Trattamento termico post-saldatura

Molti codici per le tubazioni utilizzano la tenacità alla frattura delle saldature come base per derogare ai requisiti del trattamento termico post-saldatura (PWHT) a livello locale; tuttavia, questo metodo potrebbe non essere sempre applicabile a tutti i materiali o applicazioni.

I requisiti PWHT per i materiali delle tubazioni di potenza si basano generalmente sulla temperatura critica di trasformazione inferiore del metallo di base.

Procedure di saldatura

La saldabilità dei giunti saldati dipende da vari fattori, tra cui la geometria, la deformazione, le temperature di preriscaldamento e di interpass della saldatura e la densità di corrente. Inoltre, anche i materiali a basso tenore di carbonio, come l'AISI P-4 o P-5A, influenzano la saldabilità; anche la temprabilità può avere un effetto, così come il potenziale di criccatura ritardata da idrogeno.

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) serve a migliorare la tenacità dell'intaglio alleviando le tensioni residue e rilassando le tensioni preesistenti del pezzo causato dai processi di fabbricazione, saldatura e taglio. I processi PWHT durano in genere un'ora per 25 mm di spessore a una temperatura di 600°C.

I requisiti di PWHT sono tipicamente guidati da criteri di saldabilità e i codici di fabbricazione forniscono requisiti dettagliati per quanto riguarda la PWHT locale. Una parte significativa di questi regolamenti si concentra sui requisiti di spessore limite - un'ipotesi basata sul fatto che la frattura fragile è più probabile in assenza di PWHT che in presenza di PWHT - tuttavia questa ipotesi è stata messa in discussione dall'analisi della meccanica della frattura; in particolare, il confronto delle curve master per le saldature di testa dei tubi in acciaio ha dimostrato questa conclusione e ha trovato gli attuali limiti di spessore PWHT troppo restrittivi in alcuni codici di fabbricazione.

Preriscaldare

Il preriscaldamento degli acciai prima della saldatura è essenziale per ridurre al minimo le sollecitazioni di saldatura e le tensioni residue, a seconda dello spessore della saldatura e del contenuto di lega. Per monitorare con precisione queste temperature è necessario utilizzare pastelli indicatori di temperatura o pirometri a termocoppia.

Il preriscaldamento riduce il gradiente di velocità critico per qualsiasi rapporto di equivalenza e aumenta la velocità della fiamma laminare, creando archi più stabili con spruzzi ridotti. (Fig. 20).

Il preriscaldo viene utilizzato per aumentare la durezza del metallo saldato e della zona termicamente alterata (ZTA) degli acciai al carbonio e basso legati rallentando la velocità di raffreddamento, riducendo così difetti come porosità e vuoti nella ZTA, migliorando le proprietà meccaniche e riducendo il rischio di cricche da infragilimento da idrogeno (dette anche cricche ritardate o da sottofondo) negli acciai al carbonio/basso legati e negli acciai inossidabili austenitici ad alto tenore di nichel, come il tipo 347/Incoloy 825.

La riduzione della temperatura di preriscaldo e di interpasso può contribuire ad aumentare lo spessore della saldatura senza trattamento termico post-saldatura (PWHT), in particolare per le saldature che trattengono l'alta pressione, come le saldature di testa, a bicchiere e a filetto su giunti filettati e connessioni di ugelli. Sulla base degli studi di E2G sulla frattura fragile, l'eliminazione del PWHT obbligatorio per le parti saldate a bassa lega in pressione secondo la norma ASME B31.3 ridurrebbe la tenacità della saldatura e aumenterebbe il rischio di cedimenti fragili.

Trattamento termico post-saldatura

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un mezzo efficace per eliminare le tensioni residue dannose nei componenti saldati, come recipienti e tubi a pressione, attenuando al contempo la loro suscettibilità alle condizioni ambientali che causano l'innesco di cricche o la rottura fragile. Per mantenere l'integrità dei componenti saldati, è necessario rispettare sempre i requisiti della normativa.

I processi PWHT sono generalmente richiesti per le saldature in acciaio al carbonio con spessore superiore a una soglia predefinita per proteggerle dalla frattura ritardata da idrogeno e da altri fenomeni di corrosione sotto sforzo, compresa la frattura ritardata da idrogeno. Il PWHT comporta condizioni di riscaldamento, raffreddamento e immersione che influiscono sulle proprietà del materiale saldato risultante da questo processo: tempi di immersione eccessivi o prolungati possono provocare decarburazione, infragilimento o infragilimento che influiscono negativamente sulle proprietà di resistenza alla trazione, resistenza allo scorrimento o tenacità all'intaglio.

I requisiti PWHT per gli acciai al carbonio variano tra i codici di fabbricazione e di riparazione a seconda dei limiti di spessore e di diametro, con variazioni che possono essere attribuite a diverse interpretazioni dei database tecnici o all'evoluzione delle pratiche di fabbricazione/saldatura nel tempo. Gli attuali codici ASME BP&V consentono esenzioni dai test PWHT fino a spessori di 5/8 di pollice per i materiali utilizzati nel servizio nucleare, sulla base di ipotesi quali la maggiore saldabilità dei materiali di grande diametro e a parete sottile; le loro caratteristiche intrinseche di tenacità alla frattura; il fatto che siano sufficienti a sostenere una frattura a bassa energia.

Raffreddamento

Le procedure di PWHT devono essere adattate specificamente a ciascun componente, con temperature che dipendono dallo spessore; l'ASME VII si applica a spessori superiori a 19 mm, mentre la BS EN 13445 e la BSPD 5500 coprono spessori pari o superiori a 35 mm. Anche le velocità di raffreddamento dipendono dallo spessore: un'ora per ogni 25 mm di spessore e il raffreddamento ad aria è consentito al di sotto degli 800degF. Il PWHT utilizza di solito forni fissi permanenti o forni portatili a carrello per pezzi grandi e ingombranti.