Conseils pour le soudage de l'acier inoxydable austénitique

L'acier inoxydable austénitique est le type d'acier inoxydable le plus largement utilisé, principalement de type Cr18-Ni8, Cr25-Ni20, Cr25-Ni35. Le soudage de l'acier inoxydable austénitique présente des caractéristiques évidentes :

• Soudage de fissures à chaud.

L'acier inoxydable austénitique est facile à former une structure de grain colonnaire volumineuse lorsque les pièces du joint de soudure sont à haute température et que le temps de rétention est plus long, en raison de sa faible conductivité thermique et de son important coefficient de dilatation linéaire. Dans le processus de solidification, si la teneur en soufre, phosphore, étain, antimoine, niobium et autres éléments d'impureté est plus élevée, cela conduit à la formation d'un eutectique à bas point de fusion entre les grains. Lorsque le joint soudé est soumis à une forte contrainte de traction, des fissures de solidification se forment facilement dans le cordon de soudure et des fissures de liquéfaction se forment facilement dans la zone affectée par la chaleur, ce qui constitue des fissures thermiques de soudage. La méthode la plus efficace pour prévenir les fissures à chaud consiste à réduire les éléments d'impureté qui produisent facilement un eutectique à bas point de fusion dans l'acier et les matériaux de soudage et à faire en sorte que l'acier inoxydable austénitique Cr - Ni contienne une structure de ferrite 4% ~ 12%.

• Corrosion intergranulaire.

Selon la théorie de l'appauvrissement en chrome, la précipitation de carbure de chrome sur la surface intergranulaire, qui entraîne un appauvrissement en chrome au niveau du joint de grain, est la principale raison de la corrosion intergranulaire. Par conséquent, le choix de nuances à très faible teneur en carbone ou de matériaux de soudage contenant des éléments stabilisés tels que le niobium et le titane sont les principales mesures de prévention de la corrosion intergranulaire.

• Fissuration par corrosion sous contrainte.

La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) se présente généralement comme une rupture fragile, le temps de traitement de la rupture est court et les dommages sont graves. La contrainte résiduelle de soudage est la principale cause de la fissuration par corrosion sous contrainte dans l'acier inoxydable austénitique. La modification de la microstructure du joint soudé ou la concentration de contraintes des milieux corrosifs locaux sont également des causes.

• fragilisation en phase σ des joints soudés

La phase σ est une sorte de composé intermétallique fragile qui se concentre principalement dans le joint de grain des grains colonnaires. L'acier inoxydable austénitique Cr-Ni, en particulier l'acier inoxydable Ni-Cr-Mo, est sujet à la transition de phase δ-σ et le changement sera plus évident lorsque la teneur en ferrite δ dans les joints de soudure est supérieure à 12%, ce qui entraîne une fragilisation évidente du métal soudé. C'est pourquoi la quantité de ferrite delta de la couche de revêtement de la paroi du réacteur d'hydrogénation à chaud sera contrôlée entre 3%~10%.

Quel matériel de soudage est adapté au soudage de l'acier inoxydable 304 ?

Le matériau de soudage de type 308 est recommandé pour le soudage de l'acier inoxydable 304, car les éléments supplémentaires de l'acier inoxydable 308 permettent de mieux stabiliser la zone de soudure. Fils 308L sont également une option acceptable.

La teneur en carbone de l'acier inoxydable à faible teneur en carbone est inférieure à 0,03%, tandis que l'acier inoxydable standard peut contenir jusqu'à 0,08% de carbone. Les fabricants doivent accorder une attention particulière à l'utilisation de matériaux de soudage à base de carbone L, car leur faible teneur en carbone réduit la tendance à la corrosion intergranulaire. Les fabricants de soudure GMAW utilisent également des soudures 3XXSi telles que 308LSi ou 316LSi car le Si améliore le mouillage des soudures. Dans les cas où l'élément soudé présente une bosse importante ou lorsque la connexion du bain est mauvaise au niveau de la pointe de la soudure d'angle ou de la soudure à recouvrement, l'utilisation d'un fil blindé à l'air contenant du Si permet d'humidifier la soudure et d'augmenter le taux de dépôt. Les matériaux de soudage de type 347 contenant une petite quantité de Nb peuvent être sélectionnés si la précipitation du carbure est envisagée.

Comment souder l'acier inoxydable et l'acier au carbone ?

Certaines pièces structurelles sont soudées à la surface de l'acier au carbone avec une couche résistante à la corrosion afin de réduire les coûts. Lors du soudage d'un acier au carbone à un métal de base allié, l'utilisation d'un matériau de soudage à forte teneur en alliage peut équilibrer le taux de dilution dans la soudure. Par exemple, lors du soudage d'acier au carbone et d'acier inoxydable 304 ou 316, ainsi que d'autres aciers inoxydables dissemblables, le fil ou l'électrode 309L est un choix approprié.

