L'acier inoxydable n'est pas forcément difficile à travailler, mais son soudage exige une grande précision. Il ne dissipe pas la chaleur comme l'acier doux ou l'aluminium et peut perdre en résistance à la corrosion s'il est soumis à une chaleur excessive. Le respect des bonnes pratiques permet de préserver sa résistance à la corrosion. Image : Miller Electric
La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable en fait un choix judicieux pour de nombreuses applications de tuyauterie critiques, notamment dans les secteurs de l'agroalimentaire, de la pharmacie, des récipients sous pression et de la pétrochimie. Cependant, ce matériau ne dissipe pas la chaleur comme l'acier doux ou l'aluminium, et un soudage inadéquat peut réduire sa résistance à la corrosion. Un apport de chaleur excessif et l'utilisation d'un métal d'apport inapproprié sont deux facteurs déterminants.
Le respect de certaines bonnes pratiques de soudage de l'acier inoxydable permet d'améliorer les résultats et de garantir que le métal conserve sa résistance à la corrosion. De plus, la modernisation du processus de soudage peut apporter des gains de productivité sans compromettre la qualité.
En soudage de l'acier inoxydable, le choix du métal d'apport est crucial pour contrôler la teneur en carbone. Les métaux d'apport utilisés pour le soudage des tubes en acier inoxydable doivent améliorer les performances de la soudure et répondre aux exigences de l'application.
Recherchez les métaux d'apport portant la mention « L », tels que l'ER308L, car leur faible teneur maximale en carbone contribue à préserver la résistance à la corrosion des aciers inoxydables à faible teneur en carbone. Le soudage d'un métal de base à faible teneur en carbone avec des métaux d'apport standards augmente la teneur en carbone du joint soudé, ce qui accroît le risque de corrosion. Évitez les métaux d'apport marqués « H », car ils présentent une teneur en carbone plus élevée et sont conçus pour des applications exigeant une résistance mécanique supérieure à haute température.
Lors du soudage de l'acier inoxydable, il est également important de choisir un métal d'apport présentant de faibles teneurs en éléments traces (également appelées impuretés). Il s'agit d'éléments résiduels présents dans les matières premières utilisées pour fabriquer les métaux d'apport, tels que l'antimoine, l'arsenic, le phosphore et le soufre. Ces éléments peuvent fortement affecter la résistance à la corrosion du matériau.
L'acier inoxydable étant très sensible à l'apport de chaleur, la préparation des joints et un assemblage correct sont essentiels pour maîtriser la chaleur et préserver les propriétés du matériau. En raison d'espaces entre les pièces ou d'un ajustement imparfait, la torche doit rester plus longtemps au même endroit et une plus grande quantité de métal d'apport est nécessaire pour combler ces espaces. Cela peut entraîner une accumulation de chaleur dans la zone concernée, voire une surchauffe de la pièce. Un mauvais ajustement peut également compliquer le comblement de l'espace et l'obtention de la pénétration de soudure nécessaire. Veillez à ce que les pièces s'emboîtent dans l'acier inoxydable avec la plus grande précision possible.
La propreté de ce matériau est également primordiale. Même de très faibles quantités de contamination ou de saleté dans les joints soudés peuvent engendrer des défauts qui réduisent la résistance et la protection contre la corrosion du produit final. Pour nettoyer le substrat avant soudage, utilisez une brosse spéciale en acier inoxydable n'ayant jamais servi sur de l'acier au carbone ou de l'aluminium.
Dans l'acier inoxydable, la sensibilisation est la principale cause de perte de résistance à la corrosion. Cela peut se produire lorsque la température de soudage et la vitesse de refroidissement fluctuent trop, modifiant ainsi la microstructure du matériau.
Cette soudure extérieure sur un tuyau en acier inoxydable, soudée à l'aide de GMAW et de dépôt de métal régulé (RMD) sans rinçage de la passe de racine, est similaire en apparence et en qualité aux soudures réalisées avec GTAW avec rinçage.
L'oxyde de chrome est un élément essentiel de la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. Cependant, si la teneur en carbone de la soudure est trop élevée, du carbure de chrome se forme. Ce dernier fixe le chrome et empêche la formation de l'oxyde de chrome nécessaire à la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. En cas d'insuffisance d'oxyde de chrome, le matériau ne possède pas les propriétés requises et se corrode.
La prévention de la sensibilisation repose sur le choix du métal d'apport et la maîtrise de l'apport thermique. Comme mentionné précédemment, il est important d'opter pour un métal d'apport à faible teneur en carbone pour le soudage de l'acier inoxydable. Cependant, la présence de carbone est parfois nécessaire pour garantir la résistance dans certaines applications. La maîtrise de la chaleur est particulièrement importante lorsque les métaux d'apport à faible teneur en carbone ne sont pas envisageables.
Réduisez au minimum la durée d'exposition de la soudure et de la zone affectée thermiquement à des températures élevées, généralement comprises entre 500 et 800 degrés Celsius (950 à 1 500 degrés Fahrenheit). Plus le temps de brasage est court dans cette plage, moins la chaleur générée est importante. Contrôlez et surveillez systématiquement la température entre les passes lors de l'opération de brasage.
