FR2953597A1 - Appareil et procedes d'essai de corrosion - Google Patents

Abstract

Un système d'essai de fissuration sous contrainte en présence de sulfures comprend une chambre d'essai fermée comportant un bain de fluide comprenant un liquide saturé en sulfure d'hydrogène gazeux. En outre, le système comprend une monture d'essai disposée dans la chambre d'essai et au moins partiellement immergée dans le bain de fluide. La monture d'essai comprend une enceinte présentant une chambre intérieure en communication fluidique avec le bain de fluide et un ensemble d'essai disposé dans la chambre intérieure. L'ensemble d'essai comprend un premier support supérieur et un deuxième support supérieur, un premier support inférieur et un deuxième support inférieur, et un premier plateau engageant chacun des supports supérieurs et apte à transférer une charge verticale appliquée vers les supports supérieurs. De plus, le système comprend un spécimen d'essai monté dans l'ensemble d'essai entre les supports supérieurs et les supports inférieurs.

Description

APPAREIL ET PROCÉDÉS D'ESSAI DE CORROSION 5

Domaine de l'invention L'invention concerne d'une manière générale les essais de corrosion. Plus particulièrement, l'invention concerne l'essai de corrosion d'assemblages soudés. Plus particulièrement encore, la 10 présente invention concerne l'essai de joints en acier soudés pour évaluer leur résistance à la fissuration sous contrainte en présence de sulfures. Arrière-plan de la technologie La fissuration sous contrainte en présence de sulfures (SSC) est une forme de fragilisation corrosive par l'hydrogène qui peut conduire à un affaiblissement, à une rupture ou à la fissuration 15 d'alliages métalliques sensibles tels que l'acier. Cette condition est dite SSC parce qu'elle nécessite la combinaison à la fois d'une contrainte et de sulfure d'hydrogène agissant ensemble sur l'alliage métallique sensible. Spécifiquement, l'alliage métallique réagit avec le sulfure d'hydrogène (H2S) pour former des sulfures métalliques et de l'hydrogène atomique comme sous-produits de la corrosion. L'hydrogène atomique produit se combine pour former de l'hydrogène gazeux (H2) à la 20 surface du métal ou diffuse dans la matrice métallique. La SSC revêt une importance particulière dans l'industrie gazière et pétrolière parce que les matériaux qui y sont traités (par exemple le gaz naturel et le pétrole brut) contiennent souvent des quantités considérables de sulfure d'hydrogène. Spécifiquement, l'exposition au sulfure d'hydrogène et la SSC qui en résulte peuvent provoquer des ruptures catastrophiques dans un acier 25 présentant par ailleurs une haute intégrité. Pour atténuer ce problème, des procédures d'essai normalisées ont été développées par l'Association Nationale des Ingénieurs en Corrosion (NACE) et d'autres. Par exemple, l'équipement qui vient en contact avec le sulfure d'hydrogène peut être validé pour un service acide en adhérant aux normes NACE MR0175 et NACE TM0177 pour des environnements de 30 production de pétrole et de gaz ou NACE MR0103 pour des environnements de raffinage de pétrole et de gaz. Ces essais normalisés donnent l'assurance qu'une nuance d'acier donnée (et les paramètres de traitement qui l'accompagnent) pourrait être utilisée en toute sécurité dans des environnements riches en sulfure d'hydrogène jusqu'à un niveau de contrainte particulier. Un test typique inclut l'exposition d'un échantillon ou d'un spécimen d'essai à une charge de traction élevée dans un liquide saturé en sulfure d'hydrogène gazeux pendant 30 jours. D'une manière générale, un S échantillon d'essai est considéré comme ayant subi l'essai avec succès si l'échantillon a survécu à l'essai de 30 jours sans se rompre ou sans présenter de fissuration visible. Dans l'industrie pétrolière et gazière, de nombreux types de tubes d'acier sont conçus pour une utilisation en sous-sol (par exemple des tubes de forage) qui sont soudés l'un à l'autre par des soudures du type à friction. La zone entourant immédiatement chaque soudure (environ 1,25-1,875 10 centimètres latéralement de part et d'autre de la soudure) doit à présent, selon les exigences de certains foreurs, faire la preuve que son utilisation est sûre vis-à-vis de la SSC. Par conséquent, l'intégrité des zones de soudure de tubes exposés au sulfure d'hydrogène gazeux est actuellement un souci fondamental dans l'industrie pétrolière et gazière. Les procédures d'essai et les normes conventionnelles définies par la NACE ne s'attaquent pas ou ne couvrent pas de manière adéquate 15 de telles soudures du type à friction. Par exemple, le document NACE TM0177 est la directive de référence donnant les spécifications pour des méthodes d'essai SSC, et définit des spécifications pour plusieurs types de montures d'essai ainsi que d'autres paramètres pour exécuter des essais SSC de l'acier. Toutefois, le document NACE TM0177 ne vise pas spécifiquement l'essai SSC de soudures. En outre, le document NACE MR0175 est la directive de référence pour l'utilisation de 20 divers types d'aciers alliés et de soudures d'angle dans des environnements acides (c'est-à-dire des environnements riches en sulfure d'hydrogène), mais elle ne porte que sur les soudures d'angle et les soudures bout à bout. Les soudures d'angle et les soudures bout à bout sont suffisamment différentes des soudures du type à friction pour que les directives du document NACE MR0175 ne soient en général pas étendues à des soudures du type à friction. 25 Par conséquent, il subsiste un besoin dans la technique d'un appareil et de procédés pour tester la durabilité de soudures à friction entre des composants en acier exposés à des contraintes dans des environnements riches en sulfure d'hydrogène. De tels appareils et procédés seraient particulièrement bien accueillis s'ils étaient relativement aisés à mettre en oeuvre, répétitifs et réutilisables, et s'ils reflétaient exactement les conditions rencontrées sur le terrain. 30 BREF RÉSUMÉ DE L'INVENTION Ce besoin ainsi que d'autres dans la technique sont visés, dans un premier mode de réalisation, par un système d'essai de fissuration sous contrainte en présence de sulfures. Dans un mode de réalisation, le système comprend une chambre d'essai fermée comportant un bain de fluide comprenant un liquide saturé en sulfure d'hydrogène gazeux. En outre, le système comprend une monture d'essai disposée dans la chambre d'essai et au moins partiellement immergée dans le bain de fluide. La monture d'essai comprend une enceinte présentant une chambre intérieure en communication fluidique avec le bain de fluide et un ensemble d'essai disposé dans la chambre intérieure. L'ensemble d'essai comprend un premier support supérieur et un deuxième support supérieur, un premier support inférieur et un deuxième support inférieur, et un premier plateau engageant chacun des supports supérieurs et apte à transférer une charge verticale appliquée vers les supports supérieurs. De plus, le système comprend un spécimen d'essai monté dans l'ensemble d'essai entre les supports supérieurs et les supports inférieurs. Les supports supérieurs engagent une surface supérieure du spécimen d'essai et les supports inférieurs engagent une surface inférieure du spécimen d'essai. Le spécimen d'essai présente un axe longitudinal, une première extrémité, une deuxième extrémité opposée à la première extrémité, et comprend une soudure et une zone affectée thermiquement disposées axialement entre la première extrémité et la deuxième extrémité. Le premier support supérieur est positionné axialement entre la soudure et la première extrémité et le deuxième support supérieur est positionné axialement entre la soudure et la deuxième extrémité.

