Traitement thermique des soudures

Le traitement thermique des soudures (PWHT) peut améliorer l'intégrité des soudures en faisant fondre et en fusionnant les couches de métal à proximité, en réduisant le risque de corrosion ou d'accumulation de contraintes dans les futures soudures et en augmentant la résistance de la structure.

Le chauffage peut également soulager les contraintes résiduelles en réchauffant lentement et uniformément le type d'acier, avec des durées et des températures qui dépendent de sa composition.

Préchauffage

Le préchauffage consiste à chauffer les pièces d'acier ou de métal qui seront soudées avant de les assembler par des procédés de soudage, afin de réduire leur vitesse de refroidissement, ce qui produit des structures plus ductiles avec une résistance accrue aux fissures et des taux de fissuration réduits. Le préchauffage permet également d'évacuer l'hydrogène susceptible de fragiliser le gaz de soudure et de réduire les contraintes de retrait dans les assemblages fortement contraints.

Le préchauffage peut être effectué à l'aide de diverses formes d'équipement de chauffage, notamment des chalumeaux à gaz, des flammes oxygaz, des réchauffeurs à induction et des couvertures électriques. Quelle que soit la méthode employée pour appliquer le préchauffage, sa température doit être uniforme sur toutes les épaisseurs, car toute incohérence peut entraîner une augmentation des contraintes résiduelles, des déformations ou des changements métallurgiques indésirables.

La plupart des codes de soudage stipulent une température de préchauffage minimale pour un métal de base, un procédé de soudage et une épaisseur de section donnés. Toutefois, en l'absence d'un tel seuil minimal, l'ingénieur en soudage doit décider si un préchauffage est nécessaire et quel serait le réglage approprié dans une situation donnée.

Chauffage du poste

Le post-chauffage pendant le traitement thermique de la soudure vise à minimiser le risque de fissuration à froid induite par l'hydrogène, généralement en augmentant et en maintenant la température de préchauffage pendant un certain temps après le soudage. Cette méthode permet de diffuser l'hydrogène qui s'est accumulé entre le métal de base et le métal soudé et de le ramener à un état austénitique, éliminant ainsi les risques potentiels de fissuration.

Le traitement thermique de détente est utilisé pour atténuer et redistribuer les contraintes résiduelles induites pendant le soudage en diminuant la limite d'élasticité du métal soudé et en augmentant le point de fusion du matériau de base.

Le post-chauffage local peut généralement être réalisé à l'aide de tapis chauffants en céramique - généralement constitués de fils résistifs tissés à travers des billes de céramique contrôlées par une console électronique - qui sont appliqués après la soudure. Ils sont idéaux pour les composants de grande taille tels que les soudures circonférentielles sur les tuyaux ou les soudures de fermeture sur les longs appareils à pression.

Soulagement du stress

Le PWHT (Post Weld Heat Treatment) est un processus de traitement thermique après soudage utilisé pour atténuer les contraintes internes introduites pendant le soudage. Pour ce faire, les pièces d'acier sont immergées à des températures bien supérieures à leur point de fusion pendant une durée calculée sur la base d'une heure par pouce d'épaisseur.

Essentiellement, cela permet au matériau de relâcher ses contraintes résiduelles par déformation plastique, ce qui entraîne une réduction des valeurs maximales des contraintes et une redistribution autour des entailles et des concentrateurs de contraintes.

Certains alliages nécessitent cette étape dans le cadre du processus de soudage afin de protéger leur intégrité. Sans relâchement des niveaux élevés de contrainte, des distorsions peuvent se produire pendant le travail d'usinage et les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés peuvent même se fracturer. C'est pourquoi de nombreux métaux d'apport de l'American Welding Society doivent faire l'objet d'un essai de classification à l'état PWHT, ou à l'état détendu, avant que l'essai de classification puisse avoir lieu.

Vieillissement

Un traitement thermique à basse température immédiatement après le soudage peut aider à diffuser plus rapidement l'hydrogène hors de la soudure et de la zone affectée thermiquement, réduisant ainsi le risque de fissuration à froid induite par l'hydrogène - en particulier pour les aciers très sensibles à la fissuration et les joints épais.

Le traitement thermique après soudage est une étape essentielle pour garantir la fiabilité à long terme des composants soudés. Il soulage les contraintes résiduelles tout en alignant les propriétés des soudures sur celles de leur substrat métallique de base - augmentant ainsi la ductilité, la résistance à la fatigue, la résistance à la corrosion, la formabilité et l'intégrité de la traction.

Le PWHT est essentiel pour le soudage dans des conditions exigeantes, notamment lors de l'utilisation de métaux d'apport de formes différentes. Hobart Brothers fournit des conseils métallurgiques d'experts sur la sélection de métaux d'apport spécifiquement adaptés à votre application, ainsi que des conseils sur le processus de PWHT le plus approprié et les taux de chauffage/refroidissement afin d'éviter les chocs thermiques, les déformations ou un relâchement inégal des contraintes. Pour plus d'informations sur le traitement thermique des soudures, téléchargez notre série "PWHT for Welded Construction".