Le processus PWHT

Le procédé de traitement thermique post-soudage (PWHT) fait partie intégrante du soudage ; il permet de réduire au minimum les contraintes résiduelles, d'améliorer la résistance à la corrosion et d'augmenter la résistance à la fatigue. Il consiste à chauffer les métaux à une température prédéterminée avant de les refroidir progressivement.

Un traitement thermique mal effectué peut entraîner une déformation, une diminution de la capacité de charge et une augmentation du risque de rupture par fragilité ; c'est pourquoi il est essentiel que les traitements thermiques soient réalisés dans des fours spécialisés équipés de systèmes de contrôle adaptés.

Soulagement du stress

Les contraintes résiduelles constituent un aspect souvent négligé des procédés de soudage. En l'absence de traitement thermique post-soudage (PWHT), ces contraintes peuvent entraîner des déformations structurelles et des défaillances. Le PWHT permet d'atténuer ces contraintes en les répartissant uniformément dans toutes les couches du matériau, ce qui améliore à la fois la résistance à la traction et la ductilité du métal soudé, tout en réduisant le risque de fissuration par corrosion sous contrainte.

Le traitement thermique après refroidissement humide (PWHT) peut être appliqué lors des processus de recuit, de normalisation ou de revenu. Lors du choix de la température et de la durée des processus PWHT, il est essentiel de respecter les normes en vigueur afin d’éviter toute déformation, toute fragilisation due au revenu et tout ramollissement excessif. Les vitesses de chauffage et de refroidissement doivent également être soigneusement contrôlées afin d'obtenir les meilleurs résultats possibles.

La température et la durée sont des facteurs essentiels pour garantir la réussite du processus de traitement thermique post-soudage (PWHT). Les températures de maintien doivent tenir compte du type de matériau et des tableaux normatifs applicables ; en règle générale, il faut compter 1 heure de maintien par 25 mm (1 pouce).

Réduction de la fissuration induite par l'hydrogène

L'hydrogène introduit dans une soudure par l'humidité, des contaminants ou les gaz de protection peut se diffuser dans la zone de soudure et provoquer une fragilisation, pouvant entraîner une fragilisation ou la formation de fissures lorsque des matériaux à haute résistance, tels que la fonte, sont utilisés. Les techniques de traitement thermique post-soudage (PWHT), telles que le traitement thermique de déshydrogénation, permettent de libérer l'hydrogène qui s'était précédemment piégé, réduisant ainsi le risque de fissuration.

La fissuration induite par l'hydrogène peut être réduite grâce à des procédés présentant des teneurs en hydrogène plus faibles, tels que des revêtements d’électrodes et des flux dont la teneur en hydrogène est inférieure à celle du métal de base ; les procédés de préchauffage peuvent contribuer à augmenter les teneurs en hydrogène diffusible dans le métal soudé avant le soudage, ce qui permet de réduire la fissuration induite par l’hydrogène et d’en atténuer davantage les effets.

L’optimisation des procédés de traitement thermique post-soudage (PWHT) pour le relâchement des contraintes et l’élimination de l’hydrogène revêt une importance capitale. Elle implique notamment de choisir une plage de température et un temps de maintien idéaux, en tenant soigneusement compte de la géométrie et des dimensions de la zone de soudure, ainsi que de prendre en considération les contraintes résiduelles qui, combinées aux contraintes de charge, pourraient dépasser les limites de conception des matériaux. Si elle est mal effectuée ou négligée, le PWHT peut entraîner la combinaison de contraintes résiduelles et de contraintes d'effort dépassant les limites de conception, ce qui peut conduire à un dépassement pur et simple de ces limites.

Renforcement

Les traitements PWHT varient en fonction du type d'acier, de la température et de la durée d'exposition lors du traitement thermique de soudage en production (PWHT), ce qui peut contribuer à améliorer ses propriétés mécaniques telles que la limite d'élasticité, l'allongement à la rupture et la ténacité. Le PWHT améliore également la résistance à la corrosion en réduisant le risque de fissuration par corrosion sous contrainte.

Des études menées à l'aide d'essais de traction uniaxiaux et d'essais de choc Charpy montrent que le traitement thermique post-soudage (PWHT) peut faire passer le mode de rupture des éprouvettes soudées de fragile à ductile, ce qui s'explique probablement par des processus de renforcement par solution solide et de durcissement par précipitation.

Le PWHT consiste à chauffer les joints soudés à des températures élevées avant de les refroidir progressivement afin d'éviter toute déformation ou tout gauchissement, susceptibles d'entraîner des défaillances et des fuites des équipements sous pression. C'est pourquoi certaines normes relatives aux canalisations et aux récipients peuvent exiger la mise en œuvre du PWHT ; d'autres facteurs, tels que l'épaisseur du matériau et sa composition chimique, peuvent également déterminer la nécessité de ce traitement.

Résistance à la corrosion

Le traitement thermique après soudage est essentiel pour garantir l'intégrité des soudures utilisées dans des environnements difficiles. Il permet de réduire les contraintes résiduelles et d'améliorer les microstructures, afin de les rendre plus résistantes aux pressions et températures extrêmes, tout en renforçant leur résistance à la corrosion grâce à la prévention de la fissuration induite par l'hydrogène et de la fissuration par corrosion sous contrainte.

Le PWHT consiste généralement à chauffer des composants soudés à une température précise pendant une période de maintien prolongée, puis à les refroidir progressivement, les températures et les durées spécifiques dépendant du type de matériau et des exigences de l'application. Un chauffage et un refroidissement uniformes sont essentiels pour obtenir les meilleurs résultats possibles.

Le PWHT modifie la microstructure d'une soudure, qui passe d'une structure à prédominance martensitique à une structure contenant à la fois de la ferrite et de l'austénite résiduelle, ce qui se traduit par une porosité et une dureté réduites, ainsi que par une meilleure résistance à la propagation des fissures et à la fatigue induite par les contraintes. De plus, ce procédé modifie le mode de rupture, qui passe de fragile à ductile, ce qui permet de mieux résister à la propagation des fissures et à la fatigue induite par les contraintes.