L'acier inoxydable est une solution matérielle utilisée dans une grande variété d'applications en raison de sa résistance inhérente à la corrosion, de sa résistance à l'oxydation à haute température et de sa résistance. L'assemblage de pièces séparées en acier inoxydable via un processus de soudage à haute puissance est préféré aux autres méthodes de soudage ou d'adhésion dans de nombreuses applications automobiles, médicales, militaires et aérospatiales (MIL/AERO), car les joints soudés au laser offrent la plus haute résistance et une variété d'autres avantages. Ceux-ci incluent :
Petite zone ZAT :Les joints en acier inoxydable doivent souvent non seulement être solides, mais aussi esthétiquement propres. Le laser offre la plus petite zone affectée par la chaleur, ou « HAZ ». Cela rend également le soudage au laser idéal pour les produits présentant des motifs de soudure complexes ou lorsque la zone à souder est difficile à atteindre. Étant donné que le faisceau laser peut être focalisé avec une telle précision, il est également moins susceptible d'endommager, de piquer ou de déformer les surfaces environnantes.
Processus propre :Étant donné que l’opération de soudage au laser consiste simplement à fusionner des métaux, il n’y a (généralement) pas besoin de matériaux d’apport et il n’y a pas de risques environnementaux supplémentaires. Cela fait souvent du soudage au laser l’option la plus rentable et la plus écologique. Et dans les produits finaux, tels que les tubes en acier inoxydable utilisés dans les dispositifs médicaux et les applications chirurgicales, la propreté globale du laser garantit que les produits sont livrés sans contaminants ni bavures.
Moins de corrosion :Lors du soudage TIG ou MIG conventionnel, l'électrode utilisée pour le soudage contient des traces d'humidité. La chaleur du soudage provoque une décomposition rapide de l’eau et, ce faisant, libère de l’hydrogène qui pénètre dans le métal et le fragilise. Étant donné que le soudage au laser ne repose pas sur une électrode pour conduire la chaleur, il n’y a aucun risque de corrosion auto-infligée.
Précision:La puissance de sortie, la taille de la soudure, la profondeur de la soudure, la vitesse de soudure et la trajectoire du faisceau laser sur la surface en acier inoxydable sont tous hautement contrôlables. Le résultat est une soudure très précise. Les tôles d'inox les plus fines peuvent également être soudées au laser grâce à ce contrôle optimal.
Distorsion thermique réduite :Un avantage supplémentaire du soudage au laser de l'acier inoxydable est la réduction de la distorsion thermique et des contraintes résiduelles par rapport aux techniques de soudage conventionnelles. Ceci est particulièrement important pour les aciers inoxydables qui ont une dilatation thermique 50 % supérieure à celle des aciers au carbone ordinaires.
Automation:Un autre avantage d’un processus hautement contrôlé est que le soudage au laser est hautement programmable et robotisé. Comme il est plus facile à automatiser que les méthodes de soudage au gaz inerte métallique (MIG)* ou au gaz inerte au tungstène (TIG)*, une plus grande répétabilité et un débit plus rapide peuvent être obtenus.
Comprendre les 4 types de matériaux en acier inoxydable
L'acier inoxydable est décrit en fonction des propriétés matérielles de chaque type. Voici les considérations et exigences en matière de soudage laser pour chacun.
Aciers inoxydables austénitiques
La série 300 d'acier inoxydable est constituée d'aciers inoxydables austénitiques. Ces aciers inoxydables sont utilisés dans des applications nécessitant une résistance à la corrosion et une ténacité, et lorsque des problèmes liés à la distorsion thermique sont pris en compte. Les aciers inoxydables de la série 300 peuvent être trouvés dans une large gamme d'applications dans les secteurs du pétrole, des transports, de la chimie et de la production d'électricité. Ces aciers inoxydables sont particulièrement utiles dans les environnements à haute température. Cette série d'acier inoxydable convient au soudage laser à ondes pulsées et continues (CW). L'acier inoxydable soudé au laser offre des profondeurs de pénétration de soudure légèrement meilleures et des vitesses de soudage accrues par rapport aux aciers à faible teneur en carbone en raison de la conductivité thermique plus faible de la plupart des aciers inoxydables austénitiques. Les vitesses plus élevées du soudage au laser sont également avantageuses car elles réduisent la susceptibilité à la corrosion provoquée par la précipitation de carbures de chrome aux joints de grains. Une précipitation de carbures de chrome peut se produire lorsque l'apport de chaleur est trop élevé pendant les processus de soudage.
Aciers inoxydables ferritiques
Les aciers inoxydables ferritiques de la série 400 contiennent généralement peu ou pas de nickel et ne possèdent pas une aussi bonne soudabilité au laser que les nuances austénitiques. Le soudage au laser des nuances d'acier inoxydable ferritique altère dans certains cas la ténacité des joints et la résistance à la corrosion. La réduction de la ténacité est en partie due à la formation de gros grains dans la zone affectée thermiquement et à la formation de martensite, qui se produit dans les qualités à plus forte teneur en carbone. La zone affectée par la chaleur peut avoir une dureté plus élevée en raison de la vitesse de refroidissement rapide, ce qui augmente la fragilité.
Aciers inoxydables martensitiques
The martensitic 400 series of stainless steel is more challenging to laser weld than the austenitic and ferritic grades. Laser welding high carbon martensitic grades (>{{0}},15 % de carbone) peut rendre le matériau cassant dans la zone affectée par la chaleur. Si de l'acier inoxydable martensitique avec une teneur en carbone supérieure à 0,1 % doit être soudé, l'utilisation d'un matériau d'apport en acier inoxydable austénitique peut améliorer la ténacité de la soudure et réduire la susceptibilité à la fissuration, mais ne peut pas réduire la fragilité dans la zone affectée thermiquement. Préchauffer le matériau avant de le souder ou le tremper à 650-750 degrés après le soudage au laser aidera à réduire la fragilité dans la zone affectée par la chaleur.
Aciers inoxydables duplex
Les aciers inoxydables duplex sont un mélange d'aciers inoxydables austénitiques-ferritiques. Ces aciers inoxydables se caractérisent par une microstructure biphasée contenant de l'austénite et de la ferrite. Les fractions volumétriques d'austénite et de ferrite sont à peu près égales. Les principaux éléments d'alliage sont le chrome, le nickel et le molybdène. Les aciers inoxydables duplex sont généralement également alliés avec de petites quantités d'azote. Le matériau duplex est généralement soudable avec de bons résultats.