Superposition de soudures avec des alliages de nickel : revêtement en acier au carbone pour une résistance à la corrosion - Connaissances

Le revêtement de soudure - également appelé revêtement de soudure ou rechargement dur - est une méthode éprouvée et conforme au code-conforme à l'application d'une couche d'alliage de nickel résistant à la corrosion-sur un substrat en acier au carbone ou en acier faiblement-allié. Le résultat : la résistance mécanique et le faible coût de l'acier au carbone, combinés à la résistance à la corrosion des alliages de nickel - à un coût de matériau 40 à 60 % inférieur à celui d'une construction en alliage de nickel solide. Cet article explique quand le recouvrement de soudure constitue le bon choix, quels alliages de nickel sont utilisés, quelles normes s'appliquent et comment spécifier correctement le recouvrement.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Le recouvrement de soudure avec des alliages de nickel est la solution standard de l'industrie-pour les récipients sous pression, les échangeurs de chaleur et les composants de tuyauterie qui doivent résister à la corrosion causée par les gaz corrosifs (H₂S), les chlorures, les acides et l'oxydation à haute-température - sans le coût de fabrication d'alliages solides.

La superposition de soudure est le processus de dépôt d'une ou plusieurs couches d'un alliage résistant à la corrosion-(généralement à base de nickel-) sur la surface d'un métal de base moins cher (généralement de l'acier au carbone ou de l'acier faiblement-allié) à l'aide de procédés de soudage à l'arc. La couche de recouvrement -, généralement de 3 à 6 mm d'épaisseur -, agit comme une barrière entre le fluide de traitement corrosif et le métal de base structurel.

Pourquoi utiliser un revêtement au lieu d'un alliage solide ?

Tableau. Comparaison des coûts et des performances - Construction en alliage solide par rapport à la construction par superposition de soudures


Paramètre	Alliage de nickel massif	Acier au carbone + superposition d'alliage Ni-	Économies de coûts	Performance
Coût du matériau ($/kg, typique)	$35–60	8 à 12 $ (CS) + 15 à 25 $ (superposition)	40 à 60 % de moins	Résistance à la corrosion équivalente
Temps de fabrication	Plus long (difficile à souder)	Plus court (le CS se soude facilement)	20 à 30 % plus rapide	Même durée de vie
Conformité au code de conception	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Même	Même
Épaisseur de recouvrement typique	N/A (solide)	3 à 6 mm (2 à 3 couches)	N/A	Indemnité de corrosion incluse
Réparation et entretien	Difficile (fissure-sensible)	Plus simple (la superposition peut être réappliquée-)	Coût du cycle de vie réduit	Durée de vie plus longue
Poids	Plus élevé (densité 8,4–8,9 g/cm³)	Inférieur (densité CS 7,85 g/cm³)	5 à 10 % plus léger	Même pression nominale

Source : ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) ; Tuyauterie de processus ASME B31.3 (2022) ; « Catalogue de produits de soudage » de Special Metals Corporation (2023 ); Données techniques des « alliages résistants à la corrosion - de Haynes International ; Analyse des coûts internes de JN Alloys pour 2024-2025.

Pour les récipients-de grand diamètre, les coques d'échangeurs de chaleur et les bobines de tuyauterie où l'attaque de corrosion est limitée à la surface interne, le revêtement de soudure offre les mêmes performances de corrosion que l'alliage solide à un coût de matériau inférieur de 40 à 60 %.

Tous les alliages de nickel ne conviennent pas au recouvrement de soudures. Le matériau de recouvrement doit être soudable, compatible avec la dilution de l'acier au carbone et résistant à l'environnement corrosif spécifique. Deux alliages dominent l'industrie : l'alliage 625 (UNS N06625) et l'alliage C-276 (UNS N10276).

