Soudage de l'acier inoxydable

Le soudage de l'acier inoxydable nécessite une attention particulière aux propriétés des matériaux, au contrôle de la chaleur et à la propreté afin d'éviter des défauts tels que la distorsion, la fissuration et la sensibilisation. Pendant le soudage, les températures de l'acier inoxydable adjacent à la soudure atteignent des niveaux auxquels des transformations microstructurales se produisent. Le soudage TIG est donc la technique la plus courante en raison de sa précision et de son adéquation aux caractéristiques de l'acier inoxydable.

 

Description

 

L'acier inoxydable est classé en différents types en fonction de sa microstructure et de sa composition, qui influencent ses propriétés mécaniques, sa résistance à la corrosion et sa soudabilité. Les principaux types sont les aciers inoxydables austénitiques, ferritiques, martensitiques, duplex et à durcissement par précipitation-, et chaque type présente des considérations de soudage spécifiques et des techniques de soudage appropriées en raison des différences de conductivité thermique, de dilatation thermique et de susceptibilité aux défauts tels que la fissuration ou la sensibilisation.

 

 

Types d'acier inoxydable et techniques de soudage

 

Les aciers inoxydables sont des alliages à base de fer-contenant 15 % ou plus de chrome ainsi qu'un certain pourcentage de nickel, ce qui peut offrir des propriétés extraordinaires de résistance à la corrosion-. La teneur en chrome peut être ajustée avec d'autres éléments d'alliage pour répondre à des exigences spécifiques d'utilisation finale ou de fabrication. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des types d'acier inoxydable les plus courants.

 

• √Acier inoxydable austénitique

Riche en chrome (16-26 %) et en nickel (6-22 %), souvent avec du molybdène (par exemple, 304, 316). Il est non magnétique, a une excellente résistance à la corrosion et une bonne formabilité, et il est sujet à la sensibilisation (précipitation de carbure) s'il est exposé à 450-850 degrés pendant des périodes prolongées, conduisant à une corrosion intergranulaire. De plus, il présente une dilatation thermique élevée et une faible conductivité thermique, ce qui augmente le risque de distorsion. Les qualités populaires sont 304, 304L (à faible teneur en carbone), 316, 316L (à faible teneur en carbone), 321 (stabilisé avec du titane). En raison de leur bonne propriété de résistance à la corrosion, ils sont largement utilisés dans les équipements de transformation des aliments, les réservoirs de produits chimiques, la tuyauterie, la construction, les infrastructures, les télécommunications et les industries médicales.

Techniques de soudage appropriées

1. 1. Le soudage TIG (GTAW) est fortement recommandé pour les sections minces et les applications critiques en raison d'un contrôle précis de la chaleur, minimisant la sensibilisation et la distorsion. Utilisez de l'argon ou du gaz de protection argon-hélium.
2. 2. Le soudage MIG/MAG (GMAW) est plus adapté aux sections plus épaisses et à une production plus rapide, en utilisant un tri-gaz tri-mélange (argon, hélium, CO2) pour stabiliser l'arc et réduire les projections.
3. 3. Le soudage à la baguette (SMAW) est normalement utilisé pour les réparations sur le terrain ou les applications non-critiques avec des électrodes à faible-carbone (par exemple, E308L pour 304L).

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• √Acier inoxydable ferritique

À haute teneur en chrome (10,5-30 %), à faible teneur en nickel et à faible teneur en carbone (par exemple 430), il est magnétique, présente une résistance à la corrosion modérée et un coût inférieur à celui des nuances austénitiques. Parallèlement, il est moins sujet à la sensibilisation mais sensible à la croissance des grains et à la fragilisation à haute température, et sa dilatation thermique est inférieure à celle des qualités austénitiques, réduisant ainsi le risque de distorsion. Les nuances courantes sont 409, 430, 439, et ce type de métal ferritique est largement utilisé pour les systèmes d'échappement automobiles, les appareils de cuisine et les équipements industriels.

