Traitement thermique post-soudure

Le PWHT (Post Weld Heat Treatment) permet d'atténuer et de redistribuer les contraintes résiduelles introduites pendant le soudage. En outre, il tempère la microstructure de la soudure et diffuse de l'hydrogène pour réduire les risques de fissuration ou de corrosion en service.

Le PWHT à des températures plus élevées permet non seulement de réduire les contraintes, mais aussi d'obtenir des effets de trempe ou de précipitation sur le métal soudé, ce qui se traduit par une diminution de la dureté et une amélioration de la ductilité.

Recuit

Le revenu est une forme de traitement thermique qui consiste à chauffer la soudure en dessous de sa température de transformation critique pendant une période prolongée, afin de redistribuer les contraintes résiduelles générées pendant le soudage, qui peuvent avoir entraîné des défauts tels qu'une rupture fragile ou une amélioration des propriétés mécaniques de la zone affectée thermiquement (ZAT) grâce à une réduction de la fragilité et de la susceptibilité à la corrosion.

Le recuit rend le métal plus facile à travailler en diminuant sa dureté et en augmentant sa ductilité, ce qui permet aux utilisateurs d'utiliser moins de force pour le façonner ou l'emboutir. Il est souvent utilisé pour fabriquer des formes complexes à un coût inférieur à celui des opérations d'usinage traditionnelles.

Le détensionnement est une autre procédure courante de PWHT, dans laquelle les soudures sont chauffées en dessous de leur température de transformation critique pendant une durée déterminée, afin de soulager les contraintes résiduelles et d'améliorer les propriétés mécaniques de la soudure. Elle est particulièrement utile pour les soudures d'équipements sous pression.

La trempe et le revenu ne sont pas toujours nécessaires ; leur nécessité dépend de la composition et de la ténacité des matériaux de soudure et de base utilisés dans les applications de soudage, mesurées à l'aide d'essais d'absorption d'énergie Charpy. En outre, la température et la durée doivent être gérées avec soin dans le cadre du PWHT, car une température excessive ou des durées de trempage prolongées peuvent entraîner une fragilisation ou un ramollissement excessif, ce qui compromet considérablement la résistance des matériaux trempés et revenus.

Normalisation

La normalisation est un processus complexe conçu pour affiner la microstructure des aciers et des métaux ferreux. L'objectif est de réduire la teneur en carbone, d'accroître la ductilité et la résistance, ainsi que de réduire le risque de fissuration ou de rupture lié à la soudure. La normalisation fait partie intégrante de la préparation des soudures, mais elle doit être confiée à des entreprises expérimentées pour obtenir les meilleurs résultats.

Les procédés de soudage conventionnels produisent des distributions de contraintes résiduelles significatives dans les métaux soudés et les matériaux de base, qui peuvent atteindre des niveaux proches de leur limite d'élasticité dans certaines conditions, entraînant une fracture trans-granulaire dans les zones soudées et une défaillance générale de la structure. Cela peut produire des contraintes résiduelles importantes dans les soudures ainsi que dans les métaux de base, créant des contraintes résiduelles d'une ampleur significative qui s'approchent de leur limite d'élasticité ou de la limite d'élasticité de l'un ou l'autre matériau, ce qui entraîne une défaillance générale des deux structures soudées.

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) est nécessaire pour éliminer les contraintes résiduelles fragiles. Les normes de fabrication actuelles pour les appareils à pression et les tuyauteries exigent un traitement thermique post-soudure lorsque l'épaisseur de la soudure dépasse certaines limites, en fonction des propriétés d'absorption d'énergie Charpy et de la température de service prévue.

Les limites du PWHT sont assez conservatrices et il peut y avoir beaucoup de place pour des dérogations. Cependant, le choix des températures et des durées appropriées pour le traitement thermique est d'une importance cruciale, car cela affectera le revenu, la précipitation ou le vieillissement des métaux de base, ainsi que la résistance finale à la traction et la ténacité des assemblages soudés.

Refroidissement

Les procédés de soudage conventionnels produisent des contraintes résiduelles significatives dans les pièces soudées qui, dans des circonstances de contrainte élevée, peuvent approcher la limite d'élasticité des matériaux de base et des matériaux soudés. Le traitement thermique post-soudure (PWHT) permet d'atténuer et de redistribuer ces contraintes résiduelles et de tempérer la microstructure du métal soudé tout en diffusant de l'hydrogène afin d'empêcher la fissuration induite par l'hydrogène dans les zones soudées.

Le PWHT (Pressure Wash Heating Treatment) consiste à chauffer des parties (ou l'ensemble) d'une fabrication soudée à des températures élevées pendant environ une heure par pouce d'épaisseur, généralement pendant au moins une heure par soudure. Les soudures, ainsi que souvent une zone autour d'elles des deux côtés, sont immergées dans cet environnement chauffé pour permettre aux contraintes résiduelles de se détendre et de se redistribuer plus uniformément sur l'ensemble de leur corps.

Il convient de demander l'avis d'un spécialiste concernant les températures et les durées de soudage appropriées pour les différents aciers afin d'éviter les effets de trempe ou de vieillissement qui réduisent la ténacité ou la ductilité, ce qui pourrait compromettre la résistance de la pièce soudée aux charges de contrainte et de fatigue, entraînant sa rupture par cassure fragile.

Les codes actuels des appareils à pression et des tuyauteries stipulent que tout composant soudé ne doit pas dépasser une certaine limite d'épaisseur, généralement déterminée par les propriétés du matériau soumis à l'essai Charpy. Malheureusement, ce critère d'épaisseur limite est basé sur des hypothèses prudentes ; des anomalies existent. Dans certains cas, il peut même être utilisé pour obtenir une dérogation aux exigences du PWHT, mais en toute sécurité.

Préparation

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) est un processus dans lequel des parties d'un élément soudé sont chauffées à des températures élevées pendant une période prolongée, afin de soulager les contraintes résiduelles et de tempérer la microstructure du métal de la soudure. Il réduit la fissuration induite par l'hydrogène ainsi que la fissuration par corrosion sous contrainte en renforçant la résistance et la ductilité - en atténuant potentiellement les effets de la fissuration induite par l'hydrogène ou de la fissuration par corrosion sous contrainte.

Les procédés de soudage conventionnels génèrent des contraintes résiduelles considérables à l'intérieur d'un élément soudé, souvent proches de sa limite d'élasticité, ce qui crée des répartitions importantes de contraintes résiduelles de tension dans l'ensemble de l'élément soudé. Le PWHT atténue ces contraintes résiduelles de traction par des mécanismes de déformation plastique tels que le fluage et la diffusion de la déformation afin de permettre leur redistribution de manière plus uniforme sur la zone du joint.

La plupart des codes de conception actuels pour les tuyauteries et les appareils à pression imposent le TPP jusqu'à une valeur d'épaisseur limite, en fonction de la qualité de l'acier, de sa composition, des conditions de soudage et du mode de défaillance probable. Bien que le TPP réduise considérablement les contraintes résiduelles, celles-ci ne peuvent pas disparaître complètement malgré l'application du TPP.

Le PWHT est bien adapté aux composants de forme allongée, tels que les soudures circonférentielles sur les tuyaux ou les soudures de fermeture sur les longs récipients sous pression. Pour mettre en œuvre cette forme de PWHT, le composant est soudé autour d'un élément chauffé par la technologie de l'induction - cette méthode de chauffage étant beaucoup plus rapide que les brûleurs traditionnels ou les chauffages à résistance électrique.