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novembre 20, 2024Soudage du beurrage de tuyaux en acier allié au nickel et des tuyaux en acier inoxydable: Un guide complet
introduction
Soudage de métaux différents, tels que les tuyaux en acier allié au nickel et les tuyaux en acier inoxydable, est une exigence courante dans des secteurs comme la production d'électricité, pétrole et gaz, pétrochimie, et l'énergie nucléaire. Ces métaux sont souvent assemblés à l'aide d'une technique appelée beurrage., qui consiste à appliquer une couche de matériau d'apport compatible sur l'un des métaux de base avant la réalisation de la soudure finale. Ce processus permet d'atténuer les problèmes liés au soudage de métaux différents, comme un décalage de dilatation thermique, corrosion, et la fissuration.
Dans ce guide complet, we will explore the process of welding nickel tuyau en acier allié buttering to stainless steel pipes. Nous aborderons les techniques de soudage, matériaux de remplissage, étapes de préparation, et traitements post-soudage nécessaires pour garantir une soudure réussie. aditionellement, nous fournirons des tableaux détaillés décrivant la composition chimique, Propriétés mécaniques, et paramètres de soudage pour divers alliages de nickel et aciers inoxydables.
Pourquoi le beurrage est nécessaire pour le soudage de métaux différents
Lors du soudage de métaux différents comme les alliages de nickel et l'acier inoxydable, plusieurs défis surviennent en raison des différences dans leur composition chimique, coefficients de dilatation thermique, et résistance à la corrosion. Ces différences peuvent conduire à des problèmes tels que:
- Fissuration: Les différents taux de dilatation thermique des alliages de nickel et de l'acier inoxydable peuvent provoquer des contraintes lors du chauffage et du refroidissement., entraînant une fissuration du joint de soudure.
- Corrosion: Des métaux différents peuvent former des cellules galvaniques, conduisant à une corrosion accélérée au niveau du joint de soudure.
- Dilution: Le mélange de métaux différents pendant le soudage peut donner lieu à une soudure présentant des propriétés mécaniques ou une résistance à la corrosion indésirables..
Pour surmonter ces défis, une technique appelée beurrage est utilisée. Le beurrage consiste à appliquer une couche de matériau de remplissage compatible (généralement un alliage à base de nickel) au tuyau en acier inoxydable avant la soudure finale. Cette couche agit comme un tampon, réduire le risque de fissuration et de corrosion en créant une interface plus compatible entre les deux métaux différents.
Alliages de nickel et aciers inoxydables: Un aperçu
Alliages de nickel
Les alliages de nickel sont connus pour leur excellente résistance à la corrosion, résistance à haute température, et résistance à l'oxydation. Ils sont couramment utilisés dans les industries qui nécessitent des matériaux résistant aux environnements difficiles., comme le traitement chimique, aéronautique et espace, et production d'électricité.
Certains alliages de nickel courants utilisés dans les systèmes de tuyauterie comprennent:
- Inconel 600: Un alliage nickel-chrome présentant une excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion à haute température.
- Inconel 625: Un alliage nickel-chrome-molybdène connu pour sa haute résistance et sa résistance à la corrosion par piqûres et fissures..
- Monel 400: Un alliage nickel-cuivre offrant une bonne résistance à la corrosion dans une large gamme d'environnements, y compris l'eau de mer et les environnements acides.
- Hastelloy C-276: Un alliage nickel-molybdène-chrome offrant une excellente résistance à une large gamme de milieux corrosifs, y compris les environnements acides forts et chlorures.
Aciers inoxydables
Les aciers inoxydables sont des alliages à base de fer qui contiennent au moins 10.5% chrome, ce qui leur confère leur résistance caractéristique à la corrosion. Les aciers inoxydables sont largement utilisés dans des industries telles que la transformation alimentaire, médicaments, et le pétrole et le gaz en raison de leur résistance à la corrosion et de leur facilité de fabrication.
Les types courants d'acier inoxydable utilisés dans les systèmes de tuyauterie comprennent:
- 304 En acier inoxydable: Un acier inoxydable austénitique avec une bonne résistance à la corrosion et une excellente formabilité.
- 316 En acier inoxydable: Un acier inoxydable austénitique additionné de molybdène pour une meilleure résistance à la corrosion par piqûres et fissures..
- 321 En acier inoxydable: Un acier inoxydable austénitique stabilisé au titane pour empêcher la précipitation de carbure pendant le soudage.
- Acier inoxydable duplex: Un acier inoxydable avec une microstructure mixte d'austénite et de ferrite, offrant une haute résistance et une excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte.
Processus de soudage pour le beurrage de tuyaux en acier allié au nickel et les tuyaux en acier inoxydable
Marcher 1: Le choix des matériaux
La première étape du processus de soudage consiste à sélectionner les matériaux appropriés en alliage de nickel et en acier inoxydable.. Le choix des matériaux dépend de l'application spécifique, environnement opérationnel, et les propriétés requises pour le joint de soudure final.
