Brevet FR2502527A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne la technique de soudage utilisée pour la fabrication de récipients de diverses formes pour substances pulvérulentes, liquides ou gazeuses, en particulier de réservoirs, citernes, colonnes de synthèse, cuves, tuyaux ou analogues, et a notamment pour objet un procédé de soudage à l'arc électrique de récipients pour substances agressives. La fabrication de récipients pour substances agressives pose avant tout le problème de leur tenue vis-à-vis de l'action corrosive de leur contenu agressif. On sait que l'action corrosive devient plus forte si, du caté où se produit cette action, le métal du récipient est le siège de contraintes d'extension qui intensifient la corrosion intercristalline et la fissuration par corrosion. L'effet des contraintes d'extension est particulièrement nocif pour les joints de soudure, car quel que soit le régime de soudage, et même dans le cas du régime le plus favorable, apparaissent des macrodéfauts et des microdéfauts qui sont des sources de corrosion intercristalline et de fissuration par corrosion. De plus, des contraintes d'extension résiduelles proches de la limite d'élasticité apparaissent aux joints soudés obtenus par les procédés courants, comprenant le chanfreinage des bords à souder et le remplissage de l'espace entre ceux-ci par le métal d'un fil-électrode fusible ayant des propriétés physicochimiques quasi identiques à celles du métal de récipient. Un procédé bien connu de traitement du joint exécuté par soudage à l'arc électrique consiste à lui donner une déformation plastique superficielle. Ceci permet de créer des contraintes résiduelles de compression dans la couche superficielle du métal du joint. Toutefois, ces contraintes ne peuvent etre formées que dans une couche superficielle très mince qui peut couvrir toute la zone de propagation des macrodéfauts et microdéfauts, ce qui ne permet pas de réduire sensiblement l'influence de ces défauts de la soudure sur sa tenue à la corrosion. Par ailleurs, dans bien des cas, il s'avère difficile, voire impossible,de donner à la soudure une déformation plastique superficielle du coté exposé au contenu agressif, c'est-à-dire du ctté intérieur du récipient. Il est également à remarquer que d'autres procédés de déformation plastique, comme le grenaillage ou l'écrouissage superficiel , ne peuvent, eux non plus, créer près de la surface du joint une couche de métal avec une répartition uniforme et continue des contraintes de compression. Le procédé connu le plus proche de la présente invention est celui du soudage à l'arc électrique de récipients pour substances agressives qui prévoit un traitement thermique visant à modifier l'état résiduel de contrainte du joint (voir VOPA Pogodine et al., "Corrosion intercristalline et fissuration par corrosion des aciers inoxydables dans des milieux aqueux", éd. Atomuzdat, Moscou, 1970, pp, 391-397). Suivant ce procédé, après le chanfreinage des bords à souder et le remplissage de ltes- pace entre les bords à souder par le métal de l'électrode consommable, on effectue un revenu d'au moins la zone de la soudure. Ce procédé permet de diminuer les contraintes de traction résiduelles dans toute l'épaisseur de la soudure, et m#me de les réduire à zéro. Cependant, dans ce cas aussi, en raison des macro et microdéfauts inévitables, la résistance du joint soudé à la corrosion, ainsi que celle des joints soudés réalisés par d'autres procédés connus, reste inférieure à la résistance à la corrosion du métal de base du récipient, surtout lorsque celui-ci subit l'action d'efforts extérieurs créant des contraintes d'extension. La présente invention à donc pour but de mettre all point un procédé de soudage à l'arc électrique de récipients pour substances agressives, qui permettrait de remplir de métal en fusion l'espace entre les bords à souder de telle façon que le revenu consécutif au soudage donne naissance à des contraintes de compression