Studio comparativo di saldature TIG eseguite con modalità manuale e automatica su acciaio per alta temperatura

La necessita di avere impianti termoelettrici dalle caratteristiche sempre più spinte ha portato allo sviluppo di acciai, per la resistenza alle alte temperature, sempre più preformanti. In particolare, vengono usati acciai legati con cromo, molibdeno e altri elementi in grado di conferire loro maggiore resistenza al creep. Gli acciai attualmente impiegati negli impianti ultraipercritici ad alta temperatura (> 600°C) sono: ASTM A335-06 gr P91 e il ASTM A335-06 gr P92 che sono rispettivamente codificati dalle norme europee EN 10028-2:2003 X10CrMoVNb9-1 e EN 10216-2:2007 X10CrWMoVNb9-2. Tuttavia, la particolare composizione chimica e la microstruttura di questi materiali richiedono particolare attenzione nell’esecuzione delle giunzioni saldate (e relativi trattamenti termici), al fine di garantire le stesse caratteristiche di resistenza a scorrimento viscoso del materiale base; e ciò per non perdere i vantaggi che questo acciaio offre. Per questo motivo si sta creando la necessità di eseguire saldature di qualità sempre più alta, con un range di accettabilità sempre più ristretto, dove la variazione di un singolo parametro può far rendere inaccettabile il giunto. È proprio questo aspetto che sta portando i costruttori alla sperimentazione di procedimenti di saldatura automatici del tipo GTAW con filo nudo. Questi procedimenti essendo di tipo automatico offrono notevoli vantaggi in particolare: va a diminuire l’influenza dell’abilità dell’operatore e del suo stato fisico (stanchezza, stress ecc.), si aumenta la produttività senza diminuire la qualità e si riduce sensibilmente il rischio da parte degli operatori. I principali vantaggi di qualità derivano dal fatto che, principalmente per questi acciai, l’apporto termico in fase di saldatura influenza molto le caratteristiche del giunto per quanto riguarda la resistenza meccanica, il creep e la resilienza, la necessità di avere una ZTA più piccola possibile, richiede grande professionalità da parte dell’operatore. Un altro aspetto che può essere sensibilmente ridotto è il rischio di cricche da idrogeno che nella saldatura SMAW può manifestarsi nel caso in cui gli elettrodi siano mal conservati; il processo GTAW essendo in atmosfera protetta è esente da questa difettosità. La saldatura automatica però ha anche alcuni “difetti” in particolare si possono analizzare i seguenti: alto costo dell’attrezzatura, impossibilità di impiego in ambienti molto ristretti per l’ingombro della testa orbitale, bassa convenienza per un numero ridotto di saldature eterogenee. Si hanno anche i difetti tipici della saldatura TIG quali il rischio di inclusioni di tungsteno, rischio di inclusioni gassose, e rischio di ossidazione del bagno per questo motivo è richiesto un programma di setup accurato. Il lavoro svolto, quindi, cerca di valutare le differenze che possono esserci tra i giunti saldati manualmente e automaticamente. In particolare, si eseguono una serie di giunti con le due tecniche, partendo dallo stesso materiale base, sottoponendoli ai medesimi trattamenti termici di distensione, si ricavano una serie di provini e si eseguono le varie indagini. Le prove eseguite hanno le scopo di esaltare le varie proprietà del materiale, sia dal punto di vista meccanico, tramite prove di trazione, resilienza, di piega e di durezza, sia dal punto di vista metallurgico tramite macrografie, micrografia ottica, micrografia SEM, analisi TEM, microanalisi e microdurezze. Avvalendosi dei dati ricavati si ricercano le differenze, principalmente metallurgiche, che sussistono tra i due procedimenti. Come già detto la proprietà fondamentale di questi acciai è la resistenza a creep, non avendo modo di eseguire una prova standard di scorrimento viscoso ci prefissiamo di ipotizzare, tramite tutte le prove eseguite, quale procedimento possa dare una garanzia più alta di durata nel tempo. Promotrice di questo lavoro è l’azienda CO.M.AL s.r.l. di Montalto di Castro, un’azienda che vanta nel settore delle costruzioni meccaniche per componenti di centrali termoelettriche oltre venti anni di esperienza con l’ambizione continua di riuscire a conciliare l’alta qualità dei manufatti con il basso costo di produzione