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Une bonne préparation des soudures, les métaux d’apport font toute la différence

Le développement d’aciers inoxydables inoxydables avec des attributs distincts qui comprennent divers degrés de résistance à la corrosion, de résistance et de maniabilité a été un avantage énorme pour les utilisateurs d’acier. Cependant, cette évolution a également rendu le soudage de l’acier inoxydable plus compliqué que le soudage de l’acier au carbone traditionnel.

Les gens sont souvent surpris d’apprendre qu’il existe plus d’un type d’acier inoxydable. L’acier inoxydable original, introduit par Harry Brearley en 1913, était beaucoup plus résistant à la corrosion que l’acier au carbone standard, mais au prix d’une ductilité moindre. Dans les années qui ont suivi, les métallurgistes qui ont expérimenté différentes quantités de matériaux d’alliage ont amélioré la performance de l’acier inoxydable de diverses façons.

La technique requise pour souder l’acier inoxydable n’est pas très différente de celle requise pour souder l’acier au carbone standard, à deux exceptions près. Tout d’abord, vous devez faire preuve de plus de soin et de contrôle en ce qui concerne le chauffage et le refroidissement de l’acier inoxydable. Deuxièmement, il est plus important d’apparier correctement les métaux d’apport avec le matériau à souder.

Types d’acier inoxydable

Cinq types d’acier, chacun avec de nombreuses variantes, tombent sous le parapluie de l’acier inoxydable. Tous sont catégorisés en fonction de leur microstructure – le résultat à la fois de la chimie et de la façon dont l’acier est chauffé et travaillé. La microstructure a une grande influence sur la résistance, la ductilité et d’autres caractéristiques physiques et chimiques de l’acier.

Trois types d’acier inoxydable se retrouvent le plus souvent dans les ateliers de fabrication standard. L’acier inoxydable austénitique est probablement l’acier inoxydable le plus largement utilisé, en particulier dans les applications typiques d’usinage et de fabrication. L’acier inoxydable martensitique dur est fréquemment utilisé dans les applications à forte usure telles que le rechargement dur. L’acier inoxydable ferritique est moins cher que les autres formes d’acier inoxydable, ce qui en fait l’un des produits de consommation préférés des consommateurs, comme les composants d’échappement automobiles.

Un quatrième type, l’acier inoxydable duplex, est une combinaison de microstructures d’austénite et de ferrite, ce qui le rend plus résistant que l’un ou l’autre de ses composants mais aussi plus difficile à travailler. Enfin, les aciers inoxydables à durcissement par précipitation comprennent d’autres éléments d’alliage – le niobium, par exemple – qui augmentent à la fois la résistance et le coût. L’acier inoxydable duplex et l’acier inoxydable à durcissement par précipitation sont tous deux des types spéciaux utilisés principalement dans des applications à haut rendement, comme l’aérospatiale et les industries de transformation, et nous n’entrerons pas dans les détails à ce sujet.

Préparation à la soudure inox

Comme dans tout type de soudage, il est important de nettoyer l’acier inoxydable avant de le souder. Ce que vous ne réalisez peut-être pas, cependant, c’est à quel point il est important d’utiliser des outils, comme des marteaux et des brosses, uniquement sur de l’acier inoxydable en raison de la sensibilité du matériau à la présence de tout acier au carbone. Par exemple, si vous utilisez une brosse en acier inoxydable pour nettoyer l’acier au carbone, ne l’utilisez plus sur aucun acier inoxydable. Il en va de même pour les marteaux et les pinces en acier inoxydable. Pourquoi ? Parce que des quantités infimes d’acier au carbone peuvent s’incruster dans les aciers inoxydables, ce qui les fait rouiller.

De même, le meulage de l’acier au carbone à proximité de l’acier inoxydable peut entraîner des problèmes. La poussière d’acier au carbone en suspension dans l’air peut se déposer sur l’acier inoxydable à proximité et provoquer de la rouille. C’est pourquoi c’est une bonne idée de séparer les zones de travail en acier au carbone et en acier inoxydable.

L’autre facteur important dans la préparation de la soudure est de s’assurer d’avoir le bon matériau d’apport, ce qui signifie savoir quel type de matériau de base vous soudez. Dans de nombreux cas, c’est aussi simple que d’utiliser un métal d’apport portant le même numéro que le métal de base. Par exemple, si vous assemblez deux pièces de métal de base 316L, vous utiliserez du métal d’apport 316L.

Il y a, bien sûr, des situations où ce n’est pas si simple, comme lorsque vous assemblez des métaux dissemblables ou lorsque vous faites une superposition.

Utiliser des outils à main dédiés au nettoyage et à la préparation de l’acier inoxydable. Ce matériau est extrêmement sensible à la présence d’acier au carbone, et même des quantités infimes peuvent faire rouiller l’acier inoxydable.

Acier inoxydable austénitique

L’acier inoxydable austénitique est le type d’acier inoxydable le plus couramment utilisé dans les ateliers de fabrication ; c’est la série 300. Bien que ces matériaux de base n’aient pas besoin d’être préchauffés, ils ont une température d’interpassage maximale. Une fois que le métal de base atteint 350 degrés F, par exemple lorsque vous faites plusieurs passes, vous devez arrêter le soudage et laisser refroidir le matériau.

