Pipe Welding of a Welder

Novelty Steel propose des services de soudage de l’acier inoxydable de haute qualité grâce à son équipe dédiée de soudeurs certifiés et de spécialistes qualité.

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Comprendre le soudage de l’acier inoxydable

Le soudage de l’acier inoxydable nécessite de comprendre à la fois le procédé de soudage et la réaction de l’acier à la chaleur et aux contraintes mécaniques. La soudure doit non seulement être solide, mais aussi conserver des propriétés essentielles comme la résistance, la ténacité et la résistance à la corrosion.

Une préoccupation majeure lors du soudage de l’inox, contrairement à l’acier carbone, est de protéger sa teneur en chrome contre l’oxydation afin de préserver sa résistance à la corrosion et d’éviter la formation d’oxydes qui affaibliraient la soudure.

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Considérations clés pour le soudage des nuances d’acier inoxydable

  • Propriétés thermiques : Faible conductivité thermique et forte dilatation thermique peuvent entraîner des contraintes résiduelles, augmentant le risque de fissuration à chaud.
  • Oxydation du chrome : Nécessite une protection pour éviter l’oxydation et maintenir la résistance à la corrosion. L’oxydation de surface appauvrit le chrome et réduit la résistance à la corrosion.
  • Fissuration à chaud : Peut se produire lors de la solidification, en raison de la ségrégation du soufre aux joints de grains. Les compositions stabilisées avec de la ferrite permettent de limiter ce phénomène.
  • Micro-ségrégation : Une teneur élevée en alliages entraîne une micro-ségrégation, ce qui nuit à la résistance à la corrosion.
  • Traitement de surface : Le meulage et le décapage acide après soudage éliminent les oxydes appauvris en chrome afin de préserver la résistance à la corrosion.
  • Types : Deux types – semi-ferritiques et ferritiques stabilisés.
  • Transformation martensitique : Les alliages semi-ferritiques peuvent partiellement se transformer en martensite, les rendant cassants. Les ferritiques stabilisés évitent cela grâce à des stabilisants au titane ou au niobium.
  • Protection contre l’oxydation : Un gaz de protection est nécessaire. Les ferritiques stabilisés doivent éviter l’exposition à l’azote.
  • Risque de fragilisation : Les nuances alliées au chrome et au molybdène peuvent former des phases fragiles comme σ ou α’.
  • Soudabilité : Certains semi-ferritiques (ex. : alliage 430) sont généralement non soudables en raison de leur fragilité.

 

  • Fissuration de la zone affectée thermiquement : Sensibles à la fissuration lors du refroidissement à cause de la transformation martensitique. Le préchauffage et l’entrepasses limitent ce risque, surtout avec un fort taux de carbone.
  • Traitement thermique post-soudage : Un traitement thermique final est généralement nécessaire pour atteindre les propriétés mécaniques souhaitées.
  • Matériau d’apport : Les fils d’apport austénitiques (ex. : 309L) peuvent être utilisés si les exigences mécaniques le permettent, pour réduire les contraintes thermiques et le risque de fissuration.

 

  • Solidification ferritique : Les aciers duplex se solidifient de manière ferritique, ce qui améliore leur résistance à la fissuration à chaud.
  • Sensibilité de la zone affectée thermiquement (ZAT) : Une teneur élevée en chrome et en molybdène favorise la formation de phases intermétalliques à haute température, affectant la ténacité et la résistance à la corrosion. Il faut minimiser le temps passé dans les plages critiques de température (500–900 °C).
  • Azote : Élément d’alliage essentiel ; le soudage nécessite un gaz de protection contenant de l’azote.
  • Dilatation thermique et conductivité : Une expansion thermique modérée et une conductivité supérieure permettent un apport de chaleur plus élevé, mais un excès peut provoquer de la fragilisation ou des phases intermétalliques.

