Trattamento termico delle saldature

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) può migliorare l'integrità della saldatura fondendo e unendo gli strati metallici adiacenti, riducendo il rischio di corrosione o di accumulo di sollecitazioni nelle saldature future e aumentando la resistenza strutturale.

Il riscaldamento può inoltre alleviare le tensioni residue riscaldando l'acciaio in modo lento e uniforme, con tempi e temperature che dipendono dalla sua composizione.

Preriscaldamento

Il preriscaldamento consiste nel riscaldare i pezzi di acciaio o metallo da saldare prima di unirli mediante processi di saldatura, al fine di ridurne la velocità di raffreddamento, ottenendo così strutture più duttili con una maggiore resistenza alle cricche e una minore incidenza delle stesse. Il preriscaldamento serve inoltre a eliminare l'idrogeno, che può causare l'infragilimento da gas di saldatura, nonché a ridurre le sollecitazioni da ritiro nei giunti altamente vincolati.

Il preriscaldamento può essere effettuato utilizzando vari tipi di apparecchiature di riscaldamento, tra cui cannelli a gas, fiamme ossiacetileniche, riscaldatori a induzione e coperte elettriche. Indipendentemente dal metodo impiegato per il preriscaldamento, la temperatura deve essere uniforme su tutto lo spessore, poiché qualsiasi irregolarità potrebbe causare un aumento delle sollecitazioni residue, deformazioni o alterazioni metallurgiche indesiderate.

La maggior parte delle norme di saldatura stabilisce una temperatura minima di preriscaldamento per ogni tipo di metallo di base, processo di saldatura e spessore della sezione. Tuttavia, quando non esiste una soglia minima di questo tipo, l’ingegnere saldatore deve decidere se il preriscaldamento sia necessario e quale sia l’impostazione appropriata in una determinata situazione.

Post-riscaldamento

Il post-riscaldamento durante il trattamento termico di saldatura ha lo scopo di ridurre al minimo il rischio di fessurazione a freddo indotta dall'idrogeno, in genere aumentando e mantenendo la temperatura di preriscaldamento per un certo periodo di tempo dopo la saldatura. Questo metodo contribuisce a diffondere l'idrogeno che si è accumulato tra il metallo di base e il metallo di saldatura e a riportarlo allo stato austenitico, eliminando così i potenziali rischi di fessurazione.

Il trattamento termico di distensione viene utilizzato per alleviare e ridistribuire le tensioni residue indotte durante la saldatura, riducendo il limite di snervamento del metallo saldato e aumentando il punto di fusione del materiale di base.

Il riscaldamento locale post-saldatura può essere generalmente ottenuto mediante tappetini riscaldanti in ceramica – costituiti solitamente da fili resistivi intrecciati tra perline di ceramica e controllati da una centralina elettronica – che vengono applicati dopo la saldatura. Sono ideali per componenti di grandi dimensioni, come le saldature circonferenziali su tubi o le saldature di chiusura su recipienti a pressione di grandi dimensioni.

Sollievo dallo stress

Il PWHT (trattamento termico post-saldatura) è un processo di trattamento termico successivo alla saldatura utilizzato per alleviare le tensioni interne generate durante la saldatura. Ciò si ottiene immergendo i pezzi in acciaio a temperature ben superiori al loro punto di fusione per un periodo di tempo calcolato in base a un’ora per ogni pollice di spessore.

In sostanza, ciò induce il materiale a dissipare le tensioni residue attraverso la deformazione plastica, determinando una riduzione dei valori di picco delle tensioni e una loro ridistribuzione in prossimità delle intagliature e dei concentratori di sollecitazioni.

Alcune leghe richiedono questa fase come parte del processo di saldatura per garantirne l'integrità. Se non si alleviano livelli elevati di sollecitazione, durante la lavorazione meccanica potrebbero verificarsi deformazioni e gli acciai al carbonio e a bassa lega potrebbero addirittura fratturarsi. Per questo motivo, molti metalli d'apporto dell'American Welding Society richiedono prove di classificazione in condizioni PWHT, ovvero in condizioni di distensione, prima che possano essere effettuate le prove di classificazione.

Invecchiamento

Il trattamento termico a bassa temperatura effettuato immediatamente dopo la saldatura può favorire una più rapida diffusione dell'idrogeno fuori dalla saldatura e dalla zona termicamente alterata, riducendo il rischio di fessurazione a freddo indotta dall'idrogeno, in particolare nel caso di acciai altamente sensibili alla fessurazione e di giunti di grande spessore.

Il trattamento termico post-saldatura è una fase fondamentale per garantire l'affidabilità a lungo termine dei componenti saldati. Esso allevia le tensioni residue e allinea le proprietà della saldatura a quelle del substrato in metallo di base, aumentando la duttilità, la resistenza, la resistenza alla fatica, la resistenza alla corrosione, la formabilità e l'integrità a trazione.

Il PWHT è fondamentale quando si salda in condizioni difficili, ad esempio quando si utilizzano metalli d’apporto di diversa natura. Hobart Brothers offre consulenza metallurgica specialistica sulla scelta dei metalli d’apporto su misura per la vostra applicazione, oltre a indicazioni sul processo PWHT più appropriato e sulle velocità di riscaldamento/raffreddamento per evitare shock termici, deformazioni o uno scarico delle tensioni non uniforme. Per ulteriori informazioni sul trattamento termico post-saldatura, scaricate la nostra serie “Job Knowledge” intitolata “PWHT per strutture saldate”.”