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 trop chauffé. Le respect des bonnes pratiques permet de préserver cette résistance. 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 appareils à 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 excès de chaleur et l'utilisation d'un métal d'apport inapproprié sont deux facteurs déterminants.
Le respect des meilleures pratiques de soudage de l'acier inoxydable contribue à améliorer les résultats et à préserver la résistance à la corrosion du métal. De plus, la modernisation du procédé de soudage permet d'accroître la productivité sans compromettre la qualité.
Lors du soudage de l'acier inoxydable, le choix du métal d'apport est crucial pour maîtriser la teneur en carbone. Les métaux d'apport utilisés pour souder des tubes en acier inoxydable doivent optimiser les performances de soudage et être adaptés à l'application.
Privilégiez les métaux d'apport portant la désignation « 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, accroissant ainsi le risque de corrosion. Évitez les métaux d'apport marqués « H », car leur teneur en carbone est plus élevée et ils sont destinés à 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 impuretés (éléments résiduels présents dans les matières premières utilisées pour la fabrication des métaux d'apport), notamment l'antimoine, l'arsenic, le phosphore et le soufre. Ces éléments peuvent fortement altérer la résistance à la corrosion du matériau.
L'acier inoxydable étant très sensible à la chaleur, la préparation des joints et un assemblage correct sont essentiels pour maîtriser la chaleur et préserver les propriétés du matériau. Les jeux entre les pièces ou un ajustement imparfait obligent la torche à rester plus longtemps au même endroit et nécessitent davantage de métal d'apport pour combler ces jeux. Cela peut entraîner une accumulation de chaleur dans la zone concernée et provoquer une surchauffe de la pièce. Un mauvais ajustement peut également rendre difficile le comblement du jeu et l'obtention de la pénétration de soudure requise. Veillez à adapter au mieux les pièces à l'acier inoxydable.
La pureté de ce matériau est également primordiale. Même de très faibles quantités de contaminants ou de saletés 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 à travailler l'acier au carbone ou l'aluminium.
Dans l'acier inoxydable, la sensibilisation est la principale cause de perte de résistance à la corrosion. Ce phénomène peut se produire lorsque la température de soudage et la vitesse de refroidissement fluctuent trop, entraînant une modification de la microstructure du matériau.
Cette soudure extérieure sur un tuyau en acier inoxydable, soudée avec GMAW et dépôt de métal contrôlé (RMD) sans rinçage à la racine, est similaire en apparence et en qualité aux soudures 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 de chaleur. Comme mentionné précédemment, il est important d'utiliser un métal d'apport à faible teneur en carbone pour le soudage de l'acier inoxydable. Cependant, le carbone est parfois nécessaire pour garantir la résistance dans certaines applications. La maîtrise de la température est particulièrement importante lorsque les métaux d'apport à faible teneur en carbone ne conviennent pas.
Réduisez au minimum la durée d'exposition de la soudure et de la zone affectée thermiquement à des températures élevées, généralement entre 500 et 800 °C (950 et 1500 °F). Plus le brasage est court dans cette plage de températures, moins il génère de chaleur. Contrôlez et surveillez systématiquement la température entre les passes pendant le brasage.
Une autre option consiste à utiliser des métaux d'apport contenant des éléments d'alliage tels que le titane et le niobium afin d'empêcher la formation de carbure de chrome. Cependant, ces éléments ayant une incidence sur la résistance et la ténacité, ces métaux d'apport ne conviennent pas à toutes les applications.
Le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est une méthode traditionnelle pour le soudage des tubes en acier inoxydable. Ce procédé nécessite généralement un rinçage à l'argon pour prévenir l'oxydation de la face inférieure de la soudure. Cependant, le soudage à fil d'électrode enrobée (FIG) des tubes en acier inoxydable se généralise. Dans ce cas, il est important de comprendre l'influence des différents gaz de protection sur la résistance à la corrosion du matériau.
Le soudage à l'arc sous protection gazeuse (GMAW) de l'acier inoxydable 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 introduit du carbone dans le 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 la contamination de la soudure par le carbone provenant du gaz de protection.
L'évolution des procédés GMAW a simplifié le soudage des tubes et des tuyaux en acier inoxydable. Si certaines applications requièrent encore le procédé GTAW, les procédés de traitement du fil avancés offrent une qualité similaire et une productivité accrue pour de nombreuses applications sur l'acier inoxydable.
Les soudures intérieures en acier inoxydable réalisées avec GMAW RMD sont de qualité et d'aspect similaires aux soudures extérieures correspondantes.
Une passe de fond réalisée avec un procédé GMAW à court-circuit modifié, tel que le dépôt de métal contrôlé (RMD) de Miller, élimine le rinçage dans certaines applications d'acier inoxydable austénitique. Cette passe de fond RMD peut être suivie d'un soudage GMAW pulsé ou d'un soudage à l'arc avec fil fourré pour le remplissage et la fermeture, ce qui représente un gain de temps et d'argent par rapport au soudage GTAW avec rinçage, notamment pour les tubes de 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 silencieux. Il en résulte une réduction des risques d'amorçage à froid ou de fusion incomplète, moins de projections et une meilleure qualité de passe de fond. Ce transfert de métal contrôlé avec précision assure également un dépôt de gouttelettes uniforme et un meilleur contrôle du bain de fusion, permettant ainsi une optimisation de l'apport de chaleur et de la vitesse de soudage.
Les procédés non conventionnels peuvent améliorer la productivité du soudage. Avec le procédé RMD, la vitesse de soudage peut atteindre 15 à 30 cm/min. Ce procédé, qui améliore la productivité sans chauffage supplémentaire des pièces, contribue à préserver les propriétés et la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. La réduction de l'apport de chaleur 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 soudage par pulvérisation pulsée conventionnel. Grâce à son fonctionnement en circuit fermé, la dérive de l'arc et les fluctuations de distance entre la buse et la pièce sont quasiment éliminées. Ceci simplifie la gestion du bain de fusion, que le soudage soit en cours ou non. Enfin, l'association du GMAW pulsé pour le remplissage et la passe supérieure avec le RMD pour la passe de fond permet de réaliser une procédure de soudage avec un seul fil et un seul gaz, réduisant ainsi le temps de changement de procédé.
Tube & Pipe Journal de 1990 publié dans un communiqué de presse. Journal des tubes et tuyaux de 1990 Tube & Pipe Journal a été fondé en 1990 par un ancien producteur de métaux de l'industrie métallurgique. Tube & Pipe Journal est devenu le premier magazine consacré à l'industrie des tubes métalliques en 1990.Aujourd'hui, elle demeure la seule publication spécialisée du secteur en Amérique du Nord et est devenue la source d'information la plus fiable pour les professionnels de la tuyauterie.
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