Processo
Il preriscaldamento è il riscaldamento del pezzo da saldare a una temperatura superiore a quella ambiente prima o durante la saldatura. Il preriscaldamento è richiesto dalle specifiche prima e dopo la saldatura. Tuttavia, in determinate condizioni possono essere utilizzati altri metodi. Indipendentemente dal fatto che il preriscaldamento sia necessario o meno, presenta diversi vantaggi:
• Ridurre le sollecitazioni da ritiro nella saldatura e nel metallo di base adiacente, il che è particolarmente applicabile alle saldature con valori di sollecitazione elevati.
• Rallentare la velocità di raffreddamento durante l'intervallo di temperatura critica durante il raffreddamento della saldatura, prevenendo un indurimento eccessivo e riducendo la duttilità della saldatura e della zona termicamente alterata (HAZ).
• Rallentando la velocità di raffreddamento nell'intervallo di temperatura di 400 °F si lascia più tempo all'idrogeno per fuoriuscire dalla saldatura e dal metallo base adiacente, evitando la formazione di crepe indotte dall'idrogeno.
• Rimuovere i contaminanti.
• La quantità di preriscaldamento non è determinata dallo standard minimo della specifica, ma da uno o più dei seguenti metodi:
Tabelle di calcolo
Nel corso della storia sono state disponibili diverse "tabelle di calcolo del preriscaldamento". Molte di esse sono sotto forma di regoli calcolatori lineari o circolari e prevedono la temperatura di preriscaldamento identificando il materiale e lo spessore del metallo di base.
Carbonio equivalente
L'equivalente di carbonio (CE) è un modo per determinare se e in quale misura è necessario il preriscaldamento.
Se CE ≤ 0,45%, il preriscaldamento può essere selezionato arbitrariamente
Se 0,45 =< CE <= 0,60%, l'intervallo di temperatura di preriscaldamento è compreso tra 200°F e 400°F (100°–200°C)
Se CE > 0,60%, l'intervallo di temperatura di preriscaldamento è compreso tra 400° e 700°F (200°–350°C)
Se CE > 0,5, valutare di ritardare l'esame non distruttivo finale (NDE) di almeno 24 ore per determinare se si è verificata una cricca ritardata.
Parametri di crack
Quando il carbonio equivalente è pari o inferiore allo 0,17% in peso, o quando si utilizzano acciai ad alta resistenza, è possibile utilizzare il rilevamento delle cricche con parametri di Ito e Bessyo (Pcm). Questo metodo può prevedere con precisione quando preriscaldare, quando forzare il preriscaldamento e a quale temperatura. Nello specifico,
Se Pcm ≤ 0,15%, preriscaldare a qualsiasi temperatura
Se 0,15% < Pcm< 0,26–0,28%, preriscaldare a 200°–400°F (100°–200°C).
Se Pcm> 0,26–0,28%, preriscaldare a 400°–700°F (200°–350°C).
Test di scintilla
Il test della scintilla è stato utilizzato per decenni come metodo per stimare il contenuto di carbonio dell'acciaio al carbonio. Maggiore è il contenuto di carbonio, migliore è la scintilla e maggiore è il preriscaldamento richiesto. Questo metodo, sebbene non molto accurato, è semplice. Può determinare la temperatura di preriscaldamento relativa, alta o bassa.
