ASME B31.1 - Exigences cohérentes pour le traitement thermique après soudage

La norme ASME B31.1 constitue un ensemble de règles indispensables visant à renforcer la sécurité des réseaux de canalisations industrielles. En phase avec les progrès technologiques, cet ensemble de règles garantit que les réseaux de canalisations peuvent fonctionner en toute sécurité dans divers secteurs industriels.

Les exigences du code B31.1 en matière de traitement thermique post-soudage (PWHT) autorisent des températures atteignant la température critique inférieure pour les matériaux 1-1/4 Cr Mo, ce qui présente un risque particulier compte tenu de leur sensibilité à la fissuration par réchauffage.

1. Matériau

La norme ASME B31.1 est la norme industrielle applicable aux réseaux de tuyauterie de centrales électriques ; elle s'adapte aux avancées technologiques dans divers secteurs, garantissant ainsi des réseaux de tuyauterie homogènes et normalisés. Cependant, son champ d'application diffère considérablement de celui des réseaux de tuyauterie de process.

Comme le montre le tableau 1, la limite d'exemption du traitement thermique post-soudage (PWHT) prévue par la norme B31.1 est nettement inférieure à celle de la norme britannique, en raison des variations de composition de l'acier qui influent sur sa ténacité à la rupture.

La norme B31.1 et les exigences du NBEP sont souvent en contradiction en ce qui concerne l'exemption du traitement thermique post-fabrication (PWHT) en fonction de l'épaisseur, bien que ces deux codes utilisent les désignations de groupe de la norme ASME P1. Une approche plus cohérente permettrait d'atténuer ces problèmes.

Une alternative au PWHT consiste à recourir au préchauffage de la soudure périphérique, une technique qui a fait ses preuves pour la plupart des aciers au carbone. Il convient toutefois de garder à l'esprit que cette méthode ne donne pas toujours des résultats optimaux lorsqu'elle est appliquée uniquement à la zone de l'arc.

De nombreuses études ont évalué l'efficacité du préchauffage pour réduire le risque de rupture fragile au niveau des soudures. Malheureusement, la plupart des études menées se limitent à des simulations plutôt qu'à des essais réels sur le terrain, et leurs résultats dépendent des données de ténacité à la rupture utilisées.

2. Soudage

La norme ASME B31.1 est une norme évolutive, conçue pour s'adapter aux évolutions technologiques du secteur industriel, garantissant ainsi la sécurité et la fiabilité des réseaux de tuyauterie. De plus, cette évolutivité lui permet de répondre aux besoins de nombreux secteurs, tels que ceux du pétrole et du gaz ou de la production d'électricité.

Les exigences relatives au traitement thermique post-assemblage (PWHT) figurant dans les codes de construction illustrent parfaitement cette adaptabilité. Les règles de chaque code varient en fonction des épaisseurs nécessitant un traitement PWHT, des propriétés des matériaux qui en justifient la nécessité, des températures de maintien pendant la durée du traitement, ainsi que des vitesses de chauffage et de refroidissement – autant de facteurs qui ont une influence déterminante.

Le traitement thermique après soudage (PWHT) est une étape essentielle du processus de conception des canalisations et est exigé par de nombreuses normes ; il permet de soulager les contraintes métalliques au niveau des joints de soudure tout en améliorant les propriétés du matériau.

