Premièrement, déformation thermique et évolution de la microstructure des tubes en acier soudés à parois épaisses : Ces tubes sont constitués d’un alliage à base de nickel, renforcé par précipitation, pour hautes températures et difficilement déformable. Leur composition est similaire à celle de l’alliage EI929 de l’ex-Union soviétique et ils présentent un renforcement important par solution solide des éléments d’alliage et par précipitation de la phase γ’. Ils offrent une excellente résistance à l’oxydation, à la corrosion à chaud, ainsi qu’une limite d’élasticité, une résistance à la traction et une résistance au fluage élevées à haute température. Ils sont principalement utilisés dans des environnements à haute température, sous contraintes complexes et en milieu corrosif, comme pour la production d’aubes de turbines de moteurs d’avions. En raison de la plage relativement étroite des paramètres de traitement à chaud, les pièces forgées à chaud pour la fabrication d’aubes de turbines sont sujettes à des défauts tels que l’instabilité structurale et les fissures, entraînant un taux de rebut élevé. Par conséquent, l’étude du comportement de cet alliage lors de la déformation thermique sous différentes conditions de déformation à chaud est essentielle pour obtenir des pièces forgées de qualité. Les chercheurs ont analysé les caractéristiques rhéologiques de l'alliage à partir des données obtenues lors d'un essai de compression à haute température sur un tube en acier soudé à paroi épaisse. Ils ont établi l'équation constitutive de ce tube dans la plage des paramètres de déformation à chaud et étudié l'influence de la température et de la vitesse de déformation sur la microstructure de l'alliage. Les matières premières utilisées sont des barres laminées à chaud de tubes en acier soudés à paroi épaisse. La structure initiale est principalement composée de grains équiaxes de 10 à 30 µm. Les barres sont usinées en éprouvettes cylindriques de Φ8 mm × 12 mm. Des rainures peu profondes, destinées au stockage de lubrifiants haute température, sont réalisées aux deux extrémités des éprouvettes. Les essais de compression isotherme sont effectués sur une machine d'essai Gleeble-1500. Les températures de déformation sont de 1090, 1120, 1150 et 1180 °C, les vitesses de déformation de 0,1, 1, 10 et 50 s⁻¹, et le taux de déformation maximal d'environ 60 %. Durant l'expérience, la machine d'essai collecte et calcule automatiquement les données de course, de charge, de contrainte et de déformation. Après déformation, l'échantillon est refroidi à l'eau, puis coupé longitudinalement, meulé, poli, puis soumis à une corrosion par une solution de CuSO₄ (20 g) + H₂SO₄ (5 ml) + HCl (50 ml) + H₂O (100 ml). La microstructure de l'alliage est observée au microscope métallographique. Les résultats des essais montrent que :
1. Lorsqu'un tube en acier soudé à paroi épaisse est déformé sous différentes conditions, un adoucissement rhéologique se produit à mesure que la déformation augmente. Cet adoucissement est dû à la recristallisation dynamique de l'alliage lors du processus de déformation à chaud. Lorsque la vitesse de déformation diminue, la déformation et la contrainte maximale, lorsque la contrainte d'écoulement atteint sa valeur maximale, diminuent toutes deux.
2. L'équation constitutive de la déformation à haute température des tubes en acier soudés à parois épaisses a été établie. La valeur calculée de cette équation concorde bien avec la valeur expérimentale, l'erreur relative étant inférieure à 8 %, ce qui indique que l'équation décrit avec précision le comportement rhéologique de l'alliage lors de la déformation à chaud.
3. La température de déformation influe considérablement sur la microstructure des tubes en acier soudés à parois épaisses. Lorsque la température augmente, la recristallisation dynamique est plus importante, la taille des grains augmente et l'uniformité de la structure granulaire s'accroît. Lorsque la vitesse de déformation augmente, la taille des grains diminue d'abord, puis augmente. Pour une vitesse de déformation de 1 s⁻¹, la structure granulaire est relativement fine.
