Qu’est-ce que la zone affectée par la chaleur du soudage ?

Le zone affectée thermiquement par le soudage est la zone où le métal de base solide des deux côtés de la soudure subit des changements évidents de structure et de propriétés sous l'action du cycle thermique de soudage, appelée zone affectée thermiquement par le soudage.Un joint soudé est un processus de soudage composé de trois parties : le cordon de soudure, la zone de fusion et la zone affectée thermiquement.

1.Définition

Sous l'action d'une source de chaleur à haute température pendant le soudage par fusion, la zone où la structure et les propriétés changent dans une certaine plage près des deux côtés de la soudure est appelée « zone d'effet thermique », ou « zone proche de la soudure ». ' (Près de la zone de soudure).).Le joint soudé est principalement composé de deux parties, le cordon de soudure et la zone d'ombre chaude, et il y a une zone de transition entre les deux, appelée zone de fusion.Par conséquent, afin de garantir la qualité des joints soudés, il est nécessaire de faire en sorte que la structure et les propriétés de la soudure et la zone affectée thermiquement répondent aux exigences en même temps.Avec l'utilisation continue de divers aciers à haute résistance, d'aciers inoxydables, d'aciers résistants à la chaleur et de certains matériaux spéciaux dans la production, les problèmes existant dans la zone affectée thermiquement par le soudage se compliquent et sont devenus le point faible des joints soudés.C’est pourquoi les chercheurs de nombreux pays ont accordé une grande attention à la zone affectée par la chaleur du soudage.

L'étendue de la ZAT varie en fonction de l'apport thermique du processus de soudage, de la conductivité thermique du matériau et de la vitesse de refroidissement.Un apport de chaleur plus élevé ou des taux de refroidissement plus lents entraînent généralement une ZAT plus grande.

2.Distribution des tissus

Selon les caractéristiques de traitement thermique de l'acier, l'acier à souder est divisé en deux catégories : l'une est l'acier avec une faible tendance à la trempe, comme l'acier à faible teneur en carbone et certains aciers faiblement alliés, appelés aciers à trempe dure ;l’autre est la tendance au durcissement.Les nuances d'acier de plus grande taille, telles que l'acier au carbone moyen, les aciers alliés trempés et revenus à faible et moyenne teneur en carbone, etc., sont appelées aciers facilement trempés.En raison de la tendance différente à la trempe, la structure de la zone affectée thermiquement par le soudage des deux types d'aciers est également différente.

3.Performances

La répartition de la microstructure de la zone affectée thermiquement par le soudage n'est pas uniforme et les performances sont donc également non uniformes.La zone affectée thermiquement par le soudage est différente du cordon de soudure, et le cordon de soudure peut répondre aux exigences de performance en ajustant la composition chimique et en faisant correspondre le processus de soudage approprié.Les performances de la zone affectée thermiquement ne peuvent pas être ajustées en composition, et c'est un problème de non-uniformité qui se produit sous l'action des cycles thermiques de soudage.Pour les structures soudées générales, le durcissement, la fragilisation, le durcissement et le ramollissement de la zone affectée thermiquement, ainsi que les propriétés mécaniques complètes, la résistance à la corrosion et les propriétés de fatigue sont principalement pris en compte, qui sont déterminés en fonction des exigences d'utilisation spécifiques de la structure soudée.

Durcissement

La dureté de la zone affectée thermiquement par le soudage dépend principalement de la composition chimique et des conditions de refroidissement de l'acier à souder, et son essence est de refléter les performances des différentes structures métallographiques.Parce que le test de dureté est plus pratique, la dureté HMAX la plus élevée de la zone affectée thermiquement est souvent utilisée pour juger des performances de la zone affectée thermiquement, ce qui peut indirectement prédire la ténacité, la fragilité et la résistance aux fissures de la zone affectée thermiquement.Dans le projet, le HMAX de la zone affectée thermiquement a été utilisé comme indice important pour évaluer la soudabilité.Il convient de souligner que même la même structure a une dureté différente, liée à la teneur en carbone de l'acier et à la composition de l'alliage.Par exemple, la dureté de la martensite à haute teneur en carbone peut atteindre 600HV, tandis que la dureté de la martensite à faible teneur en carbone n'est que de 350 à 390HV.