Certains aciers inoxydables de la série 300 sont appelés aciers austénitiques-310, 320 et 330. Il faut les gérer avec soin pour éviter les fissures en utilisant un procédé à faible apport thermique et en réalisant des soudures convexes. Si vous faites une soudure plate ou concave sur ces matériaux, elle sera susceptible de se fissurer.

Un autre paramètre à considérer est la composition du matériau de base et du métal d’apport. Pensez à l’acier inoxydable 316L. Un grade avec un “L” dans le nom est généralement limité à des températures de 800 degrés F ou moins dans la plupart des applications, mais le L ne signifie pas une température basse. Il désigne une faible teneur en carbone, typiquement 0,03 % de carbone.

Comme mentionné précédemment, le métal d’apport approprié à utiliser avec ce métal de base a la même désignation, 316L. Cependant, ne pensez pas que l’appariement du nombre de métaux de base est suffisant. Vous avez peut-être du métal d’apport 316L sous la main, mais cela ne signifie pas que vous pouvez l’utiliser pour souder du métal de base 316H. Le “H” est synonyme de haute teneur en carbone, et même s’il soude très bien le métal de base 316L, il ne tiendra pas une fois que la pièce soudée sera mise en service.

La qualité d’acier inoxydable austénitique la plus populaire est le 304, mais le choix d’un métal d’apport à utiliser avec ce métal de base est un peu moins simple, car il n’y a pas de métal d’apport du 304. Au lieu de cela, le métal d’apport à utiliser dans ce cas est le 308L. Il possède une chimie légèrement différente qui permet au métal d’apport de subir la solidification et le refroidissement rapides associés au soudage sans se fissurer.

Un autre exemple est le métal de base 321, qui comprend de petites quantités de titane. Cependant, tout le titane contenu dans un métal d’apport serait brûlé au cours du processus de soudage. Dans ce cas, la charge appropriée est le 347, dont la chimie est similaire à celle du 321, mais le titane est remplacé par du niobium.

Heureusement, la plupart du temps, les nuances de métaux d’apport et de métaux communs sont les mêmes. Si vous avez des questions, les fournisseurs de matériel de soudage sont toujours prêts à vous aider à confirmer votre choix ou à déterminer les combinaisons qui vous sont les moins familières.

Acier inoxydable martensitique

Les aciers inoxydables martensitiques sont moins utilisés pour les assemblages que pour les recouvrements et pour la construction de matériaux résistants à l’usure. Ils ont généralement une température d’interpassage minimale.

Une application courante de ce type de matériau est le rajeunissement des cylindres d’acier utilisés dans les laminoirs de coulée continue. Une fois que les rouleaux s’usent au-delà d’un certain point, ils sont refaits surface à l’aide d’un fil martensitique. Avant de commencer le soudage sur le rouleau, un chalumeau ou un réchauffeur à résistance est utilisé pour chauffer le rouleau à 400 à 600 degrés F. Une fois le soudage commencé, la température ne peut pas descendre en dessous de cette température de préchauffage. L’acier inoxydable martensitique devient très dur et cassant au refroidissement, ce qui est excellent pour la résistance à l’usure mais très résistant aux soudures au fur et à mesure qu’elles sont faites. Le fait de rester au-dessus de la température minimale d’interpassage empêche la zone autour de la soudure de se refroidir trop rapidement.

Lorsque vous soudez de l’acier inoxydable martensitique, il est impératif d’atteindre une température de préchauffage précise et de maintenir la température minimale d’entrecroisement pendant toute la durée du soudage. Sinon, vous risquez de vous retrouver avec des fissures.

Comme pour beaucoup d’autres variétés d’acier inoxydable, si vous assemblez des métaux communs martensitiques, vous utiliserez probablement un métal d’apport avec le même numéro. Dans certaines applications, un métal d’apport en acier inoxydable austénitique peut être utilisé pour l’assemblage. Pour les recouvrements, qui sont souvent posés sur de l’acier au carbone, le 410 est un métal d’apport standard. Mais quel que soit le type de travail, les clés du succès du soudage avec du métal d’apport martensitique sont un préchauffage adéquat et un refroidissement lent par la suite.

Acier inoxydable ferritique

Les applications automobiles utilisent l’acier inoxydable le plus ferritique. Les deux grades les plus couramment utilisés dans cette application sont le 409 et le 439. L’acier inoxydable ferritique est généralement disponible dans des épaisseurs de ¼ po ou moins, de sorte que la plupart des soudures avec ce matériau se font en un seul passage. C’est une bonne chose parce que le soudage de l’acier inoxydable ferritique est plus efficace avec un faible apport de chaleur et que la température maximale d’entrecroisement est de 300 degrés F.

