Fissuration à chaud,Ce phénomène crée des fractures dans le métal soudé ou dans la zone affectée thermiquement (ZAT) avant que le joint n'atteigne la température ambiante. Si vous ignorez les risques de fissuration à chaud, vous vous exposez au danger de fuites soudaines dans les conduites à haute pression.
Le mécanisme de la fissuration à chaud
La fissuration à chaud se produit lorsque des impuretés à bas point de fusion se concentrent aux limites des grains de la soudure en cours de refroidissement.Lorsque le métal soudé se rétracte pendant le refroidissement, il crée une contrainte de traction sur ces limites de grains.S'il existe encore un film liquide d'impuretés, le métal ne peut pas résister à la contrainte.Par conséquent, les grains se séparent, laissant une fissure microscopique ou visible.Cela se produit souvent au centre du cordon de soudure, là où la solidification finale a lieu.
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Fissuration à chaud des aciers inoxydables austénitiques
Les aciers inoxydables austénitiques standard, tels que 304L et 316L, sont largement utilisés dans les domaines suivants raccords de tuyauterie.Toutefois, ces alliages sont susceptibles de présenter des problèmes de solidification en raison de leur forte dilatation thermique.
Pour éviter cela, les professionnels Fournisseurs de tubes en acier inoxydable contrôler strictement la teneur en ferrite des soudures.Une petite quantité de ferrite primaire (typiquement 3% à 8%) agit comme un solvant pour les impuretés telles que le soufre et le phosphore.Cela empêche la formation des films liquides dangereux mentionnés plus haut.Si la teneur en ferrite est trop faible,le risque de fissuration à chaud dans le joint de la conduite augmente considérablement.
Vulnérabilité des alliages à base de nickel
Les alliages à base de nickel offrent une résistance extrême à la corrosion, mais ils sont notoirement difficiles à souder. Contrairement à l'acier inoxydable, ces alliages se solidifient entièrement sous forme d'austénite (entièrement austénitique). Ils ne bénéficient pas d'une phase de ferrite secondaire pour “nettoyer” les joints de grains.
- Inconel (par exemple, 625, 718) :
Ces alliages contiennent du niobium et du silicium, qui peuvent former des phases eutectiques à bas point de fusion. - Incoloy (par exemple, 825) :
La teneur élevée en nickel et en fer nécessite un contrôle précis de la chaleur afin d'éviter les tensions thermiques. - Hastelloy (par exemple, C276) :
Conçu pour les environnements acides, cet alliage nécessite un faible apport de chaleur pour éviter les micro-fissures dans le joint de la bride.
Comparaison de la sensibilité à la fissuration à chaud par groupe de métaux
| Groupe des métaux | Niveau de sensibilité | Cause première | Stratégie d'atténuation |
|---|---|---|---|
| Inox austénitique | Modéré | Haute dilatation thermique | Maintenir 3-8% Delta Ferrite |
| Alliages de nickel | Haut | Solidification entièrement austénitique | Utiliser un faible apport de chaleur et des produits de remplissage spécifiques |
| Inox duplex | Faible | Structure de phase équilibrée | Contrôler les taux de refroidissement |
| Acier Carbone | Très faible | Faibles niveaux d'impureté | Préchauffage standard |
Facteurs qui augmentent le risque de fissuration des composants de tuyauterie
- Stress lié à la contention :
Les brides à parois épaisses offrent une contrainte mécanique élevée, empêchant le rétrécissement naturel des soudures et augmentant ainsi la contrainte de traction. - Niveaux d'impureté :
Des traces de soufre, de phosphore, de plomb ou de zinc augmentent considérablement le risque de fissuration à chaud. - Forme du cordon de soudure :
Les soudures profondes et étroites (rapport d'aspect élevé) sont susceptibles d'induire des fissures dans la ligne médiane. - Puissance calorifique :
Une chaleur excessive provoque une dilatation excessive du métal, ce qui génère des contraintes plus importantes lors du refroidissement ultérieur.
