FR3094652A1 - Procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une ligne flexible de transport de fluide et fil d’armure et ligne flexible issus d’un tel procédé - Google Patents

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Abstract

Procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une ligne flexible de transport de fluide et fil d’armure et ligne flexible issus d’un tel procé d é La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une couche métallique de renforcement mécanique d’une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau. Le procédé comprend les étapes suivantes : - fourniture d’un fil métallique comprenant au moins un premier tronçon (32) et un deuxième tronçon (34), le premier tronçon (32) et le deuxième tronçon (34) étant reliés entre eux à leurs extrémités par une soudure (40), - recuit thermique de la soudure (40). Le procédé comprend, avant le recuit thermique, une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure (40), l’étape de pré-traitement thermique étant une étape de refusion ou une étape d’austénitisation. Figure pour l’abrégé : figure 5

Description

Procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une ligne flexible de transport de fluide et fil d’armure et ligne flexible issus d’un tel procédé
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un fil d’armure d’une couche métallique de renforcement mécanique d’une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau, comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’un fil métallique comprenant au moins un premier tronçon et un deuxième tronçon, le premier tronçon et le deuxième tronçon étant reliés entre eux à leurs extrémités par une soudure, et
- recuit thermique de la soudure.
La ligne est notamment une conduite flexible telle que décrite dans les documents normatifs publiés par l’American Petroleum Institute (API), API 17J « Specification for Unbonded Flexible Pipe » 4èmeEdition Mai 2014, et API RP 17B « Recommended Practice for Flexible Pipe » 5èmeEdition Mai 2014. La conduite flexible est avantageusement de type non lié (« unbonded » en anglais).
Les conduites flexibles comprennent un assemblage de tronçons flexibles ou un seul tronçon flexible. Les conduites flexibles comportent généralement une gaine externe de protection définissant un volume intérieur et au moins une gaine interne imperméable disposée à l’intérieur du volume intérieur.
Cette gaine interne est, par exemple, une gaine de pression délimitant un passage de circulation d’un fluide. En variante, la conduite flexible comprend une gaine intermédiaire disposée entre la gaine de pression et la gaine externe.
Le fluide circulant dans la conduite est, en particulier, un hydrocarbure comportant des gaz corrosifs comme du dioxyde de carbone et du sulfure d’hydrogène.
Typiquement, des couches de renforcement mécanique telles que des couches d’armures de résistance aux efforts radiaux de pression et/ou aux efforts longitudinaux de traction formées par des nappes de fils généralement métalliques sont disposées dans l’espace annulaire entre la gaine interne et la gaine externe, pour assurer une bonne résistance mécanique à la ligne flexible.
Dans certains cas, la longueur de la ligne est très grande, notamment dans le cas des lignes adaptées pour les grandes profondeurs.
Ainsi, afin de réduire les coûts de fabrication de la ligne flexible, il est connu d’utiliser des fils d’armure de plus courte longueur et moins coûteux et de les relier entre eux plutôt qu’utiliser un unique fil d’armure de plus grande longueur et plus onéreux.
Ceci est le cas par exemple des armures métalliques réalisées à partir de fils d’armures en acier au carbone ou en acier inoxydable.
Les fils de plus courte longueur sont reliés entre eux par soudage à l’arc provoqué par le passage de courant électrique entre une électrode et les fils, aussi désigné par son acronyme anglais ERW pour « Electrical Resistance Welding » ou « soudage à résistance électrique ». Cette méthode de soudage consiste à souder les extrémités de fils métalliques entre elles au moyen d’un fort courant électrique, typiquement présentant une intensité supérieure à 5000 ampères, afin d’obtenir le fil d’armure. Principalement durant l’étape de soudage, les extrémités de fils métalliques sont maintenues en contact l’une de l’autre par l’application d’une pression mécanique.
Généralement, la technique de soudage par résistance utilisée est le soudage par forgeage.
Bien entendu, différentes techniques de soudage par résistance peuvent être mises en œuvre pour le soudage de produits longs tels que des fils métalliques de ligne flexible, en particulier par application d’une forte pression au niveau des pièces à souder, tel que par exemple le soudage par étincelage, par friction, par diffusion ou encore le soudage par résistance en bout. Ces techniques de soudage sont décrites dans la norme EN NF ISO 4063 publiée en Février 2011 par l’organisme AFNOR.
Les fils d’armures sont souvent soumis à un environnement corrosif, aussi appelées « sour environment conditions », en raison de la perméation à travers la gaine des gaz acides issus des fluides transportés, tels que par exemple le sulfure d’hydrogène (H2S) et le dioxyde de carbone (CO2).
Le phénomène, communément désigné par l’acronyme anglais SSC pour « Sulfide Stress Craking », ou « corrosion sous contrainte par les sulfures » en français, peut alors entraîner la dégradation des propriétés mécaniques des fils d’armure en les fragilisant, notamment au niveau des soudures. Des fissures et des piqûres peuvent par exemple apparaître sur les soudures, limitant ainsi l’utilisation des fils d’armure dans un environnement corrosif.
