Résolution des fissures courantes en soudage des tubes en alliage de nickel : Guide pratique

Résolution des fissures courantes en soudage des tubes en alliage de nickel : Guide pratique

Le soudage des tubes en alliage de nickel, tels que ceux fabriqués à partir de l'alliage 625, C-276, 400 ou 600, est une opération critique dans des secteurs allant du traitement chimique à l'exploitation pétrolière et gazière offshore. Ces alliages sont choisis pour leur excellente résistance à la corrosion et aux hautes températures, mais leur comportement au soudage diffère nettement de celui de l'acier au carbone ou de l'acier inoxydable.

Les fissures survenant pendant ou après le soudage constituent un problème coûteux et dangereux. Ce guide va droit au but et propose une approche directe et pratique pour prévenir et résoudre les fissures de soudage les plus fréquentes.

Pourquoi les alliages de nickel se fissurent : les causes profondes

Avant de passer aux solutions, comprenez les deux principales causes :

1. Contamination : Les alliages de nickel sont extrêmement sensibles aux impuretés. Même de petites quantités de soufre, de plomb, de phosphore ou d'autres éléments à bas point de fusion peuvent provoquer des fissures.

2. Contraintes résiduelles élevées : Les alliages de nickel ont une conductivité thermique plus faible et une dilatation thermique plus élevée que l'acier au carbone. Cela entraîne des contraintes résiduelles plus importantes après le soudage, qui peuvent rompre le cordon de soudure si elles ne sont pas gérées.

Identifier et résoudre les types courants de fissures

1. Fissuration à chaud (fissuration par solidification)

• À quoi cela ressemble : Fissures intergranulaires apparaissant dans le métal d'apport lui-même lors de sa solidification. Elles se situent souvent au centre du cordon de soudure.

• Cause principale : Contamination (provenant du métal de base, du métal d'apport ou de l'environnement) ou une composition chimique inappropriée du cordon de soudure créant une microstructure sensible.

Prévention et solutions pratiques :

• La propreté méticuleuse est une obligation : C'est la règle n°1.

  • Nettoyez les surfaces intérieure et extérieure du tube, l'évidement de soudage et les zones adjacentes avec une brosse à fils en acier inoxydable dédiée.

  • Dégraissez toutes les pièces avec un solvant comme l'acétone afin d'éliminer toutes les huiles, peintures et graisses. Évitez les solvants chlorés si possible.

• Maîtrise de la conception du joint et de l'apport thermique :

  • Utilisez une conception de joint qui minimise la contrainte et permet une bonne pénétration sans volume de soudure excessif.

  • Utilisez un apport thermique faible à moyen. Un apport thermique élevé augmente la taille du bain de soudure et la ségrégation des impuretés, favorisant ainsi la fissuration. Suivez les paramètres recommandés par le fabricant du métal d'apport.

• Choisissez le métal d'apport approprié :

  • Utilisez un métal d'apport « surclassé » conçu pour résister à la fissuration. Par exemple, utilisez un ERNiCrMo-3 (Alliage 625) produit d'apport pour le soudage de nombreux alliages courants au nickel et au chrome. Ces produits d'apport contiennent des éléments comme le niobium (Nb) qui aident à « cicatriser » les joints de grains pendant la solidification.

2. Fissuration par baisse de ductilité (DDC)

• À quoi cela ressemble : Fissures fines, intergranulaires, dans le métal d'apport ou très près de la ligne de fusion, apparaissant généralement à des températures bien inférieures à celle de solidification.

• Cause principale : Cela se produit lorsque la ductilité du métal d'apport est à son minimum pendant le refroidissement, et qu'il ne peut pas résister aux contraintes dues au retrait thermique.

Prévention et solutions pratiques :

• Choisir un métal d'apport résistant à la DDC : Il s'agit de la stratégie la plus efficace. Les métaux d'apport tels que ERNiCrFe-7 (FM-52) et ERNiCrCoMo-1 (Alliage 617) sont spécifiquement formulés avec une structure de grain affinée et une chimie adaptée pour résister à la DDC.

• Technique de soudage de contrôle :

  • Utiliser un cordon d'apport en passe filante technique au lieu d'un cordon large et balancé. Le balancement augmente l'apport thermique global et la durée pendant laquelle le métal reste dans la plage de températures critiques où la ductilité est faible.

  • Prévoir un temps suffisant entre les passes pour contrôler la température interpasses (généralement inférieure à 150 °C / 300 °F pour de nombreux alliages). Cela permet de maîtriser le cycle de contrainte thermique.

3. Fissuration par vieillissement sous contrainte (SAC)

• À quoi cela ressemble : Fissures dans la zone affectée thermiquement (ZAT) des alliages de nickel durcissables par précipitation (PH) (comme l'alliage X-750) après un traitement thermique post-soudage (PWHT) ou en service à haute température.

• Cause principale : La ZAT est durcie par le cycle thermique de soudage. Lors d'un chauffage ultérieur (pour relaxation des contraintes ou PWHT), le métal de base se renforce plus rapidement que la ZAT ne peut se détendre par fluage, ce qui provoque sa fissuration sous contrainte résiduelle.

Prévention et solutions pratiques :

• Utiliser un matériau de base en état de recuit de solution : S'assurer que le tube est en condition de recuit de solution avant le soudage.

• Modifier le cycle de traitement thermique post-soudage (PWHT) :

  • Chauffer aussi rapidement que possible jusqu'à la température de vieillissement afin d'éviter de stagner dans la plage intermédiaire de température propice à la fissuration.

  • Dans les cas extrêmes, un recuit de mise en solution complet après le soudage (mais avant le vieillissement) peut être nécessaire, bien qu'il soit souvent peu pratique pour les grands systèmes de tuyauterie.

• Utiliser un métal d'apport de faible résistance : Employer un métal d'apport plus doux que le métal de base vieilli (par exemple, AWS ERNiFeCr-1 pour l'alliage X-750). Cela permet au métal de soudure plus doux de céder et d'absorber la déformation, empêchant ainsi la ZAT de se fissurer.

Votre liste de contrôle pratique pour le procédé de soudage

Pour éviter l'apparition de fissures dès le départ, élaborez votre procédé selon cette liste de contrôle :

Que faire si vous trouvez une fissure

1. Arrêtez le soudage : N'essayez pas de « souder par-dessus » une fissure.

2. Éliminez complètement la fissure : Utilisez une meuleuse ou un gougeur pneumatique pour enlever entièrement la fissure. Vérifiez l'élimination complète à l'aide d'un contrôle par ressuage (PT ou test au colorant).

3. Identifiez la cause racine : Était-ce dû à une contamination ? À un apport thermique trop élevé ? Au mauvais métal d'apport ? Ne pas re-souder avant de connaître la raison de la fissuration.

4. Re-souder : Une fois la cause traitée et le défaut entièrement éliminé, re-soudez la zone en utilisant la procédure correcte.

Conclusion : il s'agit de maîtrise

Souder correctement des tuyaux en alliage de nickel ne repose pas sur la force brute, mais sur la maîtrise et la précision. En vous concentrant sur une propreté irréprochable , un apport thermique maîtrisé , et le le choix du métal d'apport approprié , vous pouvez produire régulièrement des soudures saines et sans fissures, garantissant ainsi l'intégrité et la longévité de vos systèmes de tuyauterie haute performance.

Respectez toujours les spécifications qualifiées de procédé de soudage (WPS) et investissez dans la formation des soudeurs afin qu'ils comprennent le « pourquoi » derrière ces pratiques spécifiques.