Baguette de soudage en alliage à base de nickel Monel K500

Le Monel K500 peut être soudé, et le joint ne sera pas aussi résistant que l'alliage qu'il joint. Ce n'est pas un défaut de la procédure. C'est une propriété du seul métal d'apport recommandé pour le travail, et c'est la première chose qu'un fabricant doit savoir avant que le dessin ne soit fixé.

La raison réside dans une seule phrase publiée. Le métal d'apport déposé par le grade utilisé pour cet alliagen'est pas durcissable par vieillissement, et lorsqu'il est utilisé pour joindre du Monel K500, il a une résistance inférieure à celle du métal de base. Le Monel K500 tire sa résistance d'un traitement thermique qui précipite des particules dans tout le matériau. Le métal d'apport correspondant a une chimie similaire mais aucune réponse de vieillissement utilisable, donc un traitement thermique post-soudage durcit le métal de base autour de la soudure et laisse le métal de soudure là où il était.

Un métal d'apport est recommandé pour joindre cet alliage, et il est désigné dans tous les systèmes de classification qu'un acheteur est susceptible de commander. Le même fil répond à tous, c'est pourquoi une demande citant un système et un certificat de fabrication citant un autre peuvent décrire le même produit.

Deux de ces numéros sont faciles à intervertir et méritent d'être séparés une fois. Le métal d'apport est 2.4377. Le métal de base est 2.4375. Ils diffèrent par le dernier chiffre, et ce sont des matériaux différents.

Les deux chiffres ci-dessous proviennent de deux documents différents, et les mettre côte à côte est la raison d'être de cette page. L'un est le minimum que le métal d'apport doit fournir. L'autre est le minimum que le métal de base doit fournir dans l'état où la plupart des pièces sont achetées.

Le dépôt est garanti àla moitié de la résistance à la tractionde la barre durcie par vieillissement qu'il joint, et l'écart n'est pas comblé par quoi que ce soit fait après le soudage. La description publiée du dépôt est que ses propriétés sont similaires à celles de l'alliage Monel 400, ce qui est la bonne façon de penser : un assemblage soudé K500 contient une région de matériau de niveau alliage 400 qui le traverse.

Deux conséquences découlent pour le dessin. Un joint soudé en K500 doit être placé là où la conception permet une région de moindre résistance, ce qui signifie généralement loin de la section la plus sollicitée. Et là où la pleine résistance vieillie doit traverser un joint, le joint doit être réalisé par une méthode qui ne repose pas sur le métal d'apport, ou la pièce doit être redessinée pour éviter le joint.

Les conseils publiés sur l'alliage se situent à côté et ne le contredisent pas, bien que les deux donnent l'impression qu'ils pourraient le faire. Le bulletin de l'alliage indique que des soudures peuvent être produites avec la résistance du métal de base durci par vieillissement si le traitement de vieillissement est appliqué après le soudage, ce qui est une déclaration sur l'assemblage. La fiche technique du métal d'apport indique que le métal de soudure n'est pas durcissable par vieillissement, ce qui est une déclaration sur le dépôt. Les deux sont vrais : le métal de base autour d'une soudure retrouve sa résistance vieillie lorsque l'assemblage soudé est vieilli, et le dépôt ne le fait pas.

C'est la partie de la procédure qui est le plus souvent compressée, et la compresser produit une pièce qui échoue à l'inspection ou échoue tôt en service. La séquence publiée pour un composant K500 soudé comprend un recuit entre le soudage et le vieillissement, ce qui signifie trois opérations thermiques au total.

L'étape de recuit a une deuxième conséquence qui va au-delà de la soudure. Chaque partie de l'assemblage passe par 850 à 900 °C puis par le cycle de vieillissement, donc tout ce qui est joint dans la même fabrication doit survivre aux deux. Un joint, un joint d'étanchéité, un raccord boulonné ou un insert qui ne peut pas supporter ces températures doit être installé après le traitement thermique, ce qui est une décision de routage et non de soudage et mérite d'être réglé au stade du dessin.

Les conseils publiés mettent également en garde contre l'autre direction. Le matériau sur-vieilli ne peut pas être récupéré par un traitement de vieillissement supplémentaire : la pièce doit être recuite en solution à 1 800 à 1 900 °F pour redissoudre le précipité, puis vieillie à nouveau, et le bénéfice de tout travail à froid est perdu dans ce recuit. Un assemblage soudé qui reste trop longtemps à température n'a donc pas de retour à son état de conception.

Les électrodes enrobées constituent l'autre moitié de la gamme, et elles sont désignées par le préfixe EN et non ER. Les deux préfixes ne sont pas interchangeables et ne sont pas destinés au même procédé : les grades ER sont des fils et des tiges nus pour le travail sous protection gazeuse, et les grades EN sont des électrodes enrobées pour l'arc métallique manuel. Le tableau ci-dessous associe chaque électrode enrobée au matériau de base pour lequel elle est destinée.

