soudage et matériaux de soudage courants
Méthodes de soudage : le soudage à l'arc par électrode, le soudage à l'arc submergé, le soudage par fusion et sous protection gazeuse, le soudage sous laitier électrique, le soudage à l'arc au tungstène, etc. peuvent être utilisés pour le soudage de l'acier perlitique résistant à la chaleur.
Sélection des matériaux de soudage : La composition de l'alliage et les performances de résistance du métal fondu à la température de fonctionnement doivent être cohérentes avec les indicateurs correspondants du métal de base, ou répondre aux indicateurs de performance minimaux proposés par les conditions techniques du produit.
Le contrôle de la teneur en humidité des matériaux de soudage est l'une des principales mesures visant à prévenir les fissures de soudage, et les baguettes de soudage et les flux utilisés dans l'acier perlitique résistant à la chaleur absorbent facilement l'humidité.
Traitement de préchauffage et post-soudage
Le traitement de déshydrogénation post-chauffage est l'une des mesures importantes pour prévenir la fissuration à froid
Soudage d'aciers trempés et revenus à teneur moyenne en carbone
Composition et propriétés de l'acier modulé en carbone moyen
La limite d'élasticité de l'acier modulé au carbone moyen est supérieure à 880 ~ 1176 MPa
Les principales caractéristiques de l'acier trempé et revenu au carbone moyen sont une résistance spécifique élevée et une dureté élevée (par exemple, il peut être utilisé comme acier pour coques de fusée et blindage, etc. La trempabilité de l'acier trempé et revenu au carbone moyen est beaucoup plus élevée que cela). d'acier trempé et revenu à faible teneur en carbone, et il peut atteindre une valeur très élevée après traitement thermique en termes de résistance et de dureté, mais une ténacité relativement faible, ce qui entraîne de grandes difficultés au soudage.
Systèmes d'alliages pour aciers trempés à teneur moyenne en carbone
40Cr
35CrMoA et 35CrMoVA
30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A et 40CrMnSiMoVA
40CrNiMoA et 34CrNi3MoA
Analyse de soudabilité de l'acier modulé en carbone moyen
Fissures thermiques dans les soudures
L'acier trempé et revenu au carbone moyen a une teneur élevée en carbone et en éléments d'alliage. Lorsque la soudure se solidifie et cristallise, la plage de température solide-liquide est large et la tendance à la ségrégation par cristallisation est grave. et il a une plus grande sensibilité aux fissures chaudes.
Des matériaux de soudage à faible teneur en carbone et à faibles impuretés S et P doivent être utilisés autant que possible.
Trempabilité et fissuration à froid
La tendance au durcissement de l'acier trempé et revenu à teneur moyenne en carbone est très évidente, et la structure martensite dure et cassante a tendance à apparaître dans la zone affectée thermiquement par le soudage, ce qui augmente la tendance à la fissuration à froid dans la zone du joint soudé.
Plus la teneur en carbone du métal de base est élevée, plus la trempabilité est grande et plus la tendance aux fissures à froid lors du soudage est grande.
Fragilisation et ramollissement de la zone affectée par la chaleur
Fragilisation dans la zone affectée par la chaleur. L'acier trempé et revenu au carbone moyen a une tendance au durcissement considérable en raison de sa teneur plus élevée en carbone et de son plus grand nombre d'éléments d'alliage. Il a une faible température de transformation martensitique et aucun processus « d'auto-revenu », mais doit être utilisé pendant. le soudage. La zone affectée par la chaleur a tendance à produire une grande quantité de structure martensite fragile et dure, ce qui entraîne une fragilisation de la zone affectée par la chaleur.
La zone affectée thermiquement est ramollie. Lorsqu'un matériau en acier qui est dans un état trempé et revenu avant le soudage est chauffé au-dessus de la température de revenu de l'acier trempé et revenu pendant le soudage, une zone ramollie apparaîtra dans la zone affectée thermiquement par le soudage avec résistance et dureté inférieures à celles du métal de base.