Le premier support inférieur est positionné axialement entre le premier support supérieur et la première extrémité et le deuxième support inférieur est positionné axialement entre le deuxième support supérieur et la deuxième extrémité. Ces besoins ainsi que d'autres dans la technique sont visés, dans un autre mode de réalisation, par un procédé d'essai de corrosion d'une soudure. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes: (a) procurer un spécimen d'essai présentant un axe longitudinal, une première extrémité, une deuxième extrémité opposée à la première extrémité, et une soudure positionnée axialement entre la première extrémité et la deuxième extrémité. De plus, le procédé comprend l'étape (b) monter le spécimen d'essai entre une paire de supports supérieurs et une paire de supports inférieurs. En outre, le procédé comprend l'étape (c) soumettre le spécimen d'essai à un essai de flexion à quatre points avec Ies supports supérieurs et les supports inférieurs pour induire une contrainte de traction dans le spécimen le long d'une surface inférieure du spécimen de façon durable. En plus, le procédé comprend encore l'étape et (d) exposer la soudure au sulfure d'hydrogène gazeux pendant (c). Donc, les modes de réalisation décrits ici comprennent une combinaison de caractéristiques et d'avantages destinés à remédier à divers inconvénients associés à certains dispositifs, systèmes et procédés antérieurs. Les différentes caractéristiques décrites ci-dessus, ainsi que d'autres caractéristiques, apparaîtront aisément à l'homme du métier à la lecture de la description détaillée qui suit, et en se référant aux dessins annexés.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Pour une description détaillée des modes de réalisation préférés de I'invention, on se référera à présent aux dessins annexés, dans lesquels: La Figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un spécimen soudé pour un essai SSC; La Figure 2 est une vue de face du spécimen de la Figure 1 soumis à un essai de flexion à quatre points; La Figure 3 est une vue de face du spécimen de la Figure 2 illustrant les forces appliquées par l'essai de flexion à quatre points; La Figure 4 est une vue graphique de la distribution de la contrainte de traction le long de la surface inférieure du spécimen de la Figure 2 pendant l'essai de flexion à quatre points; La Figure 5 est une vue de face schématique d'un mode de réalisation d'un appareil d'essai conforme aux principes décrits ici; La Figure 6 est une vue latérale en coupe transversale de la monture d'essai et de l'ensemble d'essai de la Figure 5 illustrant le spécimen d'essai en position centrée par rapport à la monture d'essai pour l'essai SSC ultérieur; La Figure 7 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un spécimen soudé pour un essai SSC; La Figure 8 est une vue en perspective du spécimen de la Figure 7 monté entre les supports supérieurs et inférieurs de l'ensemble d'essai de la Figure 5; et La Figure 9 est une vue de face schématique du spécimen de la Figure 7 monté dans l'appareil 30 d'essai de la Figure 5.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE QUELQUES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS La discussion qui suit est consacrée à divers modes de réalisation de l'invention. Bien qu'un ou plusieurs de ces modes de réalisation puissent être préférés, les modes de réalisation divulgués ici ne doivent pas être interprétés, ni utilisés d'une autre manière, pour limiter la portée de l'invention, y compris des revendications. De plus, l'homme du métier comprendra que la description qui suit est de large application, et que la discussion de tout mode de réalisation n'a pas d'autre but que de fournir un exemple de ce mode de réalisation, et n'est pas destinée à suggérer que la portée de la divulgation, y compris des revendications, soit limitée à ce mode de réalisation. Certains termes sont utilisés dans toute la description et les revendications qui suivent pour faire référence à des caractéristiques ou à des composants particuliers. Comme l'homme du métier l'appréciera, des personnes différentes peuvent faire référence à la même caractéristique ou au même composant en utilisant des noms différents. Le présent document ne vise pas à distinguer entre des composants ou des caractéristiques qui diffèrent par leur nom mais pas par leur fonction. Les figures des dessins ne sont pas nécessairement à l'échelle. Certaines caractéristiques et certains composants peuvent être représentés ici à une échelle exagérée ou sous une forme plutôt schématique, et certains détails d'éléments conventionnels peuvent ne pas être illustrés dans un but de clarté et de concision. Dans la discussion qui suit ainsi que dans les revendications, les termes "comportant" et "comprenant" sont utilisés dans un sens ouvert, et doivent donc être interprétés dans le sens "comportant, mais sans y être limité ...." De même, le terme "couple" ou "couplent" est destiné à designer une connexion tant indirecte que directe. Donc, si un premier dispositif est couplé à un deuxième dispositif, cette connexion peut être réalisée au travers d'une connexion directe, ou au travers d'une connexion indirecte via d'autres dispositifs, composants et connexions. De plus, tels qu'ils sont utilisés ici, les termes "axial" et "axialement" signifient d'une manière générale le long de ou parallèlement à un axe (par exemple l'axe longitudinal d'un corps ou d'un port), et les termes "radial" et "radialement" signifient d'une manière générale perpendiculaire ou perpendiculairement à l'axe. Les termes "latéral" et "latéralement" signifient d'une manière générale vers le côté d'une autre caractéristique ou d'un autre objet. On se réfère à présent à la Figure 1, qui montre un mode de réalisation d'un spécimen ou d'un échantillon d'essai 10 comprenant une soudure 20 pour un essai SSC. L'échantillon 10 comprend un corps allongé 11 avec un axe central ou longitudinal 15, une première extrémité l la, et une deuxième extrémité llb opposée à la première extrémité i la. En outre, le corps 11 présente une surface supérieure plane 12 s'étendant entre les extrémités 1 la, l lb, une surface inférieure plane 13 parallèle à la surface supérieure 12 et s'étendant entre les extrémités l la, 11 b, des surfaces d'extrémité planes 16, 17 s'étendant verticalement entre les surfaces supérieure et inférieure 12, 13 aux extrémités 1 la, 1 lb respectivement, et des surfaces latérales planes 18, 19 s'étendant verticalement entre les surfaces supérieure et inférieure 12, 13. Le corps 11 a une longueur L mesurée axialement entre les extrémités l la, l lb, une épaisseur T mesurée perpendiculairement depuis la surface supérieure 12 jusqu'à la surface inférieure 13, et une largeur W mesurée perpendiculairement depuis la surface avant 18 jusqu'à la surface arrière 19. Dans ce mode de réalisation, le corps 11 a la forme générale d'un barreau rectangulaire allongé, puisque la longueur L est plus grande que la largeur W, et que la longueur L est plus grande que l'épaisseur T. Pour les besoins des essais de flexion à quatre points décrits plus en détail ci-dessous, la longueur L vaut de préférence au moins 20 fois l'épaisseur T. L'échantillon 10 est formé à partir d'un premier composant 21 butant axialement et soudé bout à bout à un deuxième composant 22 au moyen de la soudure 20. Dans ce mode de réalisation, la soudure 20 est une soudure par friction. D'une manière générale toutefois, d'autres types de connexions soudées et de joints soudés peuvent être testés conformément aux principes décrits ici. Les composants 21, 22, et dès lors l'échantillon 10, sont fabriqués en un matériau pour lequel un essai SSC est souhaité. Donc, pour un essai SSC de soudures dans l'acier, les composants 21, 22 comprendront des pièces en acier qui sont soudées l'une à l'autre. D'une manière générale, la chaleur provenant du traitement de soudage et du refroidissement qui suit altère la microstructure et les propriétés du matériau de base entourant immédiatement la soudure, que l'on appelle souvent la zone affectée thermiquement (ZAT). Donc, l'échantillon 10 comporte une zone affectée thermiquement 23 entourant immédiatement la soudure 20. La zone affectée thermiquement 23 s'étend le long de toute la longueur de la soudure 20 (c'est-à-dire entre les surfaces latérales 18, 19) et s'étend perpendiculairement à la soudure 20 jusqu'aux limites 23a, 23b de la zone affectée thermiquement, positionnées axialement (par rapport à l'axe 15) entre la soudure 20 et chaque extrémité 1la, 1 lb respectivement. Pour la plupart des soudures (par exemple la soudure 20), la zone affectée thermiquement (par exemple la zone affectée thermiquement 17) s'étend sur environ 1,25 à 1,875 centimètres de part et d'autre de la soudure. Donc, chaque limite 23a, 23b sera en général positionnée à environ 1,25 à 1,875 centimètres de la soudure 20. Ensemble, la soudure 20 et la zone affectée thermiquement 23 définissent une zone intéressante 25 dans l'échantillon 10 à soumettre à un essai SSC. Ainsi qu'on le décrira plus en détail plus loin, des modes de réalisation de l'appareil et des montures d'essai décrits ici sont employés afin de soumettre la zone intéressante 25 à une contrainte et au sulfure d'hydrogène gazeux afin de tester sa résistance à la SSC. Les résultats de tels tests peuvent être utilisés pour évaluer et/ou qualifier la soudure 20 et la zone intéressante associée 25 pour un usage dans des environnements acides (c'est-à-dire dans des environnements riches en sulfure d'hydrogène gazeux). Considérant à présent la Figure 2, on y a représenté schématiquement un échantillon 10 soumis à un essai de flexion à quatre points via un ensemble d'essai 30. L'ensemble d'essai 30 comprend une paire d'éléments de transfert de force ou supports supérieurs 31a, 31b, une paire d'éléments de transfert de force ou supports inférieurs 32a, 32b, et un plateau de force ou de pression 35.

