Vi siete mai chiesti perché il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è essenziale per le strutture saldate? Questo processo è fondamentale per ridurre le tensioni residue, prevenire le cricche e migliorare la durata dei componenti saldati. Riscaldando e raffreddando le saldature, il PWHT migliora le proprietà meccaniche e garantisce prestazioni a lungo termine. Approfondite in questo articolo i metodi, i vantaggi e le considerazioni sul PWHT e scoprite come può avere un impatto significativo sulla qualità e sulla sicurezza delle costruzioni saldate.
Le tensioni residue di saldatura sono causate da una distribuzione non uniforme della temperatura nelle parti saldate, dall'espansione e dalla contrazione termica del metallo saldato, ecc.
Il metodo più comune per eliminare le tensioni residue è il rinvenimento ad alta temperatura, cioè il riscaldamento dei pezzi saldati a una certa temperatura e il loro mantenimento per un certo tempo in un forno di trattamento termico.
Riducendo il limite di snervamento del materiale ad alta temperatura, il flusso plastico si verifica nelle aree con elevate sollecitazioni interne, la deformazione elastica diminuisce gradualmente e la deformazione plastica aumenta gradualmente, riducendo così le sollecitazioni.
L'effetto del trattamento termico post-saldatura sulla resistenza alla trazione e sul limite di scorrimento dei metalli è legato alla temperatura e al tempo di mantenimento del trattamento termico. La tenacità all'urto del metallo saldato dopo il trattamento termico varia a seconda dei diversi tipi di acciaio.
In genere, per il trattamento termico post-saldatura si sceglie la tempra singola ad alta temperatura o la normalizzazione più tempra ad alta temperatura. Per i giunti saldati a gas, si utilizza il trattamento termico di normalizzazione più rinvenimento ad alta temperatura perché i grani nella saldatura e zona colpita dal calore della saldatura a gas sono grossolani e devono essere perfezionati mediante normalizzazione.
Tuttavia, un singolo trattamento di normalizzazione non può eliminare sollecitazione residuaper cui è necessario un rinvenimento ad alta temperatura per eliminare le tensioni. Il rinvenimento intermedio singolo è adatto solo per la saldatura di assemblaggio di grandi contenitori ordinari in acciaio a basso tenore di carbonio in cantiere, con lo scopo di eliminare parzialmente le tensioni residue e rimuovere l'idrogeno.
Nella maggior parte dei casi, si opta per un singolo rinvenimento ad alta temperatura. Il riscaldamento e il raffreddamento durante il trattamento termico non devono essere troppo rapidi e le pareti interne ed esterne devono essere riscaldate in modo uniforme.
I metodi di trattamento termico utilizzati per i recipienti a pressione sono di due tipi: uno è il trattamento termico per migliorare le proprietà meccaniche, l'altro è il trattamento termico post-saldatura (PWHT).
In generale, il PWHT è un trattamento termico effettuato sull'area saldata o sui componenti saldati dopo la saldatura del pezzo.
I contenuti specifici includono il sollievo dallo stress ricotturaricottura completa, trattamento in soluzione solida, normalizzazione, normalizzazione più rinvenimento, rinvenimento, distensione a bassa temperatura, trattamento per precipitazione, ecc.
In senso stretto, PWHT si riferisce solo alla ricottura di distensione, che riscalda in modo uniforme e sufficiente l'area saldata e le parti correlate al di sotto della temperatura di transizione di fase del metallo, al fine di migliorare le prestazioni dell'area saldata ed eliminare gli effetti dannosi delle tensioni residue di saldatura, seguita da un raffreddamento uniforme.
In molti casi, il trattamento termico discusso per il PWHT è essenzialmente una ricottura di distensione dopo la saldatura.
(1) Rilassarsi sollecitazione residua di saldatura.
(2) Stabilizzare la forma e le dimensioni della struttura, ridurre la distorsione.
(3) Migliorare le prestazioni del metallo di base e giunti saldati, tra cui:
(4) Migliorare la resistenza alla corrosione da stress.
(5) rilasciare ulteriormente i gas nocivi, in particolare l'idrogeno, nel metallo saldato per prevenire la criccatura ritardata.
La necessità di un trattamento termico post-saldatura per i recipienti a pressione deve essere chiaramente specificata nel progetto e gli attuali standard di progettazione dei recipienti a pressione prevedono requisiti in tal senso.
L'area saldata di un recipiente a pressione presenta notevoli tensioni residue, i cui effetti negativi si manifestano solo in determinate condizioni. Quando le tensioni residue si combinano con l'idrogeno nella saldatura, causano l'indurimento della zona interessata dal calore, con conseguente formazione di cricche a freddo e cricche ritardate.
Le sollecitazioni statiche presenti nella saldatura o le sollecitazioni dinamiche del carico durante il funzionamento, combinate con la corrosione del fluido, possono causare la cricca da tensocorrosione, nota come SCC.
La tensione residua di saldatura e l'indurimento martensitico causato dalla saldatura sono fattori importanti nella generazione di cricche da tensocorrosione.
