Upload
lerodeur
View
1.350
Download
14
Embed Size (px)
Citation preview
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Le soudage des aciers à Hautes Performances
S 460 et S 690Applications Génie Civil
F. Maltrud Institut de Soudure
Présenté par J-M Vigo OTUA
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Plan de l’exposéVous avez dit « performance en soudage »? ?…
Nuances d’acier et produits d’apport en soudage
Soudabilité des S 460 M, ML, Q, QL, QL1,CEV, conditions de soudage …
Soudabilité des S 690 Q, QL, QL1, CEV, conditions de soudage …
Réparation des soudures
Chaudes de retrait
Conclusions
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Performances des soudures :
• La soudabilité métallurgique :
Définie par le niveau de précautions à prendre pour éviter la fissuration à froid en ZAT (Zone Affectée Thermiquement) et en ZF (Zone Fondue): Choix des apports, nécessité ou non du préchauffage et du postchauffage
• Les caractéristiques mécaniques (traction -résilience) du joint (ZAT et ZF)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Les aciers concernés :
- Les aciers thermomécaniques S460M et ML (EN 10025-4)
- Les aciers trempés revenus S460 Q, QL, QL1 à S690 Q, QL, QL1 (EN 10025-6)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Les produits d’apport concernés :
Des normes de références- Normes européennes avec des garanties sur Rp0.2%
Jusqu’à 500 MPa> NF EN 5560 (ex EN 499) électrodes enrobées> EN 440 fils MAG> EN 758 fils fourrés
Jusqu’à 890 MPa> NF EN 757 électrodes enrobées> NF EN 12534 fils MAG> NF EN 12535 fils fourrés
- Possibilité pour les soudures d’angle d’utiliser un métal d’apporavec une limite d’élasticité inférieure en augmentant la hauteurde gorge
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Leur comportement actuel vis à vis du soudage :
- les aciers S460M et S460Q : soudabilité bien meilleure que celle des aciers normalisés de grade équivalent, voire meilleureque celle des aciers S355 - Cependant nécessité de certaines précautions spécifiques, notamment du fait de la zone fondue
- les aciers trempés revenus S500Q à S690Q : soudabilité des meilleurs aciers actuels très supérieure à celle des premiers aciers de ce type - demandent toutefois quasi systématiquement la mise en œuvre de préchauffage, voire de post chauffage, mais à des températures modérées - nécessité du contrôle rigoureuxde tous les paramètres de soudage (T entre passes, taux H2)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Comparaison des carbones équivalent max. autorisés pour différentes nuances thermomécaniques et trempées revenues
Ceq Max. (EN 10025 3-4-6)
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 50 100 150épaisseur (mm)
Ceq
max
.
S460MS460QS500QS690QS460NCeq
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)
Réalité de l'offre : meilleure que les prescriptions de la norme
e(mm)
C Mn Si Ni V CET CEV
40 0,090 1,50 0,30 0,40 0,058 0,25 0,38
50 0,070 1,54 0,32 0,42 0,070 0,24 0,37
CEVEN100025-4
0.46
0.47
exemple de deux fournitures industrielles :
CET=C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40CEV=C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)Procédés de soudage les plus utilisés :
- Electrode enrobée basique
- sous flux en poudre
- soudage MAG avec fil fourré de poudres métalliqes
- soudage MAG avec fil fourré sans gaz de protection
Large choix de produits d'apport présentant les caractéristiques mécaniques (traction, résilience) requises
Impératif particulier : malgré la très bonne soudabilité métallurgique de ces aciers il est impératif de choisir des produits d'apport présentant des taux d'hydrogène très bas (H5), pour évitele risque de fissuration en zone fondue (cf. ci après)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)Le risque de fissuration à froid en Zone Fondue
fonction de la composition chimique de la zone fondueet du taux d'hydrogène diffusible du produit d'apport
exemple : influence de la teneur en manganèse de l'apport et du taux d'H2 dif.
Teneur en manganèseH2diffusible(ml/100g m.f.)
Classede tauxH2 dif.
