Brevet FR2138243A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne un procédé pour le soudage d'acier à haute résistance, notamment par soudage à l'arc sous gaz inerte. Suivant l'invention, le métal de soudage utilisé est une électrode revêtue d'un acier austénitique métastable et, après le soudage, l'acier et le joint de soudure sont soumis à un refroidissement au-dessous de 0 C ainsi qu'à un traitement de vieillissement. Jusqu'à présent, lors du soudage d'un acier à haute résistance (ayant par exemple une résistance à la traction de 80 kg/mm ou dsvantage), on constate que le métal de base soudé s'adoucit si la vitesse de soudage est faible; par contre, si la vitesse de soudage est grande, des criques se produisent dans la zone chauffée du métal de base pendant le refroidissement en raison du fait que ce refroidissement s'effectue rapidement. Grâce à l'invention, les deux inconvénients cités ci-dessus et résultant de conditions de soudage contradictoires peuvent etre supprimés au moyen d'un seul procédé. Le but de l'invention est d > nc de réaliser un procédé économique pour le soudage d'acier à haute résistance qui ne provoque ni l'adoucissement ni la formation de criques dans la zone chauffée. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels - la figure 1A est une vue en plan de deux pièces d'un métal de base devant Entre soudées ensemble; - la figure 1B est une vue en élévation des deux pièces de métal de base représentées sur la figure LA; - la figure 2 est une vue en coupe verticale des deux pièces représentées sur la figure 1B, mais à plus grande échelle, représentant un mode de mise en oeuvre du refroidissement au-dessous de 0 C du procédé de l'invention;; - la figure 3 est une vue en plan de la plaque de métal de base obtenue après le soudage, le refroidissement au-dessous de 0 C et le traitement de vieillissement du procédé de l'invention; - la figure 4 est un graphique permettant la comparaison des essais de traction d'une pièce de métal soudée n'ayant pas été soumise au refroidissement et au vieillissement suivant l'invention, et de trois pièces métalliques soudées et traitées ensuite conformément à l'invention; et - la figure 5 est une représentation de la forme des éprouvettes utilisées pour les essais de traction. En général, pour éviter l'agrandissement de la zone adoucie dans le métal de base et pour obtenir un soudage économiquement avantageux, il est recommandé de souder les aciers à haute résistance à grande vitesse. Toutefois, le soudage à grande vitesse se traduit par la formation de criques dans la zone chauffée du métal de base puisque cette zone se refroidit très rapidement. La formation de criques dans la zone chauffée peut être évitée par l'utilisation d'une électrode revêtue d'un acier austénitique de grande ductilité à la place d'une électrode classique revetue d'un acier ferrétique puisque la force de liaison agissant sur cette zone chauffée est réduite; l'utilisation d'acier austénitique a cependant l'inconvénient que la limite de proportionnalité de cet acier devient trop faible. Pour supprimer cet inconvénient et pour atteindre les buts cités ci-dessus, l'invention prévoit l'utilisation d'une électrode revêtue d'un acier austénitique métastable comme métal de soudage, Ces résultats peuvent être obtenus grace au fait que cet acier austénitique métastable est transformé en un acier martensitique en le soumettant à un refroidissement au-dessous de 0 C après le soudage et par la transformation de cet acier martensitique en un acier martensitique du type durcissant par précipitation et ayant une faible teneur en carbone, par exemple en le soumettant à un traitement de vieillissement à 400-450 C après le refroidissement au-dessous de 0 C. Cela a pour résultat que le métal soudé suivant l'invention a une limite de proportionnalité élevée et néanmoins une ductilité et une ténacité convenables. Le procédé décrit ci-dessus permet donc d'atteindre les buts de l'invention. L'invention est décrite plus en détail à l'aide de l'exemple de mise en oeuvre suivant. EXEMPLE Les figures LA et 1B représentent deux pièces 1 en métal de base dont les dimensions sont indiquées dans le tableau I suivant et dont la composition