Come viene applicato il rivestimento di saldatura per creare tubi rivestiti in acciaio inossidabile?

I fondamenti del rivestimento Weld Overlay

La sovrapposizione di saldatura, nota anche come rivestimento di saldatura o superficie, è un processo di produzione utilizzato per creare tubo rivestito in acciaio inossidabile depositando uno strato di lega resistente alla corrosione sulla superficie interna di un tubo di supporto in acciaio al carbonio o a bassa lega meno costoso. A differenza dei metodi di saldatura a rullo o di saldatura a esplosione, il riporto di saldatura costruisce metallurgicamente lo strato rivestito attraverso la saldatura per fusione. Il processo prevede l'utilizzo di un sistema di saldatura automatizzato per applicare cordoni di saldatura successivi e sovrapposti lungo l'intera lunghezza dell'interno del tubo. Ciò crea uno strato di acciaio inossidabile completamente denso e omogeneo che è integralmente legato al materiale di base. L'intento principale è quello di combinare la resistenza meccanica e l'economicità dell'acciaio al carbonio con la specifica resistenza alla corrosione, all'erosione o alle alte temperature di una lega di acciaio inossidabile, ottenendo una soluzione economicamente vantaggiosa per ambienti di servizio esigenti.

Processi di saldatura primari per applicazioni di sovrapposizione

L'applicazione dello strato di rivestimento viene ottenuta attraverso tecniche di saldatura automatizzate e di precisione che garantiscono consistenza e qualità. La scelta del processo dipende da fattori quali la dimensione del tubo, lo spessore desiderato del rivestimento, la velocità di produzione e la composizione della lega.

Saldatura ad arco sommerso (SAW)

La saldatura ad arco sommerso è un metodo prevalente per saldare rivestimenti sovrapposti su tubi di grande diametro. L'arco viene innescato sotto una coltre di flusso fusibile granulare, che previene la contaminazione atmosferica, gli spruzzi e le radiazioni UV. SAW offre tassi di deposizione elevati e penetrazione profonda, rendendolo efficiente per l'applicazione di strati rivestiti spessi. Viene generalmente utilizzato con elettrodi a striscia (ad esempio, larghi 60 mm) per la massima produttività e una superficie di rivestimento liscia e diluita.

Saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW/TIG)

La saldatura ad arco di tungsteno a gas utilizza un elettrodo di tungsteno non consumabile e un gas di protezione inerte. Conosciuto per la sua precisione e l'eccellente controllo dell'apporto di calore, GTAW produce depositi di saldatura di elevata purezza e bassa diluizione. Ciò è fondamentale quando si effettua il rivestimento con leghe ad alte prestazioni come Inconel o Hastelloy, dove ridurre al minimo la miscelazione dell'acciaio al carbonio dal tubo di base è essenziale per mantenere la resistenza alla corrosione del rivestimento. Viene spesso utilizzato per diametri più piccoli o per il passaggio radicale critico.

Saldatura ad arco gas-metallo (GMAW/MIG)

La saldatura ad arco gas-metallo utilizza un elettrodo a filo consumabile alimentato continuamente e gas di protezione. I moderni processi GMAW automatizzati, come il Cold Metal Transfer (CMT), sono molto efficaci per il rivestimento. CMT riduce drasticamente l'apporto di calore, minimizzando la diluizione e la distorsione e consentendo al tempo stesso la deposizione ad alta velocità. Ciò lo rende adatto a un'ampia gamma di dimensioni di tubi e tipi di leghe, offrendo un buon equilibrio tra qualità e produttività.

Parametri e controlli chiave del processo

Una sovrapposizione di saldatura di successo richiede un controllo rigoroso su diversi parametri per garantire l'integrità e le prestazioni dello strato rivestito. La deviazione può portare a difetti che compromettono il prodotto finale.

