Puis-je souder ensemble des plaques d'acier ASTM A387 Gr22 et 304 ?

Le soudage d'aciers dissemblables trouve une large application dans des domaines tels que l'aérospatiale, l'industrie pétrochimique et l'industrie mécanique. L'acier dissemblable est vraiment différent en termes de composition chimique, de compatibilité métallurgique, de propriétés physiques, etc., ce qui entraînera une migration des éléments d'alliage, une composition chimique inégale et des organisations métallographiques dans le processus de soudage, et peut également produire des contraintes thermiques et des déformations ou des fissures de soudage, ce qui réduira les propriétés mécaniques des joints soudés. Dans cet article, la soudabilité des joints soudés en acier dissemblable de la plaque d'acier ASTM A387 GR22 Chromoly et de la plaque d'acier inoxydable S30408 a été analysée, et les méthodes de soudage appropriées, les matériaux de soudage et les paramètres du processus de soudage ont été sélectionnés, ainsi que le traitement thermique post-soudage.

Notes	C	Si	Mn	Cr	Mo	Cu	Ni	N	P	S
A387 GR22	0.11	0.35	0.46	2.21	1.06	0.12	0.22	/	0.01	0.006
304	0.05	0.62	1.83	19.16	/	/	8.97	0.06	0.027	0.015

S30408 est un acier inoxydable austénitique couramment utilisé, ASTM A387 GR22 est un acier faiblement allié résistant à la chaleur avec une bonne résistance à la haute température et à l'hydrogène, principalement utilisé dans les réacteurs des usines d'hydrogénation, les échangeurs de chaleur et d'autres équipements. Le chrome et le molybdène peuvent améliorer de manière significative la trempabilité de l'acier, et le métal soudé et la zone affectée thermiquement peuvent former une microstructure sensible à la fissuration à froid à une vitesse de refroidissement spécifique. La fragilisation progressive se produit lorsque la teneur totale en métaux résiduels dangereux dépasse la limite admissible de 350-550℃ pendant de longues périodes de fonctionnement. Les principales difficultés auxquelles nous devons faire face sont les suivantes :

• Dilution de la soudure

Le métal soudé est dilué par le métal déposé pendant le processus de soudage. Une couche de transition se forme dans le métal soudé à proximité de la zone de fusion sur un côté de la plaque d'acier ASTM A387 GR22. La composition de la couche de transition est différente de celle du métal soudé. Plus la teneur en alliage du métal de base est élevée, plus le rapport de fusion est élevé et plus le taux de dilution est important. La couche de transition du côté ASTM A387 GR22 peut produire une structure martensitique fragile en raison de la dilution.

• Migration du carbone

Les atomes de chrome et de carbone à haute température sont faciles à former des composés de carbure de chrome, la plaque d'acier ASTM A387 Gr22 forme des atomes de carbone à partir de la zone de décarburation en raison d'une faible teneur en chrome dans le processus de soudage, à son tour, adoucissement, gros grains, augmentation de la fragilité, résistance à la corrosion, et le côté S30408 pour enrichir les atomes de chrome et de carbone pour former la migration de la couche de carburation, et le durcissement, la taille des grains et la performance meilleure.

• Contrainte de soudage

En raison de la différence de conductivité thermique et de coefficient de dilatation linéaire des deux matériaux, une contrainte thermique sera générée dans la zone à haute température pendant le processus de soudage, qui ne peut pas être éliminée, ce qui entraîne une contrainte supplémentaire près de la zone de soudure et de fusion, et une contrainte résiduelle de soudage générée dans le processus de refroidissement en raison d'un retrait incohérent, ce qui entraîne des fissures sur le côté de la plaque d'acier ASTM A387GR22.

Après avoir pris connaissance des problèmes possibles, les matériaux utilisés pour cette expérience sont les plaques d'acier inoxydable ASTM A387GR22 et S30408, avec des spécifications de 400mm×150mm×10mm. La composition chimique des deux matériaux est indiquée dans le tableau :

• Méthode de soudage

Afin de réduire la dilution des joints de soudure et de prévenir les fissures à froid et les fissures de réchauffage, le matériau de soudure en alliage à base de nickel est d'abord surfacé sur le côté de l'ASTM A387GR22 pendant le soudage. Des méthodes de soudage avec un faible rapport de fusion et un faible taux de dilution sont sélectionnées, telles que le soudage à l'arc sous argon tungstène et le soudage à l'arc à l'électrode. Dans cette expérience, le soudage à l'arc sous argon est utilisé comme support et la méthode de soudage de la couverture de soudage à l'arc.

