Saldatura di acciaio inossidabile e acciaio resistente al calore: Spiegazioni

1. Saldatura dell'acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile si riferisce a un tipo di acciaio che, grazie all'aggiunta di elementi di lega come il cromo, rimane allo stato passivato in superficie, consentendo di resistere alla corrosione dell'atmosfera e di alcuni mezzi, oltre a possedere una buona stabilità chimica.

Quando il contenuto di cromo negli acciai inossidabili supera il 12%, si può formare rapidamente una densa pellicola di ossido sulla superficie, con conseguente aumento significativo del potenziale elettrodico dell'acciaio e della resistenza alla corrosione in ambienti ossidanti.

Esistono diversi metodi di classificazione dell'acciaio inossidabile. In base al tipo di struttura, può essere suddiviso in acciaio inossidabile ferritico e austenitico, acciaio inossidabile martensitico, acciaio duplex e acciaio inossidabile indurito per precipitazione.

L'acciaio inossidabile austenitico è il tipo di acciaio inossidabile più diffuso e diversificato. Attualmente, l'acciaio inossidabile austenitico può essere suddiviso grossolanamente in due tipi: Tipo Cr18-Ni8, come 0Cr18Ni9, 00Cr19Ni10, 0Cr19Ni10NbN; e tipo Cr25-Ni20, come 0Cr25Ni20. Acciaio inossidabile ferritico Anche i tipi Cr13 e Cr17, come 0Cr13Al, 1Cr17, 00Cr18Mo2, sono ampiamente utilizzati in ambienti con condizioni di corrosione meno severe.

Gli acciai inossidabili martensitici utilizzano principalmente il tipo Cr13, come 0Cr13, 1Cr13, 2Cr13, 0Cr13Ni4Mo. L'acciaio inossidabile duplex è un acciaio inossidabile con una microstruttura a doppia fase costituita da austenite e ferrite, con entrambe le fasi che occupano una percentuale significativa, come 0Cr26Ni5Mo2, 00Cr18Ni5Mo3Si2.

L'acciaio inossidabile indurito per precipitazione è un tipo di acciaio inossidabile che incorpora elementi indurenti singolarmente o in combinazione, ottenendo un'elevata resistenza, un'alta tenacità e una buona resistenza alla corrosione attraverso un appropriato trattamento termico.

1. Caratteristiche di saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico

Rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile, la saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico è relativamente facile. I principali problemi che possono insorgere durante la saldatura sono i seguenti: elevata suscettibilità alle cricche termiche nella zona di saldatura e nella zona termicamente interessata, precipitazione di carburi di cromo nel giunto con conseguente diminuzione della resistenza alla corrosione e potenziale infragilimento a 475°C o infragilimento di fase sigma quando il giunto contiene un'elevata quantità di ferrite.

(1) Fessurazione da calore in giunti saldati

Gli acciai inossidabili austenitici sono altamente suscettibili alle cricche da calore, con possibilità di formazione di cricche sia nella zona di saldatura che in quella interessata dal calore. Il fenomeno più comunemente osservato è quello delle cricche di solidificazione nella saldatura, ma può anche verificarsi come cricche di liquefazione nella zona termicamente alterata o tra più strati di metallo saldato. Le cricche possono essere classificate come cricche di solidificazione, cricche di liquefazione o cricche a bassa plasticità ad alta temperatura.

Per prevenire le cricche da calore negli acciai inossidabili austenitici, le misure principali comprendono:

1) Misure metallurgiche:

Controllo rigoroso delle impurità nocive nel metallo saldato. Più alto è il contenuto di nichel nell'acciaio, più è importante controllare i livelli di zolfo, fosforo, boro, selenio e altri elementi nocivi per prevenire le cricche termiche. Per le saldature austenitiche monofase, l'aggiunta di quantità adeguate di manganese, piccole quantità di carbonio e azoto e la riduzione del contenuto di silicio possono migliorare la resistenza alle cricche della saldatura.

Regolazione della composizione chimica della saldatura. Creazione di una struttura duplex di austenite e ferrite nel metallo saldato previene efficacemente la formazione di cricche da calore. Ad esempio, la presenza di una piccola quantità di ferrite nella microstruttura di una saldatura in acciaio 18-8 ne migliora notevolmente la resistenza alle cricche. Tra gli elementi comuni che favoriscono la formazione di ferrite vi sono il cromo, il molibdeno, il vanadio, ecc.

Queste misure metallurgiche comportano principalmente la regolazione della composizione chimica della materiale di saldatura.

2) Misure di processo:

Ridurre al minimo il surriscaldamento del bagno di saldatura per evitare la formazione di grani colonnari grossolani. Pertanto, è consigliabile utilizzare un apporto termico ridotto e saldature di piccola sezione. Nella saldatura a più passate, la temperatura di interpass non deve essere troppo alta per evitare il surriscaldamento della saldatura. Durante il processo di saldatura, la bacchetta per saldatura non devono essere oscillati e devono essere utilizzate tecniche di saldatura strette e veloci.

Intervallo di temperatura di sensibilizzazione: Gli acciai inossidabili austenitici sono più sensibili alla corrosione intergranulare quando sono riscaldati a 400-800°C. Questo intervallo di temperatura è noto come intervallo di temperatura di sensibilizzazione.

(2) Resistenza alla corrosione dei giunti saldati:

I giunti saldati possono subire corrosione intergranulare, corrosione a coltello e corrosione da stress durante il servizio.

Per prevenire la corrosione intergranulare nei giunti saldati, si possono adottare le seguenti misure:

1) Misure metallurgiche:

Creare una struttura duplex di austenite e ferrite nel metallo saldato, con una frazione di volume di ferrite compresa tra 4% e 12%. All'interno di questo intervallo, il metallo saldato non solo mostra una migliore resistenza alla corrosione intergranulare e alla tensocorrosione, ma aumenta anche la sua resistenza alla criccatura termica.

Introdurre nel metallo saldato elementi stabilizzanti che hanno una maggiore affinità con il carbonio rispetto al cromo, come ad esempio titanio, niobio, tantalio e zirconio.

Ridurre al minimo il contenuto di carbonio nel metallo saldato per evitare la corrosione intergranulare. Il contenuto di carbonio deve essere ridotto al di sotto del limite di solubilità di carbonio in acciaio inox a temperatura ambiente, rendendo impossibile al carbonio reagire con il cromo e formare Cr23C6, eliminando così la zona impoverita di cromo ai confini del grano. Quando la frazione di massa di carbonio nel metallo saldato è inferiore a 0,03%, il metallo saldato presenta una migliore resistenza alla corrosione intergranulare.

Come già detto, per avere i tipi e le quantità appropriate di elementi di lega nel metallo saldato, è necessario partire dal materiale di saldatura e selezionare elettrodi, flussi e fili di saldatura che soddisfino le condizioni metallurgiche sopra citate. Ciò è essenziale per raggiungere l'obiettivo di prevenire la corrosione intergranulare nel metallo saldato.

2) Misure di processo:

Scegliere un metodo di saldatura appropriato che minimizzi l'apporto di calore e riduca il tempo di permanenza del giunto saldato nell'intervallo di temperatura di sensibilizzazione. Per giunti sottili e piccoli e regolari, è opportuno utilizzare tecniche come la saldatura a fascio di elettroni, la saldatura ad arco al plasma e la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG) con energia concentrata.

Per le saldature di lamiere di medio spessore, è adatto l'uso della saldatura a gas inerte metallico (MIG) con elettrodo di fusione. Per le saldature di lamiere spesse, la saldatura ad arco sommerso e la saldatura ad arco metallico schermato sono metodi comunemente utilizzati, mentre la saldatura a gas è sconsigliata.