Sélection des alliages par environnement de corrosion

Tableau. Matériaux de recouvrement en alliage de nickel - Guide de sélection par environnement de corrosion


Alliage (UNS)	Éléments d'alliage clés	Résistance à la corrosion primaire	Applications de superposition typiques	Processus de soudure	Numéro ASME P-
Alliage 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oxydation, piqûres de chlorure, H₂S, eau de mer	Équipements de tête de puits, connecteurs sous-marins, récipients sous pression	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Non. 43
Alliage C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Acides réducteurs, HCl, H₂SO₄, chlore, gaz acide	Réacteurs chimiques, épurateurs, systèmes FGD, canalisations d'acide	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Non. 44
Alliage C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Acides mixtes sévères, hypochlorite, chlore humide	Produits pharmaceutiques, pâtes et papiers, incinération des déchets	GTAW, GMAW	P-Non. 44
Alliage 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Gaz acide (H₂S), acide sulfurique/phosphorique	Tubes de fond, traitement du gaz, échangeurs de chaleur	GTAW, GMAW	P-Non. 45
Alliage 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Oxydation à haute-température, nitruration, caustique	Composants de four, paniers de traitement thermique	GTAW, GMAW	P-Non. 43
Alliage X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oxydation à 1100-1200 degrés, carburation	Chambres de combustion, composants de turbines à gaz	GTAW, GMAW	P-Non. 43
Alliage 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Acides réducteurs extrêmes, HCI, mélanges H₂SO₄	Processus chimique, contrôle de la pollution	GTAW, GMAW	P-Non. 44

Source : fiches techniques de Special Metals Corporation « INCONEL® Alloy 625 » et « INCONEL® Alloy 725 » (2023) ; Données techniques de l'alliage HASTELLOY® C-276 de Haynes International (2023) ; Code ASME des chaudières et des appareils sous pression, section IX (2023) QW-422, groupe de numéros P ; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Comparaison de la composition chimique

Tableau. Composition chimique des matériaux de recouvrement courants en alliage de nickel (% en poids typique)


Alliage (UNS)	Ni	Cr	Mo	Fe	W	Nb	Ti	C (maximum)
Alliage 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Inférieur ou égal à 5	-	3.15–4.15	Inférieur ou égal à 0,4	0.10
Alliage C-276 (N10276)	Équilibre	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Alliage C-22 (N06022)	Équilibre	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Alliage 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 minutes	-	-	0.6–1.2	0.05
Alliage 600 (N06600)	72 minutes	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Alliage X (N06002)	Équilibre	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Alliage 59 (N06059)	Équilibre	22–24	15–16.5	Inférieur ou égal à 1,5	-	-	-	0.01

Source : ASTM B443 (alliage 625) ; ASTM B575 (alliage C-276, C-22, 59) ; ASTM B425 (alliage 825) ; ASTM B168 (alliage 600) ; ASTM B435 (alliage X) ; Fiches techniques de Special Metals et Haynes International (2023).

L'alliage 625 est le choix par défaut pour le service d'eau de mer, de chlorure et de gaz acide (H₂S). L'alliage C-276 est le choix par défaut pour réduire les acides (HCl, H₂SO₄) et les environnements chimiques sévères. Pour les cas limites, consulter la NACE MR0175 / ISO 15156-3 et réaliser des essais de corrosion.

Le choix du procédé de soudage affecte la qualité du revêtement, le taux de dilution, le taux de dépôt et le coût. Pour les équipements sous pression critiques, GTAW (TIG) et GMAW (MIG) sont les choix les plus courants. Pour les revêtements de grandes surfaces-, FCAW et SAW offrent une productivité plus élevée.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Comparaison des processus pour le recouvrement en alliage de nickel

Tableau. Processus de soudage pour revêtement en alliage de nickel - Comparaison par qualité et productivité


Processus	Taux de dilution	Taux de dépôt	Meilleure application	Position	Niveau de compétence	Coût
GTAW (TIG)	10–25%	0,5 à 1,5 kg/heure	Première couche, passage radiculaire, superposition fine, petit diamètre	Tous les postes	Haut	Haut
GMAW (MIG)	20–30%	2 à 4 kg/heure	Couches de remplissage et de finition, superposition d'épaisseur moyenne-	Plat, horizontal	Moyen	Moyen
FCAW (Flux-Cored)	20–35%	3 à 6 kg/heure	Superposition de-zones étendues, applications non-critiques	Plat, horizontal	Moyen	Faible
SAW (Arc Submergé)	30–50%	5 à 15 kg/heure	Grands navires, revêtements lourds, productivité élevée	Appartement uniquement	Moyen	Le plus bas
PATTE (Arc Plasma)	5–15%	1 à 3 kg/heure	Superposition de précision, systèmes automatisés	Plat, mécanisé	Haut	Haut
Revêtement laser	5–10%	1 à 5 kg/heure	Réparation de précision, superposition fine, dilution minimale	Plat, mécanisé	Haut	Très élevé