Pour pallier ce problème pour les fils d’armure en acier, il est connu de procéder après l’étape de soudage à une étape de traitement thermique de revenu, telle que décrite dans le document « High Strength Metallic Materials for Flexible Pipes: Specific Environments and Corrosion Behavior » F. Dupoiron & C. Taravel - Condat (2003, January 1).NACE International. L’étape de revenu a pour effet d’améliorer la qualité métallurgique de la soudure et de réduire l’effet de la décarburation. En outre, le traitement thermique de revenu permet d’ajuster la dureté ainsi que la résistance mécanique, telle que la limite d’élasticité des fils, au niveau de la soudure.
Une telle méthode ne donne pas toujours entière satisfaction suivant les milieux considérés et les soudures présentent souvent, malgré l’étape de revenu, une plus grande fragilité à la corrosion que le reste du fil d’armure.
Un but de l’invention est d’obtenir un fil d’armure présentant une tenue améliorée aux contraintes de traction et/ou de pression sous atmosphère corrosive compatible avec les conditions de pression, de température et de pH présentes dans une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau, le fil d’armure restant peu coûteux et facile à fabriquer.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce qu’il comprend, avant le recuit thermique une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure, l’étape de pré-traitement thermique étant une étape de refusion ou une étape d’austénitisation.
Le procédé selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion au cours de laquelle la soudure est fondue au moins partiellement ;
- la soudure est fondue sur une épaisseur interne supérieure ou égale à 300 µm ;
- l’étape de refusion est réalisée sur toute la périphérie de la soudure ;
- l’étape de refusion est réalisée à une température supérieure ou égale à 1500°C ;
- l’étape de refusion présente une durée inférieure ou égale à cinq minutes, et de préférence supérieure ou égale à deux minutes ;
- l’étape de refusion comprend la fourniture d’un métal d’apport ;
- le procédé comprend une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité du premier tronçon avec une deuxième extrémité du deuxième tronçon, l’étape préliminaire comprenant l’apport de métal entre la première extrémité et la deuxième extrémité, le métal étant de préférence identique au métal formant le fil d’acier ;
- l’étape de pré-traitement thermique est dépourvue de la fourniture d’un métal d’apport ;
- le procédé comprend une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité du premier tronçon avec une deuxième extrémité du deuxième tronçon, l’étape préliminaire étant avantageusement dépourvue d’ajout de matériau entre la première extrémité et la deuxième extrémité ;
- l’étape de pré-traitement thermique est réalisée par soudage par arc électrique, notamment par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode métallique, en particulier par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode de tungstène ;
- l’intensité du courant de l’arc électrique est comprise entre 30 ampères et 60 ampères, de préférence entre 40 ampères et 50 ampères ;
- l’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à la température de l’étape de pré-traitement thermique, de préférence l’étape de recuit étant réalisée à une température inférieure à 1100°C, de préférence comprise entre 400°C et 900°C ;
- l’étape de recuit présente une durée supérieure à la durée de l’étape de pré-traitement thermique ;
- le fil métallique est un fil d’acier, de préférence un fil d’acier au carbone.
L’invention concerne aussi un fil d’armure susceptible d’être obtenu par un procédé tel que décrit ci-dessus.
L’invention porte en en outre sur une ligne flexible de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau comprenant au moins un fil d’armure du type précité.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d’une ligne flexible selon l’invention comprenant une pluralité de couches de fils d’armure de renforcement mécanique ;
- la figure 2 est une vue en perspective d’un premier tronçon d’un premier fil métallique et d’un deuxième tronçon d’un deuxième fil métallique avant l’étape de soudage par forgeage selon l’invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective de l’étape de soudage par résistance et forgeage de deux tronçons de fils métalliques selon l’invention ;
- la figure 4 est une vue en perspective d’un fil d’armure soudé selon l’invention ;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un fil d’amure selon un premier mode de réalisation de l’invention avec des dimensions exagérées au niveau de la soudure pour faciliter la compréhension ;
- la figure 6 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un fil d’amure selon un deuxième mode de réalisation de l’invention avec des dimensions exagérées au niveau de la soudure pour faciliter la compréhension ;
- la figure 7 est une représentation graphique du cycle thermique appliqué au cours de la fabrication du fil d’armure selon un mode de réalisation de l’invention.
Une ligne flexible 10 selon l’invention est illustrée en partie sur la figure 1.
La ligne flexible 10 est destinée à être immergée dans une étendue d’eau (non représentée) et raccordée à l’une de ses extrémités à une installation d’exploitation de fluide, notamment d’hydrocarbures.
L’étendue d’eau est par exemple une mer, un lac ou un océan. La profondeur de l’étendue d’eau est par exemple comprise entre 50 m et 4000 m.
L’installation d’exploitation de fluide comporte un ensemble de surface, généralement flottant, et un ensemble de fond qui sont raccordés par la ligne flexible 10.
