Qu’est-ce que le dossier de qualification de procédure de soudage (PQR) et la spécification de procédure de soudage (WPS) ?

Introduction à WPS et PQR

Cet article répertorie les exigences relatives à l’enregistrement de qualification de procédure (PQR) sur la base de la section IX du code BPVC ASME.

L’objectif principal de la qualification d’un WPS est de montrer que le procédé de soudage proposé pour le soudage de production a requis des propriétés mécaniques pour l’usage prévu. 

Le WPS est rédigé par un ingénieur en soudage désigné par l’entreprise conformément à la section IX de l’ASME, mais doit être testé pour s’assurer que la soudure produite basée sur le WPS possède les propriétés mécaniques requises. Lorsque le WPS est fourni, un échantillon d’essai doit être préparé et soudé. Toutes les variables de soudage doivent être enregistrées pendant le soudage. Veuillez noter que dans WPS, vous avez la plage, mais vous n’aurez pas de plage dans le PQR (comme PQR répertorie les variables de soudage réelles, une plage peut être donnée pour, par exemple le courant de soudage de faible à élevé qui s’est produit pendant le soudage), et vous besoin d’enregistrer une valeur unique pour chaque variable spécifiée.

Enregistrements de qualification des procédures de soudage dans la section IX du code ASME

La taille et la dimension de l’échantillon d’essai doivent être basées sur les valeurs identifiées dans la section IX du code ASME. Une fois le soudage et le traitement thermique terminés (si nécessaire), vous devez envoyer l’éprouvette au laboratoire métallurgique pour des essais mécaniques. Pour tout PQR, normalement deux tests de tension, un test de pliage à deux faces et un test de pliage à deux faces sont requis. 

Les critères d’acceptation ont été fournis dans la section IX du code ASME. Le tableau QW-451 vous fournit des informations sur le nombre et le type de tests. Par exemple, si votre échantillon d’essai est supérieur à ¾ de pouce, vous ne pouvez pas effectuer de test de pliage de la racine et de la face et vous devez à la place effectuer des tests de pliage sur 4 côtés.

Les critères d’acceptation pour l’essai de traction ont été fournis dans QW-153.1. L’éprouvette ne doit pas être rompue en dessous de la résistance à la traction minimale spécifiée du métal de base, mais si elle se brise hors de la zone de soudure ou de l’interface de soudure, elle serait acceptable si elle n’est pas inférieure de plus de 5 % à la résistance à la traction minimale spécifiée. Par exemple, si votre matériau est du SA 516 Gr 70 et qu’il sort de la zone de soudure sur 67 ksi, le test serait acceptable.  

Les critères d’acceptation pour le test de pliage ont été fournis dans QW-163. Normalement, après le test de pliage, il devrait y avoir une fissure de plus de 1/8 de pouce sur le côté qui a été placé sur la contrainte. 

Le PQR documente ce qui s’est produit pendant le soudage du coupon de test et le résultat du coupon de test. Le PQR donne l’adéquation de la soudure pour les propriétés mécaniques requises, par exemple la résistance et la ductilité. Le test de traction indique la résistance et les tests de flexion indiquent la ductilité.

Veuillez noter que le dossier de qualification de la procédure ne peut pas être révisé, sinon le cas de révision serait une faute de frappe ou une faute d’orthographe. Le PQR doit inclure toutes les variables essentielles (telles que le numéro P, le numéro F, le numéro A, PWHT) et les variables essentielles supplémentaires (telles que le numéro de groupe). Les variables non essentielles ne sont pas des exigences codées pour PQR.

Lorsqu’un code de construction tel que le code ASME Section VIII Div I exige des essais d’impact, les essais d’impact doivent être inclus dans les essais techniques du dossier de qualification des procédures de soudage. Normalement, vous devez effectuer deux séries d’essais d’impact, l’une dans le métal fondu et l’autre dans la zone affectée par la chaleur.

Bon de test PQR

Comment préparer un Dossier de Qualification de Procédure (PQR) ?

Après avoir décidé du ou des procédés de soudage, du type de matériau et des consommables de soudage, un PQR doit être préparé. Les codes de construction (par exemple ASME Section VIII ou ASME B31.3) peuvent avoir des restrictions, des exigences supplémentaires ou des exemptions à l’ASME IX et vous voulez vous assurer de les comprendre avant de commencer. Par exemple, l’ASME Section VIII Division 1 UG-84 a des dispositions qui rendraient les tests de ténacité obligatoires pour certains matériaux et épaisseurs ou UCS-56 ou UW-2 a des exigences de traitement thermique post-soudage obligatoires. Comprendre ces exigences avant de créer un PQR peut réduire le nombre de tests de qualification de procédure dont vous aurez besoin pour le travail réel.

