Offrez-vous ces facteurs critiques dans le soudage des aciers inoxydables austénitiques hautes performances？

Les soudeurs en acier inoxydable (soudure et zone affectée par la chaleur) doivent être résistantes à la corrosion et structurellement saines pour répondre aux exigences de l'application spécifique. En général, la résistance à la corrosion de la soudure devrait être au moins la même que celle du métal parent, et de préférence une qualité de résistance légèrement plus élevée. La qualité de la soudure peut être divisée en deux aspects différents - les défauts de soudure physique et les problèmes métallurgiques. Ils peuvent réduire la résistance ou la résistance à la corrosion, ils doivent donc être évités. Les soudures inacceptables doivent être réparées pour assurer les propriétés requises. La plupart des défauts physiques sont déjà courants dans le soudage en acier au carbone, tandis que les problèmes métallurgiques sont uniques à l'acier inoxydable. Voici des directives pratiques pour assurer la qualité des soudures.

Incomplet P pénétration W Elds  

Une pénétration incomplète se produit généralement dans des soudures de crosse de tuyau ou d'autres soudures de bout qui ne sont pas double face. La pénétration incomplète fait référence à la présence d'un écart dans la soudure qui peut provoquer de la corrosion et de la saleté. L'espace réduit la résistance et la résistance à la corrosion de la soudure et est difficile à stériliser (propre). Les soudures de crosse de haute qualité nécessitent une pénétration complète. Sinon, la résistance mécanique et la résistance à la fatigue de la soudure sont considérablement réduites. Pour éviter ces problèmes, une conception de soudure appropriée ou une coupe arrière est importante et la coupe arrière est recommandée chaque fois que possible.

Porosité

Les pores de surface sont des ports idéaux pour la saleté et sont également une source de corrosion. Les pores de surface sont difficiles à nettoyer et à désinfecter car ils attirent la saleté et les bactéries. La porosité est souvent causée par l'humidité, qui peut provenir du flux d'électrode, du gaz de blindage ou de la surface de la pièce. Pour minimiser la porosité, faites attention à la sécheresse des électrodes, à la chimie du gaz et aux pratiques de nettoyage. Déterminez également un niveau d'acceptation de porosité pour guider l'inspection radiographique et visuelle des soudures.

Démarrage de l'arc et éclaboussures de soudure

Le démarrage de l'arc et les éclaboussures de soudure créent des crevasses et déclenchent la corrosion des crevasses. Pour minimiser ce défaut, les soudeurs doivent démarrer l'arc dans la soudure, pas à côté. S'il y a du démarrage de l'arc et des éclaboussures de soudure, il doit être retiré avec une roue de broyage fine.

Évitez les éclaboussures de soudure et les soudures inégales ©Outokumpu

Microfirmes et fissures chaudes

Les microfissures sont de petites fissures ou fissures courtes qui peuvent se produire dans les soudures en acier inoxydable austénitique. Ils se propagent rarement et provoquent rarement une défaillance structurelle de la soudure, mais dans certains environnements, ils peuvent provoquer une corrosion localisée. La fissuration chaude, plus précisément connue sous le nom de fissure de solidification de soudure, est un défaut de soudure grave qui doit être évité.

L'ajustement de la composition des métaux de remplissage couramment utilisés 308 (L) et 316 (L) pour obtenir une teneur en ferrite de 5 à 10% peut améliorer considérablement la résistance à la microfissure et à la fissuration chaude. La ferrite absorbe les contraintes de rétrécissement et a une solubilité plus élevée pour le soufre, le phosphore et d'autres impuretés qui provoquent une fragilisation à l'austénite. Les soudures en acier inoxydable standard avec la ferrite à la teneur recommandée sont généralement exemptes de microfiration et de fissuration chaude, mais elles peuvent se produire lorsque l'entrée de chaleur est très élevée, les contraintes de retenue de soudure sont élevées ou que la soudure est concave. Le numéro de ferrite (FN) défini par l'American Welding Society (AWS A5.4) indique la quantité de ferrite dans une soudure. Le nombre de ferrite (FN) est à peu près équivalent au pourcentage de volume de ferrite dans une soudure en acier inoxydable austénitique. La figure ci-dessous montre deux métaux de soudure avec un contenu de ferrite différent.

Métaux de soudure en acier inoxydable austénitique avec un contenu en ferrite différents ©Lincoln Electric

Les métaux de remplissage utilisés pour souder les aciers inoxydables austénitiques hautes performances ne produisent pas de soudures contenant de la ferrite, de sorte que leurs soudures sont sensibles à la microfissure et à la fissuration chaude. Pour minimiser la microfissure et la fissuration chaude, les métaux de remplissage utilisés pour souder les aciers inoxydables austénitiques haute performance ont des teneurs en phosphore et en soufre très faibles. L'entrée de chaleur et les autres paramètres de soudage doivent être soigneusement contrôlés pendant le soudage. La limite supérieure de l'entrée de chaleur est généralement de 1,5 kJ / mm (38 kJ / po).

