Utilisation bénéfique des conditions de procédé hyperbare pour le soudage de matériaux à haute température

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12434 (2022) Citer cet article

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Le soudage hyperbare est utilisé pour différents aciers dans de nombreuses applications sous-marines comme procédé de soudage de réparation. Une différence entre les procédés de soudage humides et secs peut être faite. En raison de la pression ambiante accrue, ces processus présentent des caractéristiques particulières inhérentes au processus qui influencent le comportement de refroidissement et de pénétration. L’utilisation positive de ces effets en dehors des applications sous-marines est actuellement rarement abordée dans la science et dans les applications. Le travail présenté établit ces avantages sur la base d'un acier de construction à plus haute résistance et caractérise les effets sur la microstructure d'un acier S700MC assemblé et sur les propriétés mécaniques de l'assemblage. Il sera montré qu'un environnement hyperbare peut être utilisé pour orienter davantage la soudure vers la profondeur de la tôle. De plus, il sera montré que cette modification conduit à un refroidissement modifié, qui en lui-même influence les propriétés mécaniques du cordon de soudure.

Le soudage dans des conditions environnementales hyperbares est utilisé depuis de nombreuses années dans la production et la réparation sous-marines. En raison du lieu d'exécution, sous l'eau, un matériel de support très complexe est parfois nécessaire pour l'exécution du cordon de soudure1. Une distinction est faite entre différents types de procédés de soudage sous-marins, par exemple le soudage en environnement sec et humide2. L’équipement pour souder en atmosphère sèche peut être très complexe, s’apparentant à un mini habitat pour le soudage manuel1,3. En outre, l'activité de recherche autour du soudage sous-marin a augmenté au cours de la dernière décennie2, Fig. 1. Le nombre d'articles publiés a augmenté et a atteint environ 80 articles attendus par an en 2020.

Recherche sur le soudage sous-marin (données jusqu'au premier trimestre 2020)2.

L'un des sujets de recherche est l'influence sur le processus de l'atmosphère contenant de l'eau et de l'augmentation de la pression ambiante4. De plus, il a été démontré qu'une pression ambiante accrue entraîne une réduction significative de la longueur de l'arc pour la même tension de soudage3,5,6,7,8,9. Outre l'influence sur le courant et la tension, une influence de l'augmentation de la pression sur la formation de projections a également pu être démontrée10.

Dans le domaine des matériaux, une influence évidente de la teneur en hydrogène sur la morphologie de la microstructure, la rugosité de surface et le comportement aux fissures des aciers à haute résistance, qui sont les plus étudiés, a été mise en évidence11,12,13,14,15. Akselsen et coll. ont montré que des valeurs de ténacité adaptées à différents niveaux de pression peuvent être obtenues en utilisant différents types de métal d'apport pour l'acier à haute résistance des pipelines X7016. En outre, ils ont montré que la profondeur de pénétration de la soudure est augmentée en raison d'une pression accrue16, et ils estiment certaines implications pratiques, telles que le remplissage des espaces entre les racines et la réduction du nombre de couches. Ils ont proposé une première théorie pour une pénétration accrue et se sont concentrés sur les effets d'écoulement dans la masse fondue. Il est indiqué que le flux est dirigé vers le bas pour former une pénétration plus profonde en raison de la pression élevée.

En outre, la gamme de matériaux inclus dans les différentes enquêtes devient également de plus en plus large. Par exemple, le soudage d’alliages de cuivre ou d’aluminium17 et d’aciers inoxydables duplex18,19 dans des conditions de procédé hyperbare a été étudié. Pour les alliages d'aluminium, on peut supposer une utilisation bénéfique du soudage hyperbare dans les plages de pression inférieures jusqu'à 10 bars pour la réduction des pores, un problème clé concernant le soudage de l'aluminium17.

Pour certains matériaux, des recherches plus approfondies sont nécessaires, comme le soudage d'alliages de molybdène dans des conditions de procédé hyperbare20 et le soudage de pipelines multimatériaux gainés21.

Cependant, un avantage positif dans la production de soudage dû à une pression ambiante accrue a été peu abordé dans la recherche, mais il est intéressant car une augmentation significative de la densité d'énergie dans l'arc peut être réalisée par l'effet de raccourcissement de l'arc et une tension possible correspondante. augmenter. De plus, l’augmentation de la pression ambiante provoque la contraction de l’arc et augmente ainsi la densité d’énergie locale.