Source : Code ASME des chaudières et des appareils sous pression, section IX (2023) ; AWS D1.6/D1.6M-22 « Code de soudage structurel – Acier inoxydable » ; « Directives de soudage pour les alliages de nickel » pour les métaux spéciaux (2023 ); Guide technique de Lincoln Electric « Produits de soudage en alliage de nickel » (2023).

La gestion de la dilution est essentielle pour les performances de superposition

La dilution se produit lorsque le métal de base (acier au carbone) fond et se mélange avec le métal d'apport (alliage de nickel). Une dilution excessive réduit la résistance à la corrosion du revêtement en abaissant la teneur critique en alliage (Cr, Mo, Nb). Pour le revêtement en alliage 625, la teneur en fer doit être maintenue en dessous de 10 % dans la première couche ; pour le C-276, inférieur à 7 %.

Tableau. Dilution maximale autorisée - Limites de teneur en fer par alliage


Alliage	Fe maximum dans la superposition (% en poids)	Cr minimum dans la superposition (% en poids)	Mo minimum en superposition (% en poids)	Processus recommandé
Alliage 625	Inférieur ou égal à 10%	Supérieur ou égal à 18%	Supérieur ou égal à 7%	GTAW ou GMAW pour la première couche ; FCAW/SAW pour le remplissage
Alliage C-276	Inférieur ou égal à 7%	Supérieur ou égal à 14%	Supérieur ou égal à 14%	GTAW pour la première couche ; GMAW/FCAW pour le remplissage
Alliage C-22	Inférieur ou égal à 6%	Supérieur ou égal à 19%	Supérieur ou égal à 11%	GTAW ou GMAW pour toutes les couches
Alliage 825	Inférieur ou égal à 15%	Supérieur ou égal à 20%	Supérieur ou égal à 2,5%	GTAW ou GMAW
Alliage 600	Inférieur ou égal à 10%	Supérieur ou égal à 14%	N/A	GTAW ou GMAW

Source : « Directives de soudage pour l'alliage INCONEL® 625 » de Special Metals (2023) ; Haynes International « Soudage et fabrication de l'alliage HASTELLOY® C-276 » (2023) ; ASME Section IX QW-404.12 « Dilution des métaux d'apport » ; AWS A5.14/A5.14M : 2018 « Spécifications pour les électrodes et les tiges de soudage nues en nickel et en alliage de nickel. »

Utilisez GTAW (TIG) pour la première couche afin de minimiser la dilution et garantir la conformité chimique. Utilisez GMAW, FCAW ou SAW pour les couches suivantes afin d'augmenter la productivité. Vérifiez toujours la chimie du revêtement par PMI (Positive Material Identification) ou par analyse en laboratoire.

L'épaisseur minimale du revêtement est régie par la tolérance à la corrosion, la profondeur de dilution, la capacité du processus de soudage et les exigences du code. Pour la plupart des récipients et tuyauteries sous pression, 3 à 6 mm (2 à 3 couches) sont la norme. Des superpositions plus fines risquent de percer ; des superpositions plus épaisses augmentent les coûts et peuvent introduire des problèmes de contraintes résiduelles.

