Che cos'è il trattamento termico post-saldatura?

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un componente integrale di molti settori industriali regolamentati da codici industriali come l'ASME. Il PWHT garantisce una progettazione sicura con proprietà meccaniche e metallurgiche ottimali per determinati gradi e spessori di materiale per soddisfare la sicurezza del progetto.

La PWHT è necessaria a causa delle tensioni residue e delle modifiche microstrutturali causate dalla saldatura, che superano i limiti di progetto e potrebbero causare cedimenti strutturali.

Che cos'è il trattamento termico post-saldatura?

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un processo di trattamento termico progettato per alleviare le tensioni residue introdotte dalla saldatura. Il PWHT serve anche a temprare o invecchiare l'area di saldatura (ZTA), rendendo il PWHT una componente integrante dei processi di fabbricazione, ma deve essere eseguito con precisione per ottenere la massima efficacia; un'esecuzione impropria potrebbe causare distorsioni, infragilimento da tempra, eccessivo rammollimento e persino effetti di criccatura se eseguita in modo non corretto.

Utilizzata principalmente per alleviare le tensioni dalle saldature, la PWHT prevede il riscaldamento dell'area saldata a temperature inferiori alla sua temperatura critica di trasformazione e il mantenimento di questa temperatura per un periodo prolungato. Ciò consente di alleviare le tensioni residue create durante la saldatura e di prevenire la frattura fragile.

La PWHT può essere utilizzata anche per la normalizzazione, che consiste nel diminuire la presenza di martensite e di strutture a grano equilatero all'interno di un'area di saldatura, al fine di migliorare la duttilità e la resistenza alla trazione della zona di saldatura.

La normalizzazione è solitamente vantaggiosa solo per le applicazioni di saldatura che presentano forme piccole e semplici, come quelle presenti nei recipienti a pressione, a causa del rischio di deformazione o instabilità catastrofica. Il PWHT per la normalizzazione deve essere condotto con attenzione per evitare questa situazione, con temperature e tempi accuratamente controllati durante questo processo.

Perché il trattamento termico post-saldatura è importante?

La saldatura è un processo integrale utilizzato in diversi settori industriali come quello petrolifero e del gas, petrolchimico, aerospaziale e altri ancora. Purtroppo, la saldatura può creare tensioni residue che indeboliscono i materiali nel tempo e li rendono più soggetti a carichi dinamici; ecco perché il trattamento termico post-saldatura è una fase essenziale.

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un processo innovativo utilizzato per ridurre in modo significativo lo stress termico creato durante la saldatura. Lo stress termico si verifica a causa dei rapidi sbalzi di temperatura che si verificano durante la saldatura e che, se non controllati, possono causare saldature dure e fragili e cricche da idrogeno. Il PWHT aiuta a minimizzare questi problemi riscaldando lentamente le aree di saldatura per un periodo di tempo prolungato, prima di raffreddarle lentamente al termine del trattamento.

Esistono diversi trattamenti termici post-saldatura che possono essere impiegati per ridurre le tensioni residue nei materiali saldati; uno di questi metodi è la ricottura, che prevede il riscaldamento e il raffreddamento graduale delle aree saldate per alleviare le tensioni e migliorare le proprietà meccaniche. La normalizzazione è un altro approccio efficace, in particolare quando si è esposti a livelli elevati di corrosione o di esposizione al sale; il riscaldamento della saldatura alla sua temperatura massima prima di raffreddarla gradualmente aiuta a ridurre la distorsione e ad aumentare la resistenza della saldatura.

Come viene eseguito il trattamento termico post-saldatura?

Il PWHT (Process for Weld Heat Treating) prevede cicli di riscaldamento e raffreddamento che alterano le proprietà fisiche e chimiche del metallo, per modificarne le proprietà fisiche e chimiche e quindi alterare le tensioni residue all'interno di una saldatura per ridurle o ridistribuirle, diminuendo il rischio di frattura fragile e diminuendo la quantità di diluizione, migliorando la duttilità. Esistono vari metodi a seconda del tipo di saldatura da trattare.

Il processo più utilizzato è la ricottura, che consiste nel riscaldare l'area di saldatura al di sotto della temperatura di trasformazione per un determinato periodo di tempo al fine di ridurre le tensioni residue nella saldatura e ripristinare la resistenza e la qualità del materiale. Altre tecniche, come il rinvenimento e l'invecchiamento, possono ridurre la durezza e aumentare la duttilità.

Il PWHT può essere realizzato utilizzando forni o un sistema a induzione con bobina e campo magnetico che genera calore nel metallo che poi si trasferisce nell'area di saldatura.

La scelta del PWHT dipende dai requisiti del progetto, tra cui la composizione del materiale e le condizioni di servizio. Quando si scelgono le temperature di riscaldamento/raffreddamento per i sistemi PWHT, è necessario osservare le migliori pratiche, poiché queste possono avere un effetto drammatico sui risultati finali del processo.

Quali sono i vantaggi del trattamento termico post-saldatura?

Il PWHT consente di migliorare la distribuzione delle tensioni, riducendo il rischio di fratture. Inoltre, questo processo incoraggia le trasformazioni di fase all'interno del materiale per affinare le strutture dei grani per una maggiore resistenza e duttilità e contribuire a mitigare i problemi di cricca indotta dall'idrogeno o di corrosione che ne derivano.

La PWHT può essere ottenuta in diversi modi, tra cui ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento. Ciascun metodo offre vantaggi e svantaggi; è quindi importante selezionarne uno adatto al compito da svolgere. Inoltre, la regolazione della temperatura durante il trattamento termico deve essere gestita in modo appropriato; una temperatura troppo alta potrebbe danneggiare i materiali, mentre una temperatura troppo bassa potrebbe non fornire uno scarico sufficiente delle tensioni.

Infine, quando si esegue la PWHT è indispensabile utilizzare attrezzature e strutture adeguate. Ciò include la disponibilità di coperte riscaldanti, generatori di elettricità e macchinari ausiliari. Inoltre, tutte le attrezzature e i materiali devono essere isolati per evitare l'esposizione accidentale a sostanze chimiche pericolose.

La PWHT offre numerosi vantaggi, come la riduzione dei costi di riparazione e la maggiore durata delle strutture saldate. Infatti, la PWHT riduce i tempi di inattività dovuti alle riparazioni o al ripristino e aumenta la produttività; inoltre, può migliorare la resistenza e la qualità di queste strutture, in modo che possano sopportare carichi più pesanti senza crollare.