Comment qualifier un WPS (Welding Procedure Specification)

Qu’est-ce qu’un WPS ?

WPS : Un WPS ou une spécification de procédure de soudage est un document écrit qui donne des instructions au soudeur (ou à l’opérateur de soudage) pour produire une soudure saine qui doit répondre aux propriétés mécaniques minimales requises.

La qualification est généralement faite selon ASME IX, Qualification Standard for Welding & Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators ou AWS D1.1, Structural Welding Code: Steel.

Contenu d’un WPS

Un WPS correctement rédigé contient au minimum les paramètres spécifiques essentiels, supplémentaires et non essentiels pour le procédé de soudage applicable Lorsque le code, la norme ou la spécification de référence exige une qualification de ténacité du joint soudé, les variables essentielles supplémentaires applicables doivent également être fournies dans la DPS.

Comme indiqué dans QW-200.1(b), contrairement aux PQR, un WPS doit traiter des variables essentielles, non essentielles et, le cas échéant, supplémentaires. Et encore une excellente ressource pour déterminer comment adresser une variable peut être trouvée ici :

Les variables sont répertoriées dans ASME Section IX QW-250 pour chaque processus.

Un WPS doit également faire référence au(x) dossier(s) de qualification de procédure à l’appui. Plusieurs PQR peuvent être utilisés pour créer un nouveau WPS.

Un WPS peut être révisé si des variables non essentielles changent sans avoir à requalifier un nouveau PQR. Un exemple de ceci serait P-No. 8, procédé GTAW, est qualifié avec l’argon comme gaz de soutien. Le WPS peut être révisé pour utiliser un mélange Argon/Hélium/azote comme gaz d’appoint sans requalifier un nouveau PQR

Variables de soudage dans un WPS

Les variables de soudage telles que les joints, les métaux de base, les métaux d’apport, les positions de soudage, le préchauffage, le PWHT, le gaz, etc. (y compris les plages, le cas échéant) sous lesquelles le processus de soudage doit être effectué sont les paramètres requis pour un WPS qualifié. Ces paramètres sont connus sous le nom de variables selon ASME Section IX et répertoriés principalement sous trois types comme :

Variable essentielle

Variable non essentielle
Variable essentielle supplémentaire

Qu’est-ce qu’un PQR ?

PQR : Un PQR liste les variables de soudage qui ont réellement eu lieu lors du soudage du coupon d’essai. Par exemple, le métal de base réel utilisé, le courant et la tension utilisés, et la température réelle de préchauffage et d’interpasse. En dehors de ce qui précède, un WPS ne contient pas de plage de paramètres car ils sont utilisés dans WPS. Cliquez ici et découvrez PQR avant d’aller plus loin dans cet article.

Alors, qu’est-ce qu’un WPS ? est-ce en pratique ?

Une spécification de mode opératoire de soudage doit contenir, au minimum, les variables spécifiques essentielles et non essentielles qui sont applicables au procédé de soudage. Lorsque le code, la norme ou la spécification de référence exige une qualification de ténacité du joint soudé, les variables essentielles supplémentaires applicables doivent également être fournies dans le WPS.

Toutes ces variables sont répertoriées dans les tableaux de QW-252 à QW-257. Pour chaque procédé de soudage, il existe un tableau séparé contenant la liste de toutes les variables de l’ASME Section IX. Par exemple, une liste de variables (essentielles, non essentielles et essentielles supplémentaires) pour le soudage à l’arc sous blindage (SMAW) est spécifiée dans le tableau QW-253. Un exemple de variables pour SMAW comme indiqué dans la section IX de l’ASME est illustré dans l’image ci-dessous.

Comment préparer et qualifier un WPS (étapes) :

Identifier le procédé de soudage à utiliser. Soit un procédé unique ou une combinaison de procédés de soudage, par exemple c’est un SMAW ou GMAW ou GTAW ou tout autre procédé de soudage. Aussi, s’il s’agit d’une combinaison de deux ou plusieurs procédés de soudage. Une fois le processus de soudage décidé, nous devons consulter le tableau correspondant (QW-252 à QW-257) pour la liste complète des variables de soudage qui doivent être traitées. À l’aide du tableau, nous pouvons répertorier toutes les variables nécessaires à utiliser dans notre WPS. Il est conseillé d’utiliser ce formulaire pour faire un pWPS.