Caractéristiques du procédé de soudage de l'acier modulé à teneur moyenne en carbone
Soudage en état recuit ou normalisé
L'acier trempé et revenu au carbone moyen est mieux soudé à l'état recuit ou normalisé. Après le soudage, le processus de modulation global est utilisé pour obtenir un joint soudé avec des performances satisfaisantes.
Lors de la sélection des matériaux de soudage, outre les exigences de traitement visant à garantir qu'aucune fissure à chaud ou à froid ne se produise, il existe également des exigences particulières, c'est-à-dire que les spécifications de modulation et de traitement du métal soudé doivent être cohérentes avec celles du métal de base pour assurez-vous que les performances du joint après modulation sont également les mêmes que celles du métal de base.
Dans le cas de la trempe et du revenu après soudage, la détermination des paramètres de soudage vise principalement à garantir qu'aucune fissuration ne se produise avant le traitement de trempe et de revenu, ainsi que les performances du joint. Ceci peut être garanti par un traitement thermique après soudage. Par conséquent, une température de préchauffage très élevée (200 ~ 350 ℃) et une température intercouche peuvent être utilisées. en outre, Dans de nombreux cas, il est souvent trop tard pour effectuer un traitement de trempe et de revenu immédiatement après le soudage afin de garantir que le joint soudé soit refroidi à température ambiante et traité sur le lieu de trempe et de revenu. Afin d'éviter des fissures tardives avant le soudage, un traitement thermique intermédiaire doit être effectué immédiatement après le soudage. Ce traitement thermique est généralement maintenu pendant une période égale ou supérieure à la température de préchauffage après le soudage. Le but est d'atteindre deux aspects : Prévenir les fissures retardées : d'une part, il joue le rôle de diffusion et d'élimination de l'hydrogène ; d'autre part, il transforme la structure en une structure peu sensible à la fissuration à froid ;
Lors de l'utilisation d'un préchauffage local, la plage de température de préchauffage ne doit pas être inférieure à 100 mm des deux côtés de la soudure. Si elle ne peut pas être trempée à temps après le soudage, elle doit être trempée à 680 °C.
Soudage à l'état trempé et revenu
La fragilisation et le durcissement provoqués par la martensite à haute teneur en carbone peuvent être résolus par un traitement de revenu après soudage
Afin d'éviter les fissures à froid lors du soudage, des électrodes austénitiques présentant une bonne plasticité et ténacité peuvent également être utilisées.
Pour le soudage qui doit être dans un état modulé, il convient d'utiliser le plus petit apport de chaleur de soudage possible.
Méthodes de soudage et matériaux de soudage
Méthode de soudage Les méthodes de soudage couramment utilisées pour l'acier trempé et revenu à teneur moyenne en carbone comprennent le soudage à l'arc, le soudage sous protection gazeuse, le soudage à l'arc submergé, etc. En utilisant des méthodes telles que le soudage à l'arc sous argon pulsé, le soudage à l'arc plasma et le soudage par faisceau d'électrons avec chaleur concentrée, Il est avantageux de réduire la largeur de la zone affectée thermiquement par le soudage, d'obtenir une structure à grains fins et d'améliorer les propriétés mécaniques du joint soudé. Certaines méthodes de soudage de plaques minces utilisent principalement le soudage sous protection gazeuse, le soudage à l'arc au tungstène et le soudage à l'arc plasma par microfaisceau.
Matériaux de soudage Les matériaux de soudage en acier trempé et revenu à teneur moyenne en carbone doivent utiliser un système d'alliage à faible teneur en carbone pour réduire la teneur en impuretés S et P du métal soudé afin de garantir la ténacité, la plasticité et la résistance du métal soudé et d'améliorer la résistance aux fissures du métal soudé. Pour les composants nécessitant un traitement thermique après le soudage, la composition chimique du métal fondu doit être similaire à celle du métal de base. Les matériaux de soudage doivent être sélectionnés en fonction des conditions de contrainte, des exigences de performance et des conditions de traitement thermique après soudage de la soudure.
