WO2023194536A1 - Procédé de soudage de deux conduits l'un à l'autre, tuyauterie correspondante - Google Patents

Procédé de soudage de deux conduits l'un à l'autre, tuyauterie correspondante Download PDF

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Abstract

La présente demande concerne en particulier un procédé de soudage comprend les étapes successives suivantes : élimination d'une couche d'une surface interne (9) de l'extrémité (11, 13) d'au moins un des conduits, créant ainsi une zone en creux (15) dans la surface interne (9) s'étendant jusqu'au bord libre (14); remplissage de la zone en creux (15) en déposant un acier inoxydable (17); soudage bout-à-bout des extrémités de conduits (11, 13) l'une à l'autre.

Description

TITRE : Procédé de soudage de deux conduits l’un à l’autre, tuyauterie correspondante
La présente invention concerne en général le soudage de deux conduits l’un à l’autre.
Les circuits du système d’injection de sécurité d’un réacteur nucléaire à eau pressurisée (circuits désignés par les sigles RIS et RRA) comportent des tuyauteries en acier inoxydable de formes complexes. Ces tuyauteries sont constituées de plusieurs conduits soudés les uns aux autres. Il a été observé dans certains réacteurs nucléaires la présence de fissures résultant d’un phénomène de corrosion sous contrainte. Ces fissures sont présentes sur la surface interne de la tuyauterie, à proximité des soudures.
Cette situation est illustrée sur la figure 1 . La tuyauterie représentée sur cette figure comprend deux conduits 1 ,3 soudés l’un à l’autre par une soudure périphérique 5. Les bords libres des extrémités des deux conduits 1 et 3 délimitent entre eux un chanfrein rempli par le métal d’apport. Des fissures 7 ont été représentées sur la surface interne 9 des conduits 1 et 3, à proximité de la soudure 5.
Une possibilité pour réparer cette tuyauterie et éliminer les fissures serait de remplacer complètement les conduits 1 et 3 par de nouveaux conduits, élaborés dans un matériau résistant à la corrosion sous contrainte.
Une telle solution présente l’inconvénient qu’il est nécessaire de qualifier le nouveau matériau, cette démarche étant particulièrement longue.
Le coût pour un exploitant de réacteurs nucléaires serait particulièrement élevé.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un procédé de soudage pouvant être employé pour réaliser la réparation des fissures du système d’injection de sécurité des réacteurs à eau pressurisée, qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus.
A cette fin, l’invention porte sur un procédé de soudage de deux conduits l’un à l’autre, les conduits ayant des extrémités de conduits respectives présentant des bords libres respectifs, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
- élimination d’une couche d’une surface interne d’au moins une des extrémités de conduits, créant ainsi une zone en creux dans la surface interne s’étendant jusqu’au bord libre;
- remplissage de la zone en creux en déposant un acier inoxydable;
- soudage bout-à-bout des extrémités de conduits l’une à l’autre.
En général, le phénomène de corrosion sous contrainte intervient quand trois conditions principales sont réunies :
- un matériau sujet au phénomène de corrosion sous contrainte ; - un état de contrainte en traction ;
- un milieu agressif.
Pour les circuits du système d’injection de sécurité de réacteur nucléaire, le milieu est le liquide primaire de refroidissement du cœur du réacteur nucléaire, dont la composition ne peut pas être changée sans remettre en cause l’ensemble du fonctionnement du réacteur.
L’idée à la base de l’invention est de faire en sorte que les contraintes de traction soient concentrées uniquement dans la zone de rechargement, où a été déposé l’acier inoxydable.
La Figure 2 est une simulation numérique du niveau de contrainte axiale autour de la soudure de la figure 1.
Les zones a, b et c sont des zones dans lesquelles le matériau présente des contraintes axiales de traction, ces contraintes étant décroissantes de a jusqu’à c. Les zones d, e et f sont les zones dans lesquelles le matériau présente des contraintes axiales de compression, ces contraintes étant croissantes de d à f.
Les zones f à a correspondent respectivement aux fourchettes de contraintes axiales suivantes : -150 à -100 MPa ; -100 à -50 MPa ; -50 à 0 MPa ; 0 à 50 MPa ; 50 à 100 MPa ; 100 à 150 MPa.
La même notation est utilisée sur les figures 9, 10 et 13.
