cours 6 fissuration

5/25/2018 Cours 6 Fissuration

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et fissuration chaud

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TYPE DE FISSURATION

Les assemblages souds sont susceptibles deux types de fissuration :

- Fissuration froid- Fissuration chaud

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FISSURATION FROID

Du point de vue de leur morphologie, on peut classer les fissures froid en fonctionde leur position :

- ZAT

-

- Zone fondue

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FISSURATION FROID / SOUDAGE DES ACIERS

La fissuration froid en soudage dacier est associe aux trois facteurscaractristiques que sont :

a) Structure de trempe martensite (fonction du Ceq)

c) Contrainte interne

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FISSURATION FROID / DFINITION

Lappellation fissuration froid en anglais cold cracking rsulte dunefragilisation de la martensite (structure dure et fragile), qui apparait elle-mme basse tem rature dans lchelle des transformations T300C .

On sous-entend que cette fragilisation est cause par lhydrogne et les.

instants entre quelques minutes et 24 heures.

Si les trois facteurs caractristiques de fissuration froid sont prsents, le

risque de fissuration est trs lev. Si un des trois facteur est vit, le risque de

fissuration froid est vit.

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FACTEUR DE TREMPE EN SOUDAGE

La nature de lacier (composition chimique) influence son aptitude la trempe.Laptitude de la trempe dun acier est reflte par sa position, dans lchelle

.

Pratiquement, dans le cas du soudage, la trempabilit dans la zone affectethermiquement peut sapprcier par la valeur du temps critique derefroidissement, lui-mme fonction, pour une paisseur donne de lnergie

mise en jeu et de la temprature initiale.

La teneur en carbone joue un rle important tant qu la trempabilit (duret dela martensite) dun matriau. Par ailleurs, dautres lments daddition jouent le

m me r e que e car one no on e car one qu va en .

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FACTEUR DE TREMPE

Acier au carbone (0.50%C)

Augmentation de lavitesse de

refroidissementau mente le % demartensite

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NOTION DE CARBONE QUIVALENT (Ceq)

Bien que ces rles respectifs du carbone et des lments daddition soientdiffrencis, on a pris depuis longtemps lhabitude de grouper ces lments

, ,

de rendre compte de son comportement du point de vue de la trempe ensoudage.

Ce nombre appel carbone quivalent, est obtenu en ajoutant la teneur en

carbone les teneurs en lments dalliages, chacune affecte dun coefficient .

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uornCCeq+

+++

++=

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NOTION DE CARBONE QUIVALENT

Plus le carbone quivalent est faible, plus le risque de fissuration froiddiminue.

Pour les aciers au C-Mn, une valeur maximale de Ceq de 0.40 renseignent sur lancessit de prcaution particulire pour viter la fissuration froid. Si le Ceq est

. ,

- Prchauffage / Postchauffage

- Contrle de lnergie de soudage (E)

- Contrle de la temprature entre passe

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HYDROGNE DISSOUS

Lors de lopration de soudage larc, le mtal fondu est susceptible dedissoudre de lhydrogne provenant de la dcomposition de leau prsente (airambiante, humidit du mtal da ort-base, , ou de celles de matireshydrognes (graisses, peinture, salets, ) et dventuels apportsdhydrogne par le gaz de soudage.

La quantit dhydrogne dissoute dans le mtal fondu peut tre leve.

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HYDROGNE DISSOUS

Des rsultats publis par GRANJON montrent que, lors du soudage des aciers,la quantit dhydrogne diffusible prsent dans 100 g de mtal fondu peut

,

- 15 cm3 en soudage SMAW enrobage rutile

- 7 cm3 en SMAW enrobage basique

- 4 cm3 en soudage MIG- 9 cm3 en soudage SAW

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HYDROGNE DISSOUS

Or, lors de la solidification, la solubilit delhydrogne diminue trs sensiblement etune sursaturation dh dro ne survientdans la zone fondue se refroidissant.

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HYDROGNE DISSOUS

Le gaz ainsi produit se rassemble dans les espaces mnags par les dfauts destructure et les dcohsions entre le mtal et les inclusions.

En ces lieux, la pression du gaz croit avec la diffusion de lhydrogne et peutatteindre des niveaux levs, ce qui engendre localement des sollicitations

.

Si ltat structural du mtal ne lui permet pas de rsister dans ces conditions(structure martensitique dure et fragile), une fissuration pourra se dvelopper.

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CONTRAINTE RSIDUELLE

Les contraintes rsiduelles sont dues au retrait de la soudure lors du cycle derefroidissement.

Rappel : Le niveau de contrainte rsiduelle en soudage peut atteindre le limitedlasticit du matriau.