Traitement thermique de préchauffage et post-soudage Le préchauffage et le traitement thermique après soudage sont des mesures de processus importantes pour l'acier trempé et revenu à teneur moyenne en carbone. Le préchauffage et le niveau de température de préchauffage dépendent de la structure de la construction soudée et des conditions de production. En plus d'être moins contraignant, À l'exception des coques à parois minces ou des constructions soudées avec des structures simples qui ne nécessitent pas de préchauffage, en général, des mesures de préchauffage ou de post-chauffage en temps opportun doivent être prises lors du soudage d'acier trempé et revenu au carbone moyen. La température de préchauffage est généralement de 200 ~ 350 ℃.
Soudage d'aciers trempés et revenus à faible teneur en carbone
Types, composition et propriétés de l'acier trempé à faible teneur en carbone
D'une manière générale, l'effet des éléments d'alliage sur la plasticité et la ténacité de l'acier est opposé à son effet de renforcement.
Une fois l'acier trempé, qu'il soit revenu à haute température ou revenu à basse température, il est appelé « trempé et revenu ». L'acier qui a été traité thermiquement par « trempe et revenu » est appelé « acier trempé et revenu ».
Acier à faible teneur en carbone (la fraction massique de carbone ne dépasse pas 0,22 %)
L'acier de construction à haute résistance (Rm=600~800MPa) est principalement utilisé dans les structures soudées et les zones de soudage supportent principalement des charges de traction.
L'acier à haute résistance et résistant à l'usure (Rm≥1000MPa) est principalement utilisé pour les structures techniques et les pièces à haute résistance et résistantes à l'usure qui doivent résister aux chocs et à l'usure.
Acier à haute résistance et haute ténacité (Rm≥700MPa, ce type d'acier nécessite à la fois une résistance élevée et une ténacité élevée, et est principalement utilisé pour les structures soudées à haute résistance et haute ténacité)
Analyse de soudabilité de l'acier modulé à faible teneur en carbone
La fraction massique de l'acier au carbone trempé et revenu à faible teneur en carbone ne dépasse pas 0,18 % et les performances de soudage sont bien meilleures que celles de l'acier trempé et revenu à teneur moyenne en carbone.
L'adéquation de la résistance de soudure et de la ténacité (coefficient d'adaptation de résistance de soudure S = (Rm)w/(Rm)b) est l'un des paramètres qui caractérisent l'hétérogénéité mécanique du joint.
Lorsque (Rm)w/(Rm)b>1, on parle de « correspondance super forte »
Lorsque (Rm)w/(Rm)b=1, on parle de « correspondance tout aussi forte »
Lorsque (Rm)w/(Rm)b<1, on parle de « correspondance à faible résistance »
fissure froide
Le principe d'alliage de l'acier modulé à faible teneur en carbone est basé sur une faible teneur en carbone, en ajoutant une variété d'éléments d'alliage pour améliorer la trempabilité afin de garantir une résistance élevée et une bonne ténacité, une martensite « auto-revenue » à faible teneur en carbone et une partie de tissu mixte de bainite inférieure.
Craquage à chaud et craquage par réchauffage
Influence de la composition chimique : la teneur en C est faible, la teneur en Mn est élevée et la teneur en S, Le contrôle de P est également plus strict, donc la tendance à la fissuration à chaud est plus faible. Cependant, les types d'acier à forte teneur en Ni et faible en Mn présentent une certaine sensibilité à la fissuration à chaud. Il est lié à C, Mn/S et N, et est principalement produit dans la zone surchauffée de la zone affectée thermiquement. Appelées fissures de liquéfaction.
