Sélection des matériaux de soudage pour l'acier inoxydable

這是根據不鏽鋼在室溫時的金相組織劃分的。當低碳鋼被加熱到1550℉時，其組織從室溫時的鐵素體相轉變成奧氏體相。而冷卻時，低碳鋼組織又重新轉變成鐵素體。高溫時存在的奧氏體組織是非磁性的，而且相比室溫鐵素體組織其強度較小，韌性較好。

Lorsque la teneur en Cr d'un acier est supérieure à 16%, l'organisation de la ferrite à température ambiante est fixée de sorte que l'acier reste ferrite dans toutes les plages de température. C'est pourquoi on parle d'aciers inoxydables ferritiques. Lorsque la teneur en Cr est supérieure à 17% et que la teneur en Ni est supérieure à 7%, la phase austénitique est fixée de sorte que l'acier reste austénitique dans une gamme de températures allant de basses à presque le point de fusion.

Les aciers inoxydables austénitiques sont généralement appelés "Cr-Ni", les aciers inoxydables martensitiques et ferritiques sont directement appelés "Cr". Les éléments présents dans l'acier inoxydable et les métaux d'apport peuvent être divisés en éléments formant l'austénite et en éléments formant la ferrite. Les principaux éléments formant l'austénite sont Ni, C, Mn et N. Les éléments formant la ferrite sont Cr, Si, Mo et Nb. L'ajustement de la teneur en éléments peut contrôler la teneur en ferrite dans la soudure.

Les aciers inoxydables austénitiques sont plus faciles à souder et offrent une meilleure qualité de soudure que les aciers inoxydables dont la teneur en Ni est inférieure à 5%. Les joints soudés en acier inoxydable austénitique sont très résistants et ne nécessitent généralement pas de préchauffage avant le soudage ni de traitement thermique après le soudage. Dans le domaine du soudage de l'acier inoxydable, l'acier inoxydable austénitique représente 80% de toute la consommation d'acier inoxydable, c'est pourquoi cet article se concentre sur le soudage de l'acier inoxydable austénitique.

如何選擇正确的不鏽鋼焊材？

Si le matériau de base est le même, le premier critère est de "correspondre au matériau de base". Par exemple, si vous soudez de l'acier inoxydable 310 ou 316, choisissez les consommables de soudage correspondants.

焊接異種材料，則遵循選擇與合金元素含量高的母材相匹配的準則。例如焊接304和316不鏽鋼，則選擇316型焊材。

Cependant, il existe de nombreux cas particuliers où le principe de "correspondance du matériau de base" n'est pas respecté et où il est nécessaire de "vérifier le tableau de sélection des consommables de soudage". Par exemple, l'acier inoxydable de type 304 est le métal de base le plus courant, mais il n'existe pas d'électrode de type 304.

假如要焊材與母材匹配，如何選擇焊材來焊接304不鏽鋼？

焊接304不鏽鋼時，使用308型焊材，因爲308不鏽鋼中的額外元素可以更好的穩定焊縫區域。

L indique une faible teneur en carbone, l'acier inoxydable 3XXL indique une teneur en carbone ≤ 0,031 TP3T, et l'acier inoxydable 3XX standard peut contenir jusqu'à 0,081 TP3T de carbone.

Étant donné que les produits consommables de soudage en forme de L appartiennent à la même catégorie que les produits consommables de soudage non en forme de L, les fabricants devraient accorder une attention particulière à l'utilisation des produits consommables de soudage en forme de L, car leur faible teneur en carbone réduit la tendance à la corrosion intergranulaire. En fait, l'auteur pense que si les fabricants souhaitent améliorer leurs produits, les consommables de soudage en forme de L seront plus largement utilisés.

Les fabricants qui soudent par la méthode GMAW envisagent également d'utiliser des consommables de soudage de type 3XXSi, car le Si améliore le mouillage (Fig. 1). Dans les cas où la pièce soudée présente un renflement important ou lorsque le bain de soudure est mal raccordé au niveau de la pointe d'une soudure d'angle ou d'une soudure à recouvrement, l'utilisation d'un fil à protection gazeuse contenant du Si permet de mouiller la soudure et d'améliorer le taux de dépôt.

Fig. 1 Pour améliorer le mouillage des consommables de soudage dans le soudage GMAW, utilisez des fils contenant du Si tels que 308L Si ou 316L Si.

Si la précipitation du carbure est envisagée, les consommables de soudage de type 347 contenant une petite quantité d'élément Nb peuvent être sélectionnés (dernière question).

