Trattamento termico post-saldatura (PWHT) Requisiti della norma ASME B31.3

Gli attuali codici di progettazione nel settore delle tubazioni e dei recipienti a pressione differiscono notevolmente nei requisiti del trattamento termico post-saldatura (PWHT), alcuni dei quali appaiono giustificati, mentre altri sembrano marginali dal punto di vista tecnico.

I test sponsorizzati dall'EPRI suggeriscono che il requisito PWHT per i materiali P n. 4 dovrebbe essere ridotto, e il presente documento cerca di supportare questa modifica all'interno delle norme B31.1, B31.3 e di altre sezioni del Codice.

Temperatura di preriscaldamento

La temperatura di preriscaldo è la temperatura minima nel metallo base di una saldatura o, per le operazioni di saldatura a più passate, tra ogni passata di saldatura. Deve rimanere costante durante tutta l'operazione per almeno una distanza pari allo spessore maggiore della parte; le sue specifiche sono elencate nella WPS (vedere 3.6 per le limitazioni della WPS prequalificata e la Tabella 4.5 per le restrizioni delle variabili essenziali).

Il preriscaldamento degli acciai al carbonio o basso legati richiede un'attenta regolazione della temperatura per evitare il surriscaldamento, poiché un aumento della temperatura di preriscaldamento potrebbe ridurre la resistenza e la durezza, mentre una temperatura troppo bassa potrebbe diminuire la tenacità e la duttilità rispetto allo stato originale.

Per gli acciai a lega complessa, è fondamentale impostare la temperatura di preriscaldo in modo da ottenere la trasformazione e l'orientamento cristallografico all'interno del metallo base. Per farlo correttamente è necessario calcolare con precisione i gradienti di temperatura all'interno della zona di saldatura.

Il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è essenziale per la progettazione e la costruzione di recipienti e tubi in acciaio basso legato saldati tra loro durante i processi di assemblaggio, al fine di ammorbidire il metallo, ridurre le tensioni residue, aumentare la duttilità e prevenire le cricche da idrogeno. Questo trattamento termico presenta anche ulteriori vantaggi: rende il metallo morbido, riducendo al contempo le tensioni residue e aumentando la duttilità, oltre a contribuire a evitare del tutto la cricca da idrogeno.

Limiti di spessore

Il Codice di base prevede un'ampia gamma di sollecitazioni longitudinali ammissibili per le tubazioni, nonché l'opzione di aumentarle per carichi occasionali. Le proprietà di scorrimento del materiale, dipendenti dal tempo, costituiscono il fattore limitante. Nel caso della ghisa e dei materiali non duttili, deve essere applicato anche un fattore di qualità del materiale.

In caso di carichi occasionali, lo SL è limitato a 90% della resistenza allo snervamento alla temperatura più un fattore di riduzione della resistenza. Ciò consente ai progettisti di utilizzare livelli di sollecitazione più elevati di quelli altrimenti consentiti dai codici di base, garantendo comunque la sicurezza da improvvisi aumenti di carico dovuti a terremoti.

D'altra parte, il Codice di base prevede che i fattori di intensificazione delle sollecitazioni siano limitati a 1,33 volte le sollecitazioni ammissibili di base per carichi sostenuti e occasionali; tuttavia, ciò lascia alcune questioni, come l'applicazione di questi fattori, in discussione tra gli ingegneri e i programmatori di programmi di analisi delle sollecitazioni.

Per i sistemi di tubazioni a temperatura elevata, la lunghezza della campata è determinata da fattori quali la sollecitazione longitudinale primaria, il momento flettente e le forze di taglio. Un'equazione che include questi componenti ci permette di calcolare questi limiti sia per supporti semplici che per supporti fissi.

Esenzioni

Come in ogni settore, rispettare gli standard e la documentazione può essere impegnativo, ma la conformità e la documentazione accurata sono fondamentali per proteggere sia i dipendenti che i clienti. Ciò è particolarmente importante in settori altamente regolamentati come le centrali elettriche, la produzione chimica o l'industria mineraria, dove è necessario mantenere standard di conformità rigorosi per garantire ambienti di lavoro sicuri.

La norma ASME B31.3 è stata recentemente rivista per fornire descrizioni più accurate delle procedure di esame, ispezione e collaudo dei sistemi di tubazioni di processo. Le revisioni comprendono l'aggiornamento delle definizioni di costruzione, lotto designato, pressione di esercizio post-saldatura del tubo saldato in combinazione (COW); sono stati chiariti i requisiti di campionamento progressivo, mentre la base per le sollecitazioni ammissibili è stata aumentata da 0,67 volte la resistenza allo snervamento fino a 0,80 volte la resistenza allo snervamento.

La Tabella 331.1.3 è stata modificata anche per esentare alcune tubazioni dai requisiti PWHT obbligatori in base al materiale e al numero di gruppo, allo spessore di controllo, al tipo di saldatura e alla temperatura di preriscaldamento.

Esempio: I tubi in acciaio al carbonio saldati con il materiale e la procedura di saldatura del gruppo P-No 1 possono essere esentati dal trattamento termico post-saldatura se sottoposti a una temperatura di preriscaldamento di 95degC o superiore; questa eccezione si applica anche al materiale saldato classificato come Elevated Temperature Fluid Service.

Tempo di preriscaldamento

ASME B31.3 è una serie di norme complete che coprono vari aspetti dei sistemi di tubazioni di processo. Questo documento include informazioni sui materiali, sui raccordi, sulle tecniche di costruzione dei giunti e sui test. La norma ASME B31.3 è diventata uno standard industriale utilizzato per garantire la sicurezza e l'integrità dei sistemi di tubazioni in molti settori diversi.

L'edizione 2014 della norma ASME B31.3 presenta diversi aggiornamenti significativi, come la revisione dei requisiti di preriscaldamento, l'aumento della pressione massima di progetto per i sistemi di tubazioni di potenza e maggiori informazioni sulle procedure di ispezione e collaudo. Inoltre, i programmi di certificazione centrale nazionali o internazionali possono ora essere utilizzati al posto del programma di certificazione centrale dell'ASNT, mentre sono stati aggiunti criteri di accettazione specifici per gli esami con particelle magnetiche e liquidi penetranti con una pressione di idrotest ridotta durante il controllo delle perdite, nonché un calcolo semplificato della pressione di idrotest.

Questa sezione del codice prescrive i requisiti di spessore minimo delle pareti per le tubazioni in pressione utilizzate per il servizio con fluidi a temperatura elevata e specifica la sollecitazione massima ammissibile, determinata moltiplicando la sollecitazione ammissibile per il limite di snervamento del materiale. Inoltre, sono previste regole per il calcolo delle sollecitazioni longitudinali e delle variazioni massime di sollecitazione consentite, con disposizioni per determinare le proprietà di fatica utilizzando l'analisi della curva S/N o metodi più approfonditi di analisi della meccanica della frattura. Infine, dopo il completamento delle saldature e l'assemblaggio del sistema di tubazioni, questo deve essere sottoposto a prove di pressione utilizzando tecniche di prova idrostatiche o penumatiche - ulteriori dettagli nella Sezione 8.4.