Les récentes modifications apportées à la norme ASME B31.3 « Process Piping » ont supprimé l'exigence de traitement thermique après soudage (PWHT) pour l'acier au carbone conforme au groupe de matériaux P-No 1, quelle que soit l'épaisseur de la pièce, à condition qu'un préchauffage soit effectué et que le soudage soit réalisé en plusieurs passes pour toutes les épaisseurs de soudure. Cette modification s’appuie sur des analyses détaillées de mécanique de la rupture qui révèlent que les assemblages soudés proches du seuil d’élasticité soumis à des charges cycliques peuvent générer des niveaux de contraintes résiduelles proches du seuil d’élasticité, ce qui entraîne des ruptures fragiles ; ce qui est particulièrement vrai dans des conditions où les contraintes résiduelles atteignent des niveaux proches du seuil d'élasticité, les assemblages soudés proches du seuil d'élasticité pouvant entraîner des niveaux de contraintes résiduelles proches du seuil d'élasticité, ce qui conduit à des assemblages soudés proches du seuil d'élasticité à des niveaux proches du seuil d'élasticité, ce qui peut potentiellement entraîner des niveaux de contraintes résiduelles proches du niveau de limite d’élasticité, amenant les assemblages soudés à subir une rupture proche du niveau de limite d’élasticité dans des conditions de charge similaires à celles observées lors de l’exposition à des assemblages soudés à des niveaux proches de la limite d’élasticité, les niveaux de limite d’élasticité proches de la limite d’élasticité peuvent entraîner des niveaux de contrainte résiduelle proches de la limite d’élasticité, les assemblages soudés provoquant une rupture sous des charges de contrainte associées à des assemblages soudés proches de la limite d’élasticité, ce qui peut conduire à des niveaux de contrainte résiduelle proches de la limite d’élasticité associés à des assemblages soudés proches de la limite d’élasticité, pouvant entraîner une rupture due à des niveaux de contrainte résiduelle proches de la limite d’élasticité causés par des assemblages soudés proches de la limite d’élasticité, les assemblages soudés atteignant des niveaux proches de la limite d’élasticité les assemblages soudés qui conduisent à des assemblages soudés proches de la limite d’élasticité dans des conditions de charge telles que celles rencontrées lorsqu’ils sont soumis à des conditions de charge cyclique. Cette modification a été introduite car elle a démontré comment les contraintes résiduelles associées aux assemblages soudés proches de la limite d’élasticité pouvaient entraîner des ruptures qui se produiraient normalement. Cette modification a été introduite à la suite d’analyses détaillées en mécanique de la rupture montrant que ce type de soudures proches de la limite d’élasticité, soumises à des conditions de charge cyclique, peut entraîner une rupture fragile due aux contraintes résiduelles proches de la limite d’élasticité, ce qui conduit finalement à des cycles de charge cyclique. conditions similaires à celles des soudures proches du seuil d’élasticité peuvent devenir dangereuses, car les soudures proches du seuil d’élasticité, lorsqu’elles sont soumises à des charges cycliques, peuvent entraîner une rupture fragile résultant de leur exposition à des conditions de contrainte cyclique ; les soudures proches du seuil d’élasticité, lorsqu’elles sont soumises à des charges, peuvent subir une rupture fragile sous des conditions de contrainte plus sévères que celles qu’elles subiraient normalement à des niveaux de contrainte prochesles soudures proches du niveau de limite d’élasticité étant soumises à des conditions de contrainte conduisant à une rupture due à des conditions de charge de fatigue dues à des contraintes résiduelles conduisant à la limite d’élasticité ou à des soudures proches de ce niveau étant soumises à des conditions pouvant conduire à des niveaux proches de la limite d’élasticité, ce qui conduit à des soudures proches de la limite d’élasticité dans des conditions différentes de celles des soudures à la limite d’élasticité, pouvant entraîner une rupture fragile due à des conditions de charge cyclique résultant de les assemblages soudés soumis à des cycles de charge sont exposés à des conditions de charge cyclique, étant soumis à des conditions de charge telles que les assemblages soudés atteignant le niveau de limite d’élasticité subissent une rupture, ce qui conduit à ce que les assemblages soudés au niveau de la limite d’élasticité soient plus facilement exposés à une rupture fragile et finissent par céder plus tard, conduisant à dessoudures proches du niveau de limite d’élasticité peuvent devenir plus que des soudures proches du niveau de limite d’élasticité ou être plus rapidement exposées à des conditions de charge cyclique proches du niveau de limite d’élasticité, ce qui peut entraîner une rupture proche de la limite d’élasticité lorsqu’elles y sont exposées.

