Soudage efficace de l'acier inoxydable aux aciers au carbone fortement et faiblement alliés : conseils et techniques
Les joints soudés entre aciers de construction non alliés et faiblement alliés et aciers austénitiques au chrome-nickel sont communément appelés joints noir-blanc. Le noir désigne l'acier de construction (CS : acier au carbone), le blanc l'acier inoxydable (SS : acier inoxydable). De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour obtenir un joint soudé fiable avec un métal d'apport optimal.
L'un des principaux défis de ces soudures réside dans le risque de compromettre la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable en raison de la présence de carbone du côté de l'acier au carbone. De plus, les propriétés physiques et mécaniques de l'acier inoxydable et de l'acier doux au carbone présentent des différences importantes, ce qui impose une grande prudence afin d'éviter la formation d'un métal d'apport martensitique, susceptible de se fragiliser. Enfin, des modifications structurales liées à la température et au temps peuvent survenir, telles que la fragilisation par la phase sigma.
Face à la contradiction que représente le soudage des aciers non alliés et faiblement alliés, le métal d'apport est choisi en fonction du métal de base le plus fortement allié.
Un facteur important pour obtenir un métal déposé de qualité est la dilution. Lors du soudage, une dilution se produit entre le ou les matériaux de base et le métal d'apport. La dilution est exprimée en pourcentage (%) et dépend du procédé et des paramètres de soudage.
or
| SAW - feuillard | 15% -25% |
| ES - Feuillard | 5%- 15% |
| SAW- Fil | 40% - 50% |
| Électrode | 15% - 30% |
| MIG / MAG | 25% - 40% |
| TIG avec fil d'apport | 20% - 40% |
| TIG sans fil d'apport | 100% |
B1 10 % et B2 Métal d'apport typique 10 % F1 80 %
Le taux de dilution dépend du procédé de soudage et de ses paramètres. Idéalement, la dilution par le métal de base doit être minimisée, par exemple en réduisant l'énergie de soudage grâce à des paramètres optimisés. Pour ce faire, il convient de tenir compte des points suivants :
- Faible intensité, faible tension et vitesse de soudage élevée pour un faible apport de chaleur
- Soudage en cordons de soudure continus
- Utilisation d'électrodes de petit diamètre
- Contrôle des températures de préchauffage et entre passes
Il est important de noter que l'arc ne doit pas être dirigé vers le métal de base ferritique, mais vers le métal d'apport déjà fondu.
Le choix du métal d'apport approprié dépend de nombreux facteurs : le type de matériau, la température de service et la résistance à la corrosion. Lors du soudage d'assemblages acier inoxydable-acier au carbone, il convient de tenir compte des éléments suivants.
- Utiliser un procédé de soudage à faible dilution et avec les paramètres appropriés.
- L'alliage de type 18 8 Mn ne présente aucun risque de fissuration à chaud grâce à sa teneur élevée en manganèse.
- Aucun traitement thermique après soudage n'est requis. L'utilisation est possible jusqu'à 300 °C maximum (la formation d'une zone de carbure de chrome et d'une zone décarburée étant probable à des températures plus élevées, ce qui réduit la résistance).
- Veillez particulièrement à une faible dilution.
- Convient également pour des températures d'application supérieures à 300 °C.
- Convient également pour un traitement thermique ultérieur.
- Protection du flanc de joint du matériau de base faiblement allié par un alliage à base de nickel.
- Réalisation du traitement thermique post-soudage nécessaire, par exemple un revenu ou un recuit de détente.
- Soudage du joint entre la couche tampon à base de nickel et le matériau fortement allié par un métal d'apport à base de nickel.
Vous trouverez dans la littérature une aide précieuse pour une classification initiale en vue de la sélection des métaux d'apport de soudage ; la classification du professeur Hermann Thier est particulièrement pertinente ici.