L'échantillon 10 est monté entre les supports supérieurs 31a, 31b et les supports inférieurs 32a, 32b. Les supports supérieurs 31a, 31b s'étendent en travers de la surface supérieure 12 entre les surfaces 18, 19 et sont orientés parallèlement à la soudure 20 et perpendiculairement à l'axe 15 dans une vue en plan. En particulier, les supports 31a, 3 lb sont espacés axialement (par rapport à l'axe 15) de manière égale vers les deux côtés de la soudure 20, d'une distance A mesurée perpendiculairement à partir de la soudure 20. Les supports 31 a, 31b sont de préférence positionnés sur ou à proximité des limites 23a, 23b de la zone affectée thermiquement. Donc, la distance A est de préférence égale à ou diffère de moins de 10 % de la distance mesurée perpendiculairement à partir de la soudure 20 jusqu'à chaque limite 23a, 23b de la zone affectée thermiquement.

Les supports inférieurs 32a, 32b s'étendent en travers de la surface inférieure 13 entre les surfaces avant et arrière 18, 19 et sont orientés parallèlement à la soudure 20 et aux supports supérieurs 31a, 31b. Les supports inférieurs 32a, 32b sont espacés axialement (par rapport à l'axe 15) de manière égale vers les deux côtés de la soudure 20, d'une distance B mesurée perpendiculairement à partir de la soudure 20. La distance B est plus grande que la distance A décrite plus haut, et donc les supports inférieurs 32a, 32b peuvent être considérés comme étant disposés "à l'extérieur" des supports 31a, 3 lb par rapport à la soudure 20. Dans ce mode de réalisation, les supports inférieurs 32a, 32b sont positionnés à proximité des extrémités 1l a, 1 lb respectivement. La différence entre la distance A et la distance B définit une distance C égale à la distance mesurée axialement (par rapport à l'axe 15) depuis chaque élément de transfert de force supérieur 31a, 31b jusqu'à son élément de transfert de force inférieur correspondant 32a, 32b sur le même côté de la soudure 20. Chaque élément de transfert de force 31 a, 31 b, 32a, 32b est configuré et agencé de façon à contacter l'échantillon 10 le long d'une ligne. Spécifiquement, dans le présent mode de réalisation, chaque élément de transfert de force 31a, 31b, 32a, 32b est un cylindre allongé qui couvre toute la largeur W de l'échantillon 10 et qui est orienté parallèlement à la soudure 20.

Faisant encore référence à la Figure 2, les supports supérieurs 31a, 31b sont positionnés entre le plateau 35 et l'échantillon 10, et les supports inférieurs 32a, 32b sont positionnés entre une surface inférieure plane 50 et l'échantillon 10. En particulier, le plateau 35 présente une surface inférieure plane 36 qui engage et s'étend axialement (par rapport à l'axe 15) en travers des deux supports 31a, 31b. Les surfaces 36, 50 sont des surfaces rigides indéformables, qui compriment les supports 31a, 31b, 32a, 32b et l'échantillon 10 entre elles. Faisant à présent référence aux Figures 2 et 3, les surfaces planes 36, 50 sont configurées de façon à appliquer des charges à l'échantillon 10 via les supports 3la, 31b, 32a, 32b afin de générer des contraintes à l'intérieur de l'échantillon 10. En général, on préfère des forces purement verticales pour les essais de flexion à quatre points. Donc, dans ce mode de réalisation, une charge verticale vers le bas F est appliquée au plateau 35. De plus, la charge F est centrée en longueur et en largeur par rapport au plateau 35. En outre, la charge F est centrée axialement par rapport aux supports supérieurs 31a, 3lb et aux supports inférieurs 32a, 32b, centrée latéralement entre les côtés 18, 19 de l'échantillon, alignée verticalement avec la soudure 20. En d'autres termes, une projection de la charge F passe à travers la soudure 20 et est centrée latéralement entre les côtés 18, 19. Un tel positionnement particulier et une telle orientation particulière de la charge F sont préférés du fait qu'ils n'entraînent aucun couple ou moment de rotation sur le plateau 35 ou l'échantillon 10. La charge F est transférée à travers le plateau 35 à la surface supérieure 12 de l'échantillon 10 via les supports supérieurs 31a, 3lb. En raison de l'orientation de la charge F par rapport aux deux supports 31a, 31b, chaque élément de transfert de force 31a, 31b applique une moitié de la charge F à l'échantillon 10. La charge totale F est transférée à travers l'échantillon 10 aux supports inférieurs 32a, 32b et à la surface 50. Toutefois, étant donné que la surface inférieure 50 est rigide et indéformable, elle exerce une charge de réaction égale et opposée dirigée vers le haut F, qui est partâgée et divisée en të Ces supports iri erreurs-32 -32t t app rquée à la su ce nfeïeuie-13-de l'échantillon 10. Dès lors, lorsqu'une charge verticale F est appliquée vers le bas au plateau 35, chaque support supérieur 31a, 31b applique une moitié de la charge F à l'échantillon 10, et chaque support inférieur 32a, 32b applique une moitié de la charge F à l'échantillon 10, comme le montre la Figure 3. En raison du positionnement des supports 31a, 31b et de l'emplacement du point d'application de la charge F au plateau 35, l'échantillon 10 est soumis à des conditions statiques (c'est-à-dire que l'échantillon 10 n'est pas soumis à des moments, des couples ou des accélérations). En outre, puisque les supports supérieurs 3la, 31b sont positionnés entre les supports inférieurs 32a, 32b, les charges appliquées à l'échantillon 10 par les supports 31a, 31b, 32a, 32b tendent à courber ou à pousser les extrémités 11 a, 1l b vers le haut par rapport à la zone intéressante 25, et à courber ou pousser la zone intéressante 25 vers le bas par rapport aux extrémités 11a, 11b. Il en résulte l'apparition de contraintes au sein de l'échantillon 10. Les contraintes induites par l'essai de flexion à quatre points illustré dans la Figure 2 et les charges associées illustrées dans la Figure 3 comprennent une contrainte de compression parallèle à l'axe 15 dans la partie supérieure de l'échantillon 10, et une contrainte de traction parallèle à l'axe 15 dans la partie inférieure de l'échantillon 10. Les contraintes de compression induisent une déformation de compression dans la partie supérieure de l'échantillon 10, et les contraintes de traction induisent une déformation de traction dans la partie inférieure de l'échantillon 10. Sans se limiter à cette théorie ou à une quelconque théorie particulière, la contrainte de compression dans l'échantillon 10 diminue Iorsque l'on se déplace perpendiculairement vers le bas à partir de la surface supérieure 12, et la contrainte de traction dans l'échantillon 10 diminue linéairement lorsque l'on se déplace perpendiculairement vers le haut à partir de la surface inférieure 13. En particulier, la contrainte de compression dans l'échantillon 10 diminue jusqu'à zéro au niveau d'un "plan neutre" parallèle à et positionné entre les surfaces 12, 13, et la contrainte de traction dans l'échantillon 10 diminue jusqu'à zéro au niveau du plan neutre. Donc, la contrainte de compression et la déformation associée dans l'échantillon 10 sont maximales à la surface supérieure 12, et la contrainte de traction et la déformation associée dans l'échantillon 10 sont maximales à la surface inférieure 13. La contrainte de traction maximale dans l'échantillon 10 pendant l'essai de flexion à quatre points illustré dans les Figures 2 et 3 peut être calculée par l'équation I qui sera décrite plus en détail ci-dessous.

