Les valeurs de résiliences du métal d'apport sélectionné pour une fabrication

Il est essentiel de choisir le bon métal d'apport avec les propriétés mécaniques et chimiques adaptées pour votre fabrication soudée.
Les bonnes propriétés du métal d'apport assurent la résistance mécanique et chimique correcte de la soudure, mais peuvent aussi aider à prévenir des complications futures coûteuses.
Une garantie des valeurs de flexion par choc du métal d'apport est très importante dans les fabrications soudées qui supportent des forces cycliques et des températures extrêmes qui peuvent menacer l'intégrité de la soudure.

1 - Résistance aux chocs

Lors du choix des métaux d'apport, il est essentiel de trouver ceux dont les propriétés mécaniques et chimiques sont parfaitement adaptés à l'usage de la fabrication soudée.

La résistance à la flexion par choc est la possibilité d'une soudure à se déformer tout en absorbant l'énergie avant de rompre, spécialement quand la contrainte de force est appliquée rapidement en général, au moins d'une seconde. En termes plus simples, c'est la quantité d'énergie à l'impact rapide qu'une soudure peut supporter avant qu'elle se rompt.
Les forces de flexion par choc peuvent survenir sous forme d'éléments naturels, comme le vent, les tremblements de terre, les explosions et les collisions.

Les métaux d'apport qui fournissent une bonne résistance à la flexion par choc peuvent aider à minimiser l'ampleur et le taux de fissuration en cas d'impact et/ou de fatigue.
Dans les applications de cryogénie, ces métaux d'apport doivent également aider à atténuer le risque de ruptures fragiles causée par la perte de résistance que les aciers subissent à basses températures.
Dans certains cas, la résistance au choc dans une soudure peut même arrêter la propagation d'une fissure, permettant des réparations d'urgence avant la défaillance d'un composant.

2 - Les normes de réception des métaux d'apport

De nombreux codes de fabrication et spécifications exigent d'utiliser des métaux d'apport qui répondent à une résistance imposée à la flexion par choc (exemple : 47 Joules à -20°C).

La plupart des fabricants de métaux d'apport produisent des métaux d'apport selon des normes européennes de réception.
Ces normes européennes fournissent des valeurs minimales imposées de résistance à la flexion par choc pour chaque classification de métal d'apport ainsi que la méthode appliquée pour tester ces métaux d'apport.
Vous pouvez sélectionner votre métal d'apport selon les exigences énoncées dans le code ou les spécifications de votre fabrication soudée.

3 - Comment les métaux d'apport fournissent une résistance aux chocs

Les fabricants de métaux d'apport conçoivent des produits à l'aide d'un subtil équilibre de nombreux éléments chimiques, dont chacun offre des caractéristiques distinctes à la fois pour le procédé de soudage et pour la soudure terminée.
Ces différents éléments peuvent varier de l'ajout de désoxydants pour limiter la calamine de la soudure à l'addition de chrome pour augmenter la résistance à la corrosion.

Lors de la conception des métaux d'apport et pour fournir une excellente résistance à la flexion par choc, les fabricants peuvent ajouter du nickel et éliminer le phosphore et le soufre pour obtenir les propriétés mécaniques attendues.
Le nickel peut améliorer les propriétés du métal fondu en modifiant la microstructure qui augmente la résistance à la flexion par choc et offre une bonne résistance à la fissuration.
Dans certains cas, les fils d'apport avec l'ajout de nickel peuvent avoir un bain de fusion légèrement plus pâteux ou générer des projections supplémentaires, mais ces inconvénients sont compensés par l'excellente résistance à la flexion par choc obtenue.
La présence de phosphore et de soufre dans les métaux d'apport métalliques et dans les métaux de base est particulièrement préjudiciable pour obtenir une bonne ténacité de la soudure.
Les effets nocifs de ces éléments sont amplifiés lors du mélange du métal de base et du métal d'apport dans le métal fondu.
Pour assurer une bonne résistance à la flexion par choc, il est préférable de choisir des métaux de base et des métaux d'apport avec la plus faible teneur en phosphore et en soufre possible, idéalement pas plus de 0,025 % de chaque élément.

Pour obtenir de bonnes valeurs de résiliences, il est recommandé d'utiliser des électrodes enrobées basiques, des flux basiques et des fils fourrés basiques.
Ces métaux d'apport peuvent être beaucoup plus difficiles à souder, mais les propriétés de ténacité qu'ils fournissent sont excellentes.
Ces métaux d'apport sont généralement les premiers à être recommandés dans de nombreuses applications de sécurité critique et les réparations.
En cas de doute, consulter votre fabricant de métaux d'apport ou votre distributeur pour déterminer d'un commun accord le meilleur métal d'apport pour chaque fabrication soudée.

