Peut-on souder de l’acier inoxydable avec de l’acier carbone ?

Souder deux aciers différents crée un assemblage dit dissemblable

Un acier carbone est principalement constitué de fer et de carbone, avec éventuellement différents éléments d’alliage en faibles proportions. Un acier inoxydable contient au contraire suffisamment de chrome pour former la couche passive qui lui confère sa résistance caractéristique à la corrosion.

Lorsque ces deux matériaux sont fondus ensemble, une partie de chacun entre dans la composition du bain de fusion. Le métal déposé ne possède donc exactement ni la composition de l’acier carbone ni celle de l’inox.

Cette situation n’empêche absolument pas le soudage, mais elle impose de prendre en compte la composition finale du métal fondu afin d’éviter la formation d’une structure trop dure, fragile ou insuffisamment résistante à la corrosion.

Le 309L est fréquemment utilisé entre inox austénitique et acier carbone

Pour de nombreux assemblages courants entre un acier carbone et un inox austénitique, notamment des nuances de la famille 304, un métal d’apport de type 309L constitue une solution très répandue.

Le 309L contient davantage de chrome et de nickel qu’un métal d’apport 308L couramment utilisé pour assembler certains inox entre eux. Cette composition plus fortement alliée permet de compenser en partie la dilution provoquée par l’acier carbone lors de la fusion.

Le suffixe « L » indique une faible teneur en carbone. Selon le procédé, on pourra rencontrer différentes désignations de consommables correspondant à cette famille, par exemple sous forme de fil MIG/MAG, baguette TIG ou électrode enrobée.

Le fabricant Lincoln Electric indique notamment l’utilisation de consommables ER309/309L pour le soudage d’alliages dissemblables, dont les assemblages entre acier doux et acier inoxydable.

Le 309L n’est cependant pas le bon choix dans toutes les situations

Il serait incorrect de considérer le 309L comme un métal d’apport universel permettant de souder n’importe quel inox sur n’importe quel acier. Les familles d’aciers inoxydables comprennent notamment les inox austénitiques, ferritiques, martensitiques et duplex, qui présentent des compositions et des comportements métallurgiques différents.

La nuance de l’acier carbone ou faiblement allié compte également. Un acier de construction courant ne demande pas nécessairement les mêmes précautions qu’un acier à haute résistance, fortement allié ou sensible à la fissuration à froid.

Dans certaines applications, des métaux d’apport duplex ou à base de nickel peuvent être préférés. Le choix dépend notamment de la résistance mécanique recherchée, de la température de service, de la corrosion et des traitements thermiques éventuels.

Avant de choisir le consommable, il faut donc connaître les matériaux assemblés. Notre réponse Comment identifier un métal avant de le souder ? explique pourquoi l’apparence seule ne suffit pas toujours.

La dilution correspond au mélange du métal d’apport avec les métaux de base

Pendant le soudage, une partie de chaque bord du joint fond et se mélange au métal d’apport. Ce phénomène est appelé dilution. Dans un assemblage inox-acier carbone, cette dilution modifie notamment les teneurs en chrome, nickel, carbone et autres éléments présentes dans le métal fondu.

Si la dilution par l’acier carbone devient trop importante par rapport à la composition du consommable choisi, le métal fondu peut perdre une partie des caractéristiques attendues d’un dépôt inoxydable fortement allié. Certaines compositions peuvent également favoriser la formation de constituants durs ou fragiles.

Le choix d’un consommable plus fortement allié permet précisément d’anticiper ce mélange. La maîtrise du procédé, de la préparation du joint et de la pénétration participe également au contrôle de la dilution.

La préparation doit éviter de contaminer inutilement l’inox

Les surfaces doivent être débarrassées des huiles, peintures, oxydes, humidité et autres contaminants avant le soudage. Cette préparation est particulièrement importante du côté inox lorsque l’aspect ou la résistance à la corrosion doivent être préservés.

Les outils utilisés pour nettoyer ou meuler l’inox devraient être réservés à ce matériau lorsqu’une contamination ferreuse doit être évitée. Une brosse ou un disque ayant précédemment travaillé sur de l’acier carbone peut déposer des particules de fer sur la surface inoxydable.

Ces particules peuvent ensuite s’oxyder et provoquer des traces de rouille donnant l’impression que l’acier inoxydable lui-même rouille. Une organisation séparant autant que possible les outils destinés à l’inox et ceux utilisés sur l’acier carbone constitue donc une bonne pratique d’atelier.

Plusieurs procédés peuvent assembler inox et acier carbone

Le TIG, le MIG/MAG, le soudage MMA et d’autres procédés à l’arc peuvent être utilisés pour réaliser des assemblages dissemblables, à condition de disposer du consommable et des paramètres adaptés.

Le TIG offre un contrôle précis du bain et de l’apport, ce qui le rend intéressant pour des travaux soignés ou des épaisseurs relativement faibles. Le MIG/MAG permet une productivité supérieure et convient à de nombreuses fabrications. Le MMA reste pratique pour certaines interventions de chantier, de maintenance ou de réparation.

