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Jul 13, 2023

Le coin des consommables : Résoudre les problèmes de fissures de soudure avec le chrome 4150

Q : Nous fabriquons actuellement un produit qui comprend un tuyau en acier 4150 de 30 pouces de diamètre et 2 pouces d'épaisseur, soudé à une plaque d'acier 1018 de 3 pouces d'épaisseur. Le tuyau a un 3/8-in. biseau et nous

Q : Nous fabriquons actuellement un produit qui comprend un tuyau en acier 4150 de 30 pouces de diamètre et 2 pouces d'épaisseur, soudé à une plaque d'acier 1018 de 3 pouces d'épaisseur. Le tuyau a un 3/8-in. biseau et nous l'assemblons à l'aide d'une soudure triple passe. Récemment, nous sommes passés d'un métal d'apport ER80 contenant 1 % de nickel à un métal d'apport ER70S-6. Nous constatons maintenant des fissures dans les soudures adjacentes aux extrémités de la soudure du côté 4150, et parfois dans le métal fondu. Nous utilisons un préchauffage de 400 degrés F. Avez-vous des suggestions sur la façon dont nous pouvons éliminer les fissures ?

R : Ce problème n'est pas du tout rare lors du soudage sur des aciers au chrome-molybdène (CrMo) ou sur des aciers à haute résistance et faiblement alliés. Vous devez d’abord comprendre les propriétés des matériaux.

L'acier AISI/SAE 1018 entre dans la catégorie à faible teneur en carbone (0,05 à 0,3 pour cent de carbone) et a une gamme de carbone de 0,14 à 0,2 pour cent. Il a une limite d'élasticité minimale (YS) de 53 700 PSI et une résistance à la traction ultime (UTS) de 63 800 PSI. Étant donné que la teneur en carbone est relativement faible et qu'il n'existe aucun autre élément d'alliage important qui pourrait augmenter considérablement l'équivalence carbone, il n'y a pas grand-chose d'autre à prendre en compte lors du soudage. Cependant, en raison de l'épaisseur de votre application, nous recommandons un certain préchauffage des soudures.

L'AISI/SAE 4150 est considéré comme un acier allié au CrMo de la série 41XX. Différentes qualités ont des compositions d'alliage légèrement différentes et sont identifiées par les deux derniers chiffres de l'indicatif SAE, qui représentent la teneur en carbone. Il est également considéré comme une nuance d'acier à teneur moyenne en carbone (0,3 à 0,8 pour cent de carbone) avec 0,48 à 0,53 pour cent de carbone, d'où le « 50 » dans le nom. Les propriétés mécaniques sont supérieures à celles de l'acier 1018. L'acier 4150 a un YS minimum de 55 100 PSI et un UTS de 106 000 PSI à l'état recuit. En raison de la teneur élevée en carbone avec l'ajout d'alliages et d'une équivalence carbone calculée d'environ 0,88, un préchauffage avant tout soudage est nécessaire ainsi que des considérations après le soudage.

Concernant votre candidature, trois éléments la rendent plus difficile. Premièrement, l’épaisseur considérable du matériau se traduit par des vitesses de refroidissement rapides. Deuxièmement, un acier allié à haute résistance présente généralement une microstructure susceptible à la formation de martensite et à des fissures potentiellement induites par l'hydrogène. Troisièmement, une structure soudée tuyau-plaque est considérée comme une configuration de joint soudé à haute contrainte.

Vous avez déclaré que vous utilisiez auparavant un produit ER80 contenant 1 pour cent de nickel et que vous n’aviez jamais subi de fissures. En fonction des paramètres de soudure, de l'apport de chaleur et de la taille de la soudure, la teneur en nickel peut être responsable de la résistance à la fissuration après soudage. Le passage à l'électrode ER70S-6 n'aurait dû poser aucun problème puisque la plaque 1018 est le matériau déterminant pour les considérations d'adaptation du métal d'apport. N'oubliez pas que la règle générale est de faire correspondre le matériau à moindre résistance.

Il manque quelques variables qui pourraient nous aider à analyser le problème, telles que l'état de votre matériau de base (c'est-à-dire recuit ou normalisé), le type de gaz de protection, le type ou le processus d'électrode de soudage, la taille du cordon de soudure, la technique et tous les paramètres de soudure associés. De plus, quelle procédure post-soudure avez-vous suivie ?

Avec l'équivalent en carbone élevé du matériau 4150 et son épaisseur de 2 pouces, nous vous recommandons d'appliquer un préchauffage minimum de 600 degrés F avant toute activité de soudage, y compris le soudage par pointage. Souvent, les gens sautent le préchauffage avant le soudage par pointage et l'installation. Le soudage par pointage est toujours considéré comme du soudage, et avec la température extrême de l'arc de soudage et le matériau de base froid, la soudure par pointage refroidit incroyablement rapidement ainsi que la zone affectée thermiquement (ZAT), ce qui entraîne de petites fissures dans le matériau sensible. Une fois qu’une fissure s’est formée, rien n’empêche qu’elle se propage et provoque une panne.

Avant le montage, appliquez un préchauffage de trempage uniforme et complet. Soudez les composants en place tout en maintenant le préchauffage minimum. Soudez complètement le joint avant que le refroidissement ne soit autorisé, en utilisant des cordons de soudure équivalents à ¼ à 5/16 po. filet. Assurez-vous que les soudures sont continues autour du tuyau si possible, ou soudez les sections opposées pour équilibrer les contraintes de retrait des soudures.