Souvent, le métal de base est préchauffé avant le soudage. Quelles en sont les raisons précises ?
Commençons par la conclusion : il y a deux raisons principales :
Le premier objectif est de réduire les contraintes résiduelles dans la soudure ; le second est de réduire la formation de structures durcies dans la soudure, réduisant ainsi l’apparition de fissures à froid pendant le soudage.
Comment pouvons-nous comprendre cette conclusion ?
Permettez-moi de vous donner un exemple : avant de faire de l’exercice, nous nous échauffons généralement, principalement pour étirer nos muscles et nos articulations, afin de réduire les risques de courbatures pendant l’effort.
En réalité, notre acier a également besoin d'être préchauffé avant le soudage. Le préchauffage est une bonne méthode de préparation.
L'acier est généralement soumis à un traitement thermique approprié avant de quitter l'usine. Cependant, même après ce traitement, des contraintes résiduelles subsistent. Par conséquent, le préchauffage de l'acier avant soudage permet de minimiser ces contraintes.
Cette contrainte résiduelle est appelée contrainte de contrainte en ingénierie, ce qui est essentiellement la même chose.
Pour la fissuration à froid en soudage, il existe trois facteurs principaux : la contrainte de confinement, la structure durcie et la teneur en hydrogène diffusible.
La contrainte de contrainte est l'un des facteurs influents.
Le deuxième aspect, comme nous venons de l'évoquer, consiste à réduire la formation de structures durcies.
La martensite est une structure durcie typique ; il s’agit d’une solution solide sursaturée de carbone dans le fer α. La martensite est également divisée en martensite lamellaire et martensite aciculaire.
De manière générale, la martensite en lattes possède des propriétés relativement meilleures, tandis que la martensite aciculaire a des propriétés moindres. Mais je n'entrerai pas dans les détails ici ; nous pourrons aborder le sujet de la martensite ultérieurement si l'occasion se présente.
Toutefois, pour le soudage, il convient d'éviter la formation de martensite dans la soudure.
L'image ci-dessus représente un diagramme typique de courbe de transformation isotherme pour un acier eutectoïde.
En réalité, la courbe CCT pour le soudage est bien plus complexe. Pour simplifier la compréhension, nous utiliserons temporairement ce diagramme pour expliquer la formation de la martensite.
Sur le diagramme ci-dessus, les cinq lignes V1 à V5 représentent différentes vitesses de refroidissement. V1, dont la pente est la plus faible, correspond à la vitesse de refroidissement la plus lente. V5 correspond à la vitesse de refroidissement la plus rapide. Dans la partie inférieure du diagramme, on trouve deux courbes, Ms et Mf. Ms représente la courbe de température à laquelle la transformation martensitique débute, généralement autour de 230 °C. Mf représente la courbe de température à laquelle cette transformation s'achève.
La probabilité de formation de martensite varie selon la vitesse de refroidissement. V5 correspond à la vitesse de refroidissement la plus rapide et est celle qui a le plus de chances de produire de la martensite.
Par conséquent, le préchauffage de l'acier avant soudage augmente la température de soudage. Ceci prolonge le temps de refroidissement du joint soudé, réduisant ainsi la vitesse de refroidissement et, de ce fait, la probabilité de formation de martensite.
C’est l’une des principales raisons pour lesquelles un préchauffage est nécessaire avant le soudage.
Une température de préchauffage plus élevée est-elle donc toujours préférable ? Bien sûr que non !
Si la température de préchauffage est trop élevée, le temps de refroidissement de la soudure sera prolongé. En particulier, dans la plage de températures de 800 à 500 degrés Celsius, un temps de refroidissement trop long accentuera la croissance des grains.
La résistance et la dureté de la soudure diminueront considérablement. Par conséquent, la température de préchauffage ne doit pas être trop élevée.