Introduction à plusieurs types de fissures de soudage

Les fissures de soudage, de par leur nature aux points, peuvent être divisées en fissures à chaud, fissures de réchauffage, fissures à froid, déchirures du stratifié, etc. Ce qui suit concerne uniquement les causes de diverses fissures, les caractéristiques et les méthodes de prévention pour une élaboration spécifique.
1. Fissures thermiques
Est produit à des températures élevées pendant le soudage, ce qu'on appelle la fissuration thermique, qui se caractérise par une fissuration le long des limites des grains d'austénite d'origine. Selon le matériau du métal soudé (acier à haute résistance faiblement allié, acier inoxydable, fonte, alliages d'aluminium et certains métaux spéciaux, etc.), la forme de fissuration thermique, la plage de température et la raison principale sont également différentes. A l'heure actuelle, les fissures thermiques sont divisées en trois grandes catégories telles que les fissures de cristallisation, les fissures de liquéfaction et les fissures multilatérales.
(1) les fissures de cristallisation sont principalement produites dans l'acier au carbone contenant plus d'impuretés, les soudures en acier faiblement allié (contenant beaucoup de S, P, C, Si) et l'acier austénitique monophasé, les alliages à base de nickel et certaines soudures en alliage d'aluminium. Cette fissure est dans le processus de soudage de cristallisation, à proximité de la ligne de phase solide, en raison de la solidification de la contraction du métal, le métal liquide résiduel est insuffisant, ne peut pas être ajouté à temps, sous l'action de la contrainte se produit le long de la fissuration du cristal.
Les mesures préventives sont les suivantes : dans les facteurs métallurgiques, un ajustement approprié de la composition du métal fondu, un raccourcissement de la plage de température fragile pour contrôler la soudure en soufre, phosphore, carbone et autres impuretés nocives ; affiner le grain du métal fondu, c'est-à-dire l'ajout approprié d'éléments tels que Mo, V, Ti, Nb, etc. ; en termes de technologie, peut être préchauffé avant le soudage, contrôler la ligne d'énergie, réduire les contraintes des joints et d'autres aspects à prévenir et à contrôler.
(2) La fissure de liquéfaction de la zone proche du joint est une sorte de microfissure qui se fissure le long de la limite du grain d'austénite, qui est de très petite taille et se produit dans la zone proche du joint de la HAZ ou de la couche intermédiaire. Sa cause est généralement due au soudage à proximité du métal de la zone de joint ou du métal de la couche intermédiaire de soudure, à des températures élevées, de sorte que ces régions des joints de grains d'austénite sur les constituants eutectiques à bas point de fusion sont refondues, sous l'action d'une contrainte de traction le long de l'intergranulaire d'austénite. fissuration et formation de fissures de liquéfaction.
Ce type de mesures de prévention et de contrôle des fissures et les fissures de cristallisation sont fondamentalement les mêmes. Surtout dans la métallurgie, dans la mesure du possible, réduire le soufre, le phosphore, le silicium, le bore et d'autres éléments constitutifs eutectiques à bas point de fusion du contenu est très efficace ; dans le processus, vous pouvez réduire l'énergie de la ligne, réduire la concavité de la ligne de fusion du bassin de fusion.
(3) Les fissures de polygonisation sont causées par une très faible plasticité à haute température lors de la formation de la polygonisation. Cette fissure n'est pas courante, et ses mesures de prévention et de contrôle peuvent être ajoutées à la soudure pour améliorer l'énergie d'excitation de polygonisation d'éléments tels que Mo, W, Ti, etc.
2. Réchauffer les fissures
Se produit généralement dans certains éléments de renforcement par précipitation de l'acier et des alliages à haute température (y compris l'acier à haute résistance faiblement allié, l'acier perlitique résistant à la chaleur, les alliages à haute température renforcés par précipitation, ainsi que certains aciers inoxydables austénitiques), ils n'ont pas trouvé des fissures après le soudage, mais des fissures lors du processus de traitement thermique. Des fissures de réchauffage apparaissent dans la zone affectée par la chaleur de soudure des parties de cristaux grossiers surchauffées, dont la direction est le long de la ligne de fusion de l'extension de la limite des grains de cristaux grossiers d'austénite.
Prévention et contrôle de la fissuration par réchauffage Depuis le choix des matériaux, vous pouvez choisir l'acier à grains fins. En termes de processus, choisissez une énergie de ligne plus petite, choisissez une température de préchauffage plus élevée et, avec les mesures thermiques ultérieures, choisissez un matériau de soudage peu adapté pour éviter la concentration de contraintes.