Directives de conception d'épaisseur

Tableau. Conception de l'épaisseur de superposition - valeurs recommandées par application


Application	Gravité de la corrosion	Épaisseur minimale (mm)	Couches typiques	Référence du code	Remarques
Appareils à pression (général)	Modéré (pas de H₂S)	3.0	2 couches	ASME VIII Division. 1 UG-16	1,5 mm min après usinage
Service de gaz acide (H₂S)	Sévère (NACE MR0175)	4.0–5.0	2 à 3 couches	NACE MR0175 / ISO 15156	Vérifier la dureté Inférieure ou égale à 22 HRC
Échangeurs de chaleur à eau de mer	Piqûres élevées de Cl⁻	4.0	2 à 3 couches	ASME VIII + spécifications utilisateur	Utilisez l'alliage 625 ou 825
Colonnes d'absorption de gaz acides	Sévère (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 couches	ASME VIII + spécifications utilisateur	Utilisez l'alliage C-276 ou C-22
Équipement de tête de puits sous-marin	Sévère + HPHT	5.0–6.0	3 couches	API 6A, API 17D	Utilisez l'alliage 625, vérifiez par PMI
FGD (désulfuration des gaz de combustion)	Sévère (SO₂ humide, HCl)	5.0	3 couches	Spécification utilisateur	Utilisez l'alliage C-276 ou C-22
Reformeurs catalytiques	Oxydation à haute-température	4.0	2 à 3 couches	API 560/spécifications utilisateur	Utilisez l'alliage 600 ou X

Source : ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 « Épaisseur de paroi minimale » ; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 « Industries du pétrole et du gaz naturel – Matériaux destinés à être utilisés dans des environnements contenant du H₂S » ; API 6A (21e édition, 2024) « Équipement de tête de puits et d'arbre » ; API 17D (3e édition, 2021) « Conception et exploitation de systèmes de production sous-marins ».

Calcul de la tolérance à la corrosion

L'épaisseur du revêtement doit inclure : (1) la surépaisseur de corrosion (généralement 1,5 à 3,0 mm pour une durée de vie de 10 à 20 ans), (2) la surépaisseur d'usinage (0,5 à 1,0 mm pour la finition de surface) et (3) l'épaisseur de la zone de dilution (1,0 à 1,5 mm pour la première couche).

Tableau. Répartition de l'épaisseur du revêtement - Tolérances de corrosion et tolérances de fabrication


Composant d'épaisseur	Plage typique (mm)	But	Méthode de contrôle	Référence standard
Surépaisseur de corrosion	1.5–3.0	Perte de matière pendant la durée de vie	Spécification de conception de processus	ASME VIII UG-25
Surépaisseur d'usinage	0.5–1.0	Finition de surface, préparation NDE	Tolérance d'usinage	ASME B46.1
Zone de dilution	1.0–1.5	Première couche mélangée au métal de base	Procédure de soudage (PQR)	ASME IX QW-404
Métal sonore minimum	0.5–1.0	Marge de sécurité au-dessus de la dilution	Contrôle UT ou RT	ASME V Article 4
Épaisseur totale du design	3.5–6.5	Somme des composants ci-dessus	Conception technique	Spécification du projet

Source : ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UG-25 « Corrosion Allowance » ; ASME B46.1-2019 « Texture de surface (rugosité de surface, ondulation et pose) » ; ASME Section V Article 4 « Méthodes d'examen par ultrasons pour les soudures » ; ASME Section IX « Qualifications en matière de soudage, de brasage et de fusion ».

Conclusion:Pour la plupart des applications, spécifiez une épaisseur de recouvrement minimale de 3,0 mm après l'usinage. Pour les environnements de corrosion sévère (gaz acide, acides, eau de mer), spécifiez 4,0 à 5,0 mm. Incluez toujours la tolérance à la corrosion dans les spécifications de conception.

Étant donné que la couche de recouvrement est mince (3 à 6 mm) et que la résistance à la corrosion dépend d'une chimie précise, le contrôle qualité est plus critique que pour la construction en alliage solide. Chaque superposition doit être vérifiée par identification positive des matériaux (PMI) et inspectée par tests ultrasoniques (UT) ou radiographiques (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Exigences d'inspection pour le recouvrement des soudures

Tableau. Tests de contrôle qualité pour le recouvrement des soudures en alliage de nickel


