Ce qui suit décrit divers facteurs de durée de vie dans les applications de tuyaux métalliques ondulés. Les informations sont basées sur notre expérience en tant que fabricant de tuyaux métalliques, de produits tressés et d'assemblages de tuyaux métalliques. Bien que ces informations soient destinées à servir de guide général, chaque application doit être évaluée individuellement en raison des nombreuses variables qui affectent la durée de vie des assemblages de tuyaux métalliques.

Corrosion générale

Une attaque uniforme sur toute la longueur ondulée du tuyau métallique est généralement décrite comme une corrosion générale. L'attaque de l'alliage est affectée par la concentration chimique, la température et le type d'alliage à partir duquel le tuyau métallique est fabriqué. Parmi les zones d'attaque typiques figurent la racine ou le fond de l'ondulation et la zone de soudure affectée par la chaleur.

La plupart des alliages inoxydables forment un film protecteur d'oxydes stables sur la surface lorsqu'ils sont exposés à l'oxygène gazeux. La vitesse d'oxydation dépend de la température. À des températures normales, une fine pellicule d'oxyde se forme à la surface de l'alliage. À des températures plus élevées, l'oxydation progresse plus rapidement.

Les oxydes qui se forment sur les alliages de cuivre ou de nickel sont des oxydes non poreux. Une formation d'oxyde non poreuse fournit une couche protectrice à la surface, mais si la couche est enlevée, aucune protection n'est fournie au métal sous-jacent.

Lors de la sélection des matériaux pour les tuyauteries et les tuyaux métalliques ondulés, il faut tenir compte du fait que la tuyauterie est un élément rigide et que le tuyau sera soumis à la flexion. Comme indiqué plus loin dans la section Facteurs de durée de vie, plusieurs facteurs associés à la flexion affectent la durée de vie des tuyaux métalliques.

La durée de vie peut être affectée par des facteurs externes à l'assemblage du tuyau métallique. Lors du choix d'un alliage, il convient de tenir compte de la composition chimique de l'environnement entourant le tuyau ainsi que du fluide transféré.

OmegaFlex ne publie pas de données sur la résistance à la corrosion en raison des nombreuses variables présentes dans les applications de tuyaux métalliques. De nombreux documents de référence sont disponibles et fournissent des données précises sur la corrosion. Le Corrosion Data Survey publié par la National Association of Corrosion Engineers (NACE) est l'une des nombreuses sources de référence pour les informations relatives à la résistance à la corrosion.

Abrasifs chimiques/à haute vitesse

L'écoulement turbulent de produits chimiques abrasifs sur la surface de l'alliage peut provoquer une corrosion accélérée ou une érosion-corrosion. Les liquides ou les gaz contenant des particules solides en suspension usent ou enlèvent le film protecteur d'oxyde et laissent l'alliage exposé et plus sensible à la corrosion. Certaines formes de corrosion assistée par l'écoulement comprennent des termes tels que cavitation ou impaction. La réduction de la vitesse ou l'incorporation d'un revêtement dans l'assemblage du tuyau métallique peut réduire les effets de ce type d'abrasion.

Cycle élevé/milieux chimiques

Les contraintes appliquées, telles que la flexion ou le mouvement cyclique, peuvent réduire l'efficacité de la surface du film d'oxyde contre la corrosion. Les fissures, résultant des cycles de l'assemblage du tuyau, se forment dans la couche d'oxyde protectrice à la surface de l'alliage, réduisant ainsi l'efficacité contre la corrosion. L'introduction d'un environnement corrosif élimine souvent la limite de fatigue de l'alliage, ce qui crée une durée de vie limitée quel que soit le niveau de contrainte.

Corrosion sous contrainte

Le mécanisme détaillé de la corrosion sous contrainte est compliqué et mal compris. Le processus de corrosion sous contrainte semble être une formation initiale de piqûres et de crevasses de corrosion, suivie d'une rupture due aux concentrations de contraintes associées aux crevasses. Les fissures de corrosion sous contrainte suivent souvent les limites cristallines dans la structure du grain de l'alliage. L'examen visuel des défaillances dues à la corrosion sous contrainte et aux milieux chimiques à cycle élevé semble similaire. Les données d'application spécifiant le milieu, la température et les mouvements sont très utiles pour déterminer la cause exacte de la défaillance.

Les chlorures et les caustiques sont les fluides les plus fréquemment à l'origine de la corrosion fissurante sous contrainte. La réduction des contraintes ou le choix d'un alliage connu pour sa résistance aux fluides transportés sont des moyens possibles de réduire ce type de défaillance.

Corrosion/attaques intergranulaires

La corrosion le long des limites des grains du métal peut se produire et les grains de métal se séparent de la masse, ce qui entraîne une perte de résistance et de ductilité. La rupture due à la perte de ductilité est également connue sous le nom de fracture fragile. Des alliages tels que le 304L ou le 316L ont été développés pour réduire les effets de la corrosion intergranulaire. Ces alliages à faible teneur en carbone ont une structure granulaire plus résistante à la corrosion.

