Le soudage est une technologie de traitement qui réalise une liaison atomique entre les surfaces de deux ou plusieurs pièces distinctes par chauffage, application de pression ou une combinaison des deux, complétée par des matériaux d'apport. En tant qu'élément clé des engins de construction lourds, la qualité des flèches de soudage est directement liée aux performances de sécurité de l'ensemble de la machine. Contrairement aux connexions mécaniques, le soudage forme une liaison métallurgique dont les conditions fondamentales comprennent les conditions énergétiques, les conditions environnementales et les conditions de liaison. Selon la source d'énergie, le soudage peut être divisé en trois catégories : le soudage par fusion, le soudage sous pression et le brasage. Parmi eux, le soudage par fusion est le plus largement utilisé dansfabrication de flèches de soudage, représentant plus de 90 % des applications industrielles.
I. Principes de la métallurgie du soudage et sélection des matériaux pour les flèches de soudage
La métallurgie du soudage est une théorie clé qui étudie les lois de la formation du bain de fusion, de la solidification, de la transformation de phase et des changements de composition chimique au cours du processus de soudage, et joue un rôle décisif dans les performances des rampes de soudage. Le bain fondu des rampes de soudage se caractérise par un petit volume, une température élevée, une durée d'existence courte et une vitesse de refroidissement rapide, conduisant à un processus de cristallisation rapide. La solidification du métal fondu est basée sur les grains de métal de base non fondus dans la zone de fusion et se développe dans la direction de dissipation thermique, formant diverses morphologies de cristallisation allant des grains planaires aux grains colonnaires. La zone affectée par la chaleur (HAZ) est la zone du métal de base affectée par la chaleur de soudage mais qui n'a pas fondu. Ses changements microstructuraux sont déterminés conjointement par la température de chauffage et la vitesse de refroidissement, ce qui donne naissance à différentes régions telles que la zone de fusion, la zone surchauffée et la zone de normalisation.
Les flèches de soudage sont principalement constituées d'acier à faible-alliage à haute résistance-, tel que la plaque à haute résistance-BS700MCK2, qui a une limite d'élasticité supérieure ou égale à 700 MPa et une excellente soudabilité, formabilité à froid et résistance aux chocs à basse-température. Ce type de matériau est un acier de construction à faible-carbone faible-allié, qui obtient d'excellentes performances de soudage en réduisant l'équivalent carbone et l'indice de sensibilité aux fissures de soudure. Pendant le processus de soudage derampes de soudage, une série de réactions chimiques telles que l'oxydation, la réduction et la nitruration se produisent entre le métal en fusion et le milieu environnant. Il est nécessaire de garantir une composition chimique raisonnable de la soudure et d’éviter les défauts grâce à des consommables de soudage et à un contrôle du processus appropriés.
II. Influence de la loi du processus thermique de soudage sur la qualité de la flèche de soudage
Le processus thermique de soudage est à l’origine de réactions métallurgiques de soudage, de transformations microstructurales et de déformations sous contrainte. Une étude approfondie-des lois de génération, de transfert et de dissipation de chaleur est cruciale pour améliorer la qualité des rampes de soudage. Différentes méthodes de soudage présentent des différences significatives dans les caractéristiques de la source de chaleur : le soudage à l'arc métallique blindé a une densité d'énergie relativement faible, une chaleur dispersée et une grande zone affectée thermiquement ; tandis que le soudage au laser et le soudage à l'arc plasma ont une énergie concentrée et une petite zone affectée par la chaleur.
L'apport thermique de soudage fait référence à la chaleur obtenue par unité de longueur de la soudure, calculée par la formule E=60IU/(vη), où I est le courant de soudage, U est la tension de soudage, v est la vitesse de soudage et η est l'efficacité thermique. Pendant le processus de soudage des rampes de soudage, un apport de chaleur excessif augmentera la température maximale, ralentira la vitesse de refroidissement, élargira la zone affectée par la chaleur et grossira les grains, réduisant ainsi la ténacité ; un apport de chaleur insuffisant accélérera la vitesse de refroidissement, conduisant facilement à la formation de structures durcies et de fissures froides.
Dans la fabrication desoudure bouhms, il est nécessaire de contrôler avec précision la température entre les passes et d'adopter des processus de préchauffage et de post-chauffage appropriés. Pour les tôles d'acier épaisses, un préchauffage doit être effectué pour compenser l'augmentation du taux de perte de chaleur et éviter les fissures à froid. L'environnement de soudage nécessite également un contrôle strict, notamment des exigences telles que l'intensité de l'éclairage dans la zone de travail, une vitesse du vent inférieure à 2 m/s et une humidité inférieure à 60 %.
III. Stratégies de contrôle des défauts de soudage et de garantie des performances des flèches de soudage
Les défauts de soudage sont essentiellement des manifestations de processus métallurgiques-hors de contrôle-ou de processus thermiques déséquilibrés. Les défauts courants des rampes de soudage comprennent la porosité, l'inclusion de scories, les fissures et les contre-dépouille. La porosité est constituée de trous formés lorsque les gaz dissous dans le bain de fusion ne parviennent pas à s'échapper pendant le refroidissement et la solidification, tandis que les inclusions de scories proviennent d'oxydes et de sulfures générés par des réactions métallurgiques qui ne parviennent pas à flotter à la surface du bain de fusion en temps opportun.
Les fissures sont divisées en deux catégories : les fissures à chaud et les fissures à froid. Les fissures à chaud sont causées par la formation de films liquides dus à l'enrichissement d'éléments à bas -point de fusion-aux joints de grains et à la fissuration sous contrainte de soudage ; des fissures à froid sont générées en raison de la formation de structures durcies causées par une vitesse de refroidissement excessive et l'accumulation d'hydrogène diffusible. Pour garantir la fiabilité des performances derampes de soudage, il est nécessaire d'évaluer systématiquement les propriétés mécaniques des joints, notamment la résistance, la ténacité, la plasticité et la dureté.
Un joint soudé se compose de trois parties : le métal soudé, la zone de fusion et la zone affectée thermiquement-, et ses performances globales sont un reflet complet des trois. La zone de fusion est le maillon faible du joint, qui a tendance à devenir un site d'initiation de fissures en raison d'une structure inégale et de gros grains. En adoptant des séquences de soudage et des paramètres de processus raisonnables, tels que le processus optimisé consistant à utiliser le soudage en arrière à cinq -sections pour le soudage des racines et le soudage à symétrie centrale à deux-sections pour le soudage de recouvrement, les contraintes résiduelles et les déformations du soudage peuvent être efficacement réduites. Avec le progrès technologique, l’efficacité de la production et la stabilité de la qualité des produits des rampes de soudage seront grandement améliorées.