Deuxièmement, le soudage horizontal fixe de tubes en acier inoxydable à paroi épaisse : les tubes en acier inoxydable sont des bandes d'acier creuses et longues, largement utilisées comme canalisations pour le transport de fluides tels que le pétrole, le gaz naturel, l'eau, le gaz de charbon, la vapeur, etc. À résistance à la flexion et à la torsion égales, les tubes en acier inoxydable sont légers. Ils sont couramment utilisés dans la fabrication de pièces mécaniques et d'ouvrages d'art, ainsi que dans la production d'armes conventionnelles, de canons, d'obus, etc. Pour les tubes en acier destinés à supporter la pression des fluides, des parois plus épaisses sont nécessaires, et des essais hydrauliques doivent être réalisés afin de vérifier leur résistance à la pression et de s'assurer qu'ils ne fuient pas, ne s'imbibent pas d'eau ou ne se dilatent pas sous la pression spécifiée. On distingue deux types de tubes en acier inoxydable : les tubes sans soudure et les tubes soudés. Les tubes sans soudure sont fabriqués à partir de lingots ou de tubes pleins d'acier perforés pour former des tubes bruts, puis laminés à chaud, à froid ou étirés à froid. Leurs spécifications sont exprimées en millimètres de diamètre extérieur multipliés par l'épaisseur de paroi. L'acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti est couramment utilisé. Ce qui suit prend comme exemple un tube en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti d'un diamètre de Ф159mm×12mm pour présenter sa méthode de soudage fixe horizontale.
1. Analyse de soudage :
① Le tube horizontal à joint bout à bout fixe en acier inoxydable Cr18Ni9Ti de grand diamètre Ф159 mm × 12 mm est principalement utilisé dans les équipements de centrales nucléaires et certains équipements chimiques exigeant une résistance à la chaleur et aux acides. La difficulté de soudage est élevée et les exigences relatives au joint soudé sont très strictes. La surface intérieure doit être formée, présenter une convexité modérée et être exempte de concavité. Des contrôles par ressuage (PT) et radiographie (RT) sont requis après soudage. Auparavant, le soudage TIG ou le soudage à l'arc manuel étaient utilisés. Le premier est peu efficace et coûteux, tandis que le second est difficile à garantir et peu performant. Afin d'assurer et d'améliorer l'efficacité, le soudage TIG avec fil intérieur et extérieur est utilisé pour la couche inférieure, et le soudage MAG pour les couches de remplissage et de finition, garantissant ainsi à la fois efficacité et performance.
L'acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti présente un coefficient de dilatation thermique et une conductivité thermique très différents de ceux de l'acier au carbone et des aciers faiblement alliés. De plus, le bain de fusion est peu fluide et difficile à former, notamment lors du soudage en position pleine. Auparavant, le soudage MAG (Ar + 1 % à 2 % O₂) de l'acier inoxydable était généralement réservé au soudage à plat et au soudage d'angles plats. Lors du soudage MAG, la longueur de fil d'apport est inférieure à 10 mm. L'amplitude, la fréquence, la vitesse et le temps de maintien en bord de passe du pistolet de soudage sont parfaitement coordonnés. Les mouvements sont coordonnés et l'angle du pistolet est ajusté en permanence afin d'obtenir une fusion nette et précise du bord de la soudure, garantissant ainsi un remplissage et un recouvrement optimaux.
2. Méthode de soudage :
Le matériau est du 1Cr18Ni9Ti, les spécifications du tuyau sont Ф159mm×12mm, le soudage manuel à l'arc sous gaz inerte de tungstène est utilisé pour la base, le soudage sous protection de gaz mixte (CO2+Ar) est utilisé pour le remplissage et le soudage de couverture, et le soudage en position fixe verticale horizontale complète est utilisé.
3. Préparation avant soudage :
① Nettoyer l'huile et la saleté, puis meuler la surface de la rainure et les 10 mm environnants pour produire un lustre métallique.
② Vérifiez que les conduites d’eau, d’électricité et de gaz ne sont pas obstruées et que l’équipement et les accessoires sont en bon état.
③ Assemblez en fonction des dimensions et utilisez la fixation par nervure pour le soudage de positionnement (fixation par nervure en 2, 7 ou 11 points). Le soudage de positionnement dans la rainure est également possible, mais soyez vigilant lors de son exécution.
Date de publication : 26 décembre 2024