Quando si determinano i parametri di saldatura, è importante garantire la qualità della saldatura utilizzando una bassa corrente di saldatura e la velocità di saldatura più elevata possibile.

Selezionando il metodo di saldatura appropriato e ottimizzando la parametri di saldaturaL'obiettivo è ridurre al minimo il tempo trascorso nell'intervallo di temperatura di sensibilizzazione e ridurre il rischio di corrosione intergranulare nel giunto saldato, garantendo al contempo la qualità della saldatura.

In termini di operazioni, è consigliabile utilizzare cordoni di saldatura stretti e passate multiple per le saldature multistrato. Dopo ogni passata o strato di saldatura, è importante lasciare raffreddare il giunto saldato a temperatura ambiente prima di procedere alla passata o allo strato successivo. Durante la processo di saldaturaIl materiale di saldatura non deve oscillare nel bagno di fusione. Quando si saldano tubi utilizzando saldatura ad arco di argon come passata di fondo, è possibile eseguire la saldatura per fusione senza aggiungere materiale d'apporto.

Se le condizioni lo consentono, lo spurgo dell'interno del tubo con gas argon può proteggere il bagno fuso dall'ossidazione, accelerare la velocità di raffreddamento della saldatura e facilitare la formazione della saldatura posteriore. Per le saldature esposte a sostanze corrosive, è preferibile eseguire la saldatura finale se le condizioni lo consentono, per ridurre al minimo il numero di volte in cui la saldatura viene riscaldata dal mezzo corrosivo.

Il raffreddamento rapido della zona interessata dal calore si ottiene con il raffreddamento forzato. Per le saldature regolari, se le condizioni lo consentono, si può utilizzare un supporto di rame puro e far circolare acqua o gas protettivo attraverso il supporto di rame per facilitare il raffreddamento forzato. Questo aiuta a prevenire la corrosione intergranulare nel giunto saldato.

Questo perché a temperature di riscaldamento inferiori (sotto i 400°C) o a tempi di riscaldamento brevi, la diffusione del carbonio e la formazione di carburi di cromo sono meno favorevoli, evitando così la zona impoverita di cromo.

Viene eseguito il processo di trattamento in soluzione o di stabilizzazione. Dopo il trattamento di solubilizzazione, l'acciaio inossidabile austenitico ha la più bassa forza e durezzae la migliore resistenza alla corrosione, che è un mezzo importante per prevenire la corrosione intergranulare.

L'acciaio inossidabile austenitico sensibilizzato può essere ulteriormente eliminato con un trattamento in soluzione. Il trattamento di stabilizzazione viene generalmente riscaldato a una temperatura di 850-900℃ e mantenuto per 2-4 ore. Il trattamento di stabilizzazione può essere utilizzato anche per eliminare le piccole conoscenze prodotte dal riscaldamento per sensibilizzazione.

Trattamento in soluzione e trattamento di stabilizzazione: Il trattamento in soluzione è un processo in cui il giunto saldato viene riscaldato a una temperatura di 1050-1150℃, mantenuto per un certo periodo di tempo e poi raffreddato rapidamente entro un intervallo di 800-400℃.

Il trattamento di stabilizzazione è un processo di trattamento termico progettato per gli acciai inossidabili austenitici contenenti stabilizzanti, generalmente riscaldati a 850-900℃ e mantenuti per 2-4 ore.

2) Corrosione della linea del coltello.

La corrosione a lama, nota anche come corrosione a lama o semplicemente a lama, è una forma specifica di corrosione intergranulare che si verifica solo nei giunti saldati di acciaio inossidabile austenitico contenente elementi stabilizzanti come Ti e Nb. La corrosione si verifica lungo la linea di fusione nella zona surriscaldata del giunto. Zona interessata dal calore (ZTA). A causa della sua larghezza ridotta (generalmente 1,0-1,5 mm nella saldatura ad arco), assume l'aspetto di un taglio praticato da un coltello, da cui il nome di corrosione da lama. Le misure per prevenire la corrosione da lama includono:

In primo luogo, ridurre il contenuto di carbonio nel materiale di base. Si tratta di una misura efficace per prevenire la corrosione da lama, poiché i giunti saldati in acciaio inossidabile austenitico a bassissimo tenore di carbonio non presentano corrosione da lama.

In secondo luogo, adottare un processo di saldatura ragionevole. Pur garantendo la qualità della saldatura, è consigliabile scegliere un apporto termico minore per ridurre il tempo di permanenza della zona surriscaldata alle alte temperature ed evitare l'insorgere della "sensibilizzazione a media temperatura" durante il processo di saldatura.

Nella saldatura a doppia faccia, la saldatura a contatto con il mezzo corrosivo dovrebbe essere applicata come saldatura finale, se possibile. Se non è possibile, i parametri di saldatura e la forma della saldatura devono essere regolati per ridurre al minimo il riscaldamento di risensibilizzazione della zona surriscaldata a contatto con il mezzo corrosivo.

I metodi di raffreddamento forzato possono essere utilizzati durante o dopo la saldatura per ottenere un rapido raffreddamento del giunto saldato. La correzione post-saldatura può essere effettuata con metodi di correzione a freddo. Per i giunti saldati con elevati requisiti di resistenza alla corrosione, può essere necessario un trattamento di stabilizzazione post-saldatura o un trattamento in soluzione.

3) Cricche da corrosione sotto sforzo.

La cricca da corrosione sotto sforzo è una forma di danno che si verifica quando la tensione di trazione e specifici mezzi corrosivi agiscono insieme. È una modalità di guasto da corrosione altamente sensibile e frequente negli acciai inossidabili austenitici. Gli incidenti causati dalla cricca da tensocorrosione rappresentano più di 60% di tutti i guasti dovuti alla corrosione.

L'acciaio inossidabile austenitico è soggetto a deformazioni durante la saldatura a causa della sua scarsa conducibilità termica, dell'elevato coefficiente di dilatazione lineare e della bassa resistenza allo snervamento. Quando la deformazione di saldatura è limitata, una significativa tensione residua di saldatura rimarrà inevitabilmente nel giunto saldato, accelerando l'azione del mezzo corrosivo.

Di conseguenza, la cricca da tensocorrosione è comune nei giunti saldati di acciaio inossidabile austenitico. Si tratta di uno dei problemi più impegnativi da affrontare nella saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico, soprattutto nelle apparecchiature chimiche, dove la cricca da tensocorrosione si verifica frequentemente.

Le misure per prevenire le cricche da tensocorrosione includono:

In primo luogo, la progettazione del giunto di saldatura in modo razionale per evitare l'accumulo di sostanze corrosive nell'area del giunto di saldatura e ridurre o eliminare la concentrazione di tensioni nel giunto di saldatura.

In secondo luogo, eliminare o ridurre sollecitazione residua nel giunto di saldatura. Il trattamento di distensione post-saldatura è una misura di processo comunemente utilizzata, con una temperatura di riscaldamento compresa tra 850 e 900℃ che produce l'effetto di distensione più ideale.

Metodi meccanici come la lucidatura superficiale, la pallinatura pallinaturaPer indurre tensioni superficiali di compressione si può ricorrere anche alla martellatura. Nella progettazione strutturale, i giunti di testa dovrebbero essere utilizzati il più possibile per evitare le saldature trasversali e le scanalature a V singola possono essere sostituite da scanalature a Y doppia.

