Utilizzo vantaggioso delle condizioni del processo iperbarico sulla saldatura di alta

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12434 (2022) Citare questo articolo

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La saldatura iperbarica viene utilizzata per diversi acciai in molte applicazioni subacquee come processo di saldatura di riparazione. È possibile fare una differenza tra i processi di saldatura a umido e a secco. A causa dell'aumento della pressione ambiente, questi processi presentano caratteristiche speciali inerenti al processo che influenzano il comportamento di raffreddamento e penetrazione. L'uso positivo di questi effetti al di fuori delle applicazioni subacquee è attualmente raramente affrontato nella scienza e nelle applicazioni. Il lavoro presentato stabilisce questi vantaggi sulla base di un acciaio strutturale a resistenza più elevata e caratterizza gli effetti sulla microstruttura di un acciaio S700MC unito e sulle proprietà meccaniche del giunto. Verrà dimostrato che è possibile utilizzare un ambiente iperbarico per orientare la saldatura più verso la profondità della lamiera. Inoltre verrà mostrato che questo cambiamento porta ad un raffreddamento modificato, che di per sé influenza le proprietà meccaniche del cordone di saldatura.

La saldatura in condizioni ambientali iperbariche è stata utilizzata per molti anni nella produzione e riparazione subacquea. A causa del luogo di esecuzione, sott'acqua, per l'esecuzione del cordone di saldatura sono talvolta necessarie attrezzature di supporto molto complesse1. Viene fatta una distinzione tra diversi tipi di processi di saldatura subacquea, ad esempio la saldatura in ambienti asciutti e bagnati2. L'attrezzatura per la saldatura in atmosfera secca può essere molto complessa, simile ad un mini habitat per la saldatura manuale1,3. Inoltre, l'attività di ricerca sulla saldatura subacquea è aumentata nell'ultimo decennio2, Fig. 1. Il numero di articoli pubblicati è aumentato e ha raggiunto circa 80 articoli previsti all'anno nel 2020.

Ricerca sulla saldatura subacquea (dati fino al primo trimestre 2020)2.

Un tema di ricerca è l'influenza sul processo dell'atmosfera contenente acqua e dell'aumento della pressione ambientale4. Inoltre, è stato dimostrato che un aumento della pressione ambiente comporta una significativa riduzione della lunghezza dell'arco a parità di tensione di saldatura3,5,6,7,8,9. Oltre all'influenza sulla corrente e sulla tensione è possibile dimostrare anche l'influenza dell'aumento della pressione sulla formazione di spruzzi10.

Nel campo dei materiali, è stata dimostrata una chiara influenza del contenuto di idrogeno sulla morfologia della microstruttura, sulla rugosità superficiale e sul comportamento alle fessurazioni degli acciai ad alta resistenza, che sono per lo più studiati11,12,13,14,15. Akselsen et al. ha dimostrato che valori di tenacità adeguati per diversi livelli di pressione possono essere ottenuti utilizzando diversi tipi di metallo d'apporto per l'acciaio ad alta resistenza per tubazioni X7016. Inoltre, hanno dimostrato che la profondità di penetrazione della saldatura aumenta a causa di una maggiore pressione16, e stimano alcune implicazioni pratiche, come il riempimento degli spazi tra le radici e la riduzione del numero di strati. Hanno proposto una prima teoria per la maggiore penetrazione e si sono concentrati sugli effetti del flusso nella massa fusa. Si afferma che il flusso è diretto verso il basso per formare una penetrazione più profonda a causa della pressione elevata.

Inoltre, anche la gamma dei materiali inclusi nelle varie indagini sta diventando sempre più ampia. Ad esempio, è stata studiata la saldatura di leghe di rame o alluminio17 e di acciai inossidabili duplex18,19 in condizioni di processo iperbarico. Per le leghe di alluminio, si può ipotizzare un utilizzo vantaggioso della saldatura iperbarica negli intervalli di pressione più bassi fino a 10 bar per la riduzione dei pori, un problema chiave per quanto riguarda la saldatura dell'alluminio17.

Per alcuni materiali sono necessari ulteriori studi, come la saldatura di leghe di molibdeno in condizioni di processo iperbariche20 e la saldatura di tubazioni multimateriali rivestite21.

Tuttavia, un vantaggio positivo nella produzione di saldatura dovuto ad una maggiore pressione ambiente è stato poco affrontato nella ricerca, ma è interessante poiché un aumento significativo della densità di energia nell'arco può essere realizzato mediante l'effetto di accorciamento dell'arco e una corrispondente possibile tensione aumento. Inoltre, l’aumento della pressione ambientale provoca un restringimento dell’arco e quindi un aumento della densità di energia locale.