5 conseils pour savoir comment souder des tubes et tuyaux en acier inoxydable

L'acier inoxydable n'est pas nécessairement difficile à travailler, mais le soudage de l'acier inoxydable nécessite une attention particulière aux détails. Il ne dissipe pas la chaleur aussi bien que l'acier doux ou l'aluminium, et il peut perdre une partie de sa résistance à la corrosion si trop de chaleur y est injectée. Les meilleures pratiques peuvent contribuer à maintenir sa résistance à la corrosion. Images : Miller électrique

La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable en fait un choix attrayant pour de nombreuses applications critiques de tubes et de tuyaux, y compris les applications alimentaires et de boissons de haute pureté, pharmaceutiques, de récipients sous pression et pétrochimiques. Cependant, le matériau ne dissipe pas la chaleur aussi bien que l'acier doux ou l'aluminium, et de mauvaises pratiques de soudage peuvent diminuer sa capacité à résister à la corrosion. L'application d'un apport de chaleur trop important et l'utilisation du mauvais métal d'apport sont deux coupables.

Suivre certaines des meilleures pratiques pour le soudage de l'acier inoxydable peut aider à améliorer les résultats et à garantir que le métal conserve sa résistance à la corrosion. De plus, la mise à niveau du processus de soudage peut offrir des gains de productivité sans impact sur la qualité.

Dans le soudage de l'acier inoxydable, la sélection du métal d'apport est cruciale pour contrôler les niveaux de carbone. Le métal d'apport utilisé pour le soudage des tubes et tuyaux en acier inoxydable doit améliorer les propriétés de la soudure et répondre aux exigences de l'application.

Recherchez les métaux d'apport avec une désignation "L", tels que ER308L, car ils fournissent une teneur maximale en carbone inférieure, ce qui aide à conserver la résistance à la corrosion dans les alliages inoxydables à faible teneur en carbone. Le soudage d'un matériau de base à faible teneur en carbone avec un métal d'apport standard peut augmenter la teneur en carbone du joint de soudure et ainsi augmenter le risque de corrosion. Évitez les métaux d'apport avec une désignation "H", car ils fournissent une teneur en carbone plus élevée conçue pour les applications qui nécessitent une plus grande résistance à des températures élevées.

Lors du soudage d'aciers inoxydables, il est également important de choisir un métal d'apport à faible teneur en éléments traces (également appelé tramp). Il s'agit d'éléments résiduels, dont l'antimoine, l'arsenic, le phosphore et le soufre, présents dans les matières premières utilisées pour fabriquer les métaux d'apport. Ils peuvent affecter considérablement la résistance à la corrosion du matériau.

Étant donné que l'acier inoxydable est si sensible à l'apport de chaleur, la préparation des joints et un ajustement approprié jouent un rôle clé dans le contrôle de la chaleur afin de maintenir les propriétés du matériau. Avec des espaces ou un ajustement inégal entre les pièces, la torche doit rester au même endroit plus longtemps, et plus de métal d'apport est nécessaire pour combler ces espaces. Cela entraîne une accumulation de chaleur dans la zone affectée, ce qui peut surchauffer la pièce. Un mauvais ajustement peut également rendre plus difficile le comblement des écarts et l'obtention de la pénétration de soudure nécessaire. Veillez à ce que l'ajustement des pièces soit aussi parfait que possible avec l'acier inoxydable.

La propreté est également très importante avec ce matériau. De très petites quantités de contaminants ou de saleté dans le joint de soudure peuvent provoquer des défauts qui réduisent la résistance et la résistance à la corrosion du produit final. Pour nettoyer le matériau de base avant le soudage, utilisez une brosse dédiée spécifiquement pour l'acier inoxydable qui n'a pas été utilisée sur l'acier au carbone ou l'aluminium.

Dans l'acier inoxydable, la sensibilisation est la principale cause de la perte de résistance à la corrosion. Cela peut se produire lorsque les températures de soudure et les taux de refroidissement fluctuent trop, modifiant la microstructure du matériau.

Cette soudure OD sur un tuyau en acier inoxydable, soudée à l'aide de GMAW et de dépôt de métal régulé (RMD) sans purge arrière pour la passe de racine, est similaire en apparence et en qualité aux soudures réalisées avec GTAW avec une purge arrière.

L'oxyde de chrome est un élément clé de la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. Mais si les niveaux de carbone dans la soudure sont trop élevés, il se forme des carbures de chrome. Ceux-ci fixent le chrome et empêchent la formation de l'oxyde de chrome nécessaire qui confère à l'acier inoxydable sa résistance à la corrosion. Sans suffisamment d'oxyde de chrome, le matériau n'a pas les propriétés souhaitées et la corrosion peut s'installer.

