Qual è il requisito di preriscaldamento per la saldatura di tubi di acciaio saldati?

In qualità di fornitore di tubi in acciaio saldati, spesso incontro domande da parte dei clienti riguardanti i requisiti di preriscaldamento per la saldatura di questi tubi. Il preriscaldamento è una fase cruciale nel processo di saldatura che può avere un impatto significativo sulla qualità e sull'integrità del giunto saldato finale. In questo blog approfondirò i dettagli dei requisiti di preriscaldamento per la saldatura di tubi di acciaio saldati, esplorando le ragioni alla base del preriscaldamento, i fattori che influenzano la temperatura di preriscaldamento e i metodi di preriscaldamento.

Perché è necessario il preriscaldamento

Il preriscaldamento dei tubi di acciaio saldati prima della saldatura serve a diversi scopi importanti. In primo luogo, aiuta a ridurre la velocità di raffreddamento del metallo saldato e della zona interessata dal calore (ZTA). Quando l'acciaio viene saldato, il rapido raffreddamento può portare alla formazione di microstrutture dure e fragili, come la martensite. Queste strutture fragili sono soggette a fessurazioni, che possono compromettere la resistenza e la durata del giunto saldato. Preriscaldando il tubo d'acciaio, la velocità di raffreddamento viene rallentata, consentendo la formazione di una microstruttura più favorevole, come ferrite e perlite, che hanno una migliore duttilità e tenacità.

In secondo luogo, il preriscaldamento può aiutare a rimuovere l'umidità dalla superficie del tubo d'acciaio. L'umidità può introdurre idrogeno nel bagno di saldatura durante la saldatura. L'idrogeno è una delle principali cause di cracking indotto da idrogeno (HIC), noto anche come cracking a freddo. L'HIC può verificarsi ore, giorni o addirittura settimane dopo la saldatura, il che costituisce un serio problema per l'affidabilità a lungo termine della struttura saldata. Il preriscaldamento allontana l'umidità, riducendo il rischio di introduzione di idrogeno nella saldatura.

Infine, il preriscaldamento può ridurre lo stress termico nel giunto saldato. La saldatura comporta il rapido riscaldamento e raffreddamento dell'acciaio, che crea gradienti termici e induce stress nel materiale. Un elevato stress termico può portare alla distorsione del tubo saldato e aumentare la probabilità di fessurazione. Il preriscaldamento aiuta a minimizzare questi gradienti termici e a ridurre i livelli di stress nel giunto.

Fattori che influenzano la temperatura di preriscaldamento

La temperatura di preriscaldamento richiesta per la saldatura di tubi di acciaio saldati dipende da diversi fattori, tra cui il tipo di acciaio, lo spessore della parete del tubo, il processo di saldatura e la temperatura ambiente.

Tipo di acciaio

Diversi tipi di acciaio hanno diversi contenuti di carbonio e di elementi leganti, che ne influenzano la temprabilità e la suscettibilità alla fessurazione. Ad esempio, gli acciai ad alto contenuto di carbonio e gli acciai legati con elevati livelli di elementi come cromo, nichel e molibdeno hanno una maggiore tendenza a formare microstrutture dure e fragili durante la saldatura. Questi acciai richiedono generalmente temperature di preriscaldamento più elevate rispetto agli acciai a basso tenore di carbonio. Ad esempio, un tubo di acciaio a basso tenore di carbonio può richiedere solo una temperatura di preriscaldamento di circa 50 - 100°C, mentre un tubo di acciaio legato ad alta resistenza potrebbe richiedere una temperatura di preriscaldamento di 200 - 300°C o anche superiore.

