Trattamento termico post-saldatura

Il PWHT riduce le tensioni residue, migliora le proprietà meccaniche e aumenta la resistenza alla corrosione dei pezzi saldati, migliorandone così l'affidabilità come strutture saldate. Tuttavia, prima di avviare i trattamenti PWHT è fondamentale comprenderne tutti i limiti e i potenziali rischi.

Il PWHT (trattamento termico a lavaggio sotto pressione) è il processo che consiste nel riscaldare l'acciaio a temperature inferiori al suo intervallo di trasformazione e nel mantenerlo a tali temperature per un periodo prolungato. Questa materia tecnica richiede conoscenze e attrezzature specialistiche.

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Il trattamento termico post-saldatura (PWHT), noto anche come trattamento di distensione post-saldatura, riduce e ridistribuisce le tensioni residue nei pezzi saldati, migliorandone al contempo le proprietà meccaniche quali la duttilità e la tenacità. Il PWHT consiste nel riscaldare il metallo a una temperatura precisa per un periodo prolungato; tuttavia, tale temperatura deve rimanere al di sotto della temperatura di trasformazione per evitare di compromettere le proprietà del materiale.

Durante i processi di produzione, quali la lavorazione meccanica, lo stampaggio e la saldatura, si formano spesso tensioni interne. Ciò provoca deformazioni nei componenti, che devono essere eliminate prima che questi possano essere utilizzati. Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) costituisce un meccanismo di distensione termica in grado di alleviare tali tensioni senza alterarne le proprietà fisiche.

Si noti che il processo di alleggerimento delle tensioni può essere influenzato dall'ambiente circostante. Un'elevata umidità o l'esposizione a sostanze chimiche possono alterare il processo di PWHT e ridurre l'efficacia dell'alleggerimento delle tensioni residue, aumentando il rischio di cedimento della saldatura e il rischio di corrosione.

Il PWHT non solo riduce le tensioni residue, ma può anche proteggere dalla corrosione. Quando è esposto contemporaneamente a sollecitazioni e condizioni di corrosione, il metallo può diventare vulnerabile alla criccatura da corrosione a causa di uno squilibrio tra le sollecitazioni di trazione e la deformazione elastica della sua struttura. L’alleviamento delle sollecitazioni durante il PWHT previene questo fenomeno riducendo le sollecitazioni di trazione e aumentando al contempo la deformazione elastica, evitando così del tutto la criccatura da corrosione.

Proprietà meccaniche

Poiché la saldatura genera notevoli gradienti di temperatura tra il metallo saldato e i materiali di base, le tensioni residue nel materiale saldato possono ridurne la resistenza. Per alleviare tali tensioni e migliorare le proprietà meccaniche è possibile ricorrere a un trattamento termico post-saldatura (PWHT); questo processo è comunemente denominato PWHT.

Il PWHT consiste nel riscaldare il materiale saldato al di sotto della sua temperatura critica di trasformazione inferiore e nel mantenerlo a tale temperatura per un periodo di tempo prestabilito; viene tipicamente eseguito su recipienti a pressione e altre apparecchiature che richiedono elevati livelli di sicurezza e affidabilità. Può contribuire a ridurre la rottura fragile nei giunti saldati, migliorandone al contempo le proprietà di resistenza alla trazione.

Tuttavia, occorre tenere presente che il trattamento termico post-saldatura (PWHT) può anche compromettere alcune proprietà meccaniche, tra cui la resistenza all'urto e la duttilità della saldatura; ciononostante, i suoi vantaggi rimangono notevoli.

È stato dimostrato che il PWHT migliora significativamente le proprietà meccaniche dei materiali NiTi saldati, in particolare la localizzazione della deformazione plastica nelle regioni a grana grossa come la zona termicamente alterata (HAZ) e la zona di fusione (FZ), inibendo la formazione di dislocazioni e riducendo la deformazione di azionamento in tali regioni; un effetto attribuito al rafforzamento per dissoluzione delle fasi g durante il PWHT.

