Trattamento termico post-saldatura

Il PWHT (trattamento termico post-saldatura) serve ad attenuare e ridistribuire le tensioni residue generate durante la saldatura. Inoltre, tempra la microstruttura del pezzo saldato e favorisce la diffusione dell'idrogeno, riducendo così i rischi di fessurazione o corrosione durante l'utilizzo.

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) a temperature più elevate non solo garantisce l’eliminazione delle tensioni, ma produce anche effetti di tempra o di precipitazione sul metallo saldato, con conseguente riduzione della durezza e miglioramento della duttilità.

Ricottura

Il tempra è una forma di trattamento termico che consiste nel riscaldare la saldatura al di sotto della sua temperatura critica di trasformazione per un periodo prolungato, al fine di ridistribuire le tensioni residue generate durante la saldatura, che potrebbero aver causato difetti quali la frattura fragile o il miglioramento delle proprietà meccaniche della zona interessata dal calore (HAZ) grazie alla riduzione della fragilità e della suscettibilità alla corrosione.

La ricottura rende il metallo più facile da lavorare, riducendone la durezza e aumentandone la duttilità, il che consente di impiegare meno forza durante la formatura o lo stampaggio. Viene spesso utilizzata per realizzare forme complesse a un costo inferiore rispetto alle tradizionali operazioni di lavorazione meccanica.

L'alleviamento delle tensioni è un'altra procedura comune del PWHT, in cui le saldature vengono riscaldate al di sotto della loro temperatura critica di trasformazione per un periodo di tempo specificato, al fine di alleviare le tensioni residue e migliorare le proprietà meccaniche della saldatura stessa. È particolarmente utile quando viene applicata alle saldature delle attrezzature a pressione.

Il PWHT potrebbe non essere sempre necessario; la sua necessità dipenderà dalla composizione e dai requisiti di tenacità dei materiali saldati e di base utilizzati nelle applicazioni di saldatura, misurati mediante prove di assorbimento di energia Charpy. Inoltre, la temperatura e il tempo devono essere gestiti con attenzione durante il PWHT, poiché una temperatura eccessiva o tempi di mantenimento prolungati potrebbero causare infragilimento da tempra o un eccessivo ammorbidimento, compromettendo in modo significativo la resistenza dei materiali temprati e rinvenuti.

Normalizzazione

La normalizzazione è un processo complesso volto a perfezionare la microstruttura degli acciai e dei metalli ferrosi. L'obiettivo è ridurre il tenore di carbonio, aumentare la duttilità e migliorare la resistenza, oltre a ridurre il rischio di fessurazioni o fratture legate alla saldatura. La normalizzazione è una componente fondamentale della preparazione dei pezzi da saldare, ma per ottenere i migliori risultati deve essere affidata ad aziende esperte.

I processi di saldatura convenzionali generano distribuzioni significative di tensioni residue sia nel metallo saldato che nei materiali di base, che in determinate condizioni possono raggiungere livelli vicini alla loro resistenza allo snervamento, causando fratture transgranulari nelle zone di saldatura e il cedimento strutturale generale. Ciò può generare tensioni residue significative sia nelle saldature che nei metalli di base, creando tensioni residue di entità tale da avvicinarsi al limite di snervamento di uno dei due materiali o a quello di entrambi, causando il cedimento generale di entrambe le strutture saldate.

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è necessario per eliminare le tensioni residue fragili. Le attuali norme di fabbricazione per i recipienti a pressione e le tubazioni richiedono il PWHT quando lo spessore della saldatura supera determinati limiti, che dipendono sia dalle proprietà di assorbimento di energia Charpy sia dalla temperatura di esercizio prevista.

I limiti relativi al trattamento termico post-saldatura (PWHT) sono piuttosto prudenti e potrebbero esserci ampi margini per eventuali deroghe. Tuttavia, la scelta di temperature e tempi adeguati per il trattamento termico riveste un’importanza fondamentale, poiché ciò influirà sul tempra, sulla precipitazione o sull’invecchiamento dei metalli di base, nonché sulla resistenza alla trazione e sulla tenacità finali degli assemblaggi saldati.

