Le soudage de l'acier inoxydable nécessite la sélection d'un gaz de protection pour maintenir sa composition métallurgique et les propriétés physiques et mécaniques associées. Les éléments de gaz de protection courants pour l'acier inoxydable comprennent l'argon, l'hélium, l'oxygène, le dioxyde de carbone, l'azote et l'hydrogène (voir Figure 1). Ces gaz sont combinés dans différents rapports pour répondre aux besoins des différents modes de livraison, types de fil, alliages de base, profil de cordon souhaité et vitesse de déplacement.
En raison de la mauvaise conductivité thermique de l'acier inoxydable et de la nature relativement "froide" du soudage à l'arc sous gaz de transfert en court-circuit (GMAW), le procédé nécessite un gaz "tri-mix" composé de 85% à 90% d'hélium (He), jusqu'à 10% d'argon (Ar) et 2% à 5% de dioxyde de carbone (CO2). Un mélange triblend commun contient 90% He, 7-1/2% Ar et 2-1/2% CO2. d'hélium favorise la formation d'arc après un court-circuit ;associée à sa conductivité thermique élevée, l'utilisation de He augmente la fluidité du bain de fusion. Le composant Ar de Trimix fournit une protection générale du bain de fusion, tandis que le CO2 agit comme un composant réactif pour stabiliser l'arc (voir la figure 2 pour savoir comment différents gaz de protection affectent le profil du cordon de soudure).
Certains mélanges ternaires peuvent utiliser de l'oxygène comme stabilisant, tandis que d'autres utilisent un mélange He/CO2/N2 pour obtenir le même effet. Certains distributeurs de gaz ont des mélanges de gaz exclusifs qui offrent les avantages promis. Les concessionnaires recommandent également ces mélanges pour d'autres modes de transmission avec le même effet.
La plus grande erreur des fabricants est d'essayer de court-circuiter l'acier inoxydable GMAW avec le même mélange gazeux (75 Ar/25 CO2) que l'acier doux, généralement parce qu'ils ne veulent pas gérer une bouteille supplémentaire. Ce mélange contient trop de carbone. En fait, tout gaz de protection utilisé pour le fil solide doit contenir un maximum de 5 % de dioxyde de carbone. le gaz peut former des carbures de chrome, qui réduisent la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques. De la suie peut également apparaître sur la surface de la soudure.
En passant, lors de la sélection de métaux pour court-circuiter GMAW pour les alliages de base de la série 300 (308, 309, 316, 347), les fabricants doivent sélectionner la nuance LSi. Les charges LSi ont une faible teneur en carbone (0,02 %) et sont donc particulièrement recommandées lorsqu'il existe un risque de corrosion intergranulaire.
Les fabricants doivent faire preuve de prudence lors de l'utilisation de processus de transfert par court-circuit. Une fusion incomplète peut résulter de l'extinction de l'arc, ce qui rend le processus inférieur à la norme pour les applications critiques. Dans les situations de volume élevé, si le matériau peut supporter son apport de chaleur (≥ 1/16 de pouce est approximativement le matériau le plus fin soudé en utilisant le mode de pulvérisation pulsée), un transfert par pulvérisation pulsée sera un meilleur choix. Lorsque l'épaisseur du matériau et l'emplacement de la soudure le permettent, le transfert par pulvérisation GMAW est préféré car il fournit une fusion plus cohérente.
Ces modes de transfert de chaleur élevés ne nécessitent pas de gaz de protection He. Pour le soudage par transfert par pulvérisation des alliages de la série 300, un choix courant est 98 % d'Ar et 2 % d'éléments réactifs tels que le CO2 ou l'O2. Certains mélanges de gaz peuvent également contenir de petites quantités de N2. Le N2 a un potentiel d'ionisation et une conductivité thermique plus élevés, ce qui favorise le mouillage et permet un déplacement plus rapide ou une perméabilité améliorée ;il réduit également la distorsion.
Pour le transfert par pulvérisation pulsée GMAW, 100 % Ar peut être un choix acceptable. Étant donné que le courant pulsé stabilise l'arc, le gaz n'a pas toujours besoin d'éléments actifs.