La ligne flexible 10 comporte un tronçon central, illustré en partie sur la figure 1, et à chacune des extrémités axiales du tronçon central, un embout d’extrémité non représenté.
La ligne flexible 10 s’étend suivant un axe A-A’.
Dans tout ce qui suit, les termes « extérieur » et « intérieur » s’entendent généralement de manière radiale par rapport à l’axe A-A’ de la ligne flexible 10, le terme « extérieur » s’entendant comme relativement plus éloigné radialement de l’axe A-A’ et le terme « intérieur » s’entendant comme relativement plus proche radialement plus proche de l’axe A-A’ de la ligne flexible 10.
Comme illustré sur la figure 1, la ligne flexible 10 est ici une conduite flexible qui délimite une pluralité de couches concentriques autour de l’axe A-A’, qui s’étendent continument le long de la ligne flexible 10 jusqu’aux extrémités de celle-ci.
En particulier, la ligne flexible 10 comprend une gaine interne 12 tubulaire, une voûte de pression 14 et au moins une couche d’armures de traction 16, 17. Avantageusement et selon l’utilisation souhaitée, la ligne 10 comporte en outre une carcasse interne 20 et une gaine externe 22.
La gaine interne 12 est destinée à confiner de manière étanche le fluide transporté dans la ligne flexible 10.
La carcasse 20, lorsqu’elle est présente, est formée d’un feuillard métallique profilé, enroulé en spirale. Les spires du feuillard sont avantageusement agrafées les unes aux autres, ce qui reprend les efforts radiaux d’écrasement.
La gaine externe 22 est située à l’extérieur de la gaine interne 12.
La gaine externe 22 définit un volume intérieur 23 dans lequel sont situées la gaine interne 12 et les couches de renforcement mécanique telles que la carcasse 20, la voûte de pression 14 et au moins une couche d’armures de traction 16, 17.
La gaine externe 22 définit avec la gaine interne 12 un espace annulaire 24. L’espace annulaire 24 est défini dans le volume intérieur 23.
La gaine externe 22 est étanche. La gaine externe 22 est configurée pour empêcher la pénétration du liquide depuis l’extérieur de la conduite flexible 10 vers le volume intérieur 23 et de confiner le liquide présent dans l’espace annulaire 24.
La voûte de pression 14 est située dans l’espace annulaire 24, à l’extérieur de la gaine interne 12.
La voûte de pression 14 est configurée pour reprendre les efforts liés à la pression régnant à l’intérieur de la gaine interne 12.
La voûte de pression 14 est, avantageusement, formée d’un fil profilé 25 métallique enroulé en hélice autour de la gaine interne 12.
L’enroulement est à pas court, c’est-à-dire que l’angle d’hélice que forme le fil profilé par rapport à l’axe A-A’ de la ligne flexible 10 est de valeur absolue proche de 90°, typiquement compris entre 75° et 90°.
Le fil profilé 25 présente de préférence une géométrie en forme de Z. La géométrie en Z permet d’améliorer la résistance mécanique générale et de réduire la masse de la conduite flexible 10.
En variante, le fil profilé 25 présente une géométrie en forme de T, de U, de K, de X ou de I.
En variante, la ligne flexible 10 comprend une couche métallique de renforcement additionnelle ou frette 26 disposée extérieurement à la voûte de pression 14.
La frette 26, lorsqu’elle est présente, est constituée par un enroulement en spirale d’au moins un fil avantageusement de section transversale rectangulaire autour de la voûte de pression 14. L’enroulement du au moins un fil est à pas court autour de l’axe A-A’ de la ligne flexible 10, c’est-à-dire avec un angle d’hélice de valeur absolue proche de 90°, typiquement compris entre 75° et 90°.
Chaque couche d’armures de traction 16, 17 est située dans l’espace annulaire 24, à l’extérieur de la voûte de pression 14.
Dans l’exemple représenté sur la figure 1, la conduite flexible 10 comporte au moins une paire de couches d’armures de traction 16, 17.
Chaque paire comporte une première couche d'armures de traction 16 appliquée sur la voûte de pression 14, sur la frette 26, sur la gaine 12 ou sur une autre paire de couches d'armures de traction 16, 17, et une deuxième couche d'armures de traction 17, disposée autour de la première couche d'armures de traction 16.
Chaque couche d’armures de traction 16, 17 comporte au moins un élément d’armure 28 longitudinal enroulé à pas long autour de l’axe A-A’ de la conduite flexible 10. La valeur d’hélice est inférieure à 60°, et est typiquement comprise entre 18° et 60°.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la valeur absolue de l'angle d'hélice de chaque couche d'armures de traction 16, 17 est supérieure à 45°, et est notamment comprise entre 50° et 60°, et est environ égale à 55°.
Les éléments d’armure 28 d’une première couche d’armures de traction 16 sont enroulés généralement suivant un angle opposé par rapport aux éléments d’armure 28 d’une deuxième couche d’armures de traction 17. Ainsi, si l’angle d’enroulement des éléments d’armure 28 de la première couche d’armures de traction 16 est égal à + α, α étant compris entre 18° et 60°, l’angle d’enroulement des éléments d’armure 28 de la deuxième couche d’armures de traction 17 disposée au contact de la première couche d’armures de traction 16 est par exemple de - α, avec α compris entre 18° et 60°.
