Brevet FR2874848A1 — publié le 20060310

Procédé et métal d'apport pour souder des pièces en acier L'invention concerne un procédé pour souder bout à bout deux pièces en acier dans lequel on fait fondre un fil de métal d'apport à base de fer pour remplir un intervalle entre des faces d'extrémités respectives des deux pièces et former après solidification du métal d'apport une soudure entre lesdites faces d'extrémités. Le but de l'invention est de fournir un tel procédé permettant d'obtenir pour le joint soudé une limite d'élasticité et une résistance à la rupture en traction élevée, une résilience élevée, l'absence de décarburation dans la zone de liaison et une compacité conforme aux normes internationales. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que le fil de métal d'apport contient en masse 0,8 à 1,3 de Mn, 0,08 à 0,3 % de Mo et 2,0 à 3,0 % de Ni, et est mis en oeuvre selon les étapes suivantes: a) dépôt d'un premier cordon fondu en contact avec une première desdites faces d'extrémités à la base dudit intervalle, sur une largeur inférieure à celle de l'intervalle et supérieure à la moitié de celle-ci, b) dépôt d'un second cordon fondu en contact avec la seconde desdites faces d'extrémités, recouvrant partiellement le premier cordon dans une région médiane de la largeur de l'intervalle et s'étendant également sur une largeur supérieure à la moitié de celle de l'intervalle, c) dépôt de paires successives de cordons fondus jusqu'à remplissage complet de l'intervalle,le premier cordon de chaque paire s'étendant à partir de la première face d'extrémité, achevant de recouvrir le premier cordon de la paire précédente et recouvrant en partie le second cordon de la paire précédente, et le second cordon de chaque paire s'étendant à partir de la seconde face d'extrémité, achevant de recouvrir le second cordon de la paire précédente et recouvrant en partie le premier cordon de la même paire. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après: - Le fil de métal d'apport a la composition suivante en % en masse: Fe et impuretés éventuelles: complément à 100. - Le fil de métal d'apport a sensiblement la composition suivante en % en masse: Fe et impuretés éventuelles: complément à 100. - On fait fondre le fil de métal d'apport par un arc électrique. - Le soudage est effectué sous flux pulvérulent. - On dépose les cordons fondus successifs sur une hauteur comprise entre 10 et 350 mm. - On dépose les premier et second cordons sur une surface de support sensiblement plane et horizontale située immédiatement au-dessous dudit intervalle L'invention a également pour objet un métal d'apport à base de fer, notamment sous forme de fil, pour la mise en oeuvre du procédé tel 'que défini ci-dessus, contenant en masse 0,8 à 1,3 % de Mn, 0,08 à 0,3 % de Mo et 2,0 à 3,0 % de Ni. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont exposés plus en détail dans la description ci-après, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en perspective d'un assemblage soudé par le procédé selon l'invention. La figure 2 est une vue de côté de l'assemblage de la figure 1, montrant les cordons formés successivement lors du soudage. La figure 3 est un schéma montrant la disposition d'éprouvettes d'essais prélevées sur l'assemblage soudé. Une application particulière a nécessité le soudage bout à bout de pièces en acier ASTM A508 Gr4N CI.3, en obtenant pour la soudure les caractéristiques suivantes: - limite d'élasticité en traction à 0,2 % de déformation au moins égale à 430 N/mm , - résistance à la rupture en traction au moins égale à 520 N/mm , - résilience KCV supérieure à 140 joules à -40 [deg]C, - absence de décarburation dans les zones de liaison, - compacité contrôlée par ultrasons ou radiographie conforme aux normes ASME et EUROCODE. L'acier A508 Gr4N Cl. 3 est défini par la norme ASTM A508 comme ayant la composition suivante en % en masse: Fe: complément à 100. Les procédés de soudage généralement connus ne permettaient pas d'obtenir les caractéristiques souhaitées, ce qui a amené à la mise au point de la présente invention. Les figures 1 et 2 représentent deux pièces à souder 1 et 2 en acier A508 Gr4N CI.3 présentant des faces d'extrémités respectives 3, 4 en vis-à-vis, séparées l'une de l'autre par un intervalle 5 d'une épaisseur (ou largeur) d'environ 20 mm. Les faces inférieures 6, 7 des pièces 1 et 2 sont situées dans un même plan horizontal, et une latte support 8, qui limite vers le bas l'intervalle 5, vient en appui sur les faces 6 et 7 de part et d'autre de celui-ci. Pour réaliser la soudure, on utilise un fil de métal d'apport qu'on fait fondre par un arc électrique sous un flux pulvérulent tel que défini sous la désignation SAW par la norme ASME IX ou sous la désignation 121 par la norme européenne EN 288-3. Selon l'invention, le fil de métal d'apport a la composition suivante en % en masse: Fe et impuretés éventuelles: complément à 100. Par ailleurs, selon l'invention, le métal d'apport est tout d'abord appliqué en une première passe sous forme d'un cordon C1 s'étendant le long de la face d'extrémité de l'une des pièces à souder, dans l'exemple illustré la face 3 de la pièce 1, déposé sur la plaque 8 sur une fraction majoritaire de l'épaisseur de l'intervalle 5. Dans une seconde passe, un cordon C2 est déposé sur la partie restée libre de la surface de la plaque 8, le long de la