Pour les besoins de l'essai SSC, la combinaison de la contrainte de traction et de l'exposition au sulfure d'hydrogène gazeux présente le mode de rupture le plus courant de soudures par friction, et donc la contrainte et la déformation de traction à la surface inférieure 13 de l'échantillon I O dans la zone intéressante 25 sont importantes et intéressantes au premier chef. Comme cela est représenté dans la Figure 4, la contrainte de traction dans l'échantillon 10 à la surface inférieure 13 est constante et est à sa valeur maximale entre les supports 31a, 31b (c'est-à-dire dans la zone intéressante 25) et diminue linéairement jusqu'à zéro lorsque l'on se déplace axialement (par rapport à l'axe 15) du support 30a au support 31a et lorsque l'on se déplace axialement du support 30b au support 31b. Sans se limiter à cette théorie ou à une quelconque théorie particulière, et comme cela IO est connu dans la technique, la contrainte de traction maximale induite dans l'échantillon 10 à la surface inférieure 13 entre les supports 31 a, 31b par l'essai de flexion à quatre points illustré dans la Figure 2 peut être calculée comme suit: T S 3CF LT2 (équation 1) 15 dans laquelle: ST = la contrainte de traction maximale dans l'échantillon 10 à la surface inférieure 13 (c'est-à-dire entre les supports supérieurs 31a, 31b); C = la distance C entre chaque élément de transfert extérieur 32a, 32b et l'élément de 20 transfert intérieur le plus proche 31a, 31b; F = la charge F appliquée à la plaque de force (par exemple au plateau 35); L = la longueur L de l'échantillon 10; et T = l'épaisseur T de l'échantillon 10. 25 Donc, pour un appareil d'essai donné (par exemple l'ensemble 30), une fois que la distance C, la longueur du spécimen L, et l'épaisseur du spécimen T sont fixées, une contrainte de traction spécifique ST peut être induite dans l'échantillon 10 à la surface inférieure 13 en réglant simplement la charge F. Faisant à présent référence à la Figure 5, on a représenté un mode de réalisation d'un appareil 30 d'essai 100 pour un essai SSC d'un échantillon comportant une soudure (par exemple l'échantillon I O décrit antérieurement). L'appareil 100 comprend une chambre d'essai 110 et une monture d'essai 120 disposée dans la chambre d'essai 110. Dans ce mode de réalisation, la chambre d'essai 110 comporte une base généralement en forme de boîte III présentant un fond fermé 11 la et un sommet ouvert 111 b, et un couvercle amovible 112 qui ferme et obture le sommet 111 b. Le couvercle 112 est enlevé de la base 11I afin de positionner la monture 120 à l'intérieur de la chambre d'essai 110. Dans ce mode de réalisation, le couvercle 112 comporte un évent 113 et une soupape 114 qui commande l'écoulement de fluide à travers l'évent 113. Lorsque la soupape 114 est ouverte, l'évent 113 permet une communication de fluide entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'essai 110. La chambre d'essai 110 est partiellement remplie d'un liquide d'essai 116 jusqu'à un niveau de liquide 117, définissant ainsi un bain de fluide 115 à l'intérieur duquel la monture d'essai 120 est partiellement disposée. Ensuite, lorsque le couvercle 112 ferme le sommet ouvert 111 b de la base 111, du sulfure d'hydrogène gazeux 118 est pompé d'un réservoir de gaz 119 à travers une soupape 119a dans le bain de fluide 115. Le sulfure d'hydrogène gazeux 118 forme des bulles à travers le liquide 116 et remplit la partie de la chambre d'essai 110 comprise entre le niveau de liquide 117 et le couvercle 112. Une partie du sulfure d'hydrogène gazeux 118 dans la chambre d'essai 110 diffuse dans et sature complètement le liquide 116. Si on le désire, la soupape 114 peut être ouverte pour purger une certaine quantité du sulfure d'hydrogène gazeux 118 hors de la chambre d'essai 110 à travers l'évent 113. Sinon, la chambre d'essai 110 est généralement maintenue à la température et à la pression ambiantes. La composition du liquide 116 est de préférence sélectionnée de façon à être la même ou très semblable aux liquides de trou de forage susceptibles de toucher les soudures pour lesquelles l'essai est effectué. Donc, la composition du liquide 116 peut varier pour différents essais. Par exemple, pour effectuer un essai SSC sur des soudures d'acier à utiliser dans des environnements offshore, le liquide 116 sera de préférence de l'eau de mer ou de l'eau de mer synthétique. Des exemples de compositions adéquates du liquide 116 comprennent, sans y être limitées, une solution aqueuse de saumure acidifiée ou tamponnée (par exemple, 5,0 % en poids de chlorure de sodium et 0,5 % en poids d'acide acétique glacial dissous dans l'eau distillée ou déminéralisée; 5,0 % en poids de chlorure de sodium et 2,5 % en poids d'acide acétique glacial et 0,41 % en poids d'acétate de sodium dissous dans l'eau distillée ou déminéralisée) et une solution aqueuse de saumure tamponnée avec une teneur en chlorures (par exemple eau distillée ou déminéralisée contenant 0,5 g/l d'acétate et de chlorure de sodium). De plus, pour faciliter le phénomène de fissuration sous contrainte en présence de sulfures, le liquide 116 présente de préférence un pH acide compris entre 2,2 et 6,0.

Faisant à présent référence aux Figures 5 et 6, la monture 120 comprend une enceinte 130 et l'ensemble d'essai de flexion à quatre points 30 décrit plus haut, disposé à l'intérieur de l'enceinte 130. En particulier, l'enceinte 130 comprend un passage traversant 131 qui s'étend horizontalement à travers l'enceinte 130 et qui définit une chambre intérieure 132 à l'intérieur de l'enceinte 130.