Bien entendu, d’autres couches polymériques, métalliques ou composites telles qu’une bande de maintien ou une bande anti-usure peuvent être disposées au sein de la structure de la ligne flexible 10, dans le volume intérieur 23.
Elles sont par exemple disposées entre la gaine interne 12 et la voûte de pression 14 ou entre la voûte de pression et les couches d’armures de traction 16,17 ou entre la première couche d’armures de traction 16 et la deuxième couche d’armures de traction 17 ou encore, entre la deuxième couche d’armures de traction 17 et la gaine externe 22.
Les éléments d’armure 28 sont par exemple formés par au moins un fil d’armure 30.
En outre, les éléments profilés 25 formant la voûte de pression 14 et/ou les fils formant la frette 26 sont par exemple formés par au moins un fil d’armure 30.
Un fil d’armure 30 selon un premier mode de réalisation est représenté schématiquement sur la figure 5.
Le fil d’armure 30 comprend au moins un premier tronçon 32 d’un premier fil métallique et un deuxième tronçon 34 d’un deuxième fil métallique représentés schématiquement sur les figures 2 à 5.
Le premier tronçon 32 présente une forme de prisme s’étendant selon un axe longitudinal B-B’.
Dans le mode de réalisation illustré, le premier tronçon 32 présente une forme de parallélépipède rectangle s’étendant selon l’axe longitudinal B-B’.
Plus généralement, le premier tronçon 32 présente une section transversale S1 perpendiculaire à l’axe longitudinal B-B’ de forme polygonale, notamment carrée ou rectangle.
En variante, le premier tronçon présente une section transversale S1 définie par une courbe fermée, par exemple une section transversale S1 elliptique ou circulaire.
La section transversale S1 présente une aire comprise entre 10 mm2et 500 mm2.
Le premier tronçon 32 présente une longueur l. La longueur l du tronçon 32 est la dimension dudit tronçon 32 selon l’axe longitudinal B-B’.
Avantageusement, la longueur l est comprise entre 10 m et 15000 m.
Le premier tronçon 32 comporte une première extrémité 36.
Le deuxième tronçon 34 présente une forme analogue à celle du premier tronçon 32, ici une forme de parallélépipède rectangle s’étendant selon l’axe longitudinal B-B’.
Le deuxième tronçon 34 présente une longueur l’. La longueur l’ du tronçon 34 est la dimension dudit tronçon 34 selon l’axe longitudinal B-B’.
Avantageusement, la longueur l’ est comprise entre 10 m et 15000 m.
Dans cet exemple, la longueur l’ du deuxième tronçon 34 est égale à la longueur l du premier tronçon 32.
Le deuxième tronçon 34 présente une section transversale S2 perpendiculaire à l’axe longitudinal B-B’.
La section transversale S2 du deuxième tronçon 34 est sensiblement identique à la section transversale S1 du premier tronçon 32.
Dans l’exemple représenté sur la figure 2, le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 sont identiques.
Le deuxième tronçon 34 comporte une deuxième extrémité 38.
Le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 sont reliés entre eux à leurs extrémités 36, 38 par une soudure 40 obtenue après une opération de soudage par forgeage.
Selon un mode particulier de l’invention, lors du soudage, les extrémités 36, 38 des premier et deuxième tronçons 32, 34 des fils métalliques sont fondues pour former la soudure 40.
La soudure 40 est ici constituée par un mélange des matériaux formant le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34, sans apport d’un matériau externe ne provenant pas du premier tronçon 32 et du deuxième tronçon 34.
Une zone plus ou moins étendue de part et d’autre de la soudure 40 est également affectée thermiquement durant l’opération de soudage. On appelle cette zone la « zone affectée thermiquement » (ZAT). Cette zone est le siège d’un échauffement thermique par conduction dans laquelle il y a modification locale de la microstructure et de l’état métallurgique des tronçons 32, 34 des fils métalliques.
La zone affectée thermiquement présente une largeur L. La largeur L est la dimension de la ZAT selon l’axe B-B’.
La largeur L est par exemple comprise entre 0,1 mm et 20 mm, de préférence entre 5 mm et 10 mm.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la Figure 6, la soudure 40 comporte un bourrelet 42 formé par expulsion de matière métallique à l’issue de l’opération de soudage par forgeage entre les deux extrémités 36, 38 des premier et deuxième tronçons 32, 34 des fils métalliques.
Le bourrelet 42 correspond à la zone où la matière métallique des extrémités 36, 38 a fondu pendant le soudage. On appelle cette zone la « zone fondue ».
Le bourrelet 42, aussi appelé bavure, présente une hauteur h. La hauteur h est la dimension du bourrelet 42 selon une direction radiale du fil métallique. Dans cet exemple, la hauteur h du bourrelet 42 est comprise entre 0,1 mm et 20 mm.