Regola pratica
Un altro metodo meno accurato ma efficace per selezionare la temperatura di preriscaldamento consiste nel calcolare l'aumento della temperatura di preriscaldamento di 50 °C (100 °F) per ogni 10 punti di contenuto di carbonio (0,10% in peso). Ad esempio, se il contenuto di carbonio è dello 0,25% in peso, la temperatura di preriscaldamento è di 125 °C (250 °F) o almeno inizia a 125 °C (250 °F). Se sono presenti rivestimenti o altri componenti in prossimità della saldatura, la temperatura di preriscaldamento determinata dalle specifiche di produzione originali non è appropriata. Tuttavia, se l'apporto termico di saldatura è vicino all'intervallo massimo consentito dal processo standard, il calore trasferito ai componenti saldati potrebbe essere bilanciato dall'apporto termico di saldatura, facendo sì che il metallo interessato venga riscaldato fino al requisito minimo di preriscaldamento o oltre, in modo da poter applicare un preriscaldamento più flessibile tramite mezzi esterni. È importante notare che qui vengono utilizzati intervalli e conversioni imprecise (da °F a °C). Questo è intenzionale. Il preriscaldamento non è una scienza esatta. In molti casi, è normale continuare ad aumentare la temperatura di preriscaldamento fino alla risoluzione del problema (ad esempio, la scomparsa delle cricche). Al contrario, in alcune applicazioni specifiche, anche una temperatura di preriscaldamento inferiore a quella raccomandata o richiesta dalle specifiche può ottenere il risultato desiderato.
Applicazione pratica
È inoltre necessario prestare attenzione alle competenze pratiche per evitare problemi di rammollimento del materiale indotto dal preriscaldamento. Selezionare processi di saldatura ed elettrodi che introducano meno idrogeno. Alcune tecniche possono ridurre o minimizzare le tensioni residue. Monitorare attentamente per garantire che il metodo di preriscaldamento venga utilizzato correttamente. Le seguenti descrizioni sono importanti per l'uso efficace di queste tecniche.
Dimensioni e tecniche di saldatura delle scanalature
Le tecniche utilizzate nel processo di saldatura hanno un grande impatto sul ritiro della saldatura del pezzo, sui risultati delle tensioni residue, sul controllo dell'apporto termico e sulla prevenzione delle cricche.
Le saldature corte si ritirano meno longitudinalmente rispetto a quelle lunghe. Le tensioni residue possono essere ridotte anche utilizzando la saldatura a rovescio o sequenze di saldatura speciali.
Controllare o ridurre l'apporto di calore. È possibile utilizzare saldature lineari con piccole oscillazioni al posto di saldature con ampie oscillazioni.
Ridurre le crepe
I crateri d'arco e le crepe nelle saldature possono essere ridotti o eliminati utilizzando processi di produzione adeguati.
1) Le saldature con sezioni trasversali rotonde presentano meno cricche durante la saldatura rispetto alle saldature con sezioni trasversali sottili e larghe.
2) Evitare avviamenti o arresti improvvisi. L'operazione di saldatura e la formazione del cordone sono controllate mediante tecniche di saldatura a pendenza ascendente/discendente o mediante metodi elettrici della sorgente di saldatura.
3) Dovrebbe esserci materiale depositato in quantità sufficiente per evitare cricche causate dal ritiro della saldatura o dalla normale saldatura. Una regola pratica per evitare cricche dovute a un deposito di saldatura insufficiente (e richiesta da molte specifiche di produzione) è depositare almeno 10 mm (3/8 di pollice) o il 25% dello spessore della scanalatura di saldatura.
Metodi di preriscaldamento
Il preriscaldamento può essere effettuato in officina o sul campo mediante riscaldamento a fiamma (aria-combustibile o acetilene), riscaldamento a resistenza o riscaldamento a induzione elettrica. Indipendentemente dal metodo utilizzato, il preriscaldamento deve essere uniforme e, salvo diversa indicazione, esteso all'intero spessore della saldatura. La Figura 1 mostra l'apparecchiatura che utilizza il riscaldamento a resistenza (non isolato, come applicato in seguito) e a induzione.
Monitoraggio del preriscaldamento
Per misurare e monitorare la temperatura è possibile utilizzare diverse apparecchiature. L'assemblaggio o la saldatura devono essere preriscaldati per penetrare completamente nel materiale. Se possibile, il grado di penetrazione del calore deve essere testato o valutato. In genere, per la maggior parte delle applicazioni di saldatura, è sufficiente monitorare la temperatura a distanza dal bordo della saldatura. Il monitoraggio o la lettura del valore di temperatura non deve causare la contaminazione del solco di saldatura.