Test	But	Méthode	Critères d'acceptation	Fréquence	Standard
PMI (ID de matériau positif)	Vérifier la chimie de superposition	XRF ou OES	Cr, Mo, Nb dans les spécifications ; Fe Inférieur ou égal à la limite	100% de la surface de recouvrement	ASTM E1621
Tests par ultrasons (UT)	Détecter le manque de fusion, la porosité	Poutre droite ou poutre d'angle	Aucune indication > 20% DAC	100 % de la zone de superposition	Art ASME V. 4, 5
Tests radiographiques (RT)	Détecter les défauts internes	Rayons X- ou rayons gamma	Selon ASME VIII UW-51	Spot ou 100 % comme spécifié	Art ASME V. 2
Pénétrant Liquide (PT)	Détecter les fissures de surface	Colorant visible ou fluorescent	Aucune indication linéaire > 1,5 mm	100% de la surface de recouvrement	Art ASME V. 6
Essai de dureté	Vérifier la conformité à la NACE MR0175	Testeur de dureté portable	Inférieur ou égal à 22 HRC (service aigre)	Selon NACE MR0175 Tableau A.1	ASTM E10/E18
Numéro de ferrite (le cas échéant)	Non requis pour la superposition d'alliages Ni-	Ferritemètre	N/A (austénitique)	N/A	ASTMA342
Examen métallographique	Vérifier la microstructure, la dilution	Coupe transversale-, gravure	Pas de fissures, de porosité ou de dilution excessive	Qualification par procédure	ASTM E3, E407

Source : ASTM E1621-21 « Guide standard pour l'analyse élémentaire par spectrométrie de fluorescence X à dispersion de longueur d'onde - ; Code ASME des chaudières et des appareils sous pression, section V (2023), articles 2, 4, 5, 6 ; ASME Section VIII Div. 1 UW-51 « Examen radiographique des soudures » ; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tableau A.1 « Exigences de dureté pour les aciers au carbone et faiblement alliés ».

Défauts courants et leurs causes

Tableau. Défauts courants de recouvrement de soudure - Causes et prévention


Défaut	Apparence	Cause première	Prévention	Méthode de détection
Manque de fusion	Indication linéaire à l'interface	Apport de chaleur insuffisant, mauvaise technique	Augmenter l'ampérage, vitesse de déplacement appropriée	UT, RT
Porosité	Poches à gaz rondes en superposition	Contamination (huile, humidité, oxyde)	Nettoyer le métal de base, utiliser un mastic sec et une protection contre les gaz appropriée.	RT, UT
Fissuration à chaud	Fissures intergranulaires en superposition	Retenue élevée, séquence de billes incorrecte	Contrôler l’apport de chaleur, conception appropriée des joints	PT, VT, métallographie
Dilution excessive	Faible Cr/Mo en superposition	Apport de chaleur élevé, technique inappropriée	Réduisez l'ampérage, utilisez GTAW pour la première couche	PMI, analyse chimique
Inclusion de tungstène	Particules brillantes en superposition	Contact d'électrode GTAW avec bain de soudure	Maintenir une distance appropriée, utiliser une électrode appropriée	RT, VT
Inclusion de scories	Taches brunes irrégulières	Mauvais nettoyage entre les passes (FCAW, SAW)	Nettoyer entre les passes, bonne gestion du flux	RT, UT
Saper	Rainure au bout de la soudure	Courant excessif, technique inappropriée	Réduire l'ampérage, angle de torche approprié	VT, PT

Source : AWS D1.6/D1.6M-22 « Code de soudage structurel – Acier inoxydable » ; « Directives de soudage pour les alliages de nickel » pour les métaux spéciaux (2023 ); ASME Section IX QW-190 « Examen et réparation des soudures ».

La vérification PMI de la chimie de superposition est obligatoire pour chaque travail. L'inspection UT ou RT confirme l'intégrité de la liaison. Pour le service acide, des tests de dureté sont requis par la NACE MR0175. Tous les résultats d’inspection doivent être documentés dans le rapport d’essai des matériaux.

La superposition de soudure n'est pas une méthode « alternative » -, elle est explicitement reconnue et régie par les codes de conception ASME. La couche de recouvrement peut être considérée comme une surépaisseur de corrosion, mais pas comme une épaisseur retenant la pression-, à moins qu'elle ne soit spécifiquement qualifiée et documentée.