Techniques de soudage adaptées :

1. 1. Le soudage TIG (GTAW) convient aux sections minces et aux soudures de haute -qualité, ce qui peut fournir un bon contrôle de l'apport de chaleur pour empêcher la croissance des grains.
2. 2. Soudage MIG/MAG (GMAW) efficace pour les matériaux plus épais et un soudage plus rapide. Utilisez un gaz de protection à base d'argon-avec une faible teneur en CO2 pour éviter une oxydation excessive.
3. 3. Soudage à la baguette (SMAW) acceptable pour les applications non-critiques avec des électrodes appropriées (par exemple, E430).

 

• √Acier inoxydable martensitique

Haute teneur en chrome (11,5-18 %), carbone modéré et faible teneur en nickel (par exemple, 410), et il est magnétique, haute résistance et dureté, mais résistance à la corrosion inférieure à celle des autres types. Par conséquent, il est sensible à la fissuration induite par l'hydrogène- et nécessite un préchauffage et un traitement thermique après soudage pour éviter la fragilité. Il a une conductivité thermique élevée et une dilatation thermique plus faible. Les qualités courantes sont 410, 420, 440 et sont largement utilisées pour les instruments chirurgicaux et les aubes de turbine.

Techniques de soudage appropriées :

1. 1. Soudage TIG (GTAW), adapté à la précision et au contrôle de l’apport de chaleur grâce à l’utilisation de gaz de protection argon.
2. 2. Soudage à la baguette (SMAW), largement utilisé pour les réparations ou les sections plus épaisses avec des électrodes adaptées (par exemple E410).
3. 3. Le soudage MIG/MAG (GMAW), moins courant mais peut être utilisé pour des matériaux plus épais avec des paramètres contrôlés.

 

• √Acier inoxydable duplex

Mélange équilibré d'austénite et de ferrite avec une teneur élevée en chrome (20-30 %), en molybdène et en azote (par exemple 2205), et il combine une résistance élevée et une excellente résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements chlorure. Cependant, il est susceptible de former une phase sigma (intermétallique fragile) s'il est mal soudé à des températures élevées. Il a une dilatation thermique et une conductivité modérées. Les qualités courantes sont 2205, 2507, etc., et elles sont largement utilisées dans les oléoducs et gazoducs, le traitement chimique et les environnements marins.

Techniques de soudage appropriées :

1. 1. Soudage TIG (GTAW), idéal pour les soudures de haute qualité-avec apport de chaleur contrôlé pour éviter la formation de phase sigma en utilisant de l'argon ou du gaz de protection argon-azote.
2. 2. Soudage MIG/MAG (GMAW), adapté aux sections plus épaisses avec un gaz de protection approprié (mélange argon-hélium à faible teneur en CO2).
3. 3. Soudage à la baguette (SMAW) pour le soudage sur site avec des électrodes spécifiques duplex- (par exemple, E2209).

 

• √Précipitations-Durcissement de l'acier inoxydable

Contenant des éléments d'alliage comme l'aluminium, le cuivre ou le niobium pour le renforcement par traitement thermique (par exemple, 17-4 PH), et il a une résistance élevée et une résistance à la corrosion modérée, ce qui nécessite un soudage contrôlé pour éviter un vieillissement excessif ou une perte de propriétés mécaniques. Les qualités populaires sont 17-4 PH, 15-5 PH, et elles sont largement utilisées pour les composants aérospatiaux, les réacteurs nucléaires et les fixations à haute résistance.

Techniques de soudage appropriées :

1. 1. Soudage TIG (GTAW) pour une précision et un apport de chaleur minimal pour préserver les propriétés mécaniques.
2. 2. Soudage MIG/MAG (GMAW), adapté aux sections plus épaisses avec des paramètres contrôlés.