Etant donné que le passage 131 s'étend complètement à travers l'enceinte 130, la chambre 132 est en communication fluidique avec le liquide 116 et le sulfure d'hydrogène gazeux 118 dans le bain 115. La chambre 132 comprend une partie inférieure 133 définie par des parois verticales parallèles 133a et une partie supérieure 134 définie par des parois verticales parallèles 134a qui s'étendent verticalement à partir de la partie inférieure 133. La partie inférieure 133 est plus large que la partie supérieure 134. Comme cela sera décrit plus en détail plus loin, l'ensemble d'essai 30 est disposé dans la partie inférieure 133 de la chambre. Une vis de charge 135 est vissée dans l'alésage 134 et présente un axe central 136, une première extrémité ou extrémité supérieure 135a à l'extérieur de l'enceinte 130, et une deuxième extrémité ou extrémité inférieure 135b s'étendant dans la partie supérieure 134 de la chambre. Dans ce mode de réalisation, l'extrémité supérieure 135a comporte une tête 137 présentant une surface extérieure texturée (par exemple moletée) et l'extrémité inférieure 135b comporte une pointe cylindrique 138. La surface extérieure texturée de la tête 137 favorise l'engagement à friction et la saisie de l'extrémité supérieure 135a par un outil (par exemple une clé). La vis de charge 135 tourne et se déplace verticalement dans et hors de l'alésage 134 en appliquant un couple de rotation à la vis 135 à son extrémité supérieure 135a via la tête 137. D'une manière générale, l'enceinte 130 peut être fabriquée en tout matériau approprié, mais elle comprend de préférence un matériau rigide capable de résister aux charges appliquées par la vis de charge 135 à l'ensemble d'essai 30, et qui peuvent dépasser 909,1 kilogrammes. De plus, puisque l'enceinte 130 est partiellement immergée dans le liquide 116, qui est saturé en sulfure d'hydrogène gazeux 118, l'enceinte 130 est de préférence fabriquée en un acier faiblement allié qui résiste à la SSC. Dans ce mode de réalisation donné à titre d'exemple, l'enceinte 130 présente une surface extérieure cylindrique avec un diamètre d'environ 17,5 centimètres (cm), et présente une épaisseur de paroi d'environ 3,75 cm, mesurée entre les surfaces extérieure et intérieure de l'enceinte 130. L'ensemble d'essai 30 est disposé à l'intérieur de la partie inférieure 133 de la chambre et comprend le plateau 35, les supports supérieurs 31a, 31b et les supports inférieurs 32a, 32b, comme on l'a décrit antérieurement en faisant référence à la Figure 2. Le spécimen d'essai 10 est monté entre les supports supérieurs 31a, 3lb et les supports inférieurs 32a, 32b, comme on l'a décrit plus haut. La surface inférieure de la chambre 132 est plane et supporte les supports inférieurs 32a, 32b de la même manière que la surface 50 décrite précédemment. Faisant de nouveau référence aux Figures 5 et 6, dans ce mode de réalisation la monture 120 comprend également un palier de butée 140, un plateau supérieur 150 et une cellule dynamométrique 160 agencés en une pile verticale entre la vis 135 et l'ensemble d'essai 30. Comme on le décrira plus en détail ci-dessous, le palier 140, le plateau 150 et la cellule dynamométrique 160 transfèrent une charge verticale F appliquée par la vis de charge 135 au plateau inférieur 35 de l'ensemble d'essai 30. Comme on l'a décrit plus haut, l'application de la charge F au plateau inférieur 35 soumet l'échantillon 10 à un essai de flexion à quatre points et induit des contraintes internes dans l'échantillon 10 (par exemple une contrainte de traction dans l'échantillon IO à la surface inférieure 13). Pour minimiser et/ou éliminer l'application de tout couple de rotation à l'échantillon 10, la partie supérieure 134, la partie inférieure 133, le palier de butée 140, le plateau supérieur 150, la cellule dynamométrique 160, le plateau inférieur 35, et l'échantillon 10 sont configurés, dimensionnés et positionnés de telle manière que chacun soit centré par rapport à la vis de charge 135 à l'intérieur de l'enceinte 130. En d'autres termes, une projection de l'axe 136 de la vis de charge passe verticalement à travers le centre du palier 140, du plateau supérieur 150, de la cellule dynamométrique 160, du plateau inférieur 35, et de l'échantillon 10 dans une vue en plan.

Comme on le voit le mieux dans la Figure 6, dans ce mode de réalisation, l'échantiIlon 10 est centré à l'intérieur de l'enceinte 130 avec un ensemble de centrage 170 qui comprend un élément d'alignement allongé 171 et une plaque d'alignement 172. L'élément d'alignement 17I est une poutre rectangulaire qui présente une hauteur H171 inférieure à la hauteur H de l'échantillon 10 et une longueur égale à la longueur L de l'échantillon 10. L'élément d'alignement 171 est placé entre les supports supérieurs 31a, 31b et les supports inférieurs 32a, 32b et porte contre la surface latérale 19 de l'échantillon IO. La plaque d'alignement 172 est utilisée pour pousser l'élément d'alignement I71 et l'échantillon 10 à travers la chambre intérieure 132 jusqu'à ce que l'échantillon l0 soit centré à l'intérieur de la monture 120 et de l'enceinte 130. Spécifiquement, la plaque d'alignement 172 a une largeur W171 choisie de telle manière que l'échantillon 10 soit centré à l'intérieur de la monture 120 et de l'enceinte 130 lorsque la plaque d'alignement 172 vient en contact avec l'arrière de l'enceinte 130. Une fois que l'échantillon 10 est centré, la plaque d'alignement 172 peut être retirée hors de l'enceinte I30 et l'élément d'alignement 171 peut être enlevé de la chambre 132. Faisant de nouveau référence aux Figures 5 et 6, l'extrémité inférieure 135b de la vis de charge 135 porte contre le palier de butée 140. Dans ce mode de réalisation, la surface supérieure du palier de butée 140 présente un creux cylindrique 141 qui reçoit de façon coulissante la pointe cylindrique 138 de la vis 135. La pointe 138 présente un diamètre extérieur qui est sensiblement égal ou légèrement inférieur au diamètre du creux 141, limitant et/ou empêchant ainsi le palier de butée 140 de pivoter ou de se déplacer en translation par rapport à la pointe 138 et à la vis de charge 135. Un tel engagement ajusté de la pointe de vis 138 et du creux de palier 141 aide à maintenir l'alignement vertical de la vis de charge 135 par rapport au palier de butée 140, réduisant ainsi la probabilité de produire des couples de rotation qui pourraient charger de manière non uniforme l'ensemble d'essai 30. En outre, dans ce mode de réalisation, le palier de butée 140 et le plateau supérieur 150 sont disposés à l'intérieur de la partie supérieure 134 de la chambre et engagent de façon coulissante les parois intérieures verticales 134a définissant la partie supérieure 134 de la chambre. Donc, lorsque la pointe de vis 138 engage et tourne par rapport au palier de butée 140 autour de l'axe 136, les parois 134a empêchent simultanément le palier de butée 140 et le plateau supérieur 150 de tourner en même temps que la vis 135 et guident le mouvement vertical du palier 140 et du plateau supérieur 150 à l'intérieur de la partie supérieure 134. La cellule dynamométrique 160 est positionnée entre les plateaux 35, 150 et transfère et mesure des charges verticales entre ceux-ci. Un conducteur électrique 161 relie la cellule dynamométrique 160 à un dispositif de sortie 162 qui affiche la force verticale mesurée par la cellule dynamométrique 160. D'une manière générale, la cellule dynamométrique 160 peut comprendre toute cellule dynamométrique capable de mesurer les charges Iinéaires appliquées, La cellule dynamométrique 160 est de préférence positionnée au-dessus du niveau de fluide 117 de telle manière qu'elle ne soit pas endommagée par les fluides corrosifs dans le bain 115. Dans ce mode de réalisation, le plateau inférieur 35 comporte une surface supérieure 37 présentant un creux 38 centré par rapport à l'axe 136 de la vis, aligné verticalement avec la soudure 20, et centré entre les supports 31 a, 31 b. La cellule dynamométrique 160 est logée dans un creux 38, qui aligne la cellule dynamométrique 160 à l'intérieur de la monture 120 et procure une ouverture pour faire sortir le fil 161 hors de la monture 120 en direction du dispositif de sortie 162. La cellule dynamométrique 160 a un diamètre extérieur qui est sensiblement égal ou légèrement inférieur à la largeur du creux 38, Iimitant et/ou empêchant ainsi le plateau inférieur 35 de pivoter ou de tourner par rapport à la cellule dynamométrique 160. Un tel engagement ajusté de la cellule dynamométrique 160 et du creux de plateau 38 aide à maintenir l'alignement vertical de la cellule dynamométrique 160 par rapport au plateau inférieur 35, réduisant ainsi la probabilité de produire des couples de rotation qui pourraient charger de manière non uniforme l'ensemble d'essai 30. En outre, dans ce mode de réalisation, le plateau inférieur 35 engage de façon coulissante les parois intérieures verticales 133a définissant la partie inférieure 133 de la chambre. Donc, les parois 133a guident le mouvement vertical du plateau inférieur 35. Pour appliquer une charge F au plateau 35 en vue d'un essai SSC de la soudure 20 et de la zone intéressante 25 de l'échantillon 10, on fait tourner et avancer la vis de charge 135 à travers l'alésage 134 de l'enceinte et en engagement avec le palier de butée 140. Avec la pointe de vis 138 logée dans le creux de palier 141, la rotation et l'avance continues de la vis 135 appliquent une charge verticale orientée vers le bas F au palier de butée 140. On appréciera que l'application de la charge F par la rotation de la vis 135 permet une application et une variation douces, contrôlées, de la charge F. La rotation de la vis 135 est obtenue en appliquant un couple de rotation à la tête 137, ce qui peut être effectué à l'aide d'une clé manuelle. Le palier de butée 140 transfère la charge F au plateau 150, qui transfère la charge F à travers la cellule dynamométrique 160 au plateau inférieur 35 et à l'ensemble d'essai 30. Donc, dans ce mode de réalisation, deux plateaux 35, 150 sont utilisés pour transférer la charge verticale F à l'ensemble d'essai 30.

