Numero 1 2007 - IIS

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F. Lezzi - Principali problemi nella saldatura subacquea • gas di protezione = He/CO 2 • metallo d’apporto = filo animato al C-Mn- 1% Ni • metallo base = tubo in acciaio API 5 LX 65. Il procedimento MAG con filo animato offre prestazioni superiori all’elettrodo rivestito e al MAG filo pieno: la combinazione filo flusso migliora l’efficienza termica e la ionizzazione dell’arco con trasferimento regolare. Una corretta scelta delle combinazioni filo/flusso e gas di protezione permette: • trasferimento regolare • controllo degli elementi depositati e della loro disossidazione • maggiori apporti termici che bilanciano le perdite termiche dovute alla pressione • maggiori tassi di deposito in ogni posizione • alti duty cycle • maggiore tolleranza alla variazione dei parametri. L’influenza dell’ossigeno contenuto nelle miscele attive He/CO 2 e He/O 2 è stata attentamente valutata. La Figura 3 presenta relazione fra la pressione parziale di ossigeno e della CO 2 nella miscela ed il contenuto di ossigeno nel metallo depositato per fili animati al C-Mn e al C-Mn-1%Ni. Le principali differenze da considerare sono: • Le miscele con componenti attivi alla pressione parziale compresa fra 0,020 e 1,5 bar per l’ossigeno e 0,015 bar e 2,0 bar per la CO 2. Sia l’Ar che l’He sono stati usati come gas vettori. • I campioni prodotti manualmente sono stati saldati in differenti posizioni da un gruppo di saldatori subacquei con diverso grado di abilità ed esperienza; ciò ha allargato il campo di variabilità dei parametri e delle tecniche di saldatura (weaving).Le saldature meccanizzate sono state effettuate con maggiori apporti termici (tensione e corrente) che hanno innalzato la temperatura d’arco sul bagno con significativo effetto sull’assorbimento di ossigeno. Il controllo sulla costanza della pressione parziale di CO 2 in miscela garantisce un contenuto di ossigeno parimenti costante nel deposito, nel range delle pressioni studiate (per ppCO 2 = 1bar, 0,058% - 0,064% O 2, e per ppCO 2 = 0,5 68 Riv. Ital. Saldatura - n. 1 - Gennaio / Febbraio <strong>2007</strong> CO 2 Partial pressure (bar) Weld metal oxygen content (%) Figura 3 - Relazione tra l’attività del gas e il contenuto di ossigeno nel bagno. bar, 0,053% - 0,055% O 2) per profondità comprese fra 60 e 100 m. Come previsto maggiori pressioni parziali di CO 2 fanno aumentare il contenuto di O 2 nel bagno. Le prove di resilienza a -20°C presentano maggiori valori di energia assorbita con minori livelli di ossigeno assorbito Weld metal 0 2 content (%) 1 0.1 LEGEND Szelagowski (1). 1988 Doe Santos (2). 1988 Miller (3). 1988 Valid for Ar-O2 mixures containing between 0.1% and 5% O2 C-Mn wire ELECTRODE POSITIVE (1) - Manual welds using C-Mn-1%Ni wire and He-CO2 shielding gases. (2) - Robotic welds using C-Mn-1%Ni wire and He-CO2 shielding gases. 0.01 0.01 0.1 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 He + CO 2 Shielding Gas Mixtures Producing ppCO 2 = 1.0 bar He + CO 2 Shielding Gas Mixtures Producing ppCO 2 = 0.5 bar 0.03 0 40 (Fig. 4). Tuttavia le resilienze ottenute in un campo di pressioni variabili fra 60 e 100 bar si attestano fra i 1 52 J ed i 107 J, in funzione della miscela di protezione, e, comunque, conformemente agli standards richiesti per le costruzioni offshore. 0.1 Tutte le sperimentazioni fatte con fili animati (del tipo AWS A5.29/80T5- G) per