On observe que les zones les plus proches de la soudure présentent des contraintes axiales de traction (niveaux de contraintes a, b et c), alors que les zones plus éloignées de la soudure présentent des contraintes axiales de compression (niveaux de contraintes d, e et f).
La Figure 3 est une simulation numérique montrant la déformation plastique du matériau autour de la soudure de la figure 1 .
L’échelle de déformation est graduée de a à f, les déformations étant décroissantes de a à f. Ces déformations sont exprimées en % par rapport à la loi d’écrouissage du matériau, ici du matériau du conduit 1 , 3.
Les zones f à a correspondent respectivement aux fourchettes de déformation plastique suivantes : 0 à 5% ; 5 à 10% ; 10 à 15% ; 15 à 20% ; 20 à 25% ; 25 à 30%.
La même notation est utilisée sur la figures 1 1 et 12.
Les niveaux de déformation plastique les plus grands sont observés autour de la soudure (niveaux a à d). Les zones éloignées de la soudure présentent un niveau de déformation plastique très modéré (niveaux e et f).
Selon l’invention, une couche d’acier inoxydable est déposée de part et d’autre de la soudure, avant soudage des deux extrémités de conduit l’un à l’autre. Après le soudage des deux extrémités de conduits l’un à l’autre, les zones de la surface interne présentant des contraintes de traction et/ou des niveaux importants de déformation plastique sont localisées dans l’acier inoxydable déposé. Les zones de la surface interne plus distantes de la soudure, constituées du matériau d’origine de la tuyauterie, présentent uniquement des contraintes de compression.
En d’autres termes, dans l’invention, les zones de la surface interne présentant des contraintes de traction sont constituées de l’acier inoxydable déposé. Ce matériau a une structure telle qu’il n’est pas susceptible de développer une corrosion sous contrainte.
Les zones qui sont dans le matériau d’origine des conduits présentent des contraintes de compression. De ce fait, elles ne sont pas soumises non plus au phénomène de corrosion sous contrainte.
De même, les déformations plastiques sont concentrées dans l’acier inoxydable déposé dans la zone en creux. Les zones de la surface interne constituées du matériau d’origine des conduits subissent des déformations plastiques très modérées, et ne sont donc pas susceptibles de développer une corrosion sous contrainte.
Le procédé peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’acier inoxydable est un acier inoxydable austénitique ou un alliage base nickel ;
- l’étape de remplissage est effectuée en déposant l’acier inoxydable par une méthode de soudage avec métal d’apport, par exemple une méthode de soudage TIG ou une méthode de soudage avec électrode enrobée ;
- la zone en creux présente une longueur déterminée choisie pour que, après soudage, seul l’acier inoxydable déposé présente des contraintes de traction, une zone intermédiaire de la surface interne jouxtant l’acier inoxydable présentant des contraintes de compression ;
- le procédé comprend une étape de détermination de la longueur déterminée par calcul ;
- l’étape de détermination comprend les sous-étapes-suivantes :
* simulation des contraintes générées à la surface interne des extrémités de conduits par le soudage bout-à-bout desdites extrémités de conduits l’une à l’autre en l’absence des étapes préalables d’élimination et de remplissage ;
* détermination sur la surface interne d’une limite entre une zone de traction de la surface interne présentant des contraintes de traction dans la simulation, et une zone de compression de la surface interne présentant des contraintes de compression dans la simulation, la zone de traction s’étendant entre une soudure des extrémités de conduits l’une à l’autre et ladite limite, la zone de compression s’étendant au-delà de ladite limite;
* choix de la longueur déterminée de telle sorte que la zone en creux couvre toute la zone de traction ;
- l’étape de détermination comprend les sous-étapes-suivantes :
* simulation des déformations plastiques générées à la surface interne des extrémités de conduits par le soudage bout-à-bout desdites extrémités de conduits l’une à l’autre en l’absence des étapes préalables d’élimination et de remplissage ;
* détermination sur la surface interne d’une limite entre une zone de déformation de la surface interne présentant dans la simulation une déformation plastique supérieure à un niveau déterminée, et une zone peu déformée de la surface interne présentant dans la simulation une déformation plastique inférieure audit niveau déterminée, la zone de déformation s’étendant entre une soudure des extrémités de conduits l’une à l’autre et ladite limite, la zone peu déformée s’étendant au-delà de ladite limite;
* choix de la longueur déterminée de telle sorte que la zone en creux couvre toute la zone de déformation ;
- l’étape de soudage comprend les sous-étapes suivantes :
- usinage des bords libres des extrémités de conduits , les bords libres définissant entre eux un chanfrein quand les extrémités de conduits sont placées bout-à-bout ;
- remplissage du chanfrein avec ledit acier inoxydable ;
- les extrémités de conduits sont soudées l’une à l’autre par une soudure d’origine, le procédé comprenant, avant l’étape d’élimination, une étape de séparation des extrémités de conduits et d’élimination de la soudure d’origine.
