Qu’est-ce que les tests destructifs des tuyaux en acier ?
Les tests destructifs sont la famille des examens mécaniques et métallurgiques dans lesquels un échantillon prélevé sur un tronçon de tuyau est chargé, plié, impacté ou sectionné jusqu'à ce qu'il se déforme ou se fracture. L'échantillon étant détruit, le test décrit le comportement du matériau à la chaleur plutôt que l'état de la longueur individuelle. Il est donc effectué sur des échantillons découpés dans les extrémités du tuyau ou dans des longueurs sacrificielles. Les contrôles destructifs sont complémentaires des contrôles non destructifs : les méthodes radiographiques, ultrasoniques, magnétiques et par courants de Foucault détectent les discontinuités sans endommager la canalisation, tandis que les tests destructifs quantifient la résistance, la ductilité, la ténacité et le comportement à la corrosion.
Pour les conduites, les tubages, les tubes et les conduites sous pression, les essais requis sont définis par la spécification en vigueur, et les valeurs d'acceptation sont indiquées dans le même document plutôt que convenues au cas par cas.
Essais de traction
Une éprouvette de traction est usinée à partir du corps du tuyau, du cordon de soudure ou de la zone affectée thermiquement-selon les besoins, et tirée axialement dans une machine d'essai universelle jusqu'à sa rupture, en suivant des procédures telles que ASTM A370 ou ISO 6892-1. Le test donne la limite d'élasticité, la résistance à la traction, l'allongement et, lorsqu'un extensomètre est utilisé, la courbe de contrainte-déformation à partir de laquelle le rapport d'élasticité-à la traction est calculé.
| Résultat enregistré | Ce qu'il dit au prescripteur |
|---|---|
| Limite d'élasticité | Si la note minimale a été atteinte et si la limite supérieure est respectée |
| Résistance à la traction | Résistance à la surcharge plastique brute et base de la formule d'allongement |
| Élongation | Ductilité, évaluée par rapport à la valeur calculée à partir de la section transversale du tuyau |
| Rapport rendement-/-traction | Capacité de déformation, importante pour les pipelines dans les zones sismiques ou de permafrost |
La géométrie du spécimen est importante. Un spécimen de section complète-coupé dans un tuyau de petit diamètre et un spécimen en bande prélevé dans un tuyau de grand diamètre peuvent donner des valeurs d'allongement légèrement différentes, de sorte que le type d'échantillon applicable est indiqué dans la spécification et doit être enregistré sur le certificat d'essai.
Tests d'impact et de résistance
Les tests d'encoche Charpy V-mesurent l'énergie absorbée lorsqu'une éprouvette entaillée est fracturée par un pendule oscillant à une température contrôlée, conformément à la norme ASTM E23 ou ISO 148. Pour les tubes de canalisation PSL 2, l'essai est requis sur le métal de base, le métal soudé et la zone affectée thermiquement-séparément, à une température d'essai spécifiée, car les trois zones peuvent se comporter très différemment. Une énergie moyenne minimale absorbée pour un ensemble de trois échantillons, avec un minimum distinct pour chaque échantillon unique, est le critère d'acceptation habituel.
Les tests de déchirure par chute de poids sont une exigence supplémentaire pour les pipelines de transport où la résistance à la propagation de la rupture ductile doit être démontrée. Une éprouvette encochée pressée est fracturée par la chute d'un poids et la surface de cisaillement résultante est mesurée en pourcentage de la surface de fracture, avec une surface de cisaillement minimale et, pour certaines spécifications, une limite d'expansion latérale maximale.
Essais hydrostatiques et d'éclatement
Les tests hydrostatiques appliquent une pression d'eau interne sur une longueur complète ou une section, en la maintenant pendant une durée spécifiée pendant que la surface est inspectée pour détecter les fuites et, dans certains cas, le mouvement du tuyau est mesuré. Pour les tuyaux soudés, il vérifie l'intégrité de la pression du corps du tuyau et du cordon de soudure. Les tests d'éclatement vont plus loin, augmentant la pression jusqu'à la défaillance du tuyau, et sont utilisés pour la qualification d'un itinéraire de fabrication ou d'une procédure de soudage plutôt que pour la libération de production de routine. La pression est normalement enregistrée par rapport à la contrainte circonférentielle calculée, de sorte que le résultat du test est comparable entre différentes épaisseurs de paroi.
