Processus
Le préchauffage consiste à chauffer la pièce à souder à une température supérieure à la température ambiante avant ou pendant le soudage. Le préchauffage est exigé par les spécifications avant et après soudage. Cependant, d'autres méthodes peuvent être utilisées dans certaines conditions. Qu'il soit obligatoire ou non, le préchauffage présente plusieurs avantages :
• Réduire les contraintes de retrait dans la soudure et le métal de base adjacent, ce qui est particulièrement applicable aux soudures présentant des valeurs de contrainte élevées.
• Ralentir la vitesse de refroidissement pendant la plage de température critique lors du refroidissement de la soudure, en évitant un durcissement excessif et en réduisant la ductilité de la soudure et de la zone affectée thermiquement (ZAT).
• Ralentir la vitesse de refroidissement dans la plage de températures de 400 °F permet à l'hydrogène de s'échapper plus longtemps de la soudure et du métal de base adjacent, évitant ainsi les fissures induites par l'hydrogène.
• Éliminer les contaminants.
• La durée du préchauffage n’est pas déterminée par la norme minimale du cahier des charges, mais par une ou plusieurs des méthodes suivantes :
Tables de calcul
Au fil du temps, il a existé diverses tables de calcul de préchauffage. Nombre d'entre elles se présentent sous forme de règles à calcul linéaires ou circulaires et permettent de prédire la température de préchauffage en fonction du matériau et de l'épaisseur du métal de base.
Équivalent carbone
L'équivalent carbone (CE) est un moyen de déterminer si et dans quelle mesure un préchauffage est nécessaire.
Si CE ≤ 0,45 %, le préchauffage peut être sélectionné arbitrairement.
Si 0,45 =< CE <= 0,60%, la plage de température de préchauffage est de 200°F à 400°F (100°–200°C)
Si CE > 0,60 %, la plage de température de préchauffage est de 400° à 700°F (200°–350°C)
Lorsque CE > 0,5, il est conseillé de reporter l'examen non destructif final (END) d'au moins 24 heures afin de déterminer si une fissuration différée s'est produite.
Paramètres de la fissure
Lorsque l'équivalent carbone est inférieur ou égal à 0,17 % en poids, ou lors de l'utilisation d'aciers à haute résistance, la méthode de détection des fissures par paramètres Ito & Bessyo (Pcm) peut être employée. Cette méthode permet de prédire avec précision le moment du préchauffage, le préchauffage forcé et la température à atteindre.
Si Pcm ≤ 0,15 %, préchauffer à n'importe quelle température
Si 0,15 % < Pcm < 0,26–0,28 %, préchauffer à 200°– 400°F (100°–200°C).
Si Pcm > 0,26–0,28 %, préchauffer à 400°–700°F (200°–350°C).
Test d'étincelles
Le test d'étincelle est utilisé depuis des décennies pour estimer la teneur en carbone de l'acier. Plus la teneur en carbone est élevée, meilleure est l'étincelle et plus le préchauffage nécessaire est important. Cette méthode, bien que peu précise, est simple. Elle permet de déterminer la température de préchauffage optimale.
Règle générale
Une autre méthode, moins précise mais efficace, pour sélectionner la température de préchauffage consiste à calculer l'augmentation de température de 50 °C (100 °F) pour chaque tranche de 0,10 % en poids de carbone (10 points de pourcentage en poids). Par exemple, si la teneur en carbone est de 0,25 % en poids, la température de préchauffage est de 125 °C (250 °F), ou du moins elle est initialement de 125 °C (250 °F). Si des revêtements ou d'autres composants sont présents à proximité de la soudure, la température de préchauffage déterminée par les spécifications de fabrication d'origine n'est pas appropriée. Cependant, si l'apport de chaleur de soudage est proche de la plage maximale autorisée par le procédé standard, la chaleur transférée aux composants soudés peut être compensée par cet apport, ce qui permet de chauffer le métal concerné à une température égale ou supérieure à la température minimale de préchauffage requise. Un préchauffage moins intensif peut alors être appliqué par des moyens externes. Il est important de noter que des plages de valeurs et des conversions approximatives (°F en °C) sont utilisées ici. Ceci est intentionnel. Le préchauffage n'est pas une science exacte. Dans de nombreux cas, il est normal d'augmenter progressivement la température de préchauffage jusqu'à la résolution du problème (par exemple, la disparition d'une fissure). À l'inverse, pour certaines applications spécifiques, une température de préchauffage inférieure à celle recommandée ou exigée par le cahier des charges peut suffire.
application pratique
Il est également essentiel de maîtriser les techniques pratiques afin d'éviter les problèmes de ramollissement des matériaux induits par le préchauffage. Privilégiez les procédés de soudage et les électrodes à faible teneur en hydrogène. Certaines techniques permettent de réduire, voire de minimiser, les contraintes résiduelles. Surveillez attentivement la mise en œuvre de la méthode de préchauffage. Les descriptions suivantes sont importantes pour la bonne utilisation de ces techniques.
dimensions et techniques de soudage des rainures
Les techniques utilisées dans le processus de soudage ont un impact important sur le retrait de la pièce soudée, les contraintes résiduelles, le contrôle de l'apport de chaleur et la prévention des fissures.
Les soudures courtes se rétractent moins longitudinalement que les soudures longues. Les contraintes résiduelles peuvent également être réduites par le soudage en revers ou par des séquences de soudage spéciales.