Exigences du code pour le recouvrement des soudures

Tableau. Exigences du code ASME pour la construction de superpositions de soudures


Code	Paragraphe	Exigence	Traitement de superposition	Notes clés
Division ASME VIII. 1	UG-16, UW-42	Épaisseur minimale, procédure de soudage	Superposition de=surépaisseur de corrosion	Superposition non incluse dans la conception sous pression
Division ASME VIII. 1	UCL-30 à UCL-46	Récipients plaqués et soudés	Une superposition peut être incluse si elle est qualifiée	Doit répondre aux exigences UCL-30
Division ASME VIII. 2	Partie D, article D.11	Superposition de revêtements et de soudures	Semblable à Div. 1	Conception-par-analyse requise pour la superposition
ASME B31.3	Par. 323.4.2	Tuyauterie plaquée et soudée	Superposition de=surépaisseur de corrosion	Le revêtement peut être utilisé pour la pression si qualifié
ASME B31.3	Par. 328.5.1	Procédure de superposition de soudure	Doit être qualifié selon ASME IX	PQR requis pour chaque processus de superposition
ASME IX	QW-214, QW-283	Qualification des procédures de recouvrement de soudure	La superposition PQR nécessite une analyse chimique	Doit démontrer le contrôle de la dilution
NACE MR0175	OIN 15156-3	Matériaux de service acides	Superposition acceptable pour la base CS	Dureté Inférieure ou égale à 22 HRC, procédure qualifiée

Source : ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 à UCL-46 ; Code ASME des chaudières et des appareils sous pression, section VIII Div. 2 (2023), partie D, article D.11 ; ASME B31.3-2022 « Tuyauterie de processus », paragraphes 323.4.2, 328.5.1 ; Code ASME des chaudières et des appareils sous pression, section IX (2023) QW-214, QW-283 ; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Quand la superposition peut être incluse dans l'épaisseur de conception

Par défaut, les codes ASME traitent le recouvrement de soudure comme une surépaisseur de corrosion -, il n'est pas inclus dans le calcul de l'épaisseur de retenue de pression-. Cependant, si la procédure de recouvrement est qualifiée pour démontrer une adhérence métallurgique complète et que les spécifications de conception le permettent explicitement, l'épaisseur du recouvrement (moins la tolérance de corrosion) peut être créditée.

Tableau. Conditions d'inclusion de la superposition dans la conception sous pression


Condition	Exigence	Vérification	Référence
Liaison métallurgique complète	Pas de manque de fusion, fusion complète à l'interface	Examen UT, couverture à 100 %	ASME VIIIUCL-30
Procédure de superposition qualifiée	PQR avec analyses chimiques, tests mécaniques	Qualification ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Approbation des spécifications de conception	L'ingénieur doit approuver le crédit de superposition	Spécification écrite requise	ASME VIII UG-22
Indemnité de corrosion déduite	Seul le métal sain au-dessus de la tolérance de corrosion est crédité	Tolérance de corrosion selon UG-25	ASME VIII UG-25

Source : ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1UCL-30 « Clad and Weld-Métal-Récipients à revêtement métallique » ; ASME Section IX QW-283 « Variables de soudage pour revêtement résistant à la corrosion » ; Bulletin WRC 447 « Lignes directrices pour l'évaluation des revêtements soudés dans les équipements sous pression » (1999).

La superposition de soudure est entièrement conforme au code-. Par défaut, elle est traitée comme une surépaisseur de corrosion et n'est pas incluse dans la conception sous pression. Si les spécifications de conception le permettent, le recouvrement peut être pris en compte dans l'épaisseur de pression -, mais cela nécessite des procédures qualifiées et une approbation technique explicite.

Le recouvrement de soudure avec des alliages de nickel est le plus souvent utilisé dans les industries où l'environnement de traitement est très corrosif, mais où la taille de l'équipement rend la construction en alliage solide économiquement peu attrayante. L’industrie pétrolière et gazière en est le plus grand utilisateur, suivie par le traitement chimique et la production d’électricité.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Exemples d'applications par secteur

Tableau. Applications de superposition de soudures par secteur et environnement de service


