Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2025-10-21 origine:Propulsé
Premièrement, le but du traitement thermique des soudures par chauffage par induction.
Les performances des tubes en acier soudés sont évaluées de manière exhaustive par les performances des deux parties du métal, le corps du tube en acier et la soudure. Le point le plus faible d’un côté déterminera les performances du tube en acier soudé. Pendant le processus de soudage, en raison de la température élevée de soudage, la structure métallique de la soudure et la zone affectée par la chaleur changent et les grains grossissent, et il existe également une contrainte interne importante. En raison de ces changements, les performances du métal dans la zone de soudure sont très différentes de celles du matériau de base (corps de tube en acier). De plus, les performances globales du métal soudé sont nettement inférieures à celles du corps du tube en acier. Pour cette raison, le traitement thermique de soudure doit être utilisé pour éliminer la différence et en faire un « tuyau en acier soudé sans soudure » avec des performances globales constantes.
(1) Éliminer les contraintes internes générées par le soudage. La zone affectée thermiquement formée des deux côtés de la soudure en raison du soudage forme trois zones complètement différentes avec des structures, des granulométries et des répartitions de contraintes différentes de la soudure et du corps du tube en acier. En raison des différentes températures de chauffage et vitesses de refroidissement de la soudure, de la zone affectée thermiquement et du corps du tube en acier, les contraintes internes à l'intérieur de ceux-ci sont différentes. La contrainte interne dans la soudure est la plus importante, la zone affectée thermiquement est la deuxième plus grande et le corps du tube en acier est la plus petite. Lorsque la contrainte interne dépasse la limite d'élasticité, le métal subit une déformation plastique, provoquant la flexion du tuyau en acier soudé ; lorsque la contrainte interne dépasse la limite de résistance, le métal subira des fissures aux limites des grains et, après l'expansion des fissures, la soudure se fissurera. Les grains métalliques dans la zone de soudure sont grossiers et la limite d'élasticité et la résistance à la traction sont les plus faibles, ce qui en fait la plus sujette à la fissuration. La zone affectée par la chaleur est également plus sujette aux fissures que le corps du tube en acier. Par conséquent, afin d’améliorer les performances globales de la soudure, il est nécessaire d’éliminer la contrainte interne de la soudure par traitement thermique. Un recuit de normalisation ou à haute température est généralement utilisé pour éliminer les contraintes internes de la soudure.
(2) Améliorer la microstructure du métal dans la zone de soudure et affectée par la chaleur. Les bandes d'acier utilisées pour la fabrication de tubes sont pour la plupart laminées à chaud et normalisées refroidies à l'air, avec une fine structure de ferrite + perlite ; certaines bandes d'acier micro-alliées à haute résistance ont une fine structure de ferrite aciculaire. Les températures élevées de soudage provoquent deux effets néfastes sur le métal fondu. Premièrement, le grossissement des grains entraîne une diminution de la limite d'élasticité et une fragilisation. Deuxièmement, des vitesses de refroidissement inégales après soudage provoquent un refroidissement lent dans la zone de soudure, entraînant de la ferrite et de la perlite grossières, tandis qu'un refroidissement plus rapide dans la zone affectée thermiquement entraîne la formation de martensite grossière et d'austénite retenue en plus de la ferrite et de la perlite. Combinés à ces facteurs, le grossissement des grains et les modifications de la microstructure du métal provoquent une fragilisation du métal soudé, entraînant des différences significatives de structure et de propriétés par rapport au corps du tube en acier. Par conséquent, un traitement thermique de soudure est nécessaire pour affiner la granulométrie et restaurer la structure métallographique afin de minimiser les différences.
Deuxièmement, les méthodes de traitement thermique des soudures par chauffage par induction
Les types d'acier nécessitant un traitement thermique pour améliorer les propriétés mécaniques des soudures sont principalement des aciers pour pipelines. Les principales méthodes de traitement thermique pour améliorer les performances globales des soudures comprennent la normalisation, la normalisation + revenu et la trempe + revenu. Actuellement, la normalisation des soudures est la méthode la plus couramment utilisée dans la production nationale de tubes en acier soudés, tandis que les autres méthodes de traitement thermique ne sont pas largement utilisées. Le traitement thermique le plus avancé pour les tubes en acier soudés est la trempe + revenu. Le traitement de normalisation est principalement utilisé dans les lignes de production de tubes en acier soudés à grande échelle à l'étranger, et le traitement de trempe n'est utilisé que par quelques entreprises au Japon, aux États-Unis et dans l'Union européenne. Le traitement de revenu par chauffage par induction des soudures est l’orientation future du développement.
