Fil de soudage fourré au carbure de bore 80#

1. Que signifie cette description ?

• Carbure de bore (B₄C) : C’est l’ingrédient clé. Le carbure de bore est l’un des matériaux les plus durs connus, juste après le diamant et le nitrure de bore cubique. Sa dureté Mohs se situe entre 9 et 10. Cette dureté extrême confère au dépôt de soudure sa principale propriété :  une résistance exceptionnelle à l’abrasion .
• 80# : Ce symbole indique la granulométrie des particules abrasives en carbure de bore  avant leur incorporation au fil. Le symbole « # » fait référence à la norme de granulométrie américaine (US Mesh). Un grain de 80 Mesh correspond à une taille de particule moyenne d’environ 180 microns (0,007 pouce). Il s’agit d’un grain relativement grossier, adapté à une forte abrasion plutôt qu’à une finition lisse.
• Fil fourré pour soudage (FCAW) : Il s’agit du système d’alimentation. C’est un tube métallique (la « gaine ») rempli d’une poudre (« l’âme fourrée »). Dans ce cas, l’âme fourrée est composée de particules de carbure de bore mélangées à d’autres agents de fluxage.

2. Objet et application

• Résistance extrême à l’abrasion : Il s’agit de la fonction principale. La couche de soudure devient un matériau composite où des particules de B₄C incroyablement dures sont incorporées dans une matrice métallique résistante (généralement à base de fer).
• Bonne lubrification : Le carbure de bore possède des propriétés autolubrifiantes dans certaines conditions.
• Absorption des neutrons : le B₄C est un puissant absorbeur de neutrons, mais c’est rarement la raison de son utilisation dans le rechargement dur ; la résistance à l’abrasion est le principal moteur.

• Exploitation minière et traitement des minéraux : trépans, rouleaux de concasseur, marteaux de broyeur, turbines de pompe à boue et vis de convoyeur traitant des minerais très abrasifs.
• Construction : Dents d’excavatrice, lames de bulldozer, têtes de coupe pour tunneliers.
• Agriculture : Socs de charrue, outils de motoculteur travaillant dans un sol sableux ou rocailleux.

3. Fonctionnement : Le processus de soudage

1. Soudage : Le fil fourré est alimenté en continu dans l’arc de soudage (un procédé comme le soudage FCAW ou SAW – soudage à l’arc submergé).
2. Fusion : La gaine métallique extérieure fond, formant la matrice du bain de fusion. Le noyau de flux génère un écran de gaz protecteur et du laitier pour protéger le métal en fusion de l’air.
3. Incorporation des particules : Les particules de carbure de bore contenues dans le noyau sont libérées dans le bain de fusion. Du fait de leur point de fusion extrêmement élevé (supérieur à 2 400 °C), elles  ne fondent pas et restent à l’état de particules solides.
4. Solidification : Le bain de fusion se solidifie, emprisonnant les particules dures de B₄C au sein de la matrice métallique plus résistante et plus ductile. Il en résulte une couche de composite à matrice métallique (CMM) à la surface de la pièce.

4. Considérations et défis cruciaux

• Soudage extrêmement difficile : le carbure de bore réagit avec le fer. Aux températures de l’arc, il peut se dissoudre et former des borures de fer, extrêmement durs mais aussi très cassants. Cela peut entraîner :
  • Sensibilité élevée aux fissures : le dépôt de soudure est sujet à la fissuration en raison des fortes contraintes résiduelles et de sa fragilité. Le préchauffage et un contrôle strict de la température entre passes sont  absolument essentiels .
  • Expertise requise : Ce fil n’est pas destiné aux soudeurs débutants. Il exige des opérateurs hautement qualifiés maîtrisant les procédures de rechargement dur des matériaux fragiles.
• Disponibilité limitée : Les fils de rechargement dur standard utilisent des carbures de chrome ou de tungstène. Les fils en carbure de bore sont un produit de niche, réservé aux spécialistes. Il vous faudra probablement contacter des fabricants spécialisés de fils de rechargement dur, et non des fournisseurs généralistes de matériel de soudage.
• Coût : Le carbure de bore est un matériau coûteux. Ce fil serait nettement plus cher que les alliages de rechargement dur standard.
• Usinabilité : Le dépôt de soudure final est  impossible à usiner avec des outils conventionnels. Seule une rectification à l’aide de meules diamantées ou en nitrure de bore cubique (CBN) permet de le finir.

5. Comparaison avec d’autres fils de rechargement dur

Conclusion

1. L’usure est-elle suffisamment importante pour justifier son coût et sa complexité ? Pour 90 % des travaux de rechargement dur, un fil de carbure de chrome ou de carbure de tungstène sera suffisant et beaucoup plus facile à appliquer.
2. Ai-je les soudeurs qualifiés et les procédures de contrôle strictes (notamment le préchauffage) pour éviter les fissures ? Sinon, l’application risque d’échouer.