Exemptions de traitement thermique après soudage dans le code ASME

Le traitement thermique après soudage (PWHT) réduit le risque de rupture fragile en éliminant les contraintes résiduelles et en adoucissant les zones microstructurales dures et potentiellement fragiles. Les normes actuelles prévoient différentes conditions d’exemption du PWHT en fonction de la composition chimique, des exigences inhérentes aux essais Charpy ou des normes d’inspection autorisant des restrictions quant à la taille admissible des défauts (tableau 1).

Épaisseur limite

Les normes en vigueur exigent un traitement thermique post-soudage (PWHT) pour les assemblages soudés réalisés sur des tubes dont l'épaisseur est inférieure à 0,625 pouce ; toutefois, la limite spécifiée par ces normes entre souvent en conflit avec des considérations métallurgiques et les exigences de conception structurelle. Une étude menée par l'EPRI a fourni des éléments justifiant un relèvement de cette limite sans compromettre la sécurité ni la fiabilité.

Une étude a été menée afin d'évaluer les exigences et les dérogations prévues par les codes en vigueur concernant le soudage des aciers au chrome-molybdène P-4 et P-5A utilisés dans les applications nucléaires, en accordant une attention particulière à leur origine et à leur fondement technique. Pour ce faire, nous avons interrogé les responsables des organismes de normalisation et examiné la documentation dont nous disposions.

Des études menées sur divers codes ont révélé que leurs critères d’épaisseur sont souvent déterminés davantage par les pratiques traditionnelles au sein de secteurs spécifiques que par des analyses scientifiques des métaux ou des considérations mécaniques, ce qui a entraîné d’énormes variations entre eux ; actuellement, les valeurs limites varient considérablement d’un code à l’autre, le secteur de la production d’électricité appliquant des limites bien plus élevées que le secteur pétrochimique ; ce qui contredit les recherches montrant que les contraintes résiduelles des soudures diminuent à mesure que le diamètre des tuyaux augmente et que la ténacité à la rupture de la zone affectée thermiquement (HAZ) diminue en conséquence.

Essai Charpy

L'essai de Charpy est un essai de choc normalisé destiné à mesurer la quantité d'énergie absorbée lors de la rupture d'échantillons de matériaux. Il consiste généralement en un pendule muni d'un marteau de choc qui oscille et frappe des éprouvettes usinées pouvant présenter ou non des entailles orientées à l'opposé du pendule ; les niveaux d'absorption d'énergie sont mesurés et convertis en valeurs de ténacité en entaille.

Cet essai permet de déterminer la température de transition ductile-fragile (DBTT) des métaux, une caractéristique essentielle dans des applications critiques telles que le soudage et la fabrication de récipients sous pression. De plus, cet essai sert également à évaluer la ténacité globale du matériau et à détecter d’éventuelles zones de fragilité localisées qui pourraient être sensibles au traitement thermique post-soudage (PWHT). L'automatisation de l'essai grâce au système roboTest fournit des résultats précis en réduisant les influences de l'opérateur, telles que les variations de température et d'humidité des mains, ainsi que l'insertion décentrée ou inclinée de l'éprouvette ; cela permet d'obtenir des données fiables avec un débit d'échantillons et des taux d'erreur améliorés par rapport aux seules méthodes d'essai manuelles, ce qui se traduit par un débit accru et une réduction globale des erreurs.

Évaluation en mécanique de la rupture

La mécanique de la rupture s'intéresse à deux propriétés des matériaux : leur résistance et leur ténacité. La résistance désigne la capacité d'un matériau à supporter des charges, tandis que la ténacité indique son efficacité à empêcher la propagation des fissures.

La mécanique de la rupture est désormais une norme industrielle et est prise en compte dans les codes relatifs aux récipients sous pression, aux chaudières et aux canalisations. À l'heure actuelle, ce code autorise les exploitants à ne pas effectuer de traitement thermique après soudage (PWHT) si la ténacité à la rupture à l'état soudé est égale ou supérieure à l'épaisseur maximale prise en compte pour la soudure.

L'évaluation technique critique (ECA), qui s'appuie sur la théorie de la mécanique de la rupture, permet aux ingénieurs de réaliser cette évaluation. Une valeur élevée de ténacité à la rupture indique une meilleure résistance à la propagation des fissures, une bonne tolérance aux dommages et de bonnes performances en fatigue – autant de caractéristiques essentielles pour concevoir, fabriquer et exploiter des structures ou des composants de manière efficace et économique. Une valeur plus élevée permet de réaliser des économies en allongeant les intervalles d’inspection ou en réduisant les taux de défaillance imprévues grâce à une durabilité accrue.

Exemptions

L'exonération est un privilège qui permet à une personne, à un groupe ou à une organisation d'être dispensé de certaines obligations et responsabilités. Elle peut prendre la forme d'un allègement fiscal (réduction d'impôts) ou d'une exemption totale d'imposition (statut de non-exonération fiscale). L'exonération s'applique généralement aussi bien aux personnes, aux groupes et aux organisations qu'aux biens immobiliers, et intervient fréquemment dans la pratique juridique ainsi que dans d'autres domaines tels que le monde des affaires.

Un traitement thermique après soudage (PWHT) peut s'avérer nécessaire pour certains assemblages soudés en acier afin de réduire le risque de rupture fragile, en diminuant les contraintes résiduelles et en adoucissant les zones microstructurales dures et potentiellement fragiles. La nécessité d'un PWHT dépend de la ténacité à la rupture de l'acier à la température de soudage.

Les exigences en matière de traitement thermique post-soudage (PWHT) varient 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 des pratiques d'ingénierie. Afin d'assurer une certaine cohérence entre les codes en ce qui concerne les températures de PWHT, McEnerney⁷ suggère de les augmenter de 30 °F pour les matériaux de catégorie P n° 4, à l'instar des approches du CEN, dans le but de faciliter l'harmonisation.