Qu’est-ce que la fissuration à chaud, la fissuration par liquéfaction et la fissuration par solidification ?

Qu’est-ce que le craquage à chaud ?

La fissuration à chaud est un terme général qui est assez souvent utilisé pour décrire tous les types de fissuration des métaux qui ont pour origine des températures plus élevées. Une définition simple de la fissuration à chaud selon la norme EN ISO 17641-1 est la suivante :
« Les fissures à chaud sont des séparations de matériaux se produisant à haute température le long des joints de grains (joints de dendrites), lorsque le niveau de déformation et la vitesse de déformation dépassent un certain niveau. Les petites fissures, qui ne sont visibles qu’à des grossissements de plus de 50x environ, sont souvent décrites comme des microfissures.
Le type de fissuration est généralement regroupé par la plage de température dans laquelle ils se produisent. Les fissures à chaud se développent généralement longitudinalement le long de l’axe de la soudure, se développant au centre de la soudure, bien qu’elles puissent également apparaître à travers l’axe de la soudure influencée par la direction de la contrainte de traction, comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Emplacement typique de la fissuration à chaud de la ligne centrale
Fig.3.  Fissuration de la ligne centrale enfouie
Fissuration de la ligne centrale enfouie

Qu’est-ce que la fissuration de solidification ?

La fissuration de solidification, dans laquelle les fissures se forment lors de la solidification à partir de la phase liquide des métaux fondus. Ils peuvent parfois être visualisés comme des dendrites qui se développent plus lentement que les contraintes imposées, de sorte qu’elles ne parviennent pas à fusionner sur la ligne centrale de la soudure et laissent une cavité ou une fissure sur la ligne centrale. Ils s’étendent généralement jusqu’à la surface du métal fondu, mais restent parfois sous la surface.

La fissuration de solidification de la soudure se produit pendant les étapes finales de la solidification lorsque la contrainte de retrait de traction s’accumule et que des films liquides persistent le long des joints de grains de solidification dans la structure. Si la contrainte de retrait imposée dépasse la ductilité inhérente du métal fondu en cours de solidification, une fissuration se produira.

Le manque de ductilité peut résulter de la présence de métal liquide, de caractéristiques microstructurales, de l’orientation (par rapport à la déformation) et dans certains cas de la présence d’impuretés cassantes et de films à bas point de fusion (ou liquéfiés).

Facteurs affectant le phénomène de fissuration de solidification

Plusieurs facteurs affectent la fissuration de solidification. L’interaction de certains de ces facteurs, les paramètres de soudage, la composition et la retenue, sont illustrés dans la figure ci-dessous.

Facteurs affectant le phénomène de fissuration de solidification

Qu’est-ce que la fissuration par liquéfaction ?

La fissuration par liquéfaction, dans laquelle les fissures se forment dans les zones de liquation dans la ZAT du matériau de base ou dans les soudures multipasses où le métal fondu est réchauffé lors du dépôt des cordons de soudure ultérieurs. Ils sont souvent de petite taille (microfissures) et souvent sous la surface dans les soudures multi-passes.

La fissuration à chaud se produit à l’état solide à des températures comprises entre le solidus et environ la moitié de la température de fusion du matériau et peut se produire pendant la fabrication ou le traitement thermique post-soudage ultérieur.

Les types de fissuration à chaud sont :
1. La fissuration par ductilité 2. La fissuration par
réchauffage
3. La fissuration par déformation
4. La fissuration lamellaire

Raison de la fissuration à chaud

  1. La contrainte sur le bain de soudure est trop élevée.
  2. Le liquide ne peut pas atteindre les régions où il est nécessaire en raison d’un approvisionnement inadéquat ou d’un blocage/des canaux étroits entre les grains en cours de solidification.
  3. moins d’épaisseur de passe de soudure dans la passe de fond.

Prévention de la fissuration à chaud dans le soudage

  1. Utiliser un faible apport calorifique : L’utilisation d’un faible apport calorifique provoque le refroidissement du dépôt de métal fondu et réduit la durée de la plage de température liquide/fragile. Il augmente également le rapport largeur/profondeur de la soudure en raison d’un dépôt de soudure réduit, minimisant ainsi la susceptibilité à la fissuration à chaud.
  2. Utilisation d’un plus grand rayon de rainure : Un joint de soudure avec un rayon de rainure plus élevé augmente le rapport largeur/profondeur du métal fondu, ce qui évite les fissures à chaud. Les joints à rainure étroite sont les plus sensibles à la fissuration à chaud.
  3. Utiliser une électrode de soudage avec contrôle de ferrite : Les aciers inoxydables austénitiques doivent être soudés avec une teneur en ferrite de 3 à 10 % dans la matrice austénitique. Les métaux d’apport ayant des phases austénitiques pures sont très sujets à la fissuration à chaud. Pour les applications spéciales telles que le service de température cryogénique, qui nécessitent un métal d’apport entièrement austénitique, il est recommandé d’utiliser un fil d’apport à faible teneur en soufre et en phosphore avec une teneur en manganèse plus élevée.
  4. Dépôt de passes de soudure épaisses : Parfois, des fissures à chaud peuvent se produire lors du soudage de joints de soudure à contrainte élevée ou de joints de soudure à contrainte élevée. Lors du soudage de la passe de racine, une fissuration de la ligne médiane est observée car une faible épaisseur de dépôt de soudure ne pourra pas résister aux contraintes. Dans de tels cas, une racine de soudure plus épaisse est bénéfique pour éviter la fissuration à chaud.