résiduelles dans la zone de la soudure exposée à l'action de la substance agressive, contraintes agissant sur une profondeur relativement grande du joint de soudure de façon à neutraliser l'influence des macro et microdéfauts sur la résistance du joint à la corrosion. Ce but est atteint grâce à un procédé de soudage à l'arc électrique de récipients pour substances agressives, du type comprenant un chanfreinage des bords à joindre pour former le joint soudé, un remplissage de l'espace entre les bords à joindre par le métal d'une électrode coiisommable, ainsi qu'un revenu dans au moins la zone de la suudure, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on remplit ledit espace en passes successives suivant leur épaisseur à l'aide d'électrodes consommables en métaux différents, en utilisant, pour remplir la partie dudit espace qui est située d'un ctté de ce dernier,une électrode en un métal à coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du métal utilisé pour remplir la partie restante dudit espace. Du fait qu'un côté du joint de soudure est constitué d'un métal à coefficient de dilatation thermique plus faible que celui du métal de l'autre partie du joint, le refroidissement au cours du revenu fait natte des contraintes de compression résiduelles dans la zone du joint de soudure, des deux cotés de ce dernier, y compris son ctté exposé à l'action de la substance agressive. De tells contraintes de compression résiduelles peuvent être créées dans toute la profondeur nécessaire et avoir des valeurs suffisamment élevées pour compenser les contraintes de traction dues aux efforts extérieurs.De ce fait, les macrodéfauts et les microdéfauts au sein de la soudure, des deux cotés de celle-ci y compris son ctté exposé à la substance agressive, ne subiront pas l'effet des contreli- tes de traction et ne seront pas des facteurs de développement d'une destruction du joint de soudure par corrosion. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel - la figure 1 montre un réservoir pour le stockage d'une solution ammoniacale, fabriqué par le procédé faisant l'objet de la présente invention - la figure 2 montre, à une échelle plus grande que celle de la figure 1, un joint soudé du réservoir de la figure 1, vu en coupe suivant Il-Il; et - la figure 3 est une épure des contraintes résiduelles dans le joint soudé de la figure 2. Le procédé de soudage à l'arc électrique de récipients pour substances agressives selon l'invention est expliqué ci-après par la description de deux exemples concrets mais non limitatifs de fabrication d'un récipient conformément au procédé de l'invention, ledit récipient étant, dans le cas particulier considéré, un réservoir de stockage d'une solution ammoniacale utilisée dans l'agriculture en tant que fertilisant. Exemple 1. Le réservoir à fabriquer se compose d'une paroi de corps cylindrique I et de deux fonds 2 (figure 1). La paroi I est exécutée en tôle laminée épaisse de 12 mm en acier perlitique contenant 0,3% environ de carbone, commercialisé en U.R.S.S. sous la dénomination '5t 30" (acier 30). Cet acier, à coefficient de dilatation thermique de 14.10#6 par C, contient 0,27 à 0,35% de carbone, 0,50 à 0,80% de manganèse et 0,17 à 0,37% de silicium. Le corps 1 est fabriqué par le procédé ordinaire de cintrage d'une ttle et d'assemblage de ses bords par un joint soudé 3. Les fonds 2 sont obtenus par emboutissage d'une tôle d'acier du meme type que celle de la paroi 1 et sont assemblés au corps 1 par un joint soudé 4. Lors de la fabrication du réservoir de la figure 1, les joints soudés, en particulier le joint 3, sont réa lisés conformément à la présente invention de la manière suivante. On chanfreine les bords de la ttle de la paroi 1 de façon à obtenir un joint de soudure en V avec soudure supplémentaire dans la zone du sommet, ce sommet étant orienté vers l'extérieur, et la partie la plus large du joint, vers la surface intérieure de la paroi 1, c'està-dire du caté de la surface sur laquelle