Vérifiez l’épaisseur, le regroupement de matériaux applicables pour le joint de soudure de production et choisissez une épaisseur pour PQR. Reportez-vous au tableau n° QW-451 pour la plage d’épaisseurs qualifiée en fonction de l’épaisseur du matériau utilisé sur le PQR. Vous trouverez ci-dessous le tableau QW451 pour référence. pWPS est appelé WPS préliminaire ou WPS proposé.

Étapes pour écrire un WPS (Suite)

Sélectionnez le fil d’apport en fonction des propriétés mécaniques du métal de base. La résistance du fil d’apport est toujours supérieure à celle du métal de base. Si vous êtes nouveau dans ce domaine, utilisez les manuels des fabricants de consommables pour choisir le fil d’apport. Ces manuels répertorient les métaux de base pour chaque type d’électrode ou de fil de soudage, ils peuvent être utilisés.
Vous pouvez utiliser le manuel des fabricants de consommables de soudage pour les paramètres de soudage de référence tels que le courant et la tension, etc. pour le consommable de soudage que vous prévoyez d’utiliser pour votre qualification PQR.

Après un soudage réussi, le ou les coupons de test sont soumis à un test destructif, et si le ou les coupons de test répondent aux exigences minimales du code, le même pWPS est finalisé et approuvé pour un travail ultérieur.
L’essai de traction et l’essai de pliage sont les essais minimaux requis conformément à la section IX de l’ASME pour la qualification PQR.
Il est à noter que les END tels que les tests radiographiques ne sont pas une exigence obligatoire pour la qualification WPS. Cependant, nous faisons RT pour ignorer toute zone pouvant présenter des défauts de soudage internes. Ces défauts peuvent entraîner une défaillance prématurée de l’échantillon d’essai, comme une courbure ou une traction, et notre qualification PQR finira par échouer. Il est donc préférable d’effectuer une RT avant les tests mécaniques. Toutes les données en temps réel pendant le soudage du coupon de test et les données du rapport de test destructif sont compilées dans un seul document connu sous le nom de dossier de qualification de procédure (PQR).

Les résultats du PQR sont examinés par rapport au minimum requis mécanique, à la dureté, à la ténacité ou à tout test supplémentaire requis. En règle générale, un WPS est considéré comme réussi s’il réussit l’essai de pliage et satisfait aux exigences ci-dessous pour l’essai de traction :

Afin de réussir l’essai de traction, l’éprouvette doit avoir une résistance à la traction qui n’est pas inférieure à :

(a) la résistance à la traction minimale spécifiée du métal de base; ou

(b) la résistance à la traction minimale spécifiée du plus faible des deux, si des métaux de base de résistances à la traction minimales différentes sont utilisés; ou

(c) la résistance à la traction minimale spécifiée du métal fondu lorsque l’article applicable prévoit l’utilisation de métal fondu ayant une résistance à la température ambiante inférieure à celle du métal de base ;

(d) si l’échantillon se brise dans le métal de base à l’extérieur de la soudure ou de l’interface de soudure, l’essai doit être accepté comme satisfaisant aux exigences, à condition que la résistance ne soit pas inférieure de plus de 5 % à la résistance à la traction minimale spécifiée du métal de base.

(e) la résistance à la traction minimale spécifiée s’applique aux éprouvettes de pleine épaisseur, y compris le revêtement pour les matériaux Alclad en aluminium (P‐No. 21 à P‐No. 23) inférieure à 1 /2 po (13 mm). Pour les matériaux en aluminium Alclad de 13 mm et plus, la résistance à la traction minimale spécifiée s’applique à la fois aux échantillons de pleine épaisseur qui incluent le revêtement et aux échantillons prélevés dans le noyau.

Tous ces résultats sont enregistrés dans le PQR et le PQR est considéré comme qualifié. Désormais, WPS est créé sur la base des variables PQR, et la plage de variables est donnée comme autorisé dans BPVC ASME Section IX pour chaque variable.

Comment combiner deux WPS/PQR ?

