Qu’est-ce que le coefficient de dilatation thermique ou CET ?
Le coefficient de dilatation thermique est une mesure (changement de taille sur une taille définie à une certaine température) de combien un matériau se dilate pendant le chauffage et se contracte pendant le refroidissement. Plus le coefficient de dilatation thermique est élevé, plus un matériau va se dilater et se contracter pour un changement de température donné. Par conséquent, plus le coefficient de dilatation thermique est élevé, plus la sensibilité à la distorsion est élevée.
LE Coefficient de dilatation thermique linéaire (CTE, a , ou a 1 ) est une propriété matérielle qui indique la mesure dans laquelle un matériau se dilate lors du chauffage. Différents matériaux se dilatent de quantités différentes à des températures variables. Sur de petites plages de température, l’extension thermique d’objets droits uniformes correspond à une modification de la température. L’extension thermique trouve une application précieuse dans les bandes bimétalliques pour le développement de thermomètres, mais peut créer un étirement intérieur gênant lorsqu’une partie de base est chauffée et maintenue à une longueur constante.
Comprendre le coefficient de dilatation thermique
La plupart des métaux solides se développent lors du chauffage et se contractent lorsqu’ils sont refroidis. La modification de la longueur avec la température pour un métal solide peut être communiquée comme suit :
où l 0 et l f montrent, respectivement, les longueurs initiale et finale avec la température change de T 0 à T f . Le paramètre a 1 CTE et a des unités de température réciproque (K –1 ) telles que µm/m · K ou 10 –6 /K.
Comment mesurer le coefficient de dilatation thermique
Pour trouver le coefficient de dilatation thermique, deux grandeurs physiques (déplacement et température) doivent être mesurées sur une éprouvette soumise à un cycle thermique. Trois des principales techniques utilisées pour la mesure de l’ETC sont
1. Dilatométrie,
2. Interférométrie, et
3. analyse thermomécanique.
L’imagerie optique peut également être utilisée à des températures extraordinaires. La diffraction des rayons X peut être utilisée pour évaluer les changements dans le paramètre de section efficace, mais peut ne pas être comparée au développement de chaleur en vrac.
Coefficient de dilatation thermique dans les aciers
L’acier inoxydable au chrome simple a un coefficient comparable à l’acier au carbone, mais celui de l’acier inoxydable austénitique est presque 11⁄2 fois plus élevé.
Cette dilatation thermique élevée combinée à une conductivité thermique plus faible pour ces aciers inoxydables nécessite le plus grand soin pour éviter les effets néfastes pendant le soudage.
Par exemple, lors du soudage de l’acier inoxydable austénitique, il est recommandé d’utiliser un faible apport de chaleur, des barres de cuivre pour dissiper la chaleur de soudage et une séquence de soudage appropriée. Le CET doit être pris en compte dans les composants qui utilisent un mélange de matériaux tels que les échangeurs de chaleur avec des coques en acier doux et des tubes en acier austénitique. Consultez le tableau en conclusion pour découvrir les CTE pour tous les matériaux.
Coefficient de dilatation thermique en soudage
Le CTE est un paramètre important lors du soudage de matériaux dissemblables. De grandes différences dans les valeurs de coefficient de dilatation thermique des matériaux voisins pendant le refroidissement créeront une contrainte de traction dans le premier matériau et une contrainte de compression dans le second matériau. Le matériau soumis à cette contrainte de traction peut se fissurer à chaud pendant le soudage, ou peut se fissurer à froid pendant le service si ces contraintes résiduelles ne sont pas relâchées. un exemple de tels cas dans les raffineries où la soudure d’acier au carbone et d’alliage de cuivre sont utilisées ensemble.
Le problème le plus courant dans le soudage de métaux dissemblables (DMW) est dû aux différences dans les propriétés physiques (principalement le coefficient de dilatation thermique et la conductivité thermique) des matériaux de base ainsi qu’à certains niveaux d’incompatibilité métallurgique. Le cycle thermique de la soudure produit une zone affectée thermiquement (ZAT) présentant des caractéristiques différentes, accompagnées de changements microstructuraux dans la microstructure conçue, ce qui peut entraîner une perte importante de la qualité du joint.
Coefficient de dilatation thermique pour le métal
Le coefficient de dilatation thermique des matériaux les plus utilisés dans le soudage est indiqué dans le tableau ci-dessous. Pour le coefficient de tous les matériaux, Cliquez ici pour télécharger ce tableau complet.
| Matériel | ETC (10-6/K ) | CET (10-6/°F) |
| PurTungstène (W) | 4,5–4,6 | 2,5-2,6 |
| Alliages fer-cobalt-nickel | 0,6–8,7 | 0,3–4,8 |
| Chrome pur (Cr) | 4,9–8,2 | 2,7–4,6 |
| Titane pur (Ti) | 8,4 à 8,6 | 4,7–4,8 |
| Alliages de molybdène | 4.0-14 | 2,2–7,8 |
| Acier inoxydable ferritique | 9.3-12 | 5.2–6.5 |
| Acier inoxydable ferritique coulé | 11 | 5.9 |
| Acier inoxydable martensitique | 9.5–12 | 5.3–6.6 |
| Alliages fer-carbone | 10–12 | 5,6–6,5 |
| Fer forgé | 11 | 6.4 |
| Acier de construction | 12 | 6.5 |
| Acier allié nickel chrome molybdène | 10–13 | 5,7-7,3 |
| Acier au carbone à haute teneur en manganèse | 11-13 | 6.2–7.0 |
| Fonte malléable | 10-14 | 5,6–7,6 |
| Fonte ductile à moyenne teneur en silicium | 11-14 | 6,0–7,5 |
| fonte grise | 11-15 | 6,0–8,5 |
| Acier inoxydable austénitique | 9.8–25 | 5.4-14 |
