Traitement thermique post-soudure

Le soudage peut entraîner des niveaux élevés de contraintes résiduelles qui, combinées aux contraintes de charge, dépassent la limite d'élasticité du matériau et entraînent une déformation supplémentaire du matériau. Pour minimiser ces niveaux de contrainte et réduire les effets négatifs du traitement thermique après soudage, le traitement thermique après soudage doit être effectué dans le cadre du processus de traitement thermique après soudage.

Les codes et spécifications de l'industrie imposent généralement un traitement PWHT sur des matériaux spécifiques lorsque les conditions de service le permettent ; cette pratique est fréquemment observée dans les secteurs du pétrole et du gaz, de la pétrochimie et du nucléaire.

Réduction des contraintes résiduelles

Les contraintes résiduelles résultant du soudage peuvent affaiblir considérablement l'équipement, augmentant ainsi sa vulnérabilité à la corrosion sous contrainte. Le processus PWHT réduit ces contraintes pour éviter de tels dommages, en chauffant toutes les structures à une température de transformation critique inférieure pendant une période prolongée, ce qui revient à chauffer l'ensemble comme une unité intégrée.

Le Pwht n'est pas comparable aux procédés de normalisation ou de recuit utilisés pour améliorer les propriétés mécaniques en modifiant les caractéristiques micro-structurelles ; cependant, comme ces traitements thermiques, il permet de réduire et de redistribuer les contraintes résiduelles créées au cours des processus de soudage.

En général, une température de pointe plus élevée et un temps de trempage plus long entraînent une plus grande réduction des contraintes résiduelles. Il est toutefois important de se rappeler que des températures de pointe trop élevées peuvent déformer les composants ; pour préserver leur forme pendant le traitement, il est judicieux de placer des tréteaux de soutien à intervalles réguliers à l'intérieur de la cuve.

Dans cette étude, nous avons étudié l'effet de l'apport de puissance des diodes sur la réduction des contraintes résiduelles dans les ponts en acier inoxydable 316L soudés au laser en utilisant l'apport de puissance des diodes. Nos résultats ont démontré qu'un processus de traitement in situ de chauffage de l'eau par plasma réduisait de manière significative les contraintes résiduelles par rapport aux ponts de contrôle ; il semblait plus étroitement lié à la température maximale atteinte qu'au temps de séjour à cette température, comme le prévoient les mécanismes de réduction des contraintes tels que l'annihilation des dislocations et le fluage.

Ténacité accrue

À haute température, le soudage modifie la microstructure de l'acier en augmentant sa dureté tout en diminuant sa ténacité et sa ductilité, ce qui peut poser des problèmes lorsqu'il est utilisé dans des applications soumises à des niveaux élevés de contraintes cycliques, comme les cuves et les tuyaux sous pression. L'hydrotraitement à chaud peut contribuer à atténuer ces problèmes en réduisant la dureté des soudures tout en ramenant la ténacité et la ductilité à un niveau plus proche des spécifications de conception ; en outre, il homogénéise la microstructure de l'acier pour réduire les concentrations de contraintes et prévenir les fractures dans les soudures.

Une approche courante pour déterminer si les soudures doivent être soumises à un PWHT consiste à effectuer une analyse de la mécanique des fractures. Il s'agit d'établir des relations entre les niveaux de contraintes appliquées et résiduelles, la taille des défauts susceptibles d'échapper à l'inspection, les propriétés des matériaux (ténacité à la rupture et limite d'élasticité) et les niveaux de contraintes, afin de calculer les niveaux de ténacité minimaux requis pour éviter les ruptures sous charge.

Cependant, cette approche peut parfois s'avérer inefficace ; les résultats peuvent dépendre fortement des circonstances exactes dans lesquelles le soudage a lieu. Par conséquent, pour obtenir des résultats précis et reproductibles, il est essentiel d'utiliser une géométrie de soudure bien définie avec un matériau d'apport approprié afin de réaliser des soudures précises.

