Etude des joints soudés caractérisation microstructurale

Etude des joints soudés caractérisation microstructurale

Le joint soudé de l’étude provient de l’assemblage par soudage TIG de deux tubes en configuration bout à bout de longueur chacun 150 mm. La forme du chanfrein est en « V » à double pente avec un talon de hauteur 1 mm. La torche de soudage est fixe au dessus des tubes à assembler qui sont en rotation. Des macrographies des deux joints soudés de l’étude sont présentées sur la Figure 3-1. Les dernières passes de soudage sont visualisables. On distingue une microstructure plus grossière dans cette zone. Les valeurs de résilience (KV) requises pour des aciers de nuance X10CrWMoVNb9-2 selon les normes ASTM sont de 40 J/cm² dans le sens longitudinal. Les valeurs de résilience (KV) des produits d’apport ou de la zone fondue sont de 41 J/cm² à 20 °C. Elles sont donc en accord avec les spécifications. Les valeurs de résilience sont de l’ordre de 41 J. Elles correspondent aux valeurs indiquées par Andrén et al., 1995 [Andrén et al., 1995] pour les aciers 9Cr-1Mo. Cette valeur est relativement basse et est liée à la présence de certains éléments tels que le carbone, le niobium, l’azote, le tungstène et également le chrome *Heuser et Jochum+. L’ajout de certains éléments tels que le nickel et le manganèse ont pour effet d’augmenter les valeurs de ténacité. Néanmoins, les teneurs en ces éléments doivent être contrôlées, pour éviter l’austénite de réversion. Les spécifications sont telles que :

Vallourec & Mannesmann [V&M, 2000] indique que les valeurs de résilience du métal fondu sont de l’ordre de 50 J, à température ambiante. Les paramètres de soudage et de traitement thermique doivent être contrôlés afin d’obtenir les propriétés de ténacité souhaitées. Les valeurs de ténacité augmentent avec la température et la durée du PWHT. Par ailleurs, des passes de soudage plus fines amélioreront également la ténacité [Heuser et Jochum]. Les soudures subissent un traitement post-soudage (PWHT) qui consiste en un revenu à 760°C pendant une durée variable selon l’épaisseur. Le PWHT des joints soudés de l’étude est un revenu à 760°C pendant 6h pour le joint soudé avec produit d’apport P92IG et pendant 4h30 pour le joint soudé avec produit d’apport Thermanit MTS 616. L’opération de soudage induit une augmentation de la température du métal de base proche de la ligne de fusion. Sur une section de métal de base le long de la ligne de fusion, la température maximale atteinte varie de 750 à plus de 1400 °C. Grâce à des essais de soudage instrumenté (Figure 3-2 a)), Bauer et al. [Bauer et al., 2010] ont pu réaliser une cartographie des distributions de température vues par le métal au cours du soudage (Figure 3-3). L’opération de soudage a été réalisée sur un acier Grade 92. Le procédé utilisé est le soudage manuel à l’arc. Quinze passes de soudage ont été appliquées. D’après la macrographie du joint soudé de la Figure 3-2b), on estime la largeur de la ZAT à environ 5 mm.

Ainsi, différentes transformations de phases se produisent lors du soudage, liées aux différents cycles thermiques subis [Mythili, 2003], et en particulier en rapport avec les températures de transformations Ac1 et Ac3, qui dépendent à leur tour de la vitesse de chauffage. Ainsi, différentes microstructures sont observables dans le joint soudé. Les hétérogénéités microstructurales sont révélées par les cartographies de dureté des deux joints sur la Figure 3-4 et la Figure 3-5. Ces cartographies ont été réalisées au Laboratoire des Techniques d’Assemblage (LTA). Une filiation de dureté à mi-épaisseur du joint soudé et sur une moitié seulement, a également été réalisée (Figure 3-7). Cette filiation de dureté est complémentaire à la cartographie car la dureté à été mesurée sur une plus longue distance dans le métal de base. Les cartographies de dureté mettent en évidence les différentes passes de soudage dans la zone fondue. En effet, l’application des passes successives entraine une augmentation de la température des passes précédentes, favorisant un recuit de la microstructure des passes inférieures. Ainsi, d’après la cartographie, la dureté de la zone fondue varie entre 260 et 280 Hv1. Les évolutions microstructurales dans la zone fondue lors du soudage seront détaillées par la suite.