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Tuyaux en acier inoxydable martensitique sont largement utilisés dans les domaines du pétrole, du gaz, de l'industrie chimique, de l'aviation, de la construction navale et de l'énergie nucléaire. Ils ont une forte résistance, une bonne résistance à l'usure et une certaine résistance à la corrosion, et sont idéaux pour les conditions de travail à haute demande. Le soudage, en tant que lien de processus important dans la connexion et la fabrication, joue un rôle vital dans l'intégrité structurelle et la durée de vie des tuyaux en acier inoxydable martensitique. Cependant, en raison de la structure métallographique unique et des caractéristiques de traitement thermique de ce matériau, une série de défauts est facilement générée pendant le processus de soudage, affectant les performances et la sécurité de l'utilisation.
Fissures froides (fissures de trempe)
Les fissures froides sont l'un des défauts les plus courants et les plus dangereux lors du soudage des tuyaux en acier inoxydable martensitique. Ce type d'acier inoxydable contient un carbone élevé et un chrome, et une transformation martensitique se produira pendant le processus de refroidissement de soudage, entraînant une forte contrainte structurelle et une contrainte résiduelle. Lorsque la structure martensitique haute dureté est superposée à la contrainte de traction, des fissures retardées ou des fissures froides sont très susceptibles de se produire dans la soudure ou la zone touchée par la chaleur.
Les fissures froides apparaissent généralement plusieurs heures, voire des jours après le soudage, et sont très cachées et se développent rapidement, affectant sérieusement les performances de la fatigue et la sécurité de la structure. Afin d'éviter la survenue de fissures froides, il est généralement nécessaire de préchauffer la zone de soudage et d'adopter un traitement de tempérament approprié.
Fissures chaudes (fissures de solution solide)
Des fissures chaudes se produisent principalement pendant le processus de solidification de la soudure, qui est causée par la contrainte de rétrécissement du métal liquide dépassant la résistance de liaison de la limite des grains. L'acier inoxydable martensitique contient une certaine quantité d'éléments d'impureté tels que le soufre (S) et le phosphore (P), qui forment l'eutectique à faible point de fusion à des températures de soudage élevées et se rassemblent aux joints de grain, réduisant la résistance aux limites des grains et augmentant le risque de fissures chaudes.
Les fissures chaudes sont généralement distribuées linéairement le long des joints de grains, avec des formes minces, profondes et étroites. Ils ne sont pas faciles à détecter en apparence et ne peuvent être trouvés que par des tests radiographiques ou ultrasoniques. L'utilisation de matériaux de soudage à faible teneur en sulfure et à faible phosphore, le contrôle des entrées de chaleur et l'optimisation des paramètres de soudage sont des moyens importants pour prévenir les fissures chaudes.
Fissures induites par l'hydrogène (fissures retardées)
S'il y a de l'humidité, de l'huile, de la rouille ou des matériaux de soudage insuffisamment séchés pendant le soudage, l'hydrogène sera introduit. Les atomes d'hydrogène se dissolvent dans le métal de soudure à des températures élevées et se rassemblent dans des défauts ou des inclusions pendant le processus de refroidissement pour former du gaz à haute pression, ce qui provoque des fissures induites par l'hydrogène.
En raison de sa durabilité élevée, l'acier inoxydable martensitique est très sensible à l'hydrogène et est très sujet à la fissuration induite par l'hydrogène. Ce type de fissure se produit souvent au stade de refroidissement après le soudage et peut se développer sous une charge statique ou une légère charge externe. L'utilisation du processus de soudage à faible hydrogène, du préchauffage avant le soudage et du refroidissement lent après le soudage sont des mesures efficaces pour réduire les fissures induites par l'hydrogène.
Échec fragile causé par une structure durcie
Dans la zone de soudage en acier inoxydable martensitique, en particulier la zone touchée par la chaleur (HAZ), en raison du chauffage local et du refroidissement rapide, il est facile de former une structure martensitique fragile élevée, même accompagnée de précipitations en carbure, entraînant une forte diminution de la ténacité locale.
Si la zone dure à forte dure n'est pas correctement trempée, il est très facile de provoquer une fracture fragile sous charge d'impact ou charge de fatigue. L'attrait de la zone touchée par la chaleur est généralement l'une des causes profondes de la défaillance du soudage et est également un élément de contrôle clé dans l'évaluation des processus de soudage.
Inclusions d'oxydation et défauts de fusion incomplètes
Si un gaz de blindage suffisant ou une méthode de blindage incorrecte n'est pas utilisé pendant le soudage de l'acier inoxydable martensitique, le métal de soudure sera gravement oxydé, formant des inclusions d'oxyde et réduisant la pureté du métal de soudure. Les inclusions d'oxydation réduisent non seulement la résistance, mais deviennent également des sources de fissures, qui sont faciles à induire une défaillance pendant le service.
Dans le même temps, une entrée de chaleur de soudage trop faible, une mauvaise préparation des rainures ou une mauvaise technologie de fonctionnement peuvent tous entraîner une fusion incomplète ou des défauts de pénétration incomplète. Ces défauts réduisent la zone transversale porteuse de charge de la structure et sont des facteurs importants pour provoquer des fissures de fatigue et des fractures précoces.
Déformation excessive et stress résiduel
En raison de l'expansion et de la contraction du changement de phase pendant le processus de soudage de l'acier inoxydable martensitique, le champ de contrainte est complexe et une forte contrainte résiduelle et une déformation de soudage sont facilement formées après le soudage. S'il n'est pas contrôlé, il affectera non seulement la précision dimensionnelle du pipeline ou de la structure, mais peut également provoquer des fissures de corrosion des contraintes.
En contrôlant l'entrée de chaleur, en adoptant une séquence de soudage raisonnable, un positionnement approprié du luminaire et un traitement thermique post-soudain, la déformation peut être réduite efficacement et une contrainte résiduelle peut être libérée.
Porosité et pores de soudage
S'il y a de l'humidité, de l'huile ou du gaz de blindage instable pendant le soudage, des défauts de porosité se produiront. La plupart de ces pores sont distribués à l'intérieur de la soudure. Bien qu'ils soient de petite taille, ils peuvent facilement devenir des points de concentration de contrainte dans des environnements à haute pression ou corrosifs.
Les pores peuvent également affecter la densité et le scellement des soudures, en particulier dans les pipelines qui transportent le gaz ou les liquides à haute pression. Leur présence affectera sérieusement le fonctionnement sûr du système.