Le bourrelet 42 présente aussi une largeur L2. La largeur L2 est la dimension du bourrelet selon l’axe B-B’. La largeur L2 du bourrelet est strictement inférieure à la largeur L de la ZAT. Dans cet exemple, la largeur L2 du bourrelet est comprise entre 0,1 mm et 5 mm.
Selon le mode de réalisation particulier, la zone définie par la zone fondue et la ZAT présente une largeur L’. La largeur L’ est la dimension de la zone fondue et de la ZAT échauffée selon l’axe B-B’.
La largeur L’ est par exemple comprise entre 0,1 mm et 20 mm.
Dans cet exemple, le fil d’armure 30 est réalisé en au moins un matériau métallique.
Avantageusement, le fil d’armure 30 est un fil d’acier. Le fil d’armure 30 est par exemple un fil d’acier inoxydable, communément appelé inox, ou un fil d’acier au carbone.
Il est entendu par « acier au carbone » un acier dont le principal composant d’alliage est le carbone. La teneur en carbone de l’acier au carbone est comprise entre 0,12% et 2,0% de masse totale de l’alliage.
De préférence, l’acier est un acier faiblement allié, c’est-à-dire que la teneur totale de chaque élément d’alliage, tel que par exemple le chrome, le manganèse, le nickel, le cobalt, l’aluminium ou le molybdène, est inférieure à 5%.
Le fil d’armure 30 selon l’invention présente une résistance à la corrosion et aux efforts mécanique de pression et de traction sensiblement constante sur toute sa longueur. Le fil d’armure 30 ne présente pas de zone de fragilité au niveau de la soudure 40.
Les propriétés générales de la soudure 40 sont améliorées. Un procédé de fabrication du fil d’armure 30 va maintenant être décrit.
Initialement, un premier tronçon 32 et un deuxième tronçon 34 de fil métallique sont fabriqués. La fabrication des tronçons 32, 34 comporte une étape de laminage.
Les microstructures des tronçons 32, 34, notamment les grains métalliques, sont orientés selon des lignes de flux parallèles à un axe longitudinal B-B’. Les tronçons comportent en outre des inclusions étirées et/ou orientées selon la direction B-B’.
Le procédé de fabrication du fil d’armure 30 comprend une étape préliminaire de soudage d’une première extrémité 36 du premier tronçon 32 d’un premier fil métallique avec une deuxième extrémité 38 du deuxième tronçon 34 d’un deuxième fil métallique.
Au cours de cette étape, les tronçons 32, 34 sont reliés entre eux par une étape de soudage par résistance.
Dans cet exemple, les tronçons 32, 34 sont préférentiellement reliés entre eux par une étape de soudage par forgeage, comme illustré sur la figure 3.
Le soudage par forgeage est un procédé thermoélectrique de génération de chaleur au niveau des extrémités des tronçons de fils à assembler, associé à un effort d’accostage et d’expulsion de matière.
Lors de la phase d’accostage, la première extrémité 36 du premier tronçon 32 est mise en contact avec la deuxième extrémité 38 du deuxième tronçon 34, de sorte que la section transversale S1 de la première extrémité 36 recouvre intégralement la section transversale S2 de la deuxième extrémité 38.
Dans cet exemple, l’étape de soudage par forgeage est dépourvue d’ajout de matière entre la première extrémité 36 et la deuxième extrémité 38.
Un fort courant électrique est appliqué sur les tronçons 32, 34 et traverse lesdits tronçons 32, 34 en générant de la chaleur au niveau de la surface de contact entre les deux extrémités 36, 38.
Dans cet exemple, la surface de contact est soumise à une température comprise entre 1000°C et 1500°C, comme illustré par la courbe 1 de la figure 7. Par exemple, la surface de contact est soumise à une température égale à 1250°C.
Simultanément à l’échauffement au niveau de la surface de contact entre les deux extrémités 36, 38, une pression mécanique P est exercée selon l’axe B-B’ sur chaque tronçon 32, 34 de sorte que le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 exercent l’un sur l’autre des forces opposées de compression. Par exemple, la pression P est comprise entre 50 MPa et 600 MPa selon une direction normale à la section transversale S1, S2 des tronçons 32, 34 à souder. Une déformation plastique intervient au niveau de la surface de contact des extrémités 36, 38 des tronçons 32, 34. La fusion locale du métal se produit au niveau de ladite surface de contact.
Le métal recristallise ensuite en créant une soudure 40, permettant ainsi de lier métallurgiquement les tronçons 32, 34 ensemble.
Selon le deuxième mode de réalisation, un bourrelet 42 est formé par expulsion de matière vers la périphérie du fil au cours de l’étape de soudage, du fait de la pression mécanique P exercée tandis que la surface de contact des extrémités 36, 38 des tronçons 32, 34 est fondue. Les oxydes exogènes éventuellement formés à haute température lors de l’accostage sont alors expulsés.
Au niveau de la soudure 40, les lignes de flux sont ré-orientées parallèlement à la surface de contact et perpendiculairement à l’axe longitudinal B-B’.
