Requisiti ASME Sezione VIII PWHT

La Sezione VIII dell'ASME contiene una serie di norme e linee guida volte a proteggere i recipienti a pressione, dalla progettazione alla costruzione, all'ispezione e al collaudo. Copre anche i processi di sviluppo, costruzione, ispezione e collaudo.

McEnerney ha raccomandato di aumentare la temperatura minima per i test PWHT dei materiali SS4 da 800degF a 1200degF, in linea con Lundin e Khan (Rif. 6).

Requisiti PWHT

La tabella UCS-56 della Sezione VIII Div. 1 dell'ASME [1] mostra una significativa variazione tra i requisiti PWHT dei diversi codici per i recipienti a pressione e le tubazioni, a causa delle applicazioni ingegneristiche (ad esempio, i criteri di progettazione delle sollecitazioni) o dei diversi requisiti intrinseci delle prove Charpy, nonché delle differenze nelle dimensioni dei difetti consentiti dai codici di ispezione.

Il trattamento termico post-saldatura è un processo controllato in cui il metallo saldato riscaldato viene portato alla sua temperatura critica di trasformazione inferiore per un periodo di tempo prolungato e mantenuto a tale temperatura. In questo modo si eliminano le tensioni residue e i cambiamenti microstrutturali causati dal gradiente di temperatura elevato della saldatura.

I requisiti PWHT variano tra i vari codici in termini di requisiti di limitazione dello spessore e di temperatura e durata minime di preriscaldamento, a seconda della composizione, della tenacità e del tipo di applicazione dell'acciaio.

I requisiti PWHT tendono a diminuire con l'aumentare del contenuto di lega e, di conseguenza, richiedono temperature di preriscaldamento più elevate e/o riducono i livelli massimi di carbonio consentiti. Di conseguenza, la razionalizzazione dei requisiti PWHT diventa difficile; in particolare, i diversi gruppi di utenti, come quelli del settore petrolchimico e della produzione di energia, hanno spesso interessi diversi nell'ottenere l'esenzione dal PWHT e possono faticare a concordare un unico limite per l'esenzione dai suoi requisiti.

Requisiti per il preriscaldamento

Il preriscaldo è l'applicazione di calore al metallo di base di un elemento prima della saldatura, con l'obiettivo di prevenire le cricche nella zona di saldatura e aumentare la resistenza del componente. Il preriscaldo può anche contribuire a evitare le cricche da freddo indotte dall'idrogeno (HICC) e a migliorare le proprietà meccaniche finali delle saldature e delle ZTA. I requisiti di preriscaldo possono essere determinati dai codici di saldatura o dai documenti di specifica delle procedure di saldatura (WPS) specifici per ogni progetto.

La WPS specifica la temperatura minima di preriscaldamento e la durata richiesta per ogni progetto. In generale, le temperature minime di preriscaldamento devono essere mantenute per almeno 30 minuti per ottenere risultati ottimali. È possibile verificare che le parti soddisfino questa temperatura utilizzando misure con termocoppia o test con pastello che segnano le superfici quando hanno raggiunto determinate temperature.

Quando si decide la temperatura di preriscaldo, occorre tenere conto anche dello spessore del materiale e del livello di vincolo. Quando si applica il preriscaldo, la sua temperatura deve essere superiore a quella della zona di saldatura e del metallo base, tenendo presente che deve rimanere a questo livello fino al termine della saldatura.

Quando i codici di saldatura non specificano quando e come deve essere usato il preriscaldo, è responsabilità dell'ingegnere di saldatura determinare se e a quale temperatura è necessario il preriscaldo per il metallo base e lo spessore della sezione. AWS D1.1-96 offre due metodi per questa determinazione: il metodo di controllo della durezza della ZTA e il metodo di controllo dell'idrogeno.

Requisiti per il trattamento termico post-saldatura

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) può ridurre le tensioni residue di saldatura, temprare le regioni microstrutturali dure e potenzialmente fragili e migliorare la resistenza alla trazione e la tenacità dei materiali saldati. Il PWHT prevede il riscaldamento delle saldature a una temperatura specifica per un periodo prolungato; a volte, per ottenere i massimi risultati, è necessario utilizzare contemporaneamente anche il preriscaldamento.

La maggior parte degli attuali codici di fabbricazione prevede che le saldature che superano determinati livelli di soglia siano sottoposte al trattamento PWHT, che varia da un codice all'altro in base ai requisiti di tenacità alla frattura alla temperatura minima di servizio e ai valori di assorbimento di energia Charpy dei vari tipi di materiale.

La PWHT consiste nel riscaldare i materiali saldati a temperature molto elevate per un periodo di tempo prolungato, per poi mantenerli a tale temperatura senza che si verifichino distorsioni o altre forme di danno. Il PWHT può essere costoso, quindi è opportuno cercare di ridurne al minimo l'uso quando possibile.

I codici di fabbricazione spesso consentono esenzioni al requisito PWHT; queste possono richiedere una negoziazione basata su un'analisi dettagliata della meccanica della frattura. Può anche essere possibile ometterla del tutto se la saldatura a più passaggi e il preriscaldamento sono utilizzati in combinazione con la PWHT; allo stesso modo, alcuni acciai a basso tenore di carbonio, come l'1-1/4 Cr Mo, possono consentire un processo PWHT a temperature più elevate.

Esenzioni

La Sezione VIII dell'ASME contiene requisiti completi per la progettazione, la fabbricazione, l'assemblaggio, il montaggio, i test di ispezione e la certificazione dei recipienti a pressione. L'attenta applicazione di questa sezione del Codice consente ai produttori, agli utenti, ai costruttori e ai progettisti di conformarsi alle normative vigenti nella loro giurisdizione e di trarre vantaggi in termini di costi, sicurezza e operatività dalle numerose best practice del settore ivi descritte.

Sebbene i requisiti PWHT della Sezione VIII siano tra i più severi del settore, alcuni codici di saldatura offrono una certa flessibilità nella saldatura di materiali come i tubi. Ad esempio, la norma ASME B31.3 prevede l'esenzione da questo requisito per i tubi di dimensioni pari o inferiori a 4 pollici NPS e con spessore nominale della parete inferiore a 0,625 pollici; occorre tuttavia notare che i requisiti PWHT possono variare in modo significativo da un codice all'altro e da un settore all'altro, il che richiede un'attenta considerazione per garantire coerenza ed efficacia.

Attualmente, le nuove curve as-welded e PWHT, basate su una tecnologia avanzata di tenacità alla frattura, hanno dimostrato di contribuire ad allineare più strettamente i requisiti PWHT con gli effettivi livelli di stress residuo della saldatura. Inoltre, le valvole di sicurezza pilotate (POPRV) possono talvolta eliminare la necessità di PWHT in alcune applicazioni, grazie al loro design non scorrevole che assicura uno scarico costante della sovrapressione ben al di sotto del punto di regolazione della PRV; ciò contribuisce a ridurre in modo significativo i rischi di danni da sovrapressione alle apparecchiature e i costi di proprietà, offrendo agli operatori una maggiore tranquillità.