Traitement thermique post-soudure

Le PWHT réduit les contraintes résiduelles, améliore les propriétés mécaniques et augmente la résistance à la corrosion des pièces soudées, ce qui accroît leur fiabilité en tant que structures soudées. Mais avant de commencer les traitements PWHT, il est essentiel d'en comprendre toutes les limites et les dangers potentiels.

Le PWHT (Pressure Wash Heat Treating) consiste à chauffer l'acier à des températures inférieures à sa plage de transformation et à le maintenir à cette température pendant une période prolongée. Ce sujet technique nécessite des connaissances et des équipements spécialisés.

Soulagement du stress

Le traitement thermique post-soudure (TPS), également connu sous le nom de détente post-soudure, réduit et redistribue les contraintes résiduelles dans les pièces soudées tout en améliorant leurs propriétés mécaniques telles que la ductilité et la ténacité. Le PWHT consiste à chauffer le métal à une température précise pendant une période prolongée, qui doit toutefois rester inférieure à sa température de transformation afin d'éviter d'endommager les propriétés du matériau.

Des tensions internes se forment souvent au cours des processus de fabrication tels que l'usinage, l'emboutissage et le soudage. Cela entraîne des déformations dans les composants qui doivent être éliminées pour pouvoir être utilisées. Le PWHT fournit un mécanisme de soulagement thermique qui peut atténuer ces tensions sans altérer leurs propriétés physiques.

Il convient de noter que le processus de détensionnement peut être affecté par l'environnement. Un taux d'humidité élevé ou une exposition à des produits chimiques peuvent altérer le processus de PWHT et diminuer l'efficacité du détachement des contraintes résiduelles, augmentant ainsi le risque de défaillance de la soudure ainsi que le risque de corrosion.

L'hydrotraitement à chaud ne réduit pas seulement les contraintes résiduelles, il peut aussi protéger contre la corrosion. Lorsqu'il est exposé simultanément à des conditions de contrainte et de corrosion, le métal peut devenir vulnérable à la fissuration par corrosion en raison d'un déséquilibre entre les contraintes de tension et la déformation élastique de sa structure matérielle. L'allègement des contraintes au cours du PWHT permet d'éviter ce phénomène en diminuant les contraintes de tension tout en augmentant la déformation élastique, ce qui permet d'éviter complètement la fissuration par corrosion.

Propriétés mécaniques

Comme le soudage crée d'importants gradients de température entre le métal soudé et les matériaux de base, les contraintes résiduelles dans le matériau soudé peuvent réduire sa résistance. Un traitement thermique post-soudage (PWHT) peut être utilisé pour atténuer ces contraintes et améliorer les propriétés mécaniques - ce processus est communément appelé PWHT.

Le PWHT consiste à chauffer un matériau soudé en dessous de sa température de transformation critique inférieure et à le maintenir à cette température pendant une durée déterminée. Cette opération est généralement réalisée sur des appareils à pression et d'autres pièces d'équipement qui exigent des niveaux élevés de sécurité et de fiabilité. Il peut contribuer à réduire les ruptures fragiles dans les soudures tout en augmentant leurs propriétés de résistance à la traction.

Cependant, il faut garder à l'esprit que le PWHT peut également dégrader certaines propriétés mécaniques, notamment la résistance aux chocs et la ductilité des soudures ; néanmoins, ses avantages restent considérables.

Il a été démontré que le PWHT améliore de manière significative les propriétés mécaniques des matériaux NiTi soudés, en particulier la localisation de la déformation plastique dans les régions à gros grains telles que HAZ et FZ, en supprimant la formation de dislocations et en diminuant la déformation d'actionnement dans ces régions ; un effet attribué à la dissolution des phases g de renforcement au cours du PWHT.

Résistance à la corrosion

Le traitement thermique post-soudure (PWHT), ou traitement thermique post-soudure, est un processus réalisé après le soudage pour garantir la conformité avec les codes et spécifications de l'industrie et réduire le risque de corrosion. Il s'agit d'une étape intégrale qui doit avoir lieu si l'on veut que les matériaux répondent aux spécifications de l'industrie tout en les protégeant contre la corrosion.

Le traitement thermique consiste à chauffer le métal soudé à une température spécifique avant de le refroidir lentement, afin de soulager les contraintes résiduelles produites pendant le soudage et de prévenir la fissuration induite par l'hydrogène (HIC). En outre, ce traitement peut améliorer les propriétés mécaniques en créant un matériau plus homogène avec une dureté réduite.

La normalisation consiste à chauffer le matériau à des températures plus élevées pendant plus longtemps que lors du recuit, ce qui permet d'obtenir une structure de grain plus fine adaptée à des applications plus résistantes. Toutefois, il faut garder à l'esprit que certaines structures ne peuvent pas subir de PWHT de normalisation, car les composants de grande taille et de forme complexe sont incapables de se soutenir eux-mêmes à la température de trempage, ce qui provoquerait probablement un flambage et une distorsion catastrophiques. Par conséquent, l'UGV ne doit être effectuée que sur des composants qui peuvent être facilement soutenus ; par exemple, l'extrémité bombée d'un appareil à pression est un excellent candidat pour l'UGV de normalisation. L'hydrolyse à haute température de re-solution peut être utilisée pour dissoudre les carbures de chrome situés le long des joints de grains entre la ferrite delta et l'austénite, qui pourraient nuire à la résistance à la corrosion par piqûre du revêtement de soudure en acier inoxydable duplex (DSS).

Conditions environnementales

Le PWHT est une étape essentielle dans la conception et l'entretien de nombreuses structures en acier telles que les appareils à pression, les équipements de tuyauterie, les ponts et les plates-formes offshore. Le PWHT réduit la fissuration due à l'environnement en réduisant les contraintes résiduelles de la soudure et en tempérant la microstructure du métal soudé, tout en augmentant la ténacité pour une meilleure résistance aux charges et aux conditions environnementales que l'assemblage soudé subira au cours de sa durée de vie.

Le PWHT est généralement requis dans les applications structurelles impliquant des aciers au carbone au-delà d'un seuil d'épaisseur défini par le code et des aciers faiblement alliés afin de réduire les contraintes résiduelles causées par le soudage qui pourraient sinon conduire à l'apparition de fissures et à une éventuelle rupture fragile. Le processus comprend le préchauffage, le trempage, le chauffage jusqu'à la température cible et le refroidissement contrôlé afin de minimiser les distorsions ou les contraintes résiduelles dans les zones de soudure adjacentes.

Les PWHT locaux, tels que les configurations ponctuelles ou en œil de bœuf, sont fréquemment utilisés après les réparations et les modifications des soudures dans les appareils à pression et les systèmes de tuyauterie. Il est essentiel d'étudier soigneusement les configurations PWHT locales pour éviter les distorsions, les fissures et autres dommages qui prolongent les temps d'arrêt des réparations. Des analyses thermo-mécaniques avancées par éléments finis des configurations PWHT locales et de leurs états de contrainte résiduelle peuvent aider à atteindre ce résultat.