Les inclusions présentes dans les tronçons 32, 34 changent de direction et s’accumulent au niveau de la surface de contact.
La ré-orientation des lignes de flux et l’accumulation des inclusions au niveau de la soudure 40 fragilisent les fils métalliques lorsqu’ils se trouvent dans un environnement corrosif. Ce phénomène est renforcé par une décarburation qui intervient dans une magnitude plus ou moins grande au niveau de la soudure 40. La décarburation au niveau de la soudure 40 créée également un déséquilibre entre les microstructures de la soudure 40 et celle de la ZAT. Cela conduit à des phénomènes de couplage galvanique entre les microstructures réduisant alors la résistance à la corrosion de la soudure 40. Des dissolutions autour des inclusions qui débouchent en surface sont également observables.
Suite à l’étape de soudage, le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 34 sont solidaires l’un avec l’autre. Un fil métallique comprenant deux tronçons 32, 34 reliés entre eux à leurs extrémités 36, 38 par une soudure 40 est ainsi obtenu.
Ensuite, le fil métallique est soumis à une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure 40.
Selon un mode de réalisation, l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion.
L’étape de refusion a pour but de casser les lignes de flux et redistribuer les ségrégations et inclusions à la surface du fils. L’étape de refusion est réalisée sur un poste de soudage différent de celui ayant servi à l’étape de soudage par forgeage des tronçons 32, 34 entre eux. L’enchainement des deux étapes est rapide et simple à mettre en œuvre au niveau industriel.
Lorsque l’étape de refusion est réalisée sans apport de matière extérieure, le poste de soudage est par exemple un poste chauffant muni d’une torche apte à créer un arc électrique tel que ceux du type poste de soudage par arc TIG (TIG étant l’acronyme anglais de « Tungsten Inert Gas »), soudage par arc plasma, soudage par arc laser, soudage par arc faisceau d’électrons, etc.
D’autres moyens de chauffe peuvent être prévus tel que par exemple un poste de chauffage par induction haute fréquence permettant de chauffer la surface du fil, ou d’autres techniques permettant d’apporter une haute énergie sur un temps cours, comme un laser.
L’étape de refusion est ainsi réalisée immédiatement après l’étape de soudage. Par exemple, une durée inférieure à 5 minutes s’écoule entre l’étape de soudage et l’étape de refusion.
De préférence, l’étape de refusion est réalisée en position. Il est entendu par cela que la face supérieure du fil est chauffée, puis le fil est tourné et la face qui se trouve au-dessus suite à cela est chauffée à son tour. Cette technique évite que de la matière ne coule sur le sol.
L’étape de refusion est réalisée sur toute la périphérie de la soudure 40 à l’aide de l’un quelconque des postes de soudage ou traitement thermique cités ci-avant.
De préférence, l’étape de refusion est réalisée par chauffage par résistance électrique.
La présence du bourrelet 42 facilite le positionnement pour le passage du courant électrique au niveau de la soudure 40, par effet de pointe, et offre ainsi une grande précision lors de cette étape.
Selon un mode de réalisation, l’étape de refusion est réalisée par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode non fusible.
L’électrode est par exemple une électrode de tungstène. Le soudage est alors qualifié de soudage Tungstène-Gaz Inerte, identifié par le numéro 41 dans la norme NF EN ISO 4063 et plus communément appelé soudage TIG, TIG étant l’acronyme anglais de « Tungsten Inert Gas ».
Un arc électrique est établi entre l'extrémité de l’électrode et la soudure 40, sous la protection d'un gaz inerte.
Le gaz inerte est par exemple l’argon, l’hélium ou un mélange argon-hélium.
L’intensité du courant de l’arc électrique est typiquement comprise entre 30 ampères et 60 ampères, de préférence entre 40 ampères et 50 ampères.
L’étape de refusion est réalisée à une température supérieure ou égale à 1500°C, et inférieure ou égale à 3000°C, comme illustré par la courbe 2 de la figure 7. De préférence, l’étape de refusion est réalisée à une température comprise entre 1500°C et 1700°C. Par exemple, l’étape de refusion est réalisée à une température de 1600°C.
L’étape de refusion présente une durée de plusieurs minutes, de préférence, supérieure ou égale à deux minutes et inférieure ou égale à cinq minutes.
En variante, l’étape de refusion est réalisée au moyen d’un flash d’énergie et présente une durée de quelques secondes, par exemple une durée comprise entre 10 et 30 secondes.
Au cours de l’étape de refusion, la soudure 40 est fondue au moins partiellement.
Il est entendu par « fondue au moins partiellement » que la soudure 40 est fondue sur une zone refondue 44 d’une épaisseur e normale à l’axe longitudinal B-B’, l’épaisseur e étant inférieure ou égale à la somme de la hauteur h du bourrelet 42 et de la demi-dimension transversale maximale r du fil métallique. Ladite demi-dimension r correspond au rayon du fil lorsque celui-ci a une section circulaire..
