Brevet FR2591517A3 — publié le 19870619

FR 2591517 A3 19870619 FR 8518798 A 19851218 PROCEDE DE SOUDA ~ DE PIECES D'ACIER PAR FAISCEAU D'ELMInRCNE L'invention concerne le soudage de pièces d'acier par faisceau d'électrons. L'utilisation de cette technique se répand notamment dans le domaine du soudage des tôles de forte épaisseur en acier de construction (aciers au carbone-manganèse), en raison de la très forte productivité du procédé. Toutefois, les exigences de ténacité en métal fondu constituent un frein important à la diffusion de ce procédé. En effet, des valeurs de ténacité souvent médiocres sont enregistrées lorsque le soudage est pratiqué sur les aciers de construction avec des fortes énergies. La solution qui consisterait à inclure dans le métal de base des additions augmentant la trempabilité du métal fondu sans détériorer la ténacité se heurte à plusieurs inconvénients. Les additions peuvent ne pas convenir à d'autres procédés pratiqués sur la meme pièce (par exemple d'autres procédés de soudage, tels que le piquage). De plus, la mise au point de nuances d'acier réservées au soudage n'apparaît pas rentable. Le but de l'invention est de proposer un procédé d'amélioration du soudage ne présentant pas ces inconvénients. Ce but est atteint par le fait qu'on modifie la composition en zone fondue par un apport réalisé au moyen d'un feuillard en nickel d'une épaisseur déterminée en fonction des paramètres de soudage pour obtenir une composition en zone fondue d'acier de 3 à 9% de nickel. L'amélioration obtenue est surprenante car on pouvait craindre que les conditions très particulières du soudage par faisceau d'électrons modifient défavorablement les caractéristiques attendues (compte tenu des compositions utilisées) du produit final. Dans cet ordre d'idées, les inventeurs ont montré au cours des recherches ayant conduit à la présente invention que l'insertion, dans le plan de joint, d'un feuillard en acier extra-doux n'apporte pas l'amélioration de ténacité espérée. Selon l'invention, le taux moyen de nickel dans le métal fondu est compris entre environ 3 et 9%. Un taux inférieur à cette plage n'entraine pas une amélioration suffisamment sensible de la ténacité. Un taux trop élevé conduit à une fissuration à chaud liée à la ségrégation du nickel lors de la solidification. Compte tenu des éventuelles hétérogénéités locales de composition, la gamme de 3 à 9% conforme à l'invention permet d'éviter les risques de ségrégation. L'addition de nickel dans les proportions précitées conduit à l'obtention de structures martensitiques ou bainitiques d'aciers au nickel très tenaces. Les expériences conduites par les inventeurs ont montré que les cordons de soudures effectués conformément à l'invention sont sains, sans porosité ni fissuration. Il est apparu de plus que les compositions en zone fondue peuvent être prédites avec une bonne précision à partir de la composition du métal de base et de l'épaisseur du feuillard. On se reportera pour la suite de la description aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe schématique montrant la géométrie du cordon de soudure conforme à l'invention - la figure 2 est un graphique donnant l'épaisseur du feuillard à utiliser pour une teneur finale en nickel déterminée, en fonction de l'épaisseur de tôle et de l'énergie de soudage - la figure 3 est un graphique montrant différentes courbes de transition de la résilience en métal fondu avec différents apports de nickel. La figure 1 montre deux plaques d'acier 1 et un feuillard de nickel 2 au niveau du joint. Un faisceau d'électrons d'énergie E, symbolisé par la flèche 3, fait fondre le nickel et le métal environnant sur une zone 4. En appelant : C, C', C" les concentrations respectives en métal d'apport dans le métal fondu 4, dans le feuillard 2 et dans le métal de base 1; e l'épaisseur du feuillard 2; et h la largeur de zone fondue 4, on a, en admettant - ce que l'expérience confirme - une géométrie régulière du phénomène étudié: C = C'e/h + C" Dans le cas particulier de l'invention, la concentration C" de nickel dans l'acier de base 1 est nulle.La relation précitée s'écrit donc C = C'euh Si le feuillard 2 de métal d'apport est de nickel pur, C' = 100 d'où: C = 100e/h Comme par ailleurs, si l'on désigne l'aire fondue par A, l'épaisseur de tôle 1 par t, et l'énergie de soudage par E, on sait que kE = A = ht, soit : h = KE/t où K est un facteur de proportionnalité. On en déduit C = lOOet/KE formule qui permet de prévoir la teneur de nickel en zone fondue à partir de l'épaisseur de la tôle, de l'épaisseur du feuillard et des paramètres de soudage. Inversement, si on vise une concentration C (comprise entre 3 et 9%), l'épaisseur du feuillard nécessaire est e = kEC/lOOt. L'abaque de la figure 2 donne une interprétation graphique immédiate de cette formule, dans le cas où C - 3,5%. L'amélioration de la ténacité avec un apport croissant en nickel est bien mise en évidence sur la figure 3 qui représente les courbes de température de transition de la résilience pour quatre soudures réalisées avec respectivement O ; 5,1 ; 7,5 10,2% de nickel. On sait qu'il existe une corrélation immédiate entre la résilience et la ténacité. Or, les températures de transition apparentes à 28 Joules correspondant aux quatre soudures précitées sont de -50C, -450C, -100 C, et -120 C. Ceci montre l'intérêt d'un accroissement de la teneur en nickel : plus les températures de transition sont basses, plus les ruptures observées aux températures usuelles se font hors de la zone fondue du joint. On constate sur cette figure que l'abaissement de la température de transition est surtout remarquable Jusqu'à une concentration de 7,5% en nickel, mais qu'on observe ensuite un certain tassement de l'amélioration supplémentaire. Bien que les inserts soient de préférence en nickel pur, on peut utiliser des inserts en alliage à base de nickel, ainsi que prévoir dans le métal de base des éléments d'addition susceptibles d'améliorer, en coopération avec le nickel, la ténacité dans la zone fondue. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la ténacité du métal fondu lors du soudage par faisceau d'électrons -de pièces d'acier caractérisé en ce qu'on modifie la composition en zone fondue par un apport réalisé au moyen d'un feuillard} en nickel d'une épaisseur déterminée en fonction des paramètres de soudage pour obtenir une composition en zone fondue d'acier de 3 à 9% de nickel. 2. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la teneur en nickel dans la zone fondue est inférieure à 7,5%. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur e du feuillard est sensiblement égale à K.E.C./lO0t où C est la teneur en nickel dans la zone fondue, t l'épaisseur des pièces d'acier à souder, E l'énergie de soudage, KE un paramètre de soudage.