Types de fissures en soudage et prévention des fissures
Qu’est-ce qu’une fissure de soudure ?
La fissure est une séparation de matériau qui n’englobe pas toute la section transversale d’un joint de soudage, d’un composant ou d’un matériau, sans le faire encore tomber en morceaux. Les fissures sont dans la plupart des cas les points de départ d’une fracture.
Les fissures de soudure sont des imperfections linéaires de type fracture ayant une pointe acérée avec une longueur plus élevée et une très petite largeur.
Des fissures de soudure peuvent apparaître dans les dépôts de soudure, la zone affectée thermiquement (ZAT) et le matériau de base. Ils surviennent une fois que les contraintes localisées dépassent la résistance à la traction ultime du métal de base.
La fissuration initiale commence généralement à des concentrations de contraintes dues à d’autres défauts ou à des encoches pointues (les encoches fonctionnent comme une concentration de contraintes) dans la zone voisine.
Ces contraintes peuvent être des contraintes résiduelles causées par le soudage ou des contraintes appliquées en raison du service ou d’une autre charge externe. En soudage, les contraintes résiduelles sont causées par la solidification de la soudure et les propriétés de dilatation thermique du métal.
Dans les fissures de soudage, il y a peu de déformation plastique car la plupart des fissures sont dues à une dureté élevée ou à des contraintes.
Classification des fissures :
Fissuration causée par la métallurgie : fissure à chaud, fissure de retrait
Fissuration d’origine technologique : Fissure due à un mauvais traitement thermique
Fissuration causée par la charge : fissuration par corrosion sous contrainte, fissuration par l’hydrogène
Types de fissures en fonction de la taille
Les fissures en fonction de leur taille sont classées en :
Macro fissures : Visibles à l’œil nu ou à la loupe
Micro fissures : Visibles au microscope métallographique
Une classification plus poussée peut être basée sur la façon dont les fissures se propagent, comme :
Fissure intercristalline : Fissures se propageant le long des grains
Fissure transcristalline : Fissures se propageant à travers des zones complètes de microstructure.
Types de fissures en soudage
Divers types de fissuration se retrouvent dans les applications de soudage. Les types de fissures, leur apparence et leurs emplacements affectent considérablement la durée de vie des composants, en particulier lorsqu’ils sont soumis à des applications de chargement cyclique.
Comme nous le savons, le chargement cyclique peut facilement créer une défaillance de la pièce si des encoches ou des fissures sont présentes.
Chaque type de fissuration rencontrée dans le soudage est dû à des raisons particulières, uniques ou combinées.
Par exemple, la fissuration retardée est due à la présence d’hydrogène, de contraintes et d’une microstructure dure. Ce sont donc les conditions qui affectent l’apparition des fissures dans la construction soudée.
Fissures froides contre fissures chaudes
En général, les fissures sont classées comme :
Fissure à froid, par exemple fissuration retardée, fissures de fatigue
Fissure à chaud, par exemple, fissuration de solidification
Une fissuration à chaud apparaît au stade de solidification de la soudure. La principale raison des fissures à chaud est le manque de ductilité à température élevée.
La fissuration à chaud se retrouve majoritairement au centre de la soudure car lors de la solidification, c’est la zone qui se solidifie en dernier. Ces fissures se propagent entre les grains de dépôt de soudure ou à l’interface de la soudure.
D’autre part, les fissures froides n’apparaissent pas à l’étape de solidification mais se trouvent plutôt après que l’étape de solidification soit terminée après le soudage ou simplement une fois le soudage terminé.
La fissure à froid est également connue sous le nom de fissuration à l’hydrogène ou fissuration retardée, car ces fissures sont générées en raison de la présence d’hydrogène et peuvent apparaître après plusieurs heures de soudage ou même après des jours après la fin du soudage.
La fissuration à froid se trouve dans la ZAT, le métal fondu ainsi que dans le métal de base. La fissuration retardée se propage à travers les grains ainsi qu’entre les grains.
Qu’est-ce que le Hot Crack et ses types ?
Des fissures à chaud apparaissent dans la soudure en raison de divers phénomènes associés.
La fissure à chaud est le type d’apparition de fissure qui se traduit par la présence de phases fondues ou cassantes sur les joints de grains à haute température. Ils ont les types suivants :
Fissuration de solidification
Fissuration de liquéfaction
Fissure due à une réduction de la déformabilité
Fissuration de la ligne centrale
Les fissures à chaud formées dans le métal fondu sont appelées fissures de solidification. Ils sont générés lors de la cristallisation du matériau à partir de la phase liquide et atteignent fréquemment la surface du métal fondu formant soit une fissuration centrale soit une fissuration en cratère final.