Les contraintes rsiduelles ajoutent des sollicitations aux dfauts existants(hydrogne qui induit une surpression dans un dfaut).

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PRCUATIONS POUR VITER LA FISSURATION FROID

Pour viter la fissuration froid, il faut viter une des trois caractristiquessuivantes :

a) Structure de trempe / martensite (Ceq)b) Hydrognec Contrainte rsiduelle

Plus le carbone quivalent est faible, plus le risque de fissuration froid.

Pour les aciers au C-Mn, une valeur maximale de Ce de 0.40 renseignent sur la

ncessit de prcaution particulire pour viter la fissuration froid.

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PRCAUTION POUR VITER LA FISSURATION FROID STRUCTURE DE TREMPE

Si le Ceq est suprieur 0.40, des prcautions particulires sont prendre pourviter les structures de trem e.

- Prchauffage / Postchauffage

- viter structure de trempe

- faire diffuser lhydrogne

-


- Contrle de la temprature entre passe (Tmin)


- faire diffuser lhydrogne

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PRCAUTION POUR VITER LA FISSURATION FROID -HYDROGNE

Lors de lopration de soudage larc, le mtal fondu est susceptible dedissoudre de lh dro ne rovenant de la dcom osition de leau rsente airambiante, humidit du mtal dapport-base, ), ou de celles de matireshydrognes (graisses, peinture, salet, ) et dventuels apports dhydrognepar le gaz de soudage. La quantit dhydrogne dissoute dans le mtal fondu

.

Prcaution pour lhydrogne :

- Pice propre sans graisse (nettoyer au solvant)

- Mtal de base non humide (faire un lger prchauffage)- Mtal dapport basse et trs basse teneur en hydrogne

-

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PRCAUTION POUR VITER LA FISSURATION FROID HYDROGNE

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Sachant que lhydrogne est plus diffusible temprature leve, lerchauffa e, le contrle de la tem rature entre asse et le ostchauffa e vont

permettent lhydrogne de diffuser en dehors de la soudure.

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PRCAUTION POUR VITER LA FISSURATION FROID

CONTRAINTES

Pour minimiser les contraintes rsiduelles, optimiser :

- Prparation

- Ordre de soudage

-

Finalement, tant difficile de connatre le niveau de contrainte rsiduel, il fautpren re es pr caut ons pour es m n m ser, ma s es v ter ne sera ama spossible.

Donc pour viter la fissuration froid, miser sur la rduction de la structure detrempe et lhydrogne.

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PRCAUTIONS POUR VITER LA FISSURATION FROID

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SOUDURES LES PLUS SUSCEPTIBLES LA FISSURATION FROID

Pratiquement, il faut retenir que les soudures ayant un cycle de refroidissementrapide sont les plus susceptibles la fissuration froid (en ne tenant pas compte

.dans les soudures se retrouve, par exemple :

- es prem res passes e sou ures mu t passes ou e cyc ethermique de la premire soudure est la plus svre.

- Les soudures de pointage (tack weld). Il faut prendre les mmesprcautions pour les soudures de pointage que la soudure.

- Les amorages darc en dehors de la soudure.

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LES MATRIAUX SUSCEPTIBLES LA FISSURATION FROID

-Les matriaux susceptibles de tremper (transformation C.C. C.F.C.)

- acier au carbone et particulirement ceux avec un Ceq lev (1045, 4140, )

- acier inoxydable martensitique (SS410, SS440, )

-transformation C.C. C.F.C. donc pas propices la trempe)

- acier inoxydable austnitique (SS304, SS316, SS347, )- aluminium et ses alliages (6061, 5083, 7075, )

- nickel et ses alliages (Inconel 600, Inconel 625, )

*C.C. : Cube Centr & C.F.C. : Cubique Face Centr

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ssurat on c au

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FISSURATION CHAUD / DFINITION

Cette forme de fissuration est lie lexistence dun film liquide bas point de fusionsparant les grains qui achvent leur croissance alors que le retrait de solidificationEst dj important.

Dans la soudure, ce type de fissure peut se retrouver soit au centre de la soudureet/ou aux joints de grains.

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Note : Un film liquide demtal persiste encore

lorsque le retrait de

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SGRGATION

- Sgrgation dendritique

- Sgrgation intergranulaire

-

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INTERVALLE DE SOLIDIFICATION

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PRCAUTIONS POUR VITER LA FISSURATION CHAUD / ACIER

L'addition de soufre, par exemple, abaisse la temprature de fusion du fer aussibas que 988C. Mme si l'effet peut tre compens par l'addition demanganse, qui se combine au soufre pour former du MnS, la contamination de la

.