Le procédé n’est donc qu’une partie du problème : il doit être choisi en fonction de l’épaisseur, de la position, de l’accès au joint, des propriétés recherchées et du métal d’apport disponible. Retrouvez les grandes différences dans notre guide Quel procédé de soudage choisir ?.

Le préchauffage dépend surtout des caractéristiques de l’acier côté carbone

Un assemblage courant entre un inox austénitique et un acier carbone faiblement allié ne nécessite pas automatiquement un préchauffage. Il ne faut cependant pas transformer cette observation en règle générale.

L’épaisseur de la pièce, la teneur en carbone et en éléments d’alliage, le niveau de bridage, la température ambiante et la sensibilité à la fissuration de l’acier peuvent rendre un préchauffage nécessaire.

Dans une fabrication qualifiée, cette température ne doit pas être improvisée : elle fait partie des paramètres définis par la procédure de soudage. Le sujet est également important en réparation, où la composition réelle d’une pièce ancienne n’est pas toujours connue avec certitude.

La partie en acier carbone ne devient pas inoxydable après le soudage

Assembler une pièce inoxydable à une pièce en acier carbone ne transforme évidemment pas cette dernière en acier inoxydable. La partie carbone reste sensible à la corrosion si elle est exposée à l’humidité ou à un environnement agressif sans protection adaptée.

Dans certaines conditions où deux métaux différents sont électriquement reliés et exposés à un électrolyte, comme de l’eau chargée en sels, un phénomène de corrosion galvanique peut également apparaître. L’acier carbone, moins noble que l’inox, constitue alors la partie la plus susceptible de se corroder.

La protection anticorrosion de la partie en acier carbone doit donc être étudiée en fonction de l’environnement de service. Lorsque l’acier est peint ou revêtu, la protection peut devoir être restaurée après soudage jusque dans la zone du joint.

Le comportement à haute température peut imposer un autre choix de métal d’apport

Un assemblage destiné à fonctionner durablement à température élevée demande une étude différente de celle d’un simple châssis utilisé à température ambiante. Les deux métaux possèdent notamment des coefficients de dilatation différents et leur comportement métallurgique évolue avec la température.

Dans certaines applications soumises à des cycles thermiques importants, des consommables à base de nickel peuvent être préférés à certains métaux d’apport inoxydables austénitiques afin de mieux répondre aux contraintes imposées par le service.

Le matériau d’apport doit donc être choisi pour l’ensemble de la vie de la pièce, et pas uniquement parce qu’il permet de réaliser facilement un cordon au moment de la fabrication.

Les traitements après soudage doivent eux aussi tenir compte des deux matériaux

Un traitement thermique adapté à un acier carbone ne peut pas automatiquement être appliqué à un assemblage comportant également un acier inoxydable. Les températures utilisées peuvent modifier différemment les microstructures et les propriétés de chaque côté du joint.

Lorsqu’un traitement thermique après soudage est prévu, sa compatibilité avec le métal d’apport et avec les deux matériaux de base doit donc être évaluée au moment de définir la procédure.

Cette question devient particulièrement importante pour les équipements sous pression, les installations fonctionnant à haute température et les assemblages soumis à des exigences métallurgiques ou réglementaires précises.

Pour une fabrication critique, le couple de nuances doit être considéré dans son ensemble

Dans une petite fabrication non critique, un assemblage entre un acier doux connu et un inox austénitique courant peut être relativement simple lorsqu’un consommable approprié et de bonnes pratiques de soudage sont utilisés.

La situation change pour une canalisation, un appareil sous pression, une structure fortement sollicitée ou une pièce exposée à un milieu corrosif particulier. La résistance mécanique du joint, sa ténacité, la corrosion, les contraintes résiduelles et les conditions thermiques doivent alors être prises en compte.

Dans ce contexte, le choix du métal d’apport et des paramètres doit provenir d’une procédure adaptée et, lorsque cela est requis, qualifiée. Il ne faut pas extrapoler automatiquement une recette utilisée sur un assemblage courant à une application critique.

Quelle méthode retenir pour un assemblage inox-acier carbone courant ?

La première étape consiste à identifier les deux matériaux aussi précisément que nécessaire. Les surfaces sont ensuite nettoyées et préparées en évitant de contaminer l’inox avec des outils chargés de particules d’acier carbone.

Pour de nombreux assemblages entre un acier carbone courant et un inox austénitique, un consommable de la famille 309L peut constituer un choix adapté. Les paramètres sont ensuite réglés en fonction du procédé, de l’épaisseur, de la position et du type de joint.

Lorsque les nuances sortent de ce cas courant, ou lorsque la pièce est soumise à des exigences particulières de résistance, de corrosion ou de température, le métal d’apport doit être déterminé spécifiquement plutôt que choisi par habitude.