Tests de pliage, d'aplatissement et de dureté
Les tests de pliage guidés évaluent la ductilité d'une soudure et sa zone affectée thermiquement-en pliant une éprouvette préparée selon un angle spécifié.
Les tests d'aplatissement compriment une section de tuyau entre des plaques parallèles à une distance spécifiée et montrent si la soudure ou le corps développe des fissures.
Les tests de dureté, par les méthodes Brinell, Rockwell ou Vickers, vérifient la soudure et la zone affectée par la chaleur par rapport aux limites qui s'appliquent au service acide et à certaines qualités d'alliage.
La coupe avec examen macro révèle un manque de pénétration, une fusion incomplète ou des problèmes de géométrie de soudure qui survivent à la radiographie
La dureté est particulièrement importante pour les matériaux de tubage, de tubes et de pipelines destinés à être utilisés avec du sulfure d'hydrogène humide, où une zone dure dans la soudure peut initier une fissuration sous contrainte du sulfure même si les résultats de traction sont acceptables.
Corrosion et évaluation métallographique
Lorsque les tuyaux sont destinés à un usage corrosif, des tests de corrosion accélérés sont effectués dans des milieux qui simulent l'environnement de service, et le taux de corrosion, la morphologie et le comportement de pénétration sont enregistrés. L'examen métallographique d'une section polie et gravée confirme la taille des grains, la microstructure et la présence de bandes, de décarburation ou de régions non trempées qu'un test mécanique seul ne permettrait pas d'exposer. Avec la fractographie, ces examens expliquent pourquoi un résultat est tombé en dehors des limites d'acceptation et sont normalement requis lorsqu'une chaleur est étudiée plutôt que systématiquement publiée.
Pratique d'échantillonnage et d'acceptation
L'acceptation est basée sur des échantillons prélevés à une fréquence définie, généralement un jeu par chaleur et par cycle de fabrication pour les tests spécifiés pour la nuance, avec la position et l'orientation du tuyau enregistrées. Si un échantillon échoue, la plupart des spécifications autorisent un nouvel essai sur un jeu en double prélevé sur la même longueur ou sur des longueurs adjacentes, et des échecs répétés entraînent le rejet du lot. Étant donné que le test destructif consomme du matériel qui n'est pas expédié, les extrémités coupées sont normalement laissées plus longtemps sur les commandes de production nécessitant un test. Les certificats d'essai doivent identifier le numéro de coulée, l'identité du tuyau, l'orientation de l'éprouvette et la température d'essai, afin que les résultats puissent être retracés jusqu'aux longueurs livrées.
FAQ
Q : Quelle est la différence entre les tests destructifs et non-destructifs ?
Les tests non-destructifs examinent le tuyau sans le modifier et détectent les discontinuités. Les tests destructifs chargent une éprouvette coupée jusqu'à sa rupture et quantifient donc la résistance, la ductilité, la ténacité et le comportement à la corrosion.
Q : Quels tests sont normalement requis pour les conduites PSL 2 ?
Un essai de traction et des essais d'impact d'entaille Charpy V-sur le métal de base, la soudure et la zone affectée thermiquement-à la température d'essai spécifiée, ainsi que l'essai hydrostatique appliqué à chaque longueur.
Q : Pourquoi la dureté est-elle testée sur les soudures de tuyaux ?
Les zones dures d'une soudure ou d'une zone affectée par la chaleur-peuvent se fissurer en cas d'utilisation de sulfure d'hydrogène humide. Des limites de dureté sont donc appliquées pour protéger la tuyauterie de service-acide et les tubes de puits.
Q : Que montre un test de déchirure par chute de poids ?
Il mesure la zone de cisaillement d'un échantillon fracturé et indique la résistance du tuyau à la propagation de la fracture ductile, ce qui est important pour les lignes de transmission à haute-pression.
Q : Un échantillon de test défectueux peut-il être remplacé ?
La plupart des spécifications permettent de retester un jeu en double à partir de longueurs identiques ou adjacentes. Si le nouveau test échoue également, le lot est rejeté.
Q : Pourquoi la température de test doit-elle être indiquée sur le certificat ?
L'énergie d'impact diminue fortement à mesure que la température baisse, donc un résultat n'a de sens que si la température d'essai est connue et comparée à la température minimale de conception du métal.