Indicatori di temperatura
Queste penne o strumenti simili a matite fondono a una certa temperatura e possono essere utilizzati per determinare in modo semplice ed economico la temperatura minima da raggiungere durante il preriscaldamento, ovvero la temperatura alla quale la penna fonde. Lo svantaggio è che non funzioneranno se la temperatura del pezzo in lavorazione è superiore alla temperatura di fusione della penna. Quando la temperatura del pezzo in lavorazione è troppo elevata, sono necessarie più penne con diverse temperature di fusione.
Monitoraggio elettronico della temperatura
Per le operazioni di preriscaldamento e saldatura, è possibile utilizzare anche dispositivi di misurazione diretta come pirometri a contatto o termocoppie a lettura diretta (con lettura analogica o digitale). Tutti i dispositivi di misurazione devono essere calibrati o disporre di un metodo per verificarne la capacità di misurare l'intervallo di temperatura. Poiché le termocoppie possono monitorare e memorizzare dati in modo continuo, possono essere utilizzate con registratori di curve o sistemi di acquisizione dati per operazioni di preriscaldamento o PWHT. AWS D10.10 fornisce una varietà di schemi ed esempi di posizionamento delle termocoppie.
Monitoraggio “autoctono”
Molti metodi "artigianali" sono stati utilizzati per decenni per determinare se la temperatura di preriscaldamento è adeguata. Uno, naturalmente, consiste nello spruzzare sputo o liquido affumicatore direttamente sul pezzo in lavorazione. Lo "schiocco" dello sputo è l'indicatore di temperatura. Sebbene non sia molto preciso, molti "vecchi" lo usano.
Un altro metodo più accurato per determinare la temperatura di preriscaldamento è l'utilizzo di una torcia ad acetilene. La fiamma viene regolata su un'elevata carbonizzazione, che crea uno strato di fuliggine nella zona da preriscaldare. Successivamente, la torcia viene regolata su un'emissione di fumo medio, riscaldando la zona interessata dalla fuliggine. Quando la fuliggine scompare, la temperatura superficiale può superare i 200 °C.
Assicurarsi che la temperatura di preriscaldamento venga raggiunta su tutto lo spessore del pezzo e nell'area di saldatura. La maggior parte del monitoraggio avviene solo sulla superficie esterna del pezzo. La prassi raccomandata da AWS D10.10 fornisce una guida utile per le zone di immersione e richiede che l'intero spessore del pezzo venga riscaldato durante la saldatura tubo-tubo.
È necessario prestare attenzione durante il preriscaldamento per evitare il surriscaldamento del metallo base preriscaldato, soprattutto quando si utilizzano metodi di riscaldamento a resistenza o a induzione. Molti spedizionieri ora richiedono il posizionamento di termocoppie sotto ogni piastra di riscaldamento a resistenza o bobina a induzione per monitorare ed evitare il surriscaldamento.
Riepilogo
Indipendentemente dal metodo di preriscaldamento utilizzato, il preriscaldamento offre i seguenti vantaggi: riduzione delle tensioni da ritiro nella saldatura e nel metallo di base adiacente, particolarmente utile per giunti saldati fortemente vincolati; rallentamento della velocità di raffreddamento del pezzo in lavorazione nell'intervallo di temperatura critico, prevenendo un eccessivo indurimento del pezzo e riducendo l'addolcimento della saldatura e della ZTA; rallentamento della velocità di raffreddamento del pezzo in lavorazione quando attraversa l'intervallo di temperatura di 200 °C (400 °F), consentendo all'idrogeno di diffondersi più a lungo dalla saldatura e dal metallo di base adiacente, prevenendo cricche indotte dall'idrogeno; rimozione della contaminazione; durante il preriscaldamento, è consigliabile riscaldare l'intero spessore della saldatura in modo uniforme alla temperatura di preriscaldamento specificata. Un riscaldamento localizzato eccessivo può causare danni al materiale, quindi cercare di evitarlo.
Data di pubblicazione: 04-11-2024