L'appareil 100 comprend plusieurs caractéristiques qui offrent la possibilité de maintenir des charges purement verticales sur l'échantillon 10 pendant l'application de la charge F, permettant ainsi une application uniforme et cohérente de forces à l'échantillon 10, et minimisant et/ou éliminant l'application de couples de rotation à l'échantillon 10. De telles caractéristiques comprennent l'alignement vertical de la vis 135, du palier de butée 140, des plateaux 150, 35, de la cellule dynamométrique 160 et de l'ensemble d'essai 30; l'engagement ajusté de la pointe 138 et du creux de palier 141; l'engagement ajusté de la cellule dynamométrique 160 dans le creux de plateau 38; l'engagement coulissant du palier 140 et du plateau supérieur 150 avec les parois 134a de l'enceinte; l'engagement coulissant du plateau inférieur 35 avec les parois 133a de l'enceinte; et le centrage du palier 140, des plateaux 35, 150, de la cellule dynamométrique 160, et de l'échantillon 10 par rapport à l'axe 136 de la vis et à la monture 120.

Selon la manière décrite, la charge verticale F est appliquée à l'ensemble d'essai 30 pour placer l'échantillon 10 dans un essai de flexion à quatre points et induire des contraintes internes dans l'échantillon 10. Pendant l'application de la charge F, la cellule dynamométrique 160 et le dispositif de sortie 162 permettent une mesure et une surveillance en temps réel de la valeur réelle de la charge F et de l'essai SSC en cours afin d'alerter l'opérateur en cas de rupture (fissuration ou fracture du spécimen). De plus, la cellule dynamométrique 160 permet un réglage exact et précis de la charge F et de la contrainte associée induite dans l'échantillon (par exemple l'échantillon 10) pendant l'essai SSC avec l'appareil 100. Comme on l'a décrit plus haut, la charge particulière F nécessaire pour obtenir une contrainte désirée dans l'échantillon 10 à la surface inférieure 13 peut être calculée. Selon la contrainte désirée et la charge correspondante F (nécessaire pour obtenir la contrainte désirée), on peut faire tourner la vis 135 de façon douce et contrôlée dans un premier sens pour augmenter la charge F et dans un deuxième sens opposé au premier sens pour diminuer la charge F. Donc, la monture 120 permet une application contrôlée de la charge F et une génération contrôlée de contraintes dans l'échantillon 10. En outre, la charge F et les contraintes associées induites dans l'échantillon 10 peuvent être maintenues constantes dans une région particulière de l'échantillon 10 (par exemple la zone intéressante 25 et la soudure 20) pendant une période de temps prolongée. Dans certains essais de flexion conventionnels, la contrainte induite est calculée sur la base des mesures de la flexion ou de la déformation de l'échantillon. Par conséquent, les échantillons utilisés dans de tels essais sont généralement minces (par exemple d'une épaisseur de 0,155 cm) afin de présenter une déformation suffisamment grande qui puisse être mesurée avec exactitude. Toutefois, l'introduction de la cellule dynamométrique 160 permet un calcul simple de la contrainte induite sans qu'il soit nécessaire de mesurer exactement la déformation ou la flexion, éliminant ainsi la nécessité d'employer un spécimen mince. Sans se limiter à cette théorie ou à une autre théorie particulière, par comparaison avec des échantillons d'essai minces, des échantillons d'essai plus épais reflètent plus exactement le comportement de soudures dans un équipement de forage utilisé sur le terrain. Pendant l'application de la charge F, l'ensemble d'essai 30 et l'échantillon 10 sont positionnés en dessous du niveau de fluide 117 et sont donc exposés au liquide 116 et au sulfure d'hydrogène gazeux 118. Donc, l'échantillon 10, la soudure 20 et la zone intéressante 25 sont exposés simultanément au sulfure d'hydrogène gazeux 118 et à la contrainte pour l'essai SSC. D'une manière générale, l'échantillon 10 peut être soumis à l'essai SSC avec l'appareil 100 pendant toute période de temps désirée. Toutefois, pour rester cohérent vis-à-vis d'autres normes d'essâis SSC normalisés, l'échantillon 10, la soudure 20 et la zone intéressante 25 sont de préférence testés pendant une durée de 30 jours.

Dans ce mode de réalisation, l'appareil 100 ne comporte pas de jauges de contrainte montées sur l'échantillon 10; toutefois, dans d'autres modes de réalisation, une ou plusieurs jauges de contrainte électroniques sont fixées sur l'échantillon (par exemple l'échantillon 10) pour mesurer et surveiller la contrainte induite dans l'échantillon. Comme on l'a montré et décrit plus haut, l'échantillon d'essai 10 est un barreau rectangulaire présentant des surfaces planes orthogonales. Toutefois, sur le terrain, les tubes de forage en acier soumis à la contrainte et au sulfure d'hydrogène gazeux présentent une géométrie cylindrique. Donc, un spécimen ou un échantillon d'essai SSC qui comporte une surface cylindrique offre la possibilité de refléter plus exactement les effets de la SSC sur les tubes de forage et les soudures associées.

Faisant à présent référence à la Figure 7, on y a illustré un mode de réalisation d'un spécimen ou d'un échantillon d'essai 210 qui offre la possibilité de refléter plus exactement le comportement des soudures de tubes sur le terrain. Dans la Figure 7, l'échantillon 210 est représenté la tête en bas pour faire apparaître les caractéristiques présentes sur la surface inférieure de l'échantillon 210. La Figure 8 illustre l'orientation préférée de l'échantillon 210 monté entre les supports supérieurs et inférieurs 3la, 3 lb et 32a, 32b respectivement, de l'ensemble d'essai 30 décrit antérieurement, et la Figure 9 illustre l'échantillon 210 qui est soumis à l'essai SSC avec l'appareil d'essai 100 décrit plus haut. Comme le montre la Figure 7, l'échantillon 210 comprend un corps allongé 211 présentant un axe central ou longitudinal 215, une première extrémité 211a et une deuxième extrémité 21lb opposée à la première extrémité 211a. De plus, le corps 211 présente une surface supérieure plane 212 qui s'étend entre les extrémités 21 la, 211b, une surface inférieure 213 qui s'étend entre les extrémités 211a, 211b, des surfaces d'extrémité planes 216, 217, qui s'étendent verticalement entre les surfaces supérieure et inférieure 212, 213 aux extrémités 211a, 211b respectivement, et des surfaces latérales ou de côté 218, 219 respectivement, qui s'étendent entre les surfaces supérieure et inférieure 212, 213.

