La nécessité du PWHT

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) est un processus contrôlé utilisé pour éliminer les contraintes résiduelles causées par le soudage et pour tempérer les régions de la microstructure qui sont dures et potentiellement fragiles. Les exigences en matière de traitement thermique post-soudure varient en fonction des spécifications du code concernant les exigences en matière de résistance à la rupture.

Les réglementations PWHT pour les appareils à pression et les tuyauteries commencent généralement à 32 mm d'épaisseur, bien que les exigences exactes varient en fonction du code. Toutefois, il est souvent possible d'obtenir une dérogation au PWHT.

Épaisseur limite

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) consiste à chauffer les pièces soudées au-delà de leur limite d'élasticité afin d'atténuer les contraintes résiduelles de traction causées par le soudage, réduisant ainsi les risques de fissuration assistée par l'environnement, qui pourrait sinon entraîner des fuites et la défaillance de l'équipement.

Le PWHT est actuellement exigé pour les soudures en acier faiblement allié utilisées dans les normes de fabrication des tuyaux ; en revanche, la plupart des assemblages de charpentes métalliques générales dans les ponts et les bâtiments ne nécessitent pas d'essais PWHT.

L'objectif de cette étude est de déterminer s'il est possible de résoudre les règles contradictoires entre les codes de tuyauterie et d'appareils à pression en ce qui concerne les exigences d'épaisseur au-dessus desquelles il faut effectuer un PWHT et les exigences d'essai Charpy, en utilisant les similitudes qui existent entre eux - telles que l'utilisation de procédures de réparation spécialement conçues et la spécification d'une énergie Charpy minimale calculée à l'aide d'une analyse mécanique de la rupture comme indicateurs de succès.

Exigences relatives à l'essai Charpy

L'essai de résilience Charpy est une méthode d'évaluation des métaux et des alliages visant à mesurer leur ténacité. Le processus consiste à frapper l'échantillon avec un marteau pendulaire, à mesurer la quantité d'énergie absorbée et à déterminer si le matériau est ductile ou fragile. Il peut être combiné à d'autres tests, tels que les courbes de résistance à la déchirure ductile J-Da, afin de déterminer si un assemblage peut résister à des impacts sous contrainte.

Les résultats de l'essai Charpy sont exprimés en joules, unité SI de l'énergie, et sont généralement représentés sous la forme d'une courbe charge-temps (figure 3). Une version avancée de cet essai, connue sous le nom d'essai Charpy instrumenté, permet aux ingénieurs de saisir avec précision la progression de la fissure tout en mesurant les déformations pendant la rupture.

Même si les normes relatives aux appareils à pression et aux tuyauteries prévoient souvent un traitement thermique à chaud au-delà de certains seuils d'épaisseur, comme le montre le tableau 1, la rationalisation des différentes exigences de traitement thermique à chaud à l'état soudé peut s'avérer difficile en raison de la diversité des aciers, des procédés de soudage et des niveaux de qualité, qui se traduisent par des exigences différentes en matière de résistance aux chocs Charpy.

Exemptions

La soudabilité (aptitude au soudage) des structures et des composants est cruciale pour la sécurité de leur fonctionnement. Elle peut être assurée par quatre facteurs : (1) la facilité de soudage, (2) l'adéquation du processus de soudage, (3) l'état du matériau après le soudage et (4) l'environnement propice au soudage.

L'examen des matériaux en chrome-molybdène utilisés dans le secteur nucléaire a révélé d'importantes possibilités d'assouplir les exigences en matière d'épaisseur et d'essais Charpy, ce qui permet de réaliser d'importantes économies, tant sur le plan financier qu'en réduisant le nombre d'arrêts de production. Cela pourrait permettre aux compagnies d'électricité de réaliser d'importantes économies en termes de coûts et de temps d'arrêt.

Des entretiens avec des experts de l'industrie ont révélé que les exigences actuelles en matière de PWHT pour les soudures SS-316L et CS-430 de qualité nucléaire s'appuient davantage sur des pratiques réussies dans les industries pétrochimique et énergétique que sur des données techniques, des calculs de conception ou des expérimentations ; cette tendance pourrait avoir de graves conséquences pour les projets de tuyauterie nucléaire à l'avenir.