Trois corrections valent la peine d'être reportées de ce tableau, car les pages publiées se trompent sur chacune d'elles. Le Monel 400 estN04400 ; N02200 est le Nickel 200, qui est un alliage différent et une famille différente. L'alliage 825 estIncoloy 825 et non Inconel, car les grades Incoloy sont la famille nickel-fer-chrome. Et l'électrode enrobée pour 254SMO est ENiCrMo-3, qui est la même désignation que celle utilisée pour l'Inconel 625, car le métal d'apport est choisi pour la chimie du joint et non pour le nom du métal de base.

L'une des raisons pour lesquelles le Monel K500 est spécifié est qu'il est non magnétique, et un composant soudé peut perdre cette propriété à la soudure. La description publiée de l'alliage est qu'il est non magnétique jusqu'à −100 °C à l'état durci par vieillissement, avec une perméabilité magnétique relative à température ambiante de 1,0015 ou moins. Le métal de soudure a une qualité inférieure à cet égard, et la raison est la phrase déjà citée : le dépôt a des propriétés similaires à celles du Monel alliage 400.

L'alliage 400 est le seul grade nickel-cuivre dont la température de Curie tombe dans la plage ambiante. Sa plage publiée est de 21 à 49 °C, avec la note accompagnant que la valeur est affectée par la composition et que certains lots seront donc magnétiques à température ambiante tandis que d'autres ne le seront pas. Suite à la déclaration publiée selon laquelle le dépôt se comporte comme l'alliage 400, une soudure K500 réalisée avec ce métal d'apport porte une région dont le comportement magnétique à température ambiante est moins certain que celui du métal de base qui l'entoure.

Pour un composant dont le but est d'éviter de perturber un capteur magnétique, cela doit être géré délibérément et non supposé. Les options pratiques sont de maintenir la soudure à l'écart du capteur, de spécifier une vérification de la perméabilité magnétique sur le composant fini et non sur le métal de base seul, ou d'éviter complètement le soudage dans la région sensible. Une commande qui spécifie le métal de base et reste silencieuse sur la soudure n'a pas spécifié la propriété qui compte.

Les directives de fabrication publiées pour cette famille sont inhabituellement prescriptives concernant l'atelier, et la raison est que les alliages de nickel sont intolérants à la contamination que l'acier au carbone tolère sans conséquence.

ERNiCu-7 pour le soudage TIG, MIG et MAG sous arc submergé, également désigné AWS A5.14 ERNiCu-7 et UNS N04060, avec le nom commercial Monel Filler Metal 60. L'équivalent électrode enrobée pour l'arc métallique manuel est ENiCu-7. La désignation allemande est SG-NiCu30MnTi avec le numéro de matériau 2.4377, et la désignation internationale est SNi4060, ou NiCu30Mn3Ti.

Non. La déclaration publiée est que le métal de soudure n'est pas durcissable par vieillissement et a une résistance inférieure à celle du métal de base lorsqu'il est utilisé pour joindre du K500. Les chiffres concrétisent la taille de l'écart : le métal d'apport est spécifié à une résistance à la traction minimale de 70 000 psi, ou 483 MPa, tandis que la barre K500 durcie par vieillissement est spécifiée à un minimum de 140 ksi, ou 965 MPa. Le dépôt est garanti à la moitié de la résistance de la barre qu'il joint, et aucun traitement post-soudage ne comble cet écart.

Il renforce le métal de base autour de la soudure et non le métal de soudure. Les conseils sur l'alliage selon lesquels des soudures peuvent être produites avec la résistance du métal de base durci par vieillissement si le vieillissement est appliqué après le soudage décrivent l'assemblage. La déclaration de la fiche technique du métal d'apport selon laquelle le métal de soudure n'est pas durcissable par vieillissement décrit le dépôt. Les deux sont corrects, et interpréter le premier comme une déclaration sur le métal de soudure est l'erreur que cette distinction vise à prévenir.

Souder la pièce avec le métal de base dans l'état recuit en solution, puis recuire le composant soudé entre 850 et 900 °C avec un refroidissement aussi rapide que possible, puis le durcir par vieillissement. La plage de durcissement par vieillissement publiée est de 580 à 610 °C, avec 4 à 16 heures pour les tiges et les pièces forgées, un refroidissement au four à environ 12 °C par heure jusqu'à 480 °C, puis un refroidissement à l'air. Le recuit entre le soudage et le vieillissement est l'étape la plus souvent omise.

Il ne le devrait pas. Les conseils publiés sont d'éviter de souder du matériau durci par vieillissement en raison d'une ductilité considérablement réduite. La séquence qui fonctionne est de souder dans l'état recuit et d'appliquer le traitement de vieillissement par la suite. Lorsqu'une pièce a été vieillie puis doit être jointe, les options sont de retirer le vieillissement en recuisant d'abord en solution, ou de modifier la conception du joint.

ENiCu-7, qui est l'électrode enrobée pour la famille nickel-cuivre et partage le numéro de désignation avec le fil nu utilisé pour le K500. Une page publiée sur ce sujet donne le Monel 400 comme N02200 ; le numéro UNS correct est N04400. N02200 est le Nickel 200, un nickel de pureté commerciale et un matériau différent.

