Caractéristiques métallurgiques et contrôle de la qualité du soudage en électroslag

1. Principes métallurgiques du soudage électroslag
Le comportement métallurgique du soudage électroslag (ESW) détermine fondamentalement la qualité du soudage, influençant directement la composition chimique, la microstructure et les propriétés mécaniques.

1.1 Interaction boue-métal
La piscine de scorie conductrice (par exemple, un flux à base de CaF2-Al2O3) génère des températures stables de 1 700 à 2 000℃, remplissant deux rôles :
Purification : La scorie absorbe les oxydes (par exemple, SiO2, MnO) et les sulfures (par exemple, FeS), réduisant ainsi les impuretés.
Ajustement d'alliage : Des composants comme le CaO et le TiO2 régulent la teneur en silicium/manganèse, améliorant la tenacité.
Étude de cas : Le flux HJ360, avec 8-12 % de MnO, augmente la résistance au choc Charpy des soudures en acier à faible teneur en carbone à ≥80J à température ambiante.

1.2 Transfert et distribution des éléments
Les électrodes (fils ou plaques) fournissent des éléments alliages. En raison du temps de séjour prolongé dans le bain fondu (jusqu'à plusieurs minutes), l'efficacité de transition pour des éléments comme le Ni/Cr dépasse 95 %. Points clés :
Perte de carbone : Compensée en ajoutant du carbone aux fils (par exemple, H08Mn2SiA avec 0,10-0,15 % de C).
Gestion de l'hydrogène : Les fluorures (CaF2) dans la scorie lient l'hydrogène sous forme de gaz HF, minimisant ainsi les risques de fissuration.

1.3 Évolution microstructurale
Cristaux colonnaires : La croissance granulaire verticale grossière nécessite une normalisation après soudage.
Zone thermiquement affectée (ZTA) : une zone de 10 à 20 mm de large dominée par le bainite nécessite un refroidissement contrôlé pour éviter l'embrittlement.

2. Facteurs critiques pour le contrôle de la qualité du soudage
L'assurance qualité repose sur l'optimisation des paramètres, la compatibilité des matériaux et la fiabilité des équipements.

2.1 Optimisation des paramètres
Intensité (400-1 000 A) : Règle le taux de dépôt ; des valeurs excessives provoquent des turbulences et de la porosité.
Tension (35-55 V) : Influence la largeur du soudage ; une augmentation de 5 V élargit la largeur de 2 à 3 mm.
Vitesse de déplacement (0,5-1,5 m/h) : Des vitesses lentes causent un surchauffage ; des vitesses élevées risquent d'entraîner une fusion incomplète.
Exemple d'optimisation : Pour un acier de 300 mm d'épaisseur dans le projet des Trois Gorges, 800 A/45 V/0,8 m/h a permis d'équilibrer la pénétration et la largeur.

2.2 Compatibilité entre le flux et l'électrode
Sélection du flux :
HJ170 : Conduction électrique élevée mais mauvaise détachabilité, idéal pour l'initiation de la scorie.
HJ431 : Polyvalent pour les aciers au carbone et alliages légers avec un excellent retrait des scories.
Matériaux d'électrode :
Fil H10Mn2 : 1,5-1,8 % de Mn pour les soudures en acier Q345.
Plaques de buses Q295 : Correspond à la composition du métal de base pour minimiser le stress interfacial.

équipements et normes opérationnelles
Entretien de la semelle refroidie à l'eau : Assurez un débit de fluide ≥10L/min pour éviter les fuites.
Recyclage du flux : Atteignez >95 % de réutilisation pour éviter l'accumulation d'impuretés.

3. Analyse des défauts et stratégies d'atténuation

3.1 Porosité et inclusion de scorie
Causes : couverture de laitier incomplète ou flux contaminé par l'humidité (> 0,1 % H2O).
Solutions :
Séchage préalable du flux (300℃×2h).
Augmenter la profondeur du bassin de laitier à 40-60 mm pour permettre l'échappement des gaz.

3.2 Fissuration (chaude/froide)
Fissures chaudes : causées par des eutectiques à faible point de fusion (par ex., FeS) ; supprimer via un rapport Mn/S > 40.
Fissures froides : induites par l'hydrogène ; contrôler l'humidité du flux (< 0,05 %) et appliquer un refroidissement lent.

3.3 Manque de fusion et sous-traitance
Manque de fusion : courant insuffisant ou écarts étroits (< 28 mm) ; ajuster les paramètres ou élargir les écarts.
Sous-traitance : mauvaise fluidité ; utiliser une oscillation du fil (2-3 Hz).

4. Pratiques de contrôle qualité industriel

4.1 Fabrication de l'Éolienne Éolienne
Défi : Plaques de 60-150 mm répondant aux normes EN 1011-2.
Solution :
Le soudage à double fil (IK-ESW5000) augmente l'efficacité de dépôt de 50 %.
Normalisation après soudage (920℃×2h) affine les grains de la ZAC à ASTM 5-6.

4.2 Cuves de Réacteurs Nucléaires
Norme : La section III d'ASME exige un taux de réussite UT >99,5 %.
Mesures :
Flux ultra-pur (S/P <0,015 %).
Suivi en temps réel du bassin de scories (précision ±10℃) pour éviter la ségrégation.

5. Tendances Émergentes

Surveillance Intelligente : capteurs IoT pour une analyse chimique et thermique en temps réel.
Flux Écologiques : formulations faibles en fluorure (F <5 %) pour réduire l'impact environnemental.

Conclusion

Maîtriser les principes métallurgiques et les stratégies de contrôle qualité de l'SEW permet d'obtenir des soudures performantes et cohérentes dans divers secteurs industriels. Grâce à un ajustement précis des paramètres, à la synergie des matériaux et à des équipements avancés, ce procédé relie la précision du laboratoire à la fiabilité à l'échelle industrielle.