La fissuration à froid est l'un des plus gros problèmes dans le soudage des aciers à grains fins à haute résistance. En général, la tendance à la fissuration à froid des aciers micro-alliés à grains fins est faible [1].

Cependant, si des teneurs en carbone plus élevées sont présentes, des fissures à froid favorisées par l'hydrogène peuvent se produire dans la zone affectée par la chaleur. Le comportement à la fissuration à froid des assemblages soudés dépend principalement des facteurs d'influence indiqués dans le tableau de droite [2].

Variables influençant le comportement à la fissuration à froid des aciers

  • Composition chimique
  • Épaisseur de la pièce dans la zone de soudure
  • Teneur en hydrogène du métal soudé 
  • Apport de chaleur pendant le soudage 
  • Niveau de contrainte résiduelle de la construction 
  • Température de préchauffage / température intercouche 

L'influence de la composition chimique est considérée par l'équivalent carbone, CET. Il est à noter que l'équivalent carbone du matériau de base n'est utilisé que si l'équivalent carbone du métal soudé est au moins 0,03% inférieur à celui du matériau de base. Sinon, l'équivalent carbone du métal soudé augmenté d'une marge de sécurité de 0,03% doit être pris en compte.

L'hydrogène dans le métal de soudure et dans la zone affectée par la chaleur provient principalement des composants des métaux d'apport et des consommables de soudage contenant de l'hydrogène. De plus, l'hydrogène peut pénétrer dans le métal de soudure par l'humidité présente sur les pièces, par ex. eau de condensation.

Une mesure très efficace pour éviter les fissures à froid est donc le préchauffage, qui retarde le refroidissement de la zone de soudure pendant et après le soudage pour donner à l'hydrogène une opportunité d'épanchement [3]. Il faut donc veiller à ce que la température de préchauffage minimale recommandée soit maintenue tout au long du processus de soudage. La température est normalement mesurée sur la surface de la pièce faisant face au soudeur à une distance du bord longitudinal de la rainure de soudure de A = 4 * épaisseur de la pièce (mais pas plus de 50 mm) [4]. Ceci doit être utilisé pour des épaisseurs de pièces jusqu'à une épaisseur de cordon de soudure de 50 mm. Si l'épaisseur dépasse 50 mm, la température requise doit être présente à une distance minimale de 75 mm dans le métal de base dans chaque direction pour la préparation de la soudure, sauf accord contraire. De plus, l'apport de chaleur doit être choisi suffisamment élevé, en particulier dans la couche de racine, pour éviter de très petites sections de cordon et un durcissement extrême. Surtout pour les pièces à parois épaisses, il est conseillé de souder le joint en une seule chaleur. Si des interruptions sont inévitables, le refroidissement doit être retardé et le préchauffage doit être effectué à nouveau [5]. Dans le soudage multicouche, la température entre passes devient de plus en plus importante au lieu de la température de préchauffage. Le préchauffage avant le soudage du premier cordon peut être supprimé si le cordon suivant est soudé à la chaleur du premier cordon afin que la température entre les passes ne descende pas en dessous de la température de préchauffage requise pour un soudage résistant aux fissures à froid. Le préchauffage ne doit pas être effectué si le temps de refroidissement maximal admissible t8 / 5 pour le joint soudé est dépassé pour une énergie donnée par unité de longueur et d'épaisseur de tôle. Ce temps doit être respecté en particulier lors du soudage de tôles minces et pour le soudage de position et de soutienl [6].

La teneur en hydrogène diffusible, convertie aux conditions standard de 0 ° C et 1,013 bar, est spécifiée en cm3 / 100 g de métal appliqué (HD) ou en cm3 / 100 g de métal soudé (HF). Des dispositions détaillées sur la détermination de la teneur en hydrogène diffusible dans le métal de soudure se trouvent dans la norme DIN 8572, parties 1 et 2 [7].

Pour certains procédés de soudage, les teneurs caractéristiques en hydrogène du métal soudé, déterminées selon DIN 8572, sont indiquées à titre d'exemples [8] dans le tableau ci-dessous.

Teneur en hydrogène caractéristique et son évaluation (DIN 8572) 
Procédé de soudage Teneur en hydrogène HD Evaluation
Soudage à l'arc avec    

Electrode en baguette B 

 > 5 à <= 10 

<= 5

 faible

très faible

Electrode en baguette R 

 environ 25 élevée
Electrode en baguette C  environ 40 faible très élevée
Soudage à l'arc métallique, GMAW <= 5 très faible
Soudage à l'arc sous flux, SAW > 5 à <= 10 

<= 5

 faible

très faible

Les contraintes résiduelles d'une construction soudée dépendent du matériau, des conditions de soudage et de la conception structurelle. Le risque d'apparition de fissures dans le joint soudé du fait de contraintes internes est particulièrement élevé lorsque la section de soudure n'est que partiellement remplie. Le niveau de contrainte résiduelle peut être favorablement influencé par la sélection d'un métal de soudure qui n'est pas trop résistant et par la forme du joint et la séquence de soudage.

L'apport de chaleur pendant le soudage peut être considéré comme une autre influence principale sur les propriétés des soudures. Il influence le cycle température-temps qui a lieu pendant le soudage. Si nécessaire, la valeur d'entrée de chaleur Q peut être calculée comme suit [9].