| gr. | Caractéristiques de l'exposition | Problèmes | Produit d'apport Type alliage Material number ASME |
Produit CEWELD GMAW / TIG/ Electrode |
| 1 | T < 300°C Mechanical stress Sans traitement thermique |
Formation de martensite Fissures de durcissement Fissures à chaud Ténacite |
18 8 Mn / 1.4370 / 307 23 12 / 1.4332 / 309 23 12 Mo / 1.4459/ 309LMo 29 9 / 1.4337 / 312 |
CEWELD 307Si / 307 Si Tig / 4370 Ti CEWELD 309LSi / 309LSi Tig / 4332 Ti CEWELD 309LMo / 309LMo Tig / 4829 MoTi CEWELD 312 / 312 Tig / CroNi 29/9 S |
| 2 | T < 300 °C Contraintes mécaniques Sans traitement thermique + Contraintes de corrosion Éventuellement avec traitement thermique |
23 12 L Couche de finiition selon les exigences de corrosion |
CEWELD 309LSi / 309LSi Tig / 4332 Ti CEWELD 309LMo / 309LMo Tig / 4829 MoTi |
|
| 3 |
T > 300 °C Contraintes mécaniques Contraintes de corrosion traitement thermique Ou contraintes thermiques alternées |
Diffusion du carbone de dilatation thermique |
Alliage Ni p.e. NiCr20 Nb 2.4648 / 2.4806 / 2.4831 |
CEWELD NiCro 600 / NiCro 600 Tig /
|
Le diagramme de Schaeffler est un outil précieux pour décrire la microstructure en formation. En règle générale, la composition du métal d'apport doit être orientée vers des zones moins vulnérables. Il est conseillé d'éviter les zones contenant de la martensite, car c'est là que se produisent des phénomènes de fragilisation pouvant entraîner des fissures. Le choix du métal d'apport est également limité par le fait que le métal d'apport ne doit pas se situer dans la zone austénitique, car il existe un risque de fissuration à chaud lors de la solidification en cas de formation d'une phase purement austénitique. Si l'alliage du métal d'apport se trouve trop à droite sur le diagramme de Schaeffler, une phase sigma se formera, notamment à haute température lors des utilisations ultérieures. Cette phase est très fragile et présente également un risque pour le cordon de soudure. Une zone relativement restreinte demeure au centre du diagramme.
Lorsqu'on travaille avec le diagramme de Schaeffler, il faut respecter ses limites de validité pour les proportions de l'alliage.
Ça sont C < 0,2 % S i < 1 % Mn < 4,0 % Mo < 3 % Nb < 1,0 %
par exemple
| Nr | Matériaux utilise | W.Nr | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Cr-eq | Ni-eq |
| 1 | P310GH ( Ferrité ) | 1.0482 | 0,20 | 0.50 | 1,20 | - | - | - | 0,75 | 6,6 |
| 2 | X15CrNiSi25-21 ( Austenite) | 1.4841 | 0,15 | 2,0 | 1,60 | 25 | 21 | - | 28 | 26,3 |
| 3 | 23 12 L / 309L produit d'apport | 1.4332 | 0,02 | 0,8 | 0,8 | 24 | 13 | - | 25,2 | 14,0 |
The points resulting from the nickel and chromium equivalents for base materials 1 and 2 are entered in the Schaeffler diagram (see figure) and connected with each other.Assuming that both base materials are melted in equal proportions, the centre of the straight line corresponds to the microstructure of the mixed base material (point A).
From the position of this point, it can be deduced that TIG welding would not be suitable without filler material. In this case, the point would correspond to the weld metal point and lie in the hot cracking danger zone.
The microstructure point 3 of the filler metal is also drawn in the diagram and connected to point A of the filler metal. The length of the straight line is now assumed to be 100% and the proportion of the filler metal for the welding process used (rod electrode approx. 20%) is subtracted from the filler metal side (point 3). This results in point B for the mixed structure = mixed weld metal (red).
For the above example, the application temperature of the component must also be taken into account, which must not exceed 300 °C. Nickel-based filler metals are preferable for higher operating temperatures. However, the position of the filler metal outside the Schaeffler diagram does not permit any calculation.
L'association d'acier trempé et revenu et d'acier austénitique requiert l'utilisation de consommables de soudage à base de nickel, en raison de la soudabilité limitée des aciers trempés et revenus et du traitement thermique post-soudage généralement nécessaire. Dans ce cas, il est recommandé d'effectuer un rechargement (beurrage) en trois couches des flancs de la soudure de l'acier trempé et revenu, suivi d'un recuit. Des exceptions sont possibles si aucun traitement thermique n'est effectué. Dans ce cas, des consommables de soudage entièrement alliés peuvent être utilisés, à condition de ne pas dépasser une température de service de 400 °C.
Le choix du métal d'apport doit tenir compte de la composition chimique du matériau fortement allié. Le diagramme de Schaeffler constitue un guide précieux pour minimiser le risque de fissures.
Cette combinaison peut également être vérifiée à l'aide du diagramme de Schaeffler. Le métal d'apport dépend des conditions de fonctionnement. Les métaux d'apport austénitiques doivent donc être choisis en tenant compte de leur tendance à la fragilisation. Dans certains cas, l'utilisation de métaux d'apport à base de nickel peut s'avérer nécessaire.
Il convient d'utiliser des métaux d'apport de soudage dont la composition d'alliage correspond à celle du matériau réfractaire. Le diagramme de Schaeffler est également utile à cet égard.
Malheureusement, le diagramme de Schaeffler n'est pas applicable, ou seulement partiellement, dans ce cas. Il existe un risque de fragilisation lors du recuit ou aux températures de fonctionnement habituelles. Un métal d'apport à base de nickel, tel que CEWELD E NiCro 600 ou CEWELD NiCro 600, est recommandé.