3. Fissure froide
Se produit principalement dans la zone affectée thermiquement par le soudage des aciers à haute et moyenne teneur en carbone, des aciers faiblement et moyennement alliés, mais certains métaux, tels que certains aciers à ultra haute résistance, le titane et les alliages de titane, etc. Parfois, des fissures à froid se produisent également dans la soudure. En général, la tendance au durcissement de la nuance d'acier, la teneur en hydrogène et la répartition des joints soudés, ainsi que le fait que les joints sont soumis à l'état de contrainte de confinement sont les trois principaux facteurs du soudage de l'acier à haute résistance pour produire des fissures à froid. L'organisation martensitique formée après le soudage sous l'action de l'hydrogène élémentaire, ainsi que la contrainte de traction, se forment des fissures à froid. Sa formation se fait généralement à travers le cristal ou le long du cristal. Les fissures à froid sont généralement classées en fissures de pied, fissures sous-soudées et fissures de racine.
La prévention et le contrôle des fissures à froid peuvent provenir de la composition chimique de la pièce, du choix des matériaux de soudage et des mesures de processus sous trois aspects. Il faudrait essayer de choisir des matériaux ayant un équivalent carbone inférieur ; les consommables de soudage doivent être sélectionnés avec des électrodes à faible teneur en hydrogène, les soudures doivent être assorties à une faible résistance, pour une tendance élevée à la fissuration à froid du matériau, des consommables de soudage austénitiques peuvent également être sélectionnés ; un contrôle raisonnable de l'énergie de ligne, du préchauffage et du traitement post-chauffage consiste à prévenir et à contrôler la fissuration à froid des mesures de processus.
Dans la production de soudage, en raison de l'utilisation d'acier, de matériaux de soudage, de différents types de structures, d'acier, ainsi que de différentes conditions de construction spécifiques, il peut y avoir diverses formes de fissures à froid. Cependant, la principale chose que l'on rencontre souvent dans la production est la fissuration retardée.

Il existe trois formes de fissuration retardée :
(1) Fissures au pied de la soudure - Ce type de fissure provient de la jonction du métal de base et de la soudure, et il existe une zone de concentration de contraintes évidente. La direction de la fissure est souvent parallèle au canal de soudure, commençant généralement de la surface du pied de soudure jusqu'à la profondeur du matériau de base.
(2) Fissures sous le canal de soudure - cette fissure se produit souvent dans la tendance au durcissement, teneur en hydrogène plus élevée de la zone affectée thermiquement par la soudure. Généralement, la direction de la fissure est parallèle à la ligne de fusion.
(3) fissure de racine - cette fissure est une forme plus courante de fissuration retardée, se produisant principalement dans le cas d'une teneur en hydrogène plus élevée et d'une température de préchauffage insuffisante. Ce type de fissure est similaire aux fissures au pied de soudure et provient de la partie de la soudure où la concentration de contraintes est la plus élevée à la racine de la soudure. Des fissures à la racine peuvent se produire dans la section à gros grains de la zone affectée thermiquement ou dans le métal fondu.
La tendance au durcissement de la nuance d'acier, la teneur en hydrogène du joint soudé et sa répartition, ainsi que l'état du joint soumis à la contrainte de confinement sont les trois principaux facteurs qui produisent des fissures à froid lors du soudage d'acier à haute résistance. Ces trois facteurs sont interdépendants et se renforcent mutuellement dans certaines conditions.
La tendance au durcissement de la nuance d'acier est principalement déterminée par la composition chimique, l'épaisseur de la tôle, le procédé de soudage et les conditions de refroidissement. Lors du soudage, plus la tendance au durcissement de la nuance d'acier est grande, plus elle est susceptible de produire des fissures. Pourquoi le durcissement de l’acier provoque-t-il des fissures ? Elle peut être résumée sous les deux aspects suivants.
a : la formation d'une organisation de martensite dure et cassante - la martensite est du carbone dans une solution solide sursaturée de fer, des atomes de carbone avec des atomes interstitiels existent dans le réseau, de sorte que les atomes de fer s'écartent de la position d'équilibre, le réseau subit une grande aberration, ce qui entraîne l’organisation dans un état endurci. Surtout dans des conditions de soudage, près de la zone de jointure, la température de chauffage est très élevée, de sorte que la croissance des grains d'austénite se produit sérieusement, lorsque le refroidissement rapide, l'austénite grossière sera transformée en martensite grossière. D'après la théorie de la résistance des métaux, on peut savoir que la martensite est une organisation fragile et dure, l'apparition d'une fracture consommera moins d'énergie, par conséquent, dans les joints soudés en présence de martensite, les fissures sont faciles à former et à se dilater.
b : Le durcissement formera davantage de défauts de réseau. Un grand nombre de défauts de réseau se forment lorsque le métal est soumis à des conditions de déséquilibre thermique. Ces défauts de réseau sont principalement des lacunes et des dislocations. Avec l'augmentation de la contrainte thermique dans la zone soudée affectée thermiquement, dans des conditions de contrainte et de déséquilibre thermique, les lacunes et les dislocations se déplaceront et se rassembleront, et lorsque leur concentration atteindra une certaine valeur critique, une source de fissure se formera. Sous l’action continue d’une contrainte, une expansion se produira continuellement et formera des fissures macroscopiques.
