Commission Interprofessionnelle Soudage de la FIM inventaire des études récentes concernant le soudage en chaudronnerie

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1 Commission Interprofessionnelle Soudage de la FIM inventaire des études récentes concernant le soudage en chaudronnerie Laurent JUBIN - CETIM Fabrice SCANDELLA Institut de Soudure

2 CIS-FIM 2 Commission interprofessionnelle soudage Sous l égide de la FIM Deux centres techniques : l Institut de soudure et le Cetim coopèrent Des industriels de divers segments d activités définissent des sujets d études transversaux : Chaudronnerie tuyauterie Fabricants d équipements de production d énergie et de puissance Equipements de soudage et fabricant de métaux d apport Equipementier pour la Manutention-Levage et le stockage Constructeurs d engins de Travaux Publics

3 70 études depuis

4 Etudes en métallurgie du soudage 4 Des études concernant Le soudage de l acier inoxydable BN2 pour application pharmacie Les aciers inoxydables à basse teneur en Nickel Inox austénitique à basse teneur en Nickel Inox duplex de base (21.01) (23.04) La fissuration à froid en Zone Fondue Les réparations multiples

5 Soudabilité tube BN2 (X2CrNiMo ) Etude soudage 2010 Soudage orbital Tube 88,9 x 2,30 I pic : 82 à 89 A 300ms I bas : 30 A 500ms Vs : 200 mm/min Nuance X2CrNiMo à basse teneur en ferrite Limitation des risques de «rouging» Basse teneur en ferrite (<0,2% en métal de base et 0,5% en zone fondue) Teneur en soufre < 0,025% mais souvent inférieure à 50ppm (pour le polissage) En TIG orbital sans métal d apport : Pas de difficultés opératoires particulières pour obtenir les critères : Largeur en racine > 50% de la largeur en peau Dénivelé 15% de l épaisseur Excès de pénétration 10% de l épaisseur Pleine pénétration obligatoire si ce n est une grande rigueur sur la qualité de la préparation et du pointage, de l inertage et l utilisation de rampes lors du changement de paramètres [A. Gutschmidt, P. Dainelli : Soudage de l acier inoxydable BN2, Mars-07, Etuede Cetim , Rapport Institut de Soudure n 44601]

6 Acier inoxydable 201 LN 6 Nuance d acier inoxydable austénitique à basse teneur en Nickel et ajout de manganèse et azote % C Si Mn Ni Cr Cu Mo N S P 201LN 0,028 0,53 6,93 4,70 16, ,165 0,001 0,031 Soudage à plat Tôle ép. 4 mm Racine I : 105A U : 11,4 V Vs : 12 cm/min Remplissage I : 115A U : 11,5 V Vs : 10 cm/min ZAT [A. Robineau, G. Rouly : Soudage des aciers inoxydables à basse teneur en nickel Acier austénitique 201LN et Duplex 21-01, Etude CETIM 27101, RT Institut de Soudure 48416, Janvier 2010]

7 Potentiel de piqûration (V/EHN) 7 AFIAP Acier inoxydable austénitique 201LN Corrosion-Soudage Laser et TIG avec apport 308L : tenue équivalente au 304L 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00-0,20 brut brut brut métal de base TIG LASER 201LN suivi du potentiel en circuit ouvert en eau de mer synthétique ph 8,3 [A. Robineau, G. Rouly : Soudage des aciers inoxydables à basse teneur en nickel Acier austénitique 201LN et Duplex 21-01, Etude CETIM 27101, RT Institut de Soudure 48416, Janvier 2010]

8 Teneur en ferrite (%) AFIAP Acier inoxydable Nuance d acier inoxydable austéno-ferritique à basse teneur en Nickel et ajout de manganèse et azote % C Si Mn Ni Cr Cu Mo N S P ,023 0,63 5,02 1,62 21,32 0,22 0,2 0,22 0,001 0, Tôle ép : 5 mm Soudage TIG Es : 0,65 kj/cm ZAT ZF - Ligne de fusion - protection Ar ZF - Ligne de fusion - protection Ar+2,5%N Vitesse de refroidissement entre 1200 C et 800 C ( C/s) [A. Robineau, G. Rouly : Soudage des aciers inoxydables à basse teneur en nickel Acier austénitique 201LN et Duplex 21-01, Etude CETIM 27101, RT Institut de Soudure 48416, Janvier 2010]

9 Potentiel de piqûration (V/EHN) 9 AFIAP Acier inoxydable Corrosion-Soudage TIG avec et sans apport L : tenue supérieure au 304L 1,800 1,400 1,000 0,600 0,200-0,200 brut métal de base brut brut TIG sans apport sans N2 TIG apport LN avec N TIG apport&n2 endroit suivi du potentiel en circuit ouvert en eau de mer synthétique ph 8,3 [A. Robineau, G. Rouly : Soudage des aciers inoxydables à basse teneur en nickel Acier austénitique 201LN et Duplex 21-01, Etude CETIM 27101, RT Institut de Soudure 48416, Janvier 2010]

