Traitement thermique post-soudure

Les déformations dues à la chaleur des soudures peuvent faire des ravages sur les structures. Un contrôle précis de la température pendant le traitement thermique post-soudure (PWHT) permet de réduire au minimum la distorsion, ce qui soulage les tensions et rétablit la résistance et la ductilité des composants soudés.

Le traitement thermique post-soudure (TCPS) fait référence à une série de procédés conçus pour atténuer les contraintes résiduelles et améliorer la qualité des soudures en relâchant les contraintes résiduelles, en améliorant la microstructure de la zone de soudure et en éliminant l'hydrogène des aciers inoxydables afin de prévenir les fissures dues à la corrosion sous contrainte. Le recuit est souvent utilisé pour ce processus.

Soulagement du stress

La réduction des contraintes est souvent essentielle pour garantir la fiabilité à long terme des constructions soudées, car les contraintes résiduelles augmentent leur susceptibilité à la corrosion sous contrainte, ce qui nécessite souvent des réparations imprévues et des coûts d'entretien plus élevés.

Ce processus consiste à chauffer le métal fabriqué à des températures supérieures à sa température critique inférieure, puis à le refroidir progressivement afin de maintenir les propriétés du matériau et d'éviter les déformations. Les vitesses de chauffage et de refroidissement doivent être gérées avec soin afin d'éviter les déformations et de garantir la constance des propriétés du matériau.

Les grands composants peuvent être placés dans un four et chauffés uniformément ; cette méthode est la plus efficace pour traiter les soudures circonférentielles sur les tuyaux ou les soudures de fermeture sur les longs récipients sous pression. Si un composant est trop grand pour être placé dans un four ou s'il a une forme inhabituelle, un chauffage localisé peut être utilisé à la place, en appliquant des températures de détente uniquement là où elles sont nécessaires, tout en évitant les dilatations thermiques déséquilibrées entre les zones chauffées et non chauffées de la surface du composant.

Normalisation

La normalisation consiste à chauffer le matériau au moyen d'un four ou d'une flamme au-dessus de son point critique supérieur pendant une durée déterminée en fonction de sa classification et de l'effet recherché, puis à l'immerger dans l'air ambiant et à le refroidir lentement pour normaliser sa microstructure - en affinant la structure du grain, en augmentant l'uniformité et en atténuant les contraintes internes résultant de ce processus.

Le PWHT permet aux atomes d'hydrogène piégés pendant le soudage ou le durcissement par trempe/chaleur de se diffuser hors de la soudure, ce qui réduit considérablement le risque de fragilisation par l'hydrogène et de fissuration induite par l'hydrogène, tout en augmentant la ténacité et en atténuant les effets de durcissement des traitements thermiques antérieurs.

L'optimisation du cycle de chauffage et de refroidissement est essentielle pour la détente ou le revenu des matériaux afin d'éviter les distorsions qui peuvent se produire lorsque le matériau subit des températures élevées au cours de ce processus. Ceci est particulièrement essentiel lors du traitement de structures ou de composants longs et difficiles à manier, tels que les réservoirs sous pression ASME Section VIII ou les réservoirs de stockage API 650. Deux réglementations industrielles assorties de conseils clairs peuvent vous aider à sélectionner une méthode de traitement thermique post-soudure appropriée.

Trempe

Cette technique consiste à chauffer les métaux à des températures inférieures à celles nécessaires à la normalisation, afin de favoriser les changements métallurgiques qui réduisent la dureté et augmentent la ductilité, et d'aider à prévenir les fissures liées à la fragilisation par l'hydrogène dans les applications de soudage d'acier de forte épaisseur.

Une gestion précise de la température est essentielle lors de l'utilisation de techniques de préchauffage, car une chaleur trop élevée ou trop faible peut entraîner la formation d'éléments de tension qui créent des distorsions ou des contraintes dans la zone de soudure. C'est pourquoi les systèmes de chauffage par résistance électrique ou par induction sont couramment utilisés pour les applications de préchauffage.

Les métaux soudés trempés ont tendance à devenir cassants et à se fissurer facilement après avoir été trempés, ce qui rend les réparations coûteuses par la suite si des équipements sous pression critiques nécessitent des réparations coûteuses. Le revenu et le réchauffage en douceur des soudures après durcissement par trempe rendent ces métaux moins fragiles et moins susceptibles de se fissurer, ce qui permet d'éviter des réparations coûteuses, en particulier dans le cas d'équipements sous pression critiques, tels que les cuves sous pression, pour lesquels ce type de traitement peut être exigé par le code.

Bake-Out à l'hydrogène

Il est parfois nécessaire d'utiliser un traitement thermique spécial après soudage, connu sous le nom d'étuvage à l'hydrogène, conçu pour éliminer l'hydrogène piégé avant et pendant les conditions de service ultérieures telles que les cycles de pression.

L'étuvage à l'hydrogène consiste à chauffer la pièce soudée à sa température maximale pendant au moins une heure par pouce d'épaisseur afin d'atténuer les contraintes résiduelles, d'améliorer la résistance aux ruptures fragiles et de réduire les risques de fragilisation par l'hydrogène des fabrications en acier.

Le chauffage des pièces soudées est souvent effectué par induction ; un courant électrique alimente un élément enroulé autour de la pièce soudée qui crée des champs magnétiques et induit un chauffage résistif dans le métal. Des thermocouples de contrôle de la température permettent de mesurer avec précision les pics de température sans affecter les autres composants de la structure. Lorsqu'il est bien réalisé, ce processus permet de reprendre la production plus rapidement.