 

  • Protection : Indispensable pour éviter l’oxydation et maintenir la composition, surtout avec du titane ou de l’aluminium.
  • Matériau d’apport : Il doit correspondre aux propriétés du métal de base, sauf si les exigences mécaniques sont moindres.
  • Traitement thermique post-soudage : Un recuit de solution est nécessaire pour corriger la ségrégation de solidification.
  • Fissuration à chaud : Certaines nuances austénitiques sont sensibles à cause d’un taux élevé de titane ou d’aluminium.
  • Formation de laitier : Une teneur élevée en alliage peut générer du laitier, demandant une attention particulière.

 

Tig Welding Stainless Steel
austénitique ferritique Martensitique Duplex Aciers PH
Dilatation thermique Élevée – provoque des contraintes résiduelles Faible Modéré Modéré Modéré
Gaz de protection requis Gaz inertes avec 3–5 % d’azote Gaz inertes ; éviter l’azote pour les ferritiques stabilisés Gaz inertes ; surface très propre requise Gaz inertes avec azote pour préserver la composition Gaz inertes avec protection complète
Préchauffage Généralement non requis Recuire les semi-ferritiques pour éviter la martensite 250–300 °C pour les teneurs élevées en carbone Préchauffage limité ; éviter les températures élevées Non requis en soudage standard
Traitement post-soudage Recuit possible pour détensionnement Les stabilisés évitent la martensite ; faible apport thermique Traitement thermique final nécessaire Recuit de solution pour rééquilibrer les phases Requis pour homogénéiser la structure
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Comparaison des métaux de soudage

  • Acier au carbone : Le plus facile à souder, économique, mais peu résistant à la corrosion.

  • Acier inoxydable : Plus difficile à souder en raison de la gestion de la chaleur, mais offre une excellente résistance et durabilité.

  • Aluminium : Nécessite une grande maîtrise et une préparation soignée, mais est léger et très résistant à la corrosion.

Assemblages soudés en acier inoxydable

Soudure bout à bout

  • Un joint bout à bout désigne deux pièces métalliques placées côte à côte pour être soudées. Une préparation préalable des bords est essentielle pour obtenir une soudure de haute qualité.
  • La soudure bout à bout est relativement plus simple que les autres types d’assemblage et résiste mieux aux contraintes mécaniques.
  • C’est le type d’assemblage le plus courant dans la fabrication de structures métalliques.

Soudure d’angle

  • Les assemblages d’angle sont très similaires aux assemblages en T.
  • La principale différence réside dans la position des pièces métalliques.
  • Dans un assemblage en T, une pièce est positionnée au centre de l’autre, tandis que dans un assemblage d’angle, les pièces se rejoignent pour former un angle en « L ».

Soudure en T

  • Les assemblages en T sont réalisés lorsque deux pièces métalliques se croisent à un angle de 90°.
  • Cela forme un assemblage en forme de « T » au centre de la pièce.
  • Les joints en T sont également un type de soudure d’angle.
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Soudure à recouvrement

  • Un joint à recouvrement désigne un assemblage dans lequel une pièce chevauche l’autre.
  • La soudure entre les deux pièces est réalisée à l’aide d’un cordon d’angle (soudure d’angle).
  • Le principal inconvénient du joint à recouvrement est que la zone située sous le bain de soudure est sujette à la corrosion.

Soudure sur bord

  • Le joint de soudure sur bord est utilisé pour assembler des pièces parallèles entre elles.
  • Les joints de bord sont souvent utilisés pour le soudage de tôles.
  • Ils offrent une surface de soudure plus propre et plus lisse qu’une soudure bout à bout.
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Types de soudage de l’acier inoxydable

Soudage TIG
Le soudage TIG est une méthode précise, couramment utilisée pour l’acier inoxydable, notamment pour les sections fines ou les finitions de haute qualité. Il utilise une électrode de tungstène non consommable et un gaz inerte (comme l’argon) pour protéger la soudure de la contamination. Cette méthode permet d’obtenir des soudures propres et solides avec peu de projections, ce qui la rend idéale pour les applications exigeant une grande pureté ou un aspect esthétique soigné.

