L'importance du traitement de la soudure

Le traitement des soudures va au-delà des simples procédés de soudage : il constitue un élément essentiel de la longévité des équipements, permettant de soulager les contraintes internes, d'affiner les structures métalliques et d'améliorer les propriétés mécaniques, pour une fiabilité et des performances supérieures.

La régulation de la température revêt une importance cruciale pour obtenir des résultats optimaux. Sans elle, un recuit excessif peut compromettre la résistance et la dureté du métal, tandis qu’un recuit insuffisant peut entraîner des contraintes résiduelles plus élevées, des déformations et des modifications métallurgiques indésirables.

Préchauffage

Le préchauffage consiste à appliquer une chaleur contrôlée sur des pièces métalliques avant le soudage, par exemple à l'aide d'une flamme nue, d'un chalumeau à gaz ou d'une bobine de chauffage à résistance électrique. D'autres sources peuvent également fournir ce service.

Le préchauffage permet de prévenir la fissuration à froid en ralentissant la vitesse de refroidissement des bains de soudure et du métal de base environnant, tout en éliminant l'humidité et l'hydrogène qui pourraient autrement favoriser la fissuration, en répartissant plus uniformément les contraintes de solidification et en éliminant toute trace d'humidité ou d'hydrogène susceptible de provoquer une fissuration à froid dans les soudures.

De nombreux procédés de soudage nécessitent de définir une température de préchauffage initiale adaptée au métal de base, au procédé de soudage et à l'épaisseur de la section concernés. Le maintien de cette température pendant le soudage est essentiel pour obtenir des soudures présentant des structures métalliques ductiles et pour éviter la fissuration par l'hydrogène.

De nombreux alliages, tels que les aciers à durcissement par précipitation, nécessitent un traitement thermique après soudage afin de retrouver leurs propriétés d'origine. Ce traitement peut consister en un recuit de mise en solution ou en un vieillissement artificiel ; d'autres matériaux peuvent ne nécessiter qu'un traitement de normalisation après soudage ; le type de traitement à appliquer est déterminé par les exigences normatives, les propriétés du matériau et les conditions d'utilisation.

Interpass

La gestion de la température pendant le soudage entre passes permet d'éviter la formation de fissures et d'améliorer la qualité de la soudure, car elle garantit des températures homogènes dans toute la zone de soudure, proches de la température de préchauffage. Dans certains cas, cela peut nécessiter l'utilisation d'un chalumeau spécial muni d'une buse « rosebud » réglable pour une répartition optimale de la flamme.

Les spécifications types relatives aux procédures de soudage indiquent les températures minimales entre passes et les exigences correspondantes, qui varient en fonction de l'épaisseur de la pièce soudée ; celles-ci peuvent être contrôlées à l'aide de pyromètres numériques ou de crayons indicateurs de température tels que le Tempilstik(r).

Le maintien d’une température constante entre les passes contribuera à minimiser la fissuration à froid en accélérant la diffusion de l’hydrogène hors du cordon de soudure, et permettra également à l’alliage de repasser plus facilement de l’austénite à la ferrite entre les passes de soudage, améliorant ainsi la ténacité de la soudure tout en réduisant potentiellement les exigences en matière de traitement thermique post-soudage (PWHT) pour les alliages à durcissement par précipitation ; toutefois, les alliages en solution solide et les alliages résistants à la corrosion nécessitent souvent un traitement thermique post-soudage qui doit être réalisé sous la supervision de Haynes International.

Traitement thermique après soudage

Le traitement thermique après soudage permet de réduire les risques de rupture fragile et de fissuration induite par l'hydrogène, particulièrement fréquents dans des domaines tels que les oléoducs. De plus, les traitements thermiques après soudage contribuent à garantir l'uniformité des propriétés mécaniques, à réduire les déformations et à améliorer la résistance à la fatigue sous des charges critiques.

Le soudage entraîne l'introduction de quantités importantes d'hydrogène dans un matériau. Si la soudure n'est pas chauffée et refroidie de manière adéquate, cet hydrogène peut se diffuser hors de la zone soudée et provoquer une fragilisation ou une fissuration induite par l'hydrogène (HIC). Un traitement thermique post-soudage permet à l'hydrogène de s'échapper en toute sécurité, réduisant ainsi le risque de HIC.

Le PWHT peut également être utilisé pour améliorer la microstructure des zones de soudure grâce à des procédés de recuit de revenu et de normalisation, ce qui permet, par exemple, d’améliorer la ténacité et la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte des composants en acier inoxydable. Des photographies au MEB d’échantillons de NiTi soudés au laser montrent comment le traitement thermique produit des précipités plus petits qui augmentent la durée de vie en fatigue [102]. Le PWHT doit être réalisé avec soin afin d’éviter toute déformation et tout relâchement inégal des contraintes, en chauffant et en refroidissant progressivement les zones soudées pendant le traitement [103,104].

Trempe

La trempe est le dernier traitement thermique effectué avant le soudage. Ce procédé consiste à refroidir rapidement le métal jusqu'à des températures inférieures à son point de début de martensite, ce qui réduit la résistance à la traction tout en améliorant la ténacité.

Les vitesses de refroidissement dépendent du fluide de refroidissement choisi ; l'air est un fluide de refroidissement couramment utilisé car il est bon marché, ininflammable et permet d'obtenir des vitesses de refroidissement élevées ; toutefois, il peut provoquer des déformations des pièces métalliques et ne convient pas à la plupart des alliages.

La trempe est une étape essentielle pour réduire les contraintes résiduelles élevées au sein de la zone affectée par la soudure (HAZ) des tubes soudés par fusion. Une augmentation de la concentration des contraintes résiduelles accroît le risque de fissures à froid et de fissures de fatigue ; pour pallier ce problème, le refroidissement doit s'effectuer à une vitesse optimale afin de maximiser la dissolution des éléments d'alliage dans la solution solide tout en minimisant simultanément la déformation et les contraintes résiduelles – cela nécessite à la fois un bon contrôle de l'épaisseur et une spécification de qualification des procédures de soudage bien établie.