Download pdf - Tenue a la corrosion des assemblages soudes

ÉCOLESUPÉRIEUREDUSOUDAGEETDESESAPPLICATIONS-85ÈMEPROMOTION

TENUEÀLACORROSIONDESASSEMBLAGESSOUDÉSDUPLEXETSUPER-DUPLEX

Présentépar:ELCORDAHIGaby

Date:vendredi22avril2016

Nombredepages:69

FRIEDLANDER-Départementinternational Rapportdestageenentreprise

ELCORDAHIGaby–ESSA85 Page2de69

INFORMATIONSURLESTAGIAIRE:

Nom: ELCORDAHIPrénom: GabyStatut: Étudiantàl’ESSA–85èmePromotionFormation: IngénieurMécanicien(2013)E-mail: [email protected]

ENTREPRISED’ACCUEIL:

Nom: GroupeORTEC Website: www.ortec.frAdresse: ParcdePichaury550ruePierreBerthier

13799AIX-EN-PROVENCECEDEXService: ServiceQualitéInternationale

INFORMATIONSURLETUTEURDUSTAGE:

Nom: ALICHEPrénom: ChristianPosition: ResponsabledudépartementqualitéinternationalE-Mail: [email protected]: AMADUPrénom: LoïcPosition: IngénieursoudeurE-Mail: [email protected]

SUJETDESTAGE:

Soudagedesduplexetsuper-duplex:analysedelatenueàlacorrosiondesassemblagesdequalification;adéquationdesénergiesdesoudage,gazdeprotectionetévolutiondesconsommablesdesoudage.

PERIODEDUSTAGE:

Début: Lundi22Février2016Fin: Vendredi22Avril2016Période: 9semaines



RESUMÉ

Lesaciers inoxydablesausténo-ferritiques sontemployésdans l’industriepour leurintérêt économique, leur bonne tenue mécanique et leur résistance à la corrosion. Cesderniers évoluent avec les techniques d’élaboration de l’acier qui nous permettentd’exploiter des nuances encore plus nobles et plus chargées en éléments d’addition. Laproblématique réside dans le soudage de cette famille d’aciers inoxydables. Plusparticulièrement,danslemaintiendel’équilibredesphasesferrite(δ)etausténite(γ)danslazonefondueetdanslazoneaffectéethermiquement.

Leprocédé,lapréparationdesbords,l’épaisseur,l’énergiedesoudage,lavitessederefroidissement,latempératureentrepasses,ladextéritédusoudeur(sisoudagemanuel),letauxdedilution,lacompositionchimiquedumétaldebase/d’apportetlacompositiondesgazdeprotection(endroitetenvers)sontdesvariablesfondamentalesàlamorphologiedesphaseset leurscaractéristiquesdans la soudure.Plus l’alliageest chargéenélémentsd’addition,pluslesconditionsdesoudagedoiventêtrestrictesetlecontrôleexigeant.

D’unpointdevuechimique, l’additionde l’azotedans legazdeprotectionpermetde compenser sa volatilisation lors du soudage et donc demaintenir un PRENstable desphasesdéveloppées. L’ajoutdunickeldans lemétald’apport, enproportion supérieureàcelle dumétal de base (2 à 4%), favorise la formation de l’austénite primairemalgré lesvitesses de refroidissement rapides. La formation de l’austénite primaire permet des’éloignerlemoinspossibledelarépartitiondesphasesoptimaleetdeconserveraumieuxlescaractéristiquesmécaniqueset latenueàlacorrosion.Toutefois,cesadditionsdoiventêtre correctementexploitéespardes conditionsde soudage favorables. Si cen’est pas lecas, la précipitation de composé de seconde phase (l’austénite secondaire) sera le signed’une mauvaise répartition des éléments d’alliage au sein des deux phases et d’unehétérogénéitéchimiqueàlabasedeladégradationdelarésistanceàlacorrosion.

