Une tôle plaquée titane est une tôle d’acier dont une face est revêtue d’une couche de titane liée métallurgiquement. Le matériau de base en acier reprend la pression et les charges mécaniques ; la couche de titane, généralement de quelques millimètres seulement, résiste au fluide de procédé. L’acier plaqué titane offre la résistance à la corrosion du titane massif en milieu chloruré, en eau de mer et en acides oxydants, pour une fraction du coût matière. Il se calcule et se fabrique selon l’ASME Section VIII ou l’EN 13445 comme un appareil en acier classique.
Pourquoi la tôle plaquée titane est fabriquée par soudage par explosion
Le titane ne peut pas être soudé par fusion sur l’acier. En fondant ensemble, les deux métaux forment des composés intermétalliques titane-fer fragiles (TiFe, TiFe2) qui se fissurent sous charge. Le plaquage par laminage et le rechargement par soudage ne sont donc pas applicables au titane sur acier.
Le soudage par explosion lie les métaux à l’état solide : une détonation contrôlée projette la tôle de titane sur l’acier, l’impact nettoie les deux surfaces et les lie en une fraction de milliseconde, sans zone fondue ni intermétalliques. C’est pourquoi le plaquage par explosion est la méthode de référence pour fabriquer des tôles plaquées titane dans le monde entier. Shockwave réalise la liaison dans des chambres à vide, ce qui limite l’oxydation à l’interface et garantit une liaison homogène d’une tôle à l’autre.
Nuances de titane et matériaux de base
| Élément | Choix courant |
|---|---|
| Matériau de placage titane | Grade 1 (meilleure formabilité), Grade 2 (le plus courant), Grade 7 et Grade 11 (alliés au palladium, pour les acides réducteurs et la corrosion caverneuse), Grade 12 (allié Ni-Mo) |
| Spécification de la tôle de titane | ASME SB-265 / ASTM B265 |
| Matériau de base | SA516 Gr. 60/70, acier pour appareils à pression P265GH / P355, pièces forgées SA266 ou SA350 pour plaques tubulaires |
| Spécification de la tôle plaquée | ASME SB-898 (tôles plaquées en métaux réactifs et réfractaires) plus la spécification du client |
| Formats | Tôles planes, disques, plaques tubulaires et flans pour fonds ; tôles jusqu’à 60 m² et 50 tonnes |
La liste complète des matériaux de placage et de base que nous traitons figure sur la page combinaisons de matériaux pour tôles plaquées.
Normes et essais
L’ASME SB-898 impose un essai de cisaillement de la liaison sur chaque tôle plaquée, avec une résistance minimale de 137,9 MPa (20 ksi), ainsi qu’un contrôle par ultrasons de la liaison selon un niveau d’acceptation convenu. Chez Shockwave, chaque tôle de production fait en outre l’objet :
- d’un contrôle par ultrasons multiéléments automatisé de 100 % de la surface liée
- d’essais de cisaillement et de traction dans l’épaisseur sur un témoin poinçonné et tracé, également après cycles de traitement thermique simulés si spécifié
- d’essais de pliage, d’un PMI (XRF) et de contrôles de dureté
- d’une inspection par tierce partie ou société de classification sur demande (LR, DNV, ABS et autres)
Traitement thermique et fabrication
Comme le titane et l’acier réagissent à haute température, le traitement thermique après soudage (PWHT) des équipements plaqués titane est limité en température et en durée. Convenez du cycle de PWHT avec le fabricant de la tôle plaquée avant la commande, afin de qualifier la liaison sur des témoins ayant subi le même cycle.
Les viroles plaquées titane ne sont pas soudées en pleine épaisseur. La conception de joint habituelle :
- Retirer la couche de titane le long du joint et souder l’acier de base avec un mode opératoire standard pour acier au carbone.
- Placer une bande de remplissage en titane dans l’espace, puis souder par-dessus un couvre-joint en titane, uniquement sur le placage titane.
- Souder le titane sous protection gazeuse inerte complète (traînard et envers) pour éviter la fragilisation, et contrôler l’étanchéité des couvre-joints par des trous témoins.
Plus de détails dans comment souder des tôles plaquées.
Où utilise-t-on la tôle plaquée titane ?
- Usines de PTA et chimie : réacteurs, cristalliseurs et colonnes pour l’acide téréphtalique purifié, le chlore-alcali et d’autres procédés en milieu chloruré ou acide oxydant
- Échangeurs de chaleur : plaques tubulaires pour échangeurs refroidis à l’eau de mer et condenseurs de centrales à tubes en titane
- Dessalement : composants d’évaporateurs et d’échangeurs en service eau de mer
- Métallurgie extractive : autoclaves et appareils des procédés hydrométallurgiques
- Joints de transition : le titane est également utilisé dans des joints de transition comme Inox-Triplate® et CryoClad®
Tôle plaquée titane ou titane massif ?
Le titane massif est le choix le plus simple pour les équipements à paroi mince. Dès que l’épaisseur augmente (haute pression, grand diamètre ou plaques tubulaires épaisses), la tôle plaquée titane devient nettement plus économique, car seule la couche en contact avec le fluide est en titane et la résistance est assurée par l’acier. Les équipements plaqués peuvent en outre être calculés avec les contraintes admissibles plus élevées de l’acier, et les accessoires et supports se soudent côté acier avec des modes opératoires standard.
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Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’une tôle plaquée titane ?
Une tôle d’acier dont une face est revêtue d’une couche de titane liée métallurgiquement, généralement par soudage par explosion. L’acier reprend les charges, le titane résiste à la corrosion.
Peut-on souder du titane sur de l’acier ?
Pas par soudage par fusion : le titane et le fer forment des composés intermétalliques fragiles. Le titane est lié à l’acier à l’état solide par soudage par explosion, procédé de fabrication des tôles plaquées titane.
Quelle norme couvre la tôle plaquée titane ?
L’ASME SB-898 (ASTM B898) couvre les tôles plaquées en métaux réactifs et réfractaires, dont le titane sur acier. Elle exige une résistance au cisaillement de la liaison d’au moins 137,9 MPa (20 ksi) et un contrôle par ultrasons de la liaison.
Quelles nuances de titane utilise-t-on pour le placage ?
Surtout le titane non allié Grade 1 et Grade 2. Les Grades 7, 11 et 12 sont choisis lorsqu’une meilleure résistance aux acides réducteurs ou à la corrosion caverneuse est nécessaire.
La tôle plaquée titane peut-elle être traitée thermiquement ?
Oui, mais la température et la durée du traitement thermique après soudage sont limitées pour protéger la liaison. Convenez du cycle de PWHT avec le fabricant afin que la liaison soit testée après un cycle simulé.
À quoi sert la tôle plaquée titane ?
Réacteurs et colonnes des usines de PTA et de chlore-alcali, plaques tubulaires d’échangeurs et de condenseurs refroidis à l’eau de mer, équipements de dessalement et autoclaves de la métallurgie extractive.
Rédigé par Joeri Hofstede, PDG de Shockwave Metalworking Technologies — spécialistes du soudage par explosion sous vide depuis 1985.