Meilleures pratiques pour éviter la fissuration à chaud
Sélection correcte du métal d'apport
Pour les alliages de nickel, choisissez des métaux d'apport contenant des éléments tels que le manganèse. Le manganèse réagit avec le soufre pour former des composés stables, réduisant ainsi le film liquide aux limites du grain.
Contrôler l'apport de chaleur
Un apport de chaleur plus faible réduit la taille de la “zone molle” pendant la solidification.Pour les raccords de tuyauterie en acier inoxydable, utilisez une technique de “cordon de soudure” plutôt qu'un tissage large, ce qui permet de conserver un bain de soudure petit et gérable.
Propreté de la surface
Avant de souder un tuyau en acier inoxydable, il convient de nettoyer soigneusement la surface et d'éliminer toute trace d'huile, de graisse et de peinture. Ces substances contiennent souvent du soufre ou du plomb, qui agissent comme des catalyseurs pour la fissuration à chaud.
Identification des fissures de cratère aux extrémités des soudures
Une forme spécifique et dangereuse de fissuration à chaud est la “fissure en forme de cratère”. Elle se produit à l'extrémité d'un cordon de soudure lorsque le soudeur interrompt soudainement l'arc électrique.
Dans un joint de bride à haute pression, une fissure en forme de cratère peut agir comme un concentrateur de contraintes. Avec le temps, ce petit défaut peut se propager à travers toute la paroi du tuyau en acier inoxydable.
Pour éviter cela, les professionnels de Kaysuns utilisent la fonction ’crater fill“ sur les machines à souder modernes. Cette fonction réduit progressivement le courant, ce qui permet au bain de soudure de se solidifier lentement et complètement.
La chimie de la fissuration par liquidation dans les alliages de nickel
Au-delà des problèmes de solidification classiques, les alliages à base de nickel comme l'Inconel 718 sont confrontés à une menace appelée “liquation cracking”, qui se produit dans la zone affectée thermiquement (HAZ) plutôt que dans le métal soudé lui-même.
Certains éléments, comme le niobium ou le bore, peuvent fondre à des températures inférieures à celles du métal environnant.Pendant le soudage,ces joints de grains se “liquéfient” alors que le reste du tuyau reste solide.Les fissures microscopiques qui en résultent sont souvent invisibles à l'œil nu.
Par conséquent, les ingénieurs de Kaysuns doivent effectuer un ressuage sur tous les raccords de tuyauterie fabriqués à partir d'alliages à haute teneur en nickel afin de s'assurer que l'HAZ est intacte.
Contrôle de la qualité : Test de fissuration à chaud sur le terrain
Comment peut-on vérifier si ces défauts existent dans un réseau de canalisations ?
Un plan complet de contrôle de la qualité (CQ) est le seul moyen de garantir la sécurité.
| Méthode d'essai | Efficacité de la fissuration à chaud | Application |
|---|---|---|
| Test visuel (VT) | Faible (uniquement pour les fissures superficielles) | Inspection générale des canalisations |
| Ressuage (PT) | Élevé (excellent pour les fissures superficielles) | Critique pour les joints en Incoloy / Hastelloy |
| Radiographie (RT) | Modéré (bon pour les vides internes) | Soudures bout à bout à pénétration totale |
| Macro-gravure | Élevé (montre la structure du grain) | Utilisé dans la qualification des modes opératoires de soudage (PQR) |
Dépannage
| Symptôme observé | Cause première probable | Solution |
|---|---|---|
| Fissures centrales | Forme de perle inappropriée | Augmenter la largeur de la soudure ou réduire la profondeur |
| Fissures dans l'HAZ | Apport de chaleur excessif | Utiliser un ampérage plus faible et un déplacement plus rapide |
| Cratérisation à la fin | Terminaison rapide de l'arc | Utiliser la fonction “remplissage de cratère” sur la soudeuse |
| Micro-fissures | Contamination de surface | Nettoyage au solvant avec de l'acétone avant le soudage |
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