Automatisation du soudage au nickel à l'aide de robots

Alliages de nickel et de cobalt :

Les alliages à base de nickel et de cobalt sont deux matériaux de soudage résistants à la chaleur qui sont souvent regroupés car ils sont utilisés à des fins similaires. De la résistance à la chaleur à la résistance à la corrosion, les alliages à base de nickel et de cobalt, également appelés superalliages, sont les plus importants de la classe de résistance à la chaleur.

Les alliages résistants à la chaleur sont des métaux développés pour résister aux conditions sévères qui prévalent en service à des températures élevées où d'autres matériaux plus courants échoueraient.

Quelles caractéristiques sont requises même lorsqu'on ne soude pas des matériaux résistants à la chaleur ?

• Résistance à l'oxydation et à l'entartrage, propriétés mécaniques adéquates et résistance à haute température, à la fois à court terme (résistance à la traction à chaud) et à long terme (résistance au fluage).
• Stabilité dans le temps. Les conditions de service sévères affectant ces matériaux peuvent induire des changements dans la structure et les propriétés, avec une formation supplémentaire de fissures.
• La ductilité et la résistance à l'attaque intergranulaire à haute température (IGA) sont également importantes. Le soudage d'alliages résistant à la chaleur ne doit pas dégrader ces propriétés.

Alliages à base de fer

Les applications résistantes à la chaleur ne sont pas considérées comme des aciers car leur comportement est similaire à d'autres types de matériaux. Leur composition est complexe et comprend des pourcentages importants de nickel et de chrome, avec d'autres éléments ajoutés pour fournir des propriétés particulières.

Alliages à base de nickel ou de cobalt

D'autres matériaux résistants à la chaleur comprennent des alliages dont le métal de base est le nickel ou le cobalt, tandis que leur composition est modifiée par l'ajout d'autres éléments différents à des fins spéciales.

L'alliage des métaux de base comme ci-dessus avec divers éléments produit différentes classes de matériaux. Ceux qui tirent leurs propriétés exclusivement de leur composition et ne sont pas susceptibles d'être améliorés par un traitement thermique sont désignés comme durcis par solution solide. Le soudage de matériaux résistant à la chaleur de ce type est facile à réaliser. La base de fer typique de ce type est appelée N-155 (ou Multimet). Les bases de nickel typiques sont l'Inconel 600 et l'Hastelloy X. Les bases de cobalt typiques sont le L-605 (ou HS-25) et le S-816.

D'autres classes, dites durcissables par mise en solution et précipitation (ou vieillissement), répondent au traitement thermique en raison de réactions subtiles qui modifient leur microstructure, se produisant lors du chauffage et du refroidissement. Les bases en fer typiques de ce type sont A-286 et Incoloy 901. La base en nickel typique est Waspaloy.

Une classe différente de matériaux, avec un large ensemble de propriétés en commun avec celles discutées ci-dessus, sont appelées alliages résistants à la corrosion, conçus pour résister à l'attaque par des produits chimiques agressifs, avec ou sans l'influence de la chaleur superposée.

Lorsqu'ils sont considérés comme des métaux de base, le nickel et le cobalt ont un ensemble de propriétés intéressantes qui les rendent utiles pour les applications à température élevée en raison de leur résistance à la chaleur, en particulier pour les turbines à gaz, les accessoires de four, les systèmes de traitement chimique à chaud, ainsi que pour les applications de résistance à la corrosion.

Soudage d'alliages résistants à la chaleur

En règle générale, le soudage des matériaux résistant à la chaleur doit être effectué dans leur état le plus ductile, souvent désigné comme l'état recuit ou traité en solution.
Le nickel est un élément métallique ductile utilisé pour l'alliage des aciers et des aciers inoxydables, et en tant que tel il modifie les propriétés des alliages en cause. En tant que métal de base, il est utilisé pour sa remarquable résistance à la chaleur et à la corrosion. En particulier, il peut développer une résistance élevée aux contraintes thermiques, à la fois sous forme moulée ou forgée, lorsqu'il est allié et traité selon les besoins.

Les matériaux à base de nickel sont sélectionnés pour leur résistance à la corrosion et leurs propriétés à température élevée, avec des traitements thermiques adéquats. Bien que couverts par des spécifications, ils sont surtout connus sous des noms commerciaux. Les alliages durcis par Solid Solution sont facilement soudés à l'état recuit. Les alliages durcissables par précipitation sous forme corroyée sont soudés dans un état traité en solution, suivi d'un traitement thermique selon les besoins. Parmi les noms d'alliages corroyés soudables, nous pouvons citer quelques-uns ci-dessous :Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

Le cobalt est également un métal ductile. Il est utilisé comme élément d'alliage majeur pour une large sélection de matériaux à usage spécial. En tant que métal de base, allié à d'autres éléments, sa principale propriété est sa capacité à résister à l'oxydation et à l'entartrage à température élevée, bien qu'il ne développe qu'une résistance limitée à haute température.