Le PWHT exige que les soudures soient soutenues de manière appropriée pendant les processus de chauffage et de refroidissement afin de minimiser les distorsions, ce qui peut être réalisé à l'aide de chevalets façonnés spécifiquement pour les composants et placés à intervalles réguliers sur leur longueur. Afin de garantir un soutien adéquat pendant ces processus, il convient d'utiliser des supports constitués de matériaux ayant un coefficient de dilatation thermique similaire, de manière à ce qu'ils ne se déplacent pas pendant les cycles de chauffage/refroidissement.

Augmentation de la ductilité

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) est un processus essentiel qui réduit les contraintes résiduelles et modifie la microstructure du métal soudé afin d'augmenter la ténacité, la ductilité et la résistance aux conditions de charge dynamique. Cependant, lorsqu'il est mal réalisé, le traitement thermique post-soudure peut augmenter les niveaux de contraintes résiduelles tout en diminuant les propriétés mécaniques de la structure traitée.

Les procédés PWHT peuvent minimiser ces impacts négatifs en garantissant que les matériaux sont chauffés à leur température idéale pendant une durée appropriée, puis refroidis rapidement, éliminant ainsi les gradients thermiques excessifs qui augmentent le risque de fissuration par corrosion sous contrainte dans un environnement oxydant.

Les experts se demandent s'il serait possible de produire en toute sécurité de grands volumes de biomasse pour alimenter les voitures électriques à l'avenir. La réalité de ces affirmations n'est pas encore connue avec certitude. Bien que la plupart des recherches sur le PWHT des métaux de soudure HSS se soient concentrées sur les fils pleins, il reste peu de connaissances sur les effets des différentes températures de PWHT et des temps de maintien sur les soudures créées avec des fils fourrés métalliques. L'objectif de cette étude était d'examiner comment le PWHT à différentes températures et durées de maintien affecte la microstructure et les propriétés mécaniques des soudures produites à l'aide d'électrodes de soudage NiTi à fil fourré métallique. Pour atteindre cet objectif, une analyse MEB a été réalisée sur des échantillons de soudure exposés à différentes températures de PWHT pendant différents temps, tandis qu'une analyse de la fraction de surface de carbidode a été utilisée sur ces échantillons pour analyser tout changement dans la microstructure ou la dureté causé par ces différents temps de PWHT.

Réduction des fractures fragiles

Le PWHT (Pressure Wash Heating Treatment) garantit que les joints des structures soudées, telles que les pipelines et les réservoirs sous pression, peuvent résister à des pressions élevées et à des environnements corrosifs, et contribue à réduire le risque de rupture fragile. C'est pourquoi le PWHT est devenu une pratique courante dans l'industrie pétrolière et gazière et dans les normes réglementaires pour les centrales nucléaires ; en outre, il protège les réacteurs nucléaires contre la fatigue thermique en protégeant les joints soudés par un traitement PWHT.

Crackwise 3 a été utilisé pour évaluer si le C-Mn et les aciers faiblement alliés peuvent résister à une rupture fragile sans PWHT en effectuant plusieurs calculs basés sur des défauts de rupture de surface semi-elliptiques, la ténacité requise du matériau étant calculée en utilisant sa valeur maximale par rapport à l'épaisseur (K mat ). La courbe maîtresse est corrélée à la résistance à l'effondrement plastique des fronts de fissure ; par conséquent, les composants plus épais nécessiteraient probablement des valeurs de ténacité plus élevées, car il serait plus probable que les régions de l'échantillon présentent des valeurs de ténacité réduites lors de l'initiation de l'effondrement plastique.

Les calculs ont révélé que l'utilisation du PWHT pour réduire la rupture fragile des composants en acier C-Mn/alliage faible peut réduire de manière significative les taux de rupture fragile en raison de niveaux de contraintes résiduelles plus faibles, d'une microstructure améliorée et de la trempe de régions potentiellement fragiles. Cette réduction peut se produire même pour des composants très épais en raison de la diminution des niveaux de contraintes résiduelles et de l'amélioration de la microstructure, ainsi que de la trempe des régions dures et potentiellement fragiles.