Comment souder l'acier inoxydable

Introduction à l'acier inoxydable

Avant d'aborder le soudage de l'acier inoxydable, il convient d'offrir une description lâche du matériau. Les aciers inoxydables représentent une classe de matériaux à base de fer qui présentent une certaine résistance à la rouille et à la corrosion dans certains environnements, en raison de la présence de chrome dans leur composition. Le chrome aide à produire une couche résistante et imperméable d'oxyde de chrome sur la surface du matériau, qui protège la surface de la rouille et de la corrosion. Il faut être conscient que l'expression "acier inoxydable" représente une vaste classe de matériaux différents. Ce n'est pas un terme technique identifiant un métal spécifique et ne peut pas être utilisé à des fins pratiques comme l'achat.

Trois cours

Les trois classes plus générales d'aciers inoxydables - austénitique, ferritique et martensitique - sont indiquées par référence à leur structure métallurgique. Plus précisément, ils utilisent un identifiant qui fait référence à l'apparence de leur microstructure, vue au microscope ou par diffraction des rayons X. Ces microstructures peuvent être présentes dans certains aciers, elles sont donc utilisées pour indiquer la structure prédominante dans l'acier inoxydable. Les propriétés de chaque classe peuvent affecter le processus de soudage de différentes manières, il est donc important d'identifier à l'avance le type utilisé.

1. Austénitique

Lors du soudage de l'acier inoxydable, les aciers inoxydables austénitiques sont considérés comme les plus faciles à souder des trois classes. Ils sont connus sous le nom de "série 300", qui fait référence à une classification standard créée par l'American Iron and Steel Institute (AISI) et la Society of Automotive Engineers (SAE). Une sous-classe importante, connue sous le nom de "18/8", contient des éléments d'alliage composés à 18 % de chrome et à 8 % de nickel.

Les principales caractéristiques des aciers inoxydables austénitiques sont les suivantes :

• Non magnétique ou seulement légèrement magnétique
• Non attaqué par une solution à 10 % d'acide nitrique (HNO3) dans l'alcool
• Ne durcit par aucun traitement thermique
• Durcissement par déformation :assez ductile et facilement déformable par un travail mécanique, ce qui augmente à la fois la dureté et la résistance
• Facilement soudé, avec les précautions nécessaires
• Conduction thermique entre un tiers et la moitié de celle des autres aciers
• Coefficient de dilatation thermique de 30 à 40 %, voire 50 % parfois

Lors du soudage d'aciers inoxydables, les deux dernières caractéristiques affectent le résultat de différentes manières, produisant une distorsion plus importante que celle observée dans d'autres aciers.

Tous les aciers inoxydables austénitiques de la série 300 n'ont pas la même soudabilité. L'ajout de soufre ou de sélénium utilisé pour améliorer l'usinabilité (comme dans le type 303) entraîne une grave fissuration à chaud des soudures, ce qui rend ce matériau particulier "non soudable".

Soyez prudent lorsque vous soudez des aciers inoxydables austénitiques. Les caractéristiques de résistance à la corrosion de ces aciers inoxydables peuvent être affectées par le processus de sensibilisation, qui se produit à des intervalles de température de 600 à 900 Celsius (1100 à 1650 Fahrenheit). Cela favorise le rassemblement des carbures de chrome aux joints de grains et la perte parallèle de chrome anticorrosion du métal de base.

La plage de température ci-dessus se produit naturellement, non pas dans la zone de soudure où la température est plus élevée et ne dure que peu de temps, mais dans les deux bandes de métal de chaque côté du cordon de soudure. Il s'agit de la zone affectée par la chaleur (HAZ) où les effets nocifs ont lieu.

Dans une articulation sensibilisée, le chrome, qui est l'ingrédient « inoxydable » principal, devient séquestré ou mis hors jeu et localement indisponible pour l'action protectrice. S'il n'est pas traité correctement, le soudage des aciers inoxydables 18/8 peut entraîner la perte de leur propriété protectrice le long des chemins sensibilisés, et le matériau soudé devient sujet aux attaques intergranulaires dans un environnement corrosif.

