L’acier est un matériau essentiel dans les domaines de la fabrication, de la construction et des applications industrielles, et le soudage des métaux est l’un des procédés les plus importants pour assembler des composants en acier. Cependant, tous les aciers ne se comportent pas de la même manière lors du soudage.
Dans cet article, nous nous intéressons à trois nuances d’acier courantes (1018, 1045 et 4140) et explorons leurs différences en termes de comportement lors du soudage, les meilleures pratiques et les précautions recommandées.
Introduction aux nuances d’acier
Avant d’entrer dans les détails du soudage, il est important de comprendre la composition et les caractéristiques de chacune de ces nuances d’acier :
Acier 1018
- Type : Acier à faible teneur en carbone (également appelé acier doux)
- Teneur en carbone : ~0,18 %
- Propriétés clés :
- Excellente soudabilité
- Bonne usinabilité
- Résistance modérée
- Facilement formable à froid et usinable
Acier 1045
- Type : Acier au carbone moyen
- Teneur en carbone : ~0,45 %
- Propriétés clés :
- Résistance et dureté supérieures à celles du 1018
- Soudabilité modérée
- Nécessite un préchauffage et un traitement post-soudage
Acier 4140
- Type : Acier allié (acier au chrome-molybdène)
- Teneur en carbone : ~0,40 %
- Éléments d’alliage : Chrome (~0,8-1,1 %), molybdène (~0,15-0,25 %)
- Propriétés clés :
- Haute résistance et ténacité
- Résistance à l’usure
- Mauvaise soudabilité sans préchauffage/post-chauffage
- Généralement traité thermiquement (trempé et revenu)
Aperçu de la soudabilité
| Propriété | Acier 1018 | Acier 1045 | Acier 4140 |
|---|---|---|---|
| Carbone % | ~0.18% | ~0.45% | ~0.40% |
| Soudabilité | Excellent | Modéré | Difficile |
| Préchauffage requis | None | Oui (100–300 °C) | Oui (200–400 °C) |
| Traitement thermique après soudage | Non requis | Recommandé | Obligatoire |
| Risque de fissuration | Faible | Modéré | Élevée |
1. Soudage de l’acier 1018
Caractéristiques :
Le 1018 est l’un des aciers les plus faciles à souder en raison de sa faible teneur en carbone. Il réagit bien aux procédés de soudage MIG (GMAW), TIG (GTAW) et à l’électrode enrobée (SMAW).
Considérations relatives au soudage :
- Préchauffage/post-chauffage : non requis dans des conditions normales.
- Matériau d’apport : ER70S-6 (pour MIG/TIG) ou E7018 (pour Stick)
- Aspect de la soudure : propre, porosité minimale
- Gaz de protection : 75 % d’argon / 25 % de CO₂ (pour MIG)
Avantages :
- Excellente ductilité et ténacité après soudage
- Risque de fissuration faible à nul
- Contrainte résiduelle minimale
Applications courantes :
- Composants structurels
- Fabrication générale
- Mobilier et cadres
2. Soudage de l’acier 1045
Caractéristiques
L’acier 1045 contient plus de carbone que le 1018, ce qui lui confère une dureté et une résistance supérieures, mais il présente également un risque plus élevé de fissuration pendant le soudage.
Considérations relatives au soudage :
- Préchauffage : nécessaire pour réduire le choc thermique et éviter la fissuration (plage typique : 200-300 °C)
- Traitement thermique après soudage : recommandé pour soulager les contraintes et restaurer les propriétés mécaniques
- Matériau d’apport :
- ER70S-6 ou ER80S-D2 (pour MIG/TIG)
- E7018 (pour électrode enrobée)
- Gaz de protection : identique au 1018
Précautions :
- Éviter de souder dans un environnement froid
- Veiller à un refroidissement lent après le soudage (par exemple, à l’aide d’une couverture de soudage)
- Utiliser des cordons de soudure plutôt que des cordons entrecroisés pour un meilleur contrôle
Problèmes potentiels :
- Formation de microstructures dures et cassantes dans la zone affectée par la chaleur (HAZ)
- Risque de fissuration à froid si le préchauffage n’est pas correct
Applications courantes :
- Arbres
- Engrenages
- Boulons et axes
3. Soudage de l’acier 4140
Caractéristiques :
Le 4140 est un acier allié au chrome et au molybdène apprécié pour sa résistance et sa dureté exceptionnelles, en particulier après traitement thermique. Cependant, ces qualités peuvent rendre le soudage plus difficile.
