Dans la fabrication de structures en acier, la qualité du soudage affecte directement la résistance, la durabilité et la sécurité de la structure finale. Pour les composants structurels critiques, les aciers alliés, les tôles d'acier épaisses et les joints soudés hautement retenus, un préchauffage approprié avant le soudage et le traitement thermique après soudage (PWHT) peut jouer un rôle important dans le contrôle des fissures, la réduction des contraintes résiduelles et l'amélioration des performances globales des joints soudés.

1. Pourquoi le préchauffage est-il important avant le soudage ?

Le préchauffage consiste à chauffer le métal de base autour de la zone de soudure à une température spécifiée avant le début du soudage. La température de préchauffage requise dépend de facteurs tels que la qualité de l'acier, l'équivalent carbone, l'épaisseur du matériau, les consommables de soudage, la retenue des joints, le processus de soudage et la température ambiante.

Les principaux avantages du préchauffage sont les suivants :

Réduisez le risque de fissuration induite par l’hydrogène

Le préchauffage ralentit la vitesse de refroidissement de la soudure et de la zone affectée thermiquement (ZAT). Cela donne à l’hydrogène diffusible plus de temps pour s’échapper du joint soudé et réduit la formation de microstructures dures et cassantes.

En conséquence, le risque de fissuration induite par l’hydrogène et de fissuration à froid peut être considérablement réduit.

Réduire les contraintes résiduelles de soudage

Pendant le soudage, l’acier proche de la soudure est chauffé rapidement tandis que le matériau environnant reste relativement froid. Cette différence de température crée des gradients thermiques, des déformations et des contraintes résiduelles.

Un préchauffage approprié réduit la différence de température entre la zone de soudure et l'acier environnant, permettant au joint soudé de refroidir plus progressivement et uniformément.

Cela aide à réduire les contraintes de soudage et minimise les risques de fissuration et de distorsion.

Réduire les effets de retenue articulaire

Les joints soudés fortement retenus sont plus susceptibles de se fissurer car le retrait pendant le refroidissement ne peut pas se produire librement.

Le préchauffage peut réduire la gravité de la contraction thermique et est particulièrement utile pour les plaques épaisses, les joints complexes et les connexions très contraintes.

Dans de nombreux cas, l’augmentation de la température de préchauffage appropriée peut contribuer à réduire le risque de fissuration des soudures.

2. Comment déterminer la température de préchauffage ?

La sélection des températures de préchauffage et entre passes ne doit pas être basée uniquement sur l’épaisseur du matériau.

Plusieurs facteurs doivent être pris en compte, notamment :

• Nuance d'acier et composition chimique

• Équivalent carbone

• Épaisseur de la plaque

• Consommables de soudage

• Processus de soudage

• Configuration commune

• Retenue structurelle

• Température ambiante

• Apport de chaleur

• Codes de soudage applicables et spécifications du projet

Un chauffage uniforme est tout aussi important.

La température de préchauffage doit être raisonnablement uniforme dans toute l’épaisseur de l’acier et le long de la zone de soudure. Un chauffage inégal peut créer un stress thermique supplémentaire au lieu de le réduire.

Pour un préchauffage local, la zone chauffée doit s'étendre suffisamment au-delà des deux côtés de la soudure pour garantir une répartition stable et uniforme de la température.

La largeur et la température exactes du chauffage doivent toujours respecter les spécifications de procédure de soudage ( WPS ), les exigences techniques et les normes de soudage pertinentes.

3. Pourquoi le traitement thermique après soudage est-il important ?

Le traitement thermique après soudage est effectué après le soudage pour contrôler les contraintes résiduelles, réduire la teneur en hydrogène et améliorer la microstructure et les propriétés mécaniques des joints soudés.

En fonction de la qualité de l'acier, de son épaisseur, des conditions de service et des spécifications de soudage, le traitement thermique après soudage peut offrir plusieurs avantages.

Élimination de l'hydrogène

Après le soudage, de l'hydrogène diffusible peut rester dans le métal fondu et dans la zone affectée par la chaleur.

Pour certains aciers et joints soudés critiques, un traitement contrôlé d’élimination de l’hydrogène à basse température peut être appliqué peu de temps après le soudage.

Chauffer le joint soudé pendant une période spécifiée peut accélérer la diffusion et la libération de l'hydrogène, réduisant ainsi le risque de fissuration retardée par l'hydrogène.

