Spécificités du dépôt de Norem02 PTA

D’après les recommandations de l’EPRI [EPR99], lorsque le dépôt est réalisé sur un alliage de fonderie, une sous-couche de beurrage doit être déposée pour sceller le métal de base et fournir un cordon de soudure sain sur lequel déposer le Norem02. Un préchauffage à une température minimale de 93˚C est recommandé lorsque plus de trois couches de revêtement dur doivent être déposées. Il doit être maintenu pendant toute la durée de l’opération de soudage. Il est de plus recommandé de ne pas dépasser l’énergie de soudage atteinte lors du dépôt de la première couche pour les dépôts suivants. La pièce doit être maintenue dans un milieu isolant thermiquement immédiatement après soudage afin de réduire les vitesses de refroidissement. Généralement, le refroidissement de la pièce se fait dans la vermiculite dans le but de réduire la vitesse de refroidissement dans la zone des basses températures.

L’arc plasma présente une densité d’énergie très élevée, ce qui permet de réduire le transfert de chaleur au métal de base et d’accélérer la solidification du bain de fusion. Par conséquent, le taux de dilution qui représente le rapport entre le volume de substrat fondu et le volume total du bain de métal liquide, est faible. Un taux de dilution faible indique que le rechargement est constitué pour une part très importante de métal d’apport, et donc que les caractéristiques du dépôt sont proches de celles du métal d’apport et non de celles d’un mélange entre le métal d’apport et le métal de base. Sur les observations micrographiques réalisées sur des coupes de Norem02 déposé par soudage PTA, il est très difficile de distinguer la ZAT, comme on peut s’en rendre compte sur la figure 1.7.

5

0 mm 5

0 mm

Zone affectée thermiquement

FIGURE1.7: Coupon de Norem02 déposé sur un substrat en acier 316L, après polissage et attaque chimique (HNO3-HF) - 10 couches déposées

D’une manière générale, le taux de dilution a une importance non négligeable sur la soudabilité d’un matériau pour un procédé donné par un apport plus ou moins impor-tant d’éléments d’alliage contenus dans le métal de base et dilués dans le métal fondu. La détermination du pourcentage de dilution est primordiale lors de l’assemblage par soudage de matériaux dissemblables (hétérogènes ou mixtes) et d’aciers plaqués afin de

connaître les structures métallurgiques des zones fondues. Elle permet de sélectionner le type de métal d’apport à utiliser pour optimiser la soudabilité métallurgique du joint à partir du diagramme de Schaeffler, présenté figure 1.8, qui est utilisé en calculant l’équiv-alent matériau du métal de base, indice destiné à prédire la structure du métal à partir d’un équivalent chrome (éléments alphagènes) et d’un équivalent nickel (éléments gam-magènes).

FIGURE1.8:Domaines relatifs aux différents risques métallurgiques sur un diagramme de Scha-effler [Bon01]

Ce type de diagramme, d’abord mis au point par Schaeffler [Sch49], ensuite enrichi par Kotecki [Kot92], permet de choisir un métal d’apport adapté, garant de bonnes pro-priétés métallurgiques, d’apprécier la structure de la zone fondue, et d’appréhender les différents risques métallurgiques lors du soudage. Son intérêt est l’attribution de carac-téristiques générales à chaque domaine et, de ce fait, la prédiction de la nature des risques métallurgiques propres à chacun d’eux :

– domaine austénitique : risque de fissuration à chaud – domaine martensitique : risque de fissuration à froid – domaine ferritique : faible ductilité

l’équivalent chrome sont :

Ni_équivalent= Ni + 0, 5 · Mn + 30 ·C + 0,5 ·Co ^(1.2) Créquivalent= Cr + Mo + 1, 5 · Si + 0,5 · Nb + 0,5 · Ta + 2 · Ti +W +V + Al ^(1.3) Le tableau 1.6 donne la composition chimique de la poudre de Norem02 avant dépôt du revêtement.

Élément C Mn Cr Si Ni Mo N₂ Fe Co

Composition 1,23 % 4,3 % 25,4 % 3,38 % 4,0 % 2,0 % 0,17 % Bal 0,01 % Tableau 1.6: Composition chimique de la poudre de Norem02A destinée au procédé PTA

-Données fournisseur (DELORO STELLITE) [Mer08]

En appliquant les formules de Schaeffler au cas du Norem02A, on obtient :

Ni_équivalent= Ni + 0, 5 · Mn + 30 ·C = 43,1 ^(1.4)

Cr_équivalent= Cr + Mo + 1, 5 · Si + 0,5 · Nb = 32,5 ^(1.5) Les formules de Kotecki [Kot92], qui, à la différence de celles de Schaeffler tiennent compte de la concentration en azote, donnent :

Ni_équivalent= Ni + 35 ·C + 20 · N + 0,25 ·Cu = 50,5 (1.6)

Cr_équivalent= Cr + Mo + 0, 7 · Nb = 27,4 (1.7)

où :

– les concentrations de chaque élément sont exprimées en pourcentage massique, comme dans le tableau 1.6

– Niéquivalentest la contribution des éléments gammagènes, qui élargissent le domaine de stabilité de l’austénite. En règle générale, ces éléments possèdent une structure cubique faces centrées (CFC) comme l’austénite.

– Créquivalentest la contribution des éléments alphagènes qui au contraire le diminuent. Ces éléments ont une structure cubique centrée (CC). Ils favorisent la structure ferritique de l’acier.

Les différents modes de calcul [équations 1.4, 1.5, 1.6 et 1.7] de ces indices ne perme-ttent pas d’appliquer cette méthode de prédiction au cas du Norem02 car sa composition chimique est trop éloignée de celle des aciers inoxydables, pour lesquels ils ont été conçus. Ceci est dû à la concentration plus élevée en carbone du Norem02 par rapport à un acier in-oxydable. Il existe encore d’autres formules permettant de calculer les équivalents nickel et chrome, permettant ainsi une adaptation à des aciers spécifiques [DeL74], en prenant en compte notamment l’azote, qui est un élément très fortement gammagène et qui n’apparaît pas dans la formulation de Schaeffler. Mais dans tous les cas, les équivalents matériaux

obtenus pour le Norem02 sortent des domaines d’application. Toutefois, nous pouvons supposer, par prolongation du diagramme de Schaeffler, que le Norem02 est proche d’un acier inoxydable austénitique, car le carbone est un très fort stabilisant austénitique. En outre, dans le cas d’un matériau multiphasé, il peut être intéressant d’appliquer ces for-mules séparément à chacune des phases, une fois leur composition connue³.

1.3 Les dépôts de revêtement et les phénomènes