0,95 1,10 1,38 1,64
4,7 H5 NF NF NF NF5,4 H10 NF NF NF F6,6 H10 NF NF F F10,1 H10 F F F F15,1 H10 F F F F
nécessité d'un taux de Mn suffisant pour obtenir les caractéristiques mécaniques requises en ZF ⇒ obligation d'utiliser des produits de classe H5 pour éviter le risque de fissuration en zone fondue
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)
Le risque de fissuration à froid en ZAT
• faibles valeurs de Carbone équivalent
+• nécessité d'utiliser des apports à faible taux d'hydrogène diffusible, du fait de la zone fondue
=absence de risque fissuration à froid en ZAT dès que les énergies de soudage sont supérieures à 10 kJ/cm⇒ le préchauffage n'est généralement
pas nécessaire(dégourdissage, en fonction des conditions climatiques)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)
Caractéristiques mécaniques du joint
Zone fondue :
• l'offre des fournisseur est telle qu'il est assez aisé de trouver des apports présentant des caractéristiques mécaniques de traction et de résilience en rapport avec celles du métal de base
• les caractéristiques mécaniques sont peu dégradées par les énergies de soudage et les températures entre passes élevées,tant que l'on reste dans le cadre des pratiques usuelles relatives aux aciers normalisés de grade équivalent
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)Caractéristiques mécaniques du joint
ZAT :
Par rapport aux aciers normalisés de grade équivalent, la réduction des teneurs en carbone, silicium, niobium, et l'ajout de titane, permettent d'utiliser des énergies de soudage élevées sans détériorer la résilience en ZAT
Un adoucissement localisé peut survenir en ZAT, mais sauf mise en œuvre d'énergie extrêmement élevées vis à vis de l'épaisseur soudée, cette zone est suffisamment étroite pour ne pas dégrader les propriétés de traction du joint
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S460 (M et ML)Chaudes de retrait
Globalement, ces aciers permettent l'utilisation de chaudes de retrait efficaces
impératif particulier :
il est nécessaire de contrôler et de limiterles températures maximales atteintes :
• chaudes en ligne : Tmax = 900°C
• chaudes triangulaires : Tmax = 650°C
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)
réalité de l'offre :
analyse de 25 fournitures industrielles ép 20 à 60mm:répatition des valeurs de CET
02468
101214
0,30-0
,33
0,33-0
,36
0,36-0
,39
0,39-0
,41
0,41->
0,45
répartition Ceqiiw
02468
101214
0,40-0
,50
0,50-0
,60
0,60-0
,70
0,70-0
,80
0,80->
0,90
0.65*0.83*
*CEV EN 10025-6: ép. <50 mm -0.65%; ép. 50/100 mm -0.77% ; ép.100/150 mm -0.83%
⇒ possibilité d'obtenir des fournitures présentant une bonne soudabilité, mais il existe des fournitures ne présentant pas cette bonne soudabilité
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)
Procédés de soudage les plus utilisés :- Electrode enrobée basique- sous flux en poudre- soudage MAG avec fil massif- soudage MAG avec fil fourré de poudres métalliques
choix de produits d'apport assez large, bien que moins large que pour les aciers S460
Impératifs particuliers : • choisir des produits d'apport présentant des taux d'H2 très bas (H5), pour minimiser les précautions requises vis à vis du risque de fissuration à froid en ZAT et ZF• prendre garde au risque "d'undermatching", le métal de base ayant souvent un Re nettement supérieur à 690MPa
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)Le risque de fissuration à froid en ZAT
variable, selon l'acier utilisé :
Tr 800-500 (s)
Courbes d'implant de deux aciers S690Q et d'un acier S355
ACIER « A »
ACIER « B »
point particulier : les conditions de soudage établies pour un approvisionnement donné ne peuvent être transposées sans vérifications à un autre approvisionnement "équivalent selon norme"
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)
Le risque de fissuration à froid en ZAT
exemple de conditions de soudage pour une fourniture "moderne" :
Température de préchauffage Conditions depostchauffage
Taux H2 duproduit d'apport(ml/100g m.f.)
