Brevet FR2007096A1 — publié le 19700102

i 2007096 L'invention est relative â un gaz de protection pour .le soudage à l'arc électrique des aciers ferriti^qus^.j3$s aciers austénitiques au chrome/nickel et des aciers austénitiques au chrome/nickel/nolybdène, hautement alliés. 5 L'azote peut être contenu dans l'acier sous la forme de solu tion solide et sous la forme "de nitrure- et il rseut être, soit un élément accompagnateur craint de l'acier, soit, dans des cas déterminés,' un élément d'alliage souhaitai)le*.'. \ D,ans' l'acier, ferri-tique-perlitique, l'azote provoque, en tant qu'élément dissous, la 10 modification des propriétés et connue comme vieillissement ainsi que comme fragilité par bleuissement* Lorsqu'il s'agit d'aciers non-alliés ou faiblement alliés contenant de l'azote-, il faut également tenir compte de la-. tendance de ces aciers à une corrosion intercristalline des criques provoquées par les tensions. 15 L'azote, contenu sous la forifte de nitrurè dans l'acier j 'affine le grain et accroît ainsi là limite des allongements aroportionnèls sans réduire la ductilité. Toutefois, en ce qui concerne le processus de soudage, les propriétés de l'azote de déplacer' le point martensitique à des températures plus basses dans les aciers au 20 carbone, d'accroître les temps de démarrage dans le diagramme temps/temnérature/transformation et de ralentir le déroulement de la transformation des phases intermédiaires, sont très désavantageuses étant donné qu'elles favorisent un durcissement des zones soumises à l'influence de la chaleur et la formation de tensions 25 de transformation élevées. Etant donné que lôrsqu'il s'agit d' une atmosphère de soudage contenant de l'azote, l'azote pénètre en quantité particulièrement élevée dans la fusion, et ce, par la dissociation et l'ionisation dans l'arc électrique de soudage, le risque de la formation de pores est très élevé;. L'étendue de la 30 formation des pores dépend, dans ce cas, non seulement de l'azote offert par l'atmosphère de soudage, mais également, de l'espèce et • de la quantité des éléments d'alliage.dans la matière de base et dans la matière additive et qui peuvent lier l'azote chimiquement. Les éléments d'alliage qui, à des températures élevées iusqu'en-35 dessous du r>oint de fusion, forment des nitrures, à savoir le titane, le zircon, l'aluminium, le niobdène, le chrome et le silicium, déplacent à des valeurs supérieures la teneur limite d'azote qui peut donner lieu à la formation de nores. F, RUPERTUS et ses collaborateurs ont prouvé ce fait expérimentalement à l'apmii de 40 l'aluminium. Ainsi qu'il ressort des ouvrages de T.M.SLUTSKAYA 69 11820 201)7096 et ses collaborateurs, ainsi .que de ' T, KOBAYASHI, lorsque le fil de soudage comprend des teneurs suffisantes en moyens ,de désoxy-daticm et .de dénitration» il- -est..mène possible >dé..,sQude.ri.à l'arc électrique sans gaz de protection et .à.-l'air,?en~obteaant'-des ré-• 5 • sultats-qui, prétendûment, sont Utilisables»', Toutefois., ' il convient cle. mentionner un fait^particulièrement important .-pour le -processus dé soudage, à-savoir que les éléments. de;.dénitration ne protègent un acier contre la formation de pores-et contre le vieillissement que ; lorsque- le refroidissement .de :1a matière soudée IG permet de. disp-oser de suffisamment de.te^inps pour ' la fQrmatiogjde nitntre .spécial. De ce fait,' d,ans : la jKatiè.rë..;$oùéée-iquii!;;usuel-lement-j se refroid.it très rapidement, - au moyen des formateurs de nitrure dans la natière additive, En outre, une teneur,élevée an 15 nitrures spéciaux agit certainement négativement-surrieiŒOTivoir de .déformation de l'ac-ier .w. • •: _ ; . - , , Les -résultats d'examens systématiques ; et des . expériences de la pratique .du soudage s'accordent.pour prouver que les aciers ferritiques-perl-itiqtiès usuels réagis sent-av.ee ..beaucoup de sensi-20 bilité par .une formaticârde pôtes - lors:-du sSLOiidage. » 'T'arc .