Selon un second aspect, l’invention porte sur une tuyauterie comprenant deux conduits soudés l’un à l’autre selon le procédé ayant les caractéristiques ci-dessus.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- La Figure 1 est une représentation schématique simplifiée, en coupe, d’une tuyauterie présentant sur sa surface interne des fissures résultant d’un phénomène de corrosion sous contrainte ;
- La Figure 2 est une simulation numérique de la tuyauterie de la figure 1 , montrant les contraintes axiales à proximité de la soudure ;
- La Figure 3 est une simulation numérique de la tuyauterie de la figure 1 , montrant le niveau de déformation plastique à proximité de la soudure ; - Les Figures 4 à 8 illustrent de manière schématique des étapes successives du procédé de l’invention ;
- La Figure 9 est une simulation numérique illustrant le niveau de contrainte axiale dans les extrémités des conduits à l’étape de la figure 6 ;
- La Figure 10 est vue similaire à celle de la figure 9, montrant le niveau de contrainte axiale à l’issue de l’étape de la figure 8 ;
- Les Figures 1 1 et 12 sont des simulations numériques montrant le niveau de déformation plastique à l’étape de la figure 6 et à l’étape de la figure 8 respectivement ;
- La Figure 13 est une simulation numérique montrant en partie supérieure le niveau de contrainte axiale dans les extrémités de conduits pour l’invention à l’étape de la figure 8, la partie inférieure montrant le niveau de contrainte axiale dans les extrémités de conduits pour un procédé alternatif dans lequel les extrémités de conduits sont d’abord soudées bout à bout, puis la surface interne est rechargée en acier inoxydable.
Le procédé de soudage qui va maintenant être décrit est particulièrement adapté pour réparer la tuyauterie illustrée sur la figure 1 .
Les principales étapes de ce procédé sont illustrées sur les figures 4 à 7. Sur ces figures, seule la moitié supérieure du conduit de la figure 1 est représentée, la moitié inférieure n’étant pas représentée.
Comme décrit précédemment, cette tuyauterie comporte deux conduits 1 , 3 ayant des extrémités de conduits respectives 11 ,13 joints l’un à l’autre par la soudure 5. Elle présente un axe central C.
La tuyauterie est typiquement une tuyauterie d’un réacteur nucléaire. Par exemple, c’est une tuyauterie du système d’injection de sécurité du réacteur nucléaire.
La tuyauterie est typiquement destinée à transporter le fluide caloporteur primaire du réacteur nucléaire.
En variante, la tuyauterie est destinée à transporter un fluide autre que le fluide caloporteur primaire du réacteur nucléaire.
La tuyauterie peut également appartenir à une installation industrielle autre qu’un réacteur nucléaire.
Les conduits 1 et 3 sont typiquement en un acier inoxydable, par exemple en acier inoxydable 304L, 316L ou encore en acier inoxydable de type 347.
Le procédé comporte une étape de séparation des extrémités de conduits 1 1 , 13 l’un vis-à-vis de l’autre, et d’élimination de la soudure d’origine 5.
Après l’étape de séparation, chaque extrémité de conduit 11 , 13 présente un bord libre 14.
La situation à la fin de cette étape est représentée sur la figure 4. Le procédé comporte ensuite une étape d’élimination d’une couche de la surface interne 9 de chaque extrémité de conduit 11 , 13, créant ainsi une zone en creux 15 dans la surface interne 9 s’étendant jusqu’au bord libre 14.
La zone en creux 15 s’étend sur toute la périphérie de l’extrémité de conduit 1 1 , 13. Elle présente, suivant l’axe central C de l’extrémité de conduit, une longueur déterminée I. Elle présente une profondeur déterminée p. La longueur est prise à partir du bord libre 14, suivant l’axe central C, vers l’intérieur du conduit.