Si vous souhaitez obtenir un contenu Cr plus élevé, utilisez 312 soudage matériau. Il convient de souligner que le taux de dilatation thermique de l'acier inoxydable austénitique est 50% plus élevé que celui de l'acier au carbone. Lors du soudage, la différence de taux de dilatation thermique produira une contrainte interne qui conduira à la fissure. Dans ce cas, il est nécessaire de sélectionner le matériau de soudage approprié ou de spécifier le processus de soudage approprié (Fig. 1). Cela montre que lors du soudage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable, la déformation causée par des taux de dilatation thermique différents doit être davantage compensée.

Quelle est la bonne préparation avant soudage ?

Avant le soudage, utilisez un solvant sans chlore pour éliminer la graisse, les marques et la poussière afin d'éviter que la résistance à la corrosion du matériau de base de l'acier inoxydable ne soit affectée par l'acier au carbone. Certaines entreprises stockent séparément l'acier inoxydable et l'acier au carbone pour éviter toute contamination croisée. Lorsque des meules et des brosses spéciales en acier inoxydable sont utilisées pour nettoyer la zone autour des biseaux, il est parfois nécessaire d'effectuer un nettoyage secondaire des joints. L'opération de compensation de l'électrode pour le soudage de l'acier inoxydable étant plus difficile que celle de l'acier au carbone, le nettoyage des joints est important.

Quel est le traitement correct après soudage ?

Tout d'abord, rappelons que si l'acier inoxydable ne rouille pas, c'est parce que le Cr et l'O réagissent à la surface du matériau pour générer une couche d'oxyde dense, et jouent un rôle protecteur. La rouille de l'acier inoxydable est due à la précipitation du carbure et à l'échauffement pendant le processus de soudage, ce qui entraîne la formation d'oxyde de fer sur la surface de soudage. Les soudures parfaites à l'état de soudage peuvent également produire des contre-dépouilles dans la zone rouillée à la limite de la zone affectée par la chaleur du soudage dans les 24 heures. Par conséquent, pour régénérer le nouvel oxyde de chrome, l'acier inoxydable doit être poli, décapé, poncé ou lavé après le soudage.

Comment contrôler la précipitation des carbures dans l'acier inoxydable austénitique ?

Lorsque la teneur en carbone dépasse 0,02% à 800-1600℉, C diffuse aux joints de grains austénitiques et réagit avec Cr aux joints de grains pour former des carbures de chrome. Si une grande quantité de Cr est durcie par l'élément C, la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable diminuera et une corrosion intergranulaire se produira lorsqu'il sera exposé à un environnement corrosif. Les résultats expérimentaux montrent que la corrosion intergranulaire se produit dans la zone affectée thermiquement par le soudage dans le réservoir d'eau en milieu corrosif. L'utilisation de matériaux de soudage à faible teneur en carbone ou d'alliages spéciaux peut réduire la tendance à la précipitation du carbure et améliorer la résistance à la corrosion. Le Nb et le Ti peuvent également être ajoutés pour solidifier le C. Par rapport au Cr, les éléments Nb et Ti ont une plus grande affinité avec le C. Le Nb et le Ti peuvent également être ajoutés pour solidifier le C. grade347 Le matériel de soudage est conçu à cet effet.

Pourquoi les fils en acier inoxydable sont-ils magnétiques ?

Les aciers inoxydables à structure entièrement austénitique sont non magnétiques. Cependant, la température de soudage plus élevée fait grossir les grains de la microstructure et la sensibilité aux fissures augmente après le soudage. Pour réduire la sensibilité aux fissures thermiques, le fabricant de consommables de soudage ajoute des éléments de formation de ferrite au matériau de soudage (Fig. 2). La phase ferrite réduit la taille des grains d'austénite et augmente la résistance aux fissures. L'image suivante montre la phase de ferrite (partie grise) répartie sur la matrice d'austénite dans le matériau de soudage 309L.

L'aimant n'adhère pas fermement au métal austénitique soudé, mais une légère aspiration peut être ressentie lorsqu'il est lancé. Cela conduit également certains utilisateurs à penser que le produit est mal étiqueté ou que le mauvais matériau de soudure est utilisé (en particulier lorsque l'étiquette est retirée de l'emballage). La quantité de ferrite dans le matériau de soudage dépend de la température de service de l'application. Un excès de ferrite, par exemple, réduit la ténacité à basse température. Par conséquent, la quantité de ferrite pour les matériaux de soudage de grade 308 utilisés dans les pipelines de GNL se situe entre 3 et 6, alors que le nombre de ferrite pour les matériaux de soudage standard de type 308 est de 8. En bref, les matériaux de soudage peuvent sembler similaires, mais même de petites différences dans la composition peuvent parfois faire une grande différence.