Plus l'apport de chaleur de soudage est important, plus les grains dans la zone affectée thermiquement sont grossiers et plus la fusion des joints de grains est importante. Sérieusement, plus la couche intergranulaire liquide entre les grains de cristal existe longtemps, plus il y a de liquide. Plus la tendance à la fissuration est grande. Pour éviter l'apparition de fissures de liquéfaction : un faible apport de chaleur et un contrôle doivent être adoptés dans le processus. Contrôler la forme du bain de fusion et réduire la concavité de la zone de fusion
V a le plus grand impact sur la fissuration par réchauffage, suivi de Mo. Lorsque V et Mo sont identiques Il sera plus sensible une fois ajouté. L'impact du Cr est lié au contenu (1%)
Modifications des performances des zones affectées par la chaleur
Caractéristiques de la microstructure de la zone affectée thermiquement de l'acier trempé et revenu
Fragilisation de la zone affectée par la chaleur
Sous l'action du cycle thermique de soudage, lorsque t8/5 continue d'augmenter, la zone surchauffée de la zone affectée thermiquement de l'acier modulé à faible teneur en carbone est sujette à la fragilisation, c'est-à-dire que la résistance aux chocs est considérablement réduite.
La cause de la fragilisation dans la zone affectée par la chaleur n'est pas seulement le grossissement des grains d'austénite, mais également la formation de composants supérieurs de bainite et de M-A.
Adoucissement de la zone affectée par la chaleur
La température maximale de la zone affectée thermiquement de l'acier modulé à faible teneur en carbone est supérieure à la température de revenu du métal de base jusqu'à Ac1, et un ramollissement (la résistance et la dureté sont réduites) se produira.
Caractéristiques du procédé de soudage de l'acier modulé à faible teneur en carbone
1. Il est nécessaire que la vitesse de refroidissement pendant la transformation de la martensite ne soit pas trop rapide, afin que la martensite ait un effet d'auto-revenu pour éviter l'apparition de fissures à froid. 2. La vitesse de refroidissement entre 800 et 500 ℃ doit être supérieure à la vitesse critique pour produire une structure mixte fragile.
Méthodes de soudage et sélection des matériaux de soudage
Prévenir les fissures
Tout en garantissant que les exigences de résistance élevée sont satisfaites, la ténacité du métal fondu et de la zone affectée par la chaleur est améliorée.
Généralement, des méthodes de soudage mécanisées automatisées ou semi-automatiques telles que le soudage à l'arc sous gaz métallique ou le soudage à l'arc sous gaz actif sont utilisées.
Sélection des paramètres de soudage
Détermination de l'apport de chaleur de soudage
La détermination de l'apport thermique de soudage E est basée sur les exigences de résistance aux fissures et de ténacité de la zone affectée thermiquement.
Pour les aciers faiblement alliés à faible teneur en carbone, l'augmentation de la vitesse de refroidissement (réduisant l'apport de chaleur) a formé une martensite à faible teneur en carbone, ce qui est bénéfique pour garantir la ténacité.
Température de préchauffage et traitement thermique après soudage
Le but du préchauffage est de réduire la vitesse de refroidissement lors de la transformation de la martensite et d'améliorer la résistance aux fissures grâce à l'effet « d'auto-revenu » de la martensite.
Les structures soudées en acier trempé et revenu à faible teneur en carbone sont généralement utilisées à l'état soudé, et le traitement thermique après soudage n'est pas effectué dans des circonstances normales. À moins que la résistance et la ténacité de la zone de joint après soudage soient trop faibles, Le traitement thermique après soudage n'est effectué que lorsque la structure soudée est soumise à de fortes contraintes ou à une corrosion sous contrainte et nécessite un traitement de haute précision après le soudage pour garantir les dimensions structurelles.
Propriétés mécaniques des joints soudés en acier trempé et revenu à faible teneur en carbone
Les éléments de fragilisation nocifs pour le métal fondu des aciers modifiés à faible teneur en carbone sont S, P, N, O et H, qui doivent être limités.