Les fissures peuvent être trouvées soit par des tests visuels, soit par des tests de pénétration de liquide ou des tests de particules magnétiques.
Fissures longitudinales ou transversales
Lorsqu’une fissure est parallèle à l’axe de la soudure, elle est appelée fissure longitudinale, qu’il s’agisse d’une fissure centrale dans le métal fondu ou d’une fissure au niveau des orteils dans la zone affectée par la chaleur du métal de base.
Les fissures longitudinales sont montrées dans l’image ci-dessous. Lors du soudage de points de soudure de petite longueur ou de petites soudures entre des éléments lourds à minces, des fissures longitudinales apparaissent en raison d’une vitesse de refroidissement élevée et d’une contrainte élevée. dans la ZAT, les fissures longitudinales sont dues à l’hydrogène dissous dans le métal fondu pendant la solidification.
Les fissures transversales trouvées dans les soudures à l’arc submergé sont dues à la vitesse de déplacement élevée du soudage et pourraient être associées à la porosité.
Les types de fissures de soudure qui apparaissent perpendiculairement à l’axe de soudure sont appelés fissures transversales.
Les fissures transversales sont de petite taille par rapport aux fissures longitudinales et se situent principalement dans la largeur du cordon de soudure, comme le montre l’image ci-dessous.
Des fissures transversales peuvent également se propager dans la ZAT et le métal de base. Dans les matériaux à haute résistance, des fissures transversales peuvent facilement se développer si le préchauffage et le niveau d’hydrogène ne sont pas contrôlés et elles ne peuvent apparaître que dans la zone affectée thermiquement.
La plupart de ces fissures sont causées par les contraintes de retrait longitudinales travaillant sur un métal fondu à faible ductilité, ce qui est le cas dans la plupart des matériaux à haute résistance.
La fissuration à l’hydrogène ou la fissuration à froid peuvent également présenter un schéma similaire de fissuration transversale.
Fissure de cratère
Lors de l’exécution de procédés de soudage par fusion tels que le soudage à la baguette ou MIG ou TIG et si l’extrémité de la soudure n’est pas correctement terminée, cela peut entraîner la formation de fissures en réseau en forme d’étoile, comme le montre l’image ci-dessous.
La fissure apparaissant à l’extrémité du cratère lors du soudage est appelée Crater Crack ou étoile appelée comme on l’appelle parfois. Les fissures de cratère sont un type de fissure à chaud car la fissuration se produit pendant la phase de solidification.
Les matériaux qui présentent un coefficient thermique élevé tels que l’acier inoxydable austénitique ou l’aluminium sont plus sujets aux fissures de cratère car la chaleur sera dissipée très rapidement et il y aura des contraintes élevées dans le cratère sous-rempli.
La prévention des fissures de cratère ou des fissures de cratère peut être évitée en :
Remplissage du cratère final adéquat.
Utilisation de la technique du pas en arrière lors de la fin de la soudure.
Assurer une forme légèrement convexe à l’extrémité de la soudure par soudage.
Utilisation d’arc court.
Fissures aux orteils
Les fissures aux orteils sont généralement des fissures froides, comme le montre l’image ci-dessous qui apparaît au niveau des orteils de soudure.
Ils s’amorcent et se propagent à partir du pied de soudure où les contraintes de retrait sont concentrées. Ces types de fissures commencent approximativement à partir de la zone du métal de base.
Les fissures se produisent en raison de l’effet des contraintes thermiques de soudage travaillant sur la ZAT. Peu de fissures Tor s’amorcent en raison du manque de ductilité du métal de base.
Fissures sous le cordon et dans la zone affectée par la chaleur
Les fissures sous le cordon et les zones affectées par la chaleur sont généralement utilisées de manière interchangeable.
Les fissures sous le cordon et la zone affectée thermiquement sont généralement des fissures froides qui se forment dans la zone affectée thermiquement du métal de base.
Les fissures typiques sous le cordon sont illustrées dans la figure ci-dessous. Des fissures sous le cordon peuvent se produire lorsque trois éléments sont présents simultanément :
(1) Hydrogène (2) Une microstructure de ductilité relativement faible (3) Contrainte résiduelle élevée
Des fissures d’underbred et HAZ peuvent apparaître dans les directions longitudinale et transversale. Ils se trouvent dans la zone affectée par la chaleur et ne sont pas toujours détectables à l’examen visuel.
Les fissures sous le cordon se trouvent principalement dans les soudures d’angle, mais elles peuvent également se produire dans les soudures sur chanfrein.
Fissures des racines
Les fissures de racine sont des fissures longitudinales à la racine de la soudure ou à la surface de la racine. Il peut s’agir de fissures chaudes ou froides. Les fissures des racines sont illustrées dans la figure ci-dessus.