Lorsque vous soudiez les aciers inoxydables austénitiques hautes performances, évitez toute opération qui augmente la taille du pool de soudure (comme le balancement excessif). Les grandes piscines de soudure augmentent les contraintes de rétrécissement de la solidification. Les grandes piscines de soudure augmentent également la taille des grains dans la soudure et la zone touchée par la chaleur. La zone de limite des grains du matériau à grain grossier est plus petite que celle du matériau à grain fin. Il en résulte des concentrations d'impuretés plus élevées aux joints de grains, ce qui peut réduire la résistance à la corrosion. Des contraintes de retrait excessive et des concentrations élevées d'éléments trace aux joints de grain peuvent provoquer des fissures à chaud.

Autre D effets  

D'autres défauts de soudage, tels que des inclusions de fusion inadéquates et des scories entre les billes de soudure, sont inacceptables à la fois pour l'acier au carbone et les aciers inoxydables austénitiques. Les inclusions de scories de surface peuvent provoquer des piqûres lorsque la soudure est exposée à un environnement corrosif. De même, une surface rugueuse sur la soudure réduira sa résistance à la corrosion. Les contre-dépouilles peuvent réduire considérablement les performances de fatigue de la soudure. La surtension de la racine de soudure ou du capuchon de soudure peut également affecter négativement les performances de la soudure.

Oxydes de surface  

Pour de nombreuses applications, la teinte de tempérament sur la surface intérieure des soudures du tuyau est une préoccupation. Il existe de nombreuses façons d'éliminer ou de minimiser les oxydes de teinte de tempérament. L'une consiste à fournir un dynamitage de gaz inerte adéquat à travers le tuyau. Lorsque le soudage des fesses à l'aide de GTAW orbital, l'articulation doit être assemblée et purgée avec du gaz inerte pour obtenir une soudure essentiellement libre de teinte. Lorsque des soudures de racine GTAW manuelles sont fabriquées, un certain degré de teinte de tempérament est généralement produit. Selon le degré de teinte de tempérament et l'utilisation prévue, les oxydes sont éliminés par décapage ou polissage mécanique.

La teinte de tempérament réduit considérablement les piqûres et la résistance à la corrosion des crevasses, en particulier pour les aciers inoxydables austénitiques standard. Un autre problème potentiel est la corrosion influencée microbiologiquement (MIC). Les zones avec des teintes à tempérament sont sensibles au CMI, qui a été trouvée dans l'eau non traitée, en particulier à des débits faibles ou à des conditions d'écoulement stagnantes. Le fait de ne pas égoutter et de sécher le système après des tests hydrostatiques avec de l'eau normale peut également provoquer le micro.

Il y a deux défis dans le développement de critères d'acceptation pour les soudures où la teinte de température ne peut pas être supprimée. Le premier est de savoir comment quantifier la teinte de tempérament sur la soudure. De nombreuses industries utilisent une teinte de couleur de couleur pour déterminer visuellement la teinte de grade de température. Ce graphique se trouve dans AWS D18.1 et AWS D18.2. La seconde consiste à déterminer le degré de teintre de tempérament acceptable dans une application spécifique.

La teinte de tempérament d'une soudure GMA de haute qualité et d'une zone touchée par la chaleur (à gauche), et le décapage post-Weld restaure la résistance à la corrosion de la soudure (à droite) ©Outokumpu

La teinte de température a un impact plus significatif sur la résistance à la corrosion des aciers inoxydables standard (tels que 304L et 316L) que les aciers inoxydables austénitiques à haute performance. Lorsque l'élimination des teintes de tempérament est extrêmement difficile ou coûteuse, les concepteurs devraient envisager d'utiliser des notes plus résistantes à la corrosion pour mieux utiliser leurs performances.

Sensibilisation  

Les notes standard à haute teneur en carbone deviennent sensibilisées par une courte exposition à 480-900°C (900-1650°F) et sont sensibles à la corrosion intergranulaire dans des environnements aqueux et acides. Cependant, les notes standard avancées sont généralement des «grades en L avec un contenu en carbone inférieur à 0,03%. Par conséquent, ils résistent à la sensibilisation dans les soudures de fabrication normales sans traitement thermique ultérieur. Par exemple, la sensibilisation de 304 en acier inoxydable avec 0,042% de teneur en carbone prend environ une heure à la température de sensibilisation la plus rapide. Ce temps est beaucoup plus long que le temps à la température de sensibilisation du soudage. Malgré cela, le temps d'exposition des grandes soudures dans la plage de température critique doit être limité.

