Pourquoi l’inox se colore-t-il après soudage ?

L’acier inoxydable possède naturellement une très fine couche passive

La résistance à la corrosion de l’acier inoxydable repose principalement sur le chrome contenu dans l’alliage. Au contact de l’oxygène, ce chrome participe à la formation spontanée d’une couche passive extrêmement fine à la surface du métal.

Cette couche protège le matériau contre de nombreuses formes de corrosion et peut se reformer lorsque la surface dispose de conditions favorables.

Lors du soudage, la température autour du cordon devient cependant suffisamment élevée pour modifier fortement cette couche superficielle et provoquer une oxydation beaucoup plus importante que celle rencontrée à température ambiante.

La chaleur épaissit la couche d’oxyde autour du cordon

À mesure que la température de la surface augmente en présence d’oxygène, la couche d’oxyde devient progressivement plus épaisse. La lumière qui atteint cette surface est alors réfléchie à la fois par l’extérieur de la couche et par l’interface située en dessous.

Les interférences entre ces réflexions produisent les différentes couleurs observées autour du cordon. L’inox peut ainsi présenter des teintes jaune paille, dorées, brunes, violettes puis bleues lorsque les conditions d’oxydation deviennent plus sévères.

Ce phénomène explique l’aspect parfois spectaculaire d’un cordon TIG entouré d’un véritable arc-en-ciel métallique.

Les couleurs correspondent surtout à différentes épaisseurs d’oxyde

La couleur visible n’est pas due à l’ajout d’un pigment dans l’acier. Elle provient principalement de l’épaisseur de la couche d’oxyde formée à la surface pendant le chauffage.

Une faible oxydation peut produire des teintes très claires ou jaune paille. Lorsque l’oxyde s’épaissit, les couleurs peuvent progressivement évoluer vers le brun, le violet et le bleu.

La teinte constitue donc un indice visuel du niveau d’oxydation subi par la surface, mais elle ne doit pas être interprétée isolément comme une mesure précise de température.

Une couleur donnée ne correspond pas toujours à une température exacte

Des tableaux associent parfois différentes teintes à des températures approximatives, mais plusieurs paramètres modifient la couleur obtenue : nuance de l’inox, durée d’exposition à la chaleur, quantité d’oxygène disponible, état de surface et efficacité de la protection gazeuse.

Une surface chauffée longtemps à une certaine température peut ainsi présenter une oxydation plus marquée qu’une surface ayant atteint brièvement une température supérieure.

La couleur peut donc servir d’indicateur pratique pour comparer des conditions de soudage similaires, mais elle ne doit pas remplacer une véritable mesure de température lorsqu’une procédure impose une valeur précise.

Une forte coloration peut révéler une protection gazeuse insuffisante

En TIG, le gaz de protection empêche l’air d’atteindre directement le bain de fusion, l’électrode en tungstène et la zone métallique encore suffisamment chaude pour s’oxyder rapidement.

Lorsque cette protection est insuffisante, l’oxygène peut atteindre plus facilement la surface chauffée et provoquer une coloration plus importante. Un débit inadapté, une buse trop petite, une distance excessive, une torche mal inclinée ou un courant d’air peuvent en être responsables.

Le réglage du débit est détaillé dans la catégorie Gaz de protection de la FAQ soudage.

Augmenter fortement le débit d’argon n’est pas toujours la solution

Face à une coloration importante, le premier réflexe peut être d’augmenter fortement le débit de gaz. Un débit excessif peut cependant créer des turbulences et aspirer de l’air autour de la zone protégée, ce qui produit l’effet inverse de celui recherché.

Il faut plutôt rechercher une protection stable et correctement répartie : débit approprié, matériel en bon état, buse adaptée, absence de fuite et environnement suffisamment protégé des courants d’air.

La géométrie du joint et la position de la torche influencent également la capacité du gaz à couvrir correctement la zone chaude.

Une vitesse de soudage trop faible peut accentuer les colorations

Lorsque le soudeur avance lentement avec une intensité importante, davantage de chaleur est introduite par unité de longueur. Une zone plus large de métal reste alors suffisamment chaude pour s’oxyder après le passage de la torche.

Une énergie excessive peut ainsi produire des couleurs plus larges ou plus foncées autour du cordon, même lorsque le gaz de protection est présent.

L’objectif n’est cependant pas simplement d’aller le plus vite possible. Il faut conserver suffisamment d’énergie pour obtenir une fusion et une pénétration correctes tout en évitant de chauffer inutilement le matériau.

La protection gazeuse doit continuer pendant le refroidissement immédiat

La surface de l’inox ne cesse pas instantanément de s’oxyder lorsque l’arc s’éteint. Tant que le métal reste suffisamment chaud, son exposition à l’air peut continuer à épaissir la couche d’oxyde.

