Soudage par cordon de revenu (TBW)/dépôt de soudure contrôlé (CWD)

Qu’est-ce que le soudage par cordon de température (TBW) ou le dépôt de soudure contrôlé (CWD)

La réparation par soudage d’équipements sous pression, de tuyauteries et d’autres composants vieillis et exposés est toujours une tâche notoire pour les ingénieurs/spécialistes en soudage. Comme nous le savons, les propriétés des matériaux se dégradent lorsqu’ils sont exposés à des températures élevées, par exemple dans les usines pétrochimiques, électriques et sidérurgiques. En raison des propriétés mécaniques inférieures et dégradées, le soudage de ces matériaux est une tâche très difficile pour les ingénieurs en soudage car :

a. Microstructure susceptible de se transformer en martensite

b. Contrôler la soudure et la dureté HAZ

c. Minimiser les contraintes résiduelles

d. contrôler le raffinement du grain

e. Microstructure préjudiciable aux propriétés de ténacité

L’option de retrouver les propriétés mécaniques telles que la résistance, la ductilité et la ténacité nécessite le traitement thermique post-soudage. Mais le PWHT complet n’est pas possible dans les usines en service, en raison de la taille de l’équipement (pièces de grande taille), de l’étendue de la réparation et des propriétés des matériaux, des problèmes de propriété des matériaux après de nombreuses années d’exposition liée au service et de nombreuses autres contraintes à nomme quelques raisons.

Définition du soudage au cordon de trempe :

Définition ASME : « Un cordon de soudure placé à un endroit spécifique dans ou à la surface d’une soudure dans le but d’affecter les propriétés métallurgiques de la zone affectée thermiquement (ZAT) ou du métal déposé précédemment. Le cordon peut être au-dessus, au ras ou au-dessous de la surface environnante du métal de base. S’ils sont au-dessus de la surface du métal de base, les cordons peuvent recouvrir tout ou seulement une partie du dépôt de soudure et peuvent ou non être retirés après le soudage.
En termes simples, le TBW est utilisé comme technique de soudage, lorsque l’acier au carbone, l’acier faiblement allié ou l’acier allié est conçu pour être utilisé dans un état tel que soudé ou qu’un PWHT n’est pas pratique.

Regardez notre vidéo You Tube pour un apprentissage interactif de l’animation sur le soudage par cordon de trempe

Introduction au soudage par cordon de trempe

Technique de soudage par cordon de revenu : Développée à l’origine comme alternative aux soudures par traitement thermique post-soudage (PWHT) mandatées par les codes de conception et de construction. Le soudage par cordon de revenu offre les avantages énumérés ci-dessous :

  1. Aide à réduire la dureté HAZ telle que soudée.
  2. Bénéfique pour le soudage de réparation de grandes structures pour lesquelles il est difficile d’effectuer le traitement thermique post-soudage spécifié.
  3. Pour affiner la ZAT à gros grains dans le métal-mère.
  4. Aide à réduire les contraintes résiduelles
  5. Fournir localiser PWHT des perles précédentes 

Précaution : La  technique TBW ne remplace pas le traitement thermique post-soudage (PWHT) dans des conditions où les conditions de service applicables avec les exigences du code nécessitent une réduction considérable des niveaux de contrainte résiduelle, entre autres, par rapport à d’autres exigences. Ce traitement thermique vise à améliorer localement la ténacité à la rupture et à réduire le pic de dureté au sein de la ZAT produite par la réparation de soudure ou la soudure en service.

Codes et normes applicables

Non nucléaire :

Le National Bard Inspection Code (NBIC) est le code le plus couramment suivi pour la réparation et la modification par les industries non nucléaires. Dans le NBIC, certaines conditions telles que le traitement thermique post-soudage, conformément au code de construction d’origine, peuvent être déconseillées ou impraticables. Des méthodes alternatives pour PWHT peuvent être utilisées dans de tels cas. L’une des alternatives recommandées est la technique de soudage par cordon de trempe. NBIC Partie 3, Articles 2.5.3.2 à 2.5.3.5 sont des méthodes dans lesquelles le mode opératoire de soudage nécessite l’utilisation d’une technique de soudage par cordon de trempe.

Nucléaire:

ASME Sec-III, NB-4622.9 permet des réparations de soudure limitées sur P-No. 1 et P-No. 3, sans PWHT ou après le PWHT final, à condition qu’il soit impossible ou peu pratique de traiter thermiquement après le soudage la zone après réparation, et à condition que d’autres exigences selon ce code soient respectées.