Fragilisation

La fragilisation de la zone soudée affectée thermiquement est souvent la principale cause de fissuration et de rupture fragile des joints soudés.La fragilité et la ténacité mesurent la capacité d'un matériau à résister à la rupture sous des charges d'impact et reflètent globalement la résistance et la plasticité du matériau.Plus la fragilité du matériau est élevée, plus la ténacité du matériau est faible et plus sa capacité à résister aux charges de choc est faible.Parce que la répartition de la microstructure sur la zone affectée thermiquement n'est pas uniforme, et même dans certaines parties, la résistance est bien inférieure à celle du métal de base, c'est-à-dire qu'une grave fragilisation se produit, de sorte que la zone affectée thermiquement par le soudage devient un faible point de l’ensemble du joint.partie.Par conséquent, la fragilisation de la zone affectée thermiquement par le soudage est étudiée et le phénomène de fragilisation implique principalement les mécanismes de fragilisation tels que la fragilisation des grains grossiers, la fragilisation de la microstructure et la fragilisation due au vieillissement sous contrainte thermique, de manière à améliorer sa ténacité et à améliorer les propriétés mécaniques de l'ensemble de l'articulation.

Renforcé

La zone affectée thermiquement par le soudage, en particulier la zone de fusion et la zone à gros grains, sont les zones faibles de l'ensemble du joint soudé.Par conséquent, des mesures doivent être prises pour améliorer la ténacité de la zone affectée thermiquement par le soudage.Cependant, la ténacité de la zone affectée thermiquement par le soudage ne peut pas être ajustée et améliorée en ajoutant des éléments d'alliage traces comme la soudure.Il est inhérent au matériau lui-même et ne peut donc être amélioré que dans une certaine mesure en améliorant la ténacité du matériau lui-même et en prenant certaines mesures technologiques.être amélioré à l’intérieur.Selon la recherche, le durcissement de la zone affectée par la chaleur du soudage peut adopter les deux mesures suivantes.

Adoucir

Les métaux ou alliages renforcés par écrouissage ou traitement thermique présentent généralement différents degrés de perte de résistance dans la zone de soudage affectée par la chaleur.Ramollissement ou perte de résistance dans la zone affectée par la chaleur.Le ramollissement des métaux ou alliages renforcés par écrouissage est provoqué par la recristallisation.Le ramollissement ou la perte de résistance dans la zone affectée thermiquement a relativement peu d’effet sur les propriétés mécaniques des joints soudés, mais il n’est pas facile à contrôler.

4. Effets sur les propriétés des matériaux

●Résistance et dureté : la ZAT peut avoir différents niveaux de dureté et de résistance par rapport au métal de base.En règle générale, les zones les plus proches de la soudure subissent des températures plus élevées et peuvent devenir plus dures et plus cassantes, en particulier dans les aciers à haute teneur en carbone.

●Ténacité : La ténacité de la ZAT peut être réduite en raison de la formation de microstructures plus dures et plus cassantes.Ceci est particulièrement critique dans les applications où la résistance aux chocs est importante.

●Résistance à la corrosion : Dans certains matériaux, comme certains aciers inoxydables, la chaleur peut provoquer des modifications qui affectent la résistance à la corrosion, comme la précipitation de carbures aux joints de grains.

5. Importance et contrôle

Intégrité structurelle:

Comprendre et contrôler la ZAT est crucial pour garantir l'intégrité structurelle des composants soudés, en particulier dans les applications critiques telles que l'ingénierie aérospatiale, automobile et structurelle.

Optimisation des paramètres de soudageers :

①Apport thermique : réduire l'apport thermique en ajustant la tension, le courant et la vitesse de soudage peut aider à réduire la taille de la ZAT.Un apport de chaleur plus faible entraîne des taux de refroidissement plus rapides et moins de temps pour des changements microstructuraux défavorables.

②Température entre passes : le contrôle de la température entre passes (la température entre chaque passe de soudure) peut influencer la microstructure de la ZAT, améliorant ainsi les propriétés telles que la ténacité.

Traitement thermique de préchauffage et post-soudage (PWHT) :

①Préchauffage : l'application de chaleur au matériau avant le soudage peut réduire la vitesse de refroidissement, minimisant ainsi le risque de formation de microstructures indésirables telles que la martensite dans les aciers.Cela aide également à réduire les contraintes résiduelles.

②PWHT : L'application de chaleur après le soudage peut aider à tempérer les microstructures dures formées dans la ZAT, améliorant ainsi la ténacité et réduisant les contraintes résiduelles.