• Matériaux de soudage

Électrodes à base de nickel et fils ERNiCr-3/ENiCr-3 sont utilisés pour bloquer la formation de carbure par la graphitisation du nickel, réduire la couche de transition et empêcher la génération d'une structure martensitique fragile, et inhiber davantage la migration du carbone dans la plaque d'acier ASTM A387GR22.

• Rainure de soudure

Le type de rainure de soudage doit tenir compte du nombre de couches de soudage, de la quantité de métal de remplissage, du rapport de fusion et de la contrainte résiduelle de soudage. Le type et la taille de la rainure conçue sont indiqués ci-dessous :

• Préchauffage et contrôle de la température entre les couches

La microstructure de l'ASTM A387 GR22 est la bainite tempérée et celle du S30408 est l'austénite. La première présente une trempabilité, une tendance à la fissure de réchauffage et une fragilité de revenu, tandis que la seconde présente une bonne soudabilité. Selon la composition chimique, la forme du joint, la méthode de soudage et le matériau de soudage des matériaux, nous avons déterminé que la température de préchauffage était d'environ 200℃, et la température entre les passes de soudage était de 100℃. Après le soudage, le traitement thermique a été effectué à 350℃×2h immédiatement.

• Paramètres du processus de soudage

Couche de soudure	Méthodes de soudage	Fils de soudure	Électrode de soudage	Courant de soudage I/A	Pression de soudage U/V	Vitesse de soudage v/cm
Revêtement	SMAW	ERNiCr-3, 4.0mm	DCEP	140-160	23-26	16-20
Soudure par points/1	GTAW	ERNiCr-3, 2.4mm	PSCD	120-150	13-15	8-10
2-end	SMAW	ERNiCr-3, 4.0mm	DCEP	140-160	23-26	16-20

Avant le soudage, nettoyez la couche d'oxyde, l'huile, l'humidité, la rouille, etc. dans un rayon de 200 mm autour de la rainure et des deux côtés de la plaque d'acier. Les paramètres spécifiques du processus de soudage sont indiqués dans le tableau.

• Traitement thermique de détente après soudage

Le traitement thermique de détente après soudage est un processus important pour prévenir les fissures de soudage. Un stress résiduel important sera généré pendant le soudage, donc un traitement thermique de 690±10℃×2h est nécessaire après le soudage pour éliminer le stress résiduel du soudage et éviter la génération de fissures.

• Résultats et analyse

Nous avons procédé à une inspection de l'apparence de la plaque d'acier conformément à la norme d'évaluation du soudage pour les équipements sous pression, et avons constaté qu'il n'y avait pas de défauts tels que des pores, des inclusions de scories et des fissures à la surface. Ensuite, nous avons effectué une inspection radiographique 100% et des tests de propriétés mécaniques tels que la traction, la flexion et l'impact. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau.

Objet	Largeur/mm	Épaisseur/mm	CSA/mm²	Charge maximale	Résistance à la traction
I1	20.30	39.72	806.3	507.12	625 Mpa
I2	20.28	39.78	806.7	482.83	600 Mpa

Numéro de l'échantillon	Type de courbure	Épaisseur/mm	Diamètre du coude	Angle de courbure	Résultats
C1	Flexion latérale	10	D=40 mm	180°	Qualifié
C2	Flexion latérale	10	D=40 mm	180°	Qualifié
C3	Flexion latérale	10	D=40 mm	180°	Qualifié

Numéro de l'échantillon	Taille de l'échantillon mm	Position de l'écart	Température d'essai	Absorption de l'énergie d'impact/Akv
R1	10*10*55	A387 côté GR22	0℃	152
R2	10*10*55	A387 côté GR22	0℃	176
R3	10*10*55	A387 côté GR22	0℃	122

Les données ci-dessus montrent que les tests de traction, de flexion et d'impact sont tous qualifiés, ce qui indique que notre plan de processus de soudage est qualifié, et que le soudage de plaques d'acier à matériaux dissemblables entre ASTM A387 Grade 22 et 304 est parfaitement réalisable.