éleçtri-que.;à-électrode nue .fusible et ,lors-.46 vitesses de? : soudage, économiquement rentables ,:.et ce^ déjà- avec de'itxêjs faibles .proportions d'azoté dans le gaz dé prôtéctionî-- 'Même s'il est possible d'éliminer le ;-risque de. vieillissement de la- matière soudée .chargée 25 d'azoté,, les ^az de rpTQtect ion eon tenant de l'azote .ne s ont pas. • appropriés ;.pQur é.es -esp-ècès d'acier ^ ne futrce que du point de • vue de la-.formation, des pores-:. !'r. ,HUI-®ITZ-6eM donne-un-aperçu détaillé en ce qui concerne '.les .influences de l'azote, lors du soudage .à 1-'arc électrique, • 4- •• . 30. s Lorsqu'il s'agit d'aciers au chrome/nickel : hautement'.alliés, l'azote peut-être miê en -Oeuvre cômmer élément d la Iliade pour la stabilisation -dq l'austéni te, --D.es possibilités pour la rëaliaa-• tion .et 1'.utilisation d'aciers alliés à l'azote sont indiquées par V, NICOLAS dans son évaluatiQ.n-.de 1-a littérature "volumineuse .35.... à ce .sujet, .Du.-point dé vuç-de la; technique idu soaidaqe, l'azote entraîne bien moins de risques pour, les .aciers -au chrome/nickel hautement alliés: .que pour les, aciers au carbone-, Ceci 'découlé, .. . d'une paxt^ .dû pouvoir : d ' a-bs.o.rp t ion pour l'azote et-qui est accru ;. . par les éléments molybdène,'manganèse, chrome, niebdène''et vanadium ^et* d'autre p.art, lorsqu'il s'a 40.; 69 11820 3 2007096 en outre de la solubilité élevée de l'azote de la modification Cubique à faces centrées du fer. En outre, les aciers austéniti-ques au chrome/nickel conservent une ductilité suffisante, même lors d' insertions notables de nitrure. En raison de leur nouvoir 5 "d'absorption élevé pour l'azote, les aciers au chrome/nickel hau-vt'êfflent alliés ne réagissent pas aussi défavorablement que les 1 :aciéTs au carbone en formant des pores sous l'influence des te-I neaf $ ;en - azo te de l'atmosphère de soudage, Le problème du vieil-Ilissemérit ne se pose pas pour les aciers hautement alliés. La rinsensibilité réduite à la formation de pores par l'azote des aciers ' "•au-chrôme/nickel hautement alliés découle, enfin, également de la vr 3.vjaauvâi^e conductibilité de la chaleur de ces matières et qui per-i.*. rmêt d'obtenir un refroidissement plus lent de la matière soudée v -. èt,-de ce fait, une meilleure dégazéification par effusion et 1-5liaison chimique. Les gaz de protection et mélanges de gaz de protection, cou-.* î. ; rrarits dans le commerce pour les aciers au chrome ou au chrome/ : nicfcel hautement alliés, ne sont pas satisfaisants pour le souda-^ ge à l'arc électrique au moyen d'un fil électrode fusible. Ou 20 bien ils ne permettent pas d'obtenir une matière soudée exempte de porès, ou bien ils provoquent un mauvais comportement du soudage (éclaboùssures) , ils donnent lieu à des formes désavantageuses du . cordon et de la pénétration, ils détériorent la résistance à la corrosion intercristalline ou ils ne permettent pas l'utilisation 25 de la technique à l'arc électrique court. L'inveiition vise à " procurér un gaz de protection qui permet de satisfaire aux conditions énumérées ci-dessus. Conformément à l'invention, un tel gaz. dé protection est earactërisé par un mélange d'argon et d'azote, la teneur en.azote étant de 1 à 20, de préférence de 5 à 30 10 % en volume. Lors de vitesses de soudage extrêmement faibles, I : la tenéur en azote peut être de 15 à 20 %, tandis eue lors de vi- tessës de soudage économiquement rentables, il •convient de choisi, sir une teneur en azote comprise entre 5 et 10 %, et ce, suivant le Ibut d'utilisation envisagé. 