 

 

Considérations relatives au soudage de l'acier inoxydable

 

L'acier inoxydable a une conductivité thermique élevée et une faible dilatation thermique, ce qui entraîne un risque plus élevé de distorsion et de gauchissement pendant le soudage. De plus, il est sujet à une sensibilisation (perte de résistance à la corrosion) s'il est exposé trop longtemps à des températures élevées, en particulier dans les nuances austénitiques comme 304 et 316. Pour éviter ces défauts de soudage, le soudeur doit prendre en compte les aspects suivants :

 

• √Pré-nettoyage

Nettoyez le joint de soudure des contaminants tels que les peintures, l'huile, la graisse, les apprêts, les composés de coupe et autres hydrocarbures. De tels contaminants peuvent introduire du carbone dans la soudure, altérer la résistance à la corrosion et affaiblir le joint. Une remarque très importante est que le soudeur doit utiliser une brosse en acier inoxydable dédiée pour nettoyer le joint et s'assurer de ne pas utiliser de brosse, précédemment utilisée sur l'acier au carbone, car elle pourrait contaminer la pièce en acier inoxydable.

• √Sélection de remplissage

Choisir le matériau de remplissage approprié en fonction de l'étendue des travaux, et il doit correspondre à la qualité de l'acier inoxydable, obtenant presque les mêmes propriétés.

• √Conception des joints soudés

La conception du joint de soudure complète la structure de la soudure, la technique de soudage et le matériau, et constitue l'un des principaux facteurs qui détermineront la résistance et la qualité des soudures. Par conséquent, il est essentiel de comprendre les forces appliquées aux soudures, et leur intégration dans la conception des joints permettra d’éviter une défaillance structurelle.

• √Sélection des notes

Sélection des nuances, différentes nuances (par exemple, austénitique, ferritique, martensitique, duplex) se comportent différemment, les nuances à faible -carbone (par exemple, 304L, 316L) peuvent minimiser le risque de précipitation de carbure et de corrosion intergranulaire.

• √Contrôle de l'apport de chaleur

Contrôle de l'apport de chaleur : une chaleur excessive peut provoquer une croissance des grains, une distorsion et une perte de résistance à la corrosion. Il est sage d'utiliser un faible apport de chaleur et d'éviter une exposition prolongée à des températures élevées. En général, le courant de soudage doit être inférieur d’environ 20 % à celui de l’acier au carbone pour éviter la corrosion.

• √Gaz de protection

Gaz de protection, le choix du gaz de protection dans des processus tels que le soudage MIG et TIG est crucial pour protéger le bain de fusion de la contamination. La composition correcte du gaz de protection réduira le risque de défauts de soudure et améliorera le résultat global de la soudure.

 

Par conséquent, pour réaliser un soudage efficace, un soudeur expérimenté doit prendre en compte un paramètre complet, notamment la qualité de l'acier inoxydable, la technique de soudage, l'apport de chaleur, le gaz de protection, l'alimentation électrique, l'angle de la torche, la vitesse de déplacement et le taux de dépôt. Ce n'est qu'en utilisant efficacement ces paramètres de soudage que le soudeur peut réaliser des soudures de qualité élevée et constante.

 

Défauts et préventions

 

Les défauts de soudage les plus courants dans l'acier inoxydable comprennent les fissures, la porosité, les inclusions de scories, le manque de fusion, la pénétration incomplète, les contre-dépouilles, les éclaboussures et la distorsion, ainsi que la contamination par les particules de fer, les teintes thermiques et la dégradation des soudures. Ces défauts réduisent les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion de la soudure et peuvent provenir d'un nettoyage inapproprié, de réglages incorrects de l'électrode/du gaz, d'un apport de chaleur excessif ou d'une faible conductivité thermique.

 

• √Gauchissement

L'acier inoxydable a une faible conductivité thermique et une dilatation thermique élevée, ce qui le rend susceptible à la déformation. Un apport de chaleur excessif pendant le soudage ou un changement rapide de température met le métal sous contrainte, entraînant une déformation lors du refroidissement. La solution la plus courante consiste à réduire l'apport de chaleur tout en évitant une mauvaise qualité de soudure due à une fusion incomplète entre les pièces, et une autre solution consiste à créer un dissipateur thermique en serrant le cuivre ou le laiton derrière ou à côté du cordon de soudure, absorbant ainsi la chaleur inutile.

