1. Quel est le processus de fabrication fondamental des tuyaux soudés en Nickel 200 et comment l'intégrité du cordon de soudure se compare-t-elle à celle du métal de base ?
Les tuyaux soudés en Nickel 200 sont généralement fabriqués à l'aide d'un processus de soudage continu, le plus souvent leSoudage par résistance électrique (ERW)ouTIG automatique (gaz inerte de tungstène)méthode de soudage. Le processus commence par une bobine de feuille ou de bande de Nickel 200 formée à froid-à travers une série de rouleaux jusqu'à ce que ses bords se rejoignent pour former une forme cylindrique. Au point de convergence des bords, le soudage a lieu.
Dans les restes explosifs des guerres, un courant électrique à haute fréquence-passe entre les bords, les faisant chauffer et fusionner sous pression sans utiliser de métal d'apport.
En TIG automatique, les bords sont fusionnés à l'aide d'un arc d'électrode en tungstène, souvent avec l'ajout d'un fil d'apport Nickel 201 correspondant (ERNi-1) pour garantir une soudure robuste et résistante à la corrosion.
La question cruciale est l’intégrité du cordon de soudure. Dans un processus correctement exécuté et méticuleusement contrôlé, le cordon de soudure peut atteindre des propriétés très proches de celles du métal de base. Cependant, ce n’est pas identique. La zone de soudure subit un cycle localisé de fusion et de solidification, créant une structure coulée par opposition à la structure forgée du corps du tuyau. Cela peut conduire à :
Variation mineure dans la structure des grains : Le métal soudé peut avoir une granulométrie légèrement différente.
Potentiel de ségrégation mineure : les impuretés peuvent se concentrer aux joints de grains dans la ligne centrale de la soudure.
Par conséquent, les traitements après-soudage sont essentiels. Le cordon de soudure est généralement traité thermiquement- via un processus de recuit par induction local.
Cela normalise la microstructure, soulage les contraintes induites par le soudage et restaure la ductilité et la résistance à la corrosion dans la zone de soudure. Pour les applications critiques, le cordon de soudure est souvent travaillé à froid (dimensionné et laminé) pour améliorer encore ses propriétés mécaniques. En fin de compte, bien que le cordon de soudure soit une région microstructurale distincte, un tuyau en Nickel 200 soudé de haute qualité, lorsqu'il est produit selon des normes telles que ASTM B725/B725M, est parfaitement adapté à son service de pression et de corrosion prévu.
2. Dans quelles applications de service corrosif les tuyaux soudés Nickel 200 sont-ils recommandés par rapport aux qualités d'acier inoxydable plus courantes comme le 316L ?
Le tube soudé Nickel 200 est le matériau de choix dans des environnements agressifs spécifiques où les aciers inoxydables présentent de mauvaises performances, principalement en raison de sa teneur élevée en nickel (99,0 % min) et de sa résistance à divers mécanismes de corrosion.
Les applications clés incluent :
Service de soude caustique (hydroxyde de sodium) : Il s’agit de la première application. Les aciers inoxydables sont très sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) et à des taux de corrosion élevés dans les solutions caustiques chaudes et concentrées. Le nickel 200 forme cependant un film protecteur stable et présente des taux de corrosion exceptionnellement faibles à toutes les concentrations et températures jusqu'à son point d'ébullition. Les tuyaux soudés sont utilisés pour les conduites de transfert, les conduites d'alimentation des évaporateurs et le traitement en aval dans les installations de production et de manutention de produits caustiques.
Manipulation des gaz halogènes et acides secs : Le Nickel 200 démontre une excellente résistance à la corrosion par le chlore sec et le chlorure d'hydrogène gazeux. Même si les aciers inoxydables peuvent être attaqués rapidement, le Nickel 200 conserve son intégrité, ce qui le rend adapté aux systèmes de tuyauterie des usines chimiques traitant ces gaz. Il est souvent utilisé jusqu'à la température de rosée du gaz.