Industrie	Équipement	Mode corrosion	Superposition d'alliage typique	Épaisseur (mm)	Code/Norme
Pétrole et gaz (en amont)	Tête de puits, arbre X-, vannes d'étranglement	H₂S, CO₂, Cl⁻, eau de mer	Alliage 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Pétrole et gaz (intermédiaire)	Pipeline, corps de vannes, corps de pompe	H₂S, CO₂, gaz humide	Alliage 625 ou 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Pétrole et gaz (aval)	Hydrocraqueur, réacteurs HDS	H₂, H₂S, haute température	Alliage 625 ou 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Pétrochimique	Cuves de réacteurs, échangeurs de chaleur	Acides, chlorures, H₂S	Alliage C-276 ou C-22	4–6	ASME VIII, spécifications utilisateur
Processus chimique	Réacteurs acides, épurateurs, tuyauterie	HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, Cl₂	Alliage C-276 ou C-22	5–6	ASME VIII, spécifications utilisateur
Production d'énergie	Absorbeurs FGD, conduits, ventilateurs	SO₂, HCl, épurateur humide	Alliage C-276 ou C-22	4–6	ASTM, spécifications utilisateur
Dessalement	Plaques tubulaires pour échangeurs de chaleur	Eau de mer, haute température	Alliage 625 ou 825	3–4	ASTM, spécifications utilisateur
Marine/Offshore	Pompes, vannes, canalisations d'eau de mer	Eau de mer, biosalissure	Alliage 625	4–5	DNV, ABS, spécifications utilisateur
Pâtes et papiers	Digesteurs, laveuses d'eau de Javel	NaOH, ClO₂, H₂SO₄	Alliage C-276 ou C-22	4–6	TAPPI, spécifications utilisateur

Source : API 6A (21e édition, 2024) « Wellhead and Tree Equipment » ; API 17D (3e édition, 2021) « Systèmes de production sous-marins » ; API 934-A (3e éd., 2019) « Matériaux et fabrication de récipients sous pression à paroi lourde en acier 2¼Cr-1Mo et 3Cr-1Mo pour un service d'hydrogène à haute-température et haute pression » ; NACE RP045-2003 « Soudage par recouvrement pour le service à l'hydrogène » ; ASME B31.3-2022 « Tuyauterie de processus » ; DNVGL-OS-F101 (2021) « Systèmes de pipelines sous-marins ».

Étude de cas : superposition d'équipements de tête de puits

Les équipements de tête de puits sous-marins et les arbres de Noël fonctionnent dans certains des environnements de corrosion les plus agressifs : eau de mer à l'extérieur, gaz acide (H₂S) et saumure à l'intérieur, et températures allant jusqu'à 200 degrés. La construction en alliage solide 625 coûterait 5 à 8 fois l'acier au carbone. Le recouvrement par soudure de l'alliage 625 sur de l'acier au carbone ou de l'acier faiblement allié - (par exemple, AISI 4130, F22) offre la même résistance à la corrosion à un coût inférieur de 40 à 50 %.

Tableau. Étude de cas - Moyeu de tête de puits sous-marin : revêtement en alliage 625 sur acier F22


Paramètre	Alliage solide 625	F22 + Revêtement en alliage 625	Économies	Remarques
Coût du matériau de base	55 $/kg	4 $/kg (F22)	90% inférieur	Le F22 est un acier faiblement-allié au Cr-Mo.
Coût de superposition	N/A	18 $/kg (625 charge + main d'œuvre)	N/A	Processus GTAW + GMAW
Coût total de fabrication	$180,000	$95,000	47 % de moins	Selon la spécification API 6A
Délai de livraison	16 semaines	10 semaines	6 semaines plus vite	Le F22 se soude facilement, la superposition est une routine
Performances anticorrosion	Excellent	Excellent (équivalent)	Même	Overlay qualifié par API 6A
Conformité aux codes	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Même	Dureté de recouvrement Inférieure ou égale à 22 HRC

Source : API 6A (21e édition, 2024) « Wellhead and Tree Equipment » ; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015 ; Données de projet internes de JN Alloys pour le moyeu de tête de puits sous-marin fabriqué en 2023 ; Fiche technique des métaux spéciaux « INCONEL® Alloy 625 » (2023).