Raffreddamento

I processi di saldatura convenzionali generano notevoli tensioni residue nei giunti saldati che, in condizioni di elevato vincolo, possono avvicinarsi al limite di snervamento dei materiali di base e di saldatura. Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) contribuisce ad alleviare e ridistribuire queste sollecitazioni residue, oltre a temperare la microstruttura del metallo saldato e a favorire la diffusione dell’idrogeno, al fine di prevenire la formazione di cricche indotte dall’idrogeno nelle zone saldate.

Il trattamento PWHT (Pressure Wash Heating Treatment) consiste nel riscaldare alcune parti (o l’intera struttura) di una struttura saldata ad alte temperature per circa un’ora per ogni pollice di spessore, solitamente per almeno un’ora per ogni saldatura. Le saldature, così come spesso l’area circostante su entrambi i lati, vengono immerse in questo ambiente riscaldato per consentire alle tensioni residue di allentarsi e ridistribuirsi in modo più uniforme all’interno delle strutture.

È opportuno richiedere la consulenza di uno specialista in merito alle temperature e ai tempi di saldatura adeguati per i diversi tipi di acciaio, al fine di evitare effetti di tempra o invecchiamento che riducano la tenacità o la duttilità, il che potrebbe compromettere la resistenza del giunto saldato alle sollecitazioni e ai carichi di fatica, causandone la rottura per frattura fragile.

Le norme vigenti relative ai recipienti a pressione e alle tubazioni stabiliscono che qualsiasi componente saldato non superi un limite di spessore prestabilito, generalmente determinato dalle proprietà del materiale rilevate mediante la prova Charpy. Purtroppo, però, questo criterio di spessore limite si basa su ipotesi prudenziali; esistono infatti delle anomalie. In alcuni casi può persino essere utilizzato per ottenere l’esenzione dai requisiti relativi al trattamento termico post-saldatura (PWHT); ma solo se ciò avviene in modo sicuro.

Preparazione

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è un processo in cui le parti di un assemblaggio saldato vengono riscaldate ad alte temperature per un periodo prolungato, al fine di alleviare le tensioni residue e temperare la microstruttura del metallo di saldatura. Riduce le fessurazioni indotte dall’idrogeno e quelle da corrosione sotto sforzo, rafforzando la resistenza e la duttilità, mitigando così potenzialmente gli effetti di tali fenomeni.

I processi di saldatura convenzionali generano notevoli tensioni residue all'interno di un pezzo saldato, che spesso si avvicinano al suo limite di snervamento, creando distribuzioni significative di tensioni residue di trazione in tutto il pezzo. Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) attenua queste tensioni residue di trazione attraverso meccanismi di deformazione plastica quali lo scorrimento e la diffusione della deformazione, consentendone una ridistribuzione più uniforme nell'area del giunto.

La maggior parte delle norme di progettazione attualmente in vigore relative alle tubazioni e ai recipienti a pressione prescrivono il trattamento termico post-saldatura (PWHT) fino a un valore limite di spessore, a seconda del tipo di acciaio, della composizione, delle condizioni di saldatura e della modalità di cedimento più probabile. Sebbene il PWHT riduca in modo significativo le tensioni residue, queste non possono scomparire del tutto nonostante l’applicazione di tale trattamento.

Il PWHT è particolarmente indicato per componenti di forma allungata, come le saldature circonferenziali sui tubi o le saldature di chiusura su recipienti a pressione di grandi dimensioni. Per eseguire questa forma di PWHT, il componente viene saldato attorno a un elemento riscaldato tramite tecnologia a induzione; questo metodo di riscaldamento è molto più rapido rispetto ai bruciatori tradizionali o ai riscaldatori a resistenza elettrica.