Comme l'échantillon 10 décrit précédemment, l'échantillon 210 est formé à partir d'un premier composant 221 butant axialement et soudé bout à bout à un deuxième composant 222 à l'aide d'une soudure par friction 220. Les composants 221, 222 et dès lors la soudure 210 sont fabriqués en un matériau pour lequel un essai SSC est désiré (par exemple un acier). Une zone affectée thermiquement 223 s'étend le long de la longueur de la soudure par friction 220 et entoure immédiatement la soudure par friction 220. Les limites 223a, 223b de la zone affectée thermiquement définissent la mesure dans laquelle la zone affectée thermiquement 223 s'étend à partir de la soudure 220. Ensemble, la soudure par friction 220 et la zone affectée thermiquement 223 définissent une zone intéressante 225 dans l'échantillon 210 destiné à un essai SSC.

Contrairement à l'échantillon 10 décrit précédemment, la surface inférieure 213 et les surfaces latérales 218, 219 de l'échantillon 210 ne sont pas planes. Spécifiquement, dans ce mode de réalisation, la surface inférieure 213 comprend une première section latérale ou extérieure 213a, une deuxième section latérale ou extérieure 213b, et une section intermédiaire 213c positionnée entre les sections 213a, 213b. Chaque section 213a, 213b, 213c s'étend axialement (par rapport à l'axe 215) entre les extrémités 211a, 211b. De plus, la première section latérale 213a s'étend entre la section intermédiaire 213c et la surface latérale 218, et la deuxième section Iatérale 213b s'étend entre la section intermédiaire 213e et la surface latérale 219. Dans ce mode de réalisation, chaque section latérale 213a, 213b de la surface inférieure 213 est plane, toutefois la section intermédiaire 213c de la surface inférieure 213 est incurvée. En particulier, la section intermédiaire 213c est concave et cylindrique. Dans ce mode de réalisation, la section intermédiaire 213e présente un rayon de courbure constant. Dans ce mode de réalisation, le rayon de courbure de la section intermédiaire 213c de la surface inférieure 213 est suffisamment grand pour qu'il ait peu ou pas d'impact sur les calculs de la contrainte de traction maximale. En d'autres termes, même si l'échantillon 210 ne présente pas une épaisseur uniforme (en raison de la courbure de la section intermédiaire 213c), l'équation 1 discutée plus haut peut encore être utilisée pour calculer la contrainte de traction maximale induite dans l'échantillon 210 à la surface inférieure 213. Chaque surface latérale 218, 219 s'étend axialement (par rapport à l'axe 215) entre les extrémités 211a, 211b. De plus, les surfaces latérales 218, 219 s'étendent entre la surface supérieure 212 et les sections 213a, 213b de la surface inférieure, respectivement. Dans ce mode de réalisation, chaque surface latérale 218, 219 est convexe. 29535971 19 Les sections latérales 213a, 213b de la surface inférieure 213 sont aplaties afin de réduire la probabilité de concentrations de contraintes lorsque l'échantillon 210 est monté dans l'ensemble d'essai 30 décrit plus haut et que les supports inférieurs 32a, 32b portent contre les sections 213a, 213b. De plus, l'intersection de chaque section latérale 213a, 213b avec la section intermédiaire 5 213e est arrondie ou incurvée pour réduire les concentrations de contraintes, et l'intersection de chaque section latérale 213a, 213b avec sa surface latérale correspondante 218, 219, respectivement, est arrondie ou incurvée pour réduire les concentrations de contraintes. Le fait d'arrondir les intersections entre chaque section latérale 213a, 213b avec sa surface latérale correspondante 218, 219, respectivement, limite également l'accès et la diffusion d'hydrogène à une 10 surface unique en opposition à deux surfaces distinctes qui se coupent. Faisant à présent référence aux Figures 8 et 9, l'échantillon 210 est monté dans l'ensemble d'essai 30 et soumis à l'essai SSC dans l'appareil 100 de la même manière que l'échantillon 10 décrit précédemment. Notamment, l'échantillon 210 est monté entre des supports supérieurs 31a, 31b et des supports de force inférieurs 32a, 32b. L'ensemble d'alignement d'échantillon 170 décrit 15 précédemment peut être utilisé pour centrer l'échantillon 210 par rapport à la vis I35 et à l'enceinte 130. Les supports 31a, 31b s'étendent en travers de la surface supérieure 212 entre les surfaces 218, 219. La surface supérieure 212 est plane, de telle manière que chaque support 3la, 31b soit en contact continu avec la surface 212 entre les surfaces latérales 218, 219. De plus, les supports 31 a, 31b sont orientés parallèlement à la soudure par friction 220 et sont espacés de manière égale de 20 part et d'autre de la soudure 220 d'une distance A mesurée perpendiculairement à partir de la soudure 220. La distance A est égale ou diffère de moins de 1 0 % de la distance mesurée perpendiculairement à partir de la soudure 220 jusqu'à la limite de la zone affectée thermiquement 223. Donc, les supports 31 a, 3 lb sont positionnés de façon à s'étendre le long des limites 223a, 2236 de la zone affectée thermiquement, respectivement. 25 Les supports inférieurs 32a, 32b s'étendent en travers de la surface inférieure 213 entre les surfaces latérales 218, 219 et sont orientés parallèlement à la soudure par friction 220. Les supports 32a, 32b engagent les sections latérales planes 213a, 213b de la surface inférieure 213, mais ne sont pas en contact avec la section intermédiaire cylindrique 213e, puisque celle-ci est en retrait par rapport aux surfaces 213a, 213b. Les supports 32a, 32b sont espacés de manière égale 30 de part et d'autre de la soudure 220 d'une distance latérale B mesurée perpendiculairement à partir de la soudure 220. La distance B est plus grande que la distance A.

Les supports 3la, 3lb appliquent des forces à l'échantillon 210 le long de la surface_ supérieure 212, et les supports inférieurs 32a, 32b appliquent des forces à l'échantillon 210 le long des sections 213a, 213b de la surface inférieure. Dans ce mode de réalisation, le premier objet de l'essai SSC est la zone intéressante 225 le long de la section intermédiaire cylindrique incurvée 213e de la surface inférieure 213. Pendant l'application de la charge F appliquée par la vis de charge 135, l'ensemble d'essai 30 et l'échantillon 210 sont positionnés en dessous du niveau de fluide 117, et donc sont exposés au liquide 116 et au sulfure d'hydrogène gazeux 118. Donc l'échantillon 210, la soudure 220, et la zone intéressante 225 sont exposés simultanément au sulfure d'hydrogène gazeux 118 et à la 1 0 contrainte pour l'essai SSC. D'une manière générale, l'échantillon 210 peut être soumis à un essai SSC avec l'appareil 100 pendant toute période de temps désirée. Toutefois, pour rester cohérent avec d'autres normes d'essais SSC normalisés, l'échantillon 210, la soudure 220 et la zone intéressante 225 sont de préférence testés pendant une durée de 30 jours. Selon la manière décrite, des modes de réalisation de l'appareil d'essai 100 procurent un système à 15 utiliser pour un essai de corrosion SSC de 30 jours de soudures d'acier (par exemple des soudures par friction). Un tel essai assure que les soudures d'acier peuvent survivre sous une contrainte prescrite dans un environnement liquide avec une exposition au sulfure d'hydrogène gazeux pendant une durée d'au moins 30 jours. De plus, des modes de réalisation de l'appareil 100 procurent un système relativement simple, bon marché et aisé à utiliser pour un essai fréquent et/ou 20 répété de soudures et de zones affectées thermiquement associes. Bien que l'on ait montré et décrit des modes de réalisation préférés, des modifications peuvent être apportées à ceux-ci par un homme du métier sans sortir du domaine ou des enseignements de ceux-ci. Les modes de réalisation décrits ici ne constituent que des exemples et ne sont pas limitatifs. De nombreuses variantes et modifications des systèmes, appareils, et procédés décrits 25 ici sont possibles et font partie du domaine de l'invention. Par exemple, Ies dimensions relatives des différentes parties, les matériaux dans lesquels les différentes parties sont fabriquées, et d'autres paramètres peuvent varier. Par conséquent, la portée de la protection n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais elle n'est limitée que par les revendications qui suivent, dont la portée s'étendra à tous les équivalents de la matière de l'objet des revendications. 30