figure dans le tableau Il. TABLEAU I L : Longueur du joint de soudure 440 mm t : Ecartement en bas 3 mm H : Epaisseur de soudage 13 mm L'angle inclus 45 D : Largeur totale des deux pièces en métal de base 250 mm TABLEAU Il Métal de base C Si Nn Cr Ni No Co Cu HTSO 0,16 0,31 0,99 0,55 1,08 0,73 0,30 0,50 % en poids On prépare quatre jeux de pièces de métal de base ayant les formes et dimensions indiquées et on les soude au moyen d'une électrode revêtue d'un acier austénitique métastable dont la composition est indiquée dans le tableau III suivant, par un procédé de soudage à l'arc sous gaz protecteur dans les conditions suivantes Intensité de soudage 420 à 430 ampères Tension de soudage 28 à 29 volts Vitesse de soudage 22,5 cm/mn Composition du gaz utilisé : argon + C02 Débits d'alisentation du gaz : argon - 18 litres/minute C02 - 2 litres/minute On conserve telle qu'elle l'une des quatre plaques ainsi obtenues par le soudage suivant le procédé décrit et on soumet les autres trois plaques pendant 1 h à un refroidissement au-dessous de O C dans un montage comte celui représenté sur la figure 2; l'une des plaques est refroidie à -200C, une autre à -50 C et la troisième à -70 C. TABLEAU III électrode C Si Mn Cr Ni Ho Co Cu Pil type > W-32 d'un diamètre de 0,03 0,87 1,79 21,14 9,73 3,15 3,94 1,60 % en poids On n'observe pas de criques dans ces plaques après le soudage. Le refroidissement au-dessous de 0 C pour cet exemple est expliqué relativement à la figure 2. 1 désigne les pièces en métal de base, 2 est une plaquette métallique de support mesurant 440x20x3mm, 4 est un réfrigérant constitué par un mélange de méthylalcool et de glace carbonique, et 5 est un élément de retenue pour le réfrigérant. Comme on le voit sur la figure 2, le réfrigérant est disposé de telle manière sur la surface du métal de base qu'il recouvre la zone de soudage. On soumet ensuite chaque plaque ainsi refroidie à un traitement de vieillissement par un chauffage jusqu'à 400-450 C suivi par un refroi dissement à l'air ambiant. Les effets du refroidissement au-dessous de 0 C et du vieil lissement ressortent du tableau IV : celui-ci montre les résultats d'essais de traction sur des éprouvettes réalisées à partir de chacune des quatre plaques soudées en métal de base; les essais à la traction sont effectués sur une machine du type "Amslar". TABLEAU IV Plaque NO Refroidis- Résistance à Limite élastique Allongement semant à la traction (kg/mm ) (%) ( C) (kg/mm2) ~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~ 1 -Non refroidie, non vieillie - 117 25 13 2 -Refroidie - vieillie -20 125 65 22 3 -Refroidie - vieillie -50 128 69 11 4 refroidie - vieillie -70 130 80 6 Il ressort clairement du tableau IV que le métal soudé soumis au refroidissement au-dessous de OOC ainsi qu'au vieillissement présente d'excellentes caractéristiques, particulièrement en ce qui concerne la limite élastique à 0,2%. La figure 4 est un graphique permettant la comparaison des caractéristiques des plaques du tableau IV. Les plaques 1, 2, 3 et 4 du tableau 4 sont désignées respectivement par un cercle, un triangle, une croix et un carré. La courbe a désigne la résistance à la traction, la courbe b la limite élastique, et la courbe c le taux d'allongement. Les éprouvettes utilisées pour les essais de traction sont prises dans les quatre plaques métalliques soudées et elles ont la même forme que l'éprouvette NO A-2 prévue pour les essais de traction dans les normes industrielles japonaises, voir également la figure 5. Chaque éprouvette est découpée dans la zone entourée par des traits mixtes et désignée par 7 sur la figure 3. Il ressort de ce qui précède que l'invention permet d'augmen ter considérablement le rendement par l'augmentation de la vitesse de soudage et par la production d'une soudure de bonne qualité et pratiquement exempte de criques d'acier à haute résistance. REVENDICATION Procédé pour le soudage d'un acier à haute résistance, caractérisé en ce que le soudage est effectué au moyen d'une électrode revêtue d'un acier austénitique métastable comme métal de soudage, et en ce que la zone soudée est ensuite soumise à un refroidissement au-dessous de OOC, ainsi qu'à un traitement de vieillissement.