L'objectif du PWHT

De nombreux récipients et tuyaux sous pression nécessitent des procédés de soudage PWHT en raison des codes stricts régissant la composition chimique et les exigences d'épaisseur des matériaux soudés ensemble.

Le PWHT est utilisé pour réduire les contraintes résiduelles dans les matériaux et prévenir les fractures fragiles, et nécessite une documentation approfondie afin de répondre aux normes industrielles.

La force

Le PWHT sert principalement à minimiser et à redistribuer les contraintes résiduelles laissées après le soudage, qui pourraient autrement se combiner avec les contraintes de charge pour dépasser les limites de conception du matériau et conduire à une rupture fragile. Le PWHT réduit efficacement ces contraintes à des niveaux compatibles avec l'application finale.

L'hydrotraitement à chaud permet également de tempérer les microstructures des métaux de base et des soudures, augmentant ainsi leur ductilité et leur ténacité au-delà de ce que l'on trouve dans les matériaux tels que soudés. Cependant, son efficacité doit rester limitée car sa température ne doit pas dépasser celle utilisée lors du revenu initial afin d'éviter la fragilisation du revenu ou le ramollissement excessif des matériaux de base ou des matériaux soudés - ce qui nécessite donc des conseils spécialisés concernant les durées et les températures optimales pour chaque alliage d'acier particulier utilisé pour les processus de PWHT.

Les procédés PWHT impliquent une consommation d'énergie importante et prennent beaucoup de temps. Il est donc essentiel qu'ils soient effectués correctement afin d'éviter toute déformation inutile de l'équipement à réparer. Généralement, cela peut être réalisé en utilisant des tréteaux façonnés spécifiquement pour s'adapter aux composants chauffés/refroidis tout en maintenant un bon contact entre ces supports et les pièces chauffées/refroidies.

Durabilité

La capacité du PWHT à réduire les contraintes résiduelles et les changements microstructuraux causés par les procédés de soudage en fait un élément essentiel pour garantir la résistance des soudures aux défaillances en service, ce qui le rend obligatoire dans de nombreux codes et spécifications - tels que la section VIII de l'ASME pour certains matériaux utilisés dans les oléoducs et gazoducs ou dans les centrales nucléaires. Le PWHT présente également d'autres avantages, notamment celui d'augmenter la résistance à la corrosion fissurante sous contrainte tout en diminuant le risque de rupture fragile.

Dans le cadre du processus de soudage, des gradients de température élevés existent entre le métal soudé et son matériau de base, ce qui entraîne la formation de contraintes résiduelles qui, combinées aux contraintes de charge, dépassent les limites de conception des matériaux. Le procédé PWHT permet d'atténuer ces tensions en chauffant les soudures à des températures spécifiques pendant des durées déterminées afin d'éliminer ces contraintes de traction tout en les trempant et en éliminant les augmentations de dureté, améliorant ainsi les niveaux de ténacité et de ductilité pour les ramener à des niveaux acceptables.

Le PWHT peut avoir des répercussions désastreuses s'il n'est pas correctement contrôlé, notamment des distorsions, une fragilisation du tempérament et un ramollissement excessif. C'est pourquoi il est essentiel de demander l'avis d'un professionnel lors du choix des températures et des durées de maintien pour les pièces soudées qui nécessitent ce processus de traitement. Lorsque l'on travaille avec des aciers trempés et revenus tels que les aciers Q&T, il est essentiel d'éviter les températures de traitement thermique supérieures aux températures de revenu d'origine, car cela pourrait entraîner une détérioration de la trempe et du revenu.

Résistance à la corrosion

La capacité du PWHT à réduire les contraintes résiduelles le rend idéal pour prévenir la fissuration par l'hydrogène dans les structures soudées exposées à des environnements difficiles, comme ceux du secteur du pétrole et du gaz, ou pour les réparations critiques sur des fabrications existantes. En effet, dans de nombreux cas, tels que les codes de la section VIII de l'ASME, cette pratique peut même constituer une exigence obligatoire ou des réparations critiques sur des fabrications existantes.

Le soudage produit un important gradient de température entre le métal soudé et le matériau de base, ce qui entraîne l'accumulation de contraintes pendant le soudage et, une fois celui-ci terminé, des contraintes résiduelles atteignant des niveaux inacceptables. Le PWHT réduit ces contraintes résiduelles en chauffant le métal à une température idéale avant de le refroidir progressivement, ce qui permet d'atténuer les problèmes de corrosion ainsi que les complications mécaniques causées par les contraintes résiduelles.

Le PWHT améliore également la microstructure du métal soudé en le trempant, augmentant ainsi la résistance à la fissuration par l'hydrogène dans les environnements corrosifs - un atout inestimable pour maintenir des systèmes de tuyauterie à service acide performants qui continuent à fonctionner aujourd'hui et dans les décennies à venir.

Les traitements PWHT sont souvent nécessaires en raison de conditions de corrosion sévères, ce qui fait de cette forme de traitement une partie intégrante de la conception des tuyauteries dans la plupart des applications. Malheureusement, les cycles multiples peuvent consommer beaucoup d'énergie et poser des problèmes environnementaux. Pour contrer ces effets, les ingénieurs explorent des alternatives telles que les matériaux composites comme moyen efficace de lutter contre la corrosion.

Solidité

Le PWHT réduit et redistribue les contraintes résiduelles dans la zone de soudure, améliorant ainsi la ductilité tout en réduisant le risque de fissuration à froid dans la zone HAZ. En outre, les températures plus élevées utilisées pendant le PWHT peuvent induire des changements métallurgiques tels que le revenu, la précipitation ou le vieillissement, qui renforcent encore les propriétés mécaniques des soudures. Malheureusement, l'utilisation de niveaux de température plus élevés peut avoir des effets secondaires préjudiciables tels que la fragilisation du revenu, le ramollissement excessif et la fissuration de réchauffage.

Les propriétés mécaniques du métal soudé dépendent de sa microstructure, les différents types présentant des caractéristiques de ténacité différentes. Lors du soudage, il se produit un gradient de température élevé entre la soudure et le matériau de base, ce qui entraîne des contraintes thermiques dans la soudure, qui augmentent lorsqu'elle se refroidit, entraînant des contraintes résiduelles susceptibles de dépasser les limites de conception et, en fin de compte, de provoquer une rupture de la soudure. Pour atténuer ce risque, de nombreux codes et normes prescrivent l'utilisation d'un traitement thermique avant soudage sur les structures afin de réduire les contraintes de traction résiduelles à des niveaux acceptables, diminuant ainsi les contraintes résiduelles qui pourraient causer des contraintes résiduelles dans les soudures au cours des processus de soudage.

Pour obtenir des résultats optimaux lors des opérations de PWHT, la soudure doit être soutenue afin d'éviter une déformation excessive. Les supports doivent être conformes aux dimensions de la pièce à traiter et placés à intervalles réguliers en fonction de sa géométrie, de son diamètre et de son épaisseur.