3. Tests

Étant donné que diverses sections du Code imposent des exigences différentes en matière de traitement thermique après soudage (PWHT) pour les aciers au carbone, il existe des exigences incohérentes concernant ce traitement. Cela reflète parfois des pratiques d'ingénierie qui se sont développées au fil du temps grâce à l'expérience acquise sur le terrain ; d'autres fois, cela peut résulter d'interprétations divergentes des données techniques.

Avant 2014, les normes B31.1 et B31.3 exigeaient que tous les soudages sur acier au carbone dont les épaisseurs contrôlées dépassaient 0,75 pouce fassent l’objet d’un traitement thermique après soudage par plasma (PWHT). Cependant, depuis la mise à jour de ces codes en 2014, une dérogation au PWHT obligatoire est autorisée pour les matériaux de catégorie P n° 1 lorsqu’un soudage à passes multiples avec préchauffage de la soudure à 95 °C est utilisé avant le soudage sur toute épaisseur nominale de matériau supérieure à 25 mm (1 pouce). De plus, le RRAC a recommandé d’abaisser les exigences de température du PWHT pour les matériaux de classe P n° 4 afin de les aligner sur celles des autres sections du code.

Les essais de mécanique de la rupture menés par l'EPRI et d'autres organismes ont clairement démontré qu'une température de traitement thermique post-soudage (PWHT) de 1 100 °F ou moins est trop basse, car elle réduit considérablement, en l'espace de quelques minutes, la dureté et la résistance aux chocs des éprouvettes en métal de base trempé.

L'équipe du RRAC étudie actuellement des modifications à apporter à la norme B31.1 qui permettraient de réduire la température de traitement thermique post-soudage (PWHT) requise pour les aciers au carbone, tout en proposant une approche alternative grâce aux techniques de cordon de recuit ou de demi-cordon autorisées par les codes axés sur la réparation. Elle s'efforcera également d'élaborer des courbes de conception à l'aide de méthodes avancées de mécanique de la rupture.

4. Inspection

Le traitement thermique après soudage (PWHT) peut avoir une incidence considérable sur le risque de rupture fragile des composants soudés. Il est donc impératif de respecter les exigences de la norme ASME B31.1, récemment modifiée afin d’offrir une plus grande flexibilité en matière de traitements thermiques après soudage pour les matériaux de tuyauterie. Le PWHT peut désormais faire l’objet d’une dérogation pour les aciers au carbone de type P-No 1 dont l’épaisseur de paroi est égale ou supérieure à 19 mm, lorsque l’on utilise un soudage en plusieurs passes avec un préchauffage minimal, à l’instar des exigences d’autres codes et normes tels que les codes de bonnes pratiques britanniques. Malheureusement, des analyses détaillées en mécanique de la rupture indiquent que le fait de ne pas exiger de traitement thermique post-soudage (PWHT) pour les soudures plus épaisses augmente le risque de contraintes résiduelles proches du niveau de limite d'élasticité, ce qui accroît leur vulnérabilité à la rupture et peut contribuer à une rupture fragile.

Le PWHT consiste à traiter le métal soudé afin d'en réduire les tensions et de l'assouplir, ce qui rend la soudure plus résistante à la corrosion et à d'autres formes de détérioration, renforçant ainsi la sécurité des réseaux de canalisations de transport d'énergie.

La norme ASME B31.1 prévoit également l'inspection des soudures et des composants avant leur mise en service, à l'aide de méthodes d'essais non destructifs telles que la radiographie ou les essais par ultrasons. Les résultats de ces essais doivent être consignés pour référence ultérieure ; ils peuvent contribuer à démontrer la conformité aux normes ASME B31.1 et à identifier d'éventuels problèmes au sein de votre système.