La saldatura dei tubi in acciaio a calore richiede una rigorosa aderenza a procedure specializzate per garantire l'integrità strutturale e la longevità. La qualità dei giunti saldati influisce significativamente sulle prestazioni complessive di questi componenti industriali di alto valore, in particolare in applicazioni critiche come il trasporto di petrolio e gas, vasi a pressione e supporti strutturali. Questa guida completa delinea i requisiti critici per ottenere risultati di saldatura ottimali con tubi in acciaio.
Requisiti di preparazione pre-alimentazione
Una corretta preparazione è la base di operazioni di saldatura di successo per tubi in acciaio. Prima di iniziare qualsiasi saldatura, è necessario seguire diversi passaggi cruciali:
Preparazione e pulizia della superficie
Le superfici dei tubi a calore devono essere pulite accuratamente per rimuovere tutti i contaminanti che potrebbero compromettere l'integrità della saldatura. Questo include:
Pulizia meccanica mediante spazzole a filo o smerigliatrici per rimuovere la ruggine della superficie
Pulizia chimica per eliminare oli e grassi
Rimozione della scala del mulino attraverso i processi di sabbiatura o di solaio
Eliminazione di qualsiasi umidità che potrebbe causare idrogeno abbraccio
Protocolli di preriscaldamento
Il preriscaldamento è essenziale per i tubi di parete più spessa (tipicamente sopra i 19 mm) e per i gradi in acciaio in lega contenenti un contenuto di carbonio più elevato. Questo processo:
Riduce lo shock termico e previene il crack di freddo
Riduce la velocità di raffreddamento nella zona affetta da calore (HAZ)
Minimizza le sollecitazioni residue che potrebbero portare a deformazione
Abilita la diffusione dell'idrogeno dall'area della saldatura
Le temperature di preriscaldamento vanno in genere da 100 ° C a 300 ° C, a seconda delle specifiche del materiale e dello spessore della parete. Ad esempio, il materiale API 5L X65 richiede generalmente il preriscaldamento a 150 ° C per spessori delle pareti superiori a 25 mm.
Considerazioni sulla progettazione congiunta
La progettazione dell'articolazione adeguata è fondamentale per le operazioni di saldatura dei tubi. La configurazione dovrebbe tenere conto di:
Spessore del materiale e specifiche di grado
Angoli di scanalatura appropriati (in genere 60-75 °)
Dimensioni del volto radicale e misurazioni del gap della radice
Accessibilità per l'attrezzatura di saldatura
Selezione del processo di saldatura
La scelta del metodo di saldatura appropriato influisce direttamente sulla qualità e sulla durata dell'articolazione finale. Diversi processi sono adatti per il tubo a calore:
Metodi di saldatura comuni per tubi in acciaio
SMAW (saldatura ad arco metallico schermato) : versatile per applicazioni sul campo ma offre tassi di deposizione più bassi
GTAW/TIG (saldatura ad arco di tungsteno a gas) : fornisce precisione per i passi di radice e tubi a parete sottile
GMAW/MIG (saldatura ad arco di metallo a gas) : offre tassi di deposizione più elevati per materiali più spessi
FCAW (saldatura ad arco a flusso) : adatto per applicazioni sul campo con velocità di deposizione più elevate
Sega (saldatura ad arco sommerso) : ideale per la fabbricazione di negozi di tubi di diametro maggiore
Ottimizzazione dei parametri di saldatura
I parametri critici devono essere controllati con precisione in base alle specifiche del tubo:
Amperage: deve abbinare lo spessore e la posizione del materiale (in genere 80-250A per Smaw)
Tensione: influenza la lunghezza dell'arco e la penetrazione (di solito 20-30 V per GMAW)
Velocità di viaggio: influisce sugli input di calore e sul profilo della saldatura
Temperatura di interpass: tipicamente mantenuto tra 100-250 ° C
Requisiti di trattamento termico post-salvataggio
Il trattamento termico dopo la saldatura è spesso obbligatorio, specialmente per applicazioni ad alta pressione conformi agli standard ASME, API o ISO:
Procedure di allevamento di stress
Il trattamento termico post-salvataggio (PWHT) svolge diverse funzioni critiche:
Riduce le sollecitazioni residue che potrebbero portare allo stress corrosione cracking
Tempers potenzialmente fragili microstrutture nella zona colpita dal calore
Migliora la duttilità e la tenacità dell'articolazione saldata
Migliora la stabilità dimensionale nel servizio ad alta temperatura
Per i tubi in acciaio al carbonio (come ASTM A106 di grado B), le temperature tipiche di rilievo dello stress vanno da 550 ° C a 650 ° C con tempi di mantenimento in base allo spessore del materiale (circa 1 ora per 25 mm).