face 4 de la pièce 2. Le cordon C2 s'étend sur une largeur sensiblement égale à celle du cordon C2, et recouvre donc en partie celui-ci. Dans une troisième passe, un cordon C3, s'étendant de nouveau le long de la face 3, est déposé au voisinage de celle-ci sur le cordon C1, et dans la région médiane de l'intervalle 5 sur le cordon C2.Une quatrième passe forme un cordon C4 adjacent à la face 4, déposé sur les cordons C2 et C3. Ainsi de suite, des passes alternées forment successivement des cordons C2n+l adjacents à la face 3 et des cordons C2n+2 adjacents à la face 4, deux cordons successifs adjacents à la même face d'extrémité étant directement superposés au voisinage de celle-ci, et deux cordons successifs adjacents respectivement aux deux faces d'extrémités étant directement superposés dans la région médiane de l'intervalle. L'ensemble des cordons remplit ainsi la totalité de l'intervalle 5, dans l'exemple illustré d'une hauteur de 180 mm. Des éprouvettes d'essais ont été découpées dans l'assemblage soudé des figures 1 et 2, selon le schéma de la figure 3, sur laquelle la référence 9 désigne la soudure qui a comblé l'intervalle 5. Une éprouvette 10 destinée aux examens macrographiques et micrographiques s'étend transversalement sur toute l'épaisseur de la soudure en débordant sur les pièces 1 et 2, de même que des éprouvettes 11 destinées aux essais de résilience. Une éprouvette cylindrique 12 destinée aux essais de traction s'étend longitudinalement à l'intérieur de la soudure. Toutes ces éprouvettes ont été découpées à 2 mm sous la surface supérieure de la soudure. L'essai de traction, effectué à température ambiante après traitement thermique à 600 [deg]C pendant huit heures, a donné les résultats suivants: limite d'élasticité à 0,2 % de déformation: 531 N/mm ; résistance à la rupture: 606 N/mm . Trois essais de résilience à -40 [deg]C ont donné les résultats suivants pour une section de 80 mm : 158, 150 et 158 joules, soit une moyenne de 194 J/cm . Des examens visuels de micrographies ont montré l'absence de décarburation en zone de liaison et l'absence de microfissures dans le métal de base. Enfin, les contrôles de compacité par ultrasons et par magnétoscopie ont montré la conformité des échantillons aux normes de référence. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec le soudage d'une nuance particulière d'acier, elle est en principe utilisable pour le soudage de n'importe quel type d'acier. Par ailleurs la latte support décrite peut n'être pas nécessaire en fonction de la forme des pièces à souder. Le cas échéant le support recevant les deux premiers cordons peut être constitué par une soudure préexistante. Revendications 1. Procédé pour souder bout à bout deux pièces en acier (1, 2) dans lequel on fait fondre un fil de métal d'apport à base de fer pour remplir un intervalle (5) entre des faces d'extrémités respectives (3, 4) des deux pièces et former après solidification du métal d'apport une soudure (9) entre lesdites faces d'extrémités, caractérisé en ce que le fil de métal d'apport contient en masse 0,8 à 1,3 % de Mn, 0,08 à 0,3 % de Mo et 2,0 à 3,0 % de Ni, et est mis en oeuvre selon les étapes suivantes:a) dépôt d'un premier cordon fondu (CI) en contact avec une première (3) desdites faces d'extrémités à la base dudit intervalle, sur une largeur inférieure à celle de l'intervalle et supérieure à la moitié de celle-ci, b) dépôt d'un second cordon fondu (C2) en contact avec la seconde (4) desdites faces d'extrémités, recouvrant partiellement le premier cordon (CI) dans une région médiane de la largeur de l'intervalle et s'étendant également sur une largeur supérieure à la moitié de celle de l'intervalle, c) dépôt de paires successives de cordons fondus (C2n+1, C2n+2) jusqu'à remplissage complet de l'intervalle (5), le premier cordon (C2n+l) de chaque paire s'étendant à partir de la première face d'extrémité (3), achevant de recouvrir le premier cordon (C2n-1) de la paire précédente et recouvrant en partie le second cordon (C2n)de la paire précédente, et le second cordon (C2n+2) de chaque paire s'étendant à partir de la seconde face d'extrémité (4), achevant de recouvrir le second cordon (C2n) de la paire précédente et recouvrant en partie le premier cordon (C2n+l) de la même paire. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fil de métal d'apport a la composition suivante en % en masse: Fe et impuretés éventuelles: complément à 100. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le fil de métal d'apport a sensiblement la composition suivante en % en masse: Fe et impuretés éventuelles: complément à 100. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on fait fondre le fil de métal d'apport par un arc électrique. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le soudage est effectué sous flux pulvérulent. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on dépose les cordons fondus successifs sur une hauteur comprise entre 10 et 350 mm. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on dépose les premier et second cordons (C1, C2) sur une surface de support (8) sensiblement plane et horizontale située immédiatement au-dessous dudit intervalle 8. Métal d'apport à base de fer, notamment sous forme de fil, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, contenant en masse 0,8 à 1,3 % de Mn, 0,08 à 0,3 % de Mo et 2,0 à 3,0 % de Ni.