35-. : On a déjà proposé un mélange d'argon et d'azote comme gaz de protection pour des buts métallurgiques. Cependant, ce mélange % diffère de celui qui fait l'objet de l'inveation du fait que dans la proportion d'azote sont dissous des gaz réducteurs, une caractéristique qui n'est pas souhaitable pour les buts de l'invention, 40 ainsi qu'il sera décrit en détail plus loin. Par ailleurs, dans 69 11820 4 2007096 la proposition mentionnée ci-dessus, il n'y a aucune indication en ce qui concerne la proportion de l'azote. Toutefois, le dosage précis de la proportion d'azote est essentiel pour une utilisation, couronnée de succès, de l'invention. Bien qu* on ait pu 5 constater qu'un fil de soudage, fondu dans" une atmosphère d'azote pur, résiste en nernanence à la corrosion intercristalline (suivant Stahl-Eisen-Prûfblatt 1875-61), il est cependant prouvé que 1'exemption de pores n'a pu être obtenuedans le cas le olus avantageux, que lors du soudage à passe unique, ou/Lors d'un re-10 froidisser.ent très lent du bain de soudure lors du soudage à plusieurs passes peut être attribuée au fait que l'azote, lié comme nitrure, est libéré sous forme de gaz dans les couches inférieures par la décomposition du nitrure lors de l'exécution des passes supérieures, il ne peut donc plus remonter jusqu'à la surface 15 du bain et, par conséquent, il forme des pores aux limites de la pénétration, Aini qu'il peut être constaté lors du soudage de la - première couche, l'azote, éliminé sous forme de bulles du bain de soudure à proximité de la surface du cordon, peut généralement remonter jusqu'à la surface du cordon et peut s'échapper. La vi-20 tesse de refroidissement du bain de soudure exerce donc une grande influence sur la formation des pores. De ce fait, nar une dilution suffisante de l'atmosphère d'azote au moyen d'argon, il faut réduire la charge d'azote de la matière soudée, de manière nue dans les conditions de soudage u-25 suelles, il ne se forme plus de pores. Ce but est favorisé par la propriété de l'argon de réduire la chute cathodique et, par conséquent, la charge d'azote du bain de soudure. Ainsi que dit plus haut, pour les buts visés nar l'invention il n'est pas avantageux d'ajouter des additifs réducteurs au gaz 30 de protection. L'invention propose donc d'ajouter additionnelle-ment jusqu'à 10 % én volume d'oxygène au mélange argon/azote. L'oxygène facilite la dégazéification du bain de soudure, étant donné qu'il réduit la tension superficielle de la fusion et accroît la température du bain. Par l'absorption de l'azote, la 35 teneur en ferrite à est réduite dans une matière soudée à partir d'aciers austénitiques métastables au chrome/nickel, cependant, la résistance aux criques à chaud eit conservée lors de l'utilisation des gaz de protection conformes à l'invention. Les gaz de protection à base d'argon et contenant de l'azote permettent 40 d'utiliser, tant la technique à l'arc électrique à effluves que 69 11820 5 2007096 la tèchnique à l'arc électrique court lorsqu'il s'agit d'aciers hautement alliés et, tout en obtenant un bon rendement-de fusion, ils permettent d'obtenir une pénétration avantageuse et un ispect parfait du cordon. , • Lors de la composition précise: des iaz de protection dans les limites indiquées ^>ar l'invention, il est en outre avantageux de tenir compte de la-composition-de- la.matière.à souder , plus narti- e t culierement de sa teneur en formateurs de nitrure^en éléments désoxydants. , . • • . "qp® * 69 11820 6 20Ô7096 REVENDICATIONS 1,- Gaz de protection pour le soudage il l'arc électrique, plus particulièrement des aciers ferritiques au chrome, des aciers aus-tcnitiques au chrone/nickel et des aciers au chrome/nickel/molyb-done hautement alliés, caractérisé en ce qu'il est forré par un né- 5 lan^e d'argon et d'azote, la teneur en azote étant de 1 à 20, de préférence de 5 à 10 « en volume. 2.- Gaz de protection suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au relance d'argon et d'azote on ajoute additionnellenent jusqu'il 10 "s en volume d'oxygène, - 10 3.- Gaz de protection suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est formé par 5 !> en volume d'azote et 3 ï en volume d*oxygène. 4.- Gaz de protection suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la composition précise du dit ?az dépend de la 15 teneur en formateurs de nitrure et en éléments désoxydants de la matière â souder. bad original