Cela semble trop beau pour être vrai, alors quel est le problème ? Le soudage est généralement nécessaire pour fabriquer presque n'importe quel objet à partir de l'un des plus de 150 types d'acier inoxydable. Souder l'acier inoxydable est une opération complexe. Parmi les difficultés rencontrées, on peut citer la présence d'oxyde de chrome, le contrôle de l'apport de chaleur, le choix du procédé de soudage, la manipulation du chrome hexavalent et la mise en œuvre correcte de l'opération.
Malgré les difficultés de soudage et de finition de ce matériau, l'acier inoxydable demeure un choix populaire, voire incontournable, pour de nombreux secteurs industriels. La maîtrise des techniques de soudage en toute sécurité et du choix du procédé approprié est essentielle à la réussite de l'opération. Elle peut s'avérer déterminante pour une carrière réussie.
Pourquoi le soudage de l'acier inoxydable est-il si complexe ? La réponse réside dans son processus de fabrication. L'acier doux, également appelé acier au plomb, est allié à au moins 10,5 % de chrome pour produire de l'acier inoxydable. Le chrome ajouté forme une couche d'oxyde de chrome à la surface de l'acier, le protégeant ainsi de la plupart des types de corrosion et de rouille. Les fabricants ajoutent des quantités variables de chrome et d'autres éléments à l'acier afin de modifier la qualité du produit final, puis utilisent un système à trois chiffres pour différencier les nuances.
Les aciers inoxydables les plus couramment utilisés sont le 304 et le 316. Le plus économique est le 304, composé de 18 % de chrome et de 8 % de nickel, et employé dans de nombreux domaines, des garnitures automobiles aux appareils électroménagers. L'acier inoxydable 316 contient moins de chrome (16 %) et davantage de nickel (10 %), ainsi que 2 % de molybdène. Ce composé confère à l'acier inoxydable 316 une résistance accrue aux chlorures et aux solutions chlorées, ce qui en fait le choix idéal pour les environnements marins et les industries chimiques et pharmaceutiques.
Une couche d'oxyde de chrome garantit la qualité de l'acier inoxydable, mais c'est précisément ce qui agace les soudeurs. Cette barrière, pourtant essentielle, augmente la tension superficielle du métal, ralentissant ainsi la formation du bain de fusion. Une erreur fréquente consiste à augmenter l'apport de chaleur, car une chaleur plus intense accroît la fluidité du bain. Or, cela peut nuire à l'acier inoxydable. Une chaleur excessive peut provoquer une oxydation supplémentaire, voire déformer ou perforer le métal de base. Pour les tôles utilisées dans des secteurs industriels importants comme celui des systèmes d'échappement automobiles, la protection de l'acier inoxydable devient primordiale.
La chaleur détruit complètement la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. Une chaleur excessive se traduit par des reflets irisés sur la soudure ou dans la zone affectée thermiquement (ZAT). L'acier inoxydable oxydé présente des couleurs étonnantes, allant du doré pâle au bleu foncé et au violet. Ces couleurs, bien qu'esthétiques, peuvent indiquer des soudures non conformes à certaines exigences. Les cahiers des charges les plus stricts proscrivent la coloration des soudures.
Il est généralement admis que le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est le plus adapté à l'acier inoxydable. Historiquement, cela s'est avéré vrai de manière générale. Cela reste vrai lorsqu'il s'agit d'intégrer des couleurs vives dans des techniques de tissage artistiques afin de répondre aux normes de qualité les plus exigeantes dans des secteurs tels que le nucléaire et l'aérospatiale. Cependant, la technologie moderne de soudage à l'onduleur a fait du soudage MIG/MAG (GMAW) la norme pour la production d'acier inoxydable, et non plus seulement pour les systèmes automatisés ou robotisés.
Le soudage GMAW étant un procédé d'alimentation en fil semi-automatique, il offre un taux de dépôt élevé, ce qui contribue à réduire l'apport de chaleur. Certains professionnels affirment qu'il est plus facile à utiliser que le soudage GTAW car il repose moins sur l'habileté du soudeur et davantage sur celle du poste de soudage. Bien que cela soit discutable, la plupart des postes GMAW modernes utilisent des programmes de synergie préprogrammés. Ces programmes sont conçus pour ajuster des paramètres tels que le courant et la tension en fonction du métal d'apport sélectionné par l'utilisateur, de l'épaisseur du matériau, du type de gaz et du diamètre du fil.
Certains onduleurs permettent d'ajuster l'arc tout au long du processus de soudage afin de garantir un arc précis et constant, de compenser les jeux entre les pièces et de maintenir des vitesses de déplacement élevées pour répondre aux normes de production et de qualité. Ceci est particulièrement vrai pour le soudage automatisé ou robotisé, mais s'applique également au soudage manuel. Certains groupes électrogènes disponibles sur le marché proposent une interface tactile et des commandes de torche pour une configuration simplifiée.
Le soudage de l'acier inoxydable est une opération complexe. Parmi les difficultés rencontrées figurent la présence d'oxyde de chrome, le contrôle de l'apport de chaleur, le choix du procédé de soudage, la manipulation du chrome hexavalent et les bonnes pratiques de soudage.
Le choix du gaz approprié pour le soudage TIG (GTAW) dépend généralement de l'expérience et de l'application. Le soudage TIG utilise le plus souvent un gaz inerte, généralement de l'argon, de l'hélium ou un mélange des deux. Une injection incorrecte de gaz de protection ou de chaleur peut entraîner un cordon de soudure trop bombé ou filiforme, empêchant ainsi le mélange avec le métal environnant et donnant un résultat inesthétique, voire inacceptable. Déterminer le mélange optimal pour chaque soudure peut nécessiter de nombreux essais. Le partage des lignes de production GMAW permet de gagner du temps sur les nouvelles applications, mais lorsque les exigences de qualité les plus strictes sont élevées, le soudage TIG reste la méthode de choix.
Le soudage de l'acier inoxydable présente un risque pour la santé des personnes utilisant un chalumeau. Le principal danger provient des fumées dégagées lors du soudage. Le chrome chauffé produit un composé appelé chrome hexavalent, connu pour endommager le système respiratoire, les reins, le foie, la peau et les yeux, et pour être cancérigène. Les soudeurs doivent impérativement porter un équipement de protection individuelle, notamment un masque respiratoire, et veiller à ce que la pièce soit bien ventilée avant de commencer à souder.
Les problèmes liés à l'acier inoxydable ne s'arrêtent pas à la soudure. Ce matériau exige également une attention particulière lors de la finition. L'utilisation d'une brosse ou d'un tampon de polissage en acier contaminé par de l'acier au carbone risque d'endommager la couche protectrice d'oxyde de chrome. Même invisibles à l'œil nu, ces contaminants peuvent rendre le produit fini sensible à la rouille et à d'autres formes de corrosion.
Terrence Norris est ingénieur d'applications senior chez Fronius USA LLC, 6797 Fronius Drive, Portage, IN 46368, 219-734-5500, www.fronius.us.
Rhonda Zatezalo est une rédactrice indépendante pour Crearies Marketing Design LLC, 248-783-6085, www.crearies.com.
La technologie moderne de soudage par onduleur a fait du soudage GMAW au gaz la norme pour la production d'acier inoxydable, et non plus seulement pour les systèmes automatiques ou robotisés.
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