Le Monel K500 est soudé avec un métal d'apport nickel-cuivre, désigné ERNiCu-7 comme fil nu et ENiCu-7 comme électrode enrobée, avec le numéro de matériau 2.4377 contre 2.4375 pour le métal de base. Ce métal d'apport n'est pas durcissable par vieillissement, de sorte que le dépôt est garanti à 70 000 psi, ou 483 MPa, contre le minimum de 140 ksi, ou 965 MPa, de la barre durcie par vieillissement qu'il joint. Le joint est donc la région la plus faible du composant par conception et non par erreur, et il doit être placé en conséquence. La séquence correcte est de trois étapes thermiques et non deux : souder dans l'état recuit avec la température interpasse maintenue en dessous de 120 °C, recuire entre 850 et 900 °C, puis vieillir à 580 à 610 °C. La zone de travail, l'outillage et le régime de nettoyage sont tous plus importants qu'ils ne le seraient sur de l'acier au carbone, car l'alliage est moins tolérant à la contamination.

Les consommables de soudage nickel-cuivre et le métal de base correspondant sont fournis depuis Changzhou, Jiangsu, sous forme de fil nu et d'électrode enrobée décrits ci-dessus, à partir d'une usine certifiée ISO 9001 et auditée par SGS. Envoyez les matériaux de base, le procédé et si le joint doit supporter la résistance vieillie, et le métal d'apport et la séquence découleront de ces trois réponses.

1. Fiche technique produit Special Metals pour MONEL Filler Metal 60. Source pour les métaux d'apport et les métaux de base auxquels il est destiné, la déclaration selon laquelle le métal de soudure n'est pas durcissable par vieillissement et a une résistance inférieure à celle du K500 lorsqu'il est utilisé pour le joindre, la similitude du métal déposé avec l'alliage 400, la résistance à la traction minimale de 70 000 psi et l'allongement de 30 %, la composition chimique limitante, la liste des désignations AWS, ASME, BS, DIN et ISO, la couche barrière recommandée pour certaines conditions d'arc sous protection de gaz, le flux pour arc submergé, et les diamètres et longueurs droites disponibles.
2. Fiche technique VDM Metals pour Alloy K-500, Nicorros Al. Source pour la section soudage : l'exigence que le matériau soit dans l'état recuit en solution pour le soudage, la température interpasse maximale de 120 °C, la recommandation de recuire entre 850 et 900 °C après soudage et avant durcissement par vieillissement, la plage et les durées de durcissement par vieillissement, l'exigence de protection de la racine, la technique par impulsions, les exigences de nettoyage et de lieu de travail, les restrictions d'outils et de machines, le retrait de la teinte de chaleur et la séquence de décapage, et la déclaration que l'alliage est non magnétique jusqu'à moins 100 °C à l'état durci par vieillissement.
3. La même fiche technique, sur le traitement de durcissement par vieillissement et ses limites. Source pour la plage de 580 à 610 °C, la rétention de 4 à 16 heures pour les tiges et les pièces forgées, le taux de refroidissement au four d'environ 12 °C par heure jusqu'à 480 °C, et le cycle raccourci à 640 °C.
4. ASTM B865, barres, tiges, fils et pièces forgées en alliage nickel-cuivre-aluminium durcissable par précipitation. Source pour les valeurs minimales de traction, de limite d'élasticité et d'allongement pour les barres et tiges durcies par vieillissement utilisées dans la comparaison du dépôt par rapport au métal de base.
5. Bulletin technique Special Metals SMC-062, MONEL alloy K-500. Source pour les conseils selon lesquels le soudage de matériau durci par vieillissement doit être évité en raison d'une ductilité considérablement réduite, que des soudures peuvent être produites avec la résistance du métal de base durci par vieillissement si le vieillissement est appliqué après le soudage, que le matériau sur-vieilli doit être recuit en solution avant de pouvoir être ré-vieilli, et la plage de température de Curie citée pour l'alliage 400.
6. Bulletin technique Special Metals SMC-053, MONEL alloy 400. Source pour la plage de température de Curie de 21 à 49 °C, la note selon laquelle elle se situe dans la plage ambiante, de sorte que certains lots sont magnétiques à température ambiante, et le numéro UNS N04400 pour cet alliage.
7. Enregistrements de livraison détenus par DLX Alloy couvrant les consommables de soudage nickel-cuivre et le métal de base. Source pour les formes fournies.

Tout ce qui précède est une valeur publiée pour le grade nommé, et rien de tout cela n'est un critère d'acceptation pour une fabrication particulière. Ce qu'atteint un joint dépend de l'état du matériau de base, de la conception du joint, de l'apport de chaleur et de la séquence de traitement thermique pris ensemble, c'est pourquoi une procédure est qualifiée sur l'assemblage et non sur le fil. Sur la température de Curie du matériau de base, deux sources publiées diffèrent légèrement ; les chiffres ci-dessus sont attribués à la source dont ils proviennent.