Le zone affectée thermiquement par soudage Il s'agit de la zone où le métal de base solide, de part et d'autre de la soudure, subit des modifications importantes de structure et de propriétés sous l'effet du cycle thermique de soudage. On parle alors de zone affectée thermiquement. Un joint soudé est un procédé 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’un zone affectée thermiquement par soudage 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 affectée thermiquement par soudageLa soudure est principalement composée de deux parties : le cordon de soudure et la zone d'ombre chaude. Entre les deux, se trouve une zone de transition appelée zone de fusion. Par conséquent, pour garantir la qualité des soudures, il est nécessaire que la structure et les propriétés de la soudure et de la zone affectée thermiquement répondent simultanément aux exigences. Avec l'utilisation continue de divers aciers à haute résistance, d'aciers inoxydables, d'aciers réfractaires et de certains matériaux spéciaux en production, les problèmes liés à la zone affectée thermiquement se complexifient et constituent le point faible des soudures. C'est pourquoi les chercheurs de nombreux pays se sont penchés sur la zone affectée thermiquement.

L'étendue de la ZAT varie en fonction de l'apport de chaleur du procédé de soudage, de la conductivité thermique du matériau et de la vitesse de refroidissement. Un apport de chaleur plus élevé ou une vitesse de refroidissement plus lente entraînent généralement une ZAT plus importante.

2. Distribution des tissus

Selon le zone affectée thermiquement par soudage Parmi les aciers, les aciers destinés au soudage se divisent en deux catégories : les aciers à faible tendance à la trempe, comme les aciers à faible teneur en carbone et certains aciers faiblement alliés, appelés aciers à trempe dure ; les aciers à forte tendance au durcissement. Les nuances d'acier plus fortes, comme les aciers à moyenne teneur en carbone, les aciers alliés trempés et revenus à faible et moyenne teneur en carbone, sont appelés aciers à trempe facile. En raison de cette tendance à la trempe différente, la structure de la zone affectée thermiquement par le soudage diffère également entre les deux types d'aciers.

3. Performances

La distribution microstructurale de la zone affectée thermiquement par soudage est hétérogène, et donc les performances sont également hétérogènes. La zone affectée thermiquement par soudage est différente du cordon de soudure, et ce dernier peut répondre aux exigences de performance en ajustant sa composition chimique et en utilisant un procédé de soudage approprié. Les performances de la zone affectée thermiquement ne peuvent être ajustées en termes de composition, ce qui crée un problème d'hétérogénéité sous l'effet des cycles thermiques de soudage. Pour les structures soudées classiques, le durcissement, la fragilisation, la trempe et l'adoucissement de la zone affectée thermiquement, ainsi que les propriétés mécaniques globales, la résistance à la corrosion et les propriétés de fatigue, sont principalement pris en compte, et sont déterminés en fonction des exigences d'utilisation spécifiques de la structure soudée.

Durcissement

La dureté de la zone affectée thermiquement dépend principalement de la composition chimique et des conditions de refroidissement de l'acier à souder. Elle reflète essentiellement les performances de différentes structures métallographiques. L'essai de dureté étant plus pratique, la dureté maximale HMAX de la zone affectée thermiquement est souvent utilisée pour évaluer ses performances, ce qui permet de prédire indirectement sa ténacité, sa fragilité et sa résistance à la fissuration. Dans le cadre du projet, la HMAX de la zone affectée thermiquement a été utilisée comme un indice important pour évaluer la soudabilité. Il convient de souligner que même une même structure présente des duretés différentes, liées 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 600 HV, tandis que celle de la martensite à faible teneur en carbone n'est que de 350 à 390 HV.

Fragilisation

La fragilisation de la zone affectée thermiquement soudée est souvent la principale cause de fissuration et de rupture fragile des assemblages soudés. La fragilité et la ténacité mesurent la capacité d'un matériau à résister à la rupture sous des charges d'impact et reflètent intégralement sa résistance et sa plasticité. Plus la fragilité d'un matériau est élevée, plus sa ténacité est faible et sa résistance aux chocs est faible. La répartition de la microstructure de la zone affectée thermiquement n'étant pas uniforme, et même, dans certaines pièces, sa résistance est bien inférieure à celle du métal de base, une fragilisation importante se produit, transformant la zone affectée thermiquement en point faible de l'assemblage. Par conséquent, la fragilisation de la zone affectée thermiquement est étudiée. Le phénomène de fragilisation implique principalement les mécanismes de fragilisation tels que la fragilisation des gros grains, la fragilisation de la microstructure et la fragilisation par vieillissement thermique, afin d'améliorer la ténacité et les propriétés mécaniques de l'assemblage. 

renforcé

La zone affectée thermiquement par le soudage, en particulier la zone de fusion et la zone à gros grains, constitue les points faibles de l'assemblage soudé. Il est donc nécessaire d'améliorer sa ténacité. Cependant, cette ténacité ne peut être ajustée ni améliorée par l'ajout d'éléments d'alliage traces, comme la soudure. Elle est inhérente au matériau lui-même et ne peut être améliorée que dans une certaine mesure par l'amélioration de sa ténacité et certaines mesures technologiques. Selon les recherches, la ténacité de la zone affectée thermiquement par le soudage peut être améliorée par 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 affectée thermiquement du soudage. Adoucissement ou perte de résistance dans la zone affectée thermiquement. L'adoucissement des métaux ou alliages renforcés par écrouissage est dû à la recristallisation. L'adoucissement ou la perte de résistance dans la zone affectée thermiquement a relativement peu d'effet sur les propriétés mécaniques des assemblages soudés, mais il est difficile à contrôler.

4. Effets sur les propriétés des matériaux

Résistance et dureté : La zone HAZ peut présenter des niveaux de dureté et de résistance différents de ceux du métal de base. En général, les zones proches de la soudure sont soumises à 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 zone dangereuse peut être réduite par la formation de microstructures plus dures et plus cassantes. Ceci est particulièrement important 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 changements 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 le zone affectée thermiquement par soudage est essentiel pour garantir l’intégrité structurelle des composants soudés, en particulier dans les applications critiques telles que l’aérospatiale, l’automobile et l’ingénierie structurelle.

Optimisation Paramètres de soudage: 

1. Apport de chaleur : Réduire l'apport de chaleur en ajustant la tension, le courant et la vitesse de soudage peut contribuer à réduire la taille de la zone dangereuse. Un apport de chaleur plus faible permet un refroidissement plus rapide et un risque réduit de modifications microstructurelles indésirables.

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

Préchauffage et traitement thermique après soudage (PWHT) :

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

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

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