In terzo luogo, la scelta del materiale corretto. I materiali poco sensibili alle cricche da tensocorrosione devono essere scelti in base alle caratteristiche del mezzo. Ciò include non solo il materiale di base, ma anche i materiali di consumo per la saldatura, in quanto possono influenzare notevolmente la resistenza alla cricca da tensocorrosione.

(3) Infragilimento dei giunti saldati

Esistono due forme principali di infragilimento nei giunti saldati di acciaio inossidabile austenitico: l'infragilimento a bassa temperatura e l'infragilimento in fase σ.

1) Infragilimento a bassa temperatura del metallo saldato:

Nel caso dei giunti saldati in acciaio inossidabile austenitico, la resistenza alla corrosione o all'ossidazione non è sempre la proprietà più critica. Quando si utilizzano le basse temperature, la plasticità e la tenacità del metallo saldato diventano fondamentali. Per soddisfare i requisiti di tenacità a bassa temperatura, nel metallo saldato si desidera un'unica microstruttura austenitica, evitando la presenza di δ-ferrite. La presenza di δ-ferrite degrada sempre la tenacità alle basse temperature.

2) Infragilimento di fase σ dei giunti saldati:

La fase σ è un composto intermetallico fragile che si accumula principalmente ai confini dei grani dei cristalli colonnari. L'infragilimento della fase σ è legato al grado di lega dell'acciaio inossidabile austenitico. Negli acciai inossidabili austenitici con elevati elementi di lega, come Cr e Mo, la fase σ può precipitare facilmente. Cr e Mo hanno un effetto significativo sulla formazione della fase σ.

Aumentando il contenuto di nichel, che è un elemento di lega nell'acciaio inossidabile austenitico, si può efficacemente sopprimere la formazione della fase σ durante il processo di saldatura, prevenendo così l'infragilimento dei giunti saldati. Si tratta di una misura metallurgica efficace per prevenire l'infragilimento dei giunti saldati.

2. Caratteristiche di saldatura degli acciai duplex

L'acciaio inossidabile Duplex presenta buone saldabilitàCon l'uso di materiali di saldatura appropriati, è possibile evitare le cricche a caldo e le cricche a freddo. Le proprietà meccaniche del giunto saldato sono generalmente in grado di soddisfare i requisiti prestazionali della struttura saldata.

Il giunto saldato dimostra anche una buona resistenza alla tensocorrosione e la sua resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale è superiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico, mentre la sua resistenza alla corrosione intergranulare è paragonabile a quella dell'acciaio inossidabile austenitico.

Tuttavia, la zona prossima alla saldatura del giunto saldato è influenzata dalla calore di saldatura che porta a un'inevitabile coartazione dei grani di ferrite nella zona surriscaldata, riducendo così la resistenza alla corrosione in quell'area.

3. Processi di saldatura per acciaio inossidabile austenitico e acciaio duplex

(1) Selezione di Metodi di saldatura:

Sia gli acciai inossidabili austenitici che gli acciai duplex possono essere saldati con diversi metodi di saldatura per fusione, come la saldatura ad arco metallico schermato (SMAW), la saldatura con gas inerte di tungsteno (TIG), la saldatura ad arco di gas metallico (GMAW), la saldatura ad arco sommerso (SAW) e la saldatura ad arco di metallo. saldatura al plasma ad arco.

1) Schermato Arco di metallo Saldatura (SMAW):

Lo SMAW è il metodo di saldatura più comunemente utilizzato, noto per la sua flessibilità e convenienza. Per aumentare la resistenza alle cricche a caldo, si consiglia di utilizzare elettrodi con rivestimento basico. Per le saldature che richiedono un'elevata resistenza alla corrosione e un buon aspetto superficiale, si preferiscono elettrodi con buone prestazioni di processo, come i rivestimenti di tipo titanio-calcio.

2) Saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG):

La saldatura TIG è un metodo ideale per la saldatura di acciai inossidabili austenitici e duplex, in quanto riduce al minimo la bruciatura degli elementi di lega durante il processo di saldatura, ottenendo una superficie di saldatura pulita e priva di scorie, con una buona resistenza alla corrosione. cordone di saldatura formazione. Inoltre, Saldatura TIG ha un apporto termico inferiore, che lo rende particolarmente adatto alla saldatura di acciai inossidabili austenitici e duplex sensibili al calore.

3) Saldatura ad arco sommerso (SAW):

Il SAW è un metodo di saldatura altamente efficiente, caratterizzato da un elevato apporto di calore, grandi dimensioni del bagno di saldatura e tassi di raffreddamento e solidificazione più lenti. Questo metodo aumenta la suscettibilità alle cricche a caldo. Il SAW ha un'ampia gamma di tassi di diluizione nel metallo di base (da 10% a 75%), che influisce significativamente sulla composizione del metallo saldato, in particolare sul controllo del contenuto di ferrite nella microstruttura della saldatura.

4) Saldatura al plasma ad arco:

La saldatura ad arco plasma è anche un metodo di saldatura per fusione con protezione di gas inerte, che utilizza un arco plasma ad alta densità energetica come fonte di calore. Offre vantaggi quali l'energia concentrata, la zona termicamente colpita di dimensioni ridotte, la rapidità di esecuzione. velocità di saldatura, alta efficienza di utilizzo del calore e zona termicamente alterata ristretta. In condizioni di assenza di vento, la saldatura al plasma è utile per migliorare la resistenza alla corrosione e la microstruttura del giunto saldato.

Anche la saldatura ad arco con gas metallici, come la saldatura MIG, è ampiamente utilizzata. LA SALDATURA A CO₂ La saldatura a gas con filo animato si applica anche alla saldatura di metalli inossidabili. saldatura dell'acciaio.

(2) Selezione dei materiali di saldatura

Il principio di selezione dei materiali di saldatura per gli acciai inossidabili austenitici è quello di scegliere generalmente materiali con composizioni chimiche simili o identiche a quelle del metallo base.

Tuttavia, è necessario considerare anche le proprietà meccaniche complessive, la resistenza alla corrosione, la resistenza alle cricche e alle alte temperature del giunto saldato, in base alle specifiche condizioni di utilizzo. La Tabella 5-21 fornisce esempi di selezione raccomandata di vari materiali. saldatura dell'acciaio inossidabile materiali.

Tabella 5-21: Esempi di materiali consigliati per la saldatura dell'acciaio inossidabile

(3) Punti chiave per la saldatura di acciaio inossidabile austenitico e duplex. Il processo di saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico e dell'acciaio duplex è il seguente:

1) Preparazione pre-saldatura:

a) Taglio del materiale e preparazione delle scanalature: A causa dell'elevato contenuto di cromo, gli acciai inossidabili austenitici e duplex sono difficili da tagliare con la fiamma ossiacetilenica. Taglio meccanico, aria compressa e carbonio taglio ad arcoPer il taglio del materiale e la preparazione delle scanalature possono essere utilizzati il taglio al plasma, il taglio ad arco o altri metodi.

b) Pulizia pre-saldatura: Per garantire qualità della saldaturaLa scanalatura e la superficie entro un raggio di 20-30 mm su entrambi i lati della scanalatura devono essere pulite a fondo. In caso di contaminazione da olio, per la pulizia si possono utilizzare solventi organici come acetone o alcol. Per saldature con elevati requisiti di qualità superficiale, è possibile applicare una boiacca di polvere di gesso bianco entro un intervallo adeguato per evitare che gli schizzi danneggino la superficie dell'acciaio. Durante la manipolazione, la preparazione delle scanalature, l'assemblaggio e il posizionamento della saldatura, occorre fare attenzione a non danneggiare la superficie dell'acciaio, in quanto ciò potrebbe ridurre la resistenza alla corrosione del prodotto. I colpi d'arco e l'utilizzo di strumenti affilati per graffiare la superficie dell'acciaio lamiera d'acciaio non sono consentite le superfici a caso.

