A cosa prestare attenzione durante il processo di saldatura di tubi in acciaio resistenti al calore

Caratteristiche di base della saldatura di tubi in acciaio resistenti al calore
Tubi in acciaio resistenti al calore sono ampiamente utilizzati in ambienti ad alta temperatura come caldaie, scambiatori di calore e apparecchiature chimiche. I loro requisiti di saldatura differiscono da quelli del normale acciaio al carbonio. I tubi in acciaio resistenti al calore contengono tipicamente elevate proporzioni di elementi leganti come cromo, nichel e molibdeno. Questi elementi ne migliorano la robustezza e la resistenza all'ossidazione alle alte temperature, ma influiscono anche sulla predisposizione alle cricche a caldo, sulla stabilità della microstruttura e sulla finestra di processo durante la saldatura. Pertanto, durante la saldatura, una conoscenza approfondita della microstruttura del materiale e della dinamica delle sollecitazioni è essenziale per evitare cedimenti del giunto o degrado della resistenza al calore dovuti a una manipolazione impropria.

Requisiti di preparazione e preriscaldamento della pre-saldatura
Prima di saldare tubi in acciaio resistenti al calore, è essenziale una pulizia accurata per garantire che la scanalatura di saldatura e le aree circostanti siano prive di olio, ruggine e impurità per prevenire la formazione di pori e inclusioni di scorie durante la saldatura. Il preriscaldamento è particolarmente importante per la saldatura di acciai resistenti al calore, soprattutto quelli contenenti elementi altoleganti. Il preriscaldamento rallenta la velocità di raffreddamento, riduce la tendenza all'indurimento nell'area di saldatura e minimizza il rischio di fessurazioni. A seconda della qualità dell'acciaio e dello spessore della parete, la temperatura di preriscaldamento varia generalmente da 150°C a 350°C. Prima della saldatura, è necessario utilizzare uno strumento di misurazione della temperatura per confermare che la temperatura di preriscaldamento soddisfi gli standard specificati.

Selezione e abbinamento del materiale di saldatura
La scelta del giusto materiale di saldatura è fondamentale per garantire la qualità della saldatura. La saldatura di tubi in acciaio resistenti al calore utilizza in genere elettrodi o fili che corrispondono alla composizione del materiale di base per mantenere la forza del giunto e la resistenza alla corrosione in ambienti ad alta temperatura. Ad esempio, l'acciaio Cr-Mo resistente al calore richiede elettrodi a basso contenuto di idrogeno, mentre l'acciaio austenitico resistente al calore richiede materiali di consumo resistenti al calore contenenti nichel e cromo. È necessario considerare anche il contenuto di idrogeno diffusibile dei materiali di consumo. Gli elettrodi a basso contenuto di idrogeno devono essere asciugati prima dell'uso per evitare rotture indotte dall'idrogeno.

Controllo dei parametri del processo di saldatura
L'apporto termico della saldatura di tubi in acciaio resistente al calore deve essere adeguatamente controllato. Un eccessivo apporto di calore può portare all'ingrossamento dei grani e all'aumento dello stress di saldatura, riducendo così la tenacità e la resistenza al calore del giunto. Un apporto di calore eccessivo può provocare fusioni incomplete o difetti di saldatura. La saldatura multi-passaggio viene generalmente utilizzata per ridurre al minimo gli effetti termici di una singola saldatura. Parametri quali corrente di saldatura, tensione e velocità devono essere regolati in base al materiale, allo spessore e alla posizione di saldatura del tubo per evitare concentrazioni di stress e potenziali fessurazioni.

Controllo della deformazione e delle sollecitazioni durante la saldatura
L'acciaio resistente al calore genera uno stress di saldatura significativo durante la saldatura. Un controllo improprio può portare a deformazioni o addirittura a crepe. Pertanto, la saldatura simmetrica o la saldatura saltata viene spesso utilizzata per distribuire lo stress durante la saldatura. Vengono inoltre utilizzati dispositivi e attrezzature adeguati per evitare spostamenti eccessivi dei componenti saldati. Per tubi in acciaio più spessi, è possibile applicare un riscaldamento localizzato nelle sezioni durante la saldatura per alleviare la concentrazione delle sollecitazioni e garantire la stabilità dimensionale dopo la saldatura.

L'importanza del trattamento termico post-saldatura
I giunti saldati di tubi in acciaio resistenti al calore generano notevoli sollecitazioni residue durante il raffreddamento e alcuni tipi di acciaio possono persino sviluppare una microstruttura fragile, che è dannosa per i tubi sottoposti a funzionamento a lungo termine ad alta temperatura. Pertanto il trattamento termico post-saldatura è essenziale. Il rinvenimento o la normalizzazione possono ridurre lo stress residuo, affinare la microstruttura e migliorare le prestazioni complessive del giunto. La temperatura del trattamento termico e il tempo di mantenimento devono essere adattati al materiale del tubo e allo spessore della parete per garantire buone prestazioni ad alta temperatura del giunto saldato.

Ispezione e riparazione dei difetti di saldatura
Dopo la saldatura, la qualità della saldatura deve essere valutata attentamente mediante ispezione visiva, test radiografici, test ad ultrasuoni e altri metodi per garantire l'assenza di difetti quali crepe, pori e inclusioni di scorie. Una volta scoperti i difetti, questi dovrebbero essere riparati in base ai requisiti del processo. Il preriscaldamento e il trattamento post-riscaldamento dovrebbero essere eseguiti anche durante la riparazione delle aree saldate per prevenire nuovi difetti. Tutti i processi di riparazione dovrebbero essere documentati per la successiva tracciabilità della qualità.

Confronto delle precauzioni di saldatura per diversi tipi di tubi in acciaio resistenti al calore
Le precauzioni di saldatura variano a seconda del tipo di acciaio resistente al calore. Ad esempio, il preriscaldamento, la selezione del materiale di saldatura e il trattamento post-saldatura sono diversi per gli acciai resistenti al calore martensitici, austenitici e duplex. La tabella seguente mette a confronto le principali precauzioni per la saldatura di diversi tipi comuni di acciaio resistente al calore:

Ambiente di saldatura e misure di sicurezza
La saldatura dell'acciaio resistente al calore avviene in genere in condizioni di lavoro ad alta temperatura e alta intensità, pertanto è necessario adottare precauzioni di sicurezza. È necessario mantenere una buona ventilazione nel cantiere per evitare che i fumi di saldatura e i gas nocivi colpiscano gli operatori. I saldatori devono indossare indumenti protettivi, maschere e guanti resistenti alle alte temperature per evitare lesioni dovute agli spruzzi di saldatura. Dovrebbero essere inoltre disponibili adeguate attrezzature antincendio per prevenire gli incendi causati dalle scintille di saldatura.