La zone refondue 44 présente une épaisseur e supérieure à la hauteur h du bourrelet 42. L’épaisseur e de la zone refondue 44 correspond à la somme de la hauteur h du bourrelet 42 et d’une épaisseur interne e’ de la zone refondue 44.
De préférence, l’épaisseur interne e’ est supérieure ou égale à 300 µm.
La zone refondue 44 présente une longueur L’’ supérieure à L2 et potentiellement supérieure à L.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’étape de refusion est dépourvue de la fourniture d’un métal d’apport. Lorsque la soudure 40 comporte un bourrelet 42, ledit bourrelet 42 fournit suffisamment de matière pour éviter une réduction de la section du fil d’armure 30.
L’étape de refusion modifie la microstructure du fil métallique au niveau de la soudure 40 et de la ZAT. Suite à l’étape de refusion, les lignes de flux au niveau de la soudure sont ré-alignées de sorte qu’il n’y a plus de direction préférentielle de la microstructure.
De plus, l’étape de refusion entraîne la dispersion des inclusions présentes au niveau de la soudure 40.
Puis, le fil métallique est soumis à une étape de traitement thermique. Avantageusement, l’étape de traitement thermique comprend un recuit thermique de la soudure 40.
L’étape de recuit permet d’homogénéiser la microstructure du fil métallique et partant, d’ajuster les propriétés mécaniques et la dureté du fil métallique.
L’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à la température de l’étape de refusion. De préférence, l’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à 1100°C, de préférence comprise entre 400°C et 900°C, comme illustré par la courbe 3 de la figure 7.
L’étape de recuit présente une durée supérieure à la durée de l’étape de refusion.
L’étape de recuit présente une durée comprise entre quelques secondes et plusieurs minutes, de préférence entre 10 secondes et 5 minutes.
De préférence, l’étape de recuit comprend un refroidissement contrôlé.
En variante, l’étape de refusion est réalisée par une technique choisie dans le groupe constitué des techniques de soudage plasma, de soudage hybride arc-laser, de soudage par faisceau d’électrons et de chauffage par induction.
Selon un autre mode de réalisation, l’étape de refusion est réalisée avec un apport de métal. Le métal d’apport est de préférence de composition proche de celle du métal du fil métallique, par exemple le métal d’apport est identique au métal du fil métallique. Lorsque l’étape de refusion est réalisée avec apport de matière extérieure fusible, le poste de soudage est par exemple un poste de soudage du type soudage par arc à l’électrode enrobée ou du type soudage par arc avec fil-électrode fusible.
L’étape de refusion est réalisée par exemple par soudage à l'arc à l'électrode enrobée ou par soudage MIG-MAG, les acronymes MIG et MAG signifiant respectivement « Metal inert gas » pour soudage métal-gaz inerte et « Metal active gas » pour soudage métal-gaz actif.
En variante, le fil d’armure 30 comprend au moins trois tronçons reliés deux à deux à leurs extrémités par des soudures 40.
Selon ce mode de réalisation, les différents tronçons sont reliés entre eux par soudage. Puis, le fil ainsi obtenu est ensuite soumis à une étape de refusion et ensuite à une étape de recuit thermique.
Le fil ainsi produit est ensuite apte à être enroulé autour d’une gaine 12 telle que décrite plus haut, ou d’une voûte de pression 14, d’une frette 26 ou encore d’une bande anti-usure (non visible sur les Figures), à pas long pour former un fil d’armure 30 d’au moins une couche d’armure 16, 17.
Avantageusement, au moins une gaine 22 est formée autour de la couche d’armure 16, 17 pour finaliser la fabrication de la ligne flexible 10.
Selon un autre mode de réalisation, l’étape de pré-traitement thermique est une étape d’austénitisation.
L’austénitisation permet un changement de structure cristallographique de l’acier par chauffage, le fer α étant transformé en fer γ.
L’étape d’austénitisation est réalisée sur toute la périphérie de la soudure 40 à l’aide de l’un quelconque des postes de soudage ou traitement thermique cités ci-avant. L’austénitisation est réalisée sur une longueur supérieure à L2 et potentiellement supérieure à L et sur une épaisseur normale à l’axe longitudinal B-B’, l’épaisseur étant inférieure ou égale à la somme de la hauteur h du bourrelet 42 et de la demi-dimension transversale maximale r du fil métallique. Ladite demi-dimension r correspond au rayon du fil lorsque celui-ci a une section circulaire. Avantageusement, l’épaisseur soumise au phénomène d’austénitisation est inférieure ou égale à 1mm. On dit que l’austénitisation est réalisée en peau de la soudure 40.
L’étape d’austénitisation, que l’on qualifie d’austénitisation poussée, est réalisée à une température comprise entre 1000°C et 1400°C.
L’étape d’austénitisation est dans ce cas réalisée par une technique permettant d’apporter une haute énergie sur des petites épaisseurs en surface sur un temps court tel qu’avec un équipement micro soudure laser ou micro plasma dérivés de la soudure à l’arc.
