Trattamento termico post-saldatura (PWHT)

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un processo integrale che riduce le tensioni residue di saldatura e minimizza la frattura fragile. A seconda dei requisiti del progetto, il PWHT può anche essere obbligatorio secondo i codici e le normative sulla saldatura.

I processi PWHT possono richiedere tempo e manodopera e necessitano di attrezzature e strutture specializzate, nonché di rigorose misure di garanzia della qualità.

Ricottura

La ricottura è uno dei trattamenti termici più utilizzati. Questa tecnica consiste nel riscaldare un pezzo ad alta temperatura prima di raffreddarlo di nuovo lentamente, consentendo agli atomi del metallo di riorganizzarsi, alleggerendo le tensioni e ripristinando la duttilità. La ricottura è una fase importante del PWHT che riduce il rischio di cricche o fratture durante i successivi processi meccanici; inoltre, è spesso necessaria per alcuni progetti nei settori (petrol)chimico, della costruzione di caldaie e dell'industria offshore.

La ricottura può anche migliorare le proprietà fisiche delle zone termicamente interessate dalla saldatura (ZTA). Durante la saldatura, i materiali fusi si solidificano su entrambi i lati del cordone di saldatura, lasciando aree vulnerabili alla corrosione e suscettibili di fratture e fragilità. Abbassando il punto di fusione attraverso la ricottura, la ricottura riduce notevolmente questi problemi.

La ricottura di distensione viene utilizzata per alleviare le tensioni interne causate dalla lavorazione a freddo e dai cicli termici in fusioni di grandi dimensioni, parti saldate e pezzi formati a freddo. Questo metodo prevede un riscaldamento preciso fino alla temperatura desiderata, prima di avviare un processo di raffreddamento lento che ne controlla la velocità.

La ricottura di ricristallizzazione (RCA) è una tecnica che favorisce la formazione di grani non danneggiati all'interno della struttura di una lega riscaldandola al di sopra della sua temperatura critica e poi raffreddandola lentamente; i grani deformati vengono sostituiti da nuovi grani non deformati, diminuendo così la durezza del metallo e aumentando la riduzione della durezza. La ricottura di ricristallizzazione può anche contribuire a perfezionare la microstruttura e la dimensione dei grani dei materiali, riducendo ulteriormente la durezza e affinando contemporaneamente la microstruttura.

Normalizzazione

Durante i processi di saldatura si verificano gradienti di temperatura tra l'area di saldatura e il materiale circostante, con conseguente accumulo di tensioni residue che, combinate con le sollecitazioni di carico, possono causare cedimenti della saldatura e cricche da tensocorrosione. Il PWHT allevia queste tensioni residue, migliorando la tenacità e la duttilità dei materiali saldati e aumentando la loro resistenza alle cricche, come richiesto dalla maggior parte dei codici e delle specifiche per recipienti a pressione e tubazioni.

La normalizzazione è una forma di trattamento termico in cui il metallo viene riscaldato alla sua temperatura critica prima di essere raffreddato in aria calma, producendo perlite, martensite e ferrite durante il raffreddamento, aiutando a mantenere la tenacità dopo il raffreddamento, riducendo la distorsione e aumentando la resistenza. La normalizzazione è particolarmente consigliata per gli acciai esposti a livelli elevati di sale o agli agenti atmosferici, in quanto li protegge dalle cricche da tensocorrosione.

Il PWHT dipende da diversi fattori, tra cui la composizione chimica e lo spessore del materiale. Alcuni codici lo richiedono solo se lo spessore supera un valore specifico; in altri casi è necessario a causa della suscettibilità del materiale alle cricche indotte dall'idrogeno; il trattamento termico locale post-saldatura può spesso essere eseguito riscaldando una fascia anulare che circonda il cordone di saldatura.

Controllo della temperatura

Con il procedere della saldatura, si sviluppano gradienti di temperatura tra la saldatura e il materiale madre che possono raggiungere livelli inaccettabili, portando a cricche indotte da idrogeno (HIC) o a cricche da corrosione sotto sforzo (SCC). La PWHT può contribuire ad alleviare tali tensioni e a migliorare la resistenza alla corrosione dei componenti saldati.

