Les caractéristiques de soudage de l'acier inoxydable austénitique sont les suivantes : la quantité de contrainte et de déformation élastique et plastique pendant le soudage est importante, mais les fissures à froid se produisent rarement. Il n'y a pas de zone de durcissement par trempe ni de grossissement du grain dans le joint soudé, de sorte que la résistance à la traction du joint soudé est élevée.
Les principaux problèmes du soudage de l'acier inoxydable austénitique sont les suivants : la déformation du soudage est importante ; en raison de ses caractéristiques de limite de grain et de sa sensibilité à certaines traces d'impuretés (S, P), il est facile de produire des fissures à chaud.
Cinq problèmes majeurs de soudage de l'acier inoxydable austénitique et leurs solutions
1. La formation de carbure de chrome réduit la résistance à la corrosion intergranulaire des joints soudés.
Corrosion intergranulaire : Selon la théorie du chrome pauvre, lorsque la soudure et la zone affectée par la chaleur sont chauffées jusqu'à la zone de température de sensibilisation de 450-850 degrés, le carbure de chrome précipitera sur la limite des grains, ce qui entraînera la formation d'une limite de grains de chrome pauvre, qui n'est pas suffisante pour résister à la corrosion.
(1) Pour la corrosion intergranulaire de la soudure et la corrosion dans la zone de température sensibilisée sur le matériau cible, les mesures suivantes peuvent être utilisées pour limiter :
a. Réduire la teneur en carbone du métal de base et de la soudure, et ajouter des éléments stabilisateurs Ti, Nb et d'autres éléments au métal de base pour former préférentiellement du MC afin d'éviter la formation de Cr23C6.
b. Faire en sorte que la soudure forme une structure à deux phases d'austénite et d'une petite quantité de ferrite. Lorsqu'il y a une certaine quantité de ferrite dans la soudure, les grains peuvent être affinés, la surface des grains peut être augmentée et la quantité de précipitation de carbure de chrome par unité de surface du joint de grain peut être réduite. Le chrome a une grande solubilité dans la ferrite et le Cr23C6 se forme préférentiellement dans la ferrite, sans provoquer l'appauvrissement du joint de grain d'austénite en chrome ; la ferrite dispersée entre l'austénite peut empêcher la corrosion le long du joint de grain jusqu'à la diffusion intérieure.
c. Contrôler le temps de séjour dans la plage de température de sensibilisation. Ajuster le cycle thermique de soudage pour raccourcir autant que possible le temps de séjour à 600-1000 degré, choisir une méthode de soudage à haute densité énergétique (comme le soudage à l'arc plasma-argon), choisir une énergie de ligne de soudage plus petite et faire passer du gaz argon à l'arrière de la soudure ou utiliser un tampon en cuivre Augmenter la vitesse de refroidissement du joint soudé, réduire le nombre d'arcs et d'arcs pour éviter les échauffements répétés et appliquer la dernière soudure sur la surface de contact avec le milieu corrosif pendant le soudage multicouche.
d. Après le soudage, effectuer un traitement de mise en solution ou un recuit de stabilisation (degré 850-900) et un refroidissement à l'air après conservation à chaud, afin que les carbures puissent être entièrement précipités et que la diffusion du chrome puisse être accélérée).
(2) Corrosion en couteau des joints soudés, pour cette raison, les mesures préventives suivantes peuvent être prises :
En raison de la forte diffusivité du carbone, celui-ci se sépare au niveau de la limite des grains pour former un état sursaturé pendant le processus de refroidissement, tandis que le Ti et le Nb restent dans le cristal en raison de leur faible diffusivité. Lorsque le joint soudé est à nouveau chauffé dans la plage de température de sensibilisation, le carbone sursaturé précipite sous forme de Cr23C6 dans l'intergranulaire.
a. Réduire la teneur en carbone. Pour l'acier inoxydable contenant des éléments stabilisateurs, la teneur en carbone ne doit pas dépasser 0,06 %.
b. Utiliser un procédé de soudage raisonnable. Sélectionner une énergie de ligne de soudage plus faible pour réduire le temps de séjour de la zone surchauffée à haute température et veiller à éviter l'effet de « sensibilisation à la température moyenne » pendant le processus de soudage. Lors du soudage double face, le cordon de soudure en contact avec le milieu corrosif doit être soudé en dernier (c'est la raison pour laquelle le soudage intérieur du tube soudé à paroi épaisse de grand diamètre est effectué après le soudage extérieur). La zone surchauffée en contact avec le milieu corrosif est à nouveau chauffée par sensibilisation.
c. Traitement thermique après soudage. Un traitement de mise en solution ou de stabilisation est effectué après le soudage.
2 Fissuration par corrosion sous contrainte
Les mesures suivantes peuvent être prises pour éviter l’apparition de fissures de corrosion sous contrainte :
a. Sélection correcte des matériaux et ajustement raisonnable de la composition de la soudure. L'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel de haute pureté, l'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel à haute teneur en silicium, l'acier inoxydable ferritique-austénitique, l'acier inoxydable ferritique à haute teneur en chrome, etc. ont une bonne résistance à la corrosion sous contrainte et le métal de soudure est de l'acier inoxydable austénitique. La résistance à la corrosion sous contrainte est bonne lorsque la structure de l'acier biphasé est ferritique et ferritique.
b. Éliminer ou réduire les contraintes résiduelles. Un traitement thermique de détente des contraintes après soudage est effectué et des méthodes mécaniques telles que le polissage, le grenaillage et le martelage sont utilisées pour réduire les contraintes résiduelles de surface.
c. Conception structurelle raisonnable. pour éviter de grandes concentrations de contraintes.