L'utilisation de grades à faible teneur en carbone peut aider à éviter la sensibilisation des soudures à section épaisses et des pièces qui doivent être traitées thermiquement après le soudage. 304L a une longue tolérance à la température de sensibilisation, de sorte que les grandes pièces peuvent être refroidies en toute sécurité. Avec les grades L, même les composants mélangés en acier inoxydable et en acier au carbone peuvent être soulagés de contrainte.

Tableau de sensibilisation à la température (TTS) pour 304 en acier inoxydable avec un contenu en carbone différent

Pour améliorer la résistance à la température élevée, les grades à haute température contiennent généralement au moins 0,04% de carbone (304h). Heureusement, la corrosion aqueuse due à la sensibilisation n'est pas une préoccupation pour les applications à haute température. Ces grades nécessitent généralement des métaux de remplissage de carbone élevé pour fournir une résistance à la température élevée adéquate.

Les aciers stabilisés 321 et 347 en acier inoxydable sont sensibles à une corrosion étroite en forme de couteau lorsqu'elles sont exposées à des températures entre 480 et 900°C Pendant le soudage. Si la corrosion en forme de couteau est une préoccupation, une solution post-solution recuit et un traitement thermique de stabilisation doit être spécifiée. Pour une discussion sur les mécanismes de corrosion en forme de couteau, voir les chapitres précédents de cette série.

La plupart des aciers à inoxydable austénitique à haute performance ont une teneur en carbone supérieure inférieure à celle des notes "L" conventionnelles et se sensibiliseront plus rapidement que les notes conventionnelles à la même teneur en carbone. Cependant, la formation de phase secondaire est plus un problème pour le soudage en acier inoxydable austénitique haute performance que la sensibilisation.

Phases intermétalliques

La plage de température pour la formation de phases intermétalliques, & Sigma; et & CHI;, est 500-1050°C. Aciers inoxydables contenant & sigma; et & CHI; Les phases ont considérablement réduit la résistance à la corrosion et la ténacité. 5% de & Sigma; La phase réduira la ténacité à l'impact de 50%.

L'augmentation de la teneur en chrome et en molybdène favorise considérablement la précipitation des phases intermétalliques. À la température critique, le temps de formation de & Sigma; et & CHI; Les phases dans les aciers inoxydables austénitiques hautes performances sont inférieurs à une minute. Par conséquent, les paramètres de soudage de ces matériaux doivent inclure une faible entrée de chaleur (moins de 1,5 kJ / mm) et des températures interprétantes ne dépassant pas 100°C, et le temps à la température critique doit être minimisé. La température de l'interpass de la soudure doit être mesurée à la fin d'une soudure, et la précision doit être assurée par les mesures de thermocouple. Les stylos colorés sensibles à la température sont interdits car ils contamineront la soudure.

À des températures non idéales, le temps de précipitation de tout composé intermétallique dans les notes standard dure généralement 100 heures ou plus. En raison de leur cinétique lente, la précipitation de & Sigma; et & CHI; Les phases ne sont pas un problème pendant la transformation et la fabrication de notes standard, mais le service à haute température à long terme n'est pas optimiste.

Ségrégation de soudure

Le métal de soudure des aciers inoxydables austénitiques à haute performance à haute performance est particulièrement sujet à la microsagrégation du molybdène. La microsegrégation se produit pendant la solidification car le premier métal solidifié a une teneur en molybdène inférieure et le métal solidifié ultérieur a une teneur en molybdène plus élevée, résultant en un micro gradient de teneur en molybdène. Dans un acier inoxydable à 6% MO, la zone à faible teneur en molybdène peut avoir considérablement réduit la résistance à la corrosion.

Par conséquent, afin de compenser la microsegrégation, le soudage de l'acier inoxydable austénitique haute performance nécessite l'utilisation d'un métal de remplissage exagéré. Lors de la soudure en acier inoxydable à 6% Mo, il est préférable d'utiliser un métal de remplissage à base de nickel avec une teneur en molybdène d'au moins 9%, de sorte que la teneur en molybdène de la première zone solidifiée n'est pas inférieure à 6%, de sorte que le métal de soudure maintient une bonne résistance à la corrosion.

En raison de problèmes de microsegrégation, les composants en acier inoxydable à haute performance qui ne peuvent pas être le recuit post-affaire ne peuvent pas être soudés par un soudage autogène (sans métal de remplissage). Le soudage autogène ne convient que pour les soudurs qui doivent être recuits après le soudure. Le recuit des solutions peut homogénéiser la soudure, réduire la microsegrégation et restaurer la résistance à la corrosion.