Le soudage est un processus de formage essentiel pour assembler des tubes chauffants en acier inoxydable 316 dans divers appareils de chauffage industriels. Lors du soudage à haute-température, le cordon de soudure et sa zone affectée thermiquement- adjacente subiront un chauffage rapide et un refroidissement inégal. Lorsque la température reste dans la plage de sensibilisation de 450 degrés à 850 degrés pendant une certaine période, le carbure de chrome précipite continuellement le long des joints de grains du matériau. Ce phénomène conduit à une déplétion locale en chrome aux joints de grains, ce qui détruit la continuité du film passif de surface. Une fois exposés à des milieux corrosifs contenant du chlorure-acides ou humides, les joints de grains déficients en chrome-deviendront des canaux de corrosion préférentiels, entraînant une corrosion intergranulaire qui se propage vers l'intérieur le long des joints de grains. Une telle corrosion cachée ne peut pas être détectée par une inspection d’apparence conventionnelle et finira par provoquer des fissures dans les tubes et des fuites de pénétration. De nombreux fabricants ignorent le risque de sensibilisation au soudage et adoptent des méthodes de soudage et de refroidissement aléatoires, entraînant des défaillances précoces fréquentes des tubes chauffants soudés. Par conséquent, un contrôle standardisé des paramètres de soudage et un traitement thermique post-soudage raisonnable sont nécessaires pour limiter la corrosion intergranulaire et conserver les performances anti-corrosion inhérentes aux tubes chauffants en acier inoxydable 316.
La cause première de la corrosion intergranulaire réside dans la précipitation de carbure de chrome induite par les cycles thermiques de soudage. Pendant le soudage, le matériau de base près de la soudure est chauffé à une température élevée supérieure à 1 000 degrés, le chrome est entièrement dissous dans la matrice austénitique pour former une solution solide uniforme. Si la vitesse de refroidissement est trop lente après le soudage, le matériau restera longtemps dans la zone de température de sensibilisation. Les atomes de carbone en excès se combinent avec le chrome pour former du carbure de chrome et précipiter aux joints de grains, ce qui consomme les éléments de chrome proches des joints de grains. En conséquence, la teneur en chrome aux joints de grains est trop faible pour former un film passif dense. Dans les environnements corrosifs, des microcellules galvaniques se forment entre les joints de grains et l'intérieur des grains, déclenchant une dissolution anodique continue le long des joints de grains et provoquant des dommages irréversibles par corrosion intergranulaire.
Cette étude résume trois moyens techniques efficaces pour éviter la corrosion intergranulaire induite par le soudage : des paramètres de processus de soudage optimisés, un refroidissement forcé rapide et un traitement thermique ciblé après-solution de soudage. Premièrement, des paramètres de soudage à faible apport thermique sont adoptés pour raccourcir le temps de séjour de la zone affectée thermiquement-dans la plage de températures de sensibilisation. Un faible courant, un temps de soudage court et un cordon de soudure étroit sont utilisés pour réduire la plage globale d'influence thermique. Le soudage segmenté intermittent remplace le soudage continu à longue -distance pour éviter la concentration de chaleur cumulative, ce qui limite efficacement la précipitation du carbure de chrome aux joints de grains. Pendant ce temps, une protection contre l'argon est appliquée sur les côtés intérieurs et extérieurs de la soudure pour empêcher l'oxydation à haute température et la carburation superficielle du métal soudé.
Deuxièmement, des mesures de refroidissement rapide forcé sont mises en œuvre immédiatement après le soudage. De l'air propre comprimé ou de l'eau de refroidissement en circulation sont utilisés pour refroidir rapidement la soudure et la zone affectée par la chaleur, de sorte que le matériau traverse la plage de température de sensibilisation de 450 à 850 degrés dans les plus brefs délais. Cette méthode inhibe la précipitation du carbure de chrome du point de vue de la réaction cinétique, ce qui constitue la mesure anti-sensibilisation la plus économique et la plus pratique adaptée au traitement par lots sur site-des tubes chauffants. Cependant, un refroidissement trop rapide doit être évité pour éviter les contraintes thermiques de soudage résiduelles et les défauts de fissures à froid.
Troisièmement, un traitement thermique de recuit de mise en solution est adopté pour les tubes chauffants appliqués dans des conditions de travail corrosives sévères. Les composants soudés sont chauffés entre 1 050 et 1 100 degrés et maintenus au chaud pendant un certain temps pour dissoudre complètement le carbure de chrome précipité dans la matrice austénitique, puis trempés rapidement à température ambiante. Ce processus rétablit la répartition uniforme des éléments de chrome à l'intérieur du matériau et élimine complètement la structure limite des grains appauvris en chrome, résolvant fondamentalement le danger caché de corrosion intergranulaire.
L'observation métallographique et les résultats des tests de corrosion intergranulaire montrent que les tubes chauffants avec soudage à faible apport de chaleur et refroidissement forcé ne présentent aucune précipitation de carbure de chrome aux joints de grains après le soudage et satisfont à la norme d'inspection de corrosion intergranulaire. En revanche, les échantillons avec un apport de chaleur élevé et un refroidissement lent naturel présentent une corrosion évidente aux limites des grains après des tests de corrosion accélérés. Les données d'application sur le terrain indiquent que le contrôle standardisé du soudage et du traitement thermique réduit le taux de défaillance par corrosion intergranulaire des tubes chauffants soudés de plus de 75 %. En conclusion, contrôler l'apport de chaleur de soudage, accélérer le refroidissement après-soudage et effectuer un traitement thermique de mise en solution si nécessaire peut prévenir efficacement la corrosion intergranulaire des tubes chauffants en acier inoxydable 316. Ces spécifications de processus éliminent les défauts de sensibilisation des matériaux induits par le soudage, garantissent l'uniformité structurelle et la stabilité anti-corrosion des pièces soudées et fournissent une garantie technique fiable pour le fonctionnement sûr à long terme des équipements de chauffage industriels soudés.