如何焊接不鏽鋼與碳鋼?

爲了降低成本，一些結構件會在碳鋼表面焊接一層耐腐蝕層。當焊接不含合金元素的母材與含合金元素的母材時，使用合金含量更高的焊材以平衡焊縫中的稀釋率。

Lors du soudage d'aciers au carbone sur des aciers inoxydables 304 ou 316, ainsi que sur d'autres aciers inoxydables dissemblables (tableau 2), le type 309L est envisagé dans la plupart des cas. Si une teneur en Cr plus élevée est souhaitée, utilisez le type 312.

需要指出的是，奧氏體不鏽鋼的熱膨脹率比碳鋼高50%。當焊接時，熱膨脹率的差異會産生内應力，從而導緻裂紋産生，這時需要選擇合适的焊材或指定合适的焊接工藝（圖2）。

Fig. 2 Lors du soudage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable, la déformation due à la différence de taux de dilatation thermique nécessite une compensation plus importante.

什麽是合适的焊前清理操作？

當與其他材料焊接時，首先使用不含氯離子的溶劑清除油污、标記和灰塵。此外，焊接不鏽鋼時首先要注意的就是避免受到碳鋼的污染而影響耐蝕性。一些公司采用不鏽鋼和碳鋼分開存放以避免交叉污染。在清理坡口周圍區域時，使用針對不鏽鋼的專用磨砂輪和刷子。有時還需要對接頭處進行二次清理。由于不鏽鋼焊接時的電極補償操作比焊接碳鋼時更難，因此其接頭清理工作非常重要。

什麽是正确的焊後清理操作？爲什麽不鏽鋼焊件會生鏽？

Tout d'abord, rappelons que l'acier inoxydable ne rouille pas car la réaction entre Cr et O crée une couche d'oxyde dense à la surface du matériau et assure une protection. L'acier inoxydable rouille en raison de la précipitation des carbures (voir dernière question) et de l'échauffement pendant le processus de soudage qui crée un oxyde de fer à la surface de la pièce soudée. À l'état soudé, les soudures parfaites peuvent également développer des grignotages dans les zones rouillées aux limites de la zone affectée par la chaleur de la soudure dans les 24 heures.

因此，爲了使新的鉻氧化物重新生成，不鏽鋼焊接後需要磨光、酸洗、打磨或者洗刷。需要強調的是，打磨機和刷子必須專有專用。

如何更輕松地焊接雙相不鏽鋼？

En règle générale, les phases austénitiques et ferrites d'un tissu en acier inoxydable duplex représentent chacune environ 50%. La présence de la phase ferrite améliore la solidité et la résistance à la corrosion sous contrainte, tandis que la phase austénitique améliore la ténacité. L'effet combiné des deux phases rend les performances de l'acier inoxydable duplex plus excellentes. Il existe une large gamme d'aciers inoxydables duplex, le type le plus courant étant le 2205 : il contient 22%Cr, 5%Ni, 3%Mo et 0,15%N.

Lors du soudage de l'acier inoxydable duplex, la présence d'une trop grande quantité de ferrite peut poser des problèmes (la chaleur de l'arc provoque un réarrangement des atomes dans la matrice de ferrite). C'est pourquoi les consommables de soudage doivent contenir davantage d'éléments formant de l'austénite, généralement 2 à 41 TP3T Ni de plus que le matériau de base. Par exemple, le fil fourré utilisé pour souder l'acier inoxydable 2205 contient 8,851 TP3T Ni.

焊後，焊縫中的鐵素體含量在25-55%之間（也可能更高）。注意：焊後冷卻速度要足夠慢，使得奧氏體重新形成，但是不能太慢，太慢會析出金屬間相，也不能太快，太快會在熱影響區産生過多的鐵素體。務必遵循産商提供的焊接工藝和焊材選擇手冊。

如何爲選擇焊材做準備？

首先，要在焊件的終端應用方面收集信息，包括服役環境（特别是服役溫度，是否有腐蝕介質以及期望的耐腐蝕程度）和期望的服役壽命。服役條件下所需的力學性能的信息也很重要，如強度，韌性，塑性和疲勞性能。

大多數領先的焊材廠商都會爲選擇焊材提供指導手冊，在此，筆者再次強調：建議參閱焊材應用手冊或者聯系他們的技術專家。他們會幫助我們更正确的選擇不鏽鋼焊材。