(1) Traitement de normalisation du chauffage par induction de soudure. Le traitement de normalisation des soudures comprend un traitement de recuit, parfois également appelé recuit de soulagement des contraintes. Le traitement de normalisation du chauffage par induction de la soudure consiste à chauffer la soudure à une température supérieure à Ac3, 900-950 ℃, à refroidir l'air en dessous de 400 ℃, puis à refroidir l'eau à température ambiante. Cela élimine les contraintes internes de la soudure, affine les grains de soudure, améliore la microstructure et améliore la plasticité de la soudure et sa résistance aux chocs. Le traitement de normalisation du chauffage par induction de soudure convient à l'acier faiblement allié ordinaire et à certains aciers à haute résistance faiblement alliés, équivalents aux tuyaux en acier soudés de qualité d'acier inférieure à X60. Le traitement de recuit par chauffage par induction de soudure consiste à chauffer la soudure dans la région biphasée de 700 à 750 ℃, puis à la refroidir à la température ambiante. Le but est d’éliminer les contraintes internes de la soudure et d’améliorer la plasticité. Le traitement de recuit est principalement utilisé pour le soudage de l’acier au carbone et de certains tuyaux en acier faiblement alliés ordinaires.
(2) Chauffage par induction de soudure normalisant + traitement de revenu. Lorsque la dureté de la soudure est encore élevée mais que la plasticité est encore faible après le traitement de normalisation, un traitement de revenu à haute température peut être utilisé pour des mesures correctives. Le traitement de trempe par chauffage par induction consiste à chauffer la soudure à une température inférieure à Ac1, généralement autour de 650 ℃, puis à la refroidir à l'air. Après un traitement de revenu à haute température, la structure martensite de l'acier d'origine est transformée en bainite et ferrite trempées, la plasticité de la soudure est améliorée, la dureté est réduite et la résistance ne change pas beaucoup.
(3) Trempe de chauffage par induction de soudure + traitement de revenu. Cette méthode de traitement thermique est également appelée traitement de trempe. Le traitement de trempe par chauffage par induction de soudure en ligne est actuellement la technologie de traitement thermique la plus avancée. Après le traitement de revenu, les propriétés mécaniques complètes de la soudure atteignent pleinement le niveau du corps du tube en acier, et les performances de la soudure et du corps du tube en acier sont homogénéisées. L'essentiel de la réalisation de cette technologie de processus de traitement thermique est de maîtriser la technologie de chauffage par champ magnétique transversal pour garantir l'uniformité et la précision de la température de chauffage. Pour les soudures en acier à haute résistance faiblement allié et en acier à haute résistance légèrement allié, la température de trempe est de 900 à 950 °C et la température de revenu est de 600 à 650 °C. La trempe utilise un refroidissement par pulvérisation, tandis que le revenu utilise une combinaison de refroidissement à l'air et à l'eau. Lors de l'utilisation d'un chauffage par champ magnétique longitudinal pour la trempe et le revenu, la température peut être contrôlée avec une précision de ±10°C, un niveau de contrôle essentiel pour maintenir des performances stables des tubes en acier soudés à haute résistance. L’utilisation du chauffage par champ magnétique transversal pour les soudures nécessite également une précision de contrôle de température élevée.
Troisièmement, normalisation du chauffage par induction des soudures
La normalisation est actuellement la méthode de traitement thermique la plus couramment utilisée pour les tubes en acier soudés en Chine, parfois également appelée recuit de soudure. La différence entre les deux est que la normalisation nécessite une température de chauffage supérieure à Ac3, tandis que le recuit nécessite une température de chauffage plus basse autour de Ac1. Pour les tubes soudés en acier de pipeline, la normalisation des soudures est une méthode de traitement thermique spécifiée dans la norme API.
