Corrosion des soudures : Causes et méthodes de prévention

Le soudage est un processus essentiel dans l'industrie manufacturière, la construction et d'autres secteurs, car il permet d'assembler des composants métalliques pour créer des structures solides et durables. Toutefois, l'un des principaux défis à relever pour maintenir l'intégrité des joints soudés est la corrosion. La corrosion des soudures peut gravement compromettre la résistance et la longévité d'une structure, entraînant des réparations coûteuses, des risques pour la sécurité et, dans les cas extrêmes, une défaillance structurelle. Il est essentiel de comprendre les causes de la corrosion des soudures et de mettre en œuvre des méthodes de prévention efficaces pour garantir la durabilité et la fiabilité des structures soudées. Cet article explore les causes de la corrosion des soudures et donne un aperçu des meilleures pratiques pour la prévenir.

Comprendre la corrosion des soudures

La corrosion des soudures se produit lorsque le métal à l'intérieur ou à proximité du joint de soudure se détériore en raison de réactions chimiques ou électrochimiques avec l'environnement. Cette dégradation peut affaiblir la soudure et le matériau qui l'entoure, réduisant ainsi la résistance globale de la structure. Les joints soudés sont particulièrement sensibles à la corrosion car le processus de soudage peut modifier les propriétés métallurgiques du métal, le rendant plus vulnérable aux agents corrosifs.

Causes de la corrosion des soudures

Plusieurs facteurs contribuent à la vulnérabilité des soudures à la corrosion. Il est essentiel de comprendre ces causes pour mettre en œuvre des stratégies de prévention efficaces.

Changements dans les propriétés métallurgiques :

Zone affectée par la chaleur (HAZ) : Pendant le soudage, le métal adjacent à la soudure (appelé zone affectée thermiquement) subit des cycles thermiques qui peuvent modifier sa microstructure. Ces changements peuvent accroître la sensibilité à la corrosion, en particulier si le matériau devient plus anodique (moins noble) que le métal de base.

Contraintes résiduelles : Le processus de soudage peut introduire des contraintes résiduelles dans le métal, qui peuvent agir comme des concentrateurs de contraintes et rendre le métal plus enclin à la fissuration et à la corrosion. Les contraintes résiduelles sont particulièrement problématiques dans les environnements où la fissuration par corrosion sous contrainte (FCC) est un problème.

Composition chimique de la soudure :

Différences dans la composition des alliages : Le soudage de deux métaux différents ou l'utilisation d'un matériau d'apport de composition différente de celle des métaux de base peut entraîner une corrosion galvanique. Ce type de corrosion se produit lorsque deux métaux différents sont en contact électrique en présence d'un électrolyte, ce qui accélère la corrosion du métal le plus anodique.

Matériau de remplissage inadéquat : L'utilisation d'un matériau d'apport incorrect ou incompatible peut entraîner la formation de phases microstructurelles plus sensibles à la corrosion. Par exemple, l'utilisation d'un matériau d'apport ayant une résistance à la corrosion inférieure à celle du métal de base peut créer un couple galvanique, dans lequel le matériau d'apport se corrode préférentiellement.

Facteurs environnementaux :

Exposition à l'humidité et aux contaminants : Les soudures exposées à l'humidité, à l'eau salée, aux acides ou aux polluants industriels sont plus susceptibles de se corroder. Ces environnements fournissent les électrolytes nécessaires aux réactions électrochimiques, ce qui accélère le processus de corrosion.

Fluctuations de température : Les températures extrêmes ou les changements de température fréquents peuvent exacerber la corrosion, en particulier dans les métaux qui sont sujets à la dilatation et à la contraction thermiques. Ces fluctuations peuvent créer des microfissures dans la soudure, offrant ainsi des voies de pénétration aux agents corrosifs.

Techniques de soudage inappropriées :

Mauvaises pratiques de soudage : Des techniques de soudage inappropriées, telles qu'un apport de chaleur excessif, un refroidissement rapide ou une couverture de gaz de protection inadéquate, peuvent introduire des défauts dans la soudure, tels que des porosités, des inclusions ou des fissures. Ces défauts peuvent servir de points d'initiation à la corrosion.

Contamination de la surface : Les contaminants présents sur la surface du métal, tels que l'huile, la graisse ou la saleté, peuvent être piégés dans la soudure pendant le processus de soudage, ce qui entraîne une corrosion localisée. Les oxydes de surface, tels que ceux qui se forment sur l'aluminium ou l'acier inoxydable, peuvent également nuire à la qualité de la soudure et augmenter le risque de corrosion.

Traitement post-soudure inadéquat :

Absence de passivation : Les aciers inoxydables et autres alliages résistants à la corrosion sont protégés contre la corrosion par une couche d'oxyde passive. Le soudage peut perturber cette couche, et si elle n'est pas correctement restaurée par une passivation ou d'autres traitements après soudage, la soudure et les zones environnantes peuvent devenir plus sensibles à la corrosion.

Nettoyage inadéquat : Si la soudure n'est pas nettoyée correctement après le soudage, il peut rester des scories, des résidus de flux ou d'autres contaminants qui favorisent la corrosion. Le nettoyage après soudage est essentiel pour éliminer ces résidus et éviter qu'ils ne se transforment en sites de corrosion.

Méthodes de prévention de la corrosion des soudures

La prévention de la corrosion des soudures implique une combinaison de bonnes pratiques de soudage, une sélection appropriée des matériaux et des mesures de protection. Les méthodes suivantes peuvent contribuer à réduire le risque de corrosion des joints soudés :

Sélection appropriée des matériaux :

Alliages résistants à la corrosion : Lors de la conception de structures qui seront exposées à des environnements corrosifs, il est essentiel de sélectionner des matériaux présentant une résistance inhérente à la corrosion. Les aciers inoxydables, les alliages de nickel et les alliages d'aluminium sont couramment utilisés pour leur résistance à diverses formes de corrosion.

