Ténacité et dureté dans la ZAT selon NF EN 1011-2

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Ce cours sur l’étude de la norme NF EN 1011-2 concerne les temps de refroidissements. C’est donc une alternative aux méthodes de l’IRSID. Une méthode par calcul et une par graphique est expliquée. Le cours précédent concernait aussi la norme NF EN 1011-2 mais étaient axée sur la détermination des températures de préchauffage. Une application était proposée:

Aspect fondamental des aciers ferritiques

Le soudage des aciers ferritiques produit une zone où la microstructure est modifiée. Selon le type de microstructure, les ténacités (capacité d’un matériau à résister à la propagation d’une fissure) et les duretés sont également modifiées. Cette modification dépend surtout de la nuance de l’acier, des différence de températures atteints dans un temps donné. On prendra donc en compte les paramètres:

Influence de la nuance

On considère que la ténacité décroit lorsque la taille des grains et la fraction des constituants microstructuraux durs (bainitiques et martensitiques) augmentent.

Pour les aciers au carbone ou carbone et manganèse qui ne contiennent pas d’éléments limitant la croissance de l’austénite lors du soudage, seule une maitrise rigoureuse du temps de refroidissement assurera une ténacité adéquate dans la ZAT.

Pour les aciers au carbone et manganèse micro-alliés, une combinaison judicieuse des éléments pouvant former des précipités de carbure ou de nitrures stables à haute température permet de limiter la croissance des grains d’austénite et de favoriser une germination intragranulaire de la ferrite durant la transformation de l’austénite. Cette croissance des grains dépend de la quantité et du type des éléments favorisant la formation de carbures et de nitrures. Ces aciers correspondants sont donc moins sensibles à une altération de la ténacité de la ZAT. 

Les aciers concernés sont les aciers ferritiques faiblement alliés (trempés et revenus), résistants au fluage (le fluage est la capacité qu’a un matériau à résister à la déformation dans le temps.), aciers résistants aux basses températures et aciers au nickel. Aucun comportement uniforme ne peut donc être pris en compte.

Effet des conditions de soudage sur les caractéristiques mécaniques

Les échauffements et refroidissements rapides pendant le soudage, influent fortement sur les caractéristiques mécaniques de l’assemblage. Elles sont influencées par:

On appelle généralement t8/5 (parfois t800/500) le temps de refroidissement. C’est le temps mis à un cycle pour passer de 800°C à 500°C au niveau de la ZAT. De manière générale, plus le temps de refroidissement est grand, et plus l’énergie de rupture augmente. La dureté de la ZAT s’affaiblit quand  t8/5 augmente.

Importance du temps de refroidissement

Plus le temps de refroidissement est long, plus l’énergie de rupture s’augmente, par contre la dureté diminuera.

Pour les aciers non alliés à haute résistance et les aciers ferritiques faiblement alliés, les temps de refroidissement t8/5 des passes de remplissage, et des passes de remplissage se situent généralement entre 10 et 25s. Ceci est une généralité. Chaque situation étant différente, il conviendra de vérifier pour sa propre situation.

Calcul du temps de refroidissement

Avant de commencer, il faudra connaitre les abréviations suivantes utilisées dans les formules:

Tableau des abréviations de la norme NF EN 1011-2 2
Tableau des abréviations de la norme NF EN 1011-2

Le temps de refroidissement sera différent selon si l’on soudera en bout à bout, en angle,  sur un tube. En plus de ces particularités, ces variations sont appelées soudage bi-dimensionnel et soudage tri-dimensionnel.  On pourra déterminer sur la figure D4 (ci-dessous) si l’on a un écoulement calorifique bi-dimensionnel ou tridimensionnel. Ce diagramme utilise les paramètres épaisseurs de transition (dt), l’apport de chaleur (Q), et la température de préchauffage (Tp) , quelque soit le procédé de soudage utilisé. On pourra ainsi déterminer si l’écoulement calorifique est bi-dimensionnel ou tridimensionnel.

 Ils faut donc s’aider des figures D3 et D4.

Ecoulement calorifique bidimensionnel tridimensionnel 2
Ecoulement calorifique bidimensionnel tridimensionnel

Lorsque l’écoulement calorifique est tridimensionnel et et que le temps de refroidissement est indépendant de l’épaisseur du matériau, le temps de refroidissement est calculé en utilisant la formule ci-après:

Calcul du temps de refroidissement 1

avec Q suivant la formule suivante:

Formule de l'apport de chaleur

Pour les aciers non alliés et les aciers faiblement alliés on peut utiliser la formule suivante en utilisant pour F3 les valeurs du tableau ci-après (D1):

Calcul du temps de refroidissement 2
Influence de la forme de la soudure

Lorsque l’écoulement calorifique est bi-dimensionnel et que le temps de refroidissement dépend de l’épaisseur du matériau, le temps de refroidissement est calculé en utilisant l’équation suivante:

Calcul du temps de refroidissement 2

Pour les aciers non alliés et les aciers faiblement alliés, l’équation à appliquer est la suivante:

Calcul du temps de refroidissement 3

Détermination graphique du temps de refroidissement

On peut aussi prévoir approximativement  t8/5 avec l’apport de chaleur (Q) avec les figures D5 et D6, et en utilisant les type d’écoulement calorifiques déterminés avec la figure D4. 

Temps de refroidissement graphique
Temps de refroidissement graphique 2

La norme donne ces informations supplémentaires:

Calcul temps refroidissement par graphique en 1011

Mesure du temps de refroidissement

Influence des conditions de soudage

Livres sur le soudage

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