Les matériaux à base de cobalt ont des compositions quelque peu différentes selon qu'ils sont sous forme coulée ou corroyée. Certains des alliages coulés sont connus sous les noms suivants :HS 21, X 40 (Stellite 31), G 34, Mar M 509 et FSX 414.

Les alliages forgés courants incluent :S 816, L605 (HS 25), HS 188, Mar M 918 et G 32 B. Tous contiennent environ 20 % de chrome et certains éléments formant du carbure comme le niobium, le tantale, le zirconium et le vanadium. La teneur en carbone est de 0,25 à 1,0 % pour les alliages de fonderie et de 0,05 à 0,4 % pour les alliages corroyés.

Soudure

Tous les principaux procédés de soudage sont applicables, à l'exception éventuellement de la méthode oxyacétylénique qui n'est pas recommandée car l'utilisation de flux introduit des complications qui ne sont pas présentes avec d'autres techniques.

Soudage par friction peut être utilisé pour souder des matériaux résistants à la chaleur. Pour ceux qui obtiennent leurs propriétés par durcissement par solution et précipitation, il faut être conscient de l'influence de la chaleur de soudure sur les propriétés à proximité immédiate du joint. Si le résultat d'une résistance réduite n'est pas répréhensible, il n'y a pas d'autres considérations limitatives.

Soudage par résistance , le point et la couture sont largement utilisés pour le soudage d'alliages résistant à la chaleur. En particulier, de nombreux éléments en tôle résistant à la chaleur, tels que les chemises de chambre de combustion, les accroche-flammes et de nombreux autres éléments des moteurs à turbine à gaz modernes et d'autres pièces de machines de travail à chaud sont soudés par points et à la couture en tant que procédures de production ou de réparation de la même manière que ce qui est fait avec plus de courant. aciers inoxydables.

Il convient de noter que dans de nombreux cas, les alliages résistants à la chaleur de soudage à l'arc peuvent produire des fissures, en particulier dans ceux durcis par des traitements thermiques de mise en solution et de précipitation, pendant le soudage ou pendant le traitement thermique :c'est pourquoi une grande attention doit être accordée pour éviter la fissuration en développant procédures adaptées. Tous les procédés de soudage à l'arc peuvent être utilisés, mais certains sont plus adaptés que d'autres selon l'épaisseur des matériaux.

Soudage à l'arc sous gaz tungstène les alliages résistants à la chaleur sont les meilleurs pour les sections minces. C'est une bonne pratique d'avoir des luminaires maintenant les éléments équipés d'une barre de cuivre de secours avec de minuscules trous aboutant dans une rainure à travers laquelle un mince flux d'argon est fourni.

Les compositions de métal d'apport pour le soudage d'alliages résistant à la chaleur doivent être compatibles avec celles du métal de base et d'une ductilité telle qu'elles offrent une absence maximale de fissuration lorsque l'on considère le rapport de dilution de la charge sur le métal de base.

Avant de souder des alliages durcissables par précipitation résistant à la chaleur, ils doivent être soulagés de toutes les contraintes de formage ou de flexion par un traitement thermique de recuit approprié, éventuellement dans un four sous vide ou à atmosphère contrôlée afin d'éviter l'oxydation. Si nécessaire, un traitement de remise en solution et de précipitation (vieillissement) doit suivre immédiatement le soudage. Le soudage à l'arc sous protection métallique est parfois utilisé pour les alliages résistants à la chaleur renforcés en solution solide, mais n'est pas utilisé pour les alliages durcis en solution et par précipitation.

Contrôle des défauts

Parmi les défauts susceptibles d'apparaître dans ce type de soudage d'alliages résistants à la chaleur, la porosité est contrôlée par un nettoyage approprié avant le soudage et l'élimination de la contamination de surface. Le nettoyage de la pièce et du métal d'apport avant le soudage d'alliages résistant à la chaleur est essentiel. Les fissures de tout type, dans la soudure ou dans le métal de base ne sont jamais admises. La conception des joints doit éviter la concentration des contraintes et les contraintes multiaxiales. Un apport de chaleur élevé produisant d'importantes contraintes de retrait résiduelles peut également être une cause de fissures.

Le soudage à haute énergie d'alliages résistant à la chaleur présente différents niveaux de soudabilité en fonction de la mesure de contrainte subie par les pièces lors du soudage. Même les alliages de nickel coulé, qui présentent normalement une très faible soudabilité, peuvent être soudés par faisceau d'électrons pour des applications peu exigeantes.

Si vous êtes intéressé par l'automatisation d'une application de soudage au nickel ou au cobalt, contactez notre personnel au 877-762-6881 ou remplissez un formulaire de contact et nos ingénieurs pourront déterminer les meilleures options pour vos besoins de processus.