Exemptions de traitement thermique après soudage dans le code ASME

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) réduit le risque de rupture fragile en éliminant les contraintes résiduelles et en tempérant les régions microstructurelles dures et potentiellement fragiles. Les codes actuels prévoient différentes exigences pour l'exemption du PWHT en fonction de la chimie, des exigences inhérentes aux propriétés de l'essai Charpy, ou par le biais de codes d'inspection autorisant des restrictions sur la taille des défauts admissibles (tableau 1).

Épaisseur limite

Les codes actuels exigent le PWHT pour les soudures sur les matériaux de tuyaux d'une épaisseur inférieure à 0,625 pouce ; cependant, la limite spécifiée par ces codes est souvent en contradiction avec les considérations métallurgiques et les exigences de la conception structurelle. Une étude de l'EPRI a démontré qu'il était possible d'augmenter cette limite sans compromettre la sécurité ou la fiabilité.

Des recherches ont été menées pour évaluer les exigences et les exemptions des codes existants concernant le soudage des aciers au chrome-molybdène P-4 et P-5A utilisés pour les applications nucléaires, en accordant une attention particulière à leur origine et à leur base technique.

Des études menées sur différents codes ont révélé que leurs critères d'épaisseur sont souvent déterminés davantage par des pratiques traditionnelles au sein d'industries spécifiques que par des analyses scientifiques du métal ou des considérations mécaniques, ce qui a entraîné d'énormes variations entre eux ; actuellement, les valeurs limites varient considérablement entre les codes, les industries de production d'énergie ayant des limites beaucoup plus élevées que les industries pétrochimiques ; contrairement aux recherches montrant que les contraintes résiduelles des soudures diminuent à mesure que le diamètre des tuyaux augmente et que la ténacité de la rupture de l'HAZ diminue en conséquence.

Essai Charpy

L'essai Charpy est un essai d'impact standard conçu pour mesurer la quantité d'énergie absorbée lors de la rupture d'échantillons de matériaux. Il consiste généralement en un pendule muni d'un marteau d'impact qui se balance et frappe des échantillons usinés qui peuvent ou non contenir des entailles orientées à l'opposé du pendule ; les niveaux d'absorption d'énergie sont mesurés et convertis en valeurs de ténacité d'entaille.

Ce test permet d'identifier la température de transition entre la ductilité et la fragilité (DBTT) des métaux, une caractéristique essentielle dans des applications critiques telles que le soudage et la fabrication d'appareils à pression. En outre, le test permet également d'indiquer la ténacité globale du matériau et de détecter les zones fragiles localisées qui pourraient être vulnérables à un traitement PWHT. L'automatisation du test avec le système roboTest permet d'obtenir des résultats précis en réduisant les influences de l'opérateur, telles que les variations de température et d'humidité de la main, ainsi que l'insertion décentrée ou angulaire de l'échantillon ; elle fournit des données fiables avec un meilleur débit d'échantillons et des taux d'erreur plus élevés que les méthodes de test manuelles seules, ce qui permet d'augmenter le débit tout en réduisant le nombre d'erreurs.

Évaluation de la mécanique des fractures

La mécanique de la rupture fait intervenir deux propriétés des matériaux : leur résistance et leur ténacité. La résistance fait référence à la façon dont un matériau supporte les charges, tandis que la ténacité indique l'efficacité avec laquelle il empêche les fissures de se propager.

La mécanique de la rupture est devenue une norme industrielle et est reconnue dans les codes pour les appareils à pression, les chaudières et les tuyauteries. Actuellement, ce code permet aux opérateurs d'éviter le traitement thermique post-soudure (PWHT) si leur résistance à la rupture telle que soudée est conforme ou supérieure à l'épaisseur maximale de la soudure.

L'évaluation critique de l'ingénierie (ECA), qui utilise la théorie de la mécanique des fractures, permet aux ingénieurs de procéder à cette évaluation. Une valeur élevée de ténacité à la rupture indique une résistance accrue à la croissance des fissures, une bonne tolérance aux dommages et une bonne résistance à la fatigue - autant de caractéristiques essentielles pour concevoir, fabriquer et exploiter des structures ou des composants de manière efficace et abordable. Une valeur élevée peut permettre de réaliser des économies en prolongeant les intervalles d'inspection ou en réduisant les taux de défaillance inattendus grâce à une durabilité accrue.

Exemptions

L'exonération est un privilège qui permet à un individu, à un groupe ou à une organisation de se soustraire à certaines obligations et responsabilités. L'exonération peut impliquer un allègement fiscal (exonération d'impôts), ou exclure complètement des montants de l'impôt (statut de non-exonération fiscale). L'exonération s'applique généralement aux personnes, aux groupes, aux organisations et aux biens, et apparaît fréquemment dans la pratique juridique ainsi que dans d'autres domaines tels que les affaires.

Le traitement thermique post-soudage (PWHT) peut être nécessaire pour certains assemblages soudés en acier afin de réduire le risque de rupture fragile en réduisant les contraintes résiduelles et en tempérant les régions microstructurelles dures et potentiellement fragiles. La nécessité d'un traitement thermique post-soudage dépend de la ténacité à la rupture à la température de soudage.

Les exigences en matière de PWHT diffèrent d'un code à l'autre, car chacun d'entre eux a été élaboré par des organismes professionnels différents, en tenant compte d'une vaste expérience et de pratiques d'ingénierie. Afin de créer une certaine cohérence entre les codes pour les températures de PWHT, McEnerney7 suggère de les augmenter de 30 degrés F pour les matériaux P n° 4, comme dans les approches du CEN, afin de faciliter l'unification.