Contrôler ou réduire l'apport de chaleur. On peut utiliser des soudures linéaires à faibles oscillations au lieu de soudures à grandes oscillations.
Réduire les fissures
Les cratères d'arc et les fissures de soudure peuvent être réduits ou éliminés grâce à des procédés de fabrication appropriés.
1) Les soudures à section ronde présentent le moins de fissures lors du soudage par rapport aux soudures à section mince et large.
2) Évitez les démarrages et les arrêts brusques. L'opération de soudage et la formation de la soudure sont contrôlées par des techniques de soudage en pente ascendante/descendante ou par des méthodes électriques de la source d'alimentation du poste de soudage.
3) La quantité de matériau déposé doit être suffisante pour éviter les fissures dues au retrait de soudure ou aux défauts de soudage. Une règle générale pour éviter les fissures liées à un dépôt de soudure insuffisant (et exigée par de nombreuses spécifications de production) consiste à déposer au moins 10 mm (3/8 po) ou 25 % de l'épaisseur de la gorge de soudure.
Méthodes de préchauffage
Le préchauffage peut être effectué en atelier ou sur site par chauffage à la flamme (air-combustible ou acétylène), par chauffage par résistance ou par induction électrique. Quelle que soit la méthode employée, le préchauffage doit être uniforme et, sauf indication contraire, sur toute l'épaisseur de la soudure. La figure 1 présente un équipement utilisant le chauffage par résistance (non isolée, comme décrit ci-après) et par induction.
Surveillance du préchauffage
Divers équipements permettent de mesurer et de contrôler la température. L'assemblage ou la pièce soudée doit être préchauffée afin que la chaleur pénètre complètement dans le matériau. Si possible, le degré de pénétration de la chaleur doit être testé ou évalué. Généralement, pour la plupart des applications de soudage, le contrôle de la température à distance du bord de la soudure est suffisant. Le contrôle ou la lecture de la température ne doit pas entraîner de contamination de la gorge de soudure.
Indicateurs de température
Ces stylos ou crayons fondent à une température précise et permettent de déterminer facilement et à moindre coût la température minimale à atteindre lors du préchauffage, c'est-à-dire la température de fusion du stylo. Leur inconvénient est qu'ils sont inefficaces si la température de la pièce est supérieure à leur point de fusion. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser plusieurs stylos ayant des points de fusion différents.
Surveillance électronique de la température
Pour les opérations de préchauffage et de soudage, on peut utiliser des appareils de mesure directe tels que des pyromètres à contact ou des thermocouples à lecture directe (avec affichage analogique ou numérique). Tous les appareils de mesure doivent être étalonnés ou disposer d'un système permettant de vérifier leur capacité à mesurer la plage de température. Les thermocouples, capables de surveiller et d'enregistrer les données en continu, peuvent être utilisés avec des enregistreurs de courbes ou des systèmes d'acquisition de données pour les opérations de préchauffage ou de traitement thermique après soudage (TTAS). La norme AWS D10.10 propose différents schémas et exemples de placement des thermocouples.
Surveillance « locale »
Depuis des décennies, de nombreuses méthodes artisanales permettent de déterminer si la température de préchauffage est adéquate. L'une d'elles consiste à vaporiser de la salive ou du liquide fumigène directement sur la pièce à usiner. Le « clac » de la salive sert d'indicateur de température. Bien que peu précise, cette méthode est encore utilisée par de nombreux artisans expérimentés.
Une autre méthode plus précise pour déterminer la température de préchauffage consiste à utiliser un chalumeau acétylène. La flamme est réglée sur une forte carbonisation, ce qui provoque la formation d'une couche de suie dans la zone à préchauffer. Ensuite, le chalumeau est réglé sur une fumée moyenne, chauffant ainsi la zone recouverte de suie. Lorsque la suie disparaît, la température de surface peut atteindre plus de 200 °C (400 °F).
Assurez-vous que la température de préchauffage soit atteinte sur toute l'épaisseur de la pièce et de la zone de soudure. La plupart des contrôles s'effectuent uniquement sur la surface extérieure de la pièce. La norme AWS D10.10 fournit des indications utiles concernant les zones de maintien en température et exige que toute l'épaisseur de la pièce soit chauffée lors du soudage de tubes.
Une surveillance attentive est indispensable pendant le préchauffage afin d'éviter toute surchauffe du métal de base, notamment lors de l'utilisation du chauffage par résistance ou par induction. De nombreux transporteurs exigent désormais la présence de thermocouples sous chaque plaque chauffante ou bobine d'induction pour contrôler et prévenir toute surchauffe.
Résumé
Que le préchauffage soit nécessaire ou non, et quelle que soit la méthode utilisée, il présente les avantages suivants : réduction des contraintes de retrait dans la soudure et le métal de base adjacent, particulièrement bénéfique pour les joints soudés fortement contraints ; ralentissement du refroidissement de la pièce dans la plage de températures critiques, évitant ainsi un durcissement excessif et réduisant le ramollissement de la soudure et de la ZAT ; ralentissement du refroidissement de la pièce lors du passage par 200 °C (400 °F), permettant à l’hydrogène de mieux diffuser de la soudure et du métal de base adjacent, et prévenant ainsi les fissures induites par l’hydrogène ; élimination des contaminants. Lors du préchauffage, il est préférable de chauffer uniformément toute l’épaisseur de la soudure à la température spécifiée. Un chauffage local excessif peut endommager le matériau ; il convient donc de l’éviter.
Date de publication : 4 novembre 2024