Le soudage des tuyaux en acier à chaud nécessite un respect strict des procédures spécialisées pour assurer l'intégrité structurelle et la longévité. La qualité des articulations soudées a un impact significatif sur les performances globales de ces composants industriels de grande valeur, en particulier dans les applications critiques telles que le transport pétrolier et gazière, les vaisseaux sous pression et les supports structurels. Ce guide complet décrit les exigences critiques pour obtenir des résultats de soudage optimaux avec des tuyaux en acier.
Exigences de préparation avant le soudage
Une bonne préparation est le fondement des opérations de soudage réussies pour les tuyaux en acier. Avant que tout soudage ne commence, plusieurs étapes cruciales doivent être suivies:
Préparation et nettoyage de la surface
Les surfaces de tuyaux à chaud doivent être soigneusement nettoyées pour éliminer tous les contaminants qui pourraient compromettre l'intégrité de la soudure. Cela comprend:
Nettoyage mécanique à l'aide de brosses métalliques ou de broyeurs pour éliminer la rouille de surface
Nettoyage chimique pour éliminer les huiles et les graisses
Élimination de l'échelle du moulin à travers les processus de sable ou de décapage
Élimination de toute humidité qui pourrait provoquer une fragilisation à l'hydrogène
Protocoles de préchauffage
Le préchauffage est essentiel pour les tuyaux à parois plus épais (généralement supérieures à 19 mm) et pour les grades en acier en alliage contenant une teneur en carbone plus élevée. Ce processus:
Réduit le choc thermique et empêche la fissuration du froid
Diminue le taux de refroidissement dans la zone touchée par la chaleur (HAZ)
Minimise les contraintes résiduelles qui pourraient entraîner une déformation
Permet la diffusion d'hydrogène de la zone de soudure
Les températures de préchauffage varient généralement de 100 ° C à 300 ° C, selon la spécification du matériau et l'épaisseur de la paroi. Par exemple, le matériau API 5L X65 nécessite généralement une préchauffage à 150 ° C pour les épaisseurs de paroi dépassant 25 mm.
Considérations de conception conjointe
Une conception conjointe appropriée est essentielle pour les opérations de soudage des tuyaux. La configuration doit expliquer:
Épaisseur du matériau et spécifications de qualité
Angles de rainure appropriés (généralement 60-75 °)
Dimensions du visage racinaire et mesures d'écart racinaires
Accessibilité pour l'équipement de soudage
Sélection du processus de soudage
Le choix de la méthode de soudage appropriée a un impact direct sur la qualité et la durabilité de l'articulation finale. Plusieurs processus conviennent au tuyau tracé à chaud:
Méthodes de soudage communes pour tuyaux en acier
SMAW (soudage à l'arc métallique blindé) : polyvalent pour les applications sur le terrain mais offre des taux de dépôt inférieurs
GTAW / TIG (soudage à l'arc à gaz à gaz) : assure la précision des passes racinaires et des tuyaux à parois minces
GMAW / MIG (soudage à l'arc métallique à gaz) : offre des taux de dépôt plus élevés pour les matériaux plus épais
FCAW (soudage à l'arc au courant du flux) : Convient aux applications sur le terrain avec des taux de dépôt plus élevés
Scie (soudage à l'arc submergé) : idéal pour la fabrication de l'atelier de tuyaux de plus grand diamètre
Optimisation des paramètres de soudage
Les paramètres critiques doivent être contrôlés avec précision en fonction des spécifications du tuyau:
Ampérage: doit correspondre à l'épaisseur et à la position du matériau (généralement 80-250a pour SMAW)
Tension: affecte la longueur et la pénétration de l'arc (généralement 20-30V pour GMAW)
Vitesse de voyage: Impact Impect Inting and Weld Profil
Température interpassée: généralement maintenue entre 100 et 250 ° C
Exigences de traitement thermique après le soudage
Le traitement thermique après soudage est souvent obligatoire, en particulier pour les applications à haute pression conformes aux normes ASME, API ou ISO:
Procédures de soulagement du stress
Le traitement thermique post-soudage (PWHT) remplit plusieurs fonctions critiques:
Réduit les contraintes résiduelles qui pourraient entraîner des fissures de corrosion des contraintes
Temps potentiellement des microstructures cassantes dans la zone touchée par la chaleur
Améliore la ductilité et la ténacité de l'articulation soudée
Améliore la stabilité dimensionnelle des services à haute température
Pour les tuyaux en acier au carbone (tels que ASTM A106 Grade B), les températures typiques d'allégement de contrainte varient de 550 ° C à 650 ° C avec des temps de maintien basés sur l'épaisseur du matériau (environ 1 heure par 25 mm).