D’un point de vue opératoire, le contrôle adéquat des énergies de soudage estnécessaire. Une attention particulière doit être portée sur le soudage de la passe depénétration,massiveetàfaibledilution,etlapassedesoutienplusfine.Lesséquencesdesoudage doivent aussi être optimisées pour maîtriser au mieux les variations des cyclesthermiquesensoudagemulti-passesetlestransformationsquienrésultentdansleszonesaffectéesparlachaleur(zoneaffectéethermiquementetpassesréchauffées).

D’un point de vue général, pour le soudage des nuances super-duplex, unpréchauffage peut être bénéfique pour le soudage des premières passes sur des fortesépaisseurs afin de ralentir la vitesse de refroidissement et autoriser la diffusion deséléments d’addition. De plus, l’automatisation du procédé de soudage est conseilléepuisqu’elle permet un contrôle strict de l’apport d’énergie en fonction de la position desoudage(contrôleduvolumedespassesetdelaquantitédumétald’apport).

Mots-clés:Aciersinoxydablesausténo-ferritiques;Austénite(γ);Austénitesecondaire(γ2);Azote;Corrosion;Diffusion;Duplex;Énergiedesoudage,Ferrite(δ);Gazdeprotection;Métallurgie;Nickel;Nitrures;Piqûre;Précipitation;PREN;Répartition;Super-duplex,TIG



SUMMARY(EN)

Duplexand super-duplex stainless steels arewidelyused in theoil&gas industry.Their popularity is due to the fact that they offer goodmechanical and pitting corrosionresistance properties. Today, the improvement of the steel making process makes itpossible to have superior grades. Nevertheless, welding of such “noble” materials is adelicate issue. In fact, theproblem lies inmaintainingequilibriumbetween the ferrite (δ)andaustenite(γ)phasesintheweldmetalandheat-affectedzones.

Weldingprocess, jointpreparation,weldedthickness,weldingenergy,weldcoolingspeed, inter-pass temperature, welding technique (manual welding), dilution, chemicalcomposition of the weld metal and composition of the shielding gas are all essentialvariablesthatdirectlyinfluencetheshapeandcharacteristicsofthephasesthatdevelopinthe weld. The monitoring of theses variables becomes more delicate when dealing withincreasingsteelgrades.

Theuseofnitrogenintheshieldinggascompensatesthenitrogenlossesintheweldandbasemetalsthatarecausedbyvolatilizationathightemperatures,henceimprovingtheweld’sPREN.Theadditionofnickelinthefillermetal,2to4%higherthanthatofthebasemetal, stabilizes the austenite formation despite the fast cooling speed of the depositedweld metal. The nucleation of primary austenite makes it possible to achieve phaseequilibriumnot far from the optimal range that grantees goodmechanical and corrosionresistance properties. Nevertheless, the addition of both nitrogen and nickel should becarefully employed along with appropriate welding parameters. If not the case, theprecipitation of secondary austenite takes place, as a result of an inappropriate elementpartitioningamongthephases,leadstoadecreaseinthepittingcorrosionresistanceoftheweld.

Furthermore,astrictcontrolofweldingparametersmustbemet.Especiallywhenitcomestotheweldingtherootpassonthick-walledassemblies.Therootpassshallbehighinvolumebutlowindilutionandthefollowingpassshallbethin(“coldpass”).Theweldingsequenceshallbealsooptimizedtocontrolthevariationsoftheheatgradientthataffectstheworkpieceinmulti-passwelding(heataffectedzonesandreheatedpasses).

Ingeneral,whenitcomestosuper-duplexstainlesssteels,apreheatingisbeneficialfor the welding of the root pass in order to decrease the cooling rate and promoteappropriate element partitioning between the phases. The use of an automatedweldingprocess is also recommended because it will allow the control of the welding energy infunctionoftheweldingposition(subsequentlythevolumeofthedepositedweldbead).

Key words: Austenite (γ); Corrosion; Diffusion; Duplex; Ferrite (δ); Metallurgy; Nickel; Nitrides; Nitrogen;Partitioning; Pitting; Precipitation; PREN; Secondary austenite (γ2); Shielding gas; Stainless steels; Super-duplex;TIG;Weldingenergy.