Il n’y a pas deux soudures d’identiques…
Nombreux défis rencontrés par Syncrude à Fort McMurray

Par Cheryl Rego

Syncrude Canada Ltd. est le plus vaste producteur au monde de pétrole brut tiré des sables bitumineux. Le succès est toujours agréable et les soudeurs de l’entreprise constituent un élément essentiel de la capacité de l’entreprise à approvisionner les Canadiens en pétrole brut Syncrude Sweet Blend (SSB).

Jim Mitchell est bien conscient des défis auxquels font face les soudeurs de Syncrude. Il est l’ingénieur métallurgiste principal de Syncrude à Fort McMurray, en Alberta, et il voit des étincelles depuis 14 ans ! Selon lui, être expert dans un seul domaine ne suffit pas. « Le plus gros du soudage fait sur place en usine repose sur un procédé parmi tant d’autres. Les soudeurs deviennent hautement spécialisés en général pour des processus multiples. Par exemple, pour l’équipement sous pression, nous disposons de cent soudeurs inscrits dans notre système. La plupart d’entre eux peuvent souder en ayant recours à plus d’un procédé », observe-t-il.

Un défi constant sur le terrain réside dans les températures extrêmes qui sont typiques du travail dans cette industrie. « On s’efforce autant que possible d’éviter de souder dans des conditions très froides », fait remarquer M. Mitchell. « Lorsque les températures de soudage sont basses, il s’avère difficile de prévenir une fracture et d’assurer la qualité de la soudure. Et, ajoute-t-il, dans la majorité des cas, la zone de travail sera recouverte d’une tente et chauffée. Nous essayons d’ajouter de la chaleur pour élever la température de la pièce à souder. Il nous est arrivé à l’occasion de concevoir de très grandes tentes. Il s’agit en quelque sorte de « chauffer et clôturer », méthode appelée en anglais « heating and hoarding ». Dans les cas extrêmes, il est impossible d’exécuter convenablement un joint soudé. Nous avons alors recours à la correction de soudure temporaire. Par exemple, vous utilisez un métal d’apport en acier inoxydable pour essayer de faire tenir un joint afin qu’il résiste à la fissuration pendant un certain temps », explique-t-il.

M. Mitchell se rappelle que la zone la plus vaste qu’on a dû « chauffer et clôturer » mesurait environ la moitié d’un acre. « Nous avions été forcés de fermer l’une des usines d’hydrotraitement au beau milieu de l’hiver en raison d’une situation d’urgence. Des échafaudages avaient alors été montés tout autour de la zone, qui avait ensuite été recouverte et chauffée afin de faire fondre la glace et créer un environnement de travail sûr autour de l’équipement endommagé. Dans ce dernier cas, il s’agissait de dommages importants, mais il nous a fallu seulement 60 jours pour exécuter les réparations et remettre l’usine en état de fonctionnement », a-t-il déclaré.

Si la tâche consiste parfois à élever les températures, il arrive parfois que les températures plus basses sont accueillies avec joie. M. Mitchell a expliqué que lorsque le soudeur travaille dans des conditions de température élevée, son confort est d’une importance capitale. « De plus, a-t-il confié, il existe certains défis métallurgiques. En effet, nous soudons dans des températures de préchauffage très élevées. Nous essayons donc de réduire au minimum l’effet de la zone affectée par la chaleur qui pourrait dégrader les propriétés de la soudure, surtout pour les métaux de base comportant des aciers faiblement alliés. Cela peut se justifier d’un point de vue technique si vous faites une réparation temporaire. Cependant, la plupart ne sont pas temporaires. Autant que possible, nous tenons à ce que la réparation soit permanente. »

Selon M. Mitchell, environ 80 p. 100 du soudage effectué à Syncrude relève du domaine minier. Le plus gros de ce soudage correspond au rechargement et à la remise en état du matériel d’exploitation minière. Le reste consiste en une combinaison de soudage de l’équipement structurel et du matériel à pression dans les trois autres secteurs d’exploitation de l’entreprise.

« Les défis entourant le rechargement sont surtout d’ordre économique. Avec le soudage du matériel utilisé pour l’exploitation minière, un coût de soudage vient s’ajouter au coût lié au temps d’arrêt du matériel. Nous avons amélioré de beaucoup le rendement du matériel réparé par rechargement et la productivité au chapitre des revêtements.

« Lorsque Syncrude en était à ses premières armes, les dents des godets des pelles à benne traînante se déformaient au bout de huit heures environ. Ces dents étaient alors remplacées par de nouvelles et envoyées à l’atelier pour y être soudées », a précisé M. Mitchell. Au cours des cinq premières années d’exploitation, de nombreuses améliorations ont été apportées. « Nous disposons maintenant de dents qui durent beaucoup plus que quelques heures. Elles résistent pendant des centaines d’heures, elles sont plus faciles à retirer et elles ont la forme appropriée pour le creusage », a-t-il ajouté.

