Coin des consommables : Prévention des fissures lors du soudage à haute

Q : Nous fabriquons un mécanisme de type charrue en acier A514 (T1), avec des charnières en acier à faible résistance comme A572 ou A36. Sur une machine particulière, la conception exige que la charrue soit fabriquée en AR400 de 3/4 po d'épaisseur et les charnières en A514 de 3/4 po d'épaisseur. Nous utilisons GMAW avec un gaz de protection à 90 % d'argon et 10 % de dioxyde de carbone et un métal d'apport ER120. Nous avons connu beaucoup de fissures, que ce soit dans le métal soudé ou dans le matériau de base. Des suggestions sur la façon dont nous pouvons résoudre ce problème ?

R : Jetons un coup d'œil aux matériaux que vous avez mentionnés et passons en revue les spécificités de chacun ainsi que les stratégies pour les souder.

A514 et AR400 sont des aciers à haute résistance faiblement alliés (HSLA) qui tirent leurs propriétés du processus de trempe et de revenu (Q&T). Ces types de matériaux à haute résistance ont de très faibles quantités d'alliages, tels que le nickel, le chrome et le molybdène, qui améliorent les propriétés mécaniques. La principale différence entre ces deux est que l'A514 est très polyvalent et peut être utilisé dans de nombreuses applications, tandis que l'AR400 est résistant à l'abrasion et aux chocs et ne doit pas être utilisé dans des applications structurelles porteuses.

A514 a une plage de résistance à la traction de 110 à 130 KSI et une plage d'indice de dureté Brinell (BHN) de 235 à 293, selon la nuance que vous utilisez. L'AR400 a une résistance à la traction comprise entre 170 et 190 KSI et un BHN minimum de 400, d'où son nom.

L'utilisation d'un métal d'apport ER120 et d'un gaz de protection à 90 % d'argon/10 % de CO2 avec le procédé GMAW est parfaitement acceptable. C'est en fait avantageux en raison des caractéristiques à faible teneur en hydrogène de ce procédé et de ce type de fil.

Dans la plupart des situations, vous faites correspondre votre métal d'apport au matériau de base le moins résistant qui est assemblé, qui dans ce cas est l'A514. Cependant, l'AR400 n'est pas destiné aux applications porteuses, c'est donc techniquement le maillon le plus faible. De plus, vous avez déclaré qu'il s'agit d'un mécanisme de labour, de sorte que les matériaux sont plus que probablement choisis pour leur résistance aux chocs et à l'abrasion et non pour leur résistance globale.

Si vous pouvez vérifier cela avec l'ingénieur de conception et le fournisseur de matériaux, vous pourrez peut-être le souder avec un métal d'apport de résistance inférieure tel qu'une classification ER70 ou ER80. Ces alliages ont une faible teneur en alliage et le métal fondu sera moins sensible à la formation de phases métallurgiques sensibles aux fissures (c'est-à-dire la martensite). D'un point de vue technique, utilisez des cordons de soudure et, si nécessaire, un léger grenaillage du cordon de soudure pour aider à réduire les contraintes de soudure résiduelles.

Deux informations sont nécessaires pour identifier la cause de vos problèmes de fissuration. Tout d'abord, quels types de fissures obtenez-vous ? Deuxièmement, préchauffez-vous les joints avant de souder ? Si oui, à quelle température ?

Les fissures sous le cordon et les fissures transversales à la direction de soudage sont généralement causées par le piégeage d'hydrogène. Pour que cela se produise, la microstructure doit être sensible à la fragilisation par l'hydrogène et une source d'hydrogène. Ne pas préchauffer et refroidir lentement les pièces soudées correctement peut entraîner la formation de martensite dans la soudure ou la zone affectée par la chaleur (HAZ) du matériau de base.

La martensite est une microstructure fragile très sensible au piégeage d'hydrogène. Étant donné que l'hydrogène est le plus petit de tous les éléments, il peut se déplacer librement à travers la microstructure où il s'accumule près des joints de grains, ce qui crée une pression intergranulaire extrême. Cette pression interne, associée à une microstructure à faible ductilité, peut entraîner une fissuration induite par l'hydrogène et une défaillance potentiellement catastrophique.

Le préchauffage et le refroidissement lent sont les étapes les plus importantes pour réussir cette application de soudage. Étant donné que les deux matériaux de base sont Q&T, faites très attention au préchauffage et à la température maximale entre passes. Pour les épaisseurs données, l'AR400 doit avoir un préchauffage minimum de 250 degrés F et l'A514 un minimum de 125 degrés F. La température maximale entre passes pour les deux matériaux est de 400 degrés F. Si vous dépassez ces valeurs, il est plus que probable qu'un recuit se produira, ce qui entraînera des propriétés de résistance inférieures. Enfin, maintenez l'apport de chaleur de soudage inférieur à 55 kilojoules par pouce.