En raison de l'entrée de chaleur inégale pendant le soudage, le champ de température interne, le champ de contrainte et la microstructure du composant subissent des changements rapides,qui peut facilement entraîner une déformation élastique-plastique inégalePar conséquent, les pièces de travail traitées à l'aide de la technologie de soudage sont plus affectées par les contraintes résiduelles que les autres méthodes de traitement.

01.Types de contraintes de soudage

Les contraintes présentes dans les structures soudées peuvent être divisées en deux catégories selon leurs causes et leurs propriétés.

Tensions thermiques:Le stress causé par un chauffage et un refroidissement inégaux pendant le processus de soudage.

Tension de transition de phase:Le stress causé par une transformation inégale des tissus dans la zone articulaire pendant le processus de soudage est souvent généré lorsque l'équivalent carbone est élevé ou que le processus est inapproprié.

Stress limité:Stress causé par la structure elle-même ou par des contraintes extérieures pendant le processus de soudage.

Stress induit par l'hydrogène:Les tensions locales dans la zone du joint soudé sont causées par l'accumulation d'hydrogène par diffusion lors de micro-défauts après soudage.

Tensions résiduelles de soudage

La contrainte qui existe à l'intérieur de la structure après le soudage, parfois appelée contrainte résiduelle de soudage, est une contrainte interne d'auto-équilibrage à n'importe quelle section transversale à l'intérieur de la structure.

L'amplitude et la répartition des différentes contraintes de soudage sont liées aux caractéristiques du matériau de soudage et de l'acier (tels que la résistance et le coefficient de dilatation), à la méthode de processus de soudage,chaleur de sortie, les paramètres du procédé, la séquence d'assemblage du soudage et la méthode de fonctionnement, ainsi que la structure elle-même ou les contraintes externes, les conditions environnementales du soudage, etc.Ils apparaissent souvent en combinaison et en superposition..

02 Risques liés à la contrainte de soudage

Causant des fissures de soudage

Sous l'interaction de la température, de l'organisation et des contraintes de rigidité structurelle, lorsque la contrainte de soudage atteint une certaine valeur, elle deviendra la principale cause de diverses fissures chaudes,fissures à froid, etc., affectant la qualité de la structure, causant un danger potentiel et conduisant à la réparation ou à la démolition des pièces soudées.

Réduire la capacité de charge de la structure

(1) La superposition des contraintes résiduelles dans les composants soudés et des contraintes de travail augmente le niveau de contrainte que le composant peut supporter,mais réduit en réalité la capacité de charge de la structure ou réduit la marge de sécurité de la structure.

(2) Lorsque le niveau de contrainte dépasse la limite de rendement du matériau, il provoque une déformation plastique de traction dans la zone articulaire, consommant une partie de la plasticité du matériau.

(3) Dans la zone de soudage des structures à paroi épaisse, les soudures en trois dimensions qui se croisent ou les défauts des soudures peuvent provoquer des contraintes de traction triaxiales.réduire la capacité des matériaux à subir une déformation plastique, et peut devenir le point d'origine de la fracture fragile à basse contrainte.

(4) Sous des charges de fatigue bas cycle, des contraintes résiduelles de traction plus élevées peuvent provoquer un certain degré de déformation dans les structures utilisées depuis longtemps.

Causant une corrosion par contrainte

La présence de contraintes résiduelles de traction provoque une fissuration de la structure de la pièce dans des milieux corrosifs, ce qui entraîne une corrosion par contrainte et une fracture fragile par faible contrainte.

Affecte la stabilité des dimensions structurelles

En particulier pour les structures qui doivent être traitées après le soudage, l'équilibre des contraintes internes sera perturbé après le traitement, provoquant une déformation structurelle ou des dimensions de traitement instables.

03 Facteurs influant sur les contraintes de soudage

L'influence de la forme structurelle

(1) Accrochage des plaquettes: la répartition des contraintes résiduelles dans le soudage longitudinal et transversal est illustrée à la figure 1.

(2) couture circonferentielle du cylindre du récipient sous pression.l'épaisseur de la paroi du cylindre, et la largeur de la zone de déformation plastique de compression (comme indiqué sur la figure 2), et augmenter avec l'augmentation du diamètre du cylindre,tout en diminuant avec l'expansion de la zone de déformation plastique.

Figure 1 Répartition de la contrainte résiduelle dans l'articulation de l'arrière d'une plaque plate

Figure 2 Répartition des contraintes résiduelles lors du soudage longitudinal de la couture cylindrique

L'impact des contraintes rigides

(1) Accrochage des plaques: deux plaques d'acier sont rigidement fixées dans la direction transversale avant le soudage, et il n'y a pas d'impact significatif sur les contraintes longitudinales après le soudage.Les deux côtés transversaux présentent une seule contrainte de traction (voir figure 3).Les plaques étroites donnent lieu à des contraintes de contrainte élevées, tandis que les plaques larges donnent lieu à des contraintes de contrainte réduites.Après avoir supprimé la contrainte externe, la contrainte est éliminée et la contrainte résiduelle est redistribuée.

