Traitement thermique post-soudure

Le traitement thermique après soudage, ou PWHT en abrégé, réduit et redistribue les contraintes résiduelles introduites par le soudage, tout en permettant à certains matériaux de subir des processus de trempe, de précipitation et de vieillissement.

Ces modifications de la composition chimique du matériau contribuent à réduire les contraintes résiduelles et à renforcer sa résistance, ce qui permet en fin de compte de soulager les tensions exercées par les procédés de soudage et les matériaux qui, autrement, exerceraient des tensions inutiles sur ces derniers. Il est impératif d'effectuer correctement le PWHT en fonction des procédés de soudage et de la résistance des matériaux afin de soulager et d'atténuer les tensions au cours de ce processus.

Réduction du stress résiduel

Le traitement thermique post-soudure, ou PWHT, permet d'atténuer les contraintes résiduelles causées par le soudage en augmentant sa température pendant une durée appropriée (généralement 1 heure par pouce d'épaisseur).

Les niveaux de contraintes résiduelles combinés aux contraintes de charge peuvent dépasser les limites de conception d'un matériau, augmentant ainsi sa susceptibilité à la rupture fragile. Pour se prémunir contre ce risque, on utilise souvent le PWHT avant de soumettre les pièces soudées à des conditions de charge de fatigue.

Des études comparant le comportement de propagation des fissures de fatigue d'échantillons de Ti-6Al-4V soudés par friction linéaire avec et sans PWHT ont démontré que les composantes de cisaillement du stress résiduel interne, en particulier dans la zone centrale de la soudure (WCZ), contribuent à la déviation des fissures de fatigue par rapport aux trajectoires souhaitées ; cependant, lorsqu'il est traité à 750 degrés C, le PWHT réduit de manière significative ces composantes de stress pour une meilleure relaxation des contraintes et de la détente.

Réduction de la corrosion sous contrainte (SCC)

La fissuration par corrosion sous tension diffère de la corrosion classique en ce sens qu'elle attaque la microstructure du métal au lieu de simplement user le matériau, laissant de fines fissures qui se propagent rapidement pour provoquer une défaillance catastrophique. La formation de fissures est souvent causée par une tension associée à une exposition à des environnements hautement corrosifs tels que le H2S ou les chlorures.

Les processus de fabrication tels que le soudage, l'écrouissage et le profilage peuvent exposer les matériaux à des contraintes de traction internes proches de leur limite d'élasticité, ce qui peut entraîner l'apparition de fissures par corrosion sous contrainte (SCC) dans un environnement corrosif agressif. Le pwht peut contribuer à atténuer les SCC en réduisant les points de concentration de contraintes internes tels que les angles aigus ou les entailles qui constituent des sites d'initiation de fissures - et en réduisant ces contraintes internes.

La fissuration par corrosion sous tension peut également être réduite grâce à une conception structurelle soignée, qui favorise une répartition uniforme des charges afin d'éliminer les points chauds et de minimiser les fluctuations des conditions de charge - deux facteurs qui contribuent à limiter l'apparition de fissures induites par les contraintes.

Amélioration des propriétés mécaniques

Outre le soulagement et la redistribution des contraintes résiduelles, un traitement PWHT approprié peut également améliorer de manière significative les propriétés mécaniques telles que la ductilité et la ténacité. Cela est dû en grande partie aux effets de la trempe, de la précipitation ou du vieillissement, qui réduisent la dureté du matériau et augmentent sa ductilité tout en le rendant plus résistant à la fissuration.

La technologie PWHT peut contribuer à réduire la ténacité à la rupture en encourageant la formation de martensite aciculaire au lieu de la ferrite en bordure de grain, ce qui réduit considérablement la plasticité dans le métal soudé et augmente la résistance à la fatigue des structures.

En suivant les meilleures pratiques basées sur le matériau et la résistance des matériaux soudés, les processus de traitement thermique peuvent être adaptés pour maximiser la réduction des contraintes. Cela implique de choisir une méthode de traitement thermique efficace avec des vitesses de chauffage/refroidissement appropriées et d'utiliser des équipements/installations adéquats ; de contrôler la température ; de maintenir une température de soudure acceptable pendant les processus de soudage ; ainsi que d'instituer des mesures de contrôle de la qualité afin de maintenir les normes de qualité.

Durabilité accrue

Quel que soit le projet - cuves à pression, pipelines ou composants aérospatiaux -, le traitement thermique à chaud est une technique éprouvée qui permet d'accroître la durabilité des joints de soudure en réduisant les contraintes résiduelles et en améliorant les propriétés mécaniques. Dans les environnements corrosifs, elle réduit également les risques de fissuration par corrosion sous contrainte en relaxant les contraintes résiduelles avant de les redistribuer, empêchant ainsi la formation de fissures trans-granulaires. Lorsqu'il est effectué correctement, il détend également les contraintes résiduelles pour aider à prévenir l'apparition de la fissuration par corrosion sous contrainte et, en fin de compte, la fissuration par corrosion sous contrainte se produit moins souvent.

Le PWHT permet de réaliser des effets de trempe, de précipitation ou de vieillissement qui peuvent réduire la dureté tout en augmentant la ductilité et la résistance à la rupture des matériaux tels qu'ils sont soudés. L'analyse de la fractographie des fils de NiTi montre que le traitement thermique permet d'obtenir des surfaces de rupture plus lisses que les fils tels que soudés - sans motifs en forme de rivière.

Il faut savoir qu'une mauvaise application du traitement thermique peut réduire de manière significative la résistance à la traction, la résistance au fluage et la résistance à l'entaille des soudures et augmenter leur sensibilité à la fissuration par l'hydrogène. Par conséquent, le traitement thermique à chaud ne doit être appliqué que selon une procédure établie avec des taux de chauffage/refroidissement, des plages de température et des durées définis.