Bonjour,
Le matériau de base utilisé dans cette application est un acier ayant subi un laminage normalisant ou un traitement de normalisation après laminage : montée en température au dessus de Ac3 (910°C environ + 50°C) et refroidissement à l'air.
Sa structure est donc encore relativement grossière : taille de grain moyenne et non homogène en peau et à c'ur (pour les épaisseurs moyennes à fortes).
Ce type d'acier, et principalement les nuances S355N, S420N et S460N, tirent donc leurs propriétés mécaniques par l'ajout de carbone et de manganèse en quantité élevée pour des aciers non alliés de construction.
Ce phénomène est d'autant plus marqué que l'épaisseur des tôles à obtenir est forte (30 dans ce cas) : la teneur en carbone augmente avec l'épaisseur afin de maintenir des propriété mécaniques convenables même à c'ur, zone où le refroidissement lors de la normalisation est le plus lent (et la structure obtenue à propriétés plus faibles).
Le carbone équivalent (sans doute réduit : C+Mn/6 par exemple C = 0.2 % et Mn = 1.5%) calculé par vous précédemment donnait 0,45% ce qui devient fortement critique en termes de soudage !
Celui-ci donnant plus une tendance qu'un résultat fiable pour ces nuances'
Le taux de carbone conditionne la dureté des structures obtenues tandis que les éléments d'alliages augmentent la trempabilité de l'acier en question.
Deux aspects sont alors à considérer :
- le risque de fissuration à froid
- les duretés obtenues en ZAT
Fissuration à froid
En tout premier lieu, on doit jouer sur l'énergie linéique de soudage, qui lorsqu'elle augmente entraîne un ralentissement du refroidissement.
Toutefois, avec ce type d'aciers, cela ne s'avère pas suffisant. Il est donc impératif de recourir à un préchauffage permettant un refroidissement plus lent et donc de limiter la formation de structures dures types bainito-martensitiques ici.
Un postchauffage permettra quant à lui de laisser à l'hydrogène dissous de diffuser hors de la soudure. Le procédé étant ici le MAG, les niveaux d'hydrogène apportés par le fil sont bas par nature.
Ordres de grandeur : Préchauffage 175°C
Postchauffage 250°C pendant 1heure
Températures entre passes < 300°C
Duretés en ZAT
Le pré et postchauffage, par le ralentissement du refroidissement des zone affectées par le soudage permettra ici de limiter les structures de trempe obtenues et leur duretés.
Malheureusement, ces deux précautions ne pourront pas permettre de limiter celles ci (duretés) dans une très large mesure et prémunisse donc plus d'un éventuel risque de fissuration à froid !
Par le maintien de ce préchauffage sur toute la pièce et pendant toute l'opération de soudage, on pourra éventuellement passer sous la dureté imposée de 320Hv10.
Nota : la plupart des codes de construction font état de niveaux de dureté maximale à ne pas dépasser en ZAT (dureté sous cordon).
Cependant, l'intégrité des structures est plus conditionnée par la capacité d'adaptation plastiques des zones soudées lors de la première mise sous charge que par la dureté des ZAT obtenues !
En effet, on peut avoir des propriétés de ductilité convenables pour l'emploi de l'assemblage après soudage bien qu'avec des niveaux élevés de dureté !
Pistes de réflexions
Traitement thermique ayant ici deux effet, la limitation du niveau des contraintes résiduelles et également un adoucissement des zones dures obtenues ZAT.
Cela permettant à l'assemblage de retrouver des propriétés d'emploi convenables : niveau de ductilité notamment.
Ce cas n'est évidemment réalisable que si les pièces le permettent : dimensions, tolérances dimensionnelles de l'assemblage?
Une opération de temper bead a également été évoquée, celle-ci consistant à effectuer un adoucissement des ZAT sous jacentes par l'apport de chaleur des passes ou couches supérieures.
Cela semble ici peu réaliste, une étude précise devant être menée sur le positionnement de toutes les passes afin d'obtenir l'effet escompté !
Ces séquences de soudages spécifiques sont peu employées dans un cadre de production étant donné la complexité de leur mise en oeuvre et sont par conséquent réservées à des opérations de réparations le plus souvent, lorsqu'un traitement thermique est impossible à mettre en ?uvre.
Changement de métal de base : dans ces niveaux de limite élastique, on préférera largement un acier de type thermomécanique S460M, dont les propriétés sont obtenues lors du laminage avec un taux de carbone beaucoup plus bas que la même nuance en N !
Les duretés en ZAT seront donc sans commune mesure.
De plus, leur mise en oeuvre est plus aisée : réduction des températures de préchauffage.
Mais on veillera à limiter les températures maximales entre passes afin de ne pas détériorer les caractéristiques mécaniques en ZAT.
(!) Message très en retard, mais lu hier, désolé...
Erwan-PF
BWI 71