Le procédé comprend ensuite une étape de remplissage de la zone en creux 15, en déposant un acier inoxydable 17. L’acier inoxydable 17 est de préférence un acier inoxydable austénitique, notamment un acier austénitique bas carbone, ou un alliage à base de nickel.
Par exemple, l’acier inoxydable adapté est de type 316LSi, 316L, 308L ou en Inconel® 82 ou encore en Inconel® 52.
L’acier inoxydable 17 de préférence remplit entièrement la zone en creux 15.
L’étape de remplissage est effectuée typiquement en déposant l’acier inoxydable 17 dans la zone en creux 15 par une méthode de soudage avec métal d’apport.
Cette méthode de soudage est par exemple une méthode de soudage TIG orbital. En variante, la méthode est une méthode de soudage avec électrode enrobée.
La situation à la fin de l’étape de remplissage est illustrée sur la figure 5.
Le procédé comprend ensuite de préférence une étape d’usinage de la couche d’acier inoxydable 17 déposée. Cette étape vise à obtenir un diamètre interne équivalent sur les deux extrémités de conduits 10, 1 1 à assembler. La surface libre de l’acier inoxydable 17 est usinée sur une faible profondeur.
Un contrôle non destructif du matériau déposé, en l’occurrence l’acier inoxydable 17, peut être réalisé.
La situation à l’issue de cette étape est représentée sur la figure 6.
Le procédé comporte ensuite une étape de soudage bout à bout des extrémités de conduits 11 , 13 l’une à l’autre.
Cette étape de soudage comprend les sous-étapes suivantes :
- usinage des bords libres 14 des extrémités de conduit 11 ,13, les bords libres 14 définissant entre eux un chanfrein 19 quand les extrémités de conduit 1 1 , 13 sont placées bout à bout ;
- remplissage du chanfrein 19 avec ledit acier inoxydable.
La situation à l’issue de la sous-étape d’usinage est représentée sur la figure 7. Cette figure montre que chaque bord libre 14 est usiné de manière à présenter une forme tronconique, coaxiale à l’axe central C. Le diamètre de cette surface tronconique diminue quand on suit l’axe central C vers l’autre extrémité de conduit.
Les bords libres 14 des deux extrémités de conduits 11 ,13 forment donc des surfaces tronconiques d’orientation opposée, comme visible sur les figures 7 et 8.
Le chanfrein 19 présente la forme d’une gorge à contour fermé, de section sensiblement en V dans un plan radial contenant l’axe central C. La largeur du chanfrein 19 diminue radialement de l’extérieur vers l’intérieur des extrémités de conduits.
La sous-étape de remplissage du chanfrein est effectuée en déposant l’acier inoxydable par une méthode de soudage avec métal d’apport, typiquement par une méthode de soudage TIG orbital.
Comme indiqué plus haut, l’acier inoxydable 21 remplissant le chanfrein 19 est le même que celui qui est déposé dans la zone en creux 15. En d’autres termes, il a la même composition.
En variante, l’acier inoxydable 21 remplissant le chanfrein 19 est d’une nuance différente de l’acier inoxydable17 déposé dans la zone en creux 15.
La situation à l’issue de la sous-étape de remplissage du chanfrein 19 est représentée sur la figure 8.
Les deux extrémités de conduits 11 , 13 sont soudées l’une à l’autre. La racine 25 de la soudure affleure entre les couches d’acier inoxydable 17 déposées dans les zones en creux 15 des deux extrémités de conduits 11 , 13.
Ces couches d’acier inoxydable 17 s’étendent sur la surface interne 9, de part et d’autre de la racine 25, sensiblement sur une longueur axiale I. Elles s’étendent sur toute la périphérie des extrémités de conduits 1 1 , 13.
Les contraintes axiales dans les deux extrémités de conduits 1 1 , 13 sont représentées sur la figure 9 dans la situation de la figure 6, c’est-à-dire après l’usinage de la couche d’acier inoxydable 17 déposée dans la zone en creux 15.