3. Soudage de fissures à chaud (fissures de cristallisation de soudure, fissures de liquéfaction de la zone affectée thermiquement)
La sensibilité aux fissures thermiques dépend principalement de la composition chimique, de la structure et des propriétés du matériau. Le Ni est facile à former des composés à bas point de fusion ou eutectiques avec des impuretés telles que S et P, et la ségrégation du bore et du silicium provoquera des fissures thermiques. La soudure est facile à former une structure à grains colonnaires grossiers avec une forte directionnalité, ce qui est propice à la ségrégation des impuretés et des éléments nocifs. Cela favorise la formation d'un film liquide intercristallin continu et améliore la sensibilité aux fissures thermiques. Si la soudure est chauffée de manière inégale, il est facile de former une contrainte de traction importante et de favoriser la génération de fissures de soudure à chaud.
Mesures préventives:
a. Contrôler strictement la teneur en impuretés nocives S et P.
b. Ajuster la texture du métal de soudure. La soudure à structure biphasée présente une bonne résistance aux fissures. La phase delta dans la soudure peut affiner les grains, éliminer la directionnalité de l'austénite monophasée, réduire la ségrégation des impuretés nocives à la limite des grains, et la phase delta peut dissoudre plus de S, P, et peut réduire l'énergie interfaciale et organiser la formation de film liquide intercristallin.
c. Ajuster la composition de l'alliage de métal de soudure. Augmenter de manière appropriée la teneur en Mn, C et N de l'acier austénitique monophasé et ajouter une petite quantité d'oligo-éléments tels que le cérium, le pic et le tantale (qui peuvent affiner la structure de la soudure et purifier les joints de grains) pour réduire la sensibilité aux fissures à chaud.
d. Mesures de processus. Minimiser la surchauffe du bain de fusion pour éviter la formation de cristaux colonnaires grossiers et utiliser une faible énergie de ligne et des cordons de soudure de petite section.
Par exemple, les aciers austénitiques de type 25-20 sont sujets aux fissures de liquéfaction. En limitant strictement la teneur en impuretés et la taille des grains du métal de base, en adoptant des méthodes de soudage à haute densité d'énergie, une faible énergie de ligne et en augmentant la vitesse de refroidissement des joints et d'autres mesures.
4. Fragilisation des joints soudés
L'acier résistant à chaud doit assurer la plasticité du joint soudé et empêcher la fragilisation à haute température ; l'acier à basse température doit avoir une bonne ténacité à basse température pour empêcher la fragilisation à basse température du joint soudé.
5. Grande déformation de soudure
En raison de la faible conductivité thermique et du coefficient de dilatation élevé, la déformation de soudage est importante et un dispositif de fixation peut être utilisé pour empêcher la déformation. Méthodes de soudage et sélection des matériaux de soudage pour les aciers inoxydables austénitiques :
L'acier inoxydable austénitique peut être soudé par soudage à l'arc sous argon (TIG), soudage à l'arc sous argon avec électrode de fusion (MIG), soudage à l'arc sous plasma sous argon (PAW) et soudage à l'arc submergé (SAW). L'acier inoxydable austénitique a un faible courant de soudage en raison de son point de fusion bas, de sa faible conductivité thermique et de sa résistivité élevée. Des soudures et des cordons étroits doivent être utilisés pour réduire le temps de séjour à haute température, empêcher la précipitation de carbure, réduire la contrainte de retrait de la soudure et réduire la sensibilité aux fissures thermiques.
La composition des consommables de soudage, en particulier les éléments d'alliage Cr et Ni, est supérieure à celle du métal de base. Des consommables de soudage contenant une petite quantité (4-12%) de ferrite sont utilisés pour assurer une bonne résistance aux fissures (fissuration à froid, fissuration à chaud, fissuration par corrosion sous contrainte) de la soudure. Lorsque la phase ferrite n'est pas autorisée ou impossible dans la soudure, les consommables de soudage contenant du Mo, du Mn et d'autres éléments d'alliage doivent être sélectionnés.
Les teneurs en C, S, P, Si et Nb des consommables de soudage doivent être aussi faibles que possible. Le Nb provoquera des fissures de solidification dans les soudures en austénite pure, mais une petite quantité de ferrite dans les soudures peut être efficacement évitée. Pour les structures soudées qui doivent être stabilisées ou soulagées des contraintes après le soudage, des matériaux de soudage contenant du Nb sont généralement sélectionnés. Le soudage à l'arc submergé est utilisé pour souder des plaques moyennes, et la perte de combustion de Cr et Ni peut être complétée par la transition d'éléments d'alliage dans le flux et le fil de soudage ; en raison de la grande profondeur de pénétration, il convient de veiller à éviter la génération de fissures chaudes au centre de la soudure et à la résistance à la corrosion de la zone affectée par la chaleur. Réduction sexuelle. Il convient de prêter attention à la sélection d'un fil de soudage plus fin et d'une énergie de ligne de soudage plus petite, et le fil de soudage doit être faible en Si, S et P. La teneur en ferrite dans la soudure en acier inoxydable résistant à la chaleur ne doit pas dépasser 5 %. Pour les aciers inoxydables austénitiques dont la teneur en Cr et Ni est supérieure à 20 %, il convient d'utiliser un fil de soudage à haute teneur en Mn (6-8 %) et un flux alcalin ou neutre comme flux pour éviter l'ajout de Si à la soudure et améliorer sa résistance aux fissures. Le flux spécial pour acier inoxydable austénitique contient très peu de Si, ce qui permet de transférer l'alliage à la soudure pour compenser la perte par combustion des éléments d'alliage afin de répondre aux exigences de performance de la soudure et de composition chimique.