« Un autre défi entoure le matériel d’exploitation minière. En effet, il est reconnu pour sa grande prédisposition à la fissuration par fatigue. Nous avons été en mesure de combattre les défaillances attribuables à la fatigue grâce au profilage, en ayant recours à un métal d’apport à la soudure à haute résistance ou en modifiant les joints complètement. »

M. Mitchell a précisé que les ingénieurs et les chercheurs de Syncrude travaillent d’arrache-pied afin de concevoir de meilleurs procédés dans les trois principaux domaines suivants :

• matériaux de revêtement et de rechargement;
• soudage du métal de base affecté par le niveau de service;
• travaux de soudage sous tension.

M. Mitchell a fait remarquer que, bien que certaines des recherches soient effectuées à Syncrude, l’entreprise fait appel à son vaste réseau industriel pour partager et acquérir l’information.

Le rechargement sert à résister à l’abrasion ou à l’érosion élevée qui touche l’équipement au sol. Les recherches de Syncrude portant sur les matériaux résistant à l’abrasion s’appliquant au revêtement sont en grande partie menées dans son Centre de recherches d’Edmonton, de concert avec les services d’exploitation minière et d’extraction de Syncrude. Dans certains cas, les activités du volet recherches et développement sont réalisées à l’extérieur de l’entreprise par l’entremise de projets conjoints parrainés par l’industrie.

Pendant le cycle de transformation, le minerai est extrait du sol, puis transporté par camion vers un concasseur et ensuite un crible ou tamis. Le crible est en fait une plaque trouée. Afin que les concasseurs et les cribles durent plus longtemps, dans les deux cas on leur applique un revêtement par soudage ou par fusion. Les revêtements par soudage consistent en des couches métalliques soudées directement sur le substrat. Le procédé de soudage à haute température forme une liaison moléculaire avec le métal de base, alliant essentiellement le revêtement et le substrat à l’interface. Il en résulte un revêtement durable offrant une excellente résistance à l’usure par gougeage d’intensité élevée.

Le procédé de rechargement par projection et fusion constitue un développement assez récent. Le processus de fusion donne lieu à des niveaux de chaleur élevés dans la pièce, semblables aux températures de brasage ou supérieures à celles-ci (de 1600 à 2000 °F environ). L’ouvrage devant faire l’objet d’un revêtement doit pouvoir résister à de hauts niveaux de chaleur sans aucun risque de déformation. Comme pour tout procédé où deux métaux sont structurellement liés, il faut tenir compte de la compatibilité des métaux. Certains matériaux ne font pas bon ménage avec d’autres. De plus, les coefficients d’expansion du substrat et du revêtement doivent être semblables pour éviter la fissuration et le gauchissement lorsque les pièces refroidissent.

Selon Mitchell, dernièrement Syncrude a déployé beaucoup d’efforts pour étudier l’utilisation du carbure de tungstène comme mode de rechargement amélioré. Une pièce revêtue de carbure de tungstène peut s’adapter aux conditions d’usure les plus intenses. Elle peut résister à une chaleur extrême tout en résistant à l’abrasion. « Nous mettons toujours à l’essai des innovations faisant appel au carbure de tungstène et nous tentons de les améliorer dans la mesure du possible », a-t-il confié. Les recherches de Syncrude portant sur le carbure de tungstène se sont étendues pour englober une initiative de l’industrie en collaboration avec d’autres entreprises et ont fait appel à la participation de divers organismes, dont le Conseil national de recherches du Canada, et de chercheurs universitaires. Nous partageons pas mal d’information et, en retour, nous bénéficions largement de ces initiatives conjointes au sein de l’industrie », a déclaré M. Mitchell.

Le soudage de matériaux affectés par le niveau de service constitue un autre défi pour les activités de Syncrude. Dans certains cas, les matériaux à souder ont subi des altérations. Les plus courantes de ces dégradations tiennent à la corrosion, à la fragilisation par l'hydrogène et au degré de service à haute température, qui peuvent tous se traduire par un certain nombre de changements structuraux dans le matériau. « Les pratiques de soudage normales ne s’appliquent pas », a expliqué M. Mitchell. « Vous devez comprendre le matériau et le mécanisme des dommages. Lorsque le soudage s’impose, le procédé peut devenir un exercice parmi tant d’autres, tous aussi différents les uns que les autres. »

M. Mitchell a fait remarquer qu’il est facile de trouver des exemples de défis entourant des matériaux affectés par le degré de service. « Nous possédons des appareils à pression qui ont plus de 25 ans. Mentionnons à titre d’exemple le soudage des aciers faiblement alliés qui ont été assujettis à un service à haute température tout ce temps. Les propriétés de l’acier sont altérées au point où il ne répondrait plus aux spécifications originales du matériau. Il faudrait donc en tenir compte dans la réparation par soudure et, dans la plupart des cas, l’exigence en matière de soudure du code de construction original ne pourra être observée. »

La construction originale de l’usine de Syncrude exigeait que certains aciers répondent à l’essai de ténacité réalisé à -50 °F. À l’époque, certains fabricants d’acier se conformaient à cette exigence en augmentant le contenu en manganèse jusqu’au maximum permis, d’autres éléments tels que le carbone étant également employés en quantité abondante. Cela augmentait considérablement l’équivalent en carbone de ces aciers et, si vous appliquez le procédé de soudage normal, vous élevez du même coup la menace de fissuration à froid. Les aciers hautement résistants peuvent maintenant être obtenus sur le marché bas de gamme pour les équivalents en carbone. M. Mitchell a déclaré que cela a joué en leur faveur.