Par exemple, si l'application implique des températures élevées et des environnements corrosifs, Inconel 625 peut être choisi pour l'alliage de nickel, alors que 316 l'acier inoxydable peut être sélectionné pour le tuyau en acier inoxydable.
Marcher 2: Sélection des matériaux de remplissage
Le matériau d'apport utilisé pour le beurrage et le soudage joue un rôle crucial dans la réussite de la soudure. Le matériau d'apport doit être compatible à la fois avec l'alliage de nickel et l'acier inoxydable pour éviter des problèmes tels que la fissuration., corrosion, et dilution.
Les matériaux d'apport courants utilisés pour le soudage des alliages de nickel sur l'acier inoxydable comprennent:
- ERNiCr-3: Un matériau d'apport nickel-chrome couramment utilisé pour le soudage de l'Inconel 600 à l'acier inoxydable.
- ERNiCrMo-3: Un matériau d'apport nickel-chrome-molybdène utilisé pour le soudage de l'Inconel 625 et Hastelloy C-276 en acier inoxydable.
- ERNiCu-7: Un matériau d'apport nickel-cuivre utilisé pour le soudage du Monel 400 à l'acier inoxydable.
Marcher 3: Beurrer le tuyau en acier inoxydable
Le processus de beurrage consiste à appliquer une couche de matériau d'apport sur le tuyau en acier inoxydable avant que la soudure finale ne soit réalisée.. Cette couche fait office de zone de transition entre l'acier inoxydable et l'alliage de nickel, réduisant le risque de fissuration et de corrosion.
Procédure de beurrage:
- Préparation de surface: La surface du tuyau en acier inoxydable doit être soigneusement nettoyée pour éliminer tout contaminant, comme l'huile, graisse, ou couches d'oxyde. Cela peut être fait en utilisant des méthodes mécaniques (par exemple., broyage) ou nettoyage chimique.
- Préchauffage: En fonction de l'épaisseur des matériaux et des alliages spécifiques à souder, un préchauffage peut être nécessaire pour réduire le risque de fissuration. Les températures de préchauffage varient généralement de 100°C à 200°C.
- Passe beurré: Une couche de matériau de remplissage (par exemple., ERNiCrMo-3) est appliqué sur le tuyau en acier inoxydable à l'aide d'un procédé de soudage tel que GTAW (Soudage à l'arc au gaz tungstène) ou SMAW (Soudage à l’arc métallique blindé). La couche de beurrage doit être suffisamment épaisse pour éviter toute dilution avec le métal de base lors de la soudure finale..
- Inspection: Après application de la couche de beurrage, il doit être inspecté pour déceler des défauts tels que des fissures, porosité, ou fusion incomplète. Contrôle non destructif (ESSAI NON DESTRUCTIF) des méthodes telles que des tests par ultrasons ou des tests radiographiques peuvent être utilisées pour garantir la qualité de la couche de beurrage.
Marcher 4: Souder l'alliage de nickel à l'acier inoxydable beurré
Une fois la couche de beurrage appliquée sur le tube en acier inoxydable, la soudure finale peut être réalisée entre le tube en alliage de nickel et le tube en acier inoxydable beurré.
Procédure de soudage:
- Processus de soudage: Le processus de soudage utilisé pour assembler l'alliage de nickel au tuyau en acier inoxydable beurré peut varier en fonction des matériaux spécifiques et de l'application.. Les procédés de soudage courants comprennent:
- GTAW (Soudage TIG): Fournit un contrôle précis de la soudure et est couramment utilisé pour les soudures de haute qualité dans les applications critiques.
- SMAW (Soudage à la baguette): Un procédé polyvalent qui peut être utilisé pour le soudage dans diverses positions et environnements.
- GMAW (Soudage MIG): Convient aux vitesses de soudage plus rapides et aux matériaux plus épais.
- Matériau de remplissage: Le même matériau de remplissage utilisé pour le beurre (par exemple., ERNiCrMo-3) doit être utilisé pour la soudure finale afin d'assurer la compatibilité entre l'alliage de nickel et la couche beurrée.
- Paramètres de soudage: Les paramètres de soudage, comme le courant de soudage, tension, et la vitesse de déplacement, doit être soigneusement contrôlé pour éviter la surchauffe et la distorsion. Le tableau suivant fournit les paramètres de soudage typiques pour les procédés GTAW et SMAW.:
Processus de soudage | Matériau de remplissage | Actuel (A) | Tension (V) | Vitesse de déplacement (mm/min) | Température de préchauffage (° C) | Température entre passes (° C) |
---|---|---|---|---|---|---|
GTAW (TIG) | ERNiCrMo-3 | 100-150 | 10-14 | 100-150 | 100-200 | 150-250 |
SMAW (Bâton) | ERNiCrMo-3 | 80-120 | 20-24 | 80-120 | 100-200 | 150-250 |
GMAW (MOI) | ERNiCrMo-3 | 150-200 | 20-25 | 150-200 | 100-200 | 150-250 |
- Traitement thermique après soudage (PWHT): En fonction des matériaux et de l'application, un traitement thermique après soudage peut être nécessaire pour soulager les contraintes résiduelles et améliorer les propriétés mécaniques de la soudure. Les températures PWHT varient généralement de 600°C à 800°C, en fonction des alliages spécifiques à souder.