L'hydrogène est l'un des facteurs importants provoquant la fissuration à froid du soudage des aciers à haute résistance et présente la caractéristique d'un retard. Par conséquent, dans de nombreuses littératures, la fissuration retardée provoquée par l'hydrogène est appelée « fissuration par l'hydrogène ». Des études expérimentales ont prouvé que plus la teneur en hydrogène des joints soudés en acier à haute résistance est élevée, plus la susceptibilité à la fissuration est grande. Lorsque la teneur en hydrogène locale atteint une certaine valeur critique, des fissures commencent à apparaître, et cette valeur est appelée hydrogène critique. contenu des fissures [H]cr.
La valeur [H]cr de fissuration à froid de l'acier est différente, elle est liée à la composition chimique de l'acier, de l'acier, de la température de préchauffage et des conditions de refroidissement.
1 : Lors du soudage, l'humidité dans le matériau de soudage, la rouille et l'huile au niveau du biseau de la soudure, ainsi que l'humidité ambiante sont toutes des causes d'enrichissement en hydrogène dans la soudure. Généralement, la quantité d'hydrogène dans le matériau de base et le fil est très faible, tandis que l'humidité dans la peau du flux de l'électrode et l'humidité de l'air ne peuvent être ignorées et deviennent la principale source d'enrichissement en hydrogène.
2 : L'hydrogène dans différentes organisations métalliques a une solubilité et une capacité de diffusion différentes, l'hydrogène dans la solubilité de l'austénite est beaucoup plus grande que la solubilité de la ferrite. Par conséquent, lors du soudage de la transition de l'austénite à la ferrite, la solubilité de l'hydrogène se produit une chute soudaine. Dans le même temps, le taux de diffusion de l'hydrogène est à l'opposé, la transition de l'austénite à la ferrite augmentant soudainement.
Lors du soudage à haute température, une grande quantité d'hydrogène sera dissoute dans le bain de fusion. Lors du processus de refroidissement et de solidification ultérieur, en raison de la forte diminution de la solubilité, l'hydrogène tente de s'échapper, mais en raison du refroidissement très rapide, de sorte que l'hydrogène arrive trop tard pour s'échapper et est retenu dans le métal fondu lors de la formation d'hydrogène de diffusion.

4. Déchirure laminaire
Il s’agit d’une fissuration interne à basse température. Limité au métal de base de la plaque épaisse ou de la zone affectée thermiquement par soudure, se produisant principalement dans les joints de type « L », « T », « + ». Défini comme une tôle d'acier épaisse laminée dans le sens de l'épaisseur de la plasticité n'est pas suffisant pour résister à la direction de la contrainte de contraction de soudage et s'est produite dans le métal de base d'une fissure à froid en forme de marche. Généralement en raison de l'épaisseur des tôles d'acier lors du processus de laminage, certaines inclusions non métalliques dans l'acier laminé parallèlement à la direction de laminage des inclusions de la bande, ces inclusions provoquées par la tôle d'acier dans les propriétés mécaniques de la conductivité de chacune. La prévention et le contrôle de la déchirure laminaire dans la sélection des matériaux peuvent être sélectionnés parmi l'acier raffiné, c'est-à-dire la sélection de z pour la haute performance de la plaque d'acier, vous pouvez également améliorer la forme de conception du joint, pour éviter la soudure unilatérale, ou pour porter z du côté de la contrainte hors du biseau.
Le déchirement laminaire et la fissuration à froid sont différents, ils se produisent et le niveau de résistance de l'acier n'a rien à voir, principalement avec la quantité d'inclusions dans l'acier et la répartition de la morphologie. Les tôles d'acier épaisses généralement laminées, telles que l'acier à faible teneur en carbone, l'acier à haute résistance faiblement allié et même les tôles en alliage d'aluminium, apparaîtront dans la déchirure laminaire. Selon l'emplacement de la déchirure laminaire, elle peut être grossièrement divisée en trois catégories :
La première catégorie est la formation de déchirures laminaires induites par des fissures à froid dans le pied de soudure ou la racine de la soudure dans la zone de soudage affectée par la chaleur.
La deuxième catégorie est la zone affectée par la chaleur de soudage le long des fissures des inclusions, qui constitue la déchirure laminaire technique la plus courante.