Un autre défi se présente lorsque le matériau a été aminci en raison de la corrosion ou de l’érosion. D’après M. Mitchell, dans un tel cas, la préparation de la surface prend toute son importance et on procède alors au sablage ou au broyage. « Dans le cas où le matériel corrodé est chargé d’hydrogène, on a recours à des procédés de présoudage comme le dégazage thermique (étuvage) ou à l’augmentation du préchauffage. Cependant, fait-il remarquer, on doit faire preuve de prudence dans l’emploi de ces procédés. Il faut faire attention avec le préchauffage. Tout dépend du soudage utilisé. Certains hydrogènes toujours présents dans le métal de base peuvent migrer vers la soudure si la température de préchauffage est trop élevée. Une trop grande quantité d’hydrogène peut entraîner la fissuration. Dans des applications critiques, des procédés de soudage à très basse teneur en hydrogène sont employés. Le soudage le plus efficace s’effectue à la plus basse température de préchauffage pouvant être tolérée. De plus, nous veillons au maintien de la température de soudage pendant un certain temps, en général deux heures. » Plusieurs de ces techniques sont prescrites par le code d’inspection du National Board à l’égard du matériel en service.

Le troisième aspect qui pose des difficultés est lié au soudage d’entretien, aussi connu sous le nom de soudage sous tension. Il s’agit ici de l’entretien de l’équipement alors qu’il est en service. « Lorsqu’une pièce d’équipement devient mince à un point critique, nous fixons souvent une autre enveloppe sous pression tout autour de la pièce. On lui donne pour nom ‘boîte d’étanchéité’ et son rôle est le même que celui de l’appareil à pression. L’équipement peut finir par se trouer, mais nous pouvons continuer de fonctionner. Nous en avons fixé sur à peu près tout, depuis les systèmes à vapeur jusqu’à la tuyauterie d’usage industriel de l’usine. La fixation des boîtes d’étanchéité demande une conception avec le plus grand soin et le plus haut degré de compétences de la part du soudeur, qui doit contrôler la profondeur de pénétration tout en composant parfois avec des températures de préchauffage élevées ou tout en soudant malgré les vibrations du matériel », ajoute M. Mitchell. « Par exemple, si la conduite de vapeur fuit et que nous pensons pouvoir installer en toute sécurité une boîte d’étanchéité, nous ferons appel à nos ateliers pour préfabriquer la boîte d’étanchéité. Elle est en général installée en deux moitiés, que nous ajustons par-dessus l’endroit de la fuite. La vapeur ou les gaz qui s’échappent sont évacués à l’aide d’un ajutage et d’une vanne. On obture la boîte d’étanchéité en la soudant et la vanne est ensuite fermée. »

Chaque jour amène de nouveaux défis en matière de soudage. M. Mitchell en aurait long à raconter, mais un événement en particulier vaut la peine d’être décrit. « Pendant la réparation d’un tuyau de sortie d’un appareil de reformage du méthane à la vapeur, nous avons constaté que lorsque nous essayions de le souder, le tuyau se fissurait immédiatement. Il avait été en service pendant trois ans avant les réparations. Les raccords fortement alliés étaient devenus altérés sur le plan métallurgique et le soudage s’était accompagné de fissures en raison de la liquation. Ce qui se produit c’est que, pendant le soudage, une partie du métal de base adjacente à la zone de soudure fond, s’ouvre et laisse une fissure. Lorsque la soudure se solidifie, elle est solide mais le matériau adjacent est fissuré », explique-t-il. « Nous disposons d’un laboratoire métallurgique sur place et nous avons pu détecter cette faille dans un délai de deux jours environ. Le laboratoire a proposé un procédé de traitement thermique qui ‘conditionnerait’ l’extrémité du tuyau que nous tentions de souder. À l’époque (en 1991), nous ne savions pas ce qui causait cette fissuration par liquation. Notre laboratoire métallurgique maison nous a été d’un grand secours. L’industrie a compris depuis à quoi nous avions affaire, mais nous comptons parmi les premiers à avoir signalé ce phénomène dans le cas de ces alliages. Depuis lors, nous avons partagé cette information avec bon nombre d’intervenants de l’industrie. »

En écoutant les propos de M. Mitchell, il ne fait aucun doute que le soudage à Syncrude n’est pas fait pour les petites natures ni pour ceux qui aspirent à un travail routinier. Il n’est pas facile d’embaucher des soudeurs, car l’entreprise fait face à la même pénurie de main-d’œuvre qui frappe la plupart des industries. Un partenariat a été conclu avec le collège Keyano, à Fort McMurray, pour tester le rendement des soudeurs, permettant ainsi à ces derniers de pratiquer différents procédés et méthodes.

Quant aux soudeurs déjà au service de Syncrude, les défis qu’ils rencontrent au quotidien leur permettent d’apprendre quelque chose de nouveau tous les jours.