Il apparait sur la figure 9 que l’acier inoxydable 17 déposé dans chaque zone en creux 15 présente vers l’extrémité libre 14 de faibles contraintes de compression, l’acier inoxydable 17 déposé à l’opposé de l’extrémité libre 14 présentant des contraintes de traction modérées. La zone de la surface interne 9 jouxtant l’acier inoxydable 17 déposé présente de faibles contraintes de traction, et au-delà de la zone en creux 15 présente des contraintes de compression.
La figure 10 représente les contraintes axiales dans les extrémités de conduits 11 , 13 à l’issue de l’étape de soudage, c’est-à-dire dans la situation de la figure 8. On voit que les contraintes de traction sont concentrées au niveau de la racine 25 de la soudure, et dans la couche d’acier inoxydable 17 déposée de part et d’autre de celle- ci. Les zones de surface interne 9 des extrémités de conduits 1 1 , 13 qui ne sont pas constituées par l’acier inoxydable 17 déposé ne présentent que des contraintes de compression.
La figure 11 représente la déformation plastique dans les extrémités de conduits 1 1 , 13, après usinage de la couche d’acier inoxydable 17 déposée dans la zone en creux, c’est- à-dire dans la situation de la figure 6.
La figure 1 1 montre que le matériau constituant les extrémités de conduit 1 1 , 13 n’est que très peu déformé plastiquement à cette étape du procédé.
La figure 12 montre la déformation plastique dans les extrémités de conduits 1 1 ,13 à l’issue de l’étape de soudage, c’est-à-dire dans la situation de la figure 8.
Il apparait que les zones de la surface interne 9 des extrémités de conduits présentant une déformation plastique supérieure à 10% par rapport à la loi d’écrouissage du matériau du conduit 1 , 3 sont toutes situées dans la couche d’acier inoxydable 17 déposée dans la zone en creux 15. Les zones de la surface interne 9 qui n’appartiennent pas à la couche d’acier inoxydable 17 présentent des déformations plastiques inférieure à 10% par rapport à la loi d’écrouissage du matériau du conduit 1 , 3. Ces déformations plastiques sont de de niveau e ou f.
L’acier inoxydable 17 déposé dans la zone en creux 15 n’est pas susceptible de subir une corrosion sous contrainte, du fait de sa nature.
Ce qui distingue le métal de base du conduit 1 , 3 et l’acier inoxydable 17 déposé ou encore l’acier inoxydable 21 de la soudure, d’un point de vue de la corrosion sous contrainte, est principalement :
- la microstructure des matériaux considérés, à savoir la taille de grains et la structure cristalline;
- la nature chimique des matériaux considérés ;
- éventuellement, la présence de ferrite peut être considérée comme favorable à la résistance à la corrosion sous contrainte.
Les conditions permettant la résistance à la corrosion sous contrainte sont obtenues en choisissant des paramètres de soudage appropriés pour l’opération de dépôt de l’acier inoxydable 17.
Ces paramètres sont déterminés expérimentalement. Cette détermination est une opération habituelle pour des soudeurs. Il est à noter que les aciers austénitiques utilisés pour l’acier inoxydable 17 sont à bas carbone, en général inférieur à 0,03%, pour éviter la corrosion intergranulaire par déchromisation des joints de grains suite à la précipitation des carbures de chrome.
On trouve donc sur la surface interne 9 des extrémités de conduits 11 , 13 une zone présentant des contraintes de traction, entièrement constituée par la couche d’acier inoxydable 17 remplissant la zone en creux 15. Les zones de la surface interne 9 qui ne sont pas constituées de l’acier inoxydable 17 déposé à l’étape de remplissage ne sont soumises qu’à des contraintes de compression. De ce fait, elles ne sont pas elles non plus susceptibles de développer une corrosion sous contrainte.
Les déformations plastiques de niveau supérieur à 10% par rapport à la loi d’écrouissage du matériau du conduit 1 , 3 sont concentrées dans une zone de la surface interne 9 appartenant à la couche d’acier inoxydable 17 remplissant la zone en creux 15. Elles ne peuvent donc pas contribuer à l’apparition de corrosion sous contrainte à la surface interne 9 des conduits 1 , 3.
La figure 13 compare les résultats obtenus avec le procédé de l’invention et avec un procédé alternatif non conforme à l’invention. La partie supérieure de la figure 13 est identique à la figure 10. Elle montre le niveau de contraintes axiales dans les extrémités de tuyauterie 11, 13 à l’issue de l’étape de soudage, c’est-à-dire dans la situation de la figure 8.
