Le développement d’aciers inoxydables antirouille avec des caractéristiques techniques intéressantes (résistance à la corrosion, durabilité et belle maniabilité) a changé la donne dans l’industrie. Cependant, ce développement a compliqué la tâche aux soudeurs, dans la mesure où le soudage et le brasage de l’inox est plus compliqué sur le travail de l’acier au carbone traditionnel… surtout qu’il y a plusieurs types d’aciers inoxydables.
L’acier inoxydable original, inventé par Harry Brearley en 1913, était beaucoup plus résistant à la corrosion que l’acier au carbone standard, mais au prix d’une ductilité moindre. Depuis lors, les métallurgistes qui ont expérimenté avec différentes quantités de matériaux d’alliage ont amélioré les performances de l’acier inoxydable sur plusieurs points. La technique de soudage de l’acier inoxydable n’est pas très différente de celle requise pour souder l’acier au carbone standard, à deux différences près. Premièrement, vous devez faire preuve de plus de vigilance au niveau du chauffage et du refroidissement de l’inox. Ensuite, il est plus important de bien positionner les métaux d’apport avec le matériau à souder. Vous souhaitez apprendre à souder l’inox ? Suivez ce guide détaillé !
Les différents types d’aciers inoxydables
Le terme générique « Inox » peut faire référence à cinq types d’aciers différents. Tous sont classés en fonction de leur microstructure, qui résulte à la fois de leur composition chimique et de la façon dont l’acier est chauffé et travaillé. La microstructure a une grande influence sur la résistance, la ductilité et d’autres caractéristiques physiques et chimiques des matériaux. Seuls trois types d’aciers inoxydables sont généralement travaillés dans les ateliers, avec une surreprésentation de l’acier inoxydable austénitique, en particulier dans les applications d’usinage.
L’acier inoxydable martensitique dur est fréquemment utilisé dans des applications à forte usure telles. Enfin, l’acier inoxydable ferritique est bon marché, ce qui en fait un matériau plébiscité dans les produits milieu de gamme, notamment les voitures grand public (au niveau des échappements).
L’acier inoxydable duplex est une combinaison de microstructures d’austénite et de ferrite, ce qui le rend plus résistant mais aussi plus difficile à travailler. Enfin, les aciers inoxydables à durcissement par précipitation comprennent d’autres éléments d’alliage comme le niobium, qui augmentent à la fois la résistance et le coût. Les aciers inoxydables duplex et à durcissement par précipitation sont généralement utilisés dans les industries de précision, comme l’aérospatial et les industries de transformation.
La préparation du soudage de l’acier inoxydable
Comme pour tous les matériaux, il est important de bien nettoyer l’acier inoxydable avant de le souder. Attention : évitez d’utiliser des outils (marteau et brosse notamment) qui ont déjà servi sur de l’acier standard. Pourquoi ? Parce que des traces d’acier au carbone peuvent s’incruster dans les aciers inoxydables, ce qui les fera rouiller. De même, le broyage de l’acier au carbone à proximité de l’acier inoxydable peut entraîner des problèmes. La poussière d’acier au carbone en suspension dans l’air peut se poser sur l’acier inoxydable voisin et entraîner la rouille. C’est pourquoi il est judicieux de séparer les zones de travail de l’acier au carbone et de l’acier inoxydable.
Assurez-vous de disposer du matériau d’apport approprié. Pour cela, utilisez un métal d’apport portant le même numéro que le métal de base. Par exemple, si vous soudez deux pièces de métal de base « 316L », vous utiliserez du métal d’apport « 316L ». Bien entendu, il y a des situations plus compliquées, comme lorsque vous assemblez des métaux différents ou lorsque vous faites une superposition. Le soudage de l’inox nécessite du bon matériel, c’est pourquoi nous vous conseillons le poste à souder combiné TIG & MMA de la marque Stahlwerk .
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Voici comment souder les différents types d’inox.
Souder de l’inox austénitique
L’acier inoxydable austénitique est le type d’acier inoxydable le plus couramment utilisé dans les ateliers de fabrication (série 300). Bien que ce matériau ne nécessite pas de préchauffage, il a une température maximale de maintien. Une fois que le métal de base atteint 176° C, par exemple lorsque vous effectuez plusieurs passes, vous devez arrêter de souder et laisser le matériau refroidir.
Si vous manipulez des aciers inoxydables austénitiques de série 310, 320 ou 330, vous devrez les gérer avec soin pour éviter la fissuration en utilisant un procédé à faible apport de chaleur et en réalisant des soudures convexes. Si vous faites une soudure plate ou concave sur ces matériaux, elle sera susceptible de se fissurer. La composition du matériau de base et du métal d’apport est également un paramètre à prendre en compte.