Comme indiqué dans QW-200.4, plusieurs WPS peuvent être utilisés pour réaliser un seul joint de production. Dans la plupart des cas, la combinaison des WPS est simple, si un WPS est qualifié pour une épaisseur de métal de base et de métal soudé de 1/16″ à ¾”, il peut être combiné avec un autre WPS est qualifié pour les mêmes plages d’épaisseur et peut être utilisé avec ces plages. Si vous avez un WPS qualifié de 1/16″ à ½” et que vous le combinez avec un WPS qualifié de 3/16″ à 1″, vous seriez limité à n’utiliser cette combinaison de WPS que pour le matériel de 3 /16″ à ½” d’épaisseur. Ceci est également précisé dans l’interprétation IX-83-80. Pour voir cette interprétation, rendez-vous sur : https://cstools.asme.org/Interpretation/InterpretationDetail.cfm?TrackingNumber=5495

Le Code permet un cas spécial tel que décrit dans QW-200.4(b), lorsqu’un PQR a un coupon d’essai d’au moins ½” d’épaisseur, il peut être combiné avec un ou plusieurs PQR avec des épaisseurs de métal de base supérieures à ½”. Lorsque ces exigences sont remplies, vous pouvez utiliser par exemple un processus GTAW avec une plage d’épaisseur de métal de base sur le WPS de 3/16″ à 1″ (PQR ½” d’épaisseur de métal de base utilisé), le combiner avec un SAW WPS avec une épaisseur de métal de base de 3/16″ à 8″ (épaisseur de métal de base PQR 1,5″ utilisée). Un nouveau WPS peut être créé avec une plage d’épaisseur de métal de base de 3/16″ à 8″ avec GTAW utilisé jusqu’à 1″ d’épaisseur et le reste avec SAW.

Métaux de base dissemblables admissibles

Un problème courant rencontré lors du soudage de soudures sur rainures entre deux métaux de base d’épaisseurs différentes. ASME Section IX, QW-202.4 aborde ce problème comme suit :

L’épaisseur de l’élément le plus mince doit se situer dans la plage autorisée par QW-451.

L’épaisseur de l’élément le plus épais doit être :
Pour P-No. 8, P-No. 41, P-No. 42, P-No. 43, P-No. 44, P-No. 45, P-No. 46, P-No. 49, P-No. 51, P‐No. 52, P-No. 53, P-No. 61, et P‐No. 62 métal, il n’y aura pas de limitation sur l’épaisseur maximale de l’élément de production plus épais dans les joints de matériaux de numéro P similaires à condition que la qualification ait été faite sur un métal de base ayant une épaisseur de 1/4 po (6 mm) ou plus.
Pour tous les autres métaux, l’épaisseur de l’élément le plus épais doit se situer dans la plage autorisée par QW-451, sauf qu’il n’est pas nécessaire de limiter l’épaisseur maximale de l’élément de production plus épais à condition que la qualification ait été faite sur un métal de base ayant une épaisseur de 11/ 2 po (38 mm) ou plus.

Un exemple de ce que cela signifie :

Vous avez un WPS qualifié pour une épaisseur de métal de base de 1/16″ à ½” pour P-No. 8 matériel. Le récipient sous pression en cours de fabrication a une buse de 1″ avec une épaisseur de paroi de ¼” et il est soudé à une bride de 16″ 300# B16.5. Le WPS est-il qualifié pour être utilisé ? La réponse est oui.
Vous avez un WPS qualifié pour une épaisseur de métal de base de 1/16″ à ½” pour P-No. 1 matériel. Le récipient sous pression en cours de fabrication a une buse de 1″ avec une épaisseur de paroi de ¼” et il est soudé à une bride de 16″ 300# B16.5. Le WPS est-il qualifié pour être utilisé ? La réponse est non.

Vous avez un WPS qualifié pour une épaisseur de métal de base de 1/16″ à 8″ pour P-No. 1 matériel. Le récipient sous pression en cours de fabrication a une buse de 1″ avec une épaisseur de paroi de ¼” et il est soudé à une bride de 16″ 300# B16.5. Le WPS est-il qualifié pour être utilisé ? La réponse est oui.

Quand la requalification d’un WPS/PQR est-elle requise ?

La question « Quand dois-je requalifier mon WPS ? » n’est pas demandé si souvent, mais cela se pose plusieurs fois. Une spécification de procédure de soudage (WPS) comme nous le savons est un ensemble d’instructions qui, si elles sont suivies, assureront une soudure saine. Un WPS fournira généralement des plages plutôt que des valeurs uniques pour certaines variables telles que le courant, la tension et la vitesse de déplacement. Néanmoins, si les valeurs utilisées pour effectuer une soudure sont en dehors des paramètres du WPS, alors il a été violé par l’utilisateur WPS.