Trois stratégies peuvent être utilisées pour réduire les effets néfastes du processus de sensibilisation dans les aciers inoxydables de la série 300. La première consiste à utiliser une version à très faible teneur en carbone (c'est-à-dire 304L où L signifie à faible teneur en carbone) où peu de carbone est disponible pour fabriquer des carbures de chrome.

Une autre stratégie consiste à utiliser un type de métal de base différent qui comprend du titane (type 321) ou du columbium (type 347), qui formera des carbures de titane ou de columbium, rendant le carbone indisponible pour le chrome pendant le processus de sensibilisation. Cela laisse le chrome libre d'accomplir ses tâches anti-corrosives.

Remarque :Le métal d'apport pour ce matériau, si nécessaire, doit toujours être du columbium. Pourquoi? Parce que le titane est réactif et n'est pas facilement récupéré lors du dépôt. Cela signifie qu'il ne serait pas disponible au moment le plus nécessaire. Le columbium n'est cependant pas réactif. Il restera en place pendant le processus de fusion, et lorsque le matériau est chauffé à la plage de température de sensibilisation, il fera le travail de produire des carbures de columbium, ce qui sauvera la journée.

La troisième stratégie consiste à effectuer un traitement thermique de mise en solution à température élevée (1050 Celsius ou 1900 Fahrenheit), ce qui réparerait la susceptibilité à la corrosion. Cette stratégie met en place une solution solide de carbures de chrome, issus du processus de sensibilisation au soudage de l'acier inoxydable 18/8 ordinaire. Ce processus, cependant, fait face à des problèmes tels que la formation d'oxydes lourds s'il n'est pas effectué sous vide ou dans une autre atmosphère protectrice, exempte de contaminants. Les types 309 et 310, utilisés pour les applications à température élevée, et le type 316 ou mieux le type 316L utilisé pour une meilleure résistance à la corrosion, ne sont généralement pas sujets à la sensibilisation et sont utilisés avec des fils d'apport de composition similaire.

2. Ferritique

La deuxième classe d'acier inoxydable est appelée acier inoxydable ferritique. Cet acier est ferromagnétique, mais ne peut pas être durci par traitement thermique. Il s'agit d'un type d'acier inoxydable couramment utilisé dans les composants d'échappement des voitures. Une quantité limitée de structure ferritique, lorsqu'elle est présente dans une structure autrement principalement austénitique, est considérée comme bénéfique en ce qu'elle réduit les risques de fissuration à chaud. Le soudage des aciers ferritiques inoxydables peut facilement être réalisé à l'aide de procédés de soudage à l'arc, avec un métal d'apport ferritique ou austénitique. Un traitement thermique post-soudure peut être nécessaire pour améliorer les propriétés.

3. Martensitique

Les aciers inoxydables martensitiques sont magnétiques et parfaitement aptes à être durcis par traitement thermique. Le soudage d'acier inoxydable de ce type n'est pas recommandé, bien que réalisable avec des techniques spéciales. Le soudage peut produire des fissures, surtout si la teneur en carbone n'est pas suffisamment faible. Des traitements de préchauffage et de post-chauffage peuvent être nécessaires.

Un dernier cours

Pour compléter l'aperçu de l'acier inoxydable de soudage, il convient de mentionner une quatrième classe de matériaux non répertoriés ci-dessus - les aciers inoxydables durcissables par précipitation (PH), qui sont assez facilement soudables. Cependant, des instructions précises doivent être suivies concernant les traitements thermiques afin de développer les propriétés requises.

Procédés de soudage pour l'acier inoxydable

Il existe de nombreux types de soudage différents qui peuvent être utilisés lors du soudage de l'acier inoxydable. Ils ont tous leurs avantages et leurs inconvénients, et ils nécessitent tous des instructions spécifiques pour garantir une soudure solide et appropriée à chaque fois.