En TIG, le post-gaz permet notamment de maintenir une protection autour de l’électrode et de la zone chaude pendant quelques secondes après l’arrêt de l’arc.

Un post-gaz trop court peut favoriser l’oxydation de la fin du cordon et détériorer également l’extrémité du tungstène, qui sera ensuite utilisée pour l’amorçage suivant.

L’envers d’une soudure inox doit lui aussi être protégé

Sur une soudure à pleine pénétration, notamment en tuyauterie, la face envers du joint peut atteindre une température très élevée. Si elle reste directement exposée à l’air, une oxydation importante peut se former alors que la face extérieure paraît parfaitement protégée.

Une protection envers, souvent réalisée par inertage à l’argon, permet de limiter cette oxydation pendant la réalisation de la racine et son refroidissement.

Cette précaution est particulièrement importante lorsque la face interne restera en contact avec un fluide corrosif ou lorsqu’une bonne résistance à la corrosion doit être conservée des deux côtés de l’assemblage.

Une racine fortement oxydée peut prendre un aspect granuleux

Lorsque la protection envers est très insuffisante, la racine d’une soudure inox peut présenter une oxydation épaisse, sombre et irrégulière parfois décrite comme un aspect de « sucre » ou sugaring.

Cette situation est beaucoup plus sévère qu’une légère coloration jaune autour d’un cordon. La surface fortement oxydée présente une résistance à la corrosion nettement dégradée et peut également devenir rugueuse.

Sur une tuyauterie destinée à un milieu corrosif, hygiénique ou alimentaire, cet état de surface peut être particulièrement problématique.

Les couleurs ne signifient pas automatiquement que la soudure manque de résistance mécanique

Une coloration thermique indique avant tout une oxydation de surface. Elle ne permet pas, à elle seule, de conclure que le cordon présente un manque de pénétration, une fissure ou une résistance mécanique insuffisante.

Un cordon bleu peut être correctement fusionné tandis qu’un cordon presque sans coloration peut présenter un défaut interne. Les propriétés mécaniques et la qualité géométrique de la soudure doivent donc être évaluées séparément.

La coloration constitue en revanche une information importante lorsqu’on s’intéresse à l’état de surface et à la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable.

La formation du heat tint peut appauvrir la surface en chrome

Lorsque l’oxyde se forme sous l’effet de la chaleur, le chrome participe préférentiellement à cette oxydation. Une couche riche en chrome se développe à la surface tandis que la région immédiatement située sous cette couche peut devenir relativement appauvrie en chrome.

Cette zone possède alors une capacité réduite à former la couche passive optimale qui donne à l’inox sa résistance caractéristique à la corrosion.

C’est pourquoi le heat tint visible n’est pas considéré uniquement comme un problème esthétique dans les fabrications où la résistance à la corrosion constitue une propriété essentielle.

Les colorations peuvent augmenter la sensibilité à la corrosion localisée

Une surface affectée par un heat tint marqué peut devenir plus sensible à certaines formes de corrosion, notamment la corrosion par piqûres ou en crevasse dans des environnements contenant des chlorures.

Le niveau de risque dépend évidemment de la nuance de l’inox, de l’environnement, de la température et de la sévérité de l’oxydation. Une pièce décorative utilisée dans un local sec ne présente pas les mêmes exigences qu’un équipement en contact permanent avec de l’eau ou un produit chimique.

Lorsque la résistance à la corrosion est importante, l’état de surface après soudage fait donc partie intégrante de la qualité de la fabrication.

Le heat tint et la sensibilisation métallurgique sont deux phénomènes différents

La coloration visible autour du cordon correspond principalement à une oxydation de surface. La sensibilisation de certains inox austénitiques est un phénomène métallurgique différent pouvant se produire lorsque le cycle thermique favorise la précipitation de carbures de chrome aux joints de grains.

Cette précipitation peut appauvrir localement les régions voisines en chrome et augmenter leur sensibilité à la corrosion intergranulaire.

Les deux phénomènes peuvent donc concerner la résistance à la corrosion, mais il ne faut pas déduire directement la présence ou l’absence de sensibilisation uniquement à partir de la couleur visible autour du cordon.

Le décapage permet d’enlever les oxydes et la couche appauvrie en chrome

Lorsque les propriétés de corrosion doivent être restaurées, le traitement après soudage doit éliminer suffisamment de matière pour retirer la couche d’oxyde ainsi que la zone superficielle appauvrie en chrome située en dessous.

Le décapage chimique est couramment utilisé dans l’industrie pour cette opération. Il peut être réalisé par différents procédés et produits conçus spécifiquement pour les aciers inoxydables.