Considérations relatives au soudage :
- Préchauffage : obligatoire pour éviter la fissuration (200 à 400 °C selon l’épaisseur)
- Traitement thermique après soudage :
- Détente à 600-650 °C
- Revenue si trempé et revenu au préalable
- Matériau d’apport :
- ER80S-D2 ou ER90S-B3 (pour correspondre à la résistance)
- E10018-D2 (pour baguette)
- Gaz de protection : mélange argon/CO₂ ou argon pur pour le soudage TIG
Défis :
- La trempabilité élevée augmente le risque de fissuration induite par l’hydrogène
- Dureté importante de la zone affectée par la chaleur
- Perte potentielle du traitement thermique (recuit) dans la zone soudée
Conseils techniques de soudage :
- Maintenir un préchauffage constant sur toute la pièce
- Réduire au minimum les fluctuations de température entre les passes
- Laisser refroidir lentement sous isolation
Applications courantes :
- Pièces soumises à des contraintes élevées (vilebrequins, arbres de transmission, moules)
- Outils pour l’industrie pétrolière et gazière
- Composants de machines lourdes
Recommandations pour le processus de soudage
| Processus | Acier 1018 | Acier 1045 | Acier 4140 |
|---|---|---|---|
| MIG (GMAW) | Très adapté | Compatible avec le préchauffage | À utiliser avec précaution, préchauffage/refroidissement nécessaire |
| TIG (GTAW) | Excellent | Bon avec un soudeur qualifié | Difficile, risque élevé sans contrôle |
| Bâton (SMAW) | Facile à appliquer | Commun pour les travaux de structure | Utilisé avec les procédures pré/post-soudage |
| FCAW | Applicable | Applicable | Uniquement avec la procédure appropriée |
Résumé du traitement thermique avant et après soudage
Acier 1018 :
- Préchauffage : non nécessaire
- Post-chauffage : non nécessaire
Acier 1045 :
- Préchauffage : 200 à 300 °C
- Post-chauffage : détente recommandée, 550 à 650 °C
Acier 4140 :
- Préchauffage : 200 à 400 °C selon l’épaisseur
- Post-chauffage : détente obligatoire à environ 600 °C, revenu si nécessaire
Défauts courants de soudage et leurs solutions
| Défaut | Cause dans 1045/4140 | Méthode de prévention |
|---|---|---|
| Fissuration à froid | Haute teneur en carbone/martensite dure | Préchauffage, refroidissement contrôlé, électrodes à faible teneur en hydrogène |
| Porosité | Contaminants | Nettoyez la surface, utilisez des tiges/fils secs. |
| Fissures sous les baguettes | Haute trempabilité | Refroidissement lent, recuit après soudage |
| Manque de fusion | Technique médiocre | Vitesse de déplacement adéquate, ampérage correct |
Conclusion
Le choix de l’acier approprié pour le soudage nécessite une compréhension claire de sa composition chimique et de sa réaction à la chaleur afin de garantir l’intégrité structurelle et la fiabilité à long terme. Voici un bref récapitulatif :
- L’acier 1018 est l’option la plus facile à souder, idéale pour les débutants et la fabrication générale.
- L’acier 1045 offre une plus grande résistance, mais nécessite un préchauffage et un traitement après soudage pour éviter la fragilité et la fissuration.
- L’acier 4140, bien que très durable, est le plus difficile à souder en raison de sa teneur en alliages et de sa sensibilité au traitement thermique. Il nécessite un contrôle minutieux de la température avant, pendant et après le soudage.