Révélation des exigences en matière de traitement thermique post-soudure (PWHT) pour les épaisseurs d'acier au carbone

Les travaux de l'EPRI sur les matériaux des tuyauteries nucléaires avaient pour principal objectif d'évaluer si les exigences actuelles en matière d'exemption de traitement thermique post-soudure (PWHT) pour les épaisseurs d'acier au carbone pouvaient être assouplies sur la base de l'expérience de l'industrie plutôt que sur la base de données techniques ou de calculs de conception.

Le PWHT est utilisé pour éliminer les contraintes résiduelles dans les composants à parois épaisses, améliorant ainsi leur stabilité dimensionnelle et leurs performances. Les exigences en matière d'épaisseur de l'acier au carbone varient considérablement d'un code à l'autre en raison des critères de ténacité Charpy qui leur sont propres.

1. Résistance à la corrosion

La teneur élevée en chrome de l'acier au carbone lui confère une grande résistance à la corrosion, ce qui en fait le matériau idéal pour les structures situées dans des environnements difficiles. Malheureusement, sa dureté réduit les charges dynamiques et statiques et nécessite des dimensions plus importantes et des paliers supplémentaires.

L'humidité, la température, la pluie, le vent et les impuretés de l'air accélèrent la corrosion atmosphérique. En outre, les temps de mouillage des métaux doivent également être soigneusement pris en compte lors de la planification des travaux de restauration des métaux.

Les tests traditionnels d'exposition en extérieur et la méthode d'évaluation des données de corrosion (big data) ont été utilisés pour étudier les différences de comportement face à la corrosion entre l'acier au carbone Q235 et l'acier Q420 soumis aux intempéries, comme le montre la figure 4. Elle montre les courbes de quantité électrique cumulative pour les deux types d'acier à Qingdao et Hangzhou ; on peut observer que la couche de rouille de l'acier au carbone présente de nombreuses piqûres et bosses, tandis que celle de l'acier résistant aux intempéries est plus dense, avec une couche protectrice interne qui empêche le Cl- de pénétrer dans son substrat métallique, ce qui rend ce type d'acier plus résistant à la corrosion atmosphérique.

2. La force

De nombreuses applications des tôles d'acier au carbone exigent qu'elles résistent à des contraintes considérables, les normes relatives aux matériaux fixant des valeurs minimales pour la limite d'élasticité et la résistance minimale à la traction. Les aciers qui répondent aux spécifications de la norme BS EN 1993-1-4 satisfont également à ces critères.

Des niveaux élevés de carbone augmentent la résistance et la dureté des plaques d'acier ; cependant, des niveaux élevés de carbone diminuent également la ductilité, rendant l'acier moins apte à s'étirer sans se fissurer ou se rompre.

L'acier à faible teneur en carbone (parfois appelé acier doux) est le type d'acier au carbone le plus ductile et est largement utilisé dans la construction et la fabrication. L'acier à haute teneur en carbone offre une résistance et une dureté excellentes, mais il est plus difficile à usiner ou à façonner ; les aciers à haute teneur en carbone contenant du cuivre, en revanche, peuvent offrir des plaques deux à quatre fois plus résistantes tout en conservant une bonne ductilité.

3. La résistance

Les aciers au carbone possèdent généralement une ténacité à basse température due à la présence de manganèse ; cependant, en ajoutant des éléments tels que le bore, le vanadium et le niobium, il est possible d'augmenter la ténacité. Les analyses de la mécanique de la rupture indiquent que le PWHT devient nécessaire lorsque la résistance augmente parallèlement aux exigences d'énergie de l'essai Charpy (pour des tailles de défauts proportionnelles).

Le traitement thermique avant soudage (préchauffage), également appelé préchauffage, consiste à augmenter la température du métal de base avant le soudage afin de minimiser les gradients thermiques et la fissuration induite par l'hydrogène. Le traitement thermique après soudage (postchauffage) applique une chaleur contrôlée après le soudage pour soulager les contraintes résiduelles, tempérer les zones durcies, améliorer les propriétés des matériaux, soulager les contraintes résiduelles, tempérer les zones durcies et améliorer les propriétés des matériaux. Le traitement thermique après soudage doit généralement durer une heure par 25 mm d'épaisseur de soudure, avec une vitesse de refroidissement contrôlée de manière uniforme, afin d'éviter les chocs thermiques tout en contribuant à maintenir la qualité des soudures pour qu'elles soient solides et durables.

4. Soudabilité

Les techniques de soudage de l'acier au carbone en font une option attrayante pour de nombreux projets de fabrication, ce qui en fait un choix populaire. Pour produire un cordon de soudure de haute qualité et réduire la distorsion ou le rétrécissement, il convient d'utiliser des techniques de tissage et de passage à la racine appropriées. Elles permettent de répartir uniformément la chaleur tout en garantissant une bonne liaison entre la soudure et le métal de base.

Pour produire des soudures de haute qualité, le soudage de l'acier au carbone nécessite des traitements thermiques avant et après le soudage. Le traitement thermique de préchauffage, communément appelé préchauffage, applique une chaleur contrôlée avant le soudage pour réduire les gradients thermiques et la fissuration induite par l'hydrogène dans la zone de l'arc de soudage (ZAS). Le traitement thermique post-soudure (ou traitement post-chauffe) est utilisé après le soudage comme mesure de suivi pour soulager les contraintes résiduelles, durcir les zones et augmenter la résistance mécanique.

La section VIII Div. 1 de l'ASME et ses tableaux UCS-56-1 à UCS-56-11 détaillent les exigences relatives au préchauffage et au traitement thermique post-soudure des aciers au carbone conformément à la section IX de l'ASME ; en particulier, ces tableaux fournissent les données relatives au cycle de chauffage nécessaires pour le traitement thermique post-soudure en fonction de la catégorie de leur numéro P ou de leur numéro de gr. telle que répertoriée par l'ASME ; ils comprennent également des notes concernant les exemptions ou les traitements de substitution possibles.