Marcher 5: Inspection et essais
Une fois le processus de soudage terminé, le joint de soudure doit être inspecté et testé pour garantir sa qualité et son intégrité. Les méthodes d'inspection courantes comprennent:
- Inspection visuelle: Le joint de soudure est inspecté visuellement pour détecter les défauts de surface tels que les fissures., porosité, ou fusion incomplète.
- Contrôle non destructif (ESSAI NON DESTRUCTIF): Méthodes telles que les tests par ultrasons (OUT), examen radiographique (RT), ou ressuage (TP) peut être utilisé pour détecter les défauts internes dans le joint de soudure.
- Essais mécaniques: Essais mécaniques tels que les essais de traction, essai de pliage, ou des tests d'impact peuvent être effectués pour évaluer la résistance et la ténacité du joint soudé.
Défis liés au soudage des alliages de nickel sur l’acier inoxydable
Le soudage des alliages de nickel sur l'acier inoxydable présente plusieurs défis en raison des différences dans leur composition chimique et leurs propriétés physiques.. Certains des principaux défis comprennent:
1. Inadéquation de dilatation thermique
Les alliages de nickel et les aciers inoxydables ont des coefficients de dilatation thermique différents, ce qui peut entraîner des contraintes thermiques lors du chauffage et du refroidissement. Ces contraintes peuvent provoquer des fissures dans le joint de soudure, en particulier dans les conduites à parois épaisses ou à géométries complexes.
2. Dilution
Pendant le soudage, les métaux de base (alliage de nickel et acier inoxydable) peut se mélanger avec le matériau de remplissage, conduisant à une dilution. Cela peut entraîner une soudure présentant des propriétés mécaniques ou une résistance à la corrosion indésirables.. La couche de beurrage aide à réduire la dilution en créant une interface plus compatible entre les deux métaux différents.
3. Corrosion
Le soudage de métaux différents peut créer des cellules galvaniques, conduisant à une corrosion accélérée au niveau du joint de soudure. L'utilisation d'un matériau de remplissage compatible (par exemple., ERNiCrMo-3) et des traitements post-soudage appropriés peuvent aider à atténuer ce problème.
4. Fissuration
Des fissures peuvent survenir pendant ou après le soudage en raison des contraintes thermiques, dilution, ou fragilisation par l'hydrogène. Préchauffage, paramètres de soudage contrôlés, et le traitement thermique après soudage peut contribuer à réduire le risque de fissuration.
Table: Composition chimique des alliages de nickel et des aciers inoxydables courants
Matériel | Nickel (Ni) | Chrome (Cr) | Molybdène (mois) | Fer (Fe) | Cuivre (Cu) | Carbone (C) | Autres éléments |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inconel 600 | 72 moi | 14-17 | – | 6-10 | – | 0.15 Max | Mn, Si, S |
Inconel 625 | 58 moi | 20-23 | 8-10 | 5 Max | – | 0.10 Max | N.-b., Mn, Si |
Monel 400 | 63 moi | – | – | 2.5 Max | 28-34 | 0.30 Max | Mn, Si, S |
Hastelloy C-276 | 57 moi | 14.5-16.5 | 15-17 | 4-7 | – | 0.01 Max | W, Mn, Si, S |
304 En acier inoxydable | 8-10.5 | 18-20 | – | Équilibre | – | 0.08 Max | Mn, Si, P, S |
316 En acier inoxydable | 10-14 | 16-18 | 2-3 | Équilibre | – | 0.08 Max | Mn, Si, P, S |
321 En acier inoxydable | 9-12 | 17-19 | – | Équilibre | – | 0.08 Max | TI, Mn, Si, P, S |
Acier inoxydable duplex | 4.5-6.5 | 22-23 | 3-3.5 | Équilibre | – | 0.03 Max | Mn, Si, P, S |
Conclusion
Le soudage de tubes en acier allié au nickel sur des tubes en acier inoxydable à l'aide de la technique de beurrage est un processus complexe qui nécessite une attention particulière lors de la sélection des matériaux., matériau de remplissage, paramètres de soudage, et traitements post-soudage. En appliquant une couche de beurrage de matériau de remplissage compatible, le risque de fissure, corrosion, et la dilution peut être considérablement réduite, résultant en un joint de soudure de haute qualité.
Le succès de la soudure dépend d’une bonne préparation de la surface, préchauffage, paramètres de soudage contrôlés, et une inspection et des tests approfondis. En suivant les lignes directrices et les meilleures pratiques décrites dans ce guide, vous pouvez garantir une soudure fiable et durable entre les tuyaux en alliage de nickel et en acier inoxydable.
Pour plus d’informations ou d’assistance pour le soudage de métaux différents, consultez un ingénieur en soudage ou un spécialiste des matériaux qui pourra vous fournir des conseils d'experts sur les exigences spécifiques de votre projet..