Soudage MIG
Le soudage MIG est une méthode plus rapide et plus efficace pour souder l’acier inoxydable, adaptée aux matériaux plus épais ou aux soudures longues. Il utilise un fil électrode consommable et un gaz inerte pour protéger le bain de fusion. Bien qu’il soit moins précis que le TIG, il est largement utilisé dans les applications industrielles en raison de sa rapidité et de sa facilité d’utilisation.

Soudage à l’électrode enrobée (SMAW)
Le soudage à l’électrode enrobée (SMAW) est une méthode polyvalente et portable pour souder l’acier inoxydable, souvent utilisée pour les réparations sur site ou dans le secteur de la construction. Il utilise une électrode consommable enrobée de flux qui protège la soudure des contaminants. Bien qu’il génère plus de projections et nécessite un nettoyage plus important que le TIG ou le MIG, il est efficace pour les matériaux épais et les environnements difficiles.

Soudage à fil fourré (FCAW)
Le soudage FCAW est similaire au MIG, mais utilise un fil tubulaire rempli de flux, ce qui le rend adapté aux conditions extérieures ou venteuses. Il est souvent utilisé pour le soudage de sections épaisses en acier inoxydable dans des environnements industriels. Le flux offre une protection supplémentaire, réduisant le besoin de gaz externe, mais nécessite généralement un nettoyage plus important après soudage.

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Tests de qualité du soudage de l’acier inoxydable

Avantages :

  • Simple, rapide et économique.
  • Ne nécessite pas d’équipement spécialisé.
  • Permet de détecter des défauts de surface tels que fissures, porosités, manque de fusion, chevauchements.

Inconvénients :

  • Ne permet pas de détecter les défauts internes.
  • Nécessite un opérateur qualifié pour une évaluation correcte.
  • Ne permet pas de quantifier la taille du défaut.

Avantages :

  • Détecte les défauts de surface et sous-surface proche.
  • Méthode rapide et relativement économique.
  • Équipement simple et portable.
  • Convient aux matériaux ferromagnétiques.

Inconvénients :

  • Limité aux matériaux ferromagnétiques (acier, fer).
  • Ne permet pas de détecter les défauts en profondeur.
  • Nécessite une préparation de surface.
  • Doit être effectué par un opérateur qualifié.

Avantages :

  • Détecte les défauts de surface sur tout matériau non poreux (métaux, plastiques, céramiques).
  • Peu coûteux et simple à réaliser.
  • Très facilement transportable.

Inconvénients :

  • Limité aux défauts de surface ; ne détecte pas les défauts internes.
  • Nécessite un nettoyage complet avant et après l’essai.
  • Non adapté aux matériaux poreux.
  • Dépend d’une application correcte du colorant et d’une inspection sous un éclairage approprié.

Avantages :

  • Permet de détecter les défauts internes (fissures, porosités, inclusions).
  • Fournit un enregistrement permanent (film ou image numérique).
  • Efficace pour les géométries de soudure complexes.

Inconvénients :

  • Coûteux et nécessite un équipement spécialisé.
  • Comporte des risques pour la santé liés à l’exposition aux radiations.
  • Nécessite un personnel qualifié pour l’interprétation des images.
  • Peu efficace pour les matériaux très épais sans puissance de rayonnement accrue.

Avantages :

  • Très précis pour la détection des défauts internes.
  • Permet d’obtenir la position, la taille et la forme exactes des défauts.
  • Peut être utilisé sur des matériaux épais.
  • Équipement portable.

Inconvénients :

  • Nécessite des opérateurs qualifiés pour interpréter les résultats.
  • Difficile à utiliser sur des matériaux très fins ou des surfaces rugueuses.
  • Efficacité limitée sur les soudures irrégulières ou les matériaux à gros grains, comme la fonte.