La partie inférieure de la figure 13 représente le niveau de contraintes axiales dans les extrémités de conduit 1 1 , 13, pour le procédé alternatif de soudage. Dans celui-ci, les étapes d’élimination, de remplissage et de soudage ne sont pas effectuées dans le même ordre que dans le procédé de l’invention.
Le soudage bout à bout des extrémités de conduits 11 , 13 l’une à l’autre est d’abord effectué. Puis, les étapes d’élimination et de remplissage sont effectuées, dans cet ordre.
Il apparait dans la partie inférieure de la figure 13 que la couche d’acier inoxydable 17 déposée est soumise à un très haut niveau de contraintes de traction. La zone de la surface interne 9 située autour de la couche d’acier inoxydable 17 est exposée elle aussi à un niveau très élevé de contraintes de traction. Cette dernière zone est donc susceptible de développer une corrosion sous contrainte, du fait de son niveau de contraintes de traction.
Selon un aspect avantageux de l’invention, la longueur déterminé I de la zone en creux 15, comme indiqué ci-dessus, est choisie pour que, après soudage, seul l’acier inoxydable 17 déposé présente des contraintes de traction.
Une zone intermédiaire de la surface interne 9, jouxtant l’acier inoxydable 17 déposé, présente seulement des contraintes de compression. Avantageusement, le procédé comprend une étape de détermination de la longueur déterminée I, par calcul.
Cette étape de détermination comprend au moins les sous-étapes suivantes :
- simulation des contraintes générées à la surface interne 9 des extrémités de conduits 11 , 13 par le soudage bout à bout desdites extrémités de conduits l’une à l’autre, en l’absence des étapes préalables d’élimination et de remplissage ;
- détermination sur la surface interne 9 d’une limite L entre une zone de traction 27 de la surface interne 9 présentant des contraintes de traction dans la simulation, et une zone de compression 29 de la surface interne 9 présentant des contraintes de compression dans la simulation ;
- choix de la longueur déterminée I de telle sorte que la zone en creux 15 couvre toute la zone de traction 27.
Le résultat de la sous-étape de simulation est représenté sur la figure 2. La zone de traction 27 s’étend entre la soudure 30 connectant les extrémités de conduits 1 1 , 13 l’une à l’autre et ladite limite L.
La zone de compression 29 s’étend au-delà de ladite limite.
La zone de traction 27 ne comporte que des portions de la surface interne 9 subissant des contraintes de traction, ou au contraire peut comporter à la fois des portions de la surface interne 9 subissant des contraintes de traction et d’autres subissant des contraintes de compression.
En revanche, la zone de compression 29 ne comprend que des portions de la surface interne 9 présentant des contraintes de compression.
De préférence, la limite L est placée la plus proche possible de la soudure 30.
Avantageusement, l’étape de détermination comprend, en plus ou à la place des sous-étapes définies ci-dessus, les autres sous-étapes suivantes :
- simulation des déformations plastiques générées à la surface interne 9 des extrémités de conduits 11 ,13 par le soudage bout à bout desdites extrémités de conduits 11 ,13 l’une à l’autre en l’absence des étapes préalables d’élimination et de remplissage ;
- détermination sur la surface interne 9 d’une limite L’ entre une zone de déformation 31 de la surface interne 9 présentant dans la simulation une déformation plastique supérieure à un niveau déterminé, et une zone peu déformée 33 de la surface interne 9 présentant dans la simulation une déformation plastique inférieure audit niveau déterminé ;
- choix de la longueur déterminée I de telle sorte que la zone en creux 15 couvre toute la zone de déformation 31 .
Le niveau déterminé est typiquement de de 10% par rapport à la loi d’écrouissage du matériau du conduit 1 , 3. Le résultat de l’étape de simulation est représenté sur la figure 3. La zone de déformation 31 s’étend entre la soudure 30 et la limite L’. La zone peu déformée 33 s’étend au-delà de la limite L’.
La zone de déformation 31 ne comporte que des portions de la surface interne 9 dans laquelle le niveau de déformation plastique est supérieur au niveau déterminé, ou au contraire comporte à la fois des portions dans laquelle la déformation plastique est supérieure au niveau déterminé et d’autres portions pour lesquelles la déformation plastique est inférieure au niveau déterminé. En revanche, la zone peu déformée 33 ne comporte que des portions de la surface interne 9 dans lesquelles la déformation plastique est inférieure au niveau déterminé.