En variante, l’étape d’austénitisation est réalisée par soudage par induction à haute fréquence. Dans ce cas la durée du traitement est de préférence inférieur à 1 minute.
L’étape d’austénitisation modifie la microstructure du fil métallique au niveau de la soudure 40. Suite à l’étape d’austénitisation, de nouveaux grains sont créés par nucléation. Lesdits grains présentant une taille plus importante que les grains précédents, les lignes de flux au niveau de la soudure 40 sont ré-alignées de sorte qu’il n’y a plus de direction préférentielle de la microstructure. Grâce à un contrôle du refroidissement, la microstructure martensitique potentiellement présente après l’étape de pré-traitement thermique est également supprimée.
L’étape de pré-traitement thermique modifie la microstructure du fil métallique au niveau de la soudure 40. Suite au réalignement des lignes de flux au niveau de la soudure, la microstructure ne présente plus de direction préférentielle. De plus, dans le cas où l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion, les inclusions présentes au niveau de la soudure 40 sont dispersées.
Le fil d’armure 30 ainsi obtenu présente une résistance à la corrosion sensiblement constante sur toute sa longueur. La résistance du fil d’armure 30 à la corrosion en présence d’efforts mécaniques combinés (SSC) est encore améliorée par rapport à un fil métallique soudé ayant subi un simple traitement thermique de recuit.
En variante, le procédé de fabrication du fil d’armure 30 comprend en outre une étape de parachèvement. L’étape de parachèvement consiste à améliorer l’état de surface de la zone traitée thermiquement, en ôtant les éventuelles imperfections demeurant à la surface du fil d’armure 30.
L’étape de parachèvement est réalisée entre l’étape de pré-traitement thermique et l’étape de recuit, ou après l’étape de recuit. Par exemple, à l’issue de l’étape d’austénitisation, l’étape de parachèvement permet de supprimer le bourrelet 42.
L’étape de parachèvement est réalisée manuellement ou au moyen d’un outil mécanique de polissage, tel qu’une ponceuse équipée d’un disque à lamelles muni d’un papier abrasif.

Claims (17)

  1. Procédé de fabrication d’un fil d’armure (30) d’une couche métallique de renforcement mécanique d’une ligne flexible (10) de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau, comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture d’un fil métallique comprenant au moins un premier tronçon (32) et un deuxième tronçon (34), le premier tronçon (32) et le deuxième tronçon (34) étant reliés entre eux à leurs extrémités (36) par une soudure (40),
    - recuit thermique de la soudure (40),
    caractérisé en ce qu’il comprend, avant le recuit thermique :
    - une étape de pré-traitement thermique d’au moins une partie de la soudure (40), l’étape de pré-traitement thermique étant une étape de refusion ou une étape d’austénitisation.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’étape de pré-traitement thermique est une étape de refusion au cours de laquelle la soudure (40) est fondue au moins partiellement.
  3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel la soudure (40) est fondue sur une épaisseur interne (e’) supérieure ou égale à 300 µm.
  4. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel l’étape de refusion est réalisée sur toute la périphérie de la soudure (40).
  5. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’étape de refusion est réalisée à une température supérieure ou égale à 1500°C.
  6. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’étape de refusion présente une durée inférieure ou égale à cinq minutes, et de préférence supérieure ou égale à deux minutes.
  7. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel l’étape de refusion comprend la fourniture d’un métal d’apport.
  8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, comprenant une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité (36) du premier tronçon (32) avec une deuxième extrémité (38) du deuxième tronçon (34), l’étape préliminaire comprenant l’apport de métal entre la première extrémité (32) et la deuxième extrémité (34), le métal étant de préférence identique au métal formant le fil d’acier.
  9. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de pré-traitement thermique est dépourvue de la fourniture d’un métal d’apport.
  10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, comprenant une étape préliminaire de soudage par forgeage d’une première extrémité (36) du premier tronçon (32) avec une deuxième extrémité (38) du deuxième tronçon (34), l’étape préliminaire étant avantageusement dépourvue d’ajout de matériau entre la première extrémité (32) et la deuxième extrémité (34).
  11. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de pré-traitement thermique est réalisée par soudage par arc électrique, notamment par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode métallique, en particulier par soudage à l’arc sous protection gazeuse avec une électrode de tungstène.
  12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel l’intensité du courant de l’arc électrique est comprise entre 30 ampères et 60 ampères, de préférence entre 40 ampères et 50 ampères.
  13. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de recuit est réalisée à une température inférieure à la température de l’étape de pré-traitement thermique, de préférence l’étape de recuit étant réalisée à une température inférieure à 1100°C, de préférence comprise entre 400°C et 900°C.
  14. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de recuit présente une durée supérieure à la durée de l’étape de pré-traitement thermique.
  15. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fil métallique est un fil d’acier, de préférence un fil d’acier au carbone.
  16. Fil d’armure (30) susceptible d’être fabriqué selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  17. Ligne flexible (10) de transport de fluide destinée à être immergée dans une étendue d’eau comprenant au moins un fil d’armure (30) selon la revendication 16.
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