Formule PWHT

Taux de chaleur

Les procédés de traitement thermique post-soudage (PWHT) atteignent généralement des températures supérieures à 450 degrés Celsius pendant une heure par pouce d'épaisseur ; il est donc essentiel que les vitesses de chauffage et de refroidissement correspondent à celles requises en fonction du type de matériau, de la taille et de la configuration des composants, ainsi que des températures de maintien souhaitées. Des vitesses de chauffage ou de refroidissement trop rapides pourraient entraîner des déformations inacceptables et des contraintes thermiques si elles dépassaient les niveaux appropriés.

Pour les pièces de grande taille et difficiles à manipuler, l'utilisation de chevalets ou de supports peut s'avérer nécessaire lors du traitement thermique local au plasma (PWHT). Lors de la conception de ces supports, il convient de tenir compte des différences de dilatation et de contraction des composants, ainsi que de choisir des matériaux pour la fabrication de ces chevalets qui ne risquent pas d'être endommagés par les températures élevées du PWHT.

Les largeurs de chauffage auxiliaire jouent un rôle essentiel dans l'efficacité du PWHT local. Leur influence se fait sentir tant au niveau de la formation des précipités que sur la réduction des contraintes résiduelles dans la zone de base (BM) et la zone de transition (WZ) après un PWHT local ; en effet, plus elles augmentent, plus les niveaux de réduction des contraintes résiduelles augmentent également. Plus la largeur de chauffage auxiliaire est élevée, plus son effet sera important.

Dans le cadre d'une spécification de procédure de soudage, outre la définition de la température de maintien et de la vitesse de chauffage, il convient également de définir une durée minimale de traitement thermique post-soudage (PWHT). De plus, il convient d’inclure des exigences concernant les bandes de maintien, les zones chauffées, les bandes de contrôle de gradient et les zones de contrôle – les bandes de contrôle de gradient correspondant à des zones dans lesquelles une isolation thermique ou des éléments chauffants supplémentaires peuvent être mis en place afin de maintenir des gradients de température axiaux acceptables.

Température

Dans le cadre de leur conformité aux spécifications du code, les zones locales ayant subi un traitement thermique post-soudage (PWHT) doivent répondre à plusieurs exigences afin de rester conformes. Ces exigences comprennent la mise en place de bandes de maintien à température, de bandes chauffées, d’une bande de contrôle du gradient de température axial acceptable, ainsi que le respect des exigences relatives aux zones de contrôle. Les bandes de maintien de température englobent les soudures et deux zones affectées thermiquement (HAZ), tandis que les bandes chauffées utilisent une isolation thermique ou des éléments chauffants supplémentaires pour maintenir un gradient de température axial acceptable entre la zone ayant subi un traitement thermique post-soudage et la température ambiante. En règle générale, la température au bord des bandes chauffées doit être égale à la moitié de celle des bandes de maintien de température.

Pression

La pression exercée par le métal en fusion lors du traitement thermique post-assemblage (PWHT) peut déformer les composants. Pour éviter cela, les pièces doivent être correctement soutenues pendant ce processus – par exemple à l'aide de tréteaux spécialement conçus pour épouser leur contour et fabriqués à partir de matériaux présentant des propriétés de dilatation thermique similaires à celles de la pièce chauffée (dans le cas des récipients sous pression, cela inclut des supports internes en plus des supports externes).

Les différentes normes de conception imposent des exigences variées en matière de traitement thermique après soudage (PWHT) en fonction de la composition chimique et de l'épaisseur d'un matériau. Certaines exigent un traitement thermique après soudage lorsque certaines valeurs sont dépassées ; d'autres l'exigent en fonction de la ductilité ou de la ténacité du matériau.

Il existe toutefois certaines similitudes entre les exigences en matière de traitement thermique post-soudage (PWHT) des différents organismes de normalisation ; par exemple, les restrictions d'épaisseur prévues à la fois dans la norme PD5500 et dans la norme ASME B31.3 sont à peu près équivalentes ; il n'en reste pas moins difficile de concilier ces exigences disparates.

Les exigences en matière de traitement thermique post-soudage (PWHT) dépendent à la fois de la dureté et de la résistance intrinsèques du matériau, ainsi que de sa sensibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte. Ainsi, certaines nuances d’acier présentent des limites aussi basses que 32 mm, tandis que d’autres nécessitent jusqu’à 150 mm pour fonctionner correctement. De telles variations importantes peuvent poser des problèmes considérables pour les composants qui n’ont pas été conçus correctement.