La troisième catégorie est éloignée de la zone affectée thermiquement dans le matériau de base le long des fissures des inclusions, généralement davantage dans la structure des plaques épaisses avec davantage d'inclusions de flocons de MnS.
Morphologie de déchirure laminaire et inclusions du type, forme, répartition, ainsi que localisation d'une relation étroite. Lorsque la direction de roulement le long des inclusions feuilletées de MnS est dominante, la déchirure laminaire a une étape claire, lorsque les inclusions de silicate sont dominantes en ligne droite, comme les inclusions d'Al sont dominantes en une étape irrégulière.

Soudage de structures de plaques épaisses, en particulier de joints de type T et d'angle, dans des conditions de contrainte rigide, la contraction de la soudure se fera dans la direction de l'épaisseur du matériau de base pour produire beaucoup de contraintes de traction et de déformation, lorsque la déformation dépasse le plastique capacité de déformation du métal de base, les inclusions et la matrice métallique seront séparées de la matrice métallique et des microfissures se produiront, dans la contrainte continue de jouer le rôle de fond de fissure le long du plan d'expansion des inclusions se localisent, la formation de le soi-disant "plate-forme".
Il existe de nombreux facteurs affectant la déchirure laminaire, principalement dans les aspects suivants :
1 : les inclusions non métalliques du type, de la quantité et de la répartition de la morphologie sont la cause essentielle de la déchirure laminaire, elle est provoquée par l'anisotropie de l'acier, les propriétés mécaniques des différences fondamentales.
2 : Structures soudées à parois épaisses de contrainte de confinement dans la direction Z dans le processus de soudage pour résister à différentes contraintes de confinement dans la direction Z, contraintes résiduelles après soudage et charges, elles sont causées par les conditions mécaniques de déchirure laminaire.
3 : On pense généralement que l’effet de l’hydrogène se produit à proximité de la zone affectée thermiquement, induite par la fissuration à froid pour devenir une déchirure laminaire, l’hydrogène étant un facteur d’influence important.
Étant donné que l'impact de la déchirure laminaire est très important, les dommages sont également très graves. Il est donc nécessaire de porter un jugement sur la susceptibilité de l'acier à la déchirure laminaire avant la construction.
Les méthodes d'évaluation couramment utilisées sont le retrait de la section de traction dans la direction Z et la méthode de contrainte critique dans la direction Z des broches. Afin d'éviter une déchirure laminaire, le retrait de la section ne doit pas être inférieur à 15 %, on espère généralement que=15 ~ 20 % est approprié, lorsque 25 %, que la déchirure anti-laminaire est excellente.
Pour prévenir la déchirure laminaire, des mesures doivent être prises principalement sous les aspects suivants :
Premièrement, les méthodes de désulfuration du fer largement utilisées pour l'affinage de l'acier et le dégazage sous vide peuvent être fondus à partir de la teneur en soufre de seulement {{0}},003 ~ 0,005 % d'acier à très faible teneur en soufre, son retrait de section ( direction Z) peut atteindre 23 ~ 25 %.
Deuxièmement, contrôler la forme des inclusions de sulfure consiste à transformer le MnS en d'autres éléments du sulfure, de sorte qu'il soit difficile de s'allonger lors du laminage à chaud, réduisant ainsi l'anisotropie. À l’heure actuelle, les éléments ajoutés largement utilisés sont le calcium et les terres rares. Avec le traitement ci-dessus, l'acier peut être fabriqué avec un retrait de section dans la direction Z de 50 à 70 % pour résister à la déchirure des tôles d'acier laminées.
Troisièmement, du point de vue de la prévention de la déchirure laminaire, le processus de conception et de construction vise principalement à éviter les contraintes et la concentration de contraintes dans la direction Z, et les mesures spécifiques sont mentionnées dans l'exemple suivant :
(1) devrait essayer d'éviter les soudures unilatérales, au lieu d'une soudure bilatérale, cela peut atténuer l'état de contrainte de la zone racine de la soudure, afin d'éviter la concentration des contraintes.
(2) L'utilisation de soudures d'angle symétriques avec moins de soudures au lieu de souder une grande quantité de soudure complète à travers la soudure, afin de ne pas produire de contraintes excessives.
(3) Le biseau doit être réalisé sur le côté soumis à une contrainte dans la direction Z.
(4) Pour les joints de type T, une couche de matériau de soudage à faible résistance peut être pré-empilée sur la plaque transversale pour éviter les fissures à la racine de la soudure et modérer également la contrainte de soudage.
(5) Afin d'éviter la déchirure laminaire causée par la fissuration à froid, certaines mesures visant à prévenir la fissuration à froid doivent être adoptées autant que possible, telles que la réduction de la quantité d'hydrogène, l'augmentation du préchauffage et le contrôle de la température des couches intermédiaires.