La normalisation des soudures par chauffage par induction peut être classée en ligne ou hors ligne, en fonction de la configuration de production. La normalisation hors ligne peut être utilisée pour des produits présentant une large gamme de spécifications et des lots de petite taille. La normalisation en ligne doit être utilisée pour les produits comportant un petit nombre de spécifications et des lots de grande taille.
La normalisation par induction des soudures est principalement utilisée pour les tubes en acier à faible teneur en carbone et faiblement alliés renforcés de vanadium, de niobium et de titane. Le but de la normalisation des soudures est d'éliminer les contraintes internes générées par le soudage, d'affiner la taille des grains du métal soudé, d'améliorer la plasticité et la ténacité du métal et de minimiser la différence de performances entre la soudure et le tuyau.
Quatrièmement, sélection de la température pour la normalisation par induction des soudures
Les températures de normalisation traditionnelles pour les aciers faiblement alliés sont de 30 à 50 °C supérieures à Ac3. Cependant, avec une vitesse de chauffage par induction de 20 à 50 °C/s⁻¹, Ac3 augmente avec l'augmentation des vitesses de chauffage. D'après l'expérience empirique des températures de trempe par induction, Ac3 augmente de 20 à 50°C. Par conséquent, la température de normalisation pour les soudures par induction en acier faiblement allié doit être de 50 à 100 °C au-dessus de Ac3. La limite supérieure est utilisée lorsque l'acier contient des éléments d'alliage tels que Cr, V et Ti ; la limite inférieure est utilisée lorsque l'acier ne contient pas ces éléments d'alliage.
Les températures de normalisation ne doivent pas être trop élevées. Dans des conditions de chauffage normales, les grains d'austénite initiaux de l'acier hypoeutectoïde faiblement allié commencent à croître à environ 900°C, avec une croissance rapide au-dessus de 950°C. Par conséquent, des températures de normalisation trop élevées entravent le raffinement de la structure des grains de la soudure et réduisent l'efficacité de la normalisation. De plus, des températures de normalisation trop élevées peuvent exacerber l’oxydation du métal dans la zone de soudure, affectant la qualité de surface du tube en acier soudé et réduisant le rendement de l’acier. De même, des températures de normalisation trop basses ne parviennent pas à améliorer la plasticité et la ténacité du métal soudé, ce qui va à l'encontre de l'objectif de la normalisation.
Cinquièmement, temps de maintien et méthodes de refroidissement pour les soudures de normalisation par chauffage par induction
Sélection du temps de maintien pour les soudures de normalisation par chauffage par induction. La trempe, la mise en solution et la normalisation sont tous des traitements thermiques qui consistent à chauffer l'acier à la température d'austénitisation, puis à le refroidir à des vitesses variables. Bien que l’objectif de l’austénitisation soit le même, les trois méthodes partagent le même objectif. Des expériences visant à éliminer le temps de maintien austénitisant pendant la trempe par induction de l'acier faiblement allié et le traitement en solution de l'acier austénitique de renforcement thermique ont montré qu'en augmentant les températures de trempe par induction et de traitement en solution de 50 à 100 °C au-dessus des températures de traitement conventionnelles, des résultats de traitement thermique équivalents peuvent être obtenus sans avoir besoin d'un temps de maintien. La concentration d'éléments de renforcement dans la solution est constante et les propriétés mécaniques à température ambiante et à haute température après revenu et vieillissement dépassent celles des traitements conventionnels. Cela démontre que l'élimination du temps de maintien pendant la normalisation par induction n'affecte pas les résultats du traitement thermique ultérieur.
En résumé, pour l'acier hypoeutectoïde faiblement allié, tant que la température de normalisation par induction est sélectionnée de manière appropriée et que la température de chauffage de la soudure est uniforme, le temps de maintien de normalisation peut être complètement éliminé sans compromettre les résultats du traitement thermique. En effet, compte tenu de la vitesse de transformation de phase métallographique, la température joue un rôle décisif et son effet dépasse de loin celui du temps. L’échange de température contre du temps est une caractéristique du traitement thermique rapide par induction.