Posizionamento della saldatura:

Durante la saldatura di posizionamento, il saldatore deve utilizzare lo stesso materiale e le stesse specifiche del processo di saldatura effettivo. L'altezza della saldatura all'interno della scanalatura non deve generalmente superare i 2/3 della profondità della scanalatura. Se nella saldatura di posizionamento si verificano difetti come cricche, è necessario rimuoverla e risaldarla.

I materiali di saldatura devono essere sottoposti a un trattamento di essiccazione specifico.

2) Tecnica di saldatura:

L'arco deve essere scoccato all'interno della scanalatura e si deve ottenere una singola passata di fusione. L'arco deve essere spento per riempire il cratere.

Quando si salda l'acciaio inox, la corrente di saldatura deve essere da 10% a 20% inferiore rispetto a saldatura di acciaio a basso tenore di carbonio. È necessario utilizzare un arco corto, una saldatura veloce e una corsa rettilinea. Contemporaneamente, è necessario controllare la temperatura di interpass, generalmente mantenuta al di sotto dei 100°C. Per evitare una temperatura interpass eccessiva, se necessario si possono adottare misure come il raffreddamento ad acqua sul retro.

Per le saldature multistrato e a più passate, dopo aver completato ogni passata, la scoria deve essere rimossa e l'aspetto deve essere controllato per individuare eventuali difetti superficiali prima di procedere alla passata successiva. Le posizioni iniziali e finali degli strati adiacenti devono essere sfalsate.

Per le saldature concentrate, si possono utilizzare metodi come la saldatura saltata, la saldatura simmetrica segmentata o il back-stepping per ridurre il numero di saldature. distorsione di saldatura e surriscaldamento.

Quando penetrazione completa Se è necessaria una saldatura su due lati, la radice della saldatura deve essere pulita. Se scriccatura ad arco di carbonio per la pulizia delle radici, deve essere rettificato con una mola fino a quando non sono presenti ossidi o strati di carburo. Per gli acciai inossidabili a bassissimo tenore di carbonio o in presenza di requisiti specifici, la pulizia delle radici deve essere effettuata con mola o con metodi meccanici.

Le saldature a contatto con il fluido devono essere saldate per ultime per evitare una diminuzione della resistenza alla corrosione della saldatura.

Le saldature a contatto con il fluido devono essere saldate per ultime per evitare una diminuzione della resistenza alla corrosione della saldatura.

3) Trattamento termico post-saldatura:

In generale, gli acciai inossidabili austenitici e duplex non richiedono un trattamento termico post-saldatura. Tuttavia, se il giunto saldato si infragilisce o se è necessario migliorarne ulteriormente la resistenza alla corrosione, si può optare per un trattamento in soluzione, un trattamento di stabilizzazione o un trattamento di distensione.

4) Pulizia post-saldatura:

Le saldature in acciaio inox devono essere sottoposte a trattamenti di decapaggio e passivazione. Il decapaggio mira a rimuovere le incrostazioni di ossido dalla superficie della saldatura e dalla zona termicamente interessata, mentre la passivazione mira a formare nuovamente uno strato di ossido incolore e denso sulla superficie decapata, garantendo la resistenza alla corrosione.

4. Saldatura di acciaio inossidabile ferritico

(1) Caratteristiche della saldatura dell'acciaio inossidabile ferritico:

Attualmente, gli acciai inossidabili ferritici possono essere suddivisi in acciai inossidabili ferritici ordinari e acciai inossidabili ferritici ultrapuri. I problemi principali della saldatura degli acciai inossidabili ferritici sono la riduzione della plasticità e della tenacità nel giunto saldato, l'infragilimento nella zona termicamente interessata e la corrosione intergranulare nel giunto saldato.

(2) Metodi e materiali di saldatura per gli acciai inossidabili ferritici:

La saldatura degli acciai inossidabili ferritici dovrebbe utilizzare metodi di saldatura a basso apporto di calore, come la saldatura ad arco metallico schermato, la saldatura a gas e la saldatura ad arco metallico schermato. saldatura ad arco di tungstenoo la saldatura ad arco al plasma. La scelta dei materiali di saldatura deve seguire il principio della corrispondenza con la composizione del metallo di base. In alternativa, si possono usare materiali di saldatura per acciaio inossidabile austenitico, eliminando la necessità di preriscaldamento prima della saldatura e trattamento termico post-saldatura.

(3) Punti chiave del processo di saldatura:

I punti chiave per la saldatura dell'acciaio inossidabile ferritico sono i seguenti:

1) Preriscaldamento:

Temperatura di preriscaldamento dovrebbe essere di circa 100-200°C. Lo scopo è quello di migliorare la tenacità del materiale da saldare e ridurre le sollecitazioni nel giunto di saldatura. Con l'aumento del contenuto di cromo nell'acciaio, anche la temperatura di preriscaldamento deve essere aumentata di conseguenza.

2) Trattamento termico post-saldatura:

Dopo la saldatura, l'area di giunzione deve essere ricottata a una temperatura di 750-800°C. Questo trattamento consente la precipitazione completa del carbonio e dell'azoto sovrasaturi, la reintegrazione del cromo nelle aree cromate impoverite, per ripristinare la resistenza alla corrosione. Inoltre, migliora la plasticità del giunto saldato. È importante notare che il raffreddamento rapido dovrebbe essere applicato dopo ricottura per prevenire la formazione di fragilità a 475°C.

Altri requisiti di processo sono simili a quelli dell'acciaio inossidabile austenitico.

5. Saldatura di acciaio inossidabile martensitico

(1) Caratteristiche della saldatura dell'acciaio inossidabile martensitico:

Gli acciai inossidabili martensitici possono essere suddivisi in acciai inossidabili martensitici al Cr13, acciai inossidabili martensitici a basso tenore di carbonio e acciai inossidabili super martensitici. I comuni acciai inossidabili martensitici hanno una tendenza all'indurimento durante la tempra e, più alto è il contenuto di carbonio, maggiore è la tendenza all'indurimento. Pertanto, i problemi comuni nella saldatura degli acciai inossidabili martensitici sono l'infragilimento nella zona termicamente influenzata e la criccatura a freddo.

(2) Selezione dei metodi di saldatura:

I metodi di saldatura più comuni, come la saldatura ad arco di metallo schermato, la saldatura ad arco di tungsteno a gas, l'elettrodo consumabile, ecc. saldatura a gas schermatae la saldatura al plasma possono essere utilizzati per saldare l'acciaio inossidabile martensitico. La saldatura ad arco metallico schermato è il metodo più comunemente utilizzato.

(3) Selezione dei materiali di saldatura:

Per l'acciaio inossidabile martensitico Cr13, la saldabilità è complessivamente scarsa. Pertanto, oltre all'impiego di materiali di saldatura con composizione chimica e proprietà meccaniche simili a quelle del metallo base, per gli acciai inossidabili martensitici a più alto contenuto di carbonio si utilizzano spesso materiali di saldatura di tipo austenitico per migliorare la plasticità e la tenacità del giunto di saldatura e prevenire l'insorgenza di crepe da saldatura. Gli elettrodi di saldatura comunemente usati sono riportati nella Tabella 5-22.

