Traitement thermique post-soudure

Le traitement thermique après soudage (PWHT) est un procédé largement utilisé dans la fabrication et les travaux de réparation sur chantier ; il sert à réduire les contraintes résiduelles afin d'atténuer la dureté du matériau soudé et d'augmenter sa résistance.

Les exigences relatives au traitement thermique post-soudage (PWHT) dépendent à la fois du matériau des tubes et des prescriptions du code ASME ; le tableau 331.1.1 indique les plages de températures de maintien applicables aux différents matériaux, conformément à la clause 331.1.1.

Force

Le traitement thermique après soudage (PWHT) est un procédé contrôlé de chauffage et de refroidissement appliqué aux composants soudés afin d’améliorer leurs propriétés mécaniques et d’éliminer les contraintes résiduelles. Le PWHT augmente la résistance et la dureté des matériaux soudés, réduit les défauts de soudure et protège contre la fissuration induite par l’environnement. Le PWHT favorise également le mouvement des dislocations au sein des structures cristallines des matériaux soudés, ce qui contribue à éliminer les contraintes résiduelles et à réduire les concentrations de contraintes. Les canalisations soumises à des contraintes environnementales nécessitent généralement un PWHT ; pour une analyse détaillée des exigences spécifiques aux différents matériaux de tuyauterie, veuillez vous reporter à la clause 331.1.1 ainsi qu’aux tableaux 331.1.1, 331.1.2 et 331.1.3 de la norme ASME B31.3.

Cette photographie au microscope électronique à balayage (MEB) met en évidence les différences entre les surfaces de rupture des échantillons ayant subi un traitement thermique et celles des échantillons n'ayant pas subi ce traitement. Les échantillons traités thermiquement présentent des surfaces de rupture plus lisses, tandis que les échantillons non traités révèlent un mode de rupture fragile caractérisé par des motifs en forme de rivières.

Solidité

Le traitement thermique après soudage (PWHT) est un procédé de réchauffage et de refroidissement utilisé pour augmenter la ténacité des matériaux soudés, atténuer les contraintes résiduelles et réduire le risque de défauts de soudure tels que les fissures. Le PWHT revêt une importance particulière lorsque les tuyaux sont soumis à des contraintes ou à des déformations environnementales, comme c'est le cas dans les oléoducs et les gazoducs ou dans les centrales nucléaires ; des normes spécifiques, telles que la section VIII de l'ASME, stipulent souvent des exigences en matière de traitement thermique après soudage pour ce type d'applications de tuyauterie.

Les procédés de PWHT utilisent généralement un profil de montée en température et de maintien contrôlé à des températures inférieures à la température de transformation initiale du matériau, afin de minimiser les effets secondaires négatifs potentiels tels que la fissuration due au réchauffage, la déformation et la perte de ténacité. Il est essentiel de gérer efficacement les vitesses de montée en température et de maintien ainsi que la température de maintien afin d'obtenir de bons résultats de traitement.

Les images SEM ci-dessous comparent des échantillons de fil NiTi soudés, avec et sans traitement PWHT ; ces derniers présentent des surfaces de rupture plus lisses, dépourvues de motifs en forme de rivières. Il a été démontré que les traitements PWHT réduisent considérablement la sensibilité des matériaux à la fissuration assistée par l'environnement, tout en prolongeant leur durée de vie.

Résistance à la corrosion

Dans des conditions de corrosion, les joints soudés peuvent devenir fragiles et céder. Le traitement thermique après soudage (PWHT) contribue à atténuer ce risque en réduisant les niveaux de contrainte dans la zone de soudure ; il améliore en outre la résistance aux dommages causés par l'hydrogène et à d'autres formes de corrosion.

Le PWHT est une technique éprouvée permettant d'améliorer la durabilité des structures soudées dans les usines chimiques, les raffineries de pétrole et d'autres installations industrielles. Ce procédé contribue à réduire au minimum le risque de défaillance des soudures tout en augmentant la résistance des matériaux, grâce à une amélioration à la fois de la résistance à la traction et de la limite d'élasticité. De plus, le PWHT aide à prévenir la fissuration par corrosion sous contrainte ainsi que d'autres formes de corrosion au sein des matériaux.

De nombreux procédés de soudage génèrent, dans la zone de soudure, des contraintes résiduelles qui dépassent les limites de conception du matériau, ce qui entraîne la progression de fissures de fatigue. Le traitement thermique post-soudage (PWHT) permet de réduire considérablement ces contraintes résiduelles et de modifier les trajectoires et les vitesses de propagation des fissures.

De nombreuses assemblages soudés de tuyauterie nécessitent un traitement thermique après soudage au plasma (PWHT). Le PWHT permet de réduire la sensibilité des soudures à la dégradation métallurgique, d’augmenter leur résistance et leur ductilité, et d’améliorer leur résistance à la corrosion dans des conditions agressives. Malheureusement, le PWHT peut avoir des répercussions négatives sur la soudabilité et les performances en service ; il est donc essentiel d’évaluer minutieusement ses avantages et ses coûts avant de procéder à ce traitement. Dans ce rapport, nous étudions son origine et ses fondements, ainsi que les exigences et exemptions actuelles relatives au PWHT dans les environnements nucléaires.

Durabilité

Le traitement thermique après soudage (également appelé « traitement de détente ») est un procédé thermique destiné à réduire le risque de rupture fragile causée par les contraintes résiduelles générées lors des opérations de soudage. Les contraintes résiduelles présentes dans les zones de soudure peuvent s'ajouter aux contraintes d'effort, dépassant ainsi les limites de conception du matériau, et entraîner des fissures, de la fatigue et, à terme, une rupture fragile si elles ne sont pas maîtrisées ; le traitement thermique post-soudage favorise le mouvement des dislocations au sein des structures cristallines afin de libérer ces tensions et s'avère nécessaire dès lors qu'il existe un risque de fissuration induite par l'environnement au niveau des joints de soudure.

Les exigences relatives au contrôle post-soudage par chauffage (PWHT) sont définies par divers codes normatifs, les conditions variant en fonction du matériau du tuyau et de son numéro de groupe. La norme ASME B31.3 contient des dispositions obligatoires en matière de PWHT en fonction de la composition du matériau des tuyauteries ; toutefois, des dérogations à ces essais obligatoires sont prévues lorsque les soudures sont réalisées sur des tuyaux plus épais fabriqués à partir de matériaux de soudage spécifiques.

Les exigences en matière de traitement thermique post-soudage (PWHT) pour les canalisations des centrales électriques perdent de leur importance à mesure que le diamètre des tuyaux augmente, à épaisseur de paroi constante, en raison de la diminution de la tangente de l’angle entre le vecteur de contrainte longitudinale et la direction de la soudure (thêta “ th ”). Ainsi, les contraintes résiduelles générées lors du soudage constituent un sujet de préoccupation encore plus important pour les tuyaux à paroi épaisse que pour ceux à paroi mince.