Cette méthode est particulièrement adaptée, car la demanderesse a constaté que le niveau de contraintes axiales dans les extrémités de conduits est peu impacté par la présence de la couche d’acier inoxydable déposée dans la zone en creux. Les contraintes de traction sont essentiellement générées par la soudure bout à bout des extrémités de conduits 11 ,13 l’une à l’autre.
Ceci est vrai également pour les déformations plastiques.
En variante, la longueur déterminée I de la zone en creux 15 est fixée arbitrairement, c’est-à-dire sur la base de l’expérience de l’opérateur, sans simulation préalable.
La profondeur p de la zone en creux 15 est choisie de manière à garantir, à l’issue des différentes étapes du procédé, les propriétés métallurgiques et chimiques de résistance à la corrosion sous contrainte attendues. Cette profondeur doit également permettre de reprendre les déformations plastiques qui seront générées à l’étape de soudure bout à bout.
Typiquement, la longueur déterminée I est comprise entre 20 mm et 40 mm. Les diamètres extérieurs de tuyauterie sont en général compris entre 200 mm et 350 mm et présentent une épaisseur entre 20 mm et 37 mm.
La profondeur p dans ce cas est typiquement comprise entre 2 mm et 6 mm.
Le procédé de soudage peut présenter de multiples variantes.
Dans la description précédente, il a été précisé qu’une zone en creux a été ménagée dans la surface interne des deux extrémités de conduit, et que ces deux zones en creux étaient remplies en déposant un acier inoxydable.
En variante, la zone en creux n’est créée que sur la surface interne d’une des deux extrémités de conduits, puis remplie par l’acier inoxydable. L’autre extrémité de conduit ne subit pas l’opération de rechargement en acier inoxydable.
Dans la description qui précède, le chanfrein a été décrit comme ayant une forme générale de gorge, de section en V. En variante, le chanfrein peut avoir toute autre forme adaptée. La section peut être en U, ou être rectangulaire, etc. Comme décrit ci-dessus, le procédé est typiquement appliqué pour réparer une tuyauterie constituée de deux conduits dont les extrémités sont soudées l’un à l’autre.
Il s’applique également pour la réalisation de tuyauterie neuve, pour le soudage l’un à l’autre de deux conduits de cette tuyauterie Le procédé dans ce cas ne comporte pas l’étape de séparation des extrémités de conduits et d’élimination de la soudure d’origine.
Le procédé décrit ci-dessus présente de multiples avantages.
Utiliser pour remplir la zone en creux un acier inoxydable austénitique ou un alliage à base nickel permet de garantir une excellente résistance à la corrosion sous contrainte à la surface interne des conduits.
Effectuer l’étape de remplissage en déposant l’acier inoxydable fondu par une méthode de soudage avec métal d’apport est particulièrement commode, cette méthode étant bien maitrisée. L’acier inoxydable fondu, après solidification, possède une haute résistance à la corrosion sous contrainte.
Choisir la longueur déterminée de la zone en creux de telle sorte que, après soudage, seul l’acier inoxydable déposé présente des contraintes de traction, la zone intermédiaire de la surface interne jouxtant la zone en creux présentant des contraintes de compression, permet de garantir une haute résistance à la corrosion sous contrainte au niveau de la surface interne des conduits.
Prévoir dans le procédé une étape de détermination de la longueur déterminée par calcul permet de garantir que les contraintes de traction sont entièrement localisées dans l’acier inoxydable déposé.
Le fait de déterminer cette longueur en simulant les contraintes générées à la surface interne des extrémités de conduit par le soudage bout à bout est particulièrement commode.
Déterminer cette longueur en simulant les déformations plastiques est également particulièrement commode.
Quand la longueur déterminée est choisie en prenant en considération à la fois les contraintes et les déformations plastiques, le choix de la longueur déterminée est particulièrement robuste.