Traitement des aliments et des acides gras : la nature non-contaminante et la résistance à la corrosion du Nickel 200 le rendent idéal pour les canalisations qui manipulent des acides gras et d'autres composés organiques dans l'industrie alimentaire (par exemple, production de margarine). Il empêche la dégradation catalytique qui pourrait conduire au rancissement ou à la décoloration, ce qui peut poser problème avec les alliages contenant du cuivre- comme certains laitons.
Réduction des produits chimiques et des sels neutres/alcalins : il présente des performances supérieures à celles des aciers inoxydables dans de nombreux environnements non-oxydants et est utilisé dans les canalisations pour la production et la manipulation de sels de haute-pureté.
La décision d'utiliser des tubes soudés Nickel 200 est motivée par la nécessité de prévenir les modes de défaillance catastrophiques tels que le SCC et d'atteindre une durée de vie longue et économiquement viable dans ces environnements particulièrement difficiles.
3. Quels sont les principaux avantages de spécifier des tuyaux soudés par rapport aux tuyaux sans soudure pour le Nickel 200 dans certaines applications ?
Le choix entre des tubes soudés (W) et sans soudure (S) est une décision d'ingénierie fondamentale. Bien que les tuyaux sans soudure présentent l'avantage de ne pas avoir de soudure longitudinale, les tuyaux soudés offrent des avantages significatifs qui en font le choix privilégié pour de nombreuses applications impliquant du Nickel 200.
Coût-Efficacité : il s'agit de l'avantage le plus important. Le processus de fabrication de tubes soudés à partir de bandes ou de plaques est généralement plus efficace et nécessite moins d'énergie que l'extrusion ou le perçage d'une billette pour tubes sans soudure. Pour les canalisations de grand-diamètre ou les projets-à long terme, les économies de coûts peuvent être substantielles.
Finition de surface et contrôle dimensionnel supérieurs : les tubes soudés sont formés à partir de matériaux laminés à froid, qui présentent intrinsèquement une finition de surface très lisse et uniforme avec des tolérances d'épaisseur serrées. La surface interne des tuyaux sans soudure peut être plus rugueuse et moins homogène, ce qui constitue un facteur critique dans les industries telles que l'alimentation, les produits pharmaceutiques ou les produits chimiques de haute pureté, où il est essentiel de minimiser la friction, l'entartrage ou l'adhérence du produit.
Disponibilité dans des diamètres plus grands : La production de tubes sans soudure est physiquement limitée par le diamètre maximum qu'elle peut produire. Toutefois, les tubes soudés peuvent être fabriqués dans de très grands diamètres en formant et en soudant des plaques plus larges, ce qui en fait la seule option viable pour les grandes lignes de traitement.
Cohérence de l'épaisseur de paroi : L'épaisseur de paroi du tuyau soudé est très constante sur toute la circonférence car elle commence comme un produit plat d'épaisseur uniforme. Les tuyaux sans soudure peuvent présenter une excentricité, ce qui signifie que l'épaisseur de la paroi peut varier considérablement d'un côté à l'autre.
Pour de nombreux services corrosifs où le Nickel 200 est spécifié-tels que les lignes de transfert caustique, la transformation des aliments et les canalisations chimiques-l'excellente finition de surface, la cohérence dimensionnelle et les économies de coûts des tuyaux soudés l'emportent souvent sur l'avantage théorique d'une structure sans soudure. Pour les applications à haute-pression où l'intégrité de toute la circonférence est primordiale, des tuyaux sans soudure peuvent toujours être spécifiés, mais pour la plupart des canalisations de procédé standard, les tuyaux soudés en Nickel 200 constituent une solution robuste et économique.
4. Quelles procédures de soudage et de fabrication spécifiques doivent être suivies lors de l'installation d'un système de tuyaux soudés Nickel 200 sur le terrain ?
Le soudage sur site des systèmes de tuyauterie en Nickel 200 nécessite le strict respect de procédures qui diffèrent de celles des aciers au carbone ou inoxydables, en raison de ses propriétés physiques et de sa grande pureté.
