Correction des défauts internes dans les joints soudés de tuyaux en alliage de titane

Le défaut interne de pénétration incomplète dans les soudures de tuyaux en alliage de titane désigne une situation où le joint et le métal d'apport (ou la couche de soudure) ne fusionnent pas correctement. Ce défaut réduit la section transversale effective de la soudure et provoque une forte concentration de contraintes, diminuant ainsi considérablement la résistance du joint. Il constitue souvent la cause première de la fissuration de la soudure. Une soudure présentant des inclusions de laitier contient des résidus non métalliques (le laitier). Ces inclusions réduisent la section transversale de la soudure, provoquent une concentration de contraintes et diminuent la résistance ainsi que la ténacité (résistance au choc) de la soudure.

La porosité gazeuse dans le métal fondu résulte de l'absorption excessive de gaz (comme l'hydrogène, H2) ou de la formation de gaz par des réactions métallurgiques au sein du bain de fusion (comme le monoxyde de carbone, CO) lors du refroidissement et de la solidification de ce dernier. Si ces gaz ne sont pas évacués à temps, ils forment des cavités à l'intérieur ou à la surface de la soudure ; c'est ce qu'on appelle la porosité gazeuse. La présence de porosité réduit la section transversale effective de la soudure et diminue la résistance mécanique du joint. Si la porosité est traversante ou continue, elle compromet gravement l'étanchéité de l'assemblage soudé. Les fissures apparaissent dans la zone du joint soudé pendant ou après le processus de soudage. Elles peuvent se situer sur la soudure elle-même ou dans la zone affectée thermiquement (ZAT) de part et d'autre de celle-ci. Elles peuvent se manifester aussi bien en surface qu'à l'intérieur du métal.

En général, selon les mécanismes de formation, on distingue deux types de fissures : les fissures à chaud et les fissures à froid. Les fissures à chaud surviennent lors de la cristallisation du métal (passage de l'état liquide à l'état solide), principalement au sein du métal fondu. Elles sont principalement causées par la présence de substances à bas point de fusion (comme le FeS, dont le point de fusion est de 1193 °C), qui affaiblissent la cohésion entre les grains cristallins. Sous l'effet de contraintes de soudage élevées, des ruptures intergranulaires se produisent facilement. La formation de fissures à chaud est favorisée lorsque le métal de base et les électrodes contiennent des quantités importantes d'impuretés telles que le soufre (S) et le cuivre (Cu). Ces fissures ont tendance à se propager le long des joints de grains. Lorsqu'une fissure débouche en surface et communique avec l'extérieur, elle présente une forte propension à l'hydrogénation. Les fissures à froid apparaissent quant à elles lors du refroidissement suivant le soudage, le plus souvent au niveau de la ligne de fusion entre le métal de base et la soudure. La cause principale de leur apparition est la formation de structures de trempe dans la zone affectée thermiquement ou dans la soudure elle-même. Sous l'effet de contraintes élevées, cela provoque des ruptures au sein des grains cristallins ; les alliages de titane à forte teneur en carbone ou contenant davantage d'éléments d'alliage sont les plus sujets aux fissures à froid. Une quantité excessive d'hydrogène dissous dans la soudure peut également entraîner l'apparition de fissures à froid. Les fissures constituent le défaut le plus dangereux. Outre la réduction de la section porteuse, elles engendrent de fortes concentrations de contraintes ; ces fissures ont tendance à se propager progressivement en service, conduisant finalement à la défaillance du composant. Par conséquent, de tels défauts ne sont généralement pas tolérés ; s'ils sont détectés, ils doivent être éliminés et la zone doit être ressoudée.