Resistenza alla corrosione

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT), ovvero il trattamento termico successivo alla saldatura, è un processo eseguito dopo la saldatura per garantire la conformità alle norme e alle specifiche del settore, nonché per ridurre il rischio di corrosione. Si tratta di una fase fondamentale che deve essere eseguita affinché i materiali soddisfino le specifiche del settore e, al contempo, siano protetti dalla corrosione.

Il trattamento termico consiste nel riscaldare il metallo saldato fino a una temperatura specifica per poi raffreddarlo lentamente, al fine di eliminare le tensioni residue prodotte durante la saldatura e prevenire la formazione di cricche indotte dall'idrogeno (HIC). Inoltre, questo trattamento può migliorare le proprietà meccaniche, creando un materiale più omogeneo con una durezza ridotta.

La normalizzazione prevede il riscaldamento del materiale a temperature più elevate e per un tempo più lungo rispetto alla ricottura; ciò consente di ottenere una struttura a grana più fine, adatta ad applicazioni che richiedono una maggiore resistenza. Tuttavia, è importante ricordare che alcune strutture non possono essere sottoposte a PWHT di normalizzazione, poiché i componenti di grandi dimensioni e di forma complessa non sono in grado di sostenersi autonomamente alla temperatura di mantenimento; ciò causerebbe probabilmente instabilità e deformazioni catastrofiche. Pertanto, il trattamento termico post-saldatura (PWHT) dovrebbe essere eseguito solo su componenti che possono essere facilmente sostenuti; un esempio potrebbe essere il fondo bombato di un recipiente a pressione, poiché questo tipo di componente rappresenterebbe un ottimo candidato per il trattamento termico post-saldatura (PWHT) di normalizzazione. Il trattamento termico post-saldatura di ridissoluzione (Re-solution PWHT) può essere impiegato per dissolvere eventuali carburi di cromo situati lungo i bordi dei grani tra la ferrite delta e l’austenite, che potrebbero compromettere la resistenza alla corrosione puntiforme del rivestimento di saldatura in acciaio inossidabile duplex (DSS).

Condizioni ambientali

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è una fase fondamentale nella progettazione e nella manutenzione di numerose strutture in acciaio, quali recipienti a pressione, impianti di tubazioni, ponti e piattaforme offshore. Il PWHT riduce la formazione di cricche indotte dall’ambiente, diminuendo le tensioni residue della saldatura e temperando la microstruttura del metallo saldato, aumentando al contempo la tenacità per una maggiore resistenza ai carichi e alle condizioni ambientali a cui l’assieme saldato sarà sottoposto nel corso della sua vita utile.

Il PWHT è solitamente richiesto nelle applicazioni strutturali che prevedono l’impiego di acciai al carbonio con spessori superiori a una soglia definita dalle norme e di acciai bassolegati, al fine di ridurre le tensioni residue causate dalla saldatura che, in caso contrario, potrebbero portare all’insorgere di crepe e, infine, alla frattura fragile. Il processo comprende il preriscaldamento, la permanenza a temperatura, il riscaldamento alla temperatura desiderata e il raffreddamento controllato, al fine di ridurre al minimo le deformazioni o le tensioni residue nelle aree adiacenti alla saldatura.

Il PWHT locale, come le configurazioni a punti o a occhio di bue, viene spesso impiegato dopo riparazioni e modifiche saldate in recipienti a pressione e sistemi di tubazioni. Progettare con cura le configurazioni di PWHT locale è fondamentale per evitare deformazioni, fessurazioni e altri danni che prolungano i tempi di fermo per le riparazioni; analisi termomeccaniche avanzate con il metodo degli elementi finiti delle configurazioni di PWHT locale e dei relativi stati di sollecitazione residua possono aiutare a raggiungere questo risultato.