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PRCAUTIONS POUR VITER LA FISSURATION CHAUD / ACIER

Pour les aciers non allis ou faiblement allis, il est recommand, afindviter la fissuration chaud, de satisfaire, en ce qui concerne lacomposition du mtal fondu, aux conditions suivantes :

- S % < 0.040- Mn % / S % > 20

Ces exigences permettent dviter la liquation du sulfure de fer; elles sontpratiquement toujours satisfaites avec les aciers modernes dont la teneuren souffre a t trs sensiblement abaisse alors que le mtal fondu des

manganse :

- P % < 0.040

Cette exigence permet dviter la liquation du phosphore

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PRCAUTIONS POUR VITER LA FISSURATION CHAUD / ACIERINOX AUSTNITIQUE

Il nen est pas de mme pour les aciers inoxydables austnitiques pour lesquels ce

risque doit tre pris en compte. La fissuration chaud se dveloppe par suite du

manque de cohsion d la prsence dun film liquide interdendritique et/ou la

fragilit haute temprature des produitssolidifis dans les joints des grains partir de ce film liquide.

La prsencede souffre, de phosphore, et de silicium, de niobium et de bore

favorisent ce phnomme.

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PRCAUTIONS POUR VITER LA FISSURATION CHAUD / ACIERINOX AUSTNITI UE

La manire la plus efficace de lutter contre celui-ci consiste provoquer laformation, en dbut de solidification, dune certaine proportion de ferrite delta (5-

.solubles en elle que dans la structure austnitique (et empcherait de ce fait leurliquation). De plus, sa faible tenue mcanique et sa grande ductilit limiterait leniveau des contraintes dues au retrait.

Cest en jouant sur la composition du mtal fondu que le soudeur pourra faire ensorte que la quantit ncssaire de ferrite delta apparaisse en dbut de

.mtallographique en fonction des lments dalliages et permet de prdire unestructure mtallurgique avec un taux de ferrite delta entre 5-10%.

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PRCAUTIONS POUR VITER LA FISSURATION CHAUD / ACIERINOX AUSTNITI UE

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FORMES DE LA FISURATION CHAUD

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FORMES DE LA FISURATION CHAUD

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-Test)

- Mise en contrainte par un joint souderfortement brid

- Ligne de fusion excute avec leprocd GTAW.

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VITESSE ET NERGIE DE SOUDAGE


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VITESSE ET NERGIE DE SOUDAGE

Pour minimiser le risques de fissuration chaud, il faut :

- Minimiser lnergie linaire de soudage (souder froid)-- Limiter la vitesse davance (vitesse de soudage)

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FORME DU CORDON


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FORME DU CORDON

Bien que souvent sous-estime, la forme des cordons de soudure a uneinfluence capitale. La zone qui se solidifie en dernier concentre les impuretsdu fait de leur rejet dans la phase liquide lors de la solidification. Cela la rend

,une surface concave, cette zone est aussi celle de plus faible section. Ainsi, lescontraintes rsultant du retrait pourront plus facilement engendrer la fissuration

.convexe est donc toujours prfrable.

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FORME DU CORDON


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FORME DU CORDON

De mme, lorsqu'un cordon est trs fortement pntr (rapportlargeur/pntration faible), ses bords latraux sont sensiblement parallles sibien que la phase finale de la solidification concerne toute sa hauteur (colonne

, ,termine en surface du cordon, ce qui rduit les risques de fissuration. Le profildu bain de fusion est donc un facteur important qui influe sur les risques de

. , ,respecter un rapport largeur/ profondeur du bain suprieur 1 (rapport W/D > 1).

appor appor >

( viter) (recommand)47

BRIDAGE / CONTRAINTES


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BRIDAGE / CONTRAINTES

Toutes choses tant gales par ailleurs, le niveau de bridage augmentele risque de fissuration chaud.

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RFRENCES

[1] Grangon (H.). Bases mtallurgiques du soudage, Publ. De la soudureautogne, Eyrolles (1989).

[2] Murry (G.). Soudage et soudabilit mtallurgique des mtaux ESSA.. .

[4] Fihey (J-L.). Notes de cours

[5] Welding Metallurgy and Weldability of Stainless steel, J.C. Lippold and D.J.Kotecki, John Wiley & Sons, 2005., - , , .

[7] Hot Cracking Phenomena in Welds, Th. Bllingaus and H. Herold, Springer,2005.

[8] Metallurgy of Welding, J.F. Lancaster, Woodhead Publishing Limited, 1999. agaz ne rcu n us r e , a u on en sou age, . c e , oc o re .

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