Une attaque intergranulaire peut se produire lorsque certaines qualités d'acier inoxydable, telles que 304 ou 316, sont soumises à des températures supérieures à 800°F. Le chrome peut précipiter hors de la solution, se lier au carbone et former des carbures de chrome sur les joints de grains à cette température et au-delà. La protection réduite contre la perte de chrome, lorsqu'elle est combinée à un milieu corrosif, laisse la structure du grain exposée à une éventuelle attaque corrosive.

L'utilisation d'un acier inoxydable stabilisé, tel que le T321, est une méthode efficace pour prévenir la sensibilisation. Les alliages stabilisés sacrifient l'élément stabilisant au carbone, ce qui empêche la perte de chrome dans la structure du grain.

Corrosion par piqûres

Une attaque très localisée avec l'apparition d'une limite relativement nette ou bien définie et une zone environnante qui semble non attaquée est appelée corrosion par piqûres. Les piqûres peuvent se produire dans des crevasses, des inclusions, du fer incrusté ou d'autres métaux, ainsi que des éléments tels que des organismes marins présents dans l'eau de mer qui adhèrent aux surfaces métalliques ou à la graisse.

Fatigue

La défaillance de nature progressive due à la flexion des ondulations est connue sous le nom de fatigue. La contrainte générée par la flexion, la pulsation, la torsion, la vibration et la vibration induite par l'écoulement sont quelques-unes des causes de la rupture par fatigue. De petites fissures continues se forment dans le métal. Les fissures de fatigue prennent souvent naissance au niveau de petites imperfections, telles que des inclusions non métalliques, dans le métal. La contrainte se concentre au niveau de la fissure et les cycles ultérieurs augmentent la taille de la fissure jusqu'à ce qu'une rupture complète se produise. Les ruptures par fatigue se produisent normalement sous la forme d'une fissure circonférentielle en haut ou en bas de l'ondulation.

En outre, une vitesse d'écoulement élevée peut faire vibrer les ondulations à une fréquence élevée et des vibrations de résonance peuvent se produire. Voir la section Vitesse d'écoulement élevée ci-dessous. L'augmentation du rayon de courbure diminuera le niveau de contrainte dans les ondulations individuelles. Des changements dans le nombre d'ondulations du tuyau ou le contrôle du mouvement peuvent également augmenter la durée de vie du tuyau.

Vitesse d'écoulement élevée

Les applications où le débit d'un liquide ou d'un gaz est supérieur aux niveaux recommandés par le fabricant et où une gaine n'est pas incorporée dans la conception de l'assemblage du tuyau entraînent souvent une défaillance prématurée due à la fatigue. La vitesse d'écoulement élevée fait vibrer les ondulations à une fréquence élevée et, si la vibration est proche de la fréquence naturelle du tuyau, la défaillance se produit très rapidement.

Les fissures en forme de toile d'araignée et les morceaux de métal fracturés qui se détachent des ondulations sont des manifestations typiques de ce type de défaillance. La réduction de la vitesse en augmentant le diamètre du tuyau ou l'utilisation d'une gaine à verrouillage sont des moyens possibles d'éviter les défaillances dues à une vitesse d'écoulement élevée.

Torsion

La rotation autour de l'axe longitudinal développe une contrainte de cisaillement dans le métal qui peut entraîner une défaillance prématurée. La torsion du tuyau métallique pendant l'installation ou à la suite d'un mouvement dans deux plans peut produire des fissures qui commencent sur le pourtour de la couronne ou à l'extérieur de plus d'une ondulation et progressent dans le sens longitudinal. La torsion est l'une des causes les plus courantes de défaillance prématurée des tuyaux métalliques. L'incorporation d'une ligne de repère sur l'assemblage du tuyau métallique permet de déterminer si le tuyau tourne autour de l'axe longitudinal.

Vibrations

Les défaillances dues aux vibrations commencent par de très petites fissures ou des fissures irrégulières, principalement à proximité de la source de vibration, sur la circonférence de l'ondulation. Les fissures peuvent progresser jusqu'à la paroi de l'ondulation sous la forme d'un "Y". Une usure extrême de la tresse sur la couronne ou le sommet de l'ondulation est généralement présente. Si la vibration est proche de la fréquence naturelle du tuyau, la défaillance se produira très rapidement. Les tuyaux métalliques ondulés peuvent être harmonisés pour compenser les fréquences nuisibles.

Applications à basse pression

Des précautions doivent être prises lorsque des tuyaux métalliques non tressés sont utilisés dans des applications à basse pression telles que l'échappement des moteurs. Des pratiques d'installation appropriées, telles que définies par l'Expansion Joint Manufacturers Association (EJMA), utilisant des guides de tuyauterie et des ancrages, doivent être observées pour éviter une défaillance prématurée de l'assemblage de tuyaux métalliques. L'ajout d'une tresse doit être envisagé pour atténuer les vibrations.