L'importanza del trattamento termico post-saldatura

La saldatura lascia tensioni residue che possono erodere le proprietà del materiale. Per ridurre queste tensioni e ripristinare le proprietà originali del materiale, può essere necessario un trattamento termico post-saldatura (PWHT).

La PWHT utilizza un profilo controllato di rampa-ammollo a temperature inferiori alla temperatura di trasformazione iniziale del materiale per riscaldare il materiale saldato in un'area nota come zona riscaldata, o banda di controllo del gradiente, che circonda una sezione non riscaldata che richiede un isolamento termico per ottenere un gradiente di temperatura accettabile.

Sollievo dallo stress

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è una parte fondamentale del processo di saldatura. Serve a ridurre le tensioni residue nei materiali saldati e ad aumentare le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione. Inoltre, il PWHT può aiutare a prevenire la criccatura da tensocorrosione di alcune leghe di acciaio; tuttavia, se eseguito in modo non corretto, potrebbe causare l'introduzione di difetti nel prodotto finito.

Le tensioni residue si sviluppano nelle strutture saldate quando il riscaldamento e il raffreddamento localizzati causano l'espansione e la contrazione dei metalli a ritmi diversi, provocando distorsioni, fratture fragili, riduzione delle proprietà meccaniche o qualsiasi combinazione delle due. Il trattamento termico post-saldatura (o distensione) contribuisce ad alleviare tali effetti riscaldando l'intera struttura a una temperatura di trasformazione critica inferiore per un periodo di tempo adeguato, che dipende dal tipo di materiale, dalla composizione e dai requisiti di temperatura, nonché dai tempi di immersione alle temperature di picco.

Il trattamento termico post-saldatura non solo riduce le tensioni residue, ma può anche ammorbidire le strutture saldate per facilitarne la lavorazione e ridurne i costi. Inoltre, questo processo contribuisce a rafforzare e prolungare la durata delle strutture saldate, un aspetto importante nelle applicazioni industriali e nella progettazione delle apparecchiature.

Resistenza alla corrosione

Le applicazioni nel settore petrolifero, del gas, petrolchimico e nucleare, in cui le apparecchiature sono esposte ad ambienti difficili, richiedono la massima resistenza alla corrosione; a tal fine è necessario eseguire un trattamento termico post-saldatura (PWHT) per ridurre le tensioni residue e migliorare le proprietà metallurgiche del materiale.

La saldatura è una componente integrale della produzione e della manutenzione di recipienti a pressione, tubi e altre strutture in vari settori industriali. Tuttavia, se eseguita in modo non corretto, può danneggiare le apparecchiature creando sollecitazioni indesiderate che, sommate alle sollecitazioni di carico, superano i limiti di progetto dei materiali, portando al cedimento della saldatura e a una maggiore suscettibilità alle cricche indotte dall'idrogeno. La PWHT offre una soluzione efficace per affrontare questi problemi, aumentando contemporaneamente la resistenza e la durata delle saldature.

La PWHT consiste nel riscaldare il materiale al di sotto della sua temperatura critica di trasformazione e nel mantenerlo a tale temperatura per un determinato periodo di tempo, al fine di produrre cambiamenti metallurgici e ridurre le tensioni residue che, a loro volta, consentono di ottenere strutture di saldatura più precise, una maggiore duttilità e un rischio ridotto di fratture fragili.

Oltre a ridurre le tensioni, la PWHT è essenziale anche per mantenere l'integrità delle leghe indurite per precipitazione dopo la saldatura. Queste leghe si affidano ai precipitati per bloccare le dislocazioni all'interno delle loro strutture cristalline e aumentare la resistenza e la durezza; la saldatura provoca cambiamenti in questi precipitati che potrebbero ridurre la resistenza o la durezza.

Proprietà meccaniche

Le alte temperature associate al trattamento termico PWHT possono deformare i componenti sagomati o di grande diametro, causandone la distorsione. Per attenuare questo problema, l'articolo sottoposto a PWHT deve essere adeguatamente supportato, utilizzando cavalletti di forma personalizzata che si adattino perfettamente al suo contorno, oppure più cavalletti identici posizionati a intervalli regolari intorno ad esso.

Il controllo dei tempi di immersione del metallo saldato e delle velocità di raffreddamento è fondamentale per evitare il surriscaldamento, che potrebbe causare la formazione di nuove tensioni nel materiale. Inoltre, i processi di riscaldamento possono indurre nei materiali cambiamenti di fase che migliorano le proprietà meccaniche: ad esempio, la ricottura può produrre strutture a grana più fine, con conseguente aumento della resistenza e della tenacità.

Molti codici e standard prescrivono il trattamento termico post-saldatura delle saldature proprio per questo motivo, al fine di ridurre il rischio di guasti dovuti a tensioni residue, aumentare la durata a fatica delle saldature, ridurre la suscettibilità alla cricca da tensocorrosione e proteggerle dalla cricca da tensocorrosione, soprattutto nel caso di tubazioni di processo o parti in pressione sottoposte a un funzionamento continuo.

Limitazioni delle apparecchiature

Il PWHT comporta il riscaldamento dell'acciaio a una temperatura estremamente elevata prima di raffreddarlo lentamente, il che può provocare distorsioni e deformazioni che ne compromettono la precisione dimensionale e l'integrità strutturale. Inoltre, il PWHT ritarda la formazione di cricche nei giunti saldati, rendendo difficile l'ispezione e aumentando il rischio di perdite, in quanto ritarda la riparazione delle cricche che si formano successivamente.

Il PWHT può essere un processo costoso, il che crea un incentivo economico per evitarlo quando possibile. Il riscaldamento e il raffreddamento di grandi gruppi di acciaio richiedono processi lunghi che potrebbero interrompere l'attività della linea di produzione; inoltre, l'uso significativo di energia contribuisce alle emissioni di gas serra e alle preoccupazioni ambientali; più cicli di PWHT nel corso della vita di un'attrezzatura a pressione possono aggravare ulteriormente questi impatti negativi.

Poiché il PWHT può causare distorsioni termiche in aree non esposte, non è sempre possibile eseguire il PWHT in modo efficace sulle attrezzature a pressione a causa delle dimensioni o della geometria. Inoltre, la distorsione termica causata dal PWHT può spostare le tensioni residue sui cordoni di saldatura, riducendo la resistenza e la tenacità nel tempo: le riparazioni in composito offrono un metodo alternativo per rafforzare le attrezzature a pressione senza dover ricorrere al trattamento termico post-saldatura.