Trattamento termico post-saldatura

Il trattamento termico post-saldatura (pwht) è una fase importante per alleviare le tensioni residue nelle apparecchiature a pressione saldate che potrebbero causare difetti e livelli di indurimento superiori alle specifiche di progetto, oltre a migliorare la tenacità e la duttilità per soddisfare i criteri di progettazione.

I test PWHT sono richiesti nella maggior parte delle specifiche di qualificazione delle procedure di saldatura, come la EN 13445 e la BS PD 5500, con requisiti di tempo e temperatura dettagliati in forma tabellare in questi documenti.

Sollievo dallo stress

Il trattamento termico post-saldatura, comunemente chiamato PWHT, può ridurre le tensioni interne dei componenti in acciaio per evitare distorsioni e altri problemi che potrebbero portare al loro fallimento. Il PWHT può anche contribuire a mitigare le cricche indotte dall'idrogeno in alcune leghe e a ridurre i problemi di corrosione in prossimità delle saldature in alcuni tipi di metallo.

Le tensioni interne dell'acciaio possono verificarsi durante le operazioni di formatura, imbutitura e lavorazione, provocando tensioni residue di trazione o compressione che portano alla distorsione e all'eventuale cedimento in servizio. La PWHT offre una soluzione efficace riscaldando il pezzo al di sopra della sua temperatura critica inferiore prima di raffreddarlo gradualmente in modo uniforme per eliminare le tensioni.

Il riscaldamento delle strutture a questa temperatura diminuisce la loro resistenza allo snervamento e consente di superare le eventuali sollecitazioni residue di saldatura che superano il nuovo limite inferiore, provocando una deformazione plastica che allevia le sollecitazioni residue. Questo processo, noto come distensione, prevede l'immersione dei pezzi a questa temperatura per un periodo regolabile a seconda delle dimensioni e della complessità.

I test PWHT su componenti di grandi dimensioni, come serbatoi d'aria e caldaie, per eliminare le sollecitazioni interne prima che possano causare danni duraturi, vengono spesso eseguiti per garantire che tutte le sollecitazioni interne siano state ridotte a livelli di tolleranza accettabili prima che inizino i processi di lavorazione o finitura finali. Può essere effettuato anche nelle fasi di fabbricazione per verificare i requisiti di tolleranza prima dei processi di finitura finali.

Controllo della durezza

La saldatura è una componente integrale del funzionamento di oleodotti e gasdotti, centrali elettriche e altri impianti industriali. Sebbene la saldatura svolga numerose funzioni utili, le sue sollecitazioni residue possono ridurre la resistenza del materiale nel tempo. Per compensare queste sollecitazioni e garantire la sicurezza di funzionamento delle apparecchiature, si possono utilizzare processi di trattamento termico come il PWHT, che riduce le sollecitazioni residue migliorando al contempo la duttilità e la tenacità per soddisfare o superare i valori di progetto originali.

Il PWHT viene tipicamente eseguito su acciai al carbonio e legati. Il processo consiste nel riscaldare gli acciai a una determinata temperatura e nel mantenerli per un determinato periodo di tempo, in genere un'ora per ogni pollice di spessore. La temperatura, la velocità di raffreddamento e il tempo di mantenimento devono essere considerati con attenzione, poiché procedure improprie potrebbero causare infragilimento da tempra, distorsione e cricche da riscaldo.

La PWHT può essere un processo costoso perché si basa su fonti di energia costose per raggiungere e mantenere le alte temperature necessarie per un'efficace riduzione delle tensioni. Inoltre, più cicli di PWHT nel corso della vita di un componente possono aumentare il consumo energetico complessivo. Fortunatamente, esistono altre alternative che offrono vantaggi simili: ad esempio, i materiali compositi possono ripristinare la resistenza e la rigidità senza dover ricorrere a lavori a caldo o a lunghi processi di saldatura.

Potenziamento della forza

Il Potenziamento della Forza è la capacità di potenziare la propria forza fisica; è un sottopotere della Manipolazione della Forza e una variante del Potere Secondario.

I metodi di lavorazione (come la ricottura, la normalizzazione e il rinvenimento) prevedono il riscaldamento e il raffreddamento dell'acciaio per rimuovere o ridistribuire le tensioni residue. Altri processi possono comportare la precipitazione, l'invecchiamento o altri effetti metallurgici che migliorano le proprietà meccaniche del materiale, come la riduzione della durezza, l'aumento della tenacità o la riduzione del rischio di cricche da idrogeno; per quanto riguarda i tempi e le temperature necessarie per questi processi, è necessario richiedere una consulenza specialistica.

La PWHT può anche avere un effetto sulla microstruttura del metallo saldato, aiutandolo a raffinarsi. Ciò può migliorare le prestazioni a fatica delle saldature, portando al raggiungimento di condizioni più favorevoli.

Tuttavia, in molte applicazioni la decisione di utilizzare la PWHT non è determinata solo dalle prestazioni a fatica della saldatura, ma piuttosto da altri fattori, come i requisiti chimici e/o di spessore previsti da codici o standard specifici. Pertanto, al momento di prendere questa decisione, è necessario bilanciare i costi e i potenziali effetti negativi; i codici dei recipienti a pressione e delle tubazioni spesso impongono la PWHT per il metallo saldato al di sopra di un certo spessore, mentre in altri casi la suscettibilità alla cricca da tensocorrosione determina le esigenze di PWHT.

Duttilità

La duttilità si riferisce alla capacità di un materiale di deformarsi plasticamente (cioè di allungarsi e piegarsi senza rompersi), in contrapposizione alla deformazione elastica che può essere invertita alla rimozione della sollecitazione. La maggior parte dei metalli è relativamente duttile; l'imbutitura di fili o la battitura di fogli è facilitata dai legami metallici che permettono agli atomi ripetuti di scivolare l'uno sull'altro quando vengono allungati o modellati, mentre i materiali più fragili tendono a rompersi nei punti in cui si concentrano le forze.

La malleabilità è una caratteristica dei materiali che misura la facilità con cui il metallo può essere formato in fogli sottili o altre forme, una qualità essenziale nelle applicazioni produttive che coinvolgono componenti piccoli e sottili come quelli presenti nei componenti aerospaziali o automobilistici.

Sebbene la duttilità e la malleabilità possano essere misurate con varie tecniche, uno degli indicatori migliori e più affidabili è la prova di resistenza alla trazione standard. In questo metodo, un provino piatto o rotondo con sezioni di presa su ciascuna estremità e sezioni di calibro più sottile al centro (equivalenti a ossa di cane o manubri), tenuto stretto da ganasce superiori e inferiori collegate a una cella di carico, viene sottoposto a una tensione applicata da una fonte di forza e allungato fino a quando non si verifica la rottura, producendo una curva sforzo-deformazione man mano che il provino si allunga e poi si rompe; la deformazione nel punto di rottura serve come buon indicatore della duttilità del materiale, anche se l'identificazione del picco può rivelarsi difficile a seconda della qualità della formazione del campione.