Le bain de fusion est plus lent pour les aciers inoxydables ferritiques et les aciers inoxydables duplex (rapport ferrite/austénite 50/50). Pour ces alliages, un mélange gazeux tel que ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2 favorisera un meilleur mouillage et augmentera la vitesse de déplacement (voir Figure 3). teneur en oxyde, les fabricants doivent donc les éviter ou être prêts à y consacrer beaucoup de temps).Abrasif car ces oxydes sont si durs qu'une brosse métallique ne les enlève généralement pas).
Les fabricants utilisent des fils fourrés en acier inoxydable pour le soudage hors site, car le système de scories de ces fils fournit une « étagère » qui supporte le bain de soudure à mesure qu'il se solidifie. Étant donné que la composition du flux atténue les effets du CO2, le fil fourré en acier inoxydable est conçu pour être utilisé avec des mélanges gazeux 75 % Ar/25 % CO2 et/ou 100 % CO2. les vitesses de soudage et les taux de dépôt peuvent réduire les coûts globaux de soudage. De plus, le fil fourré utilise une sortie CC à tension constante conventionnelle, ce qui rend le système de soudage de base moins coûteux et moins complexe que les systèmes GMAW pulsés.
Pour les alliages des séries 300 et 400, 100 % Ar reste le choix standard pour le soudage à l'arc sous gaz de tungstène (GTAW). Pendant le GTAW de certains alliages de nickel, en particulier avec des procédés mécanisés, de petites quantités d'hydrogène (jusqu'à 5 %) peuvent être ajoutées pour augmenter la vitesse de déplacement (notez que contrairement aux aciers au carbone, les alliages de nickel ne sont pas sujets à la fissuration par l'hydrogène).
Pour le soudage d'aciers inoxydables superduplex et superduplex, 98 % Ar/2 % N2 et 98 % Ar/3 % N2 sont respectivement de bons choix. De l'hélium peut également être ajouté pour améliorer la mouillabilité d'environ 30 %. Lors du soudage d'aciers inoxydables super duplex ou super duplex, l'objectif est de produire un joint avec une microstructure équilibrée d'environ 50 % de ferrite et 50 % d'austénite. rapidement, un excès de ferrite reste lorsque 100% d'Ar est utilisé. Lorsqu'un mélange gazeux contenant du N2 est utilisé, le N2 s'agite dans le bain en fusion et favorise la formation d'austénite.
L'acier inoxydable doit protéger les deux côtés du joint pour produire une soudure finie avec une résistance maximale à la corrosion. Le fait de ne pas protéger l'arrière peut entraîner une «saccharification» ou une oxydation importante pouvant entraîner une défaillance de la soudure.
Les raccords bout à bout serrés avec un ajustement toujours excellent ou un confinement serré à l'arrière du raccord peuvent ne pas nécessiter de gaz de support. Ici, le principal problème est d'empêcher une décoloration excessive de la zone affectée par la chaleur due à l'accumulation d'oxyde, qui nécessite alors un retrait mécanique. Techniquement, si la température arrière dépasse 500 degrés Fahrenheit, un gaz de protection est nécessaire. 30 PPM O2. L'exception est si le dos de la soudure sera gougé, meulé et soudé pour obtenir une soudure à pénétration complète.
Les deux gaz de support de choix sont N2 (le moins cher) et Ar (plus cher). Pour les petits assemblages ou lorsque les sources d'Ar sont facilement disponibles, il peut être plus pratique d'utiliser ce gaz et ne vaut pas les économies de N2. Jusqu'à 5 % d'hydrogène peut être ajouté pour réduire l'oxydation. Une variété d'options commerciales sont disponibles, mais les supports et barrages de purification faits maison sont courants.
L'ajout de 10,5 % ou plus de chrome est ce qui donne à l'acier inoxydable ses propriétés inoxydables. Le maintien de ces propriétés nécessite une bonne technique pour sélectionner le bon gaz de protection de soudage et protéger l'arrière du joint. L'acier inoxydable est cher, et il y a de bonnes raisons de l'utiliser. acier inoxydable.
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