Soudage de recharge de tuyaux en alliage de titane Gr12 : précautions de processus et contrôle du blindage

Le soudage de recharge, également appelé soudage par patch ou soudage de réparation, est utilisé pour restaurer les défauts localisés trouvés dans les tuyaux en alliage de titane Gr12 une fois la soudure d'origine terminée. Gr12 correspond à Ti-0,3Mo-0,8Ni, UNS R53400, et est couvert par ASTM B338 pour les tubes et ASTM B861 et ASTM B862 pour les tuyaux. Les ajouts de molybdène et de nickel offrent une résistance nettement meilleure que le grade 2 aux acides réducteurs et aux crevasses, c'est pourquoi les tuyaux Gr12 sont courants dans les usines chimiques et dans les services de saumure à haute température -. La même chimie d'alliage rend le matériau sensible à l'oxygène et à l'azote lorsqu'il est chaud, de sorte que chaque réparation doit être planifiée comme une opération à atmosphère contrôlée plutôt que comme une retouche en atelier.

Contrôle de l’atmosphère et des gaz de protection

L'argon est le milieu de protection du titane et de ses alliages. L'azote ne doit jamais être remplacé, car le titane absorbe facilement l'azote au-dessus d'environ 600 °C et forme des nitrures durs et cassants qui détruisent la ductilité et la résistance à la corrosion.

Le soudage de recharge doit être effectué là où il n'y a pas de courant d'air ou d'air en mouvement. En pratique, cela signifie une enceinte de soudage fermée, une boîte de purge locale, ou au moins une enceinte grillagée avec portes et ventilation arrêtées pendant la durée de la réparation.

La qualité du gaz de protection compte autant que le débit. L'argon avec un point de rosée d'environ moins 40 C ou moins et une teneur en oxygène inférieure à environ 50 ppm maintient le bain de fusion propre et empêche une couche superficielle décolorée et enrichie en oxygène-.

La réparation étant locale, le débit de gaz doit être plus élevé que pour une soudure bout à bout standard et le flux ne doit pas être interrompu en cours de passe. Toute interruption permet à l'air d'atteindre le métal chaud.

Pour les tuyaux à paroi mince-et les sections fermées, l'intérieur du joint doit également être purgé. Des boucliers arrière sont ajoutés lorsque la zone réparée reste au-dessus d'environ 400 °C après le passage de l'arc.

Le flux de gaz doit être maintenu après l'extinction de l'arc jusqu'à ce que la zone réparée ait refroidi en dessous d'environ 150 C. Le refroidissement par tirage induit-ne doit jamais être utilisé.

Préparation de la zone de réparation

La surface doit être propre et complètement sèche. L'huile, la graisse, l'humidité, l'encre des marqueurs, le liquide de coupe et la contamination par le fer favorisent tous la porosité et la fragilisation.

Le contact à mains nues-avec la surface préparée n'est pas autorisé. Des gants propres et non pelucheux-doivent être portés depuis l'habillage jusqu'au soudage.

Essuyez la zone avec de l'acétone et laissez-la s'évaporer complètement. Lorsque le tuyau a subi un service à température élevée, toute coque dure alpha doit être éliminée par usinage, par brossage avec des brosses métalliques en acier inoxydable réservées exclusivement au titane, ou par décapage dans un bain d'acide nitrique et fluorhydrique.

Le fil d'apport de chimie Gr12 correspondante est nettoyé de la même manière et stocké au sec. Les fils contaminés sont une cause fréquente d’échec des réparations.

Le défaut est rétabli au métal sain et la cavité est façonnée de manière à ce que la torche puisse atteindre la racine de la réparation sans longueur d'arc excessive. L'installation-de tout insert ne doit laisser aucun espace que l'air puisse atteindre par l'arrière.

Couche-par-Dépôt de couche et apport de chaleur

Gardez le patch aussi petit que le défaut le permet. Une grande pièce concentre les contraintes résiduelles et augmente le risque de distorsion dans le tuyau fini.

Les cavités profondes sont comblées en plusieurs passes. Chaque couche doit refroidir complètement avant que la suivante ne soit déposée. Remplir une cavité avec une seule perle continue de métal en fusion n'est pas acceptable.

Les courts-circuits entre l'électrode de tungstène et la pièce provoquent la rupture de l'électrode et laissent des inclusions de tungstène dans le joint. La longueur de l'arc et l'état du tungstène doivent être vérifiés avant chaque passage.

La température entre les passes est normalement maintenue en dessous d'environ 150 °C, mesurée à proximité de la réparation, afin que l'oxydation et la croissance des grains restent sous contrôle.