Principes métallurgiques (changements microstructuraux) derrière Weld & HAZ

La figure 1 montre les divers changements microstructuraux se produisant au cours d’un processus de soudage à l’arc typique. Cela aide à comprendre ce qui se passe dans la ZAT en raison du soudage et du traitement thermique post-soudage, ou du soudage au cordon de trempe. La référence ici est les plages de température en fonction de la microstructure résultante par rapport au diagramme de phase fer-carbone. Ces changements microstructuraux sont valables pour de nombreuses nuances d’aciers ferritiques conventionnels (carbone et résistant au fluage) utilisés dans la construction de centrales électriques/pétrochimiques et de raffineries.

Techniques de soudage par cordon de trempe

Pendant le soudage au cordon de revenu, l’apport de chaleur, le préchauffage et la séquence des cordons de soudure sont étroitement contrôlés pour :

  1. a) Limiter l’apport de chaleur et préchauffer pour éviter un grossissement excessif du grain de la ZAT « gros grain » de la première couche de soudure ;
  2. b) augmenter l’apport de chaleur d’une quantité définie pour la seconde couche de soudure pour affiner le grain de la ZAT à gros grains de la première couche de soudure sous-jacente ;
  3. c) Superposer le placement des cordons de soudure successifs pour produire un raffinement du grain du cordon adjacent.

Des techniques de soudage par cordon de trempe multiple ont été développées dans le monde entier par divers centres de recherche et industries. Voici les principales techniques utilisées :

  1. a) Technique de demi-perle
  2. b) Technique de dépôt de soudure contrôlé

Qualification de la procédure de soudage par cordon de trempe

La nomenclature de qualification du mode opératoire de soudage à l’état tempéré est définie dans la section IX du code ASME sur les chaudières et les appareils à pression. Typiquement, cette technique minimise l’apport de chaleur des cordons initiaux, limitant ainsi la chaleur au-delà de la zone de soudure affectée par la chaleur (ZAT) du métal de base. L’apport de chaleur doit être augmenté pour les cordons successifs conformément aux règles de QW-290 pour le soudage au cordon de trempe dans la section IX de l’ASME.

Les six sous-clauses de cette section fournissent les exigences relatives aux exigences de qualification des procédures, les restrictions, les variables essentielles et non essentielles, la préparation et les essais des coupons d’essai et le soudage de réparation en cours de processus. De plus, la sous-clause QW-290.6 fournit des exigences de qualification supplémentaires pour les soudeurs qui effectueront le travail.

ASME Sec-IX est le code le plus couramment suivi pour la procédure de soudage et la qualification des performances. QW-290 traite de toutes les clauses pertinentes pour le soudage au cordon de trempe. Lorsque la section du code applicable spécifie l’utilisation de ce paragraphe pour le soudage au cordon de trempe, QW-2 90.1 à QW-290.6 s’appliquent. Les clauses appropriées sont les suivantes :

  • QW-290.1 ​​Qualification de base et mise à niveau des WPS existants
  • QW-290.2 Restrictions du processus de soudage
  • Variables QW-290.3 pour les qualifications de soudage par cordon de revenu
  • Tableau QW-290.4 Variables de soudage pour la qualification de procédure de cordon de trempe
  • QW-290.5 Préparation et test des coupons de test
  • Soudage de réparation en cours de processus QW-290.6

La disposition de l’échantillon d’essai, comme indiqué dans la Sec-III, NB, est extraite de la figure 3 ci-dessous.

Afin d’évaluer l’efficacité métallurgique de la procédure de soudage au cordon de revenu sur les matériaux à réparer, les quatre tests supplémentaires suivants sont généralement appliqués :

1) Évaluation microstructurale de Weld et HAZ

2) Essai de dureté

3) Essai d’impact Charpy Vee Notch

4) Test de pliage

Afin de déterminer l’efficacité de la procédure de soudage du cordon de revenu, il sera nécessaire de comparer les résultats HAZ du cordon de revenu avec :

 Les mêmes résultats obtenus à partir du test de qualification du mode opératoire de soudage conventionnel après le traitement thermique post-soudage traditionnel ;

  1. b) Les mêmes résultats d’essai obtenus à partir du mode opératoire de soudage conventionnel sans traitement thermique post-soudage.

Les deux comparaisons sont nécessaires pour déterminer si la technique de soudage au cordon de trempe appliquée fournit les résultats requis.