Q = k (U * I) / v [kJ/mm] 

Sauf indication contraire, l'efficacité thermique des procédés de soudage (k) doit être basée sur le tableau suivant.

Efficacité thermique des procédés de soudage
Procédé Faktor k
SAW avec électrode de fil 1,0
Soudage manuel à l'arc métallique (MMAW), 0,8
Sooudage MIG 0,8
Soudage MAG 0,8
Soudage à l'arc métallique avec électrode à fil fourré 0,8
Soudage au gaz actif métallique avec électrode à fil fourré 0,8
Soudage au gaz inerte métallique avec électrode à fil fourré 0,8
Soudage au gaz actif métallique avec électrode en fil métallique 0,8
Soudage au gaz inerte métallique avec électrode en fil métallique 0,8
Soudge TIG 0,6
Soudage Plasma 0,6

Au total, le préchauffage provoque un changement de transport de chaleur par conduction thermique et conduit ainsi

  • à prolonger le temps de refroidissement et donc à une microstructure modifiée et à des conditions de diffusion et d'épanchement plus favorables pour l'hydrogène, et 
  • à des conditions de diffusion et d'épanchement plus favorables pour l'hydrogène, et à modifier l'état de contrainte résiduelle dans le joint soudé ou dans le composant.

a relation entre les différentes variables d'influence et la température minimale de préchauffage est décrite dans la formule ci-contre [10]. L'équivalent carbone CET en %, l'épaisseur de la tôle d en mm, la teneur en hydrogène HD du métal soudé en cm3 / 100 g et l'apport de chaleur en kJ / mm doivent être spécifiés. Il convient de noter que si les équivalents carbone du matériau de base et du métal de soudure pur diffèrent, la valeur la plus élevée déterminée doit être prise en compte.

Equation

T0 = 700 CET + 160 tanh (d/35) + 62 HD0,35 + (53 CET - 32) Q - 330

La formule ci-dessus s'applique aux aciers ayant des limites d'élasticité jusqu'à 1000 N / mm2, avec un équivalent carbone CET de 0,2 à 0,5%, une épaisseur de tôle d de 10 à 90 mm, une teneur en hydrogène de HD 1 à HD 10 et un apport de chaleur Q de 0,5 à 4,0 Kj / mm. D'autres conditions aux limites sont [2], [3]:

La température de la couche intermédiaire ne descend pas en dessous de la température minimale de préchauffage et ne dépasse pas 300 ° C.

  • Les soudures d'angle à une seule couche, le pointage et les talons de racine ont une longueur minimale de 50 mm. Si l'épaisseur de la tôle dépasse 25 mm, les cordons d'accrochage et de racine sont soudés en deux couches à l'aide d'un métal de soudure moins résistant.

  • Dans le cas des soudures en couches de remplissage, cela vaut également pour les soudures d'angle multicouches, aucun refroidissement intermédiaire n'a lieu tant que l'épaisseur de la soudure est inférieure à un tiers de l'épaisseur de la tôle. Sinon, un recuit à faible teneur en hydrogène doit être effectué.

  • La séquence de soudage doit être choisie de manière à éviter une déformation plastique excessive de la seule soudure partiellement remplie. 

Littérature: 
[1] Dilthey, U.:
Schweißtechnische Fertigungsverfahren Band 2, Verhalten der Werkstoffe beim Schweißen, 2. Auflage, 1995, VDI Verlag, Düsseldorf 
[2] Uwer, D. und Wegmann, H.:
Anwendung des Kohlenstoffäquivalents CET zur Berechnung von Mindestvorwärmtemperaturen für das kaltrißsichere Schweißen von Baustählen, DVS-Jahrbuch Schweißtechnik 96, Deutscher Verband für Schweißtechnik, S. 46 - 55 
[3] Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 088:
Schweißgeeignete Feinkornbaustähle, Richtlinien für die Verarbeitung, besonders für das Schmelzschweißen, 4. Ausgabe, April 1993, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[4] DIN EN ISO 13916:
Anleitung zur Messung der Vorwärm-, Zwischenlagen- und Haltetemperatur
Deutsches Institut für Normung, November 1996 
[5] Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 063:
Empfehlungen für das Umformen und Schweißen von Stahlrohren für den Bau von Fernleitungen, 1. Ausgabe, April 1987, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[6] Merkblatt DVS 0918:
Unterpulverschweißen von Feinkornbaustählen, Okt. 1988, DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf 
[7] DIN 8572, Teil 1 + 2:
Bestimmung des diffusiblen Wasserstoffs im Schweißgut, Teil 1: Lichtbogenhandschweißen, Teil 2: Unterpulverschweißen Deutsches Institut für Normung, März 1981 
[8] Beiblatt zum Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 063:
Empfehlungen für das Umformen und Schweißen von Stahlrohren für den Bau von Fernleitungen; Kaltrißsicherheit, 1. Ausgabe, April 1987, Verlag Stahleisen, Düsseldorf 
[9] DIN EN 1011-1: Empfehlung zum Schweißen metallischer Werkstoffe, Teil 1: Allgemeine Anleitungen für Lichtbogenschweißen, Apr. 1198, Beuth Verlag GmbH, Berlin 
[10] Uwer, D. und Höhne, H.:
Ermittlung angemessener Mindestvorwärmtemperaturen für das kaltrißsichere Schweißen von Stählen. Schweißen und Schneiden 43 (1991), Heft 5, S. 282 - 286