Formula per il trattamento termico post-saldatura

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un trattamento di distensione volto a ridurre le tensioni residue in prossimità delle saldature. La maggior parte delle norme di riferimento richiede l’esecuzione di trattamenti PWHT localizzati al fine di prevenire la formazione di cricche da fatica negli impianti di tubazioni di processo.

Per determinare le condizioni ottimali per il trattamento termico post-saldatura (PWHT) locale, è stato implementato un disegno fattoriale completo a tre fattori. Le variabili esaminate includevano:

Temperatura

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) non deve mai superare la temperatura di tempra del materiale in lavorazione e qualsiasi tentativo in tal senso deve essere verificato mediante prove meccaniche, al fine di dimostrare che la resistenza del materiale non sia scesa al di sotto dei valori specificati per quel tipo di acciaio. Pertanto, il trattamento termico post-saldatura deve essere effettuato all’interno delle aree definite dalle norme specifiche che regolano tale trattamento, quali le zone di mantenimento, le zone riscaldate o le fasce di controllo del gradiente.

Per ottenere risultati ottimali dal trattamento termico post-saldatura (PWHT), i pezzi da trattare devono essere sostenuti durante il periodo di mantenimento da cavalletti interni ed esterni, sagomati in modo da adattarsi alla loro forma e posizionati a intervalli regolari lungo il loro perimetro. Questa fase è particolarmente importante nel caso di recipienti a pressione soggetti a forze interne ed esterne che causano espansione e contrazione.

Pressione

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) viene utilizzato per alleviare le tensioni residue che, altrimenti, si sommerebbero alle sollecitazioni di carico superando i limiti di progetto del materiale, con il rischio di causare il cedimento della saldatura, la corrosione sotto sforzo o fratture fragili. Il PWHT riduce tali tensioni riscaldando e raffreddando il metallo saldato a una velocità controllata, al fine di alleviarle.

A seconda del tipo di acciaio da trattare, esistono vari metodi di PWHT, che possono includere la ricottura, la normalizzazione, il tempra e la distensione. Nella scelta del metodo più appropriato in base alla composizione chimica o all’applicazione prevista (ad esempio, recipienti a pressione o tubazioni), è fondamentale disporre di attrezzature e impianti adeguati con temperature di mantenimento correttamente controllate, nonché di misure di garanzia della qualità e di velocità di riscaldamento e raffreddamento appropriate, al fine di ottenere risultati all’altezza delle aspettative.

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) può essere richiesto dalle norme quando i materiali saldati superano una determinata soglia di spessore; tuttavia, la sua necessità potrebbe anche essere stabilita sulla base di un’analisi microstrutturale o della suscettibilità alla criccatura da corrosione sotto sforzo.

Un corretto utilizzo del PWHT è fondamentale per prevenire cedimenti delle saldature e altri difetti nelle strutture saldate. Il PWHT può aumentare la tenacità, migliorare la duttilità e ridurre il rischio di fessurazione durante l'utilizzo; tuttavia, se il PWHT viene applicato troppo rapidamente o in modo incontrollato, questi effetti potrebbero invertirsi, causando il cedimento prematuro delle strutture.

Velocità di trasferimento del calore

Il trasferimento di calore tra i materiali dipende dalle loro proprietà; ad esempio, il metallo conduce l’energia termica in modo più efficiente rispetto alle lastre di plastica o al legno. Pertanto, le lastre di metallo trasferiranno più calore all’ambiente circostante rispetto alle loro controparti in plastica, a causa della differenza di temperatura DT tra gli ambienti caldi e freddi e dello spessore dei materiali utilizzati.

I metodi di PWHT utilizzati possono influire sia sulla velocità di riscaldamento che su quella di raffreddamento dei componenti, in particolare dei serbatoi. Se si utilizza questo processo con i serbatoi, è necessario fornire un supporto durante il PWHT per evitare deformazioni eccessive; ciò può comportare il posizionamento, a intervalli regolari durante il processo di PWHT, di cavalletti realizzati appositamente per essi oppure l’utilizzo di un forno fisso permanente che carica i componenti su pianali su ruote tramite carrelli, oppure di un forno temporaneo allestito in loco per il processo di PWHT.

Le norme tecniche prevedono che l'area di saldatura dei componenti sia suddivisa in diverse zone denominate "fasce di mantenimento", "fasce di riscaldamento" e "fasce di controllo del gradiente". All'interno delle fasce di controllo del gradiente vengono installati isolanti termici o elementi riscaldanti aggiuntivi al fine di mantenere un gradiente di temperatura assiale accettabile tra la temperatura di saldatura e la temperatura ambiente; a tal fine vengono utilizzate, rispettivamente, tecniche di riscaldamento per convezione e per irraggiamento.