Le traitement thermique après soudage améliore la durabilité de l'acier allié

Le soudage génère des contraintes thermiques et mécaniques susceptibles d'entraîner une déformation, une corrosion ou une rupture des métaux soudés entre eux. Les traitements thermiques post-soudage, tels que le recuit de mise en solution et le revenu, modifient la microstructure du métal afin d'atténuer les concentrations de contraintes qui se forment après le soudage, ce qui permet, au final, d'augmenter la durée de vie du matériau.

Le traitement thermique post-soudage (PWHT) peut être réalisé de différentes manières, en fonction de l'ampleur du projet et des conditions sur site. Les fours sont particulièrement adaptés au traitement de composants de grande taille, tels que les récipients sous pression ; les plaques chauffantes à résistance et les bobines d'induction sont quant à elles plus efficaces pour le traitement de zones de soudure spécifiques, comme les canalisations.

Soulagement du stress

La relaxation des contraintes fait partie intégrante de nombreuses normes relatives aux récipients sous pression et aux canalisations. La méthode PWHT consiste à chauffer progressivement l'ensemble d'une structure soudée en acier jusqu'à sa température maximale, ce qui permet sa dilatation et la libération des contraintes résiduelles de soudage. Le PWHT peut également réduire les niveaux de dureté afin d'améliorer la ténacité et la ductilité.

Le PWHT est nécessaire en raison de la formation de contraintes internes élevées dans les structures soudées, qui dépassent les contraintes de calcul, en raison des gradients thermiques qui apparaissent lors du soudage entre le métal d'apport et le matériau de base. Le PWHT consiste à chauffer les assemblages soudés jusqu'à leur température de PWHT pendant une durée déterminée, avant de les refroidir uniformément ; connaître la température de PWHT de l'acier allié garantit des résultats optimaux de chauffage et de refroidissement ; un choix minutieux de cette température mènera à des résultats satisfaisants.

Modifications microstructurales

Le PWHT modifie la composition du métal d'apport de manière à augmenter la ténacité à la rupture par choc. Des observations au microscope électronique à balayage (MEB) ont révélé la présence, dans le métal d'apport, de précipités secondaires de type aciculaire et granulaire qui ont été identifiés, à l'aide de la diffraction électronique sur zone sélectionnée, comme étant des “ carbures MC ”, présentant des relations d'orientation cubiques de type « cube sur cube » par rapport à la matrice.

Lan et al. ont étudié l'impact du soudage et du traitement thermique post-soudage (PWHT) sur la microstructure de l'Hastelloy N de classe 760 MPa. Les soudures réalisées selon les deux techniques présentaient une martensite lamellaire avec des microcarbures dispersés ; celles réalisées par soudage LBW présentaient quant à elles une bainite grossière. Après le traitement thermique post-soudage (PWHT), de nombreuses particules de carbure microcarbure se sont fragmentées et se sont redistribuées dans toute la soudure, créant une bainite grossière granulaire riche en V, Ni et Mo.

Guo et al. ont étudié l'effet du soudage au laser sans métal d'apport sur la microstructure de l'acier S960MC. Les échantillons soudés présentaient une microstructure de type SCHAZ, composée de bainite inférieure ; une microstructure de type ICHAZ comportant des zones à forte teneur en carbone et de la martensite autotempérée ; ainsi qu'une microstructure de type FGHAZ caractérisée par une structure à gros grains.

Résistance à la corrosion

La corrosion est un processus naturel au cours duquel les métaux réagissent avec les éléments présents dans l'environnement, ce qui altère leurs propriétés et leur intégrité, les rendant finalement inutilisables et entraînant la dégradation de leur structure au fil du temps. Des matériaux résistants à la corrosion, tels que l'acier inoxydable, l'aluminium et le titane, ont été spécialement mis au point pour lutter contre ce processus de détérioration.

Certains matériaux, comme l'acier inoxydable, possèdent une résistance inhérente à la corrosion grâce à leur composition chimique. Le chrome présent dans l'alliage forme une fine couche d'oxyde protectrice à la surface qui empêche l'oxygène de pénétrer et d'atteindre le métal sous-jacent, empêchant ainsi la formation de rouille. De plus, cette couche d'oxyde passive et auto-réparatrice se régénère en cas de rayures ou si le métal est éraflé ou endommagé.

La technologie de soudage PWHT est utilisée pour minimiser les contraintes générées lors des processus de soudage, lesquelles peuvent favoriser la corrosion des aciers inoxydables et d’autres alliages. En atténuant ces contraintes et en améliorant la résistance à la corrosion des structures soudées, le PWHT permet de réduire les contraintes résiduelles, d’optimiser la répartition des éléments d’alliage et de diminuer la porosité des soudures, ce qui renforce la résistance à l’usure des soudures en alliage et améliore ainsi la résistance à la corrosion.

Durabilité

La durabilité revêt une importance capitale dans la construction de ponts et de plates-formes offshore, et les traitements thermiques avant et après soudage garantissent que votre projet pourra résister à des températures extrêmes, à la corrosion, à la fatigue et à d'autres contraintes sans se détériorer ni se dégrader au fil du temps.

Le PWHT permet de prévenir la fissuration induite par l'hydrogène, de réduire les gradients thermiques, d'améliorer la soudabilité et la qualité des soudures, d'augmenter la ductilité, de recuire la zone de soudure et de protéger les soudeurs. De plus, le PWHT peut réduire les projections et la déformation des soudures, ce qui permet d'accroître la productivité.

Les températures de traitement thermique post-soudage (PWHT) dépendent de la composition du matériau et des conditions d’exploitation, telles que les cycles thermiques, l’exposition à la corrosion et les contraintes de fatigue. Un mauvais contrôle de la température compromet l’intégrité de la soudure et réduit l’efficacité du traitement ; un contrôle insuffisant ou prématuré pourrait entraîner une défaillance de la soudure ou réduire considérablement son efficacité. Lorsqu’on travaille avec différents métaux, il est particulièrement crucial de maîtriser les gradients de température et la répartition de la chaleur afin que chaque partie de la soudure atteigne la température cible requise pour un soudage sans déformation, sans fissuration ni corrosion, et pour garantir la formation de perlite ou de ferrite. TEAM propose des cycles de chauffage précis, qu’il s’agisse de chauffage par résistance, par induction ou à la flamme, qui garantissent que chaque recoin reçoive le cycle de chauffage souhaité afin d’éviter l’apparition de gradients et de veiller à ce que la répartition de la chaleur assure à chaque partie de la soudure les cycles de chauffage requis, minimisant ainsi les gradients et optimisant la répartition de la chaleur pour obtenir la meilleure qualité et efficacité de soudage possibles pour différents métaux. Pour répondre aux exigences des cycles de chauffage précis de TEAM (par résistance, induction ou flamme), il convient d’optimiser l’uniformité des cycles de chauffage afin de minimiser les gradients et d’assurer une répartition homogène de la chaleur, garantissant ainsi que toutes les zones atteignent la température souhaitée. Cela permet de réduire la déformation, la fissuration et la corrosion, tout en favorisant la formation de perlite fine, de ferrite et d’autres structures souhaitées.