4 - L'essai Charpy V : Mesurer la ténacité des métaux d'apport

L'essai Charpy V est l'un des nombreux tests utilisés pour déterminer la résistance à la flexion par choc dans les métaux d'apport et cet essai est considéré comme le standard de l'industrie.
L'essai de flexion par choc (essai de résilience ou essai de rupture fragile) consiste à mesurer le travail nécessaire pour rompre, à l'aide d'une masse pendulaire, un barreau usiné de forme carré de 1 cm[SUP]2[/SUP] de section, entaillé
en son milieu par une encoche usinée avec précision et reposant sur deux appuis.
Cet essai est réalisé sur une machine spéciale appelé mouton pendule rotatif qui enregistre l'énergie absorbée par la rupture.
L'essai permet de caractériser les propriétés de résistance d'un matériau aux chocs.
La norme de référence est la NF EN ISO 9016 de janvier 2013.
L'équipement nécessaire pour procéder au test se compose d'un marteau, situé à l'extrémité d'un pendule.
Après avoir relâché le marteau d'une hauteur fixe, la force s'applique à l'échantillon de soudure qui est placé à l'intérieur d'un gabarit spécial.
Généralement l'échantillon rompt au niveau de l'encoche usinée.
Un ordinateur calcule la valeur d'impact en mesurant la hauteur de remontée du pendule afin de calculer l'énergie.
La température de l'essai de flexion par choc varie en fonction de la classification des métaux d'apport.
La plupart des métaux d'apport en acier doux subissent des tests entre zéro et -40 degrés celsius, tandis que certains métaux d'apport en acier faiblement allié doivent être testés à des températures aussi basses que - 60 degrés Celsius.
Encore une fois, l'acier perd de sa ténacité à basse température, aussi est-il particulièrement important de tenir compte de la température d'essai du métal d'apport quand il sera utilisé en cryogénie.
Vous devez comprendre qu'un test Charpy V n'est pas une simulation exacte de la façon dont la structure réagira à un incidence réel.
Pourtant, le test permet une comparaison suffisante pour la soudure et la performance des métaux et la plupart des codes, normes et des spécifications de soudage s'appuient sur les mesures fournit par ce test.

5 - Autres facteurs qui influencent la résistance aux chocs

Les procédures de soudage et le gaz que vous utilisez peuvent influer sur la résistance à la flexion par chocs de la soudure terminée.
Le préchauffage du matériau de base avant de souder et le maintien d'une température interpasse lors du soudage peut aider à ralentir la vitesse de refroidissement après le soudage.
Un refroidissement lent permet de minimiser les problèmes de trempe de la structure métallique à un niveau microscopique qui peut affecter la résistance aux impacts.
N'oubliez pas de contrôler l'énergie de soudage ou apport de chaleur pendant le soudage.
Comme pour le préchauffage, un apport de chaleur élevé peut aider à ralentir la vitesse de refroidissement et éviter les fissures.
Toutefois, un apport de chaleur excessif peut causer une multitude de problèmes comme une plus grande zone thermiquement affectée (ZAT), qui est particulièrement préjudiciable pour les aciers trempés et revenus .
L'apport de chaleur excessif peut modifier la chimie du dépôt métallique et diminuer la résistance aux chocs.

Les opérations de traitement thermique après soudage tels que le détensionnement peuvent également affecter la résistance aux chocs d'une construction soudée.
Vous devriez consulter votre fournisseur de produits d'apport avant l'exécution d'un TTH pour s'assurer que le métal d'apport que vous avez choisi présentera des propriétés mécaniques acceptables après le TTH.
Enfin, il faut toujours utiliser le gaz de protection recommandé par le fournisseur du métal d'apport pour obtenir la ténacité correcte.
Les différentes compositions du mélange de gaz de protection ont des réactions uniques avec le bain de fusion qui affectent différemment les propriétés mécaniques et chimiques.
Les fabricants de métaux d'apport sont conscients de ces interactions et ajustent soigneusement les formulations chimiques pour garantir la résistance aux chocs optimale pour les gaz de protection prévus.
Les fiches techniques des produits d'apport de soudage précisent la classification du gaz de protection, les paramètres de soudage à utiliser. Assurez-vous donc de les consulter à chaque utilisation.
Chaque produit d'apport a son domaine d'application prévu pour éviter de compromettre les caractéristiques mécaniques et chimiques.
Tant que vous respectez les recommandations du fabricant de métaux d'apport, vous devriez être capable d'assurer une qualité de soudure qui sera conforme à la classification du métal d'apport y compris sa ténacité.

6 - Quelques liens Internet utiles
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