(2) La couture de soudure fermée du bloc de raccordement embarqué. Il y a des prises de tuyaux ou des inserts dans la structure de la coque, qui fournissent de fortes contraintes de rigidité.plus la contrainte interne est grandeLa contrainte longitudinale (c'est-à-dire la contrainte tangentielle σ t) dans le bloc embarqué (comme le montre la figure 4) est une contrainte de traction près de la couture de soudure, qui peut atteindre jusqu'à σ s; la contrainte latérale (c'est-à-dire la contrainte latérale) est une contrainte de traction située à proximité de la couture de soudure.la contrainte radiale σ r) est également la contrainte de traction près de la couture de soudureAu centre de l'incrustation, où σ t = σ r, il y a un champ de contrainte bidirectionnel. Plus le diamètre de l'incrustation est petit, plus la valeur de contrainte bidirectionnelle est élevée.La contrainte de la soudure de prise en charge est liée à la forme de la jointure, et la contrainte du type de siège extérieur est moindre; le type encastré a une rigidité et une contrainte élevées.

Figure 3: Effets des contraintes rigides sur les contraintes de soudage

Figure 4 Tensions de soudage dans la couture de soudage fermée du bloc d'insertion du disque

L'influence de l'épaisseur des plaques et de la forme des rainures

La répartition des contraintes résiduelles varie avec l'épaisseur de la plaque, et la contrainte transversale σ y perpendiculaire à l'axe de soudure ne peut être ignorée.Les valeurs mesurées des contraintes résiduelles dans le soudage par arc submergé à plusieurs couches de 2.25Cr-1Mo plaque ultra épaisse. Il convient de noter que la contrainte résiduelle près de la surface atteint son pic,et cette contrainte bidirectionnelle ou triaxiale est une raison importante de l'apparition de fissures transversales dans ce type de soudure en acierSi la rainure en forme de V est remplacée par une rainure double en forme de V, une contrainte de compression est générée à la racine de la rainure double en forme de V, ce qui est bénéfique pour éviter les fissures de soudage,comme indiqué à la figure 6. a) pièce d'essai; b) plaque d'épaisseur de 55 mm: c) plaque d'épaisseur de 100 mm

Figure 6 Répartition des contraintes résiduelles lors du soudage symétrique d'une double rainure en V

L'influence des paramètres du processus de soudage

Avec l'augmentation de la chaleur de soudage, la largeur de chauffage et la contrainte résiduelle augmentent, et la largeur de la contrainte résiduelle de traction augmente également.

Influence de la direction du soudage

Les contraintes résiduelles latérales sont la synthèse de contraintes induite par le rétrécissement longitudinal et transversal de la couture de soudure et de sa zone de déformation plastique adjacente.Sa taille et sa distribution sont liées à la longueur de la plaque et à la direction de soudage. Lors du soudage du centre aux deux extrémités, le centre est la contrainte de compression; lors du soudage des deux extrémités au centre, il y a une contrainte de compression aux deux extrémités, comme le montre la figure 7.a) Soudage du centre aux deux extrémités; b) Souder les deux extrémités vers le centre

Figure 7: Influence de la direction de soudage sur la répartition des contraintes résiduelles latérales

L'impact de la transition de phase

Lorsque l'acier à haute résistance est soudé avec un équivalent carbone élevé, la microstructure de la HAZ et de la soudure passe d'austénite à martensite, ce qui entraîne une augmentation du volume spécifique.À cette température de transition, le matériau a retrouvé son élasticité, ce qui entraîne une contrainte de transition de phase.qui peut être une contrainte de compression dans la zone de transition de phase, et l'expansion du volume (triaxial) peuvent également provoquer des contraintes de transition transversale de phase de traction importantes dans certaines zones, ce qui est l'un des principaux facteurs conduisant au craquage à froid.

04 Méthodes de prévention et de réduction des contraintes de soudage

Adoption d'une séquence et d'une direction de soudage raisonnables

Le principe de base est que, lors du soudage des coutures sur une surface plane, le rétrécissement longitudinal et transversal doit être relativement libre.La soudure avec le plus grand rétrécissement dans la structure doit être soudé en premier, comme le soudage de la soudure de bout d'abord et puis le soudage de filet.la séquence de soudage doit garantir que les points d'intersection ne sont pas sujets aux défauts et ont une faible rigiditéComme le montre la figure 8, ABC est raisonnable et D est déraisonnable.

