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Tube en acier inoxydable duplex est un matériau en acier inoxydable avec une structure à double phase d'austénite et de ferrite, avec un rapport de structure typique de 50% d'austénite et 50% de ferrite. Cette structure lui donne une forte résistance, une forte ténacité et une excellente résistance à la corrosion, en particulier dans l'environnement de corrosion des contraintes de chlorure. Cependant, pendant le processus de soudage, une mauvaise opération entraînera un déséquilibre de phase, ce qui affectera sérieusement les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion du tuyau.
Causes de déséquilibre de phase dans le soudage
Le cycle de chaleur de soudage affectera la microstructure du matériau parent et la zone de soudure. Les principales causes comprennent:
Entrée de chaleur trop élevée ou trop faible;
Vitesse de soudage inappropriée;
Mauvais contrôle de la température de préchauffage et de la température intercouche;
Trop rapide ou trop lente vitesse de refroidissement;
Sélection incorrecte des matériaux de soudage et du gaz de blindage.
Les facteurs ci-dessus peuvent faire en sorte que la phase d'austénite ne se forme pas entièrement, ou induire la précipitation de phases secondaires nocives (telles que la phase σ et la phase χ), ce qui fait écarter la microstructure de la zone de soudure du rapport idéal de 50:50.
Le contrôle de l'entrée de chaleur est une mesure clé
Le maintien de l'apport de chaleur approprié est le moyen de base pour empêcher le déséquilibre des phases. Il est généralement recommandé de contrôler l'apport de chaleur entre 0,5 et 2,5 kJ / mm. Si l'entrée de chaleur est trop élevée, elle favorisera la précipitation de la phase σ ou d'autres phases cassantes; Si l'entrée de chaleur est trop faible, le métal de soudure peut refroidir trop rapidement, la phase d'austénite ne peut pas être entièrement précipitée, le rapport ferrite augmente et la ténacité diminue.
L'utilisation du soudage multicouche multicouche et de la technologie de soudure étroite peut réduire efficacement l'apport de chaleur d'un seul passage et réduire la formation de structures défavorables.
Choisissez une méthode de soudage appropriée
Différentes méthodes de soudage ont un impact significatif sur le contrôle de la structure. Les méthodes de soudage courantes comprennent:
Soudage à l'arc au tungstène à gaz (GTAW / TIG): adapté au soudage racinaire, apport de chaleur contrôlable, qui est propice à la régulation de la structure;
Soudage à l'arc métallique à gaz (GMAW / MIG): Convient aux soudures de remplissage et de plafonnement, et de bonnes structures peuvent être obtenues en ajustant les paramètres de manière appropriée;
Soudage au laser et soudage à l'arc du plasma: la zone touchée par la chaleur est étroite et un contrôle approprié peut réduire l'écart de la structure.
L'utilisation du soudage à l'arc pulsé peut obtenir un contrôle plus précis des entrées de chaleur et favoriser la formation de la phase d'austénite.
Sélection correcte des matériaux de soudage
La composition du matériau de remplissage doit garantir que la teneur en austénite dans la soudure peut atteindre la cible. Habituellement, un fil de soudage ou une électrode avec une teneur en nickel légèrement plus élevée que le matériau de base est utilisé. Par exemple, le matériau de remplissage pour le matériau de base UNS S32205 peut être un fil de soudage ER2209, qui a une teneur en nickel de 8,5% à 9,5%, ce qui est plus élevé que le matériau de base, pour favoriser la régénération de l'austénite après le soudage.
De plus, la teneur en impureté du phosphore, du soufre et d'autres impuretés dans le matériau de remplissage doit être évitée pour réduire la possibilité de former des inclusions nocives.
La qualité du blindage au gaz est cruciale
Pendant le soudage TIG ou le soudage MIG, la pureté et la composition du gaz de blindage jouent un rôle important dans le contrôle de la microstructure. L'argon de haute pureté ou le gaz mélangé argon / azote doit être sélectionné. La bonne quantité d'azote peut favoriser la formation de la phase d'austénite et aider à améliorer la résistance aux piqûres. Habituellement, un gaz mixte avec 1 à 2% d'azote ajouté a un effet significatif sur l'optimisation de la microstructure.
L'infiltration de l'air doit être évitée lors du soudage pour empêcher la formation d'inter-lintes d'oxyde ou de zones d'oxyde de frontières des grains.
La vitesse de refroidissement doit être modérée
Le refroidissement trop rapide empêchera l'austénite de précipiter dans le temps, ce qui entraînera une ferrite excessive. Le refroidissement trop lentement peut entraîner des précipitations de la phase σ. La méthode de refroidissement idéale est le refroidissement naturel dans l'air, en évitant le refroidissement forcé d'air ou le refroidissement par eau.
Pour les tuyaux à parois épaisses, des couvertures de contrôle de la température ou des mesures d'isolation post-soudage peuvent être utilisées de manière appropriée pour s'assurer que la courbe de refroidissement est douce et que la transformation de la microstructure est suffisante.
Contrôler la température de la couche
Dans le soudage multi-pass, le contrôle de la température intercouche est l'une des étapes clés pour empêcher le déséquilibre des phases. Il est généralement recommandé que la température intercouche ne dépasse pas 150 ° C. Une température intercouche excessive entraînera une accumulation de chaleur, augmentera le taux de diffusion des limites des grains et induira la précipitation des phases cassantes. L'utilisation d'un thermomètre infrarouge pour surveiller la température en temps réel peut améliorer la contrôlabilité du processus de soudage.
Traitement thermique post-influencé et tests métallographiques
Pour les tubes en acier duplex à des fins spéciales, telles que celles utilisées dans des zones clés telles que l'ingénierie maritime et l'équipement pétrolier et gazière, il est recommandé d'effectuer un recuit de solution post-soudage (généralement à 1050–1120 ° C), puis de refroidir rapidement pour restaurer le rapport de structure duplex idéal et dissoudre les précipités nocifs.
Après le soudage, un microscope métallographique doit être utilisé pour vérifier le rapport de phase de la zone de soudure, ou un détecteur de contenu de ferrite (comme un instrument d'induction magnétique) doit être utilisé pour une analyse quantitative pour garantir que la teneur en austénite se situe entre 35% et 65%.