 

• √Fissuration

Des fissures peuvent se produire pendant ou après le soudage et peuvent être influencées par des contraintes thermiques élevées ou des vitesses de refroidissement inappropriées.

Il existe deux principaux types de fissuration : la fissuration à chaud et la fissuration à froid. Des fissures à chaud se produisent pendant la solidification du processus de soudage en raison d'une quantité excessive d'impuretés comme le soufre ou le phosphore dans la soudure, ce qui peut abaisser le point de fusion de certaines zones, provoquant la formation de fissures à mesure que le métal se solidifie. Cela se produit souvent dans les zones à haute température de la soudure. La fissuration à froid se produit après que la soudure a refroidi pendant un certain temps allant de quelques heures à quelques jours, et elle est souvent causée par une contrainte résiduelle laissée dans le métal après le soudage ou par l'hydrogène absorbé par la soudure. Pour éviter les fissures, il est sage d'utiliser les bons matériaux de remplissage et de contrôler très soigneusement la vitesse de refroidissement, tandis que le préchauffage du matériau de base pourrait être un bon moyen de réduire les contraintes thermiques avant le soudage.

 

• √Porosité

Il s'agit d'un défaut où des poches de gaz sont piégées dans les soudures, entraînant de petits vides ou cavités, et il est souvent causé par des contaminants tels que la saleté, l'huile, la rouille, qui peuvent introduire des gaz dans le soudage. Ces gaz sont ensuite piégés dans le bain de fusion fondu, formant des vides à mesure que le métal refroidit. L’utilisation d’un gaz de protection inapproprié peut également provoquer de la porosité. L'humidité présente sur le matériau de base ou les charges peut se vaporiser pendant le soudage, créant des bulles de gaz dans la soudure. Par conséquent, il est important de garder le matériau de base et les tiges d'apport propres et secs, et d'utiliser le gaz de protection approprié pour maintenir un débit constant tout au long du processus de soudage.

 

• √Mauvaise fusion

Une mauvaise fusion se produit lorsque le métal soudé ne fusionne pas correctement avec le matériau de base, ce qui crée des points faibles dans le joint où les deux matériaux ne sont pas complètement joints. Cela peut réduire considérablement la résistance globale de la soudure et augmenter le risque de défaillance. Ce défaut est souvent causé par une chaleur insuffisante, un angle de soudage incorrect et une vitesse de déplacement rapide.

 

• √Éclaboussures de soudure

Ce sont de petites gouttelettes de métal en fusion qui sont poussées hors du bain de soudure pendant le soudage et qui n'affaiblissent pas vraiment la soudure. Cependant, ils affectent l’apparence, ce qui peut entraîner des travaux post-traitement inutiles. Les projections sont souvent causées par des réglages de courant élevés qui peuvent produire des projections excessives lorsque le métal en fusion est violemment éjecté du bain de soudure. Une longueur d'arc incorrecte et un gaz de protection inapproprié peuvent également provoquer des éclaboussures lors du soudage de l'acier inoxydable. Par conséquent, il est important de réduire les projections, d'ajuster les paramètres de courant et de maintenir un arc stable tout en utilisant le bon gaz de protection avec un débit constant tout au long de la soudure.

 

 

Le soudage de l'acier inoxydable exige une attention particulière à de nombreux paramètres tels que les propriétés du matériau, le gaz de protection, les charges, l'apport de chaleur et la propreté afin d'éviter des défauts tels que la distorsion, la fissuration et la sensibilisation. Les soudeurs expérimentés de Fabmann suivent les meilleures pratiques pour régler la machine avec la tension et l'intensité correctes, et ils savent comment souder avec une vitesse de déplacement correcte en fonction de l'épaisseur du matériau en acier inoxydable et du type d'acier inoxydable pour obtenir des soudures résistantes à la corrosion-de haute qualité. Fabmann fournit des supports personnalisés en acier inoxydable de haute qualité pour l'industrie de l'énergie solaire, les pièces de machines etcouvertures de ventilationpour le secteur de la construction de maisons.