Soudabilité de l'acier : classement. Groupes de soudabilité des aciers

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

L'acier est le principal matériau de structure. C'est un alliage fer-carbone contenant diverses impuretés. Tous les composants entrant dans sa composition affectent les propriétés du lingot. L'une des caractéristiques technologiques des métaux est leur capacité à former des joints soudés de haute qualité.

Facteurs qui déterminent la soudabilité de l'acier

L'évaluation de la soudabilité de l'acier est faite par la valeur de l'indicateur principal - l'équivalent carbone de С_{equiv. Il s'agit d'un coefficient conditionnel qui tient compte du degré d'influence de la teneur en carbone et des principaux éléments d'alliage sur les caractéristiques de la soudure.}

Les facteurs suivants affectent la soudabilité des aciers:

1. Teneur en carbone.
2. Présence d'impuretés nocives.
3. Degré de dopage.
4. Vue de la microstructure.
5. Conditions environnementales.
6. Épaisseur du métal.

Le paramètre le plus informatif est la composition chimique.

Répartition des aciers par groupes de soudabilité

Sujet àtous ces facteurs, la soudabilité de l'acier a des caractéristiques différentes.

Classification des aciers par soudabilité.

• Bon (quand С_{eq≧0, 25 %): pour les pièces en acier à faible teneur en carbone; ne dépend pas de l'épaisseur du produit, des conditions météorologiques, de la disponibilité des travaux préparatoires.}
• Satisfaisant (0,25 %≦С_{eq≦0,35 %): il existe des restrictions sur les conditions environnementales et le diamètre de la structure soudée (température de l'air jusqu'à -5, intempéries, épaisseur jusqu'à 20 mm).}
• Limited (0.35%≦C_{eq≦0.45%): Un préchauffage est nécessaire pour former une couture de qualité. Il favorise les transformations austénitiques "en douceur", la formation de structures stables (ferrito-perlitique, bainitique).}
• Bad (С_{eq≧0, 45 %): la formation d'un joint soudé mécaniquement stable est impossible sans préparation thermique préalable des bords métalliques, ainsi qu'un traitement thermique ultérieur de la structure soudée. Un chauffage supplémentaire et un refroidissement doux sont nécessaires pour former la microstructure souhaitée.}

Les groupes de soudabilité de l'acier facilitent la navigation dans les caractéristiques technologiques du soudage de nuances spécifiques d'alliages fer-carbone.

Traitement thermique

Selon le groupe de soudabilité des aciers et les caractéristiques technologiques correspondantes, les caractéristiques du joint soudé peuvent être ajustées par des effets de température successifs. Il existe 4 grandes méthodes de traitement thermique: trempe, revenu,recuit et normalisation.

Les plus courants sont la trempe et le revenu pour la dureté et la résistance simultanée de la soudure, le soulagement des contraintes et la prévention des fissures. Le degré de revenu dépend du matériau et des propriétés souhaitées.

Le traitement thermique des structures métalliques lors des travaux préparatoires est effectué:

• recuit - pour soulager les contraintes à l'intérieur du métal, en garantissant sa douceur et sa souplesse;
• préchauffé pour minimiser la différence de température.

La gestion rationnelle des influences de la température permet:

• préparer la pièce pour le travail (soulager toutes les contraintes internes en broyant les grains);
• réduire les différences de température sur le métal froid;
• améliorer la qualité de l'objet soudé en corrigeant thermiquement la microstructure.

La correction des propriétés par les différences de température peut être locale ou générale. Le chauffage des bords est effectué à l'aide d'équipements à gaz ou à arc électrique. Des fours spéciaux sont utilisés pour chauffer toute la pièce et la refroidir en douceur.

Influence de la microstructure sur les propriétés

L'essence des processus de traitement thermique est basée sur les transformations structurelles à l'intérieur du lingot et leur effet sur le métal solidifié. Ainsi, lorsqu'il est chauffé à une température de 727 ˚C, il s'agit d'une structure austénitique granulaire mixte. La méthode de refroidissement détermine les options de transformation:

1. À l'intérieur du four (vitesse 1˚C/min) - des structures de perlite se forment avec une dureté d'environ 200 HB (dureté Brinell).
2. Activéair (10˚С/min) – sorbitol (grains de ferrite-perlite), dureté 300 HB.
3. Huile (100˚C/min) – troostite (microstructure de ferrite-cémentite), 400 HB.
4. Eau (1000˚C/min) – martensite: structure aciculaire dure (600 HB) mais cassante.

