Raccords de tuyauterie en titane : effets d'une teneur élevée en hydrogène et précautions clés

Le titane est hautement chimiquement actif et sujet à l'absorption d'hydrogène pendant le traitement, le traitement thermique, le soudage, le décapage et d'autres procédures. Une teneur excessive en hydrogène peut provoquer une fragilisation par l'hydrogène, des fissures induites par l'hydrogène et une dégradation des performances, compromettant gravement la sécurité de fonctionnement degarnitures de tuyauterie en titane.

 

 

1.1 Formes existantes d’hydrogène

Les atomes d'hydrogène se dissolvent interstitiellement dans les réseaux cristallins du -Ti ou du -Ti, avec une très faible solubilité à basse température.

Lorsque la teneur en hydrogène dépasse la limite de solubilité solide ou que la température baisse, des phases fragiles telles que TiH₂ et TiH₁₋₂ se forment, précipitant sous des formes aciculaires, feuilletées ou massives, et généralement distribuées aux joints de grains, aux dislocations et aux zones de concentration de contraintes.

 

1.2 Critères de jugement en cas de teneur excessive en hydrogène

Les normes nationales, ASTM B338 et d'autres spécifications stipulent que la teneur en hydrogène dans les raccords de tuyauterie en titane et en alliage de titane doit être inférieure ou égale à 0,015 % (150 ppm).

100 ppm : La résistance aux chocs diminue considérablement.

300 à 500 ppm : la plasticité se détériore fortement avec des précipitations massives d'hydrures.

0,05 % : Le matériau devient extrêmement cassant et sujet à une rupture fragile soudaine sans avertissement à température ambiante.

 

2.1 Fragilisation par l'hydrogène

Le TiH₂ aciculaire de haute -dureté est incompatible avec les propriétés de la matrice, conduisant facilement à des microfissures.

La contrainte pousse l'hydrogène à s'accumuler dans les zones de contraintes élevées-, accélérant ainsi la précipitation des hydrures et leur propagation dans les fissures intergranulaires.

La fracture est retardée et sujette à une fracture fragile et soudaine en service avec une forte dissimulation.

 

2.2 Forte détérioration des propriétés mécaniques

La ténacité diminue considérablement et la fragilité devient plus prononcée à basse température.

La plasticité se détériore, rendant les opérations de pliage, d'aplatissement et autres opérations susceptibles de se fissurer.

Les hydrures agissent comme des sources de fatigue, réduisant considérablement la durée de vie en fatigue.

 

2.3 Incidence élevée des défauts de soudage

L’hydrogène présent dans le bain fondu ne parvient pas à s’échapper à temps lors du refroidissement, formant ainsi des pores d’hydrogène.

Les hydrures génèrent des fissures à froid sous contrainte de soudage.

La résistance des soudures et des zones affectées par la chaleur diminue, ce qui entraîne des performances de joint inégales.

 

2.4 Détérioration de la résistance à la corrosion

Les hydrures de surface ont tendance à s'écailler, accélérant ainsi la corrosion.

Les fissures de fragilisation par l'hydrogène agissent comme des canaux moyens, provoquant facilement des fissures par corrosion sous contrainte.

L'absorption d'hydrogène et la corrosion se favorisent mutuellement au niveau des défauts locaux, accélérant ainsi la défaillance.

 

 

L'absorption d'hydrogène du titane s'accélère au-dessus de 400 degrés ; l'absorption massive d'hydrogène se produit facilement si le four contient de la vapeur d'eau, de l'hydrogène ou une atmosphère réductrice.

 

L'argon impur, la teneur élevée en hydrogène dans le métal de base/le fil de soudage, un blindage inadéquat et l'intrusion d'humidité dans le bain en fusion génèrent de l'hydrogène.

L'acide réagit avec le titane pour produire de l'hydrogène actif pendant le décapage ; une concentration, une température et une durée excessives aggraveront l’absorption de l’hydrogène.

 

Les dommages au film d'oxyde de surface et la formation de nouvelles surfaces actives deviennent des canaux d'absorption de l'hydrogène.

Teneur excessive en hydrogène dans les matières premières elles-mêmes et l'humidité à la surface se décompose pour produire de l'hydrogène à haute température dans des environnements humides.

 

4.1 Contrôle des sources

Sélectionnez des ébauches de tubes en titane avec une teneur en hydrogène inférieure ou égale à 100 ppm comme matières premières, effectuez une inspection obligatoire à l'arrivée en usine et rejetez les matériaux non-conformes.

 

Contrôler l'humidité de l'atelier inférieure ou égale à 60 %, garder les pièces au sec et interdire le traitement avec une contamination par l'eau ou l'huile.

Éliminez soigneusement l'huile, la saleté et la rouille avant le soudage et évitez la contamination causée par le contact avec la ferronnerie.

 

4.2 Contrôle du processus pendant le traitement

Traitement thermique

Donnez la priorité au recuit de protection sous vide ou à l'argon-de haute pureté, avec un point de rosée de l'argon < -40 degrés.

Température de déshydrogénation recommandée : 538–760 degrés ; éviter l'oxydation au-dessus de 760 degrés ; interdire la réduction des atmosphères et raccourcir le temps de chauffage.

 

Soudage

Utilisez de l'argon de haute-pureté supérieure ou égale à 99,99 %, avec un point de rosée < -40 degrés.

Nettoyez et séchez les rainures avant le soudage, adoptez un courant faible et une vitesse de soudage élevée, et fournissez un blindage complet sur les côtés avant et arrière jusqu'à un refroidissement inférieur à 200 degrés.

Adoptez des fils de soudage adaptés à faible-hydrogène.

 

Décapage

Adoptez un système HF + HNO₃ à faible -concentration, température inférieure ou égale à 40 degrés, durée 1 à 3 minutes.

Rincer et sécher complètement après le décapage ; interdire le décapage avec un seul acide tel que l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique.

 

Traitement mécanique

Utilisez des outils de coupe spéciaux et des fluides de coupe compatibles pour éviter l'augmentation de la température par friction.

Réduisez les marques d'outils et le meulage excessif pour protéger le film d'oxyde.

 

4.3 Mesure corrective en cas d'excès d'hydrogène : recuit de déshydrogénation sous vide

Effectuer une déshydrogénation sous vide lorsque la teneur en hydrogène > 150 ppm :

Température : 580-650 degrés

Degré de vide : inférieur ou égal à 0,066 Pa

Temps de maintien : 2 à 4 heures

Refroidir dans le four à moins de 200 degrés avant de décharger

 

4.4 Contrôle de la qualité

Détectez la teneur en hydrogène par fusion de gaz inerte-méthode de conductivité thermique pour garantir une valeur inférieure ou égale à 150 ppm.

Inspectez les propriétés mécaniques telles que la résistance aux chocs, l’allongement et les performances d’aplatissement.

Effectuez des tests non destructifs UT et PT-sur les pièces clés pour détecter les fissures induites par l'hydrogène-.

 

 

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