Tabella 5-22: Selezione dei materiali di saldatura, del preriscaldamento e del trattamento termico post-saldatura per l'acciaio inossidabile martensitico

(4) Punti chiave del processo di saldatura:

I punti chiave per la saldatura dell'acciaio inossidabile martensitico sono i seguenti:

1) Preriscaldamento e trattamento termico post-saldatura:

La temperatura di preriscaldamento è generalmente compresa tra 100-350°C e aumenta con il contenuto di carbonio. Per i giunti di saldatura ad alto contenuto di carbonio o ad alto vincolo, prima del trattamento termico è necessario adottare le necessarie misure di post-saldatura per evitare l'insorgere di cricche indotte da idrogeno. Ad esempio, quando si saldano giunti a basso acciaio legato con l'acciaio inossidabile austenitico, è necessario applicare tecniche di saldatura adeguate. Per i dettagli, fare riferimento alla Tabella 5-22.

2) Trattamento termico post-saldatura:

Il trattamento termico post-saldatura dell'acciaio inossidabile martensitico comprende il rinvenimento e la ricottura completa. Per ottenere la durezza più bassa, ad esempio per la successiva lavorazione dopo la saldatura, si può utilizzare la ricottura completa con una temperatura di ricottura compresa tra 830-880°C, mantenuta per 2 ore, seguita da un raffreddamento in forno a 595°C e quindi da un raffreddamento ad aria.

La temperatura di tempra è generalmente compresa tra 650-750°C e il tempo di mantenimento è determinato sulla base di 2,4 min/mm, con un tempo di mantenimento minimo di 1 ora, seguito da un raffreddamento ad aria. Per esempi, fare riferimento alla Tabella 5-22.

1. Una fabbrica di macchinari chimici produce un serbatoio di misurazione del fenolo del legno.

Il materiale principale è acciaio inossidabile austenitico 0Cr18Ni9 con uno spessore di 8 mm. Le giunture longitudinali e circonferenziali del corpo del cilindro sono saldate mediante saldatura ad arco metallico schermato con giunti di testa e bordi smussati a V con angoli arrotondati. Il processo di saldatura è riportato nella Tabella 5-23.

Scheda di processo di saldatura per giunti			Numero
Diagramma di giunzione	Materiale di base	0Cr18Ni9	0Cr18Ni9
	Spessore del materiale di base	8 mm	8 mm
	Posizione di saldatura	Posizione piatta
	Tecnica di saldatura	Perlina dritta
	Temperatura di preriscaldamento	Temperatura ambiente
	Temperatura intermedia	≤100℃

Parametri delle specifiche di saldatura

2. Per la saldatura di testa dell'ugello dello stesso prodotto, si utilizza la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG). Si tratta di un processo di saldatura su un solo lato con formazione su due lati. Il processo di saldatura è riportato nella Tabella 5-24.

Tabella 5-24: Scheda del processo di saldatura per il giunto di saldatura ad arco con gas inerte di tungsteno 0Crl8Ni9

Scheda di processo di saldatura per giunti			Numero
Diagramma di giunzione	Materiale di base	0Cr18Ni9	0Cr18Ni9
	Spessore del materiale di base	3,5 mm	3,5 mm
	Posizione di saldatura	Saldatura piatta
	Tecnica di saldatura	Cordone di saldatura diritto
	Temperatura di preriscaldamento	Temperatura ambiente
	Temperatura intermedia	≤100℃
	Diametro dell'elettrodo di tungsteno	Φ2,5 mm
	Diametro dell'ugello	Φ16 mm

Parametri delle specifiche di saldatura

3. Una certa azienda produce un serbatoio di miscelazione del vapore con un materiale 00Cr17Ni14Mo2. Il giunto saldato richiede una struttura completamente penetrata. Il processo di saldatura prevede l'utilizzo della saldatura ad arco con gas inerte di tungsteno per sigillare il fondo e della saldatura ad arco con elettrodo per il riempimento e la copertura. Si tratta di un processo di saldatura su un solo lato e di formatura su due lati. Per i dettagli specifici, consultare la documentazione fornita.

Tabella 5-25: Scheda del processo di saldatura per giunto di testa 00Cr17Ni14Mo2

Scheda di processo di saldatura per giunti				Numero
Diagramma di giunzione	Materiale di base	00Cr17Ni14Mo2		00Cr17Ni14Mo2
	Spessore del materiale di base	8 mm		8 mm
	Posizione di saldatura	Saldatura piatta
	Tecnica di saldatura	Cordone di saldatura diritto
	Temperatura di preriscaldamento	Temperatura ambiente
	Temperatura intermedia	≤150℃
	Diametro dell'elettrodo di tungsteno	Φ2,5 mm	Gas di protezione	Ar
	Diametro dell'ugello	Φ16 mm	Portata del gas (L/min)	8~10

Parametri delle specifiche di saldatura

4. Un impianto di produzione di apparecchiature chimiche sta producendo una torre di rigenerazione a pressione con un materiale di 0Cr18Ni9. Il processo di saldatura utilizzato è la saldatura ad arco sommerso.

Scheda di processo di saldatura per giunti			Numero
Diagramma di giunzione	Materiale di base	0Cr18Ni9	0Cr18Ni9
	Spessore del materiale di base	14 mm	14 mm
	Posizione di saldatura	Saldatura piatta
	Tecnica di saldatura	Cordone di saldatura diritto
	Temperatura di preriscaldamento	Temperatura ambiente
	Temperatura intermedia	≤150℃

Parametri delle specifiche di saldatura

2. Saldatura di acciaio resistente al calore

L'acciaio resistente al calore è una lega a base di ferro che presenta un'eccellente resistenza termica, resistenza all'ossidazione e alla corrosione in ambienti ad alta temperatura.

Gli acciai resistenti al calore possono essere classificati in acciai resistenti al calore a bassa lega, a media lega e ad alta lega in base alla frazione di massa degli elementi leganti. Gli acciai resistenti al calore con una frazione di massa totale di elementi leganti inferiore a 5% sono definiti acciai resistenti al calore a bassa lega, che comprendono acciai resistenti al calore ferritici e acciai resistenti al calore bainitici.

Gli acciai resistenti al calore con una frazione di massa totale di elementi leganti compresa tra 6% e 12% sono noti come acciai resistenti al calore di media lega. Gli acciai legati con una frazione di massa totale di elementi leganti superiore a 13% sono classificati come acciai resistenti al calore ad alta lega.

Gli acciai resistenti al calore sono ampiamente utilizzati nelle centrali termiche convenzionali, nelle centrali nucleari, negli impianti di raffinazione del petrolio, nelle unità di idrocracking, nei contenitori per prodotti chimici sintetici, negli strumenti aerospaziali e in altre apparecchiature di lavorazione ad alta temperatura. Tra questi, gli acciai resistenti al calore a bassa lega sono particolarmente diffusi.

1. Requisiti di base per le prestazioni di saldatura dei giunti in acciaio termoresistente

I requisiti di base per le prestazioni di saldatura dei giunti in acciaio resistente al calore dipendono dalle condizioni operative dell'apparecchiatura, dal processo di produzione e dalla complessità della struttura saldata.

Per garantire il funzionamento sicuro a lungo termine della struttura saldata in acciaio resistente al calore in condizioni di alta temperatura, alta pressione e vari mezzi complessi, le prestazioni dei giunti saldati devono soddisfare i seguenti requisiti:

(1) Resistenza e duttilità equivalenti del giunto: i giunti saldati in acciaio termoresistente non solo devono avere una resistenza a temperatura ambiente e a breve termine simile a quella del metallo di base, ma anche una resistenza a lungo termine comparabile alle alte temperature.

(2) Resistenza all'idrogeno e all'ossidazione del giunto: i giunti saldati in acciaio resistente al calore devono avere una resistenza all'idrogeno e all'ossidazione ad alta temperatura simile a quella del metallo base. A tal fine, la frazione di massa degli elementi di lega nel metallo saldato deve essere simile a quella del metallo base.

