Aciers inoxydables austénitiquespossèdent généralement une microstructure constituée d'austénite pure à température ambiante ; cependant, certaines variantes contiennent une petite quantité de ferrite, ce qui aide à prévenir les fissures à chaud. En raison de leur excellente soudabilité, les aciers inoxydables austénitiques sont largement utilisés dans des industries telles que le traitement chimique et la fabrication d'appareils sous pression pour le secteur pétrolier. Néanmoins, si les opérations de soudage sont effectuées de manière incorrecte, les aciers inoxydables austénitiques sont sensibles à divers problèmes, notamment la corrosion intergranulaire, la fissuration à chaud, la fissuration par corrosion sous contrainte et une mauvaise formation de cordons de soudure.
Quels sont les problèmes de soudage liés à l’acier inoxydable austénitique ?
I. Corrosion intergranulaire
un. Causes de la corrosion intergranulaire
La corrosion intergranulaire se produit aux joints de grains ; on parle donc de corrosion intergranulaire. Elle représente l’une des formes de dégradation les plus dangereuses pour les aciers inoxydables austénitiques. Il se caractérise par une corrosion qui pénètre profondément dans le métal le long des joints de grains, entraînant une diminution à la fois des propriétés mécaniques et de la résistance à la corrosion du métal.
Lorsque l'acier inoxydable austénitique est maintenu dans la plage de température de 450 degrés à 850 degrés pendant une certaine période, les carbures de chrome (Cr23C6) précipitent aux joints de grains. Le chrome nécessaire à cette précipitation provient essentiellement des couches superficielles des grains ; si le chrome de l'intérieur des grains ne peut pas se diffuser vers l'extérieur assez rapidement pour reconstituer ces couches superficielles, la teneur en chrome aux joints de grains -en particulier dans les couches superficielles des grains - diminuera, créant une « zone appauvrie en chrome -. Sous l'influence de milieux corrosifs agressifs, ces zones appauvries en chrome au niveau des joints de grains deviennent susceptibles d'être attaquées, entraînant une corrosion intergranulaire. L'acier inoxydable affecté par la corrosion intergranulaire peut ne présenter aucun changement visible à sa surface ; cependant, lorsqu'il est soumis à des contraintes, il se fracture le long des joints de grains, entraînant une perte presque complète de résistance structurelle.
b. Mesures pour prévenir la corrosion intergranulaire
Sélectionnez des électrodes de soudage en acier inoxydable à très faible teneur en carbone (C inférieur ou égal à 0,03 %) ou celles contenant des éléments stabilisants tels que le titane ou le niobium.
Utilisez des paramètres de soudage à « faible-apport de chaleur-. L'objectif est de minimiser le temps de séjour dans la plage de température critique (450 degrés – 850 degrés). Ceci est obtenu en utilisant de faibles courants de soudage, des vitesses de déplacement élevées, des longueurs d'arc courtes et en évitant les mouvements de tissage transversaux. Des méthodes de refroidissement forcé (par exemple, utilisation de plaques de support en cuivre ou refroidissement par eau) peuvent être appliquées au cordon de soudure pour accélérer la vitesse de refroidissement du joint soudé et réduire la taille de la zone affectée thermiquement (ZAT).
Lors du soudage multi-passes, la température entre-passes doit être strictement contrôlée ; le cordon de soudure précédent doit pouvoir refroidir en dessous de 60 degrés avant le dépôt de la passe suivante. Le cordon de soudure du côté du composant qui sera en contact avec le milieu corrosif doit être soudé en dernier. Un traitement de solution post-de soudage doit être effectué : la pièce est chauffée à une température comprise entre 1 050 degrés et 1 150 degrés, suivie d'une trempe. Ce processus provoque la redissolution des précipités de Cr23C6 aux joints de grains à l'intérieur des grains, rétablissant ainsi une microstructure austénitique uniforme.
II. Craquage à chaud
Causes de fissuration à chaud
Un grand intervalle de température entre les lignes liquidus et solidus-ce qui signifie une large plage de température pendant le processus de solidification-conduit à une ségrégation sévère des impuretés à bas-point de fusion-, qui ont tendance à se concentrer aux joints des grains. De plus, un coefficient de dilatation thermique élevé entraîne des contraintes importantes lors du refroidissement et du retrait.
Mesures pour contrôler la fissuration à chaud
Contrôler la microstructure du métal fondu ; idéalement, le métal fondu doit présenter une structure duplex, avec une teneur en ferrite maintenue à 3 % à 5 % ou moins. En effet, la ferrite a la capacité de dissoudre des quantités importantes d'impuretés nocives telles que le soufre (S) et le phosphore (P). Contrôler la composition chimique ; réduire la teneur en nickel, carbone, soufre et phosphore dans le métal soudé-tout en augmentant les niveaux d'éléments tels que le chrome, le molybdène, le silicium et le manganèse-peut minimiser efficacement l'apparition de fissures à chaud.