Les produits de décapage peuvent contenir des substances extrêmement dangereuses. Leur utilisation exige donc de suivre strictement la fiche de données de sécurité, les instructions du fabricant et les protections adaptées plutôt que de préparer ou manipuler des mélanges improvisés.

Un simple brossage ne restaure pas toujours complètement la résistance à la corrosion

Une brosse inox peut enlever une partie des oxydes superficiels et améliorer fortement l’aspect du joint. Elle ne garantit cependant pas que toute la couche appauvrie en chrome située sous l’oxyde ait été retirée.

De la même manière, un polissage purement esthétique peut rendre la surface brillante sans nécessairement supprimer toute la région métallurgiquement affectée.

Lorsque la résistance à la corrosion constitue un critère important, le traitement de surface doit donc être choisi en fonction des performances recherchées et pas seulement de l’apparence finale.

Le décapage et la passivation ne désignent pas exactement la même opération

Le décapage vise principalement à enlever les oxydes, contaminations et une fine couche de métal superficiel affectée par le soudage. Il permet ainsi de revenir vers une surface saine.

La passivation vise plutôt à favoriser l’obtention d’une surface inoxydable propre capable de développer une couche passive protectrice de bonne qualité. Selon la méthode employée, ces opérations peuvent être réalisées successivement ou intégrées dans une procédure complète de traitement.

Une simple passivation ne doit donc pas être considérée comme un moyen permettant automatiquement d’éliminer une couche épaisse de heat tint encore présente à la surface.

Les outils utilisés sur l’inox doivent éviter la contamination ferreuse

Lorsqu’un nettoyage mécanique est effectué, les brosses, abrasifs et autres outils destinés à l’inox doivent rester exempts de particules provenant d’un travail précédent sur acier carbone.

Des particules de fer transférées à la surface peuvent ensuite rouiller et provoquer des traces brunâtres donnant parfois l’impression que l’acier inoxydable lui-même est en train de rouiller.

Cette séparation des outils constitue une précaution simple mais importante dans un atelier travaillant simultanément l’acier carbone et l’acier inoxydable.

Les exigences de nettoyage dépendent de l’utilisation finale

Un élément décoratif situé dans un environnement intérieur sec ne demande pas nécessairement le même niveau de traitement qu’un équipement pharmaceutique, alimentaire, maritime ou destiné au transport d’un fluide corrosif.

Dans les applications où la corrosion doit être fortement maîtrisée, l’élimination des colorations thermiques et la restauration correcte de la surface peuvent être spécifiées par la procédure de fabrication.

La face interne d’un tube peut même être plus critique que la surface extérieure visible lorsque c’est elle qui reste directement exposée au produit transporté.

Une coloration excessive doit conduire à rechercher sa cause

Nettoyer systématiquement une soudure très oxydée sans chercher pourquoi elle s’est formée risque de masquer un problème récurrent de procédé. Si tous les cordons deviennent bleu foncé ou gris malgré des paramètres théoriquement corrects, le système de protection mérite d’être contrôlé.

Débit de gaz, fuites, état de la torche, diffuseur, buse, longueur d’arc, vitesse d’avance, intensité, post-gaz et courants d’air font partie des éléments à examiner.

Le fonctionnement général de la protection et du procédé peut être approfondi dans le guide consacré au soudage TIG.

Comment limiter les couleurs autour d’une soudure inox ?

La première étape consiste à préparer une surface propre puis à utiliser une protection gazeuse stable et adaptée. La torche doit rester correctement positionnée et la longueur d’arc maîtrisée afin que la zone chauffée demeure efficacement couverte par le gaz.

L’intensité, la vitesse de soudage et l’énergie introduite doivent ensuite être adaptées à l’épaisseur afin d’éviter un échauffement inutilement important. Sur une soudure pénétrée, la protection envers doit également être mise en place lorsque l’application l’exige.

Après soudage, l’état de surface est évalué et le traitement nécessaire est réalisé suivant les exigences de corrosion et de finition de la pièce.

Faut-il toujours enlever les couleurs après soudage ?

La réponse dépend de l’utilisation de la pièce, mais lorsque la résistance à la corrosion de l’inox constitue réellement une propriété importante, l’élimination du heat tint visible fait partie des bonnes pratiques de finition après soudage.

Les colorations importantes indiquent une couche d’oxyde et une surface sous-jacente dont la teneur en chrome peut avoir été localement diminuée. Leur retrait permet de retrouver une surface plus favorable à la formation de la couche passive protectrice.

Pour une fabrication soumise à une spécification particulière, ce sont naturellement la procédure, les exigences du client et les normes applicables qui déterminent le niveau de finition requis.