Matériaux de remplissage compatibles : Veillez à ce que le matériau d'apport utilisé pour le soudage soit compatible avec les métaux de base en termes de composition chimique et de résistance à la corrosion. Cela minimise le risque de corrosion galvanique et garantit que le métal soudé est aussi résistant à la corrosion que le métal de base.

Contrôle des paramètres de soudage :

Gestion de l'apport de chaleur : Il est essentiel de contrôler correctement l'apport de chaleur pendant le soudage afin de minimiser l'étendue de la zone affectée par la chaleur et de réduire le risque de créer des changements microstructuraux susceptibles d'entraîner la corrosion. Des techniques telles que le préchauffage, le contrôle de la vitesse de déplacement et l'utilisation de méthodes de refroidissement appropriées peuvent aider à gérer l'apport de chaleur.

Utilisation de gaz de protection : Veillez à ce que la couverture de gaz de protection soit suffisante pour protéger la soudure de l'oxydation et de la contamination pendant le processus de soudage. Ceci est particulièrement important lors du soudage de métaux réactifs tels que l'aluminium et le titane, qui sont sujets à l'oxydation.

Préparation et nettoyage de la surface :

Nettoyage avant soudage : Nettoyez soigneusement les surfaces métalliques avant le soudage afin d'éliminer les contaminants tels que l'huile, la graisse et les oxydes. Ce nettoyage peut être effectué à l'aide de méthodes mécaniques (par exemple, meulage, brossage) ou chimiques (par exemple, solvants, acides) en fonction du matériau.

Nettoyage après soudage : Après le soudage, nettoyez la zone de soudure pour éliminer le laitier, les résidus de flux et autres contaminants susceptibles de favoriser la corrosion. Il peut s'agir d'un brossage, d'un meulage ou d'un nettoyage chimique pour s'assurer que la soudure est exempte de sites de corrosion potentiels.

Traitement thermique post-soudure (PWHT) :

Soulagement du stress : Le PWHT peut être utilisé pour soulager les contraintes résiduelles introduites pendant le soudage, réduisant ainsi le risque de fissuration par corrosion sous contrainte. Le procédé PWHT spécifique dépend du matériau et de l'application prévue pour le joint soudé.

Recuit et normalisation : Ces traitements thermiques peuvent restaurer la microstructure souhaitée dans la soudure et la zone affectée thermiquement, améliorant ainsi la résistance du matériau à la corrosion. Le recuit est particulièrement utile pour les matériaux qui ont été durcis pendant le soudage.

Passivation et revêtements protecteurs :

Passivation de l'acier inoxydable : Après le soudage de l'acier inoxydable, un processus de passivation peut être utilisé pour restaurer la couche protectrice d'oxyde de chrome qui confère à l'acier inoxydable sa résistance à la corrosion. Cette opération s'effectue généralement à l'aide d'un bain acide ou d'un gel contenant de l'acide nitrique ou citrique.

Application de revêtements protecteurs : Dans les environnements où la corrosion est un problème important, l'application de revêtements protecteurs sur la structure soudée peut constituer une barrière supplémentaire contre les agents corrosifs. Les revêtements tels que les peintures, les résines époxy ou la galvanisation (revêtement de zinc) peuvent contribuer à protéger la soudure et le métal environnant.

Inhibiteurs de corrosion :

Inhibiteurs dans l'environnement : Dans certaines applications, des inhibiteurs de corrosion peuvent être introduits dans l'environnement pour réduire le taux de corrosion. Ces produits chimiques agissent en formant un film protecteur sur la surface du métal ou en neutralisant les agents corrosifs.

Utilisation dans les systèmes de refroidissement : Dans les systèmes qui utilisent l'eau comme liquide de refroidissement (par exemple, les centrales électriques), des inhibiteurs de corrosion peuvent être ajoutés à l'eau pour protéger les joints soudés et d'autres composants métalliques de la corrosion.

Inspection et entretien réguliers :

Inspections de routine : L'inspection régulière des joints soudés est essentielle pour détecter les premiers signes de corrosion avant qu'ils n'entraînent des dommages importants. Des méthodes d'essai non destructives, telles que le contrôle par ultrasons, la radiographie ou l'inspection visuelle, peuvent être utilisées pour évaluer l'état des soudures.

Pratiques d'entretien : La mise en œuvre d'un programme d'entretien proactif comprenant le nettoyage, les retouches de revêtement et la repassivation (pour l'acier inoxydable) peut contribuer à prolonger la durée de vie des structures soudées dans les environnements corrosifs.

Conclusion

La corrosion des soudures est un problème sérieux qui peut compromettre l'intégrité et la longévité des structures métalliques. Pour mettre en œuvre des stratégies de prévention efficaces, il est essentiel de comprendre les causes de la corrosion des soudures, telles que les modifications des propriétés métallurgiques, les facteurs environnementaux et les techniques de soudage inappropriées. En choisissant des matériaux appropriés, en contrôlant les paramètres de soudage, en assurant une préparation de la surface et un traitement après soudage adéquats, et en appliquant des revêtements protecteurs, le risque de corrosion des soudures peut être réduit de manière significative.

La prévention de la corrosion des soudures n'est pas seulement essentielle pour maintenir la sécurité et les performances des structures, mais aussi pour réduire les coûts de maintenance et prolonger la durée de vie des composants soudés. Comme les industries continuent d'exiger des normes plus élevées de durabilité et de fiabilité, l'adoption de meilleures pratiques pour prévenir la corrosion des soudures restera une priorité essentielle pour les ingénieurs, les soudeurs et les professionnels de la maintenance.