Sélection et compatibilité consommables
Les matériaux de soudage doivent être soigneusement adaptés aux propriétés du métal de base:
Exigences de métal de remplissage
Les critères de sélection comprennent:
Composition chimique compatible avec le matériau du tuyau en acier
Résistance à la traction égale ou supérieure par rapport au matériau de base
Propriétés d'impact appropriées pour la température de service
Association de la résistance à la corrosion ou dépassement du matériau de base (en particulier pour les applications de services sources par NACE MR0175)
Les métaux de remplissage communs pour les tuyaux en acier en carbone comprennent E7018 pour SMAW et ER70S-6 pour les processus GMAW.
Sélection de gaz de blindage
Pour les processus nécessitant un blindage en gaz externe:
Argon: offre une excellente stabilité de l'arc pour GTAW
Mélanges d'argon / CO2 (généralement 75% / 25%): Norme pour GMAW d'acier au carbone
Mélanges d'hélium / argon: pour des applications spécialisées nécessitant une entrée de chaleur plus élevée
Contrôle et inspection de la qualité
Des tests rigoureux garantissent que les joints soudés répondent aux normes de l'industrie:
Méthodes d'examen non destructrices
Test radiographique (RT) : requis pour les articulations critiques par API 1104 ou ASME B31.3
Tests ultrasoniques (UT) : Préféré pour les tuyaux à parois épaisses
Inspection des particules magnétiques (MPI) : pour la détection des fissures de surface
Test de pénétration liquide (PT) : pour identifier les défauts de surface dans les matériaux non magnétiques
Exigences de tests mécaniques
La vérification de l'intégrité conjointe comprend généralement:
Tests de traction pour confirmer une force adéquate
Plier les tests pour vérifier la ductilité
Test d'impact pour les applications avec un service à basse température
Tests de dureté pour garantir que les valeurs restent dans des gammes acceptables (généralement inférieures à 250 HV pour le tuyau en acier en carbone dans le service sour)
Stratégies de contrôle de la déformation
La minimisation de la distorsion pendant le soudage nécessite une planification minutieuse:
Séquençage stratégique des passes de soudure (généralement en utilisant des modèles de soudage équilibrés)
Application d'outils de fixation et d'alignement appropriés
Techniques de soudage intermittentes pour les grands assemblages
Méthodes de soudage à l'arrière pour distribuer plus uniformément les entrées de chaleur
Considérations spéciales pour les tuyaux en acier en alliage
Les tuyaux à alliage élevé nécessitent des précautions supplémentaires:
Contrôle strict des températures de préchauffage et d'interpassage
Sélection de processus de soudage à faible hydrogène
Cycles de traitement thermique plus précis après le soudage
Protection accrue contre la contamination atmosphérique lors du soudage
Métaux de remplissage spécialisés correspondant à la composition exacte du matériau de base
Conclusion
Les tuyaux en acier à chaud à chaud exigent une attention méticuleuse à la préparation, la sélection des processus, la compatibilité des matériaux et le traitement après le soudure. L'adhésion à ces exigences garantit les articulations qui maintiennent les avantages inhérents à la construction de tuyaux tout en offrant la résistance requise, la résistance à la corrosion et la durée de vie des applications industrielles critiques. Consultez toujours les codes applicables comme l'API 1104, l'ASME B31.3 ou l'ISO 15614 lors du développement de procédures de soudage pour des applications de pipeline spécifiques.