Ainsi, après avoir examiné les exigences éventuelles du code de construction, l’étape suivante consiste à faire référence à QW-250 de la section IX de l’ASME. Les tableaux de QW-250 font référence à toutes les variables essentielles, non essentielles, spéciales et essentielles supplémentaires.   Ces variables sont définies dans QG-105. Comme indiqué dans QW-200.2, un PQR doit documenter toutes les variables essentielles essentielles et, le cas échéant, supplémentaires. Cela signifie que le PQR que vous créez doit au minimum adresser les variables essentielles correspondantes dans les tableaux pour les procédés de soudage que vous avez utilisés dans QW-250.  Supplément indispensableles variables deviennent des variables essentielles lorsqu’un essai de ténacité est requis, généralement à partir du code de construction référencé et deviennent des variables non essentielles lorsque l’essai de ténacité n’est pas requis. Du point de vue du PQR, les variables non essentielles n’ont pas à être documentées. 

Aborder correctement les variables essentielles peut également poser problème. Par exemple, indiquer N/A ou non applicable aux variables essentielles dans un document PQR n’a techniquement pas abordé la variable si elle est applicable à votre processus. La phrase correcte ne serait pas utilisée, cela concerne clairement la variable.

Pour tous les PQR, la plage d’épaisseur du métal de base (QW-403.8) et le numéro de référence (QW-403.11) sont des variables essentielles. La section QW-451 fournit des plages d’épaisseur de qualification basées sur le coupon d’essai qui a été utilisé. Par exemple, un coupon de test de 0,375″ qualifiera le WPS référencé de 0,0625″ à 0,75″ d’épaisseur de matériau. Cette plage d’épaisseur peut être affectée par le procédé de soudage et d’autres variables essentielles/supplémentaires essentielles référencées dans QW-250, il est préférable d’examiner toutes les variables avant de déterminer l’épaisseur de votre coupon de test. 

Un aspect négligé du développement d’un PQR concerne les raccords de buse ou de branchement. Typiquement, l’épaisseur de la coque et de la buse du joint soudé aura des épaisseurs différentes. Disons que vous qualifiez un WPS avec une plage d’épaisseur de 0,0625″ à 0,75″, lors de la fabrication, vous devez souder une buse d’une épaisseur de 0,2″ à une bride aveugle ASME B16.5 de 2″ d’épaisseur. Pouvez-vous faire cela? La réponse est que cela dépend. La section QW-202.4 détaille ces exigences.

Les métaux de base se voient attribuer des numéros P pour réduire le nombre de procédures de soudage requises. Par exemple P. No. 8, représente 304, 316, 321, 347, et plus de métaux de base. Le tableau QW-422 fournit une liste complète.

La sélection de l’électrode de soudage ou du métal d’apport de soudage fait également partie intégrante de la qualification PQR. L’examen de la partie C de l’ASME II est d’une grande aide. Vous trouverez ci-dessous un tableau de référence pour localiser facilement la spécification SFA pertinente.

Une fois que vous avez préparé le PQR à partir de, l’étape suivante consiste à décider des plages de paramètres de soudage pour le pWPS. Vous pouvez choisir les paramètres de soudage en fonction de votre expérience ou en utilisant des documents de référence tels que le manuel de soudage à l’arc ou les manuels des consommables de soudage.

L’étape suivante consiste à souder le coupon de test selon le pWPS.

Une fois que la soudure satisfaisante du coupon d’essai est terminée, les exigences d’essais destructifs dans QW-202 doivent ensuite être effectuées. En cas de succès, le résultat sera inclus dans le PQR, puis signé et daté par le fabricant pour certifier les résultats et le PQR sera qualifié de qualifié.

Les modifications du PQR sont-elles autorisées ?

Les modifications apportées à un PQR qualifié sont autorisées comme indiqué dans la section IX de l’ASME QW-200.2 (c) (et l’introduction), mais uniquement des corrections éditoriales ou des addenda, tant qu’une variable essentielle n’a pas changé et que le PQR peut être révisé. L’ajout d’une variable essentielle supplémentaire nécessitera une requalification du PQR. Comme PQR est un enregistrement réel de ce qui s’est passé pendant le soudage et quels ont été ses résultats, les changements qui peuvent affecter ces résultats ne sont pas autorisés.

Quand la requalification d’un WPS/PQR est-elle requise ?

