Vannes à vanne API 602, Chapeau boulonné, tige montante, soudure par emboîtement avec embouts unis de 100 mm de long soudés aux deux extrémités, PWHT.
Alors, avez-vous entendu parler de PWHT ? Qu’est-ce que PWHT ?
Présentation du traitement thermique après soudage (PWHT)
Le soudage est un élément essentiel de l’exploitation et de la maintenance des actifs dans les industries de transformation pétrolière (en amont, intermédiaire et en aval) et chimique. Bien qu'il ait de nombreuses applications utiles, le processus de soudage peut affaiblir par inadvertance l'équipement en conférant des contraintes résiduelles à un matériau, entraînant ainsi une réduction de ses propriétés.
Afin de garantir que la résistance du matériau d'une pièce est conservée après le soudage, un processus appelé traitement thermique post-soudage (PWHT) est régulièrement effectué. Le PWHT peut être utilisé pour réduire les contraintes résiduelles, comme méthode de contrôle de la dureté ou même pour améliorer la résistance du matériau.
Si le PWHT est mal exécuté ou complètement négligé, les contraintes résiduelles peuvent se combiner aux contraintes de charge pour dépasser les limites de conception d'un matériau. Cela peut entraîner des ruptures de soudure, un potentiel de fissuration plus élevé et une susceptibilité accrue à la rupture fragile.
Le PWHT englobe de nombreux types de traitements potentiels :
Deux des types les plus courants sont le post-chauffage et la réduction du stress :
Post-chauffage :
La fissuration induite par l'hydrogène (HIC) se produit souvent lorsque des niveaux élevés d'hydrogène ambiant s'infiltrent dans un matériau pendant le soudage. En chauffant le matériau après le soudage, il est possible de diffuser de l'hydrogène depuis la zone soudée, évitant ainsi le HIC. Ce processus est connu sous le nom de post-chauffage et doit commencer immédiatement après la fin de la soudure. Plutôt que de refroidir, le matériau doit être chauffé à une certaine température en fonction de son type et de son épaisseur. Il doit être maintenu à cette température pendant un certain nombre d'heures en fonction de l'épaisseur du matériau.
Déstressant:
Une fois terminé, le processus de soudage peut laisser un grand nombre de contraintes résiduelles dans un matériau, ce qui peut entraîner un risque accru de corrosion sous contrainte et de fissuration induite par l'hydrogène. Le PWHT peut être utilisé pour libérer ces contraintes résiduelles et réduire ce potentiel. Ce processus consiste à chauffer le matériau à une température spécifique puis à le refroidir progressivement.
Le fait que le matériau doive ou non subir un PWHT dépend d'un certain nombre de facteurs, notamment de facteurs tels que son système d'alliage ou du fait qu'il ait déjà été soumis à un traitement thermique. Certains matériaux peuvent effectivement être endommagés par le PWHT, tandis que d'autres l'exigent presque toujours.
En général, plus la teneur en carbone d'un matériau est élevée, plus il est probable qu'il aura besoin de PWHT après les activités de soudage. De même, plus la teneur en alliage et l’épaisseur de la section transversale sont élevées, plus le matériau est susceptible d’avoir besoin de PWHT.
Quand le PWHT est-il requis pour l’acier au carbone ?
Le traitement thermique après soudage ou PWHT de l'acier au carbone doit être effectué après chaque soudage afin de garantir le maintien de la résistance du matériau de la pièce. Les critères exacts pour le PWHT de l'acier au carbone sont mentionnés dans le code ASME BPVC. PWHT assure la réduction des contraintes résiduelles, le contrôle de la dureté des matériaux et l’amélioration de la résistance mécanique.
