Qu'est-ce qui rend l'acier inoxydable inoxydable ?

Ce cordon GMAW nécessite un nettoyage après soudage pour éliminer la teinte thermique (oxydes) et les éclaboussures, qui pourraient toutes deux favoriser la corrosion.

Dans le film « Caddyshack », Bill Murray explique sa stratégie pour lutter contre le marmotte en disant : « Pour vaincre l'animal, je dois apprendre à penser comme un animal. Et, dans la mesure du possible, à en ressembler à un. Je dois entrer dans la peau de ce type et ramper pendant quelques jours. »

De la même manière, les fabricants doivent d'abord réfléchir à ce qui donne à l'acier inoxydable ses propriétés inoxydables et comment s'assurer que ces propriétés restent intactes avant, pendant et après le soudage.

La base pour relever de nombreux défis de soudage commence par se rappeler que l'acier inoxydable acquiert sa propriété inoxydable en formant une couche d'oxyde de chrome.

Tout d'abord, regardons l'acier au carbone. Lorsqu'il est exposé à l'humidité, le fer de l'acier au carbone réagit avec l'oxygène pour former lentement un oxyde de fer rougeâtre. Un contact rapide avec une meule enlève la rouille et révèle l'acier propre en dessous.

Maintenant, comparez cela avec la formation d'oxyde de chrome sur l'acier inoxydable. L'acier inoxydable comprend environ 50 % de fer et entre 10,5 % (12 % est une quantité minimale typique) et 30 % de chrome, selon la qualité.

La couche d'oxyde de chrome se forme sur la surface de l'acier inoxydable lorsque le chrome réagit avec l'oxygène. Cela se produit instantanément, avec des vitesses de formation mesurées en nanosecondes et des épaisseurs de film en microns.

Donc pourquoi est-ce important? Cela signifie que la propriété inoxydable la plus importante de l'acier inoxydable est la résistance à la corrosion, qui résulte de sa capacité à former et à régénérer une couche d'oxyde de chrome en présence d'oxygène. Cependant, l'acier inoxydable n'offre pas de résistance à la corrosion sous la couche d'oxyde. Par conséquent, une fois la corrosion initiée, elle progresse rapidement.

Un bon exemple de ceci est la corrosion par piqûres ou crevasses qui peut se produire dans les échangeurs de chaleur dans les espaces entre les tubes et la plaque tubulaire. La feuille comporte des centaines de trous usinés pour supporter des faisceaux de tubes, et de l'eau de refroidissement ou de la vapeur circule autour des tubes. La corrosion commence si des fluides s'infiltrent dans l'espace entre le tube et la plaque tubulaire car l'oxygène n'a pas accès à cette zone pour reformer de l'oxyde de chrome. En conséquence, les fabricants d'échangeurs de chaleur mettent une soudure étanche, généralement avec un soudage à l'arc au tungstène gazeux (GTAW), autour de chaque tube. La soudure n'a pas besoin d'être solide, mais elle doit être étanche.

Alors que les artistes du métal et les amateurs peuvent être attirés par la teinte de chaleur générée pendant le soudage, ces couleurs envoient des signaux au fabricant sur la quantité d'oxydation qui a eu lieu pendant la soudure.

Les teintes de chaleur se produisent parce que l'oxygène dans un gaz actif ou dans l'atmosphère forme une couche d'oxyde lourd, consommant le chrome qui se trouve immédiatement sous la couche de surface supérieure. Les couches qui ont une couleur argentée à paille sont bonnes, tandis que les couches plus lourdes qui passent d'une teinte violette/bleuâtre à une teinte grise/noire ne sont pas si bonnes. Les fabricants utilisent le terme d'argot "brûler le chrome", car les couleurs plus foncées indiquent souvent un apport de chaleur excessif. Cependant, la cause première de ceci est une oxydation excessive.

Une couche microscopique d'oxyde de chrome donne à l'acier inoxydable sa caractéristique "inoxydable". L'oxyde de chrome se forme immédiatement lorsque les atomes de chrome de l'acier inoxydable sont exposés à l'oxygène de l'atmosphère.

En règle générale, toutes les soudures en acier inoxydable nécessitent un nettoyage après soudage pour s'assurer que le film d'oxyde de chrome d'une surface est intact. Sinon, la zone de soudure est sujette à la rouille. Le type de nettoyage dépend de l'application finale et des codes et normes applicables.

Lorsque vous effectuez un nettoyage mécanique avec des brosses métalliques, des disques de meulage, des marteaux piqueurs ou des abrasifs, assurez-vous que ces outils sont utilisés spécifiquement et dédiés à l'acier inoxydable pour éviter la contamination croisée. De nombreux fabricants ont hurlé de douleur après avoir réalisé qu'ils avaient involontairement imprégné leur soudure en acier inoxydable avec du fer.

Ensuite, considérez que les surfaces grossières sont plus sensibles à la corrosion et à la contamination que les surfaces lisses. Cela explique pourquoi les pièces pharmaceutiques nécessitent des finitions miroir. Tout laitier, éclaboussure ou îlot de silice constitue un site potentiel vulnérable à l'initiation de la corrosion. La leçon ici est que le temps que vous consacrez au nettoyage après soudage est du temps bien dépensé.

Certaines applications nécessitent également un décapage ou une passivation post-soudage (veuillez noter que le décapage d'une pièce la passive également). Ces procédés utilisent des solutions d'acide nitrique ou nitrique et fluorhydrique, qui contiennent toutes deux de l'oxygène, pour éliminer le fer libre et garantir que tout le chrome à la surface se lie à l'oxygène, maximisant ainsi la résistance à la corrosion.

Il est important de noter que les teintes de chaleur ne se forment pas lorsque vous soudez dans une atmosphère inerte. L'utilisation d'une lentille de gaz GTAW améliore considérablement la couverture de gaz de protection et aide à éviter un débit de gaz trop élevé, car le gaz tourbillonnant peut ramener l'oxygène atmosphérique dans la flaque.

Bien sûr, la couleur sur le devant d'un joint n'est que la moitié de l'histoire. Ne pas protéger l'arrière d'une soudure en acier inoxydable peut provoquer un «sucre», une quantité extrême d'oxydation qui ressemble à des cristaux de sucre noirâtres, ce qui peut entraîner une défaillance de la soudure.

Une variété d'options commerciales sont disponibles pour diriger le gaz de soutien vers le côté racine d'un joint, mais les dispositifs de soutien faits maison et les barrages de purge sont les plus courants. Les deux gaz de soutien de choix sont l'azote et l'argon. L'utilisation d'argon peut être plus pratique pour les petits composants ou lorsqu'une source d'argon est facilement disponible, et ne vaut pas les économies de coûts liées à la gestion d'un deuxième gaz.

Les joints bien ajustés ou les soudures qui contiennent étroitement l'arrière du joint peuvent ne pas nécessiter de gaz de soutien. Cependant, si la température arrière dépasse 500 degrés F, techniquement, le joint nécessite un gaz de support pour empêcher la formation d'oxyde. Certains experts aiment jouer la sécurité et utiliser 300 degrés F comme température maximale. L'exception au blindage de la face arrière du joint est s'il sera gougé et meulé dans le cadre d'une soudure à pénétration complète.

Frank Babish est spécialiste des applications pour Exaton™, une marque ESAB, 2800 Airport Road, Denton, TX 76207, 800-372-2123, www.esabna.com.

Les plaques tubulaires des échangeurs de chaleur nécessitent une soudure continue entre le tube et la plaque tubulaire, sinon l'eau dans la crevasse entre eux bloquerait l'oxygène essentiel à la formation d'oxyde de chrome.