Le joint de soudure doit avoir des indicateurs de qualité de dureté, de résistance et de plasticité suffisants, de sorte que les caractéristiques martensitiques de la couture ne sont pas acceptables. Les alliages à faible teneur en carbone ont une structure ferritique, ferrite-perlitique, ferrite-austénitique. Aciers moyennement carbonés et moyennement alliés - perlitiques. Haute teneur en carbone et fortement allié - martensitique ou troostite, qu'il est important d'amener à une forme ferritique-austénitique.

Soudage acier doux

La soudabilité des aciers au carbone est déterminée par la quantité de carbone et d'impuretés. Ils sont capables de brûler, de se transformer en formes gazeuses et de donner une porosité de couture de mauvaise qualité. Le soufre et le phosphore peuvent se concentrer sur les bords des grains, augmentant la fragilité de la structure. Le soudage est le plus simplifié, cependant, nécessite une approche individuelle.

L'acier au carbone de qualité courante est divisé en trois groupes: A, B et C. Les travaux de soudage sont effectués avec du métal du groupe C.

La soudabilité des nuances d'acier VST1 - VST4, conformément à GOST 380-94, se caractérise par l'absence de restrictions et d'exigences supplémentaires. Le soudage de pièces d'un diamètre allant jusqu'à 40 mm s'effectue sans chauffage. Indicateurs possibles dans les grades: G - teneur élevée en manganèse; kp, ps, cn - "bouillant", "semi-calme", "calme"respectivement.

L'acier de qualité à faible teneur en carbone est représenté par des nuances avec la désignation de centièmes de carbone, indiquant le degré de désoxydation et la teneur en manganèse (GOST 1050-88): acier 10 (également 10kp, 10ps, 10G), 15 (aussi 15kp, 15ps, 15G), 20 (aussi 20kp, 20ps, 20G).

Pour assurer une soudure de qualité, il est nécessaire d'effectuer le processus de saturation du bain de soudure avec du carbone C et du manganèse Mn.

Méthodes de soudage:

1. Arc manuel utilisant des électrodes spéciales initialement calcinées, d'un diamètre de 2 à 5 mm. Types: E38 (pour une résistance moyenne), E42, E46 (pour une bonne résistance jusqu'à 420 MPa), E42A, E46A (pour une résistance élevée des structures complexes et leur fonctionnement dans des conditions particulières). Le soudage avec les baguettes OMM-5 et UONI 13/45 s'effectue sous l'action du courant continu. Le travail avec les électrodes TsM-7, OMA-2, SM-11 est effectué avec un courant de n'importe quelle caractéristique.
2. Soudage au gaz. Le plus souvent indésirable, mais possible. Il est réalisé à l'aide de fils d'apport Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Le métal fin à faible teneur en carbone (d 8 mm) est soudé dans le sens gauche, épais (d 8 mm) - dans le bon sens. Les défauts dans les propriétés de la couture peuvent être éliminés par normalisation ou recuit.

Le soudage des aciers à faible teneur en carbone est effectué sans chauffage supplémentaire. Pour les détails d'un formulaire simple, il n'y a pas de restrictions. Il est important de protéger les structures volumétriques et en treillis du vent. Il est souhaitable de souder des objets complexes dans un atelier à une température non inférieure à 5˚С.

Ainsi, pour les nuances VST1 - VST4, acier 10 - acier 20 - la soudabilité est bonne, pratiquementsans restrictions, nécessitant une sélection individuelle standard de la méthode de soudage, du type d'électrode et des caractéristiques de courant.

Acier de construction à moyenne et haute teneur en carbone

La saturation de l'alliage en carbone réduit sa capacité à former de bons composés. Dans le processus d'effets thermiques d'un arc ou d'une flamme de gaz, le soufre s'accumule le long des bords des grains, entraînant une fragilité rouge, le phosphore une fragilité à froid. Le plus souvent, les matériaux alliés au manganèse sont soudés.