Selezione e compatibilità di consumo
I materiali di saldatura devono essere accuratamente abbinati alle proprietà metalliche di base:
Requisiti di riempimento in metallo
I criteri di selezione includono:
Composizione chimica compatibile con il materiale del tubo in acciaio
Resistenza alla trazione uguale o maggiore rispetto al materiale di base
Proprietà di impatto appropriate per la temperatura del servizio
Materiale di base della resistenza alla corrosione o superamento del materiale di base (in particolare per le applicazioni di servizio acido per NACE MR0175)
I metalli di riempimento comuni per tubi in acciaio al carbonio includono E7018 per SMAW ed ER70S-6 per i processi GMAW.
Selezione di gas di schermatura
Per i processi che richiedono una schermatura di gas esterna:
Argon: fornisce un'eccellente stabilità dell'arco per GTAW
Mixture Argon/CO2 (in genere 75%/25%): standard per GMAW di acciaio al carbonio
Miscele di elio/argon: per applicazioni specializzate che richiedono un input di calore più elevato
Controllo e ispezione della qualità
Test rigorosi garantiscono che le articolazioni saldate soddisfino gli standard del settore:
Metodi di esame non distruttivi
Test radiografici (RT) : richiesto per giunti critici per API 1104 o ASME B31.3
Test ad ultrasuoni (UT) : preferito per tubi a parete spessa
Ispezione a particelle magnetiche (MPI) : per il rilevamento delle crepe superficiali
Test del penetrante liquido (PT) : per identificare i difetti superficiali nei materiali non magnetici
Requisiti di test meccanici
La verifica dell'integrità articolare in genere include:
Test di trazione per confermare un'adeguata forza
Piegare i test per verificare la duttilità
Test di impatto per applicazioni con servizio a bassa temperatura
Test di durezza per garantire che i valori rimangano all'interno di gamme accettabili (in genere al di sotto di 250 HV per il tubo in acciaio al carbonio in servizio aspro)
Strategie di controllo della deformazione
Ridurre al minimo la distorsione durante la saldatura richiede un'attenta pianificazione:
Sequenziamento strategico dei pass di saldatura (in genere utilizzando schemi di saldatura bilanciati)
Applicazione di strumenti corretti di fissaggio e allineamento
Tecniche di saldatura intermittenti per grandi assemblaggi
Metodi di saldatura back-step per distribuire input di calore in modo più uniforme
Considerazioni speciali per i tubi in acciaio in lega
I tubi di alto livello richiedono ulteriori precauzioni:
Controllo rigoroso delle temperature di preriscaldamento e interpass
Selezione di processi di saldatura a basso idrogeno
Cicli di trattamento termico più precisi post-saldati
Protezione migliorata dalla contaminazione atmosferica durante la saldatura
Metalli di riempimento specializzati che corrispondono alla composizione esatta del materiale di base
Conclusione
La saldatura dei tubi in acciaio a calore richiede una meticolosa attenzione alla preparazione, alla selezione dei processi, alla compatibilità del materiale e al trattamento post-salvataggio. L'adesione a questi requisiti garantisce giunti che mantengono i vantaggi intrinseci della costruzione di tubi, fornendo al contempo la resistenza richiesta, la resistenza alla corrosione e la durata di servizio per applicazioni industriali critiche. Consultare sempre codici applicabili come API 1104, ASME B31.3 o ISO 15614 quando si sviluppano procedure di saldatura per applicazioni specifiche della pipeline.
