Traitement thermique après soudage et résistance à la corrosion

Les normes de soudage spécifiques à certains secteurs imposent souvent un traitement thermique après soudage (PWHT) pour certains matériaux. Le PWHT contribue à garantir l'intégrité des composants soudés dans des conditions extrêmes, notamment dans des environnements tels que les centrales électriques à combustibles fossiles, les cuves de réacteurs nucléaires et d'autres types d'équipements sous pression.

Ce processus peut prendre beaucoup de temps et nécessiter un équipement spécifique. Cette procédure peut entraîner des déformations ou un gauchissement des équipements soudés, ce qui nécessite des mesures correctives pour y remédier.

Réduction des contraintes résiduelles

Le traitement thermique après soudage (PWHT) permet de réduire les contraintes résiduelles, de contrôler la dureté du matériau et d’améliorer la résistance mécanique une fois le soudage terminé. Le PWHT doit être effectué après le soudage des récipients sous pression, des conduites et des centrales nucléaires afin d’atténuer les risques de défaillance des soudures, tels qu’un risque accru de fissuration ou une susceptibilité à la rupture fragile ; le non-respect de cette exigence peut entraîner une défaillance de la soudure et une susceptibilité accrue à la rupture. Le PWHT constitue une méthode efficace et économique pour se conformer aux normes industrielles strictes tout en garantissant une plus grande sécurité.

Selon l'application, les niveaux de contraintes résiduelles dans le métal soudé, la zone affectée thermiquement et le métal de base adjacent peuvent atteindre la limite d'élasticité ; dans de tels cas, le traitement thermique post-soudage (PWHT) permet de soulager et de redistribuer ces contraintes résiduelles afin d'améliorer la déformation sous contrainte des soudures tout en reproduisant un comportement structurel similaire à celui du matériau de base.

Cet article étudie les effets d'un traitement thermique post-soudage (PWHT) uniforme sur des plaques en acier à haute résistance (HSS) soudées selon un assemblage en X avec un métal d'apport présentant un coefficient de correspondance légèrement supérieur. Des sections ont été découpées mécaniquement, puis soumises à divers cycles de PWHT et à des essais de traction avant de faire l'objet d'analyses macroscopiques et microscopiques. Les résultats montrent que les modifications induites par le PWHT, telles que la formation de martensite jumelée dans la zone affectée thermiquement (HAZ) et la zone de fusion (FZ), peuvent réduire considérablement les niveaux de contraintes résiduelles à des valeurs inférieures à celles observées dans le métal de base (BM), tout en réduisant de manière significative les concentrateurs de contraintes dans la zone de soudure et en améliorant la déformation d'actionnement à des niveaux proches de ceux observés dans le BM.

Contrôle de la dureté

Le traitement thermique après soudage (PWHT) permet de réduire les contraintes résiduelles générées par les procédés de soudage, lesquelles pourraient, sans intervention, entraîner des problèmes de fissuration induite par l'hydrogène ou de fissuration par corrosion sous contrainte. Le PWHT consiste à chauffer le matériau puis à le refroidir lentement, ce qui favorise la redistribution et la relaxation des contraintes tout en améliorant la ductilité, ce qui renforce la résistance à la fissuration sous contrainte.

Le PWHT peut également être utilisé pour provoquer des transformations de phase ou des précipitations visant à améliorer la résistance et la ténacité des matériaux ; toutefois, pour que ce procédé fonctionne correctement, il est nécessaire de contrôler de nombreuses variables, telles que la température et la durée d'exposition du matériau.

Réaliser un test de dureté pour déterminer si une pièce nécessite un traitement thermique post-fabrication (PWHT) est relativement simple. Remplissez une cuvette d'eau, ajoutez les réactifs tampons et indicateurs, agitez, puis comptez le nombre de gouttes nécessaires pour atteindre le point final (généralement rouge et bleu). Certains photomètres offrent la possibilité de mesurer la dureté calcique séparément de la dureté totale, ce qui permet d'obtenir une image précise de la qualité de votre matériau. Il peut arriver que vous obteniez un point final violet au lieu d’un point final bleu ; cela est généralement dû à une interférence du cuivre (provenant d’algicides ou de canalisations), mais peut être corrigé en ajoutant quelques gouttes supplémentaires de titrant au début.