Sélectionnez un type approprié de revêtement d’électrode. L'utilisation d'électrodes enrobées de type à faible -hydrogène- favorise le raffinement du grain dans le métal soudé, réduit la ségrégation des impuretés et améliore la résistance aux fissures. À l'inverse, les électrodes enrobées de type acide-possèdent de fortes propriétés oxydantes, conduisant à une combustion importante-des éléments d'alliage et à une réduction conséquente de la résistance aux fissures ; de plus, ils donnent lieu à des structures à grains grossiers-, rendant la soudure très sensible à la fissuration à chaud. Utiliser des paramètres de soudage et des vitesses de refroidissement appropriés. Utiliser des paramètres de soudage « à froid » -en particulier, un courant faible et une vitesse de déplacement élevée -pour éviter la surchauffe du bain de soudure et faciliter un refroidissement rapide ; cela minimise la ségrégation et améliore la résistance aux fissures. En soudage multi-passes, contrôlez strictement la température entre les passes ; assurez-vous que le cordon de soudure précédent a refroidi à 60 degrés avant de déposer le cordon suivant.
III. Fissuration par corrosion sous contrainte
Causes de la fissuration par corrosion sous contrainte
La fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) est un phénomène de fissuration retardée qui se produit dans les joints soudés lorsqu'ils sont soumis à une contrainte de traction dans un environnement corrosif spécifique. Dans les joints soudés en acier inoxydable austénitique, le SCC représente un mode de rupture particulièrement grave, se manifestant par une rupture fragile non accompagnée de déformation plastique macroscopique.
Mesures contre la fissuration par corrosion sous contrainte
Établir des procédures de formage, de traitement et d'assemblage appropriées pour minimiser autant que possible la déformation induite par le refroidissement ; éviter le montage forcé ; et empêcher l'introduction de divers défauts de surface pendant le processus d'assemblage (puisque diverses rayures et impacts d'arc liés à l'assemblage- peuvent servir de sites d'initiation de fissures pour le SCC et sont susceptibles de se développer en piqûres de corrosion). Sélectionnez judicieusement les consommables de soudage. Le métal fondu et le métal de base doivent être bien adaptés-pour éviter la formation de microstructures indésirables-telles que le grossissement des grains ou la martensite dure et cassante. Utiliser des procédés de soudage appropriés. S'assurer que le cordon de soudure présente une bonne morphologie, exempt de défauts pouvant induire des concentrations de contraintes ou des piqûres (par exemple, contre-dépouille) ; de plus, adoptez une séquence de soudage rationnelle pour minimiser les contraintes de soudage résiduelles. Mettez en œuvre des traitements-de soulagement du stress. Cela implique généralement des traitements thermiques après-soudage, tels qu'un recuit complet ou un recuit ; dans les cas où le traitement thermique est difficile à exécuter, des méthodes alternatives-telles que le post-le grenaillage ou le grenaillage-peuvent être utilisées.
IV. Mauvaise formation de cordons de soudure
un. Causes d’une mauvaise formation de cordons de soudure
Lors du soudage de l'acier inoxydable austénitique, la teneur élevée en éléments d'alliage dans le métal fondu entraîne une mauvaise fluidité du bain de soudure, ce qui conduit souvent à une mauvaise formation de la surface du cordon de soudure. Cela se manifeste principalement par une formation détériorée sur la face arrière de la passe de racine et une finition de surface rugueuse sur la passe de coiffe. Bien que l'impact d'une mauvaise formation de surface sur les performances de la soudure ne soit pas particulièrement évident dans des conditions de fonctionnement ambiantes ou à température élevée-, dans des conditions de basse-température, les concentrations de contraintes induites par de tels défauts peuvent affecter les performances de la soudure à basse-température tout aussi significativement que les défauts internes de la soudure.
b. Mesures en cas de mauvaise formation de cordons de soudure
Les problèmes liés à la mauvaise formation des cordons de soudure-ainsi que le problème de corrosion intergranulaire dans la-zone affectée thermiquement (ZAT)-peuvent être résolus efficacement grâce à l'optimisation des processus de soudage. Plus précisément, l'utilisation du soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW) pour la passe de racine, combinée à l'utilisation d'un faible apport de chaleur de soudage, permet un contrôle efficace de la mesure dans laquelle la ZAT est exposée à la plage de températures de sensibilisation.
conclusion
L'acier inoxydable austénitique est un matériau largement utilisé dans les industries chimiques et pétrochimiques ; cependant, son soudage est sujet à quatre principaux types de défauts-tels que la corrosion intergranulaire et la fissuration à chaud-dont les causes profondes sont largement liées au contrôle de la température, à la ségrégation élémentaire et aux contraintes résiduelles. Au mieux, ces problèmes compromettent simplement la morphologie de la soudure ; dans le pire des cas, ils dégradent considérablement les performances du matériau, voire précipitent une rupture fragile. Par conséquent, des stratégies de prévention et de contrôle efficaces nécessitent une gestion complète à travers plusieurs étapes-y compris la sélection des électrodes, l'optimisation des paramètres de soudage et le-traitement post-soudage-, le contrôle précis de l'apport de chaleur servant de point focal critique.