Spessore della parete del tubo

Le pareti dei tubi più spesse richiedono temperature di preriscaldamento più elevate. Questo perché le sezioni più spesse impiegano più tempo a raffreddarsi ed è più probabile che il calore generato durante la saldatura venga dissipato rapidamente nel materiale circostante. Di conseguenza, la velocità di raffreddamento è più rapida nelle sezioni più spesse, aumentando il rischio di fessurazioni. Per rallentare la velocità di raffreddamento è necessaria una temperatura di preriscaldamento più elevata. Come regola generale, per ogni aumento di 10 mm dello spessore della parete, potrebbe essere necessario aumentare la temperatura di preriscaldamento di circa 25 - 50°C.

Processo di saldatura

Diversi processi di saldatura generano quantità diverse di calore e hanno velocità di raffreddamento diverse. Ad esempio, la saldatura ad arco di metallo schermato (SMAW) e la saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW) sono processi a basso apporto di calore, mentre la saldatura ad arco sommerso (SAW) e la saldatura ad arco a gas di tungsteno (GMAW) sono processi ad alto apporto di calore. I processi ad alto apporto di calore generalmente comportano velocità di raffreddamento più lente, che possono richiedere temperature di preriscaldamento più basse rispetto ai processi a basso apporto di calore.

Temperatura ambiente

Anche la temperatura ambiente gioca un ruolo nel determinare la temperatura di preriscaldamento. In ambienti freddi, il tubo d'acciaio perderà calore più rapidamente durante la saldatura, aumentando la velocità di raffreddamento. Pertanto, potrebbe essere necessaria una temperatura di preriscaldamento più elevata per compensare la perdita di calore. Ad esempio, se la temperatura ambiente è inferiore a 0°C, potrebbe essere necessario aumentare la temperatura di preriscaldamento di 25 - 50°C rispetto a quando la temperatura ambiente è superiore a 20°C.

Metodi di preriscaldamento

Sono disponibili diversi metodi per il preriscaldamento dei tubi di acciaio saldati, tra cui il riscaldamento con torcia, il riscaldamento a induzione e il riscaldamento in forno.

Riscaldamento della torcia

Il riscaldamento a torcia è un metodo semplice e comunemente utilizzato per preriscaldare tubi di acciaio di piccole e medie dimensioni. Implica l'uso di un cannello a gas, ad esempio un cannello ossiacetilenico, per dirigere la fiamma sulla superficie del tubo. Il riscaldamento della torcia è relativamente economico e può essere facilmente controllato. Tuttavia, può essere difficile ottenere una temperatura di preriscaldamento uniforme su tutta la superficie del tubo, soprattutto per i tubi più grandi.

Riscaldamento ad induzione

Il riscaldamento a induzione è un metodo più avanzato che utilizza un campo elettromagnetico per generare calore all'interno del tubo d'acciaio. Una bobina di induzione viene posizionata attorno al tubo e una corrente alternata viene fatta passare attraverso la bobina, creando un campo elettromagnetico. Il campo magnetico induce correnti parassite nell'acciaio, che generano calore a causa della resistenza elettrica del materiale. Il riscaldamento a induzione può fornire una temperatura di preriscaldamento più uniforme e precisa rispetto al riscaldamento con torcia. È anche più veloce ed efficiente dal punto di vista energetico, il che lo rende adatto alla produzione di grandi volumi.

Riscaldamento del forno

Il riscaldamento del forno viene utilizzato per il preriscaldamento di tubi di acciaio di grandi dimensioni o quando è richiesta una temperatura di preriscaldamento molto uniforme. I tubi vengono posti all'interno di un forno e la temperatura del forno viene gradualmente aumentata fino alla temperatura di preriscaldamento desiderata. Il riscaldamento in forno può garantire che l’intero tubo venga riscaldato in modo uniforme, ma è un metodo relativamente lento e costoso, che richiede una grande quantità di energia e attrezzature specializzate.

I nostri tubi in acciaio saldati e la guida al preriscaldamento

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Riferimenti

• "Metallurgia della saldatura e saldabilità degli acciai inossidabili" di John C. Lippold e David J. Kotecki
• "The Welding Handbook" pubblicato dall'American Welding Society
• "Manuale sulla saldatura dell'acciaio" del Welding Institute