La question « Quand dois-je requalifier mon WPS ? » n’est pas demandé si souvent, mais cela se pose plusieurs fois. Une spécification de procédure de soudage (WPS) comme nous le savons est un ensemble d’instructions qui, si elles sont suivies, assureront une soudure saine. Un WPS fournira généralement des plages plutôt que des valeurs uniques pour certaines variables telles que le courant, la tension et la vitesse de déplacement. Néanmoins, si les valeurs utilisées pour effectuer une soudure sont en dehors des paramètres du WPS, alors il a été violé par l’utilisateur WPS.  

Alors, quand requalifier un WPS ?  La réponse est toujours, lorsque le code ou la spécification l’exige. Lorsque vous travaillez sur du code, vous devez toujours référencer le code sur lequel vous travaillez pour obtenir des conseils. La plupart des codes ont des exigences similaires quant au moment où la requalification d’un WPS est nécessaire. En général, tout changement au-delà des limites du dossier de qualification de procédure (PQR) nécessitera une requalification. Si l’une de ces variables change, consultez votre code ou votre spécification pour voir si vous devez requalifier un WPS en fonction des changements survenus en dehors de la plage qualifiée.

Exemple d’exigences de requalification WPS :

Voici un exemple d’examen de la nécessité ou non d’une requalification. XYZ Ltd. effectue des travaux régis par l’AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel. Pour une mesure de réduction des coûts et d’amélioration de l’efficacité, l’entreprise décide d’apporter les modifications suivantes au WPS qualifié existant :

  • Passez au fil MIG .052″ ER70S-6 à partir du fil .045″ ER70S-6 pour des taux de dépôt plus élevés dans certaines zones.
  • Augmentez l’ampérage de soudage de 250A à 265A avec un fil .045″ ER70S-6 pour augmenter les taux de dépôt dans les zones restantes.
  • Passage des buses coniques à un diamètre intérieur de ¾” couplé à une augmentation de 40cfh à 45cfh pour réduire les problèmes de porosité.
  • Faites passer leur mélange de gaz de protection de 75 % d’argon/25 % de CO2 à 90 % d’argon/10 % de CO2 pour réduire les projections et le broyage.
  • Certaines soudures seront réalisées verticalement pour améliorer la pénétration et réduire les fuites (en utilisant les mêmes paramètres).

Si nous considérons chacun de ces changements individuellement, voici comment les choses se termineraient. Nous faisons référence à AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel – Tableau 4.5 – PQR Essential Variable Changes Requirement WPS Requalification for SMAW, GMAW, FCAW et GTAW et examinons chaque changement.

  • Passer de 0,045″ à 0,052″ – Le tableau 4.5(10) indique que “toute augmentation” du diamètre du métal d’apport doit être requalifiée.
  • Augmentation de l’ampérage de 250 à 265 en restant avec un fil de 0,045 po – Le tableau 4.5(12) nécessite une requalification si le changement d’ampérage dépasse 10 % ; par conséquent, nous n’avons pas besoin de nous requalifier dans ce cas puisqu’une augmentation de 15 ampères ne représente qu’un changement de 6 %.
  • Modification de la taille de la buse et du débit de gaz – Le tableau 4.5 ne mentionne pas les modifications de la taille de la buse comme variable essentielle. Cependant, en cas de doute, adressez-vous à l’ingénieur ou au client pour obtenir des éclaircissements. Le changement de débit de gaz ne nécessite pas de requalification selon le tableau 4.5(20). Une modification n’est nécessaire que si le débit augmente de plus de 50 % ou diminue de plus de 20 %.

Il est important de considérer les effets des changements ici aussi. Un changement de buse peut ne pas être une variable essentielle, mais si la buse plus grande entrave l’accès et oblige le soudeur à exécuter une distance de pointe de contact plus longue pour travailler, cela pourrait réduire l’ampérage au point de nécessiter une requalification.

  • Passer de 75/25 à 90/10 de gaz de protection argon/CO2 – Le tableau 4.5 (19) nécessite un changement lorsque la composition du gaz est modifiée en dépassant les limites du code. Dans ce cas, un changement de plus de 10 % de la composante mineure nécessite une requalification.

De plus, ce changement permet à ABC de passer du transfert globulaire au transfert par pulvérisation . Il s’agit d’un mode de changement de transfert de métal qui nécessite également une requalification conformément au tableau 4.5 (14).

  • Ajout de soudures verticales ascendantes – nécessite également une qualification conformément au tableau 4.5 (30) qui indique qu’une requalification est nécessaire “pour tout passage de la montée à la descente ou vice versa”.

Une bonne connaissance du procédé de soudage et la compréhension du code ou de la spécification impliquée sont essentielles pour une bonne décision.