agit la substance agressive. Ensuite, par des procédés ordinaires de soudage à l'arc électrique suus flux, on remplit de métal en fusion l'espace formé entre les bords à joindre, en obtenant ainsi une jonction soudée de ces bords. Cette opération de remplissage par soudure de l'espace entre les extrémités à joindre se fait en passes successives suivant l'épaisseur desdites extrémités, de sorte qu'à chacune de ces passes, on emploie une électrode de métal différent. Pour former la partie la plus#a# 5 (figure 2) du joint de soudure du ctté intérieur de la paroi 1, on emploie une électrode consommable dont le métal a un coefficient de dilatation thermique plus faible que celui de l'acier 30 constituant la paroi 1. Pour cela, on peut faire appel à un fil de soudure de 2 mm de diamètre en acier à haute teneur en chrome, produitenUES sous la dénomine- tion commerciale "Sv - 12 x 13". Ce matériau contient 0,09 à 0,14% de carbone, 0,3 à 0,7% de silicium, 0,3 à 0,7% de manganèse, 12 à 14% de chrome, jusqu'à 0,60% de nickel et, au plus, 0,025% de soufre et 0,030% de phosphore. Le coefficient de dilatation thermique du métal d'une 12.10-6 telle électrode fusible est de 12010 6 par OC. On remplit le joint avec le métal de cette électrode fusible sur une épaisseur de 3 à 4 mm des extrémités à souder en comptant à partir de la surface intérieure de la paroi 1. On dépose cette couche de soudure en utilisant un flux commercialisé en URSS sous la dénomination "AN-26s". Ce flux contient 32% de bioxyde de silicium, 3% d'oxyde de manganèse, 20% d'oxyde d'aluminium, 3% d'oxyde de calcium, 17% d'oxyde de magnésium, 24% de bifluorure de calcium et 1% d'oxyde ferreux Pour remplir de métal en fusion l'autre partie 6 de l'espace entre les bords chanfreinés, on emploie une électrode consommable dont la composition chimique et le coefficient de dilatation thermique sont voisins de ceux de l'acier 30 dont est fabriquée la paroi 1 proprement dite. Pour cela, on peut recourir à un fil de soudage de 2 mm de diamètre en acier à bas carbone, commercialisé en URSS sous la dénomination "Sv-08A". Ce matériau contient jusqu'à 0,1% de carbone, jusqu'à 0,OS% de silicium, de 0,35 à 0,60% de manganèse, jusqu'à 0,1% de chrome, jusqu'à 0,25% de nickel et, au plus, 0,02% de soufre et 0,02% de phosphore. Le coefficient de dilatation thermique du métal d'une telle électrode consommable est de 14010 par 9C. On utilise ici un flux commercialisé en URSS sous la dérlomi- nation IrOSTs-45M". Ce flux contient 38 à 44% de bioxyde de silicium, 38 à 47% d'oxyde de manganèse, jusqu'à 4,5% d'oxyde d'aluminium, jusqu'à 6,5% d'oxyde de calcium, jusqu'à 2,5% d'oxyde de magnésium, jusqu'à 2% d'oxyde ferrique, 6 à 9% de fluorure de calcium et, au plus, 0,15% de soufre et 0,10% de phosphore. Une fois le joint de soudure formé, on élimine la croûte de scorie de sa surface et on procède à un traitement de revenu de la zone de la soudure. Le revenu de la zone du joint est effectué par chauffage de cette zone par induction à une vitesse de 70 à 900C par heure jusqu'à une température de 580 à 6700C et par maintien à cette température pendant 1 heure environ, suivi d'un refroidissement à l'air. Exemple 2. Cet exemple, de même que exemple 1, se rapporte à la fabrication d'un réservoir de stockage d'une solution ammoniacale représenté sur la figure 1, mais à la différence de l'exemple 1 on utilise ici d'autres matériaux que dans le cas précédent. La paroi 1 est en ttle laminée, épaisse de 12 mm, d'acier perlitique contenant 0,4% environ de carbone et connu en URSS sous la dénomination commerciale "sot 40" (acier 40). Cet acier, à coefficient de dilatation thermique de I4.10#6 par OC, contient 0,37 à 0,45% de carbone, 0,50 à 0,80% de manganèse et 0,17 à 0,37% de silicium. Pour remplir la partie la plus large 5 de l'espace entre les extrémités à souder, disposée du cbté extérieur à la paroi 1, c'est-à-dire du ctté opposé à celui sur lequel agit la substance agressive, on utilise un fil