Avantages du traitement thermique après soudure | Objectif du PWHT
Si le PWHT est négligé ou mal exécuté, les contraintes résiduelles peuvent se combiner avec les contraintes de charge de service. La valeur peut dépasser les limites de conception d'un matériau, entraînant des ruptures de soudure, un potentiel de fissuration plus élevé et une susceptibilité accrue à la rupture fragile. Les autres avantages de PWHT sont répertoriés ci-dessous :
- Structure métallurgique améliorée
- Ductilité améliorée du matériau
- Risque réduit de rupture fragile à mesure que la ductilité augmente
- Contrainte thermique relâchée grâce à la redistribution des contraintes résiduelles.
- Métal trempé
- Élimination de l'hydrogène diffusible qui aide à prévenir la fissuration induite par l'hydrogène (HIC)
Méthode et équipement PWHT
Le traitement thermique local post-soudage des joints soudés des canalisations sera effectué par la méthode de la résistance électrique après l'achèvement de toutes les opérations de soudage ou de réparation.
- Le chauffage à résistance est auto-isolé électriquement et thermiquement et est construit sur mesure pour chaque tuyau individuel.
- Les tensions appliquées aux bornes des bobines sont de 220 ou 380 volts CA selon les besoins en énergie.
- Le panneau de contrôle de puissance du traitement thermique après soudage est composé de :
- Un indicateur de contrôleur de température et un enregistreur de type numérique.
- Un potentiomètre qui contrôle le pourcentage de puissance absorbée par les bobines.
- Un interrupteur marche/arrêt, des voyants lumineux, des bornes d'entrée et de sortie pour la connexion de l'alimentation et du thermocouple.
- Contacteurs de puissance électrique de calibre approprié.
- Chaque panneau alimentera une seule station de chauffage et donc pour chaque opération de chauffage, un panneau sera nécessaire. Les taux de chauffage et de refroidissement sont ajustés par sélection manuelle du pourcentage de puissance absorbée au moyen de potentiomètres.
Exigences pour le traitement thermique après soudage ou PWHT
Avant de demander les exigences PWHT détaillées et l'exemption dans ces paragraphes, des qualifications satisfaisantes des procédures de soudage des spécifications des procédures de soudage à utiliser doivent être effectuées conformément à toutes les variables essentielles de la SECTION IX de l'ASME, y compris les conditions de traitement thermique après soudage et autres restrictions. énumérés ci-dessous.
Lors de la réalisation du traitement thermique local post-soudage, la technique d'application de chaleur doit assurer une température uniforme en tous points de la partie à traiter thermiquement. Il faut veiller à ce que la largeur de la bande chauffée de chaque côté du bord de soudure ne soit pas inférieure à quatre (4) fois l'épaisseur du tuyau ou à 2″ selon la valeur la plus élevée.
Tout au long du cycle de traitement thermique après soudage, la partie située à l'extérieur de la bande chauffée doit être convenablement enveloppée sous une isolation afin d'éviter tout gradient de température nocif au niveau de la surface exposée du tuyau. À cette fin, la température à la surface exposée du tuyau ne doit pas dépasser 400°c.
Les vannes, instruments et autres éléments spéciaux comportant des extrémités à souder doivent être protégés en raison du risque de dommages lors du traitement thermique après soudage.
Aucun soudage ne doit être effectué après PWHT.
Des enregistreurs automatiques de température convenablement calibrés doivent être utilisés. La charte d'étalonnage de chaque enregistreur doit être soumise au propriétaire avant le début des opérations de traitement thermique et son approbation doit être obtenue. L'équipement d'enregistrement doit être calibré au moins une fois tous les 12 mois. En outre, l'équipement instrument (potentiomètre) utilisé pour l'étalonnage des enregistreurs doit être appuyé par un certificat correspondant.
Préparation et fixation du thermocouple pour PWHT
Après avoir effectué une inspection visuelle et éliminé les défauts de surface et les points de soudure temporaires (le cas échéant), un nombre adéquat de thermocouples (en fonction du diamètre des tuyaux) doit être fixé au tuyau directement et à un emplacement équidistant le long de la périphérie du joint de tuyau. Le nombre minimum de thermocouples fixés par joint doit être de 1 pour un diamètre allant jusqu'à 3″, de 2 pour un diamètre allant jusqu'à 6″ et de 3 pour un diamètre allant jusqu'à 10″ et de 4 jusqu'à 12″ de diamètre et plus. Cependant, le nombre minimum requis de thermocouples à fixer peut être augmenté si cela s'avère nécessaire.
