L'importanza del trattamento delle saldature

Il trattamento delle saldature va oltre i semplici processi di saldatura: è una componente integrale della longevità delle apparecchiature, che allevia le tensioni interne, affina le strutture metalliche e aumenta le proprietà meccaniche per garantire affidabilità e prestazioni superiori.

La regolazione della temperatura è di fondamentale importanza per ottenere risultati ottimali. Senza di essa, una sovratemperatura può compromettere la resistenza e la durezza del metallo, mentre una sottotemperatura potrebbe causare maggiori tensioni residue, distorsioni e cambiamenti metallurgici indesiderati.

Preriscaldare

Il preriscaldamento è la pratica di applicare un calore controllato alle parti metalliche prima della saldatura, ad esempio con una fiamma libera, una torcia a gas o una bobina di riscaldamento a resistenza elettrica. Anche altre fonti possono fornire questo servizio.

Il preriscaldamento aiuta a prevenire le cricche da freddo rallentando la velocità di raffreddamento delle pozze di saldatura e del metallo base circostante, oltre ad allontanare l'umidità/idrogeno che potrebbe altrimenti contribuire alla formazione di cricche, a ridistribuire in modo più uniforme le sollecitazioni di solidificazione e ad allontanare l'umidità/idrogeno che potrebbe contribuire alla formazione di cricche da freddo nelle saldature.

Molte procedure di saldatura richiedono l'impostazione di una temperatura iniziale di preriscaldamento adatta a un particolare metallo base, processo di saldatura e spessore della sezione. Il mantenimento di questa temperatura durante la saldatura è fondamentale per produrre saldature con strutture metalliche duttili ed evitare cricche da idrogeno.

Molte leghe, come gli acciai che si induriscono per precipitazione, richiedono un trattamento termico post-saldatura per riacquistare le proprietà originali dopo la saldatura. Questo può comportare la ricottura in soluzione o l'invecchiamento artificiale; altri materiali possono richiedere solo trattamenti di normalizzazione dopo la saldatura; il tipo di trattamento è determinato dai requisiti del codice, dalle proprietà del materiale e dalle condizioni di servizio.

Interpass

La gestione della temperatura durante la saldatura interpass aiuta a prevenire le cricche e a migliorare la qualità della saldatura, in quanto garantisce temperature uniformi in tutta la zona di saldatura e vicine alla temperatura di preriscaldamento. In alcuni casi, può essere necessario utilizzare una torcia speciale con punta a bocciolo regolabile per una distribuzione ottimale della fiamma.

Le tipiche specifiche di procedura di saldatura specificano le temperature minime di interpass e i requisiti, che variano in base allo spessore della saldatura, che possono essere monitorati utilizzando pirometri digitali o matite indicatrici di temperatura come Tempilstik(r).

Il mantenimento di una temperatura di interpass costante contribuirà a ridurre al minimo le cricche da freddo accelerando la diffusione dell'idrogeno dal cordone di saldatura e consentirà alla lega di tornare più facilmente dall'austenite alla ferrite tra una passata e l'altra, migliorando la tenacità della saldatura e riducendo potenzialmente i requisiti del trattamento termico post-saldatura (PWHT) per le leghe che si induriscono per precipitazione; tuttavia, le leghe a soluzione solida e quelle resistenti alla corrosione richiedono spesso un trattamento termico post-saldatura che dovrebbe essere completato secondo le indicazioni di Haynes International.

Trattamento termico post-saldatura

Il trattamento termico post-saldatura aiuta a mitigare i rischi di frattura fragile e di cricche indotte dall'idrogeno, particolarmente diffusi in aree come gli oleodotti. Inoltre, i trattamenti termici post-saldatura contribuiscono a garantire proprietà meccaniche uniformi, a ridurre le distorsioni e a migliorare la durata a fatica nei carichi critici.

La saldatura introduce alti livelli di idrogeno in un materiale. Se la saldatura non viene riscaldata e raffreddata in modo efficace, l'idrogeno può diffondersi al di fuori dei suoi confini e causare infragilimento o cricche indotte da idrogeno (HIC). Il trattamento termico post-saldatura consente all'idrogeno di fuoriuscire in modo sicuro, riducendo così il rischio di HIC.

Il PWHT può essere utilizzato anche per migliorare la microstruttura delle zone di saldatura attraverso processi di rinvenimento e normalizzazione, migliorando la tenacità e la resistenza alla cricca da tensocorrosione, ad esempio, nei componenti in acciaio inossidabile. Le fotografie al SEM di campioni di NiTi saldati al laser mostrano come il trattamento termico produca precipitati più piccoli che aumentano la durata a fatica [102]. Il PWHT deve essere condotto con attenzione, per evitare distorsioni e distensione non uniforme, riscaldando e raffreddando gradualmente le zone di saldatura durante il trattamento [103,104].

Tempra

La tempra è il trattamento termico finale prima della saldatura. Questo processo raffredda rapidamente il metallo a temperature inferiori al punto di partenza della martensite, riducendo la resistenza alla tensione e migliorando la tenacità.

Le velocità di raffreddamento dipendono dal liquido di raffreddamento scelto; l'aria è un mezzo di raffreddamento popolare in quanto è economica, non infiammabile e offre velocità di raffreddamento elevate; tuttavia può causare distorsioni alle parti metalliche e non è adatta alla maggior parte delle leghe.

La tempra è una fase essenziale per ridurre le elevate tensioni residue nella zona di saldatura (ZTA) dei tubi saldati per fusione. Un aumento della concentrazione di tensioni residue aumenta il rischio di cricche da freddo e da fatica; per mitigare questo problema, il raffreddamento deve avvenire a una velocità ottimale per massimizzare gli elementi di lega disciolti in soluzione solida, riducendo al contempo al minimo la distorsione e le tensioni residue - ciò richiede sia un buon controllo del calibro sia una specifica di qualificazione della procedura di saldatura consolidata.