I risultati della ricerca hanno dimostrato che l'effetto principale della deformazione e delle tensioni residue sui materiali metallici è quello di trasformare la corrosione uniforme in corrosione localizzata, ovvero corrosione intergranulare o transgranulare. Naturalmente, sia la fessurazione che la corrosione intergranulare si verificano in mezzi con determinate caratteristiche per quel particolare metallo.
In presenza di tensioni residue, a seconda della diversa composizione, concentrazione e temperatura del mezzo corrosivo, nonché delle differenze di composizione, struttura, stato superficiale e stato di tensione tra il metallo di base e l'area saldata, la natura del danno da corrosione può cambiare.
La necessità di un trattamento termico post-saldatura per i recipienti a pressione saldati deve essere determinata considerando lo scopo e le dimensioni del recipiente (in particolare lo spessore del pannello di parete), le prestazioni dei materiali utilizzati e le condizioni di lavoro. Se si verifica una delle seguenti situazioni, si deve prendere in considerazione il trattamento termico post-saldatura:
Le tensioni residue che raggiungono il punto di snervamento si formano in prossimità del punto di snervamento. cordone di saldatura nei recipienti a pressione saldati in acciaio. La generazione di queste sollecitazioni è legata alla trasformazione della struttura contenente austenite.
Molti ricercatori hanno evidenziato che un processo di rinvenimento a 650°C può eliminare efficacemente le tensioni residue dopo la saldatura di recipienti a pressione saldati in acciaio.
Allo stesso tempo, si ritiene che senza un adeguato trattamento termico post-saldatura non si possa ottenere un giunto saldato resistente alla corrosione.
Generalmente si ritiene che il trattamento termico di distensione si riferisca al processo in cui il pezzo saldato viene riscaldato a 500-650°C e poi raffreddato lentamente. La riduzione delle sollecitazioni è dovuta allo scorrimento ad alta temperatura, che inizia a 450°C negli acciai al carbonio e a 550°C negli acciai contenenti molibdeno.
Più alta è la temperatura, più facile è eliminare le tensioni. Tuttavia, una volta superata la temperatura di rinvenimento originale dell'acciaio, la resistenza dell'acciaio diminuisce. Pertanto, è necessario controllare sia la temperatura che il tempo nel trattamento termico di distensione.
Tuttavia, nel stress interno del cordone di saldatura, coesistono sempre sollecitazioni di trazione e di compressione, e le sollecitazioni e le deformazioni elastiche esistono contemporaneamente.
Con l'aumento della temperatura dell'acciaio, il carico di snervamento diminuisce e la deformazione elastica originale si trasforma in deformazione plastica, con conseguente rilassamento delle tensioni.
Più alta è la temperatura di riscaldamento, più le tensioni interne possono essere eliminate. Tuttavia, se la temperatura è troppo alta, la superficie dell'acciaio si ossida gravemente.
Inoltre, per la temperatura PWHT di temprato e rinvenuto acciai, il principio dovrebbe essere quello di non superare la temperatura di rinvenimento originale dell'acciaio, generalmente di circa 30 gradi inferiore alla temperatura di rinvenimento originale dell'acciaio.
In caso contrario, il materiale perderà l'effetto di tempra e la resistenza e la tenacità alla frattura diminuiranno. Gli addetti al trattamento termico devono prestare particolare attenzione a questo punto.
Più alta è la temperatura del trattamento termico post-saldatura per l'eliminazione delle tensioni, maggiore è il grado di ammorbidimento dell'acciaio, che di solito viene riscaldato fino alla temperatura di ricristallizzazione dell'acciaio, e le tensioni interne possono essere eliminate. La temperatura di ricristallizzazione è strettamente correlata alla temperatura di fusione.
In genere, la temperatura di ricristallizzazione K = 0,4X temperatura di fusione (K). Quanto più la temperatura del trattamento termico è vicina alla temperatura di ricristallizzazione, tanto più efficace è lo scarico delle tensioni residue.
Il trattamento termico post-saldatura non è sempre vantaggioso. In generale, il trattamento termico post-saldatura è vantaggioso per attenuare le tensioni residue e viene eseguito solo nei casi in cui sono necessari requisiti rigorosi per la corrosione sotto sforzo.
Tuttavia, la prova di tenacità all'urto dei provini mostra che il trattamento termico post-saldatura è dannoso per il miglioramento della tenacità del metallo saldato e della zona termicamente interessata, e talvolta si possono verificare cricche intergranulari all'interno dell'intervallo di coartazione dei grani della zona termicamente interessata.
Inoltre, la PWHT si basa sulla diminuzione della resistenza del materiale alle alte temperature per ottenere lo scarico delle tensioni. Pertanto, durante la PWHT, la struttura può perdere rigidità.
Per le strutture che adottano il PWHT totale o parziale, prima del trattamento termico è necessario considerare la capacità di supporto del giunto saldato alle alte temperature.
Pertanto, nel valutare se effettuare un trattamento termico post-saldatura, è necessario confrontare in modo esaustivo sia i vantaggi che gli svantaggi del trattamento termico.
Dal punto di vista delle prestazioni strutturali, esistono sia aspetti che possono migliorare le prestazioni sia aspetti che possono ridurle. I giudizi ragionevoli devono essere espressi sulla base di una considerazione completa di entrambi gli aspetti.
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