La PWHT consiste nel riscaldare il materiale saldato a temperature inferiori alla temperatura di trasformazione iniziale e nel raffreddarlo gradualmente, con l'obiettivo di alleviare le tensioni interne e creare strutture metalliche più omogenee, riducendo contemporaneamente la durezza e migliorando le proprietà meccaniche.

È necessario prestare attenzione alla definizione e al controllo delle tolleranze di temperatura PWHT, del tempo di permanenza in temperatura e delle velocità di riscaldamento, al fine di ridurre al minimo gli effetti negativi quali infragilimento da tempra, sovramorbidimento, cricche da riscaldo e distorsione. Inoltre, le temperature PWHT non devono superare i limiti specificati nelle specifiche di qualificazione dei procedimenti di saldatura.

La PWHT può essere una parte intricata e lunga del processo di saldatura, che aggiunge complessità e costi alle tempistiche e ai costi del progetto. Sebbene sia difficile da controllare e richieda alti livelli di abilità per ottenere risultati ottimali, un monitoraggio o un controllo di qualità insufficiente potrebbe portare a risultati inferiori, aumentando ulteriormente i costi e le tempistiche. Inoltre, i ripetuti cicli di riscaldamento/raffreddamento possono causare affaticamento termico in alcune leghe, riducendone significativamente la durata di vita; il regolatore di temperatura PWHT a 6 zone Ramp/Soak di Libratherm può contribuire ad alleviare tali preoccupazioni mantenendo temperature appropriate durante l'intero processo di trattamento termico.

Monitoraggio

Il monitoraggio è un elemento integrante di qualsiasi intervento, progetto o politica. Aiuta a identificare le sfide e a informare il processo decisionale, assicurando che gli interventi siano attuati correttamente e raggiungano i risultati desiderati. Il monitoraggio richiede la raccolta di dati per tutta la durata di un programma o di una politica per garantirne il successo.

L'assemblaggio può essere un compito estenuante e dispendioso in termini di tempo per i progetti su larga scala. Anche trovare personale qualificato per gestire questo processo può rivelarsi impegnativo. Inoltre, i cicli di riscaldamento e raffreddamento possono danneggiare alcuni materiali se non vengono monitorati; ciò potrebbe causare distorsioni o deformazioni dei componenti saldati, compromettendone l'accuratezza dimensionale o l'integrità strutturale e rendendo necessarie ulteriori ispezioni e riparazioni per ripristinare il corretto funzionamento delle apparecchiature.

Le procedure PWHT possono contribuire ad alleviare questi problemi e a ridurre al minimo il rischio di guasti nelle apparecchiature a pressione, migliorando la resistenza alle cricche da tensocorrosione, riducendo il rischio di distorsione e prolungando la longevità delle apparecchiature. Il trattamento PWHT è essenziale negli oleodotti, nelle centrali nucleari e in altri ambienti in cui i materiali di saldatura sono esposti a temperature elevate e ad ambienti ricchi di corrosione - tra cui oleodotti e gasdotti, centrali nucleari e molte applicazioni in cui i materiali di saldatura possono essere esposti a temperature elevate e ad ambienti ricchi di corrosione - come oleodotti e gasdotti, caldaie e attrezzature di ingegneria fabbricazioni offshore. Molti settori industriali utilizzano la PWHT secondo gli standard industriali di fabbricazione; tra gli esempi vi sono le fabbricazioni dell'industria petrolifera e del gas che utilizzano le procedure PWHT, tra cui le fabbricazioni dell'industria petrolifera e del gas, mentre altri impiegano standard specifici che ne richiedono l'inclusione nelle fabbricazioni, come le industrie petrolifere e del gas che utilizzano gli standard di fabbricazione PWHT e che devono utilizzare la PWHT quando fabbricano materiali saldati, come le caldaie dell'industria aerospaziale e le attrezzature, le fabbricazioni tecniche, ecc.