La prévention de la sensibilisation se résume à la sélection du métal d'apport et au contrôle de l'apport de chaleur. Comme indiqué précédemment, il est important de choisir un métal d'apport à faible teneur en carbone pour le soudage de l'acier inoxydable. Cependant, le carbone est parfois nécessaire pour assurer la résistance de certaines applications. Lorsqu'il n'est pas possible de choisir un métal d'apport à faible teneur en carbone, le contrôle de la chaleur est particulièrement important.

Minimisez le temps pendant lequel la soudure et la zone affectée par la chaleur sont maintenues à des températures élevées - généralement considérées comme étant de 950 à 1 500 degrés F (500 à 800 degrés C). Moins une soudure passe de temps dans cette plage, moins la chaleur peut s'accumuler. Toujours vérifier et respecter les températures entre passes dans la procédure de soudage pour l'application.

Une autre option consiste à utiliser des métaux d'apport conçus avec des ingrédients d'alliage tels que le titane et le niobium qui empêchent la formation de carbures de chrome. Étant donné que ces ingrédients affectent également la résistance et la ténacité, ces métaux d'apport ne peuvent pas être utilisés dans toutes les applications.

L'utilisation du soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW) pour la passe de racine est la méthode traditionnelle de soudage des tubes et tuyaux en acier inoxydable. Cela nécessite généralement une purge arrière de gaz argon pour aider à prévenir l'oxydation sur la face arrière de la soudure. Cependant, l'utilisation de procédés de soudage par fil est de plus en plus courante avec les tubes et tuyaux en acier inoxydable. Dans ces applications, il est important de comprendre comment les différents gaz de protection affectent la résistance à la corrosion du matériau.

Des mélanges d'argon et de dioxyde de carbone, d'argon et d'oxygène, ou des mélanges de trois gaz (hélium, argon et dioxyde de carbone) ont traditionnellement été utilisés lors du soudage de l'acier inoxydable avec le procédé de soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW). Souvent, ces mélanges contiennent principalement de l'argon ou de l'hélium et moins de 5 % de dioxyde de carbone, car le dioxyde de carbone peut apporter du carbone au bain de soudure et augmenter le risque de sensibilisation. L'argon pur n'est pas recommandé pour le GMAW sur l'acier inoxydable.

Les fils fourrés pour acier inoxydable sont conçus pour fonctionner avec des mélanges traditionnels de 75 % d'argon et de 25 % de dioxyde de carbone. Le flux contient des ingrédients conçus pour empêcher le carbone du gaz de protection de contaminer la soudure.

Au fur et à mesure de l'évolution des procédés GMAW, ils ont simplifié le soudage des tubes et tuyaux en acier inoxydable. Alors que certaines applications peuvent encore nécessiter le processus GTAW, les processus de fil avancés peuvent offrir une qualité similaire et une bien meilleure productivité dans de nombreuses applications inoxydables.

Une soudure ID sur acier inoxydable, réalisée avec GMAW RMD, est similaire en qualité et en apparence à la soudure OD correspondante.

L'utilisation d'un procédé GMAW en court-circuit modifié tel que le dépôt de métal régulé (RMD) de Miller pour la passe de racine élimine la purge arrière dans certaines applications d'acier inoxydable austénitique. La passe de racine RMD peut être suivie de passes de remplissage et de capuchon de soudage à l'arc pulsé GMAW ou à l'arc avec fil fourré - un changement qui permet d'économiser du temps et de l'argent par rapport à l'utilisation de GTAW avec purge arrière, en particulier sur les tuyaux plus gros.

RMD utilise un transfert de métal en court-circuit contrôlé avec précision qui crée un arc calme et stable et une flaque de soudure. Cela offre moins de risque de recouvrement à froid ou de manque de fusion, moins de projections et un passage de racine de meilleure qualité sur le tuyau. Le transfert de métal contrôlé avec précision permet également un dépôt uniforme des gouttelettes et facilite le contrôle de la flaque d'eau et, par conséquent, l'apport de chaleur et les vitesses de soudage.

Un procédé non conventionnel peut augmenter la productivité du soudage. Lors de l'utilisation de RMD, la vitesse de soudage peut être de 6 à 12 po/min. Parce que le processus permet une augmentation de la productivité sans apporter de chaleur supplémentaire dans la pièce, il aide à maintenir les propriétés et la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. L'apport de chaleur réduit du processus aide également à contrôler la distorsion du matériau de base.

Ce processus GMAW pulsé fournit une longueur d'arc plus courte, un cône d'arc plus étroit et moins d'apport de chaleur par rapport au transfert d'impulsion de pulvérisation traditionnel. Étant donné que le processus est en boucle fermée, la dérive de l'arc et les variations des distances pointe-pièce sont pratiquement éliminées. Cela facilite le contrôle de la flaque d'eau pour le soudage en position et hors position. Enfin, le couplage de la GMAW pulsée pour les passes de remplissage et de bouchage avec la RMD pour la passe de racine permet des procédures de soudage avec un fil et un gaz, éliminant le temps de changement de procédé.