Amélioration de la force

Le traitement thermique post-soudage permet non seulement de réduire et de redistribuer les contraintes résiduelles, mais il peut également entraîner des modifications métallurgiques qui augmentent la résistance. Aux températures plus élevées utilisées au cours de ce processus, un recuit ou une précipitation peuvent se produire, ce qui réduit la dureté tout en améliorant la ductilité et en diminuant le risque de rupture.

Les équipements de traitement thermique post-soudage (PWHT) offrent des avantages considérables à leurs utilisateurs. Ils permettent de garantir que les soudures résistent à des environnements soumis à de fortes contraintes sans présenter de défaillance ni de fuite, ce qui revêt une importance particulière pour les raffineries de pétrole et de gaz, les usines pétrochimiques et les centrales nucléaires, où les équipements doivent résister à des conditions extrêmes.

Les procédés de traitement thermique post-soudage (PWHT) peuvent s'avérer coûteux en raison de leur dépendance à l'égard d'installations et d'équipements spécialisés, ainsi que des cycles de chauffage et de refroidissement qui prennent beaucoup de temps, ce qui augmente les coûts des projets et retarde leur calendrier. La répétition des cycles de chauffage et de refroidissement peut entraîner une fatigue thermique dans certains alliages, réduisant ainsi leur durée de vie au fil du temps.

Intertek propose des services de traitement thermique post-soudage (PWHT) visant à améliorer la microstructure des soudures et à réduire les contraintes résiduelles dans les composants soudés. Nous disposons d’une vaste expérience dans la réalisation de traitements thermiques post-soudage (PWHT) pour des applications couvrant les secteurs du pétrole et du gaz, de la pétrochimie, de la production d’électricité, de la transformation chimique et de la fabrication d’acier et de métaux, ainsi que pour les matériaux au carbone et les aciers inoxydables ou fortement alliés, conformément aux spécifications de la section VIII de l’ASME ou à des limites d’épaisseur spécifiques.

Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion est l'une des caractéristiques essentielles qui permettent d'utiliser les métaux dans de nombreuses applications pratiques. Elle résulte à la fois de leurs propriétés intrinsèques de résistance à la corrosion et des mesures de protection mises en œuvre pour prévenir les dommages causés par la corrosion.

Le chrome présent dans l'acier inoxydable contribue à la formation d'une couche passive d'oxyde de chrome qui empêche l'oxygène de pénétrer dans le métal de base et prévient ainsi la corrosion et la rouille. D'autres éléments, tels que le nickel, le manganèse et le molybdène, renforcent également la résistance à la corrosion des aciers inoxydables.

Un manque de résistance à la corrosion peut s'avérer fatal pour les équipements biomédicaux. Les stents métalliques utilisés dans les valves cardiaques transcathéter doivent présenter une excellente résistance à la corrosion ; le non-respect de cette norme pourrait entraîner des défaillances mécaniques du stent et des réactions biologiques indésirables, mettant en danger tant le patient que le personnel soignant.

Le PWHT améliore la résistance à la corrosion des matériaux en les recuitant ou en provoquant la précipitation de phases afin de réduire leur dureté, tout en améliorant simultanément leur ténacité et leur ductilité, ce qui contribue à réduire les défaillances des soudures ainsi que le risque de rupture par surcharge. Le PWHT est fréquemment requis dans divers secteurs : les aciers écrouis, les aciers au carbone et faiblement alliés, ainsi que les secteurs pétrolier, gazier et nucléaire, imposent souvent le PWHT lors de la réparation d’équipements sous pression.