Sélection du métal d'apport : Le métal d'apport recommandé pour souder le Nickel 200 à lui-même est l'ERNi-1 (AWS A5.14), qui est un fil de nickel commercialement pur. Cette composition adaptée est cruciale pour maintenir la résistance à la corrosion du joint soudé. L’utilisation d’un matériau d’apport en acier inoxydable créerait une soudure dissemblable sujette à la corrosion galvanique et aux fissures.
Propreté rigoureuse : C’est la règle la plus critique. La zone du joint de soudure doit être impeccablement propre, exempte de tous contaminants, notamment de l'huile, de la graisse, de la peinture, des encres de marquage et, plus important encore, du fer incrusté provenant des outils en acier, des brosses métalliques ou de la poussière de meulage. La contamination entraînera des défauts de soudure et une grave corrosion localisée. Des brosses métalliques en acier inoxydable et des solvants dédiés doivent être utilisés exclusivement pour la préparation des alliages de nickel.
Conception des joints et apport de chaleur : utilisez des conceptions de joints à racine ouverte (par exemple, une large rainure en V-) pour garantir une pénétration et une couverture de gaz appropriées. Utiliser une technique de « cordons de perles » avec un apport de chaleur faible à modéré. Évitez un tissage excessif, car le bain de fusion est lent et peut piéger des oxydes ou des impuretés, entraînant des fissures ou un manque de fusion.
Blindage et rétro-purge : une excellente protection contre les gaz n'est pas-négociable. Pour le passage de racine, une rétro-purge avec un gaz inerte (Argon) est essentielle pour empêcher l'oxydation du cordon de racine, ce qui créerait une soudure faible et contaminée susceptible de se rompre.
Préchauffage et température entre les passes : Le préchauffage n'est généralement pas requis pour le Nickel 200. La température entre les passes doit être contrôlée et maintenue basse, généralement inférieure à 150 degrés F (65 degrés), pour éviter une croissance excessive des grains et maintenir la résistance du métal soudé.
Une spécification de procédure de soudage (WPS) qualifiée basée sur les dossiers de qualification de procédure (PQR) est obligatoire pour garantir que tous ces facteurs sont contrôlés, garantissant ainsi l'intégrité des soudures sur site reliant les bobines de tuyaux soudés préfabriqués.
5. Quelles normes industrielles régissent la production de tubes soudés en Nickel 200 et quels-essais non destructifs (CND) sont généralement requis pour qualifier le cordon de soudure ?
R : La production de tubes soudés Nickel 200 est régie par des normes strictes qui garantissent la qualité et l'adéquation-au-service. La norme principale est ASTM B725/B725M : « Spécification standard pour les tuyaux soudés en nickel et en alliage de nickel ».
Cette spécification dicte les exigences pour :
Matériau : La bande ou la plaque utilisée doit être conforme à la norme ASTM B162 (plaque, feuille et bande de nickel).
Propriétés chimiques et mécaniques : Le tuyau fini doit répondre à la composition de l'UNS N02200 et aux propriétés mécaniques spécifiées telles que la traction et la limite d'élasticité.
Examen non destructif (END) : Il s'agit d'un élément essentiel de la norme. L'ensemble du cordon de soudure de chaque tuyau doit être examiné par un test non-destructif.
Les méthodes CND les plus courantes spécifiées pour le cordon de soudure sont :
Test radiographique (RT) : utilise des rayons X- ou des rayons gamma pour créer une image de l'intérieur de la soudure. Il est très efficace pour détecter les défauts volumétriques tels que la porosité, les inclusions de scories et le manque de fusion.
Test par courants de Foucault (ET) : technique électromagnétique excellente pour détecter les défauts de surface et proches de la surface, tels que les fissures et les soudures ouvertes. Il est très rapide et-bien adapté à la production-de gros volumes.
La norme peut exiger un ou plusieurs de ces tests. Les critères d'acceptation de toute indication sont strictement définis. De plus, le fabricant doit fournir un certificat de test en usine (MTC) qui documente l'analyse chimique, les résultats des tests mécaniques ainsi que le type et les résultats des CND effectués, offrant ainsi une traçabilité complète et une assurance qualité du système de tuyauterie.