Avantages :

  • Très efficace pour détecter les fuites dans les systèmes scellés ou pressurisés.
  • Les méthodes comme le test à l’hélium sont extrêmement sensibles.
  • Permet d’identifier même de petites fuites.

Inconvénients :

  • Certaines méthodes nécessitent un équipement coûteux (comme la détection de fuites à l’hélium).
  • Long à mettre en œuvre pour les grands systèmes.
  • Une préparation de surface ou une mise sous pression peut être nécessaire.
  • Peut ne pas indiquer l’emplacement exact du défaut sans inspection complémentaire.
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Défauts courants

  • Porosité : Due à la contamination, une mauvaise protection gazeuse ou l’humidité, entraînant de petits trous dans la soudure.

  • Fissuration : Souvent causée par un mauvais contrôle thermique, un métal d’apport inadapté ou des contraintes résiduelles.

  • Décoloration : Résulte de l’oxydation ou d’une surchauffe, signalant une couche passive altérée.

  • Manque de fusion : Causé par une mauvaise technique ou un apport thermique insuffisant.

  • Déformation : Provoquée par un apport de chaleur excessif ou une mauvaise gestion de la dilatation thermique.

  • Précipitation de carbures : Due à la surchauffe, elle réduit la résistance à la corrosion dans la ZAT.

Contrôle qualité

Facteurs de coût du soudage de l’acier inoxydable

Le coût élevé de l’acier inoxydable est dû aux éléments d’alliage (par exemple, le chrome, le nickel).
Des coûts plus élevés pour les matières premières, notamment pour les qualités supérieures (par exemple, 316, duplex).

Les différentes méthodes (TIG, MIG, SMAW) présentent des coûts et complexités variables.
Le soudage TIG est précis mais lent et coûteux ; le MIG est plus rapide mais moins précis.

Des baguettes ou fils de haute qualité sont nécessaires pour le soudage de l’inox.
Les matériaux d’apport premium augmentent les coûts, surtout pour les alliages spéciaux.

Des gaz inertes (ex. : argon, hélium) sont nécessaires pour le soudage.
Une consommation élevée de gaz augmente les coûts opérationnels.

Nettoyage, meulage et préparation des joints indispensables.
Temps et main-d’œuvre supplémentaires qui augmentent les coûts.

Recuit, décapage ou passivation peuvent être nécessaires.
Étapes supplémentaires impliquant temps, main-d’œuvre et matériaux.

Les tests (visuel, radiographique, ultrason) assurent l’intégrité des soudures.
Coûts supplémentaires pour les équipements, le personnel et les essais.

Catégorie Description Impact sur les coûts

Nuance

Méthode de soudage

Matériau d’apport

Gaz de protection

Préparation avant soudage

Traitements post-soudage

Inspection et essais
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Applications

  • Agriculture : Systèmes d’irrigation, cuves de stockage, machines.

  • Brasserie et distillation : Cuves de fermentation, tuyauteries, équipements d’embouteillage.

  • Industrie chimique : Réacteurs, échangeurs de chaleur, réservoirs.

  • Construction : Structures, façades, rampes.

  • Énergie et production d’électricité : Échangeurs thermiques, turbines.

  • Agroalimentaire : Cuves, tuyauteries, équipements de transformation.
  • Marine : Composants navals, hélices, structures offshore.

  • Mines : Matériel de manutention, concasseurs, convoyeurs.

  • Pétrole et gaz : Spools, réservoirs sous pression, plateformes offshore.

  • Pâtes et papiers : Digesters, cuves, systèmes de tuyauterie.

  • Énergies renouvelables : Composants pour panneaux solaires, éoliennes, systèmes hydroélectriques.

  • Transport : Wagons, citernes, conteneurs.

  • Gestion des déchets : Stations de traitement, incinérateurs, équipements de recyclage.

  • Traitement de l’eau : Tuyauteries, réservoirs, systèmes de filtration.

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