Soudage des aciers inoxydables 304 et 316 : métal d'apport, apport de chaleur et passivation

Choix du métal d'apport

La règle par défaut consiste à souder avec une nuance supérieure :

• Le 304/304L est soudé avec un métal d'apport 308L.
• Le 316/316L est soudé avec un métal d'apport 316L, qui contient le molybdène nécessaire pour préserver la résistance à la corrosion par piqûres.
• Les joints hétérogènes (304 sur acier au carbone) utilisent un métal d'apport surallié tel que le 309L.

Le « L » est important : la teneur en carbone du métal d'apport est maintenue à 0.03% ou en dessous afin que le dépôt lui-même résiste à la sensibilisation. Lorsque le métal de base est un 304 ou un 316 ordinaire (non L), l'utilisation d'un métal d'apport de nuance L et la maîtrise de l'apport de chaleur constituent la principale protection pour le métal fondu.

Apport de chaleur et sensibilisation

Entre environ 450 °C et 850 °C, le chrome se combine avec le carbone pour former des carbures aux joints de grains — la sensibilisation — laissant des zones appauvries en chrome qui se corrodent préférentiellement (corrosion de la soudure, attaque en lame de couteau). La pratique pour l'acier inoxydable fonctionne donc à l'inverse de celle pour l'acier au carbone :

• Maintenez l'apport de chaleur faible à modéré (généralement de l'ordre de 0.5–1.5 kJ/mm, selon le procédé).
• Limitez la température entre passes, généralement à environ 150 °C.
• Utilisez des passes étroites plutôt que de larges balayages, et laissez le joint refroidir entre les passes.

L'acier inoxydable austénitique conduit également mal la chaleur et se dilate environ une fois et demie plus que l'acier au carbone, de sorte que la maîtrise des déformations (séquences équilibrées, soudage à pas de pèlerin, bridage adéquat) fait partie du mode opératoire, et n'est pas une réflexion après coup.

Points de technique

• Protection : le côté racine des soudures de tubes et de tôles nécessite un gaz de protection inerte à l'envers (purge à l'argon) jusqu'à ce que la racine soit scellée par plusieurs millimètres de métal ; une racine oxydée et sucrée présente une mauvaise résistance à la corrosion et une mauvaise tenue en fatigue.
• Propreté : brosses et abrasifs dédiés exclusivement à l'acier inoxydable ; la contamination par le fer provenant d'outils partagés avec l'acier au carbone s'incruste et rouille. Dégraissez avant le soudage.
• N'utilisez jamais la pièce en acier inoxydable comme établi pour meuler de l'acier au carbone à proximité — la contamination par la poussière de meulage est une cause fréquente de points de rouille mystérieux.

Après le soudage : nettoyage et passivation

Le soudage laisse une coloration thermique — un film d'oxyde appauvri en chrome dont les couleurs allant du jaune paille au bleu signalent une résistance à la corrosion réduite en dessous. Pour un service en milieu corrosif, la coloration et la couche appauvrie doivent disparaître :

1. Nettoyage mécanique (brossage à l'acier inoxydable, abrasifs fins) pour un service léger.
2. Décapage à l'aide d'une pâte ou d'un bain nitrique/fluorhydrique pour une restauration complète de la surface.
3. La passivation dans l'acide nitrique ou citrique (selon la pratique ASTM A967) reconstruit le film d'oxyde de chrome sur une surface déjà propre. La passivation n'est pas un produit de nettoyage — elle n'élimine ni la coloration importante ni la calamine.

Un joint en 316 correctement soudé, nettoyé et passivé doit présenter des performances de corrosion indiscernables de celles du métal de base ; le fait de sauter les étapes après soudage est la raison habituelle pour laquelle ce n'est pas le cas.

Défauts courants et leurs causes

• Porosité : presque toujours due à une contamination — humidité, graisse, peinture ou zinc sur les faces du joint, ou un problème de protection (perte de couverture gazeuse, courants d'air). L'acier inoxydable présente une porosité due à la contamination plus tôt que l'acier au carbone, car le bain de fusion tolère moins les surfaces souillées.
• Racine sucrée : purge à l'envers insuffisante ; la racine s'oxyde en une surface rugueuse, noircie et sensible à la corrosion, qui ne peut pas être réparée depuis l'extérieur.
• Fissuration : rare dans le 304/316 lui-même (la structure austénitique, avec une faible teneur en ferrite dans le dépôt, résiste à la fissuration à chaud), mais risque réel lorsque le mauvais métal d'apport est utilisé sur des joints hétérogènes ou lorsque de la contamination au carbone pénètre dans le bain — une raison supplémentaire d'utiliser des outils dédiés et un fil propre.