(3) Stabilità della microstruttura del giunto: I giunti saldati in acciaio resistente al calore, soprattutto quelli a parete spessa, sono sottoposti a trattamenti termici prolungati e ripetuti durante il processo di fabbricazione. Durante il funzionamento, sono sottoposti a lungo a condizioni di alta temperatura e alta pressione. Per garantire la stabilità delle prestazioni del giunto, la microstruttura di ciascuna zona del giunto non deve subire cambiamenti significativi che potrebbero portare a infragilimento o rammollimento.

(4) Resistenza alla frattura fragile: Sebbene le strutture saldate in acciaio resistente al calore operino ad alte temperature, per i recipienti a pressione e le condutture, l'ispezione finale viene solitamente condotta a temperatura ambiente con una prova di pressione idraulica o pneumatica a 1,5 volte la pressione di esercizio. Prima della messa in servizio o dopo la manutenzione, le apparecchiature in pressione ad alta temperatura sono sottoposte a un processo di avviamento a freddo. Pertanto, i giunti saldati in acciaio resistente al calore devono avere una certa resistenza alla frattura fragile.

(5) Omogeneità fisica dei giunti in acciaio basso legato resistente al calore: I giunti saldati in acciaio a bassa lega resistente al calore devono avere proprietà fisiche sostanzialmente uguali a quelle del metallo di base. Il coefficiente di espansione termica e la conducibilità termica del materiale del giunto determinano direttamente lo stress termico sul giunto durante il funzionamento ad alta temperatura. Uno stress termico eccessivo può avere un effetto negativo sulla durata del giunto.

2. Saldatura di acciai resistenti al calore a media e bassa lega

(1) Caratteristiche della saldatura di acciai medio e basso legati resistenti al calore: Gli acciai medio e basso legati resistenti al calore sono un tipo di acciaio legato composto principalmente da Cr-Mo come principali elementi di lega.

Il loro processo di saldatura ha le seguenti caratteristiche:

In primo luogo, questi acciai hanno diversi gradi di temprabilità in base al loro contenuto di lega e il metallo saldato e la zona termicamente interessata possono formare microstrutture sensibili alla criccatura a freddo.

In secondo luogo, la maggior parte degli acciai resistenti al calore contiene elementi come Cr, Mo, V, Nb e Ti, che formano forti carburi, con conseguenti diversi gradi di suscettibilità alle cricche da riscaldo (note anche come cricche da stress) nella zona interessata dal calore.

Infine, alcuni giunti saldati in acciaio resistente al calore possono presentare fragilità da tempra quando il contenuto totale di elementi residui nocivi supera il limite consentito.

1) Temprabilità e suscettibilità alla criccatura a freddo degli acciai temprabili:

La temprabilità degli acciai temprabili dipende dal contenuto di carbonio, dagli elementi di lega e dalle rispettive quantità. I principali elementi di lega degli acciai basso-legati resistenti al calore, come il cromo e il molibdeno, aumentano notevolmente la temprabilità dell'acciaio.

Se la velocità di raffreddamento durante la saldatura è troppo elevata, le microstrutture sensibili, quali martensite e bainite superiore, che sono inclini alla criccatura da freddo, possono formarsi nella zona di saldatura e in quella termicamente alterata. Più alto è il contenuto di cromo e più veloce è la velocità di raffreddamento, più alta è la durezza massima del giunto, con conseguente aumento significativo della suscettibilità alla criccatura da freddo.

2) Tendenza alla cricca da riscaldo (eliminazione della cricca da stress):

La criccatura da riscaldo dei giunti di saldatura in acciaio basso-legato resistente al calore dipende principalmente dalle caratteristiche e dal contenuto di elementi che formano carburo nell'acciaio, nonché dall'apporto di calore di saldatura.

Per prevenire la formazione di cricche da riscaldo, si possono adottare le seguenti misure metallurgiche e di processo:

Controllare rigorosamente la composizione della lega nel materiale di base e nel materiale di saldatura che esacerba le cricche da riscaldo. Il contenuto di elementi in lega come V, Ti e Nb devono essere controllati entro l'intervallo minimo consentito, garantendo al contempo la resistenza termica dell'acciaio.

Selezionare materiali d'apporto per la saldatura con una plasticità ad alta temperatura superiore a quella del materiale di base.

Aumentare correttamente la temperatura di preriscaldamento e la temperatura di interpass.

Adottare metodi e processi di saldatura a basso apporto termico per ridurre l'ampiezza della zona surriscaldata del giunto di saldatura e limitare la crescita dei grani.

Scegliere le specifiche di trattamento termico appropriate per ridurre al minimo il tempo di isolamento nell'intervallo di temperatura sensibile.

Progettare la forma del giunto in modo ragionevole per ridurre il vincolo del giunto.

3) Fragilità da rinvenimento:

Il fenomeno di infragilimento graduale che si verifica negli acciai al cromo-molibdeno e nei loro giunti saldati durante il funzionamento a lungo termine nell'intervallo di temperatura di 370-565°C è chiamato fragilità da rinvenimento.

L'infragilimento è attribuito alla segregazione per diffusione di oligoelementi come P, As, Sb e Sn lungo i confini dei grani dell'acciaio. Per ridurre la tendenza alla fragilità da rinvenimento nel metallo saldato di Acciaio Cr-MoLa misura più efficace consiste nel ridurre il contenuto di O, Si e P nel metallo saldato.

4) Ammorbidimento nella zona interessata dal calore:

Dopo temprato e rinvenuto L'acciaio saldato presenta un problema di rammollimento nella zona termicamente interessata del giunto di saldatura. Il grado di rammollimento negli acciai basso-legati resistenti al calore è legato alla microstruttura pre-saldatura del materiale di base, alla velocità di raffreddamento della saldatura e al trattamento termico post-saldatura.

1) Selezione dei metodi di saldatura:

Attualmente, i seguenti metodi di saldatura sono stati ampiamente utilizzati nella produzione di strutture saldate in acciaio resistenti al calore: saldatura ad arco metallico schermato, saldatura con gas inerte di tungsteno, saldatura ad arco sommerso, saldatura con elettrodo consumabile schermato a gas e saldatura a elettroscoria.

La saldatura ad arco con metallo schermato, grazie alla sua maneggevolezza, flessibilità e capacità di eseguire saldature in tutte le posizioni, è ampiamente applicata nella saldatura di strutture in acciaio termoresistente a bassa lega. Diversi elettrodi per acciai basso-legati resistenti al calore sono stati inclusi negli standard nazionali.

Per garantire la tenacità del metallo saldato e ridurre la tendenza alla criccatura, la maggior parte degli acciai basso-legati resistenti al calore viene saldata con elettrodi a basso contenuto di idrogeno.

Tuttavia, per le lamiere sottili in acciaio termoresistente a basso tenore di lega, si possono utilizzare elettrodi acidi ad alta cellulosa o ad alto contenuto di ossido di titanio per migliorare l'adattabilità del processo.

La saldatura ad arco sommerso, grazie alla sua elevata efficienza di deposito e alla buona qualità della saldatura, è stata ampiamente utilizzata nella saldatura di recipienti a pressione, tubazioni, macchinari pesanti, strutture in acciaio, grandi fusioni e rotori di turbine a vapore.

Attualmente sono disponibili fili e flussi di saldatura compatibili con diversi acciai resistenti al calore, compresi fili ad alta purezza e flussi sinterizzati per recipienti speciali a parete spessa che richiedono resistenza alla fragilità da rinvenimento.

La saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG) è caratterizzata da un basso contenuto di idrogeno, da una forte adattabilità al processo e dalla possibilità di ottenere una saldatura su un solo lato con formatura su due lati. Viene utilizzata soprattutto per la saldatura in passata di tubi in acciaio termoresistente a bassa lega o per la saldatura di tubi a parete sottile di piccolo diametro.

La saldatura ad arco con gas metallici (GMAW) è un metodo di saldatura efficiente, di alta qualità ed economico. Attualmente sono disponibili varietà e specifiche di fili solidi in acciaio basso-legato termoresistente che soddisfano i requisiti standard.

La saldatura a filo animato con protezione a gas offre una maggiore efficienza di deposizione rispetto alla normale saldatura a filo pieno con protezione a gas. Inoltre, presenta un'eccellente operatività, spruzzi minimi e produce cordoni di saldatura esteticamente gradevoli.

2) Selezione dei materiali di saldatura:

Il principio di selezione dei materiali di saldatura per gli acciai basso-legati resistenti al calore è quello di garantire che la composizione della lega e le prestazioni di resistenza del metallo saldato siano generalmente coerenti con il materiale di base. Se il componente saldato richiede una ricottura, una normalizzazione o una formatura a caldo dopo la saldatura, è necessario scegliere materiali di saldatura con composizione della lega e livello di resistenza più elevati.

Per migliorare la resistenza alle cricche del metallo saldato, il contenuto di carbonio nel materiale di saldatura è in genere controllato in modo da essere inferiore a quello del metallo saldato. contenuto di carbonio di il materiale di base. La Tabella 5-27 fornisce alcuni esempi di selezione dei materiali di saldatura per gli acciai basso-legati resistenti al calore.

Tabella 5-27: Esempi di saldatura Selezione del materiale per acciai termoresistenti a bassa lega

3) Punti chiave del processo di saldatura.

Per le saldature generiche in acciaio basso-legato resistente al calore, si possono utilizzare diversi metodi di taglio termico per la preparazione del materiale e la smussatura. Per evitare la formazione di cricche sul bordo della lamiera spessa durante il taglio termico, è necessario adottare le seguenti misure di processo:

a) Per gli acciai 2,25Cr-Mo, 3Cr-1Mo e le piastre di acciaio 1,25Cr-0,5Mo con spessori superiori a 15 mm, il bordo entro un intervallo di 200 mm deve essere preriscaldato a una temperatura superiore a 150°C prima del taglio termico. Il bordo di taglio termico deve essere lavorato e ispezionato per verificare l'assenza di cricche superficiali utilizzando il test delle particelle magnetiche.

b) Per le piastre di acciaio 1,25Cr-0,5Mo inferiori a 15 mm e per quelle di acciaio 0,5Mo superiori a 15 mm, il preriscaldamento a una temperatura superiore a 100°C deve essere effettuato prima del taglio termico. Il bordo di taglio termico deve essere lavorato e ispezionato per verificare l'assenza di cricche superficiali utilizzando il test delle particelle magnetiche.

c) Per le lamiere di acciaio 0,5Mo inferiori a 15 mm, il preriscaldamento non è necessario prima del taglio termico. È preferibile lavorare il bordo di taglio termico.

Il bordo di taglio termico o la superficie dello smusso devono essere accuratamente puliti dalle scorie di taglio termico e dalle incrostazioni di ossido prima della saldatura. Gli intagli sulla superficie di taglio devono essere levigati con una mola e qualsiasi macchia d'olio o sporcizia sui bordi lavorati o sulle superfici smussate deve essere rimossa prima della saldatura. Per le saldature che richiedono un'elevata qualità del cordone di saldatura, si raccomanda di pulire la superficie dello smusso con acetone prima della saldatura.

I materiali di saldatura devono essere sottoposti a un adeguato pretrattamento prima dell'uso. Per la saldatura ad arco sommerso, il ruggine superficiale L'olio preventivo deve essere completamente rimosso dal filo di saldatura.

Anche il filo di saldatura ramato deve essere accuratamente pulito da polvere e sporco. Gli elettrodi di saldatura per la saldatura ad arco metallico schermato e il flusso per la saldatura ad arco sommerso, oltre a essere conservati correttamente, devono essere asciugati secondo le specifiche della procedura di saldatura prima dell'uso.

In genere, la temperatura di essiccazione per gli elettrodi acidi è di 150-200°C, con un tempo di mantenimento di 1-2 ore. La temperatura di essiccazione per gli elettrodi alcalini è di 350-400°C, con un tempo di mantenimento di 1-2 ore. La temperatura di essiccazione del flusso per saldatura ad arco sommerso è di 400-450°C, con un tempo di mantenimento di 2-3 ore, mentre per il flusso agglomerato la temperatura di essiccazione è di 300-350°C, con un tempo di mantenimento di 2-3 ore.

Il preriscaldamento è una delle misure efficaci per prevenire le cricche da freddo e da riscaldo nei giunti saldati in acciaio basso-legato resistente al calore. La temperatura di preriscaldo è determinata principalmente in base all'equivalente di carbonio dell'acciaio, al vincolo del giunto e al contenuto di idrogeno nel metallo saldato. Per gli acciai basso-legati resistenti al calore, una temperatura di preriscaldo più elevata non è necessariamente migliore. La temperatura di preriscaldo è generalmente compresa tra 100-150°C.

Per i componenti saldati di grandi dimensioni, occorre prestare particolare attenzione affinché la larghezza della zona di preriscaldamento sia superiore a 4 volte lo spessore della parete saldata, e comunque non inferiore a 150 mm. Sia la superficie interna che quella esterna della zona di preriscaldo devono raggiungere la temperatura di preriscaldo specificata.

Tuttavia, nella saldatura di componenti di grandi dimensioni, se si utilizza un preriscaldamento a fiamma e si richiede un trattamento termico post-saldatura, vi è un rischio maggiore di cricche nel giunto durante il periodo che intercorre tra il completamento della saldatura e il caricamento del forno.

Per prevenire le cricche nella saldatura prima del trattamento termico post-saldatura, una misura semplice e affidabile consiste nel sottoporre il giunto a un trattamento termico post-saldatura a bassa temperatura per 2-3 ore. La temperatura del trattamento termico post-saldatura dipende dal tipo e dallo spessore dell'acciaio e generalmente è compresa tra 250 e 300°C.

Per le saldature di acciai basso-legati resistenti al calore, i seguenti trattamenti post-saldatura possono essere eseguiti in base ai requisiti dell'acciaio e alle prestazioni del giunto:

Per le saldature di acciai basso-legati resistenti al calore, i seguenti trattamenti post-saldatura possono essere eseguiti in base ai requisiti dell'acciaio e alle prestazioni del giunto:

a) Non è necessario alcun trattamento termico post-saldatura.

b) Trattamento termico di rinvenimento o di distensione nell'intervallo di temperatura di 580-760°C.

c) Trattamento normalizzante.

Per gli acciai basso-legati resistenti al calore, lo scopo del trattamento termico post-saldatura non è soltanto quello di eliminare sollecitazione residua di saldatura ma anche per migliorare la struttura metallica e incrementare le proprietà meccaniche complessive del giunto. Ciò include la riduzione della durezza della saldatura e della zona interessata dal calore, il miglioramento della resistenza allo scorrimento ad alta temperatura e della stabilità strutturale del giunto, e così via.

(3) Processo di saldatura per acciai medio-legati resistenti al calore

Nella saldatura di acciai medio-legati resistenti al calore, occorre prestare attenzione ai seguenti aspetti:

1) Selezione dei metodi di saldatura.