• Apporto di calore: Il controllo preciso di amperaggio, tensione e velocità di spostamento è fondamentale. Un apporto di calore eccessivo aumenta la diluizione (la percentuale di metallo base mescolato nella saldatura), che può abbassare il contenuto di cromo e nichel nel rivestimento, degradandone la resistenza alla corrosione. Può anche causare distorsioni eccessive e tensioni residue.
• Controllo della diluizione: L'obiettivo è in genere quello di raggiungere livelli di diluizione inferiori al 10-15%. Tecniche come l'utilizzo di uno strato di "imburrazione", l'ottimizzazione dei parametri di saldatura e l'impiego di teste di saldatura oscillanti aiutano a ridurre al minimo la miscelazione dei metalli di base e a garantire che la chimica del rivestimento soddisfi le specifiche.
• Temperatura di interpass: La gestione della temperatura tra le successive passate di saldatura è fondamentale per prevenire fessurazioni, soprattutto con gli acciai inossidabili austenitici che sono suscettibili alla sensibilizzazione (precipitazione di carburo di cromo).
• Posizionamento e sovrapposizione delle perline: I sistemi automatizzati pianificano meticolosamente il percorso della torcia per garantire una geometria del cordone coerente e una sufficiente sovrapposizione (solitamente 30-50%) tra cordoni adiacenti. Ciò elimina i difetti di mancata fusione e crea uno strato rivestito uniformemente spesso.

Selezione dei materiali: materiali di consumo e tubi di base

La selezione dei materiali di consumo per la saldatura definisce direttamente le proprietà dello strato rivestito. Il metallo d'apporto deve essere scelto in base alla resistenza alla corrosione di servizio richiesta, non semplicemente in base alla lega nominale.

Il tubo di base, o acciaio di supporto, è generalmente acciaio al carbonio (ad esempio ASTM A106 Gr. B) o acciaio bassolegato. La sua funzione primaria è quella di fornire resistenza strutturale e contenimento della pressione. La superficie deve essere accuratamente pulita (mediante molatura o lavorazione meccanica) e ispezionata prima del rivestimento per rimuovere eventuali ossidi, incrostazioni o contaminanti che potrebbero causare difetti di adesione.

Elaborazione e ispezione post-applicazione

Una volta applicato il riporto di saldatura, il tubo rivestito viene sottoposto a diverse fasi critiche di finitura e verifica. La superficie rivestita interna viene spesso lavorata o rettificata per ottenere una tolleranza dimensionale finale liscia e per rimuovere eventuali irregolarità superficiali che potrebbero intrappolare contaminanti o impedire il flusso. Il tubo viene poi sottoposto ad una rigorosa serie di esami non distruttivi (NDE). Il test con liquidi penetranti (PT) o il test con particelle magnetiche (MT) verifica la presenza di crepe superficiali. Il test a ultrasuoni (UT) è ampiamente utilizzato per misurare lo spessore del rivestimento finale in modo uniforme lungo il tubo e per rilevare eventuali mancanze di adesione tra il rivestimento e il metallo di base. Infine, il tubo viene trattato termicamente se richiesto dalle specifiche (tipicamente trattamento termico post-saldatura per distensione) e sottoposto a test idrostatici per convalidarne l'integrità alla pressione come struttura composita.

Vantaggi e limiti del metodo Weld Overlay

Comprendere i pro e i contro di questo metodo è vitale per una corretta selezione dei materiali nella progettazione.

• Vantaggi: Offre un'eccezionale flessibilità di progettazione per il rivestimento di geometrie complesse come raccordi, valvole e curve di tubi. Consente l'applicazione di un'ampia gamma di leghe, comprese le superleghe a base di nichel e cobalto. Il processo può riparare componenti danneggiati e accumulare superfici usurate. Permette la creazione di "giunti di transizione" tra metalli diversi.
• Limitazioni: Si tratta generalmente di un processo più lento e più laborioso rispetto all'incollaggio a rullo per sezioni di tubo lunghe e diritte. Il riscaldamento e il raffreddamento ciclici possono introdurre notevoli tensioni residue. Per ottenere una diluizione estremamente bassa è necessario un controllo avanzato del processo. Esiste il rischio di difetti come porosità, fessurazioni o fusione incompleta se i parametri non sono perfettamente controllati.

In conclusione, la creazione di tubi rivestiti in acciaio inossidabile tramite riporto di saldatura è un processo sofisticato e ingegnerizzato che trasforma un tubo in acciaio al carbonio in un prodotto bimetallico. Attraverso un controllo meticoloso della saldatura automatizzata, dei parametri e della scienza dei materiali, offre una soluzione robusta ed economica in cui la resistenza alla corrosione e la resistenza strutturale sono fondamentali.