10 Teneur en ferrite en ZAT (%) AFIAP Acier inoxydable Nuance d acier inoxydable austéno-ferritique à basse teneur en Nickel et ajout d azote % C Si Mn Ni Cr Cu Mo N S P ,016 0,30 1,5 4,8 23,3 0,25 0,35 0,12 0,001 0,025 Tôle ép : 12 mm Apport L Gaz M21 Soudage MAG Es : 0,65 kj/cm [A.Ferrari, D. Large Soudabilité et tenue à la corrosion de l'acier inoxydable duplex , Etude CETIM , RT Institut de Soudure 49641, Sept. 2011] Vitesse de refroidissement Vr 700 ( C/S)

11 Acier inoxydable Pas de risque de fissuration en ZAT ou en ZF Sans préchauffage 8,3 ml/100g MD Teneur en ferrite 75% Tôle ép : 12 mm Apport L H2 : 8,3 ml/100g MD Soudage MAG Es : 0,8 kj/cm [A.Ferrari, D. Large Soudabilité et tenue à la corrosion de l'acier inoxydable duplex , Etude CETIM , RT Institut de Soudure 49641, Sept. 2011]

12 Potentiel de piqûration (V/EHN) 12 AFIAP Acier inoxydable Corrosion-Soudage TIG avec et sans apport L : tenue supérieure au 304L 1,80 1,40 1,00 0,60 0,20-0,20 brut métal de base brut TIG sans apport sans N2 brut TIG apport LNTIG apport avec N2 & N2 endroit suivi du potentiel en circuit ouvert en eau de mer synthétique ph 8, [A. Robineau, G. Rouly : Soudage des aciers inoxydables à basse teneur en nickel Acier austénitique 201LN et Duplex 21-01, Etude CETIM 27101, RT Institut de Soudure 48416, Janvier 2010]

13 Fissuration à froid en Zone Fondue 13 Mise en évidence de cas dans le cas des missions d assistance technique : Soudage d acier HLE à bas carbone Soudage d acier S355 en fil fourré Critères nécessaires mais non suffisant CET Métal Déposé +0,03 CET Métal de Base CEN Métal Déposé CEN Métal de Base Ms Métal de Base Ms Métal Déposé Autres facteurs Cycles thermiques Hydrogène diffusible aucune corrélation entre la dureté et le risque de fissuration à froid en zone fondue Fissuration longitudinale ou transversale [F. Maltrud: Synthèse bibliographique sur le risque de fissuration à froid en zone fondue et étude de cas réels, Etude CETIM 1N2931, RT Institut de Soudure 44342, Sept. 06]

14 Fissuration à froid en Zone Fondue 14 Orientation variable Position variable Rarement débouchantes [A. Robineau: Etendue de la fissuration à froid transversale en zone fondue avec un produit d'apport H5, Etude CETIM , RT Institut de Soudure 48497, Oct. 10]

15 Fissuration à froid en Zone fondue 15 Essais réalisés en soudage sous flux en poudre Ep. = 50 mm Es = 1,7 kj/mm T i 100 C Soudage multi-passes Pas de fissure observée pour un flux H5 correctement étuvé Dans les conditions de l étude (éprouvette fortement bridée) et sur les aciers utilisés, le niveau d hydrogène diffusible critique est proche de 8 ml/100g de MD (2,51 ml/100g de MF) pour un CET en ZF proche de 0,26% La morphologie, la position, et l orientation des fissures varient en fonction du niveau d hydrogène diffusible. Pour un même échantillon, plusieurs types de fissures peuvent être observés Difficulté à détecter par CND [A. Robineau: Etendue de la fissuration à froid transversale en zone fondue avec un produit d'apport H5, Etude CETIM , RT Institut de Soudure 48497, Oct. 10]

16 Etude soudage 2010 Teneurs en hydrogène des produits d apport Electrode Enrobée basique Fil Fourré Basique Fil Fourré Rutile Fil Fourré Rutile toutes positions Fil Fourré tubulaire Fil Fourré sans laitier MAG fil massif Taux H2 diffusible (ml/100g de métal déposé) [Etude : Evaluation de la teneur en hydrogène des fils fourrés classifiés H5, Juillet 2011, RT Institut de Soudure n 49650]

17 Réparations multiples sur P355GH 17 le grossissement des grains semble limité au bout de 4 réparations léger adoucissement en ZAT proche de la zone de liaison (20 HV) au bout de 4 réparations Résiliences : les caractéristiques après 4 réparations satisfont toujours la NF EN ZF (racine) : pas de dégradation, ZAT : le décalage de la température de transition est faible surtout visibles à ZL+3 mm les caractéristiques mécaniques après 4 réparations satisfont toujours la NF EN Pour l acier considéré et l énergie de soudage mise en œuvre, les recommandations actuelles autorisant 3 réparations sont pertinentes. Une extension à un plus grand nombre de réparations pourrait même être envisagée, sous réserve de validation MAG Fil fourré basique Es : 2,6 kj/mm T i : 250 C [A. Robineau: Influence de réparations multiples au droit des joints soudés - Acier non allié P355GH à l'état normalisé, Etude CETIM , RT Institut de Soudure 48497, Oct. 10]

18 Synthèse 18 Les études conduites avec la CIS-FIM permettent De mieux appréhender des problèmes de soudabilité D apporter des informations pratiques et vérifiées sur la mise en œuvre des matériaux D aider les entreprises dans le choix des conditions de soudage

19 Merci de votre attention Avez vous des questions?