Le courant est réduit à la fin de la réparation, idéalement avec un programme de courant pulsé, afin que l'arc se brise progressivement. Une rupture soudaine peut laisser une fissure en cratère qui se propage dans la paroi du tuyau.

La procédure de soudage et le personnel doivent être qualifiés, normalement selon la norme ASME BPVC Section IX, et la procédure doit indiquer le débit de gaz, la limite entre les passes, la chimie des charges et la plage d'apport de chaleur.

Refroidissement,-traitement thermique après soudage et stockage

Le tuyau réparé reste dans la chambre ou la boîte de purge jusqu'à ce que la zone refroidisse en dessous d'environ 150 °C. L'ouverture précoce d'une boîte est l'une des causes les plus fréquentes de réparations de fissures.

Le temps de maintien typique dans la chambre est de 15 à 30 minutes pour les épaisseurs de paroi normalement rencontrées dans les conduites de traitement, les sections plus épaisses étant retenues plus longtemps.

Après refroidissement, la réparation est recuite ou pressée isostatiquement à chaud sans délai. Le recuit est normalement effectué dans la plage de 540 à 650 C pendant une à deux heures sous vide ou sous gaz inerte, suivi d'un refroidissement contrôlé.

Les tuyaux réparés ne doivent pas être stockés avant le traitement thermique. Le temps de repos est normalement limité à cinq jours au maximum, car les contraintes résiduelles et une couche superficielle contaminée peuvent entraîner une fissuration retardée.

Toute couche superficielle décolorée ou durcie produite par la réparation est éliminée avant la remise en service du tuyau.

Inspection et acceptation après réparation

L’inspection visuelle de la couleur, des contre-dépouilles, des chevauchements et des fissures de surface est la première porte d’acceptation. Les bandes de couleurs donnent une indication directe de la qualité du blindage.

Les tests de ressuage selon ASTM E1417 constituent une pratique standard pour les défauts de rupture de surface.

L'examen radiographique est appliqué là où la profondeur de la réparation ou les tâches de service l'exigent, et le test d'étanchéité à l'hélium est utilisé pour les tuyaux qui doivent être étanches.

Le nombre de réparations sur une longueur de tuyau ne doit pas dépasser la limite fixée par la spécification technique concernée, et chaque réparation est enregistrée par rapport à l'identification du tuyau.

Foire aux questions

Q : L’azote peut-il être utilisé à la place de l’argon pour le soudage de recharge de tuyaux en titane ?
Non. L’azote n’est pas un gaz de protection acceptable pour le titane et ses alliages. Le titane absorbe l'azote à la température de soudage et forme des nitrures cassants. L'argon, ou un mélange d'hélium nécessitant un apport thermique plus élevé, constitue le moyen de protection approprié, et le gaz doit être maintenu jusqu'à ce que la zone ait refroidi.

Q : Pourquoi le débit de gaz de protection est-il plus élevé pour une réparation que pour une soudure bout à bout normale ?
Une réparation est une opération locale sur une surface ouverte plutôt que sur un joint entouré par les parois du tuyau, de sorte que l'enveloppe de protection est plus petite et plus facile à perturber. Un débit plus élevé et une zone physiquement protégée sont utilisés pour maintenir une couverture de gaz stable au-dessus du bain de fusion.

Q : Combien de fois un tuyau peut-il être re-soudé ?
Le nombre de réparations autorisé est fixé par la spécification technique ou le bon de commande de la canalisation. Elle est normalement réduite au minimum et chaque réparation est enregistrée, car les cycles thermiques répétés accumulent des contraintes résiduelles et dégradent la zone de réparation.

Q : Pourquoi chaque couche doit-elle refroidir avant le prochain passage ?
Le dépôt d'une deuxième couche sur du métal chaud augmente la température entre les passes au-dessus de la limite, épaissit la couche superficielle enrichie en oxygène- et augmente la distorsion. Le refroidissement de chaque couche en dessous d'environ 150 °C permet de contrôler l'apport de chaleur et les contraintes résiduelles.

Q : Quand un traitement thermique après-soudage est-il requis après une réparation ?
Le recuit ou pressage isostatique à chaud est programmé dès que la réparation a refroidi, normalement dans les cinq jours et de préférence immédiatement. Le traitement soulage les contraintes résiduelles et rétablit la ductilité dans la zone de réparation, et il doit être effectué sous vide ou sous gaz inerte.

Q : Une réparation réduit-elle la pression nominale du tuyau Gr12 ?
Une réparation correctement exécutée et inspectée rétablit le joint dans son état de métal de base et la pression d'essai du tuyau reste inchangée. La réparation ne devient une limitation que lorsque les exigences spécifiées en matière de profondeur de réparation, de nombre ou de traitement thermique sont dépassées.