Figure 8 Séquence de soudage des soudures croisées

Essayez d'utiliser une petite chaleur d'entrée de soudage autant que possible

Un faible apport de chaleur de soudage peut réduire la gamme de zones de chauffage inégales et la quantité de rétrécissement de la soudure.soudage à plusieurs couches et à plusieurs passages, le soudage à faible courant rapide sans oscillation et les sources de chaleur de soudage concentrées sont utilisés pour contrôler la température entre couches pour le soudage segmenté et le soudage inverse segmenté,afin de réduire l'apport de chaleur.

Adoption du préchauffage global

Le préchauffage global peut réduire la différence de température entre la zone de soudure et la structure globale,afin de réduire la déformation plastique inégale causée par une expansion et une contraction inégales dans le cycle thermique de soudage et de réduire la contrainte de soudagePar exemple, dans le procédé de soudage à chaud de la fonte, la coulée est chauffée à 600 °C.

Le marteau

Après le soudage, le martellement rapide et uniforme de la perle de soudage peut provoquer une déformation plastique du métal de soudage, ce qui peut réduire la déformation du soudage et la contrainte de soudage.et un marteau à tête ronde (qui peut être modifié avec un burin), mais pas avec une pointe pointue) doivent être utilisés pour frapper en séquence, avec une force modérée pour affecter la plage de 2 mm.La longueur de la perle de soudage et la température de martelage doivent être choisies en fonction des propriétés du matériauGénéralement, la perle de soudage de la racine ne doit pas être martelée pour éviter les fissures, et la perle de soudage de la couverture ne doit pas être martelée pour éviter d'affecter l'apparence.

Réduire les effets de l'hydrogène

Surtout pour les aciers alliés de haute résistance ayant tendance à craquer à froid, il convient de veiller à réduire l'influence de l'hydrogène.Si des barres de soudage à faible teneur en hydrogène et des flux alcalins sont utilisées, et séchés et stockés dans une bouteille de séchage conformément aux règlements, ils peuvent être prélevés au besoin pour éliminer l'humidité, l'huile, la rouille, etc. de la surface de la rainure,contrôler la température de l'environnement de soudage, et si nécessaire, effectuer un traitement de déshydrogénation, c'est-à-dire chauffer immédiatement jusqu'à 250 °C pendant 2-3 heures ou 350 °C pendant 1-2 heures après le soudage, selon la situation.

Traitement contre le stress

L'élimination des contraintes résiduelles de soudage est réalisée en provoquant une déformation plastique de traction près de la zone de soudage et en réduisant le degré de déformation plastique résiduelle.
(1) Traitement thermique de soulagement des contraintes (réchauffement des contraintes): chauffer la structure soudée dans son ensemble ou localement à 20-30 °C en dessous du point de transition de phase de l'acier pour l'isolation,pour générer la déformation plastique requise pour le soulagement des contraintes par rampage pendant l'isolationLe maintien à une certaine température pendant environ 1 heure permet d'éliminer efficacement le stress, et la plupart du temps nécessaire au traitement thermique des structures à parois épaisses est utilisé pour le chauffage et le refroidissement.Cette méthode permet généralement de détendre de 70% à 90% du stress résiduel.En même temps, il a également amélioré le matériau de la plupart des surfaces de soudage en acier.il est important de choisir soigneusement la vitesse de chauffage et la température d'isolation.

(2) Méthode de chargement: l'utilisation de principes mécaniques pour charger et induire une déformation plastique dans la zone de contrainte résiduelle du joint soudé,et détendre la force de traction dans la zone articulaire après réduction de la chargeCette méthode n'est applicable qu'aux matières plastiques dont la résistance au rendement est relativement faible.et attention à ce que la température de l'eau soit supérieure à la température de transition fragile du matériauLa méthode de martellage doit également suivre ce principe. Ces dernières années, la méthode de soulagement des contraintes d'explosion et la méthode de soulagement des contraintes de vibration ont également été développées.

(3) Méthode d'étirement par différence de température (ou méthode de soulagement des contraintes à basse température): chauffer chaque côté de la couture de soudure avec une torche d'oxyacétylène appropriée,pulvériser de l'eau avec le tuyau de drainage à une certaine distance derrière (voir figure 9), et maintenir une distance égale pour créer un champ de température avec une température élevée des deux côtés (environ 200 °C) et une température basse sur la couture de soudure (environ 100 °C).Cela provoque une expansion thermique des deux côtés pour provoquer une déformation plastique de traction de la couture de soudureCette méthode n'est pas un gros problème pour l'acier à faible teneur en carbone.mais une attention particulière doit être accordée à l'influence de la température sur le matériau pour l'acier allié.

Figure 9 Méthode d'étirement par différence de température