Cela inclut les aciers de construction de qualité ordinaire VSt4, VSt5 (GOST 380-94), de haute qualité 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) de diverses productions métallurgiques.

L'essentiel du travail consiste à réduire la quantité de carbone dans le bain de fusion, à saturer le métal qu'il contient de silicium et de manganèse et à garantir une technologie optimale. Dans le même temps, il est important d'éviter les pertes de carbone excessives, qui peuvent entraîner une déstabilisation des propriétés mécaniques.

Caractéristiques du soudage avec des aciers à moyenne et haute teneur en carbone:

1. Chauffage initial des bords jusqu'à 100-200˚С pour une largeur jusqu'à 150 mm. Seules les nuances Vst4 et acier 25 sont soudées sans chauffage supplémentaire. Pour les aciers moyennement carbonés présentant une soudabilité satisfaisante, une normalisation complète est effectuée avant le début des travaux. Un pré-recuit est nécessaire pour les aciers à haute teneur en carbone.
2. Le soudage à l'arc s'effectue avec des électrodes enrobées calcinées, dont la taille varie de 3 à 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), sous courant continu. possible de travailler dansflux ou gaz de protection (CO_{2, argon).}
3. Le soudage au gaz est effectué avec une flamme de cémentation, méthode de la main gauche, avec préchauffage à une température de 200˚C, avec une faible alimentation uniforme en acétylène.
4. Traitement thermique obligatoire des pièces: trempe et revenu ou revenu séparé pour minimiser les contraintes internes, prévenir la fissuration, adoucir les structures martensitiques et troostites durcies.
5. Le soudage par points par contact est effectué sans limitation.

Ainsi, les aciers de construction à moyenne et haute teneur en carbone sont soudés pratiquement sans restriction, à une température extérieure d'au moins 5˚С. À des températures plus basses, un préchauffage initial et un traitement thermique de haute qualité sont obligatoires.

Soudage des aciers faiblement alliés

Les aciers alliés sont des aciers qui sont saturés de divers métaux lors de la fusion afin d'obtenir les propriétés souhaitées. Presque tous ont un effet positif sur la dureté et la résistance. Le chrome et le nickel font partie des alliages résistants à la chaleur et inoxydables. Le vanadium et le silicium donnent de l'élasticité, sont utilisés comme matériau pour la fabrication de ressorts et de ressorts. Le molybdène, le manganèse, le titane augmentent la résistance à l'usure, le tungstène - la dureté rouge. En même temps, affectant positivement les propriétés des pièces, ils détériorent la soudabilité de l'acier. De plus, le degré de durcissement et la formation de structures martensitiques, les contraintes internes et le risque de fissuration des coutures augmentent.

La soudabilité des aciers alliés est également déterminée par leurcomposition chimique.

Les aciers à faible teneur en carbone faiblement alliés 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) sont bien soudés. Dans des conditions standard, ils ne nécessitent pas de chauffage supplémentaire et de traitement thermique à la fin des processus. Cependant, certaines restrictions existent toujours:

• Plage étroite de conditions thermiques admissibles.
• Les travaux doivent être effectués à une température non inférieure à -10˚С (dans des conditions de températures atmosphériques inférieures, mais non inférieures à -25˚С, appliquer un préchauffage jusqu'à 200˚С).

Chemins possibles:

• Soudage à l'arc électrique avec courant continu 40 à 50 A, électrodes E55, E50A, E44A.
• Soudage automatique à l'arc submergé avec fil d'apport Sv-08GA, Sv-10GA.

La soudabilité des aciers 09G2S, 10G2S1 est également bonne, les exigences et modes de mise en oeuvre possibles sont les mêmes que pour les alliages 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Une caractéristique importante des alliages 09G2S, 10G2S1 est l'absence de préparation des arêtes pour les pièces d'un diamètre allant jusqu'à 4 cm.

