Définition
C'est la région du métal de base qui n'a pas été fondue lors du soudage, mais dont la microstructure et les propriétés mécaniques ont changé en raison de la chaleur de la soudure.
Beaucoup de gens confondent la ZAT avec la zone fusionnée.
Bien que la zone fondue subisse de nombreuses transformations chimiques et métallurgiques au cours de sa fusion et de sa solidification, et soit donc affectée par la chaleur ou la température, ce n'est pas ce que nous appelons HAZ.
Pour mieux comprendre la distinction de ces définitions, veuillez regarder l'image ci-dessous :
La faiblesse de la HAZ
La HAZ est une région qui peut devenir le point faible de un joint de soudure qui, dans des conditions normales, serait suffisamment résistant.
Ceci est courant dans les aciers au carbone, où outre le fait que la ZAT soit moins résistante que le métal fondu (WM), elle peut être une source de défauts et la source d'une défaillance catastrophique.
Même s'il est moins résistant que le WM, la qualification d'un mode opératoire de soudage doit garantir que le HAZ est plus résistant ou au moins préserve les caractéristiques du métal de base d'origine.
Certaines des raisons de la fragilité de la ZAT d'un acier au carbone peuvent être vues ci-dessous :
- Les grains de la ZAT croissent en raison de la chaleur et des pics de température. Les microstructures à gros grains ont une ténacité plus faible à basse température et, en général, une résistance à la corrosion plus faible.
- La chaleur favorise également la coalescence et la sphéronisation des composants en acier, comme la cémentite, réduisant la résistance mécanique.
- Le cycle thermique typique du soudage et son refroidissement rapide de la ZAT peuvent aider et améliorer la formation d'une structure cristalline dure et cassante connue sous le nom de martensite.
- La structure martensitique générée est fondamentale pour l'absorption d'hydrogène et le craquage (craquage à froid). Cette fissure n'est généralement pas visible à l'œil nu, mais peut gravement compromettre les performances ou réduire la durée de vie de l'équipement.
- L'augmentation de la dureté causée par la nouvelle microstructure martensitique diminue la résistance à la corrosion et aux chocs.
Une observation est que d'autres types de matériaux peuvent avoir une ZAT plus forte, contrairement à notre paradigme traditionnel. Par conséquent, d'autres considérations peuvent s'appliquer.
Régions d'une ZAT
Les concepts de fragilisation ci-dessus sont génériques. En plus de varier d'un matériau à l'autre, ils présentent des variations au sein de la ZAT elle-même.
Selon GRONG & AKSELSEN, une soudure monopasse peut être divisée en 5 régions très caractéristiques, en fonction de la température de pointe :
- Région partiellement fondue : Température proche du point de fusion.
- Région à grain grossier : température maximale supérieure à 1 100 °C.
- Région à grain fin : température maximale juste au-dessus de la température de transformation critique.
- Région intercritique : température maximale légèrement inférieure à la température de transformation critique.
- Région sous-critique : Température maximale légèrement inférieure à la température AC1 ou AR1.
La représentation ci-dessous offre une parfaite analogie entre la distribution thermique, les pics de températures atteints et le découpage en régions.
Un soudage multipasse présente naturellement une plus grande complexité d'analyse, car les passes suivantes vont tempérer les précédentes.
Il est important de noter que la généralisation du sujet ci-dessus est uniquement pour faciliter la compréhension (didactique) et orienter les efforts de contrôle qualité.
L'extension d'une ZAT
Il est à noter que la ZAT est la zone affectée par la chaleur (température) dans le métal de base, et qu'elle n'est pas synonyme de zone chauffée.
La région qui a sa température augmentée est beaucoup plus grande, mais nous ne considérons que la zone « affectée » ou « endommagée » par la chaleur comme une ZAT.
Voir ci-dessous deux macrographies avec une indication de la ZAT. La macro de droite est beaucoup plus évidente étant donné la couleur beaucoup plus foncée de la ZAT.
Le changement de propriété du matériau dépendra principalement de :
- Matériau de base.
- Coefficient de conductivité thermique.
- Température de préchauffage.
- Apport de chaleur.
Matériau de base
Les caractéristiques de la ZAT dépendent fondamentalement du cycle thermique et de la distribution thermique. Et cela dépend du type de métal de base et de la procédure de soudage.
Selon le type de métal à souder, les effets du cycle thermique peuvent varier considérablement.
Dans le cas de métaux non transformables (par exemple l'aluminium), le changement structurel le plus marqué sera la croissance des grains (ou le recuit dans le cas des alliages écrouis).
Coefficient de conductivité thermique
Le La conductivité du matériau de base joue un grand rôle.
Si le coefficient est élevé, le matériau a une vitesse de refroidissement élevée et une petite zone affectée thermiquement.
Un faible coefficient entraîne une concentration de chaleur plus élevée, une vitesse de refroidissement plus lente et, par conséquent, une ZAT plus élevée.
Apport de chaleur (par procédé de soudage)
Le la quantité de chaleur introduite par le processus de soudage joue un rôle important, par exemple :
- Le soudage au gaz a un apport de chaleur élevé, ce qui augmente la taille de la ZAT.
- Le soudage au laser, en revanche, donne une quantité de chaleur très concentrée et limitée, ce qui entraîne une petite ZAT.
- Le soudage à l'arc se situe entre ces deux extrêmes, avec une grande variation entre chaque procédé en fonction de l'apport de chaleur.
Version en Anglais
En savoir plus sur le Soudage
Citation
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Luz, Gelson. Qu'est-Ce Que La Zone Affectée Par La Chaleur (ZAT ou HAZ). Le blog matériaux de Gelsonluz.com. jj/mm/aaaa. URL.
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