Une autre option consiste à utiliser des métaux d'apport conçus avec des éléments d'alliage tels que le titane et le niobium pour empêcher la formation de carbure de chrome. Étant donné que ces composants affectent également la résistance et la ténacité, ces métaux d'apport ne peuvent pas être utilisés dans toutes les applications.
Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) pour la passe de fond est la méthode traditionnelle de soudage des tubes en acier inoxydable. Ce procédé nécessite généralement un rinçage à l'argon pour prévenir l'oxydation de la face arrière de la soudure. Cependant, le soudage à fil d'électrode enrobée (MIG) est de plus en plus répandu pour les tubes en acier inoxydable. Dans ces applications, il est important de comprendre l'influence des différents gaz de protection sur la résistance à la corrosion du matériau.
Lors du soudage de l'acier inoxydable par le procédé GMAW (soudage à l'arc sous protection gazeuse), on utilise traditionnellement de l'argon et du dioxyde de carbone, un mélange d'argon et d'oxygène, ou un mélange ternaire (hélium, argon et dioxyde de carbone). Ces mélanges contiennent généralement principalement de l'argon ou de l'hélium et moins de 5 % de dioxyde de carbone, car ce dernier apporte du carbone au bain de fusion et augmente le risque de sensibilisation. L'argon pur est déconseillé pour le soudage GMAW de l'acier inoxydable.
Le fil fourré pour acier inoxydable est conçu pour être utilisé avec un mélange traditionnel de 75 % d'argon et de 25 % de dioxyde de carbone. Le flux contient des ingrédients destinés à empêcher le carbone du gaz de protection de contaminer la soudure.
L'évolution des procédés GMAW a simplifié le soudage des tubes et tuyaux en acier inoxydable. Bien que certaines applications puissent encore nécessiter des procédés GTAW, les procédés de soudage à fil avancés peuvent offrir une qualité similaire et une productivité supérieure dans de nombreuses applications de l'acier inoxydable.
Les soudures intérieures en acier inoxydable réalisées avec GMAW RMD sont similaires en qualité et en apparence aux soudures extérieures correspondantes.
La passe de fond utilisant un procédé GMAW à court-circuit modifié tel que le dépôt de métal régulé (RMD) de Miller élimine le rinçage à contre-courant dans certaines applications d'acier inoxydable austénitique. La passe de fond RMD peut être suivie de passes de remplissage et de finition par soudage GMAW pulsé ou par soudage à l'arc avec fil fourré – un changement qui permet de gagner du temps et de l'argent par rapport à l'utilisation du soudage GTAW avec purge à contre-courant, en particulier sur les tuyaux de plus grand diamètre.
RMD utilise un transfert de métal par court-circuit contrôlé avec précision pour produire un arc et un bain de fusion stables et réguliers. Ceci réduit les risques de soudures à froid ou de manque de fusion, limite les projections et assure une passe de fond de tuyau de meilleure qualité. Le transfert de métal contrôlé avec précision garantit également un dépôt uniforme des gouttelettes, facilitant ainsi le contrôle du bain de fusion et, par conséquent, l'apport de chaleur et la vitesse de soudage.
Les procédés non conventionnels peuvent accroître la productivité du soudage. Avec un poste de soudage à résistance à résistance (RMD), la vitesse de soudage peut atteindre 15 à 30 cm/min. Ce procédé, qui augmente la productivité sans chauffage supplémentaire des pièces, contribue à préserver les propriétés et la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. L'apport de chaleur réduit permet également de limiter la déformation du substrat.
Ce procédé GMAW pulsé offre des longueurs d'arc plus courtes, des cônes d'arc plus étroits et un apport de chaleur moindre que le transfert par pulvérisation pulsée conventionnel. Grâce à son fonctionnement en boucle fermée, la dérive de l'arc et les variations de distance entre la buse et la pièce sont quasiment éliminées. Le contrôle du bain de fusion est ainsi facilité pour le soudage sur place et hors place. Enfin, le couplage du GMAW pulsé pour le cordon de remplissage et de finition avec le RMD pour le cordon de fond permet de réaliser le soudage avec un seul fil et un seul gaz, supprimant ainsi les temps de changement de procédé.
Tube & Pipe Journal est devenu le premier magazine consacré à l'industrie des tuyaux métalliques en 1990. Aujourd'hui, il reste la seule publication en Amérique du Nord dédiée à cette industrie et est devenu la source d'information la plus fiable pour les professionnels du secteur.
Désormais, avec un accès complet à l'édition numérique de The FABRICATOR, accédez facilement à de précieuses ressources sectorielles.
L'édition numérique de The Tube & Pipe Journal est désormais entièrement accessible, offrant un accès facile à de précieuses ressources du secteur.
Bénéficiez d'un accès complet à l'édition numérique de STAMPING Journal, qui présente les dernières avancées technologiques, les meilleures pratiques et l'actualité du secteur de l'emboutissage des métaux.
Désormais, avec un accès complet à l'édition numérique de The Fabricator en Español, accédez facilement à de précieuses ressources de l'industrie.