Soudage des aciers moyennement alliés

Les aciers moyennement alliés 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) produisent une résistance plus importante à la formation de joints lâches. Ils appartiennent au groupe ayant une soudabilité satisfaisante. Ils nécessitent un préchauffage à des températures de 150-200˚С, des soudures multicouches, un durcissement et un revenu à la fin du soudage. Option:

• Courant et diamètre d'électrode lors du soudage à l'arc électriqueest choisi strictement en fonction de l'épaisseur du métal, en tenant compte du fait que les bords plus fins sont plus durcis pendant le travail. Ainsi, avec un diamètre de produit de 2-3 mm, la valeur du courant doit être comprise entre 50 et 90 A. Avec une épaisseur de bord de 7 à 10 mm, le courant continu de polarité inverse augmente à 200 A en utilisant des électrodes de 4 à 6 mm. Des tiges avec des revêtements protecteurs en cellulose ou en fluorure de calcium (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA) sont utilisées.
• Lorsque vous travaillez dans un environnement de gaz protecteur CO_{2 il est nécessaire d'utiliser du fil Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM avec un diamètre allant jusqu'à à 2 mm.}

La méthode à l'arc sous argon ou le soudage à l'arc submergé sont souvent utilisés pour ces matériaux.

Acier résistant à la chaleur et à haute résistance

Le soudage avec des alliages fer-carbone résistants à la chaleur 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF doit être effectué avec préchauffage à des températures de 300-450˚С, avec durcissement final et revenu élevé.

• Soudage à l'arc électrique en cascade pour concevoir une couture multicouche, en utilisant des électrodes enrobées calcinées UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Soudage au gaz avec alimentation en acétylène 100 dm3/mm avec les matériaux d'apport Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Le raccordement des tuyaux est effectué avec le chauffage au gaz préalable de l'ensemble du joint.

Lors du soudage de matériaux moyennement alliés à haute résistance 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, il est important de suivre les mêmes règles que pour les aciers résistants à la chaleur, en tenant compte de certaines nuances:

• Nettoyage en profondeurbords et utilisation de punaises.
• Recuit à haute température de l'électrode (jusqu'à 450˚C).
• Préchauffer jusqu'à 150˚C pour les pièces de plus de 2 cm d'épaisseur.
• Refroidissement lent des coutures.

Acier fortement allié

L'utilisation d'une technologie spéciale est nécessaire lors du soudage des aciers fortement alliés. Ceux-ci comprennent une vaste gamme d'alliages inoxydables, résistants à la chaleur et résistants à la chaleur, dont certains: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZB, 15Kh17G14A9. La soudabilité des aciers (GOST 5632-72) appartient au 4ème groupe.

Caractéristiques de soudabilité de l'acier fortement allié à haute teneur en carbone:

1. Il est nécessaire de réduire l'intensité du courant de 10 à 20 % en moyenne en raison de leur faible conductivité thermique.
2. Le soudage doit être effectué avec un espace, des électrodes jusqu'à 2 mm de diamètre.
3. Réduire la teneur en phosphore, plomb, soufre, antimoine, augmenter l'abondance de molybdène, vanadium, tungstène grâce à l'utilisation de tiges revêtues spéciales.
4. La nécessité de former une microstructure de soudure mixte (austénite + ferrite). Cela garantit la ductilité du métal déposé et la minimisation des contraintes internes.
5. Chauffage des bords obligatoire la veille du soudage. La température est sélectionnée dans la plage de 100 à 300˚С, en fonction de la microstructure des structures.
6. Le choix des électrodes enrobées en soudage à l'arc est déterminé par le type de grains, les propriétés et les conditions de travail des pièces: pour l'acier austénitique 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 avec Sv-06Kh19N9T revêtements,Sv-02X19H9; pour l'acier martensitique 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 revêtu de Sv-08Kh17T; pour l'acier austénitique-ferritique 12Kh21N5T: TsL-33 revêtu de Sv-08Kh11V2MF.
7. Lors du soudage au gaz, l'alimentation en acétylène doit correspondre à la valeur de 70-75 dm3/mm, le fil d'apport utilisé est Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Les opérations à l'arc submergé sont possibles avec NZh-8.

La soudabilité de l'acier est un paramètre relatif. Cela dépend de la composition chimique du métal, de sa microstructure et de ses propriétés physiques. Dans le même temps, la capacité de former des joints de haute qualité peut être ajustée à l'aide d'une approche technologique bien pensée, d'un équipement spécial et de conditions de travail.