Traitement thermique post-soudure (PWHT) - Exigences d'épaisseur dans ASME VIII Div 1 et PD 5500

Les codes de fabrication actuels pour les matériaux P-4 et P-5A varient considérablement en ce qui concerne les critères d'épaisseur pour l'exemption de PWHT ; d'autres variations existent également.

D'une manière générale, les aciers de construction utilisés pour les ponts et les bâtiments peuvent être exemptés de PWHT à condition que leurs limites d'épaisseur répondent aux exigences de résistance à la rupture. Les codes des appareils à pression et des tuyauteries spécifient souvent des exigences différentes en ce qui concerne l'exemption du PWHT.

Procédures de soudage

Le traitement thermique post-soudure (PWHT) des sections épaisses des pièces soudées dépend de leur matériau et de la procédure de soudage utilisée. Le PWHT s'attaque aux contraintes résiduelles créées par des vitesses de refroidissement inégales qui entraînent des distorsions et des fissures dans les pièces soudées. Le PWHT réduit ces contraintes à des niveaux qui répondent aux exigences de ténacité, améliorant à la fois la stabilité dimensionnelle et les performances de ces pièces soudées.

Les codes de conception actuels pour les tuyauteries et les récipients sous pression spécifient souvent un PWHT pour les soudures qui dépassent une épaisseur donnée, souvent liée à des valeurs de ténacité de référence basées sur l'absorption d'énergie Charpy. Bien qu'il ne soit pas toujours possible de réduire rationnellement les exigences en matière de TPE, une approche pourrait consister à s'assurer que les WPS et PQR qualifient de manière adéquate les techniques de soudage utilisées.

Les processus de PWHT diffèrent en fonction du matériau et de la configuration de la soudure ; d'une manière générale, ils consistent à chauffer les soudures à une température de trempage fixée par les spécifications du projet ou les paramètres de la méthode de soudage, puis à les maintenir à ce niveau pendant une durée convenue (généralement une heure par pouce d'épaisseur de la soudure). Un contrôle précis est essentiel et toutes les soudures doivent être méticuleusement inspectées après le PWHT.

Préchauffage

La température de préchauffage fait partie intégrante du contrôle de la quantité d'hydrogène introduite dans le métal soudé nouvellement déposé et de l'augmentation de la résistance à la fissuration causée par les contraintes résiduelles.

Des variables liées à la fois au matériau et au consommable de soudage influencent les exigences de préchauffage, telles que la teneur en carbone. Les soudures à forte teneur en carbone nécessitent un préchauffage plus important que les soudures à faible teneur en carbone ; sa température doit également être gérée de près pour éviter toute surchauffe susceptible de provoquer des distorsions ou des défauts dans le joint de soudure.

Diverses méthodes ont été mises au point pour calculer la température de préchauffage appropriée. L'une de ces méthodes, connue sous le nom de technique de contrôle de l'hydrogène, utilise un paramètre de composition en carbone équivalent et une équation basée sur les niveaux d'hydrogène diffusible dans les métaux d'apport pour dériver des valeurs d'indice de susceptibilité qui permettent de déterminer les exigences minimales en matière de température de préchauffage. Malheureusement, ces techniques ne fonctionnent pas toujours dans la pratique ; par exemple, lorsqu'elles sont utilisées pour le soudage de raccords bout à bout dans de grandes sections, les exigences de la norme AWS D1.1-96 peuvent ne pas fournir un préchauffage suffisant pour empêcher la fissuration.

Traitement thermique après soudage

Le traitement thermique post-soudure (PWHT), communément appelé détente, consiste à chauffer des parties d'un composant soudé au-dessus de sa limite d'élasticité pendant une période prolongée. Cela modifie sa microstructure tout en réduisant les niveaux de contraintes résiduelles qui pourraient potentiellement causer des dommages sous charge.

Le PWHT ne réduit pas efficacement les contraintes résiduelles à zéro ; même avec un cycle thermique prudent, les contraintes résiduelles peuvent encore dépasser 30% de la limite d'élasticité du matériau traité.

Les contraintes de traction ont toujours la capacité d'affecter les taux de croissance des fissures de fatigue ainsi que la trajectoire et la forme de la formation des fissures. Leur ampleur exacte dépend des caractéristiques du matériau, de la température du PWHT, de la durée du trempage, du chauffage contrôlé ainsi que des chevalets de support qui s'adaptent à leurs dimensions afin d'assurer des gradients de chauffage cohérents sur les composants soudés et d'éliminer les chocs thermiques.

Exemptions

Les aciers utilisés dans les applications de tuyauterie d'énergie/de processus gagneraient à être exemptés de PWHT sur une plage d'épaisseur plus large, par exemple en alignant les exigences d'épaisseur limite dans les différents codes qui les couvrent (par exemple ASME VIII Div 1 et PD 5500). Malheureusement, cette tâche peut s'avérer ardue étant donné les variations de composition chimique et de ténacité entre les différents grades, ainsi que l'absence de valeur absolue fixe pour les épaisseurs limites d'absorption de l'énergie de l'impact Charpy.

Les exemptions actuelles de l'obligation de PWHT sont déterminées par des facteurs tels que la teneur en carbone, la soudabilité et la température de fonctionnement. Sur la base des recherches effectuées au fil du temps, il est devenu clair que ces exigences ont été établies à l'origine sur la base de bonnes pratiques d'ingénierie, mais qu'elles ne sont plus adaptées. Il est suggéré que l'épaisseur minimale de la paroi soit fixée à 0,625 pouce sans tenir compte de la teneur en carbone ou du diamètre de la soudure, ce qui constituerait une base plus appropriée pour l'application de l'approche de la courbe maîtresse à la ténacité à la rupture.