Les thermocouples doivent être placés sur le joint et en contact ferme avec le tuyau aussi près que possible de la zone de soudure. Les thermocouples doivent être directement soudés par pointage au joint ou à la bande chauffante, à condition qu'ils aient une queue du même matériau et qu'un fil d'apport ou une électrode approuvé ne dépassant pas 2,5 mm de diamètre soit utilisé pour le soudage par pointage.
Afin d'éviter des lectures de température incorrectes dues au rayonnement direct des thermocouples, celui-ci doit être protégé par une fibre céramique ou tout autre matériau isolant approprié.
Les éléments de résistance chauffante doivent être posés sur les thermocouples attachés tout au long de la bande chauffante et doivent être isolés comme indiqué sur la figure 1 ci-dessous.
Les matériaux isolants doivent être de la laine minérale/laine de verre pouvant résister à la température utilisée. L'épaisseur minimale de l'isolation doit être de 50 mm. Pour maintenir le matériau isolant en position, le treillis métallique doit être enroulé et attaché ou attaché par d'autres moyens appropriés.
Température PWHT, enregistrement de temps
La température et la durée du traitement thermique après soudage ainsi que ses taux de chauffage et de refroidissement doivent être enregistrés automatiquement et présenter la température réelle de la zone de soudure. Chaque thermocouple doit être connecté à l'instrument de contrôle et d'enregistrement pour chaque joint traité.
Chauffage, maintien et refroidissement dans PWHT
La température de chauffage supérieure à 300°c doit être enregistrée et la vitesse de chauffage et de refroidissement ne doit pas être supérieure à celle spécifiée dans les WPS et les normes associées, mais en aucun cas supérieure à 200°c/h, et la différence entre les températures mesurées par divers Les thermocouples doivent être dans la plage spécifiée.
La température de mise en place du traitement thermique et le temps de maintien doivent être tels que spécifiés dans les spécifications des procédures de soudage associées. Pour faciliter la référence, les valeurs pour différents types d'acier sont données dans le tableau suivant.
Le refroidissement jusqu'à 300°c doit être un refroidissement contrôlé. En dessous de cette valeur, le refroidissement jusqu'à la température ambiante doit s'effectuer sous revêtement isolant sans contrôle.
Quelques notes importantes liées au PWHT
Le fonctionnement du PWHT doit être effectué uniquement par du personnel formé ayant une expérience similaire et approuvé par le propriétaire.
Pendant le PWHT, les joints doivent être protégés de la pluie et du vent par une protection contre la pluie et un pare-brise adéquats.
Des tests de dureté après PWHT doivent être effectués pour déterminer si le traitement thermique a été effectué efficacement. Normalement pour l'acier au carbone, la dureté Brinnel maximale est de 200 HB.
Précautions de sécurité pendant le PWHT
Les précautions de sécurité suivantes doivent être prises pendant le PWHT :
L'équipement et les panneaux doivent être correctement mis à la terre.
Les techniciens en électricité doivent travailler avec des vêtements de sécurité appropriés tels que des gants en caoutchouc, des chaussures, etc.
Seul un électricien certifié travaillera.
Les joints sous PWHT doivent être bien cordonnés avec du ruban rouge/un feu rouge et un affichage de danger pour éviter que des personnes inconnues n'entrent en contact avec les connexions électriques à haute tension.
Une plate-forme adéquate doit être réalisée pour les joints in situ afin d'éviter la chute d'une personne.
Sur la base de ce qui précède, PWHT est le processus critique nécessaire pour le matériau soudé, auquel il convient d'accorder suffisamment d'attention pendant la production.
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