de soudage commercialisé en URSS sous la dénomination "58 20 x 13". Le métal de ce fil de soudage contient 0,16 à 0,24% de carbone, jusqu'à 0,6% de silicium, jusqu'à 0,6% de manganèse, de 12 à 14% de chrome, jusqu'à 0,6% de nickel et, au plus, 0,025% de soufre et 0,030% de phosphore. Le coefficient de dilatation thermique d'un tel alliage est de 10.10 6 par OC. Lors du remplissage du joint de soudure par fusion de cette électrode consommable, on emploie le flux "AN-26s" dont la composition est donnée dans l'exemple 1. Pour remplir de métal en fusion l'autre partie 6 de l'espace entre les bords chanfreinés, on fait appel à une électrode consommable commercilisée en URSS sous la dénomination "Sv10GA". Le métal de ce fil de soudage contient jusqu'à 0,12% de carbone, jusqu'à 0,03% de silicium, 1,1 à 1,4% de manganèse, jusqu'à 0,2% de chrome, jusqu'à 0,3% de nickel et, au plus, 0,025% de soufre et 0,030% de phosphore. Le coefficient de dilatation thermique d'un tel matériau est de 14.10'6 par OC, Lors de la formation du joint de soudure au moyen de cette électrode consommable, on utilise le flux "ÂN-26s". Une fois le joint de soudure formé, on procède à son usinage et à son revenu comme décrit dans l'exemple 1. Le revenu de la soudure, par suite de la différence entre les coefficients de dilatation thermique des parties 5 et 6 du joint, donne naissance à des contraintes de compression résiduelles au sein de ce joint, des deux cttés de celui-ci compris le ctté exposé à l'action de la substance agressive, ces contraintes atteignant du coté de la partie 5 des valeurs de 200 à 250 newtons par millimètre carré, et de l'autre ctté , des valeurs quelque peu moindres. De ce fait, les macrodéfauts et les microdéfauts ne subiront pas l'effet des contraintes de traction, ce qui assure au joint de soudure une haute résistance à la corrosion de son ctté exposé à l'action de la substance agressive. La présente invention, en assurant aux joints de soudure une haute résistance à la corrosion par les substances agressives, peut entre largement utilisée pour la fabrication de divers récipients métalliques n'exigeant pas de revétements spéciaux pour les protéger contre l'action agressive de leur contenu.Parmi les récipients de ce genre on trouve toutes sortes de réservoirs pour le stockage de substances,qui ont de grandes dimensions et ne peuvent pas entre fabriqués sans soudage comme par exemple les décomposeurs dans la production de l'abmine ou les réservoirs, décrits plus haut ,pour des solutions ammoniacales utilisées en agriculture comme fertilisantx L'invention est particulièrement utile pour la fabrication de récipients utilisés dans des conditions de pressions élevées, par exemple de divers appareils et tuyaux de refoulement dans l'industrie chimique. D'ailleurs, il est bien entendu qu'on peut, pour fabriquer des récipients selon l'invention, employer toute une variété de matériaux autres que ceux indiqués dans les exemples particuliers précités, qui ne servent qu'à illustrer l'invention sans aucunement limiter sa portée. Par conséquent, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudageàl'arc électrique de récipients pour substances agressives, du type comprenant un chanfreinage des bords à souder pour la formation du joint de soudure entre ceux-ci, un remplissage dudit espace par le métal d'une électrode consommable, et un traitement de revenu d'au moins la zone de la soudure obtenuecaractérisé en ce que l'espace entre les bords à souder (1) successivement suivant l'épaisseur des extrémités à souder, à l'aide d'électrodes consommables en métaux différents, en utilisant, pour remplir la partie (5) dudit espace aui est située d'un ctté de celui-cisune électrode en un métal à coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du métal utilisé pour remplir la partie restante (6) dudit espace. 2. Récipients pour substances agressives, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé faisant l'objet de la revendication 1.