Gli acciai medio-legati resistenti al calore hanno una maggiore tendenza all'indurimento e alla criccatura. Quando si scelgono i metodi di saldatura, si dovrebbe dare priorità a quelli a basso contenuto di idrogeno, come la saldatura con gas inerte di tungsteno (TIG) e la saldatura ad arco schermato con elettrodo consumabile. Quando si saldano giunti a parete spessa, se si sceglie la saldatura ad arco metallico schermato (SMAW) o la saldatura ad arco sommerso (SAW), si devono utilizzare elettrodi alcalini e flusso a basso contenuto di idrogeno.

2) Selezione dei materiali di saldatura.

Per gli acciai medio-legati resistenti al calore, i materiali per saldatura austenitici al nichel ad alto tenore di cromo, noti anche come saldatura dissimile oppure si possono scegliere materiali di saldatura con una composizione di lega simile a quella del metallo di base. La selezione dei materiali di saldatura per gli acciai medio-legati resistenti al calore non è ancora completamente standardizzata in Cina. Nella Tabella 5-28 sono riportati alcuni esempi di selezione dei materiali di saldatura.

Tabella 5-28: Esempi di selezione del materiale di saldatura per acciai medio-legati resistenti al calore

3) Punti chiave del processo di saldatura.

Prima del taglio termico di acciai termoresistenti di media lega, il bordo di taglio entro una larghezza di 200 mm deve essere preriscaldato a una temperatura superiore a 150°C. La superficie tagliata deve essere ispezionata per verificare l'assenza di cricche utilizzando il test delle particelle magnetiche (MT).

Dopo la lavorazione dello smusso di saldatura, lo strato indurito dal taglio termico sulla superficie dello smusso deve essere accuratamente rimosso; per l'identificazione può essere necessario eseguire un test di durezza superficiale.

Il preriscaldamento è una misura efficace per prevenire le cricche, ridurre la durezza e migliorare la tenacità durante la saldatura di acciai medio-legati resistenti al calore. La temperatura generale di preriscaldo è di 200-250°C.

Lo scopo del trattamento termico post-saldatura per gli acciai medio-legati resistenti al calore è quello di migliorare la microstruttura del metallo saldato e della zona termicamente interessata, trasformare la martensite temprata in martensite rinvenuta, ridurre la durezza di varie zone del giunto, migliorare la tenacità, la capacità di deformazione e la resistenza alle alte temperature ed eliminare le tensioni interne.

I trattamenti termici post-saldatura più comuni per le saldature di acciai medio-legati resistenti al calore includono la ricottura completa, il rinvenimento ad alta temperatura o il rinvenimento più la ricottura isotermica.

3. Saldatura di acciaio ad alta lega resistente al calore.

(1) Caratteristiche della saldatura degli acciai alto-legati resistenti al calore. Gli acciai alto-legati resistenti al calore possono essere classificati in quattro tipi in base alla loro microstruttura: austenitici, ferritici, martensitici e a dispersione. L'acciaio austenitico resistente al calore ha caratteristiche di saldatura simili a quelle dell'acciaio inossidabile austenitico.

Gli acciai termoresistenti ferritici subiscono una riduzione della plasticità e della tenacità sotto l'effetto dei cicli termici della saldatura e, per migliorarne la saldabilità, è necessario ridurre il contenuto di carbonio (C), azoto (N) e ossigeno (O) e aggiungere quantità adeguate di elementi ferritici. L'acciaio martensitico resistente al calore presenta una scarsa saldabilità.

(2) Processo di saldatura dell'acciaio alto legato resistente al calore. L'acciaio austenitico resistente al calore ha una buona saldabilità e il suo processo di saldatura è essenzialmente uguale a quello dell'acciaio inossidabile austenitico.

L'acciaio ferritico resistente al calore può essere saldato mediante saldatura ad arco metallico schermato (SMAW), saldatura a gas schermato, saldatura ad arco sommerso (SAW), saldatura ad arco al plasma, ecc. Quando si utilizzano materiali omogenei per la saldatura, soprattutto in presenza di un elevato vincolo, è probabile che si verifichino cricche. Per prevenire le cricche e migliorare la duttilità del giunto, si possono adottare alcune misure di processo. Si raccomanda il preriscaldamento, con temperature di preriscaldamento comprese tra 100 e 150°C.

Per gli acciai con un contenuto di cromo più elevato, la temperatura di preriscaldamento può raggiungere i 200-300°C. Inoltre, è necessario utilizzare un minore apporto di calore in saldatura, riducendo al minimo il movimento laterale dell'elettrodo e controllando la temperatura di interpass all'interno dell'intervallo di temperatura di preriscaldamento. Il trattamento di ricottura post-saldatura può essere applicato di conseguenza.

Per gli acciai martensitici resistenti al calore, si possono utilizzare metodi di saldatura come la saldatura ad arco con metallo schermato (SMAW) e la saldatura con gas schermato. L'obiettivo principale durante la saldatura è evitare la formazione di cricche fredde.

Si possono adottare misure come il preriscaldamento prima della saldatura, il trattamento termico post-saldatura e il rinvenimento immediato ad alta temperatura dopo la saldatura. La temperatura generale di preriscaldamento è compresa tra 200 e 320°C. Si consigliano materiali di saldatura a basso contenuto di idrogeno e il trattamento termico post-saldatura comprende il rinvenimento e la ricottura completa.

3. Esempi tipici di saldatura dei comuni acciai resistenti al calore

1. Il materiale principale del corpo del riscaldatore di vapore di alimentazione, prodotto da una determinata fabbrica, è una piastra di acciaio 15CrMoR con uno spessore di 34 mm. La saldatura del giunto è realizzata mediante saldatura ad arco sommerso, con scanalatura a X, preriscaldamento a 150℃ prima della saldatura e trattamento termico post-saldatura a 300-350℃ per 2 ore. Il processo di saldatura è illustrato nella Tabella 5-29.

Scheda di processo di saldatura per giunti			Numero
Schema semplificato del giunto	Materiale di base	15CrMoR	15CrMoR
	Spessore del materiale di base	34 mm	34 mm
	Posizione di saldatura	Saldatura in piano
	Tecnica di saldatura	Cordolo di saldatura diritto
	Temperatura di preriscaldamento	150℃
	Temperatura intermedia	150~250℃
	Trattamento termico post-saldatura	680℃, 1.5h
	Trattamento post-calore	300~350℃, 2h

Parametri delle specifiche di saldatura

2. Per la saldatura di testa tra la flangia di alto diametro e il raccordo del tubo, il processo di saldatura prevede una combinazione di saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG) e saldatura ad arco di metallo schermato (SMAW), con saldatura su un solo lato e formazione su due lati. Viene effettuato un preriscaldamento a 150℃, seguito da una ricottura di distensione dopo la saldatura. Il processo di saldatura è descritto in dettaglio nella Tabella 5-30.

Scheda di processo di saldatura per giunti				Numero
Schema semplificato del giunto	Materiale di base Materiale	15CrMo		15CrMo
	Spessore del materiale di base	7 mm		7 mm
	Posizione di saldatura	Saldatura in piano
	Tecnica di saldatura	Cordone di saldatura diritto, saldatura a più passate
	Temperatura di preriscaldamento	150℃	Temperatura intermedia	150~250℃
	Trattamento post-calore	300~350℃，2h	Trattamento termico post-saldatura	620℃，1h
	Diametro dell'elettrodo di tungsteno	Φ2,5 mm	Gas protettivo	Ar
	Diametro dell'ugello	Φl6mm	Portata del gas	Lato anteriore: 8~10 L/min Lato posteriore: 8~10 L/min

Parametri delle specifiche di saldatura