Pour les équipements de grande taille et à parois épaisses-où l'attaque de corrosion est limitée à la surface interne, le recouvrement par soudure est le choix économiquement le plus avantageux. L'alliage solide doit être réservé aux petits composants (internes de vannes, raccords d'instruments) où le recouvrement n'est pas pratique.

La spécification du métal d'apport (classification AWS) détermine la chimie du revêtement et la résistance à la corrosion. Pour le revêtement en alliage 625, utilisez ERNiCrMo-3 ou ERNiCrMo-4 ; pour la superposition C-276, utilisez ERNiCrMo-4. La classification -4 a une teneur plus élevée en Mo et est préférée pour les utilisations avec des acides réducteurs sévères.

Classifications des métaux d'apport pour le revêtement en alliage de nickel

Tableau. Classifications des métaux d'apport AWS pour la superposition de soudures en alliage de nickel


Classement AWS	UNS	Alliage assorti	Cr (%)	Mo (%)	Nb+Ta (%)	Demande principale
ERNiCr-3	N06082	Alliage 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Oxydation à haute-température, soudures différentes
ERNiCrMo-3	N06625	Alliage 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Eau de mer, H₂S, chlorures, superposition générale
ERNiCrMo-4	N10276	Alliage C-276	14.5–16.5	15–17	-	Acides réducteurs, corrosion sévère
ERNiCrMo-10	N06022	Alliage C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Acides mixtes, hypochlorite
ERNiCrMo-14	N06686	Alliage 686	19–23	15–17	-	Acides extrêmes, eau de mer
ERNiFeCr-1	N08065	Alliage 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Gaz acide, acide sulfurique
ERNiMo-7	N10665	Alliage B-2, B-3	Inférieur ou égal à 1,0	26–30	-	Acide chlorhydrique, milieux réducteurs

Source : AWS A5.14/A5.14M : 2018 « Spécifications pour les électrodes et les tiges de soudage nues en nickel et en alliage de nickel- » ; AWS A5.11/A5.11M :2017 « Spécifications pour les électrodes de soudage en nickel et en alliage de nickel- pour le soudage à l'arc métallique blindé » ; « Catalogue de produits de soudage » pour métaux spéciaux (2023 ); Données techniques de Haynes International « Métaux d'apport de soudage » (2023).

Sélection des métaux d'apport par environnement de service

Tableau. Guide de sélection des métaux d'apport - Superposition d'alliages de nickel par environnement de corrosion


Environnement de service	Mode corrosion	Remplisseur recommandé	Alternative	Remarques
Eau de mer, saumure	Cl⁻ piqûres, crevasses	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 est la norme pour l'eau de mer
Gaz acide (H₂S)	CSS, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 ou ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Vérifier la dureté Inférieure ou égale à 22 HRC
Acide chlorhydrique	Corrosion générale	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 est préféré pour HCl
Acide sulfurique	Corrosion générale	ERNiCrMo-4 ou ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 pour < 50 % H₂SO₄
Acides mixtes (HCl + H₂SO₄)	Corrosion sévère	ERNiCrMo-4 ou ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 ou 686 pour un service extrême
Oxydation à haute-température	Oxydation, carburation	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Utiliser pour un service > 900 degrés
Caustique (NaOH, KOH)	Fissuration caustique	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Remplisseur d'alliage 600 pour caustique
Désulfuration des fumées	SO₂, HCl, épurateur humide	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 est standard pour FGD

Source : NACE MR0175 / ISO 15156-3 : 2015 « Industries du pétrole et du gaz naturel -Matériaux destinés à être utilisés dans des environnements contenant du H₂S- environnements » ; « Guide de sélection des alliages résistants à la corrosion » pour les métaux spéciaux (2023) ; Brochure technique Haynes International « Données sur la corrosion » (2023) ; Outokumpu « Manuel de corrosion pour les aciers inoxydables et les alliages de nickel » (2021).

ERNiCrMo-3 (charge en alliage 625) est le choix le plus polyvalent pour les applications générales de superposition. L'ERNiCrMo-4 (charge C-276) est préféré pour les applications avec acides réducteurs sévères. Vérifiez toujours la chimie du revêtement par PMI pour vous assurer que le métal d'apport et la procédure de soudage fournissent la teneur requise en Cr, Mo et Fe.