Tr 800-500mini(s) e = 10 mm e = 20 mm e = 50 mm si e≥ 20 à 30 mm
<55 à 10 s,
selon produit50° à 100°C,selon produit
100° à 125°C,selon produit
150° à 180°C,selon produit
1h à 2 h150° à 250°C,selon produit
en regard des caractéristiques mécaniques élevées, les températures de préchauffage nécessaires restent relativement limitées
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)
Le risque de fissuration à froid en Zone FondueS690 - comparaison : répartition des CET pour
le métal de base et le métal d'apport (CET + 0,03% pour le métal d'apport)
02468
101214
0,30-0,33 0,33-0,36 0,36-0,39 0,39-0,41 0,41->0,45
CET MBCET MA + 0,03
La composition chimique de l'apport est souvent "plus chargée" que celle du métal de basepoint particulier : dans ce cas, établir les conditions de soudage en fonction de l'apport (essais TEKKEN par ex.), et choisir un apport à bas taux d'H2
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)Caractéristiques mécaniques du joint
Zone Fondue• possibilité de trouver des produits alliant bonnes caractéristiques de traction et bonnes résiliences
• points particuliers :
- risque d'undermatching lors des essais de traction travers (Re du métal de base souvent très supérieure au mini de la norme)
- nécessité de limiter les énergies de soudage et les températures de préchauffage et entre passes pour préserver les caractéristiques de traction de la ZF (cf. diapo suivante)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)Caractéristiques mécaniques du joint
Zone Fondue : effet de l'énergie de soudage sur Re et Rm en zone fondue
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
énergie de soudage (kJ / cm)
MPa
Rp0.2
Rm
Caractéristiques mécaniques obtenues sur métal déposé hors dilution avec électrodes de diamètre 4mm , 160 A, 24V, vitesse de soudage variable, température entre passes 120°C.
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)Caractéristiques mécaniques du joint
Zone Affectée Thermiquement :
possibilité d'obtenir de très bonnes caractéristiques de résilience en ZAT
points particuliers :nécessité de limiter le Tr800-500 pour conserver ces bonnes caractéristiques(Tr800-500 < 15 à 20s)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Réparation multiples Acier S 690 Q - Evolution des ZAT
1 passe3 passes5 passes
Duretés HV5 %400
350
300
250
200
C 0.19Mn 0.95Cr 0.52Ni 1.27Mo 0.48B 0.002Al 0.09
Ligne de fusion TIGEj: 25 KJ/cmSource: CETIM
0 5 10 15
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Aciers S690 (Q, QL, QL1)Chaudes de retrait
Globalement, ces aciers permettent l'utilisation de chaudes de retrait efficaces
impératif particulier :
il est nécessaire de contrôler et de limiterles températures maximales atteintes :
• chaudes en ligne : Tmax = 800°C
• chaudes triangulaires : Tmax = 600°C - 650°C
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Conclusions
Aciers S460 (M ou Q) :
• très bonne soudabilité : en général, pas de nécessité de préchauffage (dégourdissage éventuel)
• précaution particulière : mettre en œuvre des produits d'apport à bas ou très bas taux d'hydrogène : choix du produit (H5 et mieux), contrôle des approvisionnement, contrôle des conditions de séchage, d'utilisation et de recyclage
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
ConclusionsAciers S500 à S690 (Q, QL, QL1) :
• soudabilité très correcte au regard des caractéristiques mécaniques offertes - cependant nécessité d'un préchauffage à des températures de l'ordre de 100°C à 180°C , voire d'un postchauffage pour les nuances à limite d'élasticité les plus élevées, pour les épaisseurs moyennes et fortes• points particuliers: - bien choisir le métal de base : la soudabilité peut varier fortement d'un produit commercial à un autre- bien choisir l'apport : caractéristiques mécaniques adaptées, et surtout taux d'H2 diffusible bas à très bas(H5 ou mieux)
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
ConclusionsAciers S500 à S690 (Q, QL, QL1) :
• points particuliers (suite): - bien définir le régime thermique de soudage, en terme de température de pré (post) chauffage, d'énergie de soudage et de température entre passes minimum, mais également en terme d'énergie de soudage et de température entre passes maximum - attention, ceci défini un domaine de soudabilité relativement étroit- nécessité d'une grande rigueur pour veiller au respect scrupuleux des points ci dessus lors de toutes les étapes de la fabrication
INSTITUTDE
SOUDUREoctobre 2006Colloque sur les Ouvrages d'Art
Merci pour votre attention