Soudage par friction

Le soudage par friction des aciers inoxydables ne présente presque aucun problème, à l'exception des types d'acier inoxydable à coupe libre qui ne doivent pas être soudés du tout. Il est utilisé pour souder l'acier inoxydable non seulement sur d'autres pièces en acier inoxydable, mais également sur différents métaux comme le cuivre et l'aluminium. Il faut toujours être conscient du type et de l'état du matériau avant de souder, ainsi que des effets de la chaleur près du joint. Certains éléments comme le soufre ou le sélénium peuvent compromettre la solidité finale des joints soudés.

Soudage par résistance

Le soudage par résistance peut être utilisé dans la plupart des aciers inoxydables. Les aciers austénitiques de la série 300 de la série 300 peuvent facilement utiliser le soudage par résistance, tout comme les aciers ferritiques. Cependant, les aciers inoxydables martensitiques peuvent poser problème car le résultat de la soudure est cassant, s'il n'est pas suffisamment ramolli par un traitement de revenu post-soudure.

Le procédé de soudage par résistance est actuellement utilisé sur l'acier inoxydable avec des adaptations pour faire face aux différences de résistance électrique et de faible conductivité thermique, ainsi qu'à une dilatation thermique à coefficient élevé, à une température de fusion plus élevée et à une résistance élevée à des températures élevées. La force de l'électrode est plus élevée, tandis que le temps et le courant sont moindres pour les aciers à faible teneur en carbone.

Tous les aciers inoxydables doivent non seulement être nettoyés de la saleté, de l'huile, de la graisse ou de la peinture avant le processus de soudage par résistance (ou tout processus de soudage), mais ils doivent également être nettoyés de la couche d'oxyde de chrome qui se forme naturellement. Cela doit être enlevé avec une brosse métallique en acier inoxydable.

Soudage à l'arc

Le soudage à l'arc peut être utilisé lors du soudage de l'acier inoxydable, tant que le flux approprié est utilisé. Cela rend le processus beaucoup moins viable que le soudage TIG, à moins qu'il n'y ait pas d'autre choix disponible. Le soudage TIG de l'acier inoxydable nécessite d'éliminer toute trace de flux résiduel sur la pièce après le processus de soudage, ce qui allonge l'opération et augmente les coûts. Le soudage à l'arc est couramment utilisé, en portant une attention particulière à la classe et à l'état du matériau à souder, ainsi qu'en surveillant la sensibilisation et les déformations.

Tous les types de procédés à l'arc peuvent être utilisés pour le soudage des aciers inoxydables en tenant dûment compte de la forme, des dimensions et de la préparation du joint. En particulier, le soudage à l'arc sous protection (SMAW) est largement utilisé en raison de sa flexibilité. Il est à noter que les électrodes sont de deux types concernant la composition du revêtement, ce qui peut influencer le choix du courant utilisé.

De nombreux métaux d'apport peuvent être utilisés pendant le processus à l'arc. La classification des métaux d'apport en acier inoxydable se trouve dans la norme AWS A5.9/A5.9M:2006 de l'American Welding Society - Spécification pour les électrodes et les tiges de soudage en acier inoxydable nu.

Soudage par faisceau d'électrons

Le soudage par faisceau d'électrons (EBW) des aciers inoxydables est facilement réalisé avec de bons résultats, même dans les soudures très profondes. Le rapport profondeur/largeur remarquablement élevé permet à EBW de joindre des configurations impossibles avec d'autres moyens. L'apport de chaleur étant faible et la zone affectée par la chaleur ayant une étendue limitée, il n'y a souvent aucun dommage notable aux propriétés mécaniques, de sorte qu'un traitement thermique supplémentaire n'est pas nécessaire.

Soudage au laser

Le soudage laser peut également être utilisé lors du soudage d'aciers inoxydables, à condition que des précautions soient prises pour isoler la soudure de l'air et limiter les propriétés de détérioration obtenues lors du traitement thermique.

En fin de compte, le soudage de l'acier inoxydable n'est pas du tout un processus compliqué. Il suffit d'être attentif aux détails en ce qui concerne les matériaux de la pièce à usiner, les métaux d'apport et le type de soudage utilisé. Si tout cela est à la hauteur, vous pouvez réussir à souder vos pièces en acier inoxydable.

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