Automatisation avancée du soudage du nickel par robotique

Alliages base nickel et cobalt :

Les alliages base nickel et cobalt sont deux matériaux de soudage résistants à la chaleur souvent groupés car utilisés pour des fins similaires. De la résistance à la chaleur à la corrosion, les alliages base nickel et cobalt, aussi appelés super-alliages, sont les plus importants de la classe résistante à la chaleur.

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

Caractéristiques requises même hors soudage matériaux résistants chaleur :

• Résistance à l'oxydation et à la calamine, propriétés mécaniques adéquates et résistance à haute température, court terme (résistance à chaud) et long terme (fluage).
• Stabilité dans le temps. Conditions sévères peuvent induire changements structure/propriétés, avec formation de fissures.
• Ductilité et résistance à l'attaque intergranulaire à haute température (IGA) importantes. Le soudage ne doit pas dégrader ces propriétés.

Alliages base fer

Les applications résistantes à la chaleur ne sont pas considérées aciers car leur comportement ressemble à d'autres matériaux. Composition complexe avec pourcentages importants de nickel et chrome, autres éléments pour propriétés spéciales.

Alliages base nickel ou cobalt

Autres matériaux résistants chaleur incluent alliages dont le métal de base est nickel ou cobalt, composition modifiée par ajouts d'autres éléments pour fins spéciales.

L'alliage des métaux de base ci-dessus avec divers éléments produit différentes classes. Celles tirant propriétés exclusivement de composition, non améliorables par traitement thermique : durcis par solution solide. Soudage facile. Fer base type : N-155 (Multimet). Nickel base : Inconel 600, Hastelloy X. Cobalt base : L-605 (HS-25), S-816.

Autres classes, durcissables par solution et précipitation (vieillissement), répondent au traitement thermique par réactions subtiles modifiant microstructure pendant chauffage/refroidissement. Fer base : A-286, Incoloy 901. Nickel base : Waspaloy.

Différente classe, propriétés communes aux précédentes : alliages résistants à la corrosion, conçus pour résister aux attaques chimiques agressives, avec ou sans chaleur superposée.

Considérés comme métaux de base, nickel et cobalt ont propriétés intéressantes pour applications température élevée grâce à leur résistance chaleur, surtout turbines à gaz, accessoires fourneaux, systèmes chimiques chauds, et applications résistantes corrosion.

Soudage alliages résistants chaleur

Règle générale : soudage dans condition la plus ductile, souvent recuite ou traitée en solution.
Nickel : élément métallique ductile pour alliages aciers/inox, modifie propriétés. Comme métal de base : résistance remarquable chaleur/corrosion. Peut développer résistance élevée au stress sous chaleur, fondu ou forgé, allié/traité nécessaire.

Matériaux base nickel choisis pour corrosion résistance et propriétés température élevée, avec traitements thermiques adéquats. Couverts par specs, connus par noms commerciaux. Alliages durcis solution solide : soudés recuits. Alliages durcis précipitation forme forgée : soudés condition solution traitée, suivi traitement thermique requis. Noms alliages forgés soudables : Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

Cobalt : métal ductile. Élément d'alliage majeur pour matériaux spéciaux. Comme métal de base allié : propriété majeure résistance oxydation/calamine température élevée, bien que résistance limitée à haute température.

Matériaux base cobalt compositions différentes selon fonte/forgé. Alliages fonte : HS 21, X 40 (Stellite 31), G 34, Mar M 509, FSX 414. Alliages forgés courants : S 816, L605 (HS 25), HS 188, Mar M 918, G 32 B. Tous ~20 % chrome et éléments formateurs carbures (niobium, tantale, zirconium, vanadium). Carbone 0,25-1,0 % fonte, 0,05-0,4 % forgé.

Soudage

Tous grands procédés soudage applicables, sauf éventuellement oxyacétylène non recommandé car flux introduit complications absentes autres techniques.

Soudage par friction utilisable. Pour ceux tirant propriétés solution/précipitation, attention à l'influence chaleur soudage sur propriétés près joint. Si résistance réduite n'est pas objectionnable, pas d'autres limites.

Soudage par résistance, points et cordons, largement utilisé pour alliages résistants chaleur. Beaucoup éléments tôles (chemises combusteurs, porte-flammes, etc. turbines gaz, pièces machines chaudes) soudés points/cordons production/réparation comme aciers inox actuels.

Attention : soudage à l'arc alliages résistants chaleur peut produire fissures, surtout durcis solution/précipitation, pendant soudage ou traitement thermique : développer procédés adaptés éviter fissuration. Tous procédés arc utilisables, certains mieux selon épaisseur.

GTAW (TIG) meilleurs pour sections minces. Bonnes pratiques : fixations avec barre cuivre arrière micro-trous dans rainure pour fin filet argon.

Compositions métal d'apport pour soudage alliages résistants chaleur compatibles métal de base, ductilité pour liberté max fissuration selon ratio dilution apport/base.

Avant soudage alliages précipitation durcissables : libérer contraintes formage/pliage par recuit traitement adapté, possiblement four vide/atmosphère contrôlée prévenir oxydation. Si nécessaire, re-solution et précipitation (vieillissement) immédiatement après soudage. SMAW utilisé parfois pour durcis solution solide, pas pour solution/précipitation.

Contrôle des défauts

Défauts probables : porosité contrôlée par nettoyage avant soudage et élimination contamination surface. Nettoyage pièce et métal d'apport CRITIQUE. Fissures quelconques, cordon ou métal base, jamais admises. Design joint éviter concentration contraintes et contraintes multi-axiales. Apport chaleur élevé produisant forts résidus retrait peut causer fissures.

Soudage haute énergie alliages résistants chaleur : niveaux soudabilité variables selon contrainte pièces pendant soudage. Même alliages nickel fonte, soudabilité très faible, peuvent être soudés faisceau électronique pour applications peu exigeantes.

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