Alors, quand requalifier un WPS ? La réponse est toujours, lorsque le code ou la spécification l’exige. Lorsque vous travaillez sur du code, vous devez toujours référencer le code sur lequel vous travaillez pour obtenir des conseils. La plupart des codes ont des exigences similaires quant au moment où la requalification d’un WPS est nécessaire. En général, tout changement au-delà des limites du dossier de qualification de procédure (PQR) nécessitera une requalification. Si l’une de ces variables change, consultez votre code ou votre spécification pour voir si vous devez requalifier un WPS en fonction des changements survenus en dehors de la plage qualifiée.

Exemple d’exigences de requalification WPS :

Voici un exemple d’examen de la nécessité ou non d’une requalification. XYZ Ltd. effectue des travaux régis par l’AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel. Pour une mesure de réduction des coûts et d’amélioration de l’efficacité, l’entreprise décide d’apporter les modifications suivantes au WPS qualifié existant :

Passez au fil MIG .052″ ER70S-6 à partir du fil .045″ ER70S-6 pour des taux de dépôt plus élevés dans certaines zones.
Augmentez l’ampérage de soudage de 250A à 265A avec un fil .045″ ER70S-6 pour augmenter les taux de dépôt dans les zones restantes.

Passage des buses coniques à un diamètre intérieur de ¾” couplé à une augmentation de 40cfh à 45cfh pour réduire les problèmes de porosité.
Faites passer leur mélange de gaz de protection de 75 % d’argon/25 % de CO2 à 90 % d’argon/10 % de CO2 pour réduire les projections et le broyage.
Certaines soudures seront réalisées verticalement pour améliorer la pénétration et réduire les fuites (en utilisant les mêmes paramètres).

Si nous considérons chacun de ces changements individuellement, voici comment les choses se termineraient. Nous faisons référence à AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel – Tableau 4.5 – PQR Essential Variable Changes Requirement WPS Requalification for SMAW, GMAW, FCAW et GTAW et examinons chaque changement.

Passer de 0,045″ à 0,052″ – Le tableau 4.5(10) indique que “toute augmentation” du diamètre du métal d’apport doit être requalifiée.
Augmentation de l’ampérage de 250 à 265 en restant avec un fil de 0,045 po – Le tableau 4.5(12) nécessite une requalification si le changement d’ampérage dépasse 10 % ; par conséquent, nous n’avons pas besoin de nous requalifier dans ce cas puisqu’une augmentation de 15 ampères ne représente qu’un changement de 6 %.

Modification de la taille de la buse et du débit de gaz – Le tableau 4.5 ne mentionne pas les modifications de la taille de la buse comme variable essentielle. Cependant, en cas de doute, adressez-vous à l’ingénieur ou au client pour obtenir des éclaircissements. Le changement de débit de gaz ne nécessite pas de requalification selon le tableau 4.5(20). Une modification n’est nécessaire que si le débit augmente de plus de 50 % ou diminue de plus de 20 %.

Il est important de considérer les effets des changements ici aussi. Un changement de buse peut ne pas être une variable essentielle, mais si la buse plus grande entrave l’accès et oblige le soudeur à exécuter une distance de pointe de contact plus longue pour travailler, cela pourrait réduire l’ampérage au point de nécessiter une requalification.

Passer de 75/25 à 90/10 de gaz de protection argon/CO2 – Le tableau 4.5 (19) nécessite un changement lorsque la composition du gaz est modifiée en dépassant les limites du code. Dans ce cas, un changement de plus de 10 % de la composante mineure nécessite une requalification.

De plus, ce changement permet à ABC de passer du transfert globulaire au transfert par pulvérisation . Il s’agit d’un mode de changement de transfert de métal qui nécessite également une requalification conformément au tableau 4.5 (14).

Ajout de soudures verticales ascendantes – nécessite également une qualification conformément au tableau 4.5 (30) qui indique qu’une requalification est nécessaire “pour tout passage de la montée à la descente ou vice versa”.

Une bonne connaissance du procédé de soudage et la compréhension du code ou de la spécification impliquée sont essentielles pour une bonne décision.