Si vous ne respectez pas cette directive, vous le saurez bien assez tôt. Lorsque les apports thermiques sont élevés, le matériau commence à prendre de l’expansion et peut rapidement perdre de sa résistance. Dans les applications moins courantes de soudage d’acier inoxydable ferritique plus épais, faites particulièrement attention à limiter l’apport de chaleur. De plus, faites correspondre la qualité du matériau d’apport à la qualité du métal de base et vos soudures devraient bien s’effectuer.

Acier inoxydable duplex

Trop de chaleur nuit également aux aciers inoxydables duplex, en raison de la plus grande complexité de la composition chimique du matériau. N’oubliez pas que ce type d’acier inoxydable contient des parties d’acier inoxydable austénitique et ferritique, ce qui rend également le choix d’un métal d’apport un peu plus difficile. De nombreux types de métaux communs inoxydables duplex ne sont pas disponibles en tant que métaux d’apport en raison principalement du fait que le métal d’apport refroidit beaucoup plus rapidement que le métal de base. Un léger ajustement de la composition chimique permet à la soudure d’avoir des propriétés de résistance et de matériau similaires à celles du métal de base.

Un exemple est le 2205 métal de base, un acier inoxydable duplex qui contient du nickel. Le métal d’apport que vous utiliseriez est le 2209, car il produit une soudure avec des quantités similaires de ferrite et d’austénite que le métal de base, ce qui évite les problèmes de soudure. Un autre exemple est le métal de base 2507, que vous souderiez avec du métal d’apport 2594.

Les pièces de production soudées nécessitent généralement un certain type de procédure de soudage, y compris des soudures d’essai et des approbations qui expliquent en détail comment réaliser la soudure. La procédure détaille non seulement le métal d’apport à utiliser, mais aussi toutes les exigences de température de préchauffage et d’entrecroisement. Cependant, lorsque vous vous trouvez à souder un projet en utilisant de l’acier inoxydable duplex, vous pourriez avoir besoin d’être guidé dans le choix du métal d’apport.

Soudage de métaux communs mélangés ou inconnus

Il est parfois nécessaire de souder des métaux différents ou des métaux de base inconnus, par exemple pour effectuer des réparations sur le terrain. Heureusement, les métaux d’apport ont été mis au point avec des produits chimiques spécialement conçus pour de telles situations. Il n’est pas rare, par exemple, de vouloir joindre l’acier inoxydable 304L et l’acier au carbone. Dans ce cas, considérez le matériau de remplissage 309L, qui est susceptible d’être un bon choix pour des métaux différents jusqu’à environ 750 degrés F.

Si vous n’êtes pas certain de la composition du métal de base, pensez à l’une des électrodes spécialement conçues pour les réparations, comme l’électrode inoxydable 312. Commercialisées sous différents noms commerciaux qui vantent leur compatibilité universelle, ces électrodes soudées polyvalentes sont caractérisées par une grande résistance chimique, une résistance à la corrosion et une bonne ductilité. Ils sont également compatibles avec la plupart des métaux de base. Et le fait est que les 312 électrodes et d’autres comme elles font le travail. L’inconvénient est qu’ils peuvent coûter trois à quatre fois plus cher que le fil standard de soudage à l’arc sous gaz métallique (GMAW). Cependant, quand la performance compte et que vous voulez compter sur le succès, le prix en vaut la peine.

Lorsque vous soudez de l’acier inoxydable, n’oubliez pas de rechercher d’abord un métal d’apport qui est le même que le métal de base. Si vous avez de la difficulté à trouver une correspondance exacte, consultez votre fournisseur de matériel de soudage pour trouver un matériau approprié. Et lorsqu’il y a des questions sur la composition des métaux de base, mais que vous devez quand même vous assurer de pouvoir faire de bonnes soudures, sachez qu’il existe des électrodes de réparation spécialisées qui vous aideront à faire le travail et à le faire bien.

Contrôle de la température du matériau, soudage

Lorsque vous soudez de l’acier inoxydable, il est important de surveiller la température du métal soudé et du métal de base. Si vous ne respectez pas les plages de température spécifiées, vous aurez probablement des problèmes de performance. Il y a trois façons de vérifier la température de l’acier pendant le soudage :

Les bâtonnets indicateurs de température ont une longue expérience dans la confirmation précise de la température. Cependant, leur portée est limitée et des bâtonnets différents sont nécessaires pour chaque température cible.

Les thermomètres électroniques à infrarouge détectent rapidement et à distance la température de surface de l’acier. Ils ont besoin d’une ligne de vue dégagée, ce qui n’est généralement pas un problème. Des surfaces brillantes et d’autres conditions liées à la lumière peuvent conduire à de fausses lectures, de même que des variations dans la distance de la surface. Mais la plupart des gens qui utilisent ce type d’appareil ont appris à s’adapter à ces bizarreries.

Les sondes électroniques de température de surface offrent un troisième moyen de contrôler la température. Ils sont disponibles avec des poignées de différentes longueurs qui vous permettent de toucher le métal pour une lecture. Certains peuvent également être montés sur la pièce à usiner. Il s’agit d’une configuration idéale lors de l’exécution d’une soudure d’essai car elle vous permet de surveiller la température en continu et même d’imprimer un graphique de la température du métal pendant toute la durée de la soudure.