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CHOIX D’UN TRAITEMENT THERMIQUE APRES SOUDAGE DE TOLES D’ACIER PLAQUEES

Publié: le 10/06/2019 à 08:34 Dernière mise à jour: le 10/06/2019 à 08:34 Par: carlovitch1 Nombre de vues: 11074
Cet article technique est rédigé en mars 2016 par le membre carlovitch1

Certains codes de construction imposent la pratique d’un traitement thermique après soudage (TTAS ou PWHT pour les anglophones) à partir de certaines épaisseurs de paroi d’appareil.

Un bon exemple est l’ASME section VIII Div 1, qui propose même un tableau très utile pour en définir les paramètres dans le paragraphe UCS 56.

Cette pratique est utile pour améliorer la tenue dans le temps de l’appareil, cependant elle n’est pas sans conséquences quand il s’agit de tôles plaquées.

En effet, les paramètres d’un traitement idéal devront prendre en compte la métallurgie des 2 matières, base et revêtement.

La base est généralement en acier non ou faiblement allié. Les courbes de refroidissement idéales sont bien connues (diagrammes TTT pour time-temperature-transformation).

Ci-dessous exemple de courbe TTT d’acier au carbone (source wikipédia).
On voit l’influence de la vitesse de refroidissement (courbes V1 à V3) et des séjours plus ou moins longs dans certaines zones sur la structure finale et sa dureté.

L’extrémité gauche de la parabole des courbes de transformation (courbes noires) est appelé « nez ».




Les courbes TTS (time-temperature-sensitization) ou TTP (time-temperature-precipitation) des matières de revêtement sont par contre moins bien connues et pas si faciles d’accès, et cela peut conduire à des situations difficiles.

Exemple de courbe TTS ci-dessous avec celle d’un inox 304.




Il sera donc utile de distinguer 4 catégories principales:

1 - Les traitements thermiques des 2 matières sont incompatibles.

Il conviendra dans un premier temps de bien identifier les cas où cette situation se présente.

Ils ne sont pas légion car leur conception ne les destine pas à être plaqués, mais en premier lieu les plaqués inox duplex (austéno-ferritiques) sont les plus représentatifs. Ces inox sont sujets à une précipitation de phases fragiles aux alentours de 450°C. En conséquence tout séjour dans cette zone est un risque important. Compte tenu du fait que les températures de TTAS sont majoritairement dans la zone 540-650°C, on ne peut pas faire ces traitements sans séjour assez long dans la zone de danger.

Par ailleurs alors que l’acier réclame une vitesse de refroidissement contrôlée, celle nécessitée par cette catégorie d’inox, plus rapide, ne convient pas à l’acier.

Pour ces tôles plaquées, il est donc préférable de s’abstenir, sous peine d’entraîner des dommages qui peuvent être conséquents. Il faudra donc en tenir compte dès la conception et ne pas se mettre dans des situations où le code requiert le TTAS.


2 - La nature du matériau de placage impose une limite de température maximum.

C’est le cas des placages aluminium, titane et zirconium.
Pour l’aluminium/acier il est déconseillé de dépasser 300°C à l’interface plaquée sous peine de détériorer celle-ci. Cette liaison est donc inapte à tout TTAS « classique ».

En revanche pour les plaqués titane et zirconium, cette détérioration intervient vers les 680°C, ce qui laisse un peu de marge. Par sécurité on se limitera à 600-610°C.

Si la base est en inox austénitique, un séjour prolongé au-delà de 550°C peut entraîner la formation de composés intermétalliques à la liaison. Il conviendra donc d’adapter les températures et temps de maintien, notamment à l’aide du paramètre d’Hollomon-Jaffe qui permet de comparer les effets du changement de paramètres.

3 - Le matériau de placage présente une zone de sensibilisation que l’on peut éviter.

Un nombre non négligeable d’aciers inoxydables rentrent dans cette catégorie (exemple les 6 Mo comme le 254 SMO), de même que des alliages de nickel du type Hastelloy C-276 ou Alliage 825.

Une étude soigneuse des diagrammes TTS de ces matières est nécessaire afin d’adapter les paramètres du TTAS afin d’éviter les zones de température à risques.



Typiquement il est judicieux de choisir une température de traitement en dessous du « nez » de sensibilisation, et d’adapter le temps de traitement en conséquence.

Si on regarde celui de l’alliage C-276 ci-dessus (source doc VDM), on voit que si la température est mal choisie, on rentre tout de suite dans le nez de sensibilisation. A contrario l’alliage 59 également représenté dans le même diagramme est plus facile à traiter.

Ceci ne va pas sans quelques concessions si par exemple on doit utiliser un inox type 6 Mo (nez de sensibilisation dans la zone des 620-650°C) plaqué sur un acier carbone HIC, qui doit pour sa tenue maximale subir un TTAS théoriquement vers les 630°C. Sur cet exemple précis, il faut traiter vers les 540°C avec un temps plus long.

Dans une moindre mesure les inox de type 304 ou 316 peuvent être sensibilisés par des séjours prolongés dans la zone des 650°C (précipitations de carbures de Chrome au joint de grains), là également une diminution de la température (vers les 600°C) est de nature à limiter considérablement les risques.

Par ailleurs l’emploi de nuances à bas carbone (304L / 316L) ou de nuance stabilisées (347 / 321 / 316Ti) réduit considérablement le problème. On voit sur le diagramme ci-dessous l’influence de la teneur en carbone sur la sensibilité à la corrosion intergranulaire d’un 304.





4 - Le matériau de placage ne présente pas de zone de sensibilisation ou après une très longue exposition.

C’est la situation idéale car dans ce cas on peut axer le traitement sur ce que demande l’acier de base sans craindre de conséquence sur le placage. Le TTAS et le formage à chaud sont donc quasiment libre de contraintes supplémentaires.

Un alliage comme l’alliage 400 (Monel 400) et tous les cupro-nickel sans éléments additionnels ne présentent pas de point de transformation métallurgique dans la gamme de température de TTAS.

Dans le même registre, l’alliage 625 est très résistant à la sensibilisation, il faut une durée de traitement très longue, qui excède la grande majorité des TTAS.

Conclusion:

Même si les tôles plaquées se travaillent quasiment comme un matériau homogène, elles n’en sont pas moins constituées de deux (ou plus) matériaux distincts dont les caractéristiques propres doivent être considérées lors de la mise en œuvre et notamment du TTAS.
K3695719
Par: carlovitch1

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