Qu’est-ce que le craquage à l’hydrogène ou le craquage retardé ou le craquage à froid ?

Qu’est-ce que le craquage à l’hydrogène ou le craquage à froid ?

La fissuration induite par l’hydrogène (HIC), communément appelée craquage à l’hydrogène ou craquage retardé ou craquage à froid, se produit dans les aciers au carbone ou faiblement alliés (si je dis précisément qu’il s’agit des aciers ferritiques) lorsque l’hydrogène atomique s’y diffuse et forme de l’hydrogène moléculaire pendant le soudage de Aciers au carbone et aciers faiblement alliés. . Elle est provoquée par la diffusion de l’hydrogène vers les contraintes les plus élevées, partie durcie de la soudure. Ils se produisent généralement dans la zone affectée par la chaleur (ZAT) dans les aciers C-Mn mais peuvent s’étendre au métal fondu car il y a un plus grand risque de former une microstructure cassante dans la ZAT, la plupart des fissures froides se trouvent dans le métal de base . Moins de changements dans le métal fondu car les consommables de soudage contiennent moins de carbone.

Il est connu qu’une certaine quantité d’hydrogène est généralement présente dans le bain de fusion. Cela provient de la dégradation de l’humidité qui est généralement présente dans les flux (revêtement d’électrode, flux immergé, remplissage des fils fourrés) et qui peut également être présente dans les gaz de protection. Parfois, une humidité élevée certains jours peut également augmenter la quantité d’hydrogène qui pourrait être introduite dans le bain de fusion.

Pourquoi on le dit Craquage à froid ou craquage différé

Fissuration à froid car les fissures ne se forment que lorsque la soudure a refroidi en dessous d’environ 100°C ; et
Fissuration à l’hydrogène retardée car des fissures peuvent se former plusieurs heures ou jours après la
fin de la soudure .)

Phénomènes de craquage de l’hydrogène

L’hydrogène se dissocie (se sépare) dans l’arc et se transforme à l’état atomique ou ionisé en métal fondu.

2 O = H 2 + O, H 2 = 2H, H = H + + e 

La quantité d’hydrogène absorbée dans le métal fondu dépend de la pression partielle d’hydrogène et de la température. Par conséquent, la solubilité de l’ hydrogène dans le métal de soudure est 35ml H 2 /100 g de métal de soudure à 1800 ° C. Lorsque la température diminue, la partie la plus élevée est à nouveau diffusée. Pour le fer, la solubilité à l’équilibre dépend en dehors de la température également de la structure du réseau, du type de cellule élémentaire (cbc, cfc).

Courtoisie d’image : GSI SLV Duisburg

Les figures ci-dessus montrent la solubilité maximale de l’hydrogène qui peut être présente dans le métal fondu même en cas de refroidissement rapide. Mais en refroidissement rapide, il peut s’agir d’hydrogène moléculaire à libération forcée incrusté dans les cavités du réseau mais aussi dans les espaces. En particulier, l’élément est concentré dans la gamme des dislocations et des joints de grains.

En raison de ses radios atomiques très faibles (25 pm), (140 pm pour le fer) l’élément hydrogène est déjà capable de diffuser de manière notable à température ambiante. Désormais, dans les zones de microstructure et de réseau avec une énergie accrue, l’hydrogène atomique se recombine en molécules de gaz. En raison de la recombinaison ainsi que du grand nombre de molécules d’hydrogène dans de telles zones de microstructure, la pression d’hydrogène gazeux augmente fortement localement, de sorte que les liaisons de la microstructure peuvent rompre localement les pores ou les fissures résultant.

Ce processus de diffusion, incluant les mécanismes de recombinaison ou de dissociation, peut s’étendre sur des périodes allant de quelques minutes à plusieurs semaines. 

Facteurs affectant la formation de fissures d’hydrogène

La tendance à former des fissures d’hydrogène dépend des facteurs suivants :
1. Quantité d’hydrogène présente dans le bain de fusion : Plus la quantité d’hydrogène présente dans le bain de fusion est grande, plus le risque de formation de fissures d’hydrogène est grand. La quantité d’hydrogène introduite dans la piscine dépend de facteurs tels que le procédé de soudage utilisé ; la conception du consommable de soudage et ses conditions de stockage ; et la présence d’humidité, d’huile, de graisse, etc. sur la pièce à souder. Généralement, la GTAW et la GMAWintroduire la plus petite quantité d’hydrogène dans le bain de fusion et ce sont des procédés à faible teneur en hydrogène. La quantité d’hydrogène introduite dans les procédés SMAW et FCAW dépendra de la désignation de l’électrode, du fabricant de l’électrode et des conditions dans lesquelles les électrodes ont été stockées. Par exemple, les électrodes E7018 peuvent être fournies dans des emballages sous vide et ces électrodes doivent introduire une très faible quantité d’hydrogène dans le bain de fusion. Cependant, si après ouverture de l’emballage et avant utilisation, les électrodes sont laissées à l’air libre dans un environnement très humide pendant quelques heures ou jours, alors la quantité d’hydrogène entrant dans le bain de fusion sera plus élevée et cela augmentera les risques de craquage de l’hydrogène.

2. Contraintes verrouillées présentes : Plus l’amplitude des contraintes verrouillées est élevée, plus il est facile pour les fissures d’hydrogène de se former. Des contraintes résiduelles (retrait de la zone de soudure contre l’acier plus froid) sont toujours présentes dans les soudures. De plus, des contraintes peuvent être présentes en raison d’une contrainte élevée (la pièce est trop rigide pour se déplacer).
De plus, si des encoches sont présentes, les contraintes sont amplifiées à ces emplacements et des fissures d’hydrogène peuvent se former plus facilement. Certains de ces emplacements incluent la passe de fond dans une soudure sur rainure, une soudure unilatérale sur la barre de support ou une barre de support non épissée pour une soudure longitudinale. 
3. Dureté/microstructure de l’acier : D’une manière générale, plus la zone affectée thermiquement est dure, plus elle a tendance à former des fissures d’hydrogène. Une microstructure plus dure signifie qu’elle a une plus petite proportion de ferrite et plus de phases de type martensite. Selon la teneur en hydrogène et les contraintes, la dureté au-dessus de laquelle le craquage à l’hydrogène peut se produire varie de 300 à 400 HV. Le fait qu’une zone affectée thermiquement dure se forme ou non lors du soudage dépend de la capacité de durcissement de l’acier, qui à son tour dépend de la composition de l’acier (quantité de C, Mn, Cr, Ni, Mo, etc.) et de la vitesse à laquelle la soudure se refroidit. Comme mentionné dans la section précédente, la vitesse à laquelle la soudure se refroidit dépend de l’énergie de l’arc, de l’épaisseur de l’acier et du préchauffage.

Comment éviter la fissuration de l’hydrogène

Une fois qu’un acier a été sélectionné et acheté pour le soudage, les options disponibles pour contrer le

possibilité de craquage à l’hydrogène comprennent :

  • Minimiser la retenue des joints de soudure.
  • Eviter les encoches dans la zone de soudure.
  • Utilisez un procédé à faible teneur en hydrogène.
  • Utilisez des consommables à faible teneur en hydrogène et assurez-vous de leur stockage approprié.
  • Utilisez une énergie d’arc élevée pour réduire la vitesse de refroidissement (mais cela peut réduire d’autres propriétés telles que la résistance et la ténacité).
  • Utilisez le préchauffage (et le post-chauffage) ; sa fonction principale est de ralentir la vitesse de refroidissement en dessous de 100°C et de donner plus de temps à l’hydrogène pour se diffuser.