Fissuration de la soudure lors de l'assemblage de l'acier inoxydable et de l'acier au carbone

Dec 20, 2023

Nous soudons avec succès l'acier au carbone A36 ou des qualités similaires à l'acier inoxydable 304L ou 316L en utilisant un métal d'apport ER309LSi et un soudage à l'arc métallique sous gaz pulsé (GMAW). Récemment, nous avons investi dans l'automatisation et le soudage à l'arc submergé (SAW) pour réduire les temps de soudage sur des structures plus grandes. Parallèlement à cette intégration, nous avons commencé à constater des fissures dans les soudures de solidification, principalement dans nos soudures d'angle horizontales à pénétration partielle de joint (PJP) en un seul passage. Cependant, nous n’avons rencontré aucun problème avec nos soudures à gorge plate. Avez-vous une idée de pourquoi cela se produit ?

Cela peut être dû à plusieurs raisons différentes, mais vous avez fourni des informations précieuses qui aident à affiner le problème. Passons rapidement en revue le processus et l'application pour une meilleure compréhension.

Le soudage de métaux différents, en particulier de l'acier au carbone (CS) sur l'acier inoxydable (SS), est réalisé avec succès depuis de nombreuses décennies. En fait, il existe tellement d’informations disponibles qu’il peut être difficile de les trier et de trouver la réponse souhaitée.

CS est simple comparé à SS. Ses catégories de base comprennent les matériaux à faible teneur en carbone, à teneur moyenne en carbone, à haute teneur en carbone et à haute résistance/faible alliage, qui sont tous soudables avec prudence sur les types à haute teneur en carbone. En revanche, les SS comportent trois grands groupes basés sur des microstructures respectives très différentes les unes des autres : ferritiques, austénitiques et martensitiques. De plus, il existe des SS à durcissement par précipitation et des SS duplex, qui sont un mélange de ferritiques et d'austénitiques, et il existe des sous-catégories pour chacun de ces groupes. Beaucoup d’entre eux nécessitent une attention particulière pour souder correctement pour leurs applications en service.

Le rôle du métal d’apport est de joindre les matériaux de base et de produire une microstructure de soudure résistante à la fissuration. La corrosion de ces types de joints soudés n'est pas un problème puisque vous soudez au CS, qui n'a aucune résistance naturelle à la corrosion. Cependant, la résistance et l’intégrité des soudures restent d’une grande importance.

Le métal d'apport 309 est allié spécifiquement pour produire un cordon de soudure avec un indice de ferrite (FN) compris entre 4 et 10. La teneur en ferrite est déterminée par le métal d'apport et la dilution des deux matériaux de base. La ferrite est une microstructure très résistante à la fissuration des soudures en quantités contrôlées. Les cordons de soudure dont les FN se situent en dehors de cette plage sont très susceptibles de se fissurer.

Vous avez mentionné que vous n'aviez aucun problème de fissuration avec le GMAW pulsé ou avec le SAW dans les soudures sur rainures, ce qui n'est pas surprenant. Cependant, vos problèmes de fissuration ont commencé avec des soudures d'angle horizontales (2F), et elles sont du type solidification.

Il semble qu'il existe un potentiel de dilution excessive à partir des matériaux de base, en particulier du CS. SAW en position 2F peut produire des cordons de soudure à pénétration très profonde, ce qui peut augmenter la dilution du métal fondu et produire un FN en dehors de la plage idéale. Étant donné que le carbone est connu pour être un puissant formateur d'austénite, cela diminue la formation de ferrite dans le métal fondu.

D'autres facteurs peuvent contribuer au problème de fissuration, tels qu'une contrainte résiduelle sur des joints fortement contraints, des cordons de soudure sous-dimensionnés ou des paramètres de soudure incorrects. Il serait très avantageux d'effectuer une soudure sur des éprouvettes et de réaliser des macro-gravures pour accéder à la pénétration de la soudure. Idéalement, vous souhaitez maintenir la dilution en dessous de 30 % pour favoriser un bon FN.

Le GMAW pulsé ou même standard ne produit pas de soudures à pénétration excessive. Les soudures sur rainure ne posent généralement pas de problèmes non plus en raison de la nature de l'électrode de soudage et de l'interface avec les angles de biseau de la rainure. Ces types de joints produisent moins de 30 % de dilution au premier passage ; lors des passes ultérieures, la dilution du matériau de base devient beaucoup plus faible en fonction du type et de l'épaisseur du joint.

Étant donné que les soudures PJP 2F nécessitent uniquement une pénétration légèrement au-delà de l'interface des deux matériaux de base, vous devez développer des paramètres de soudure qui permettent d'y parvenir. Souvent, avec SAW dans ces applications, le profil de pénétration est très profond dans le matériau de base, ce qui n'est pas nécessaire. Réduire le profil de pénétration à une profondeur d'environ 1/8 po réduira la dilution excessive du métal soudé, permettra des variations d'ajustement et maintiendra toujours un cordon de soudure PJP sain.