La température réelle et le temps de maintien doivent être déterminés en fonction de la qualité de l'acier, de la procédure de soudage, de l'épaisseur du joint et des normes applicables.

Réduction des contraintes résiduelles de soudage

Le soudage provoque un échauffement et un refroidissement très localisés. Étant donné que le composant soudé est retenu par le matériau environnant et la géométrie du joint, des contraintes résiduelles restent dans la structure après le soudage.

Un stress résiduel excessif peut contribuer à :

• Déformation de soudage

• Concentration des contraintes

• Performances de fatigue réduites

• Risque accru de fissuration

• Instabilité dimensionnelle

Le traitement thermique de soulagement des contraintes chauffe le composant soudé à une température contrôlée et le maintient pendant une période spécifiée, permettant ainsi aux contraintes internes de se redistribuer et de se détendre.

En fonction de la taille du composant et des exigences du projet, un traitement thermique peut être effectué sur l'ensemble du composant ou localement autour du joint soudé.

Amélioration de la microstructure de soudure

Certains aciers alliés et aciers à haute résistance peuvent développer des microstructures durcies ou cassantes dans la zone affectée thermiquement après le soudage.

Si ces microstructures restent ensemble avec des contraintes résiduelles élevées et de l'hydrogène, le joint soudé peut devenir plus sensible à la fissuration ou à la rupture fragile.

Un traitement thermique approprié peut contribuer à améliorer la structure métallurgique du joint soudé et peut améliorer :

• Dureté

• Ductilité

• Stabilité dimensionnelle

• Résistance aux fissures

• Performances mécaniques globales

4. Processus global de préchauffage et de traitement thermique après soudage

Un processus typique de contrôle de la qualité du soudage peut inclure :

Identification des matériaux → Examen des procédures de soudage → Préchauffage → Inspection de la température → Soudage → Contrôle de la température entre les passes → Inspection des soudures → Élimination de l'hydrogène ou PWHT si nécessaire → Inspection finale

Le contrôle de la température doit être surveillé tout au long du processus de soudage à l'aide d'un équipement de mesure approprié.

Pour les projets critiques de structure en acier, la procédure de soudage, la température de préchauffage, la température entre les passes et les exigences de traitement après soudage doivent être clairement définies dans le WPS approuvé et la documentation qualité du projet.

5. Le préchauffage et le PWHT sont-ils requis pour chaque structure en acier ?

Non.

Toutes les structures en acier soudées ne nécessitent pas de préchauffage ou de traitement thermique après soudage.

La nécessité de ces processus dépend de facteurs tels que :

• Qualité du matériau en acier

• Équivalent carbone

• Épaisseur de la plaque

• Importance structurelle

• Contention articulaire

• Processus de soudage

• Conditions de service

• Normes internationales applicables

• Exigences techniques spécifiques au projet

Pour les composants ordinaires en acier au carbone présentant des sections relativement minces et une faible contrainte de joint, un traitement thermique approfondi peut ne pas être nécessaire.

Cependant, pour les tôles épaisses, les aciers à haute résistance, les aciers alliés, les éléments porteurs critiques ou les joints soudés hautement retenus, le contrôle de la température devient beaucoup plus important.

Conclusion

Le préchauffage et le traitement thermique après soudage ne sont pas de simples procédures de soudage supplémentaires. Lorsqu'elles sont requises par le matériau, la conception du joint, la procédure de soudage ou les spécifications techniques, elles constituent d'importantes mesures de contrôle de la qualité pour améliorer la fiabilité des joints soudés en acier de construction.

Un contrôle approprié de la température peut aider à réduire les fissures induites par l'hydrogène, à contrôler les vitesses de refroidissement, à réduire les contraintes résiduelles, à minimiser la distorsion et à améliorer la ténacité et les performances globales des connexions soudées.

Chez ZSJH STEEL , les paramètres de soudage sont contrôlés conformément aux procédures de fabrication approuvées, aux spécifications du projet, aux exigences en matière de matériaux et aux normes de qualité applicables. De la préparation des matériaux et du soudage à l'inspection, au traitement de surface et à la livraison finale, nous fournissons des services intégrés de fabrication de structures en acier pour des projets industriels et commerciaux dans le monde entier.

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