Exigences en matière de traitement thermique après soudage

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) réduit les contraintes résiduelles et améliore la ténacité du métal de base et du matériau de soudure, tout en éliminant l'accumulation d'hydrogène dans la zone de soudure.

La plupart des codes de tuyauterie et d'appareils à pression actuels stipulent le TPP lorsque l'épaisseur du matériau dépasse une limite arbitraire, généralement déterminée par les exigences d'absorption d'énergie Charpy et de dureté.

Prévenir les fissures induites par l'hydrogène

La corrosion par incorporation d'hydrogène (HIC) se produit lorsque de l'hydrogène s'infiltre dans les zones soudées à partir de sources telles que l'humidité, les contaminants et les gaz de protection pendant le soudage. Cette libération d'hydrogène provoque une fragilisation qui entraîne une fissuration du métal soudé et de la zone affectée thermiquement (ZAT) de la soudure.

L'étuvage à l'hydrogène est une procédure utilisée dans le soudage PWHT qui aide à prévenir la fissuration des soudures induite par l'hydrogène. Elle consiste à chauffer les soudures à une température précise pendant une durée déterminée, puis à les maintenir dans cet état pendant un certain temps.

Les températures d'étuvage et les périodes de trempage dépendent du type de matériau et de la technique de soudage ; cependant, plusieurs codes tels que la section VIII Div. 1 de l'ASME stipulent qu'un traitement thermique après soudage est obligatoire si l'épaisseur du composant dépasse une valeur limite établie.

Pour s'assurer que cette exigence est respectée, il est préférable d'utiliser des électrodes à faible teneur en hydrogène et des préchauffages conformes aux exigences minimales du code. Veillez également à ce que votre bobine de fil soit bien enfermée en utilisant des dévidoirs de type valise, et ne la touchez jamais avec des mains sales, car cela pourrait introduire de l'hydrogène supplémentaire pendant le soudage.

Renforcer la soudure

Le PWHT peut réduire les contraintes résiduelles présentes lors du soudage afin d'éviter les ruptures fragiles et les distorsions pouvant résulter de l'usinage ou de la corrosion sous contrainte, contribuant ainsi à prévenir les ruptures fragiles et à éliminer les distorsions résultant de ces processus.

Le PWHT consiste à chauffer la soudure et les zones affectées thermiquement à des températures qui entraînent une diminution de leur température de transformation critique inférieure, ce qui permet de réduire les contraintes internes et d'améliorer les propriétés mécaniques.

Un contrôle constant et précis de la température est essentiel pour assurer l'efficacité des traitements thermiques post-soudure. À défaut, la soudure risque d'être affaiblie par une diminution de sa résistance et de sa dureté ; en outre, il peut en résulter un relâchement des contraintes ou une distorsion irrégulière.

Travailler avec des équipements sous pression volumineux et encombrants peut présenter des défis uniques. Tous les composants doivent être placés en même temps dans un four pour être exposés au même cycle de température. Les variations de dilatation thermique peuvent créer des problèmes qui nécessitent un traitement ou des réparations supplémentaires.

Prévenir la corrosion sous contrainte

Le PWHT tempère les zones microstructurales dures et potentiellement fragiles des soudures afin de réduire les contraintes résiduelles maximales et donc de diminuer les taux de croissance des fissures de fatigue ; cependant, cela ne garantit pas que la fatigue ne se produira jamais.

Chaque métal possède des propriétés uniques qui déterminent le type et la durée du traitement thermique post-soudure qu'il requiert ; par exemple, les aciers au carbone doivent être détendus afin d'éviter les fissures cachées induites par l'hydrogène dans les conduites à haute résistance ; d'autre part, les aciers inoxydables ont besoin d'un recuit de mise en solution afin de dissoudre les carbures de chrome qui se forment à leur surface et de restaurer leur résistance supérieure à la corrosion.

Le PWHT dépend fortement du type de four, du cycle de chauffage et du temps de trempage, variables qui affectent les contraintes résiduelles à relâcher pendant le PWHT. En outre, l'application d'une chaleur locale peut avoir un impact sur les résultats : par exemple, un chauffage localisé peut créer des gradients thermiques entre les zones chauffées et non chauffées, ce qui risque de déplacer les contraintes entre les zones et de diminuer la relaxation globale. Pour atténuer cet effet, les soudures doivent être positionnées de manière à ne pas entrer en contact avec d'autres composants ou des zones adjacentes lorsqu'elles sont chauffées.

Prévenir les distorsions

La température et les vitesses de refroidissement ont un effet considérable sur la déformation des composants. Cela est d'autant plus vrai s'ils contiennent plusieurs sections reliées entre elles par des joints.

En orchestrant soigneusement les séquences de soudage, il est possible d'éviter les déformations excessives. Il convient également d'utiliser des gabarits et des fixations, le cas échéant, pour éviter que les composants ne se déplacent. Il peut également être avantageux d'utiliser des soudures de pointage le cas échéant.

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) peut réduire la distorsion en redistribuant les contraintes résiduelles. Il consiste à chauffer le métal soudé à une température élevée pendant une période prolongée, puis à le refroidir lentement. Le refroidissement lent permet une expansion uniforme et réduit les contraintes sur les matériaux internes. Certains codes de fabrication imposent le traitement thermique des soudures composées d'aciers à haute teneur en carbone afin de réduire les niveaux de contraintes résiduelles de soudage qui, combinées aux contraintes de charge, dépassent les limites de conception du matériau et entraînent des déformations et des distorsions.