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1. Système d'essai de fissurations sous contrainte en présence de sulfures, comprenant: une chambre d'essai fermée comportant un bain de fluide comprenant un liquide saturé en sulfure d'hydrogène gazeux; une monture d'essai disposée dans la chambre d'essai et au moins partiellement immergée dans le bain de fluide, dans lequel la monture d'essai comprend une enceinte présentant une chambre intérieure en communication fluidique avec le bain de fluide et un ensemble d'essai disposé dans la chambre intérieure; dans lequel l'ensemble d'essai comprend: un premier support supérieur et un deuxième support supérieur; un premier support inférieur et un deuxième support inférieur, et un premier plateau engageant chacun des supports supérieurs et apte à transférer une charge verticale appliquée vers les supports supérieurs; un spécimen d'essai monté dans l'ensemble d'essai entre les supports supérieurs et les supports inférieurs, les supports supérieurs engageant une surface supérieure du spécimen d'essai et les supports inférieurs engageant une surface inférieure du spécimen d'essai; dans lequel le spécimen d'essai présente un axe longitudinal une première extrémité, une deuxième extrémité opposée à la première extrémité, et comprend une soudure et une zone affectée thermiquement disposées axialement entre la première extrémité et la deuxième extrémité; dans lequel le premier support supérieur est positionné axialement entre la soudure et la première extrémité et le deuxième support supérieur est positionné axialement entre la soudure et la deuxième extrémité; dans lequel le premier support inférieur est positionné axialement entre le premier support 25 supérieur et la première extrémité et le deuxième support inférieur est positionné axialement entre le deuxième support supérieur et la deuxième extrémité.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le premier support supérieur et le deuxième support supérieur sont axialement espacés également de la soudure, et dans lequel le premier 30 support inférieur et le deuxième support inférieur sont axialement espacés également de la soudure.
3. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la zone affectée thermiquement présente une première limite disposée axialement entre la soudure et la première extrémité et une deuxième limite disposée axialement entre la soudure et la deuxième extrémité; dans lequel le premier support supérieur est positionné le long de la première limite de la zone thermiquement affectée et le deuxième support supérieur est positionné le long de la deuxième limite de la zone affectée thermiquement.
4. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel la soudure est une soudure par friction.
5. 5. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un deuxième plateau et une cellule dynamométrique disposés dans la chambre intérieure de l'enceinte, dans lequel la cellule dynamométrique est positionnée entre le premier plateau et le deuxième plateau et est apte à mesurer la charge verticale appliquée.
6. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel le premier plateau comporte une surface supérieure présentant un creux et dans lequel la cellule dynamométrique est installée dans le creux.
7. 7. Système selon la revendication 5, comprenant en outre un palier de butée engageant le deuxième plateau et une vis de charge engagée par vissage dans un alésage traversant dans l'enceinte; dans lequel la vis de charge présente une première extrémité externe à l'enceinte et une deuxième extrémité s'étendant dans la chambre intérieure de l'enceinte et engageant le palier de butée.
8. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel la deuxième extrémité de la vis de charge engage un creux correspondant dans une surface supérieure du palier de butée.
9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel la deuxième extrémité de la vis de charge comprend une pointe cylindrique qui s'adapte au creux.30
10. 10. Système selon la revendication 7, dans lequel le palier de butée et le deuxième plateau s'engagent de façon coulissante avec l'enceinte.
11. 11. Système selon la revendication 5, comprenant en outre un dispositif de sortie apte à afficher la force appliquée mesurée par la cellule dynamométrique.
12. 12. Système selon la revendication 1, dans lequel le spécimen d'essai comprend une première surface latérale s'étendant de la surface inférieure à la surface supérieure et une deuxième surface latérale opposée à la première surface latérale et s'étendant de la surface inférieure à la surface supérieure; dans lequel la surface inférieure comprend une première section plane qui s'étend axialement de la première extrémité à la deuxième extrémité et qui coupe la première surface latérale, une deuxième section plane qui s'étend axialement de la première extrémité à la deuxième extrémité et qui coupe la deuxième surface latérale, et une section intermédiaire disposée entre la première section plane et la deuxième section plane, et dans Iequel la section intermédiaire de la surface inférieure est cylindrique.
13. 13. Système selon la revendication 12, dans lequel une intersection entre la première section plane de la surface inférieure et la première surface latérale est dotée d'un rayon, et une intersection entre la deuxième section plane de la surface inférieure et la deuxième surface latérale est dotée d'un rayon.
14. 14. Système selon la revendication 1, dans lequel l'enceinte est réalisée en un matériau qui est résistant à la corrosion par le sulfure d'hydrogène.25
15. 15. Procédé d'essai de corrosion d'une soudure, comprenant les étapes suivantes: (a) procurer un spécimen d'essai presentant un axe longitudinal, une première extrémité, une deuxième extrémité opposée à la première extrémité, et une soudure positionnée axialement entre la première extrémité et la deuxième extrémité; (b) monter le spécimen d'essai entre une paire de supports supérieurs et une paire de supports inférieurs; (c) soumettre le spécimen d'essai à un essai de flexion à quatre points avec les supports supérieurs et les supports inférieurs pour induire une contrainte de traction dans le spécimen le long d'une surface inférieure du spécimen de façon durable; et (d) exposer la soudure au sulfure d'hydrogène gazeux pendant (c).
16. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la soudure est une soudure par friction.
17. 17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel (c) comprend l'application d'une charge verticale aux supports supérieurs à l'aide d'un premier plateau.
18. 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel (c) comprend en outre l'application de la charge verticale au premier plateau à l'aide d'un deuxième plateau et la mesure de la charge appliquée au moyen d'une cellule dynamométrique positionnée entre le premier plateau et le deuxième plateau.
19. 19. Procédé selon la revendication 15, comprenant en outre: l'écoulement du sulfure d'hydrogène gazeux à travers un liquide dans un bain de liquide; l'immersion du spécimen d'essai dans le bain de liquide,
20. 20. Procédé selon la revendication 15, comprenant en outre une étape (e) consistant à exécuter (c) et (d) en continu pendant au moins 30 jours.
21. 21. Procédé selon la revendication 16, dans lequel la surface inférieure du spécimen d'essai 30 comporte une surface cylindrique.
22. 22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel la surface cylindrique est une surface _concave s'étendant-de ta première-extrémité-à-la deuxième-extrémité du-spécimen d'essai.
23. 23. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le spécimen d'essai comprend une zone affectée thermiquement s'étendant entre une première limite disposée axialement entre la soudure et la première extrémité et une deuxième limite disposée axialement entre la soudure et la deuxième extrémité, et dans lequel (b) comprend le positionnement d'un des supports supérieurs le long de la première limite de la zone affectée thermiquement et le positionnement de l'autre des supports l0 supérieurs le long de la deuxième limite de la zone affectée thermiquement.