Prenons l’exemple de l’acier inoxydable 316L. Lorsque vous voyez un « L » dans la référence d’un acier inoxydable, c’est qu’il ne faut pas dépasser une température de températures de 427° C dans la plupart des applications. Le « L » désigne une faible teneur en carbone, généralement autour de 0,03 %. Comme mentionné précédemment, le métal d’apport approprié à utiliser avec ce métal de base a la même désignation, « 316L ». On cherchera à faire correspondre le numéro, mais aussi la lettre d la référence. Le métal de base 316H signifie une teneur élevée en carbone, et même s’il soude très bien le métal de base 316L, il ne tiendra pas une fois que la pièce soudée sera mise en service.
La référence d’acier inoxydable austénitique la plus utilisée est la 304, mais le choix d’un métal d’apport à utiliser avec ce métal de base est un peu plus complexe, car il n’existe pas de métal d’apport « 304 ». Dans ce cas, le métal d’apport à utiliser est le 308L. Il a une composition chimique légèrement différente qui permet au métal d’apport de subir la solidification et le refroidissement rapides associés au soudage sans se fissurer.
Le métal de base « 321 » contient de petites quantités de titane. Cependant, tout le titane contenu dans le métal d’apport sera brûlé lors du processus de soudage. Dans ce cas, le métal d’apport approprié est le 347, qui a une composition chimique similaire au 321, à une différence près : il contient du niobium (à la place du titane). Heureusement, le plus souvent, chaque métal de base a son métal d’apport.
Le soudage de l’acier inoxydable martensitique
Les aciers inoxydables de type martensitique sont moins utilisés pour les assemblages que pour les recouvrements et pour la construction de matériaux résistants à l’usure. Ils ont généralement une température de maintien faible. Ce type de matériau est le plus souvent utilisé dans le rafraîchissement des rouleaux d’acier utilisés dans les usines de coulée continue. Une fois que les rouleaux s’usent au-delà d’un certain point, ils sont rechargés à l’aide d’un fil martensitique.
Avant que le soudage ne commence sur le cylindre, un chalumeau ou une résistance chauffante sera utilisé(e) pour chauffer le cylindre à environ 300° C. Vous ne devez pas laisser la température baisser en-deçà de ce seuil une fois que vous aurez commencé à souder. L’acier inoxydable martensitique devient très dur et cassant au refroidissement, ce qui est excellent pour la résistance à l’usure mais compliqué pour la soudure « en temps réel ».
En restant au-dessus de la température minimale de maintien, on évite que la zone autour de la soudure ne refroidisse trop rapidement. Lorsque vous soudez de l’acier inoxydable martensitique, il est impératif d’atteindre une température de préchauffage précise et de maintenir la température de maintien pendant toute la durée de la soudure. Sinon, vous risquez de vous retrouver avec des fissures grossières. Comme pour de nombreuses autres variétés d’acier inoxydable, si vous soudez des métaux de base martensitiques, vous utiliserez probablement un métal d’apport portant le même numéro.
Souder de l’acier inoxydable ferritique
L’industrie automobile utilise majoritairement de l’acier inoxydable ferritique. Les deux nuances les plus courantes utilisées dans cette application sont le 409 et le 439. L’acier inoxydable ferritique est généralement disponible dans des épaisseurs de ¼’’ (environ 6 mm) ou moins. La plupart des soudures avec ce matériau se font en un seul passage. C’est une bonne chose car le soudage de l’acier inoxydable ferritique est plus efficace avec un faible apport de chaleur, et la température maximale de maintien est à environ 148° C. En cas d’apport de chaleur élevé, le matériau commence à développer des grains et peut rapidement perdre de sa résistance.
Le soudage d’un métal de base mixte ou inconnu
Parfois, vous allez devoir souder des métaux différents ou des métaux de base inconnus, par exemple pour effectuer des réparations sur le terrain. Heureusement, les métaux d’apport ont été développés avec des produits chimiques spécialement conçus pour de telles situations. Il n’est pas rare, par exemple, de vouloir assembler de l’acier inoxydable 304L et de l’acier au carbone. Dans ce cas, optez pour le matériau d’apport 309L, qui est probablement le meilleur choix pour les métaux différents, jusqu’à environ 400° C.
Si vous n’êtes pas sûr de la composition du métal de base, envisagez l’une des électrodes développées spécifiquement pour les réparations, comme l’électrode inoxydable 312. Commercialisées sous différentes marques qui vantent leur compatibilité, ces électrodes à souder se caractérisent par une grande solidité, une résistance à la corrosion, une bonne ductilité et, bien sûr, une belle polyvalence. Elles sont également compatibles avec la plupart des types de métaux de base. Elles ont cependant un inconvénient majeur : elles peuvent coûter trois à quatre fois plus cher qu’un fil de soudure standard à l’arc sous gaz protecteur. Si la performance et la qualité de la soudure de l’inox sont des critères importants pour vous, ne réfléchissez pas deux fois : c’est une électrode inoxydable 312 qu’il vous faut.
Lorsque vous soudez de l’acier inoxydable, n’oubliez pas de chercher d’abord un métal d’apport identique au métal de base, portant la même référence, que ce soit avec les chiffres ou la lettre finale. Si vous avez des difficultés à trouver une correspondance exacte, renseignez-vous auprès de votre responsable de rayon ou de votre quincaillerie pour trouver le métal d’apport le plus proche.