Lo scopo della PWHT

Molti settori industriali rispettano codici e normative rigorosi in materia di PWHT per i componenti saldati utilizzati in condutture, centrali nucleari o altre applicazioni industriali. La PWHT assicura che i componenti saldati possano resistere a livelli elevati di pressione e corrosione - come quelli che si verificano durante il trasporto di petrolio e gasdotti attraverso tubazioni in pressione o reattori nucleari - garantendo così la loro durata di vita.

Il trattamento termico post-saldatura consiste nel riscaldare il materiale a una temperatura adeguata per una durata appropriata, al fine di alleviare le tensioni residue, migliorare la microstruttura e aumentare la tenacità e la duttilità.

Riduce le tensioni residue

Le alte temperature e il rapido raffreddamento che si verificano durante la saldatura possono provocare la formazione di tensioni nella zona saldata e nella zona termicamente alterata (ZTA), portando potenzialmente alla distorsione, alla fessurazione e infine al cedimento delle strutture in acciaio. Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) aiuta ad alleviare queste tensioni residue per aumentare la resistenza del materiale delle strutture.

La PWHT riduce le tensioni residue nelle saldature di circa 30-35% grazie alla ridistribuzione delle tensioni termiche durante il ciclo di raffreddamento, anche se queste non possono raggiungere lo zero finché esistono cicli di fatica nella saldatura.

Esistono diverse tecniche per rilevare le tensioni residue nei componenti. Questi metodi includono tecniche di foratura, imaging a neutroni o a raggi X e analisi a elementi finiti (FEA). L'FEA può rivelarsi particolarmente utile per ottimizzare le procedure PWHT, prevedendo le sollecitazioni residue che probabilmente supererebbero un'ispezione ECA.

Il PWHT è sempre più richiesto in vari settori industriali per i componenti strutturali in acciaio. Gli oleodotti e i gasdotti sono sottoposti a trattamento PWHT per aumentarne la tenacità e la resistenza alla corrosione al fine di sopportare condizioni ambientali difficili, mentre svolge un ruolo fondamentale nella costruzione di ponti e infrastrutture come le dighe. Il PWHT per i componenti in acciaio saldato offre molti vantaggi che contribuiscono a garantire strutture sicure e durature.

Migliora le proprietà meccaniche

Il trattamento termico post-saldatura è una fase fondamentale per ridurre al minimo la distorsione e migliorare le proprietà meccaniche delle saldature. Contribuisce a migliorare la microstruttura, rafforzandola e aumentando la forza/resistenza alla frattura fragile. Inoltre, il trattamento termico post-saldatura riduce le tensioni residue che si accumulano durante la saldatura e che potrebbero superare i limiti di progetto del materiale, portando a cedimenti della saldatura e a problemi strutturali.

La PWHT contribuisce ad aumentare la resistenza alla trazione e la durezza del metallo saldato, aumentando la dimensione dei grani, la duttilità e la riduzione della porosità, oltre a diminuire i tassi di porosità/permeabilità e ad aumentare la resistenza alla corrosione dei componenti del metallo saldato.

Sono stati condotti studi sugli effetti della PWHT sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di campioni di NiTi saldati al laser con trattamento PWHT. I campioni ricotti con strutture di ferrite presentavano valori più bassi di resistenza alla trazione e durezza, ma valori più elevati di duttilità e tenacità, mentre i campioni di martensite indurita mostravano i valori più alti di durezza ma più bassi di duttilità e tenacità.

Il Pwht è un requisito essenziale in molti settori, come quello delle tubazioni e dei recipienti a pressione, per garantire la sicurezza delle operazioni. Purtroppo, però, la sua applicazione richiede una formazione complessa per evitare problemi come l'infragilimento da tempra e l'eccessivo rammollimento. Anche le velocità di riscaldamento/raffreddamento devono essere gestite con attenzione, in modo da fornire uno scarico delle tensioni senza effetti collaterali negativi sulle prestazioni.

Rafforza la saldatura

La saldatura è una componente integrale della costruzione di strutture in acciaio, ma può causare distorsioni e alterare le proprietà del materiale, con conseguente distorsione e indebolimento della resistenza, aumentando potenzialmente la vulnerabilità in condizioni di carico dinamico e portando potenzialmente al cedimento delle strutture. Ingegneri e costruttori si rivolgono al trattamento termico post-saldatura (PWHT). A tal fine, gli ingegneri utilizzano il PWHT come efficace misura preventiva.

La PWHT aiuta a ridurre e ridistribuire le tensioni residue create durante i processi di saldatura, oltre a migliorare la microstruttura del materiale di base diminuendo la durezza e aumentando contemporaneamente la tenacità e la duttilità. Inoltre, può anche rimuovere l'idrogeno introdotto durante la saldatura per ridurre il rischio di cricche indotte da idrogeno (HIC).

Come ogni tecnica, anche la PWHT dipende da diverse variabili per il suo successo. La temperatura e i tempi di immersione devono essere gestiti con attenzione per evitare effetti dannosi come l'infragilimento da tempra e l'eccessivo rammollimento; anche il tempo trascorso alla temperatura di picco deve essere determinato in modo appropriato per alleviare le tensioni senza un'eccessiva crescita dei grani; anche la velocità di raffreddamento deve essere gestita in modo da non introdurre nuove tensioni residue; se eseguita in modo efficace, la PWHT può rafforzare in modo significativo le saldature e migliorarne le proprietà meccaniche.

Previene la corrosione

L'uso della PWHT si è dimostrato estremamente efficace nel proteggere da fenomeni di corrosione a lungo termine come la cricca da tensocorrosione e la vaiolatura in molti ambienti, spesso specificati dai codici per recipienti e tubi che sono suscettibili di tali guasti indipendentemente dalla composizione del metallo o dallo spessore delle pareti.

I ricercatori hanno anche scoperto che il pwht può prevenire la corrosione degli acciai per servizi acidi saldati, come il 12Cr6Ni2Mo e l'SMSS, in alcuni ambienti acidi, evitando i carburi ai bordi del grano che portano a una riduzione irreversibile della resistenza alla corrosione.

Si noti che il pwht non previene la IGSCC in condizioni di servizio acido, che si verifica attraverso meccanismi diversi da quelli discussi sopra e deve essere prevenuta attraverso pratiche di manutenzione e progettazione appropriate. Tuttavia, il pwht contribuisce ad aumentare la resistenza a questa forma di corrosione per gli acciai saldati per servizi acidi, per cui occorre tenerne conto nella scelta di questo tipo di servizio.