Le fait que l’étape de soudage comprenne à la fois l’usinage des bords libres des extrémités de conduit et le remplissage du chanfrein ainsi constitué par ledit acier inoxydable permet d’obtenir une soudure des extrémités de conduit de particulièrement bonne qualité. Notamment, la liaison entre la soudure et la couche d’acier inoxydable déposée dans la zone en creux est particulièrement bonne. L’usinage des bords libres permet d’adapter le chanfrein au procédé de soudage en favorisant la liaison entre les extrémités des conduits. La zone de remplissage du chanfrein effectuée en déposant l’acier inoxydable fondu par la méthode de soudage avec métal d’apport peut être facilement contrôlée par ultrason afin de s’assurer de la bonne qualité de la soudure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de soudage de deux conduits (1 , 3) l’un à l’autre, les conduits (1 , 3) ayant des extrémités de conduits (11 , 13) respectives présentant des bords libres (14) respectifs, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
- élimination d’une couche d’une surface interne (9) d’au moins une des extrémités de conduits (11 , 13), créant ainsi une zone en creux (15) dans la surface interne (9) s’étendant jusqu’au bord libre (14) ;
- remplissage de la zone en creux (15) en déposant un acier inoxydable (17) ;
- soudage bout-à-bout des extrémités de conduits (11 , 13) l’une à l’autre, dans lequel la zone en creux (15) présente une longueur déterminée (I) choisie pour que, après soudage, seul l’acier inoxydable (17) déposé présente des contraintes de traction, une zone intermédiaire de la surface interne (9) jouxtant l’acier inoxydable (17) présentant des contraintes de compression.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’acier inoxydable (17) est un acier inoxydable austénitique ou un alliage base nickel.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de remplissage est effectuée en déposant l’acier inoxydable (17) par une méthode de soudage avec métal d’apport, par exemple une méthode de soudage TIG ou une méthode de soudage avec électrode enrobée.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend une étape de détermination de la longueur déterminée (I) par calcul.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’étape de détermination comprend les sous-étapes-suivantes :
- simulation des contraintes générées à la surface interne (9) des extrémités de conduits (11 , 13) par le soudage bout-à-bout desdites extrémités de conduits (11 , 13) l’une à l’autre en l’absence des étapes préalables d’élimination et de remplissage ;
- détermination sur la surface interne (9) d’une limite (L) entre une zone de traction (27) de la surface interne (9) présentant des contraintes de traction dans la simulation, et une zone de compression (29) de la surface interne (9) présentant des contraintes de compression dans la simulation, la zone de traction (27) s’étendant entre une soudure (30) des extrémités de conduits (11 , 13) l’une à l’autre et ladite limite (L), la zone de compression (29) s’étendant au-delà de ladite limite (L) ;
- choix de la longueur déterminée (I) de telle sorte que la zone en creux (15) couvre toute la zone de traction (27).
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l’étape de détermination comprend les sous-étapes-suivantes :
- simulation des déformations plastiques générées à la surface interne (9) des extrémités de conduits (11 , 13) par le soudage bout-à-bout desdites extrémités de conduits (11 , 13) l’une à l’autre en l’absence des étapes préalables d’élimination et de remplissage ;
- détermination sur la surface interne (9) d’une limite (L’) entre une zone de déformation (31) de la surface interne (9) présentant dans la simulation une déformation plastique supérieure à un niveau déterminée, et une zone peu déformée (33) de la surface interne (9) présentant dans la simulation une déformation plastique inférieure audit niveau déterminée, la zone de déformation (31) s’étendant entre une soudure (30) des extrémités de conduits (11 , 13) l’une à l’autre et ladite limite (L’), la zone peu déformée (33) s’étendant au-delà de ladite limite (L’) ;
- choix de la longueur déterminée (I) de telle sorte que la zone en creux (15) couvre toute la zone de déformation (31 ).
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de soudage comprend les sous-étapes suivantes :
- usinage des bords libres (14) des extrémités de conduits (11 , 13), les bords libres (14) définissant entre eux un chanfrein (19) quand les extrémités de conduits (11 , 13) sont placées bout-à-bout ;
- remplissage du chanfrein (19) avec ledit acier inoxydable.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les extrémités de conduits (11 , 13) sont soudées l’une à l’autre par une soudure d’origine (5), le procédé comprenant, avant l’étape d’élimination, une étape de séparation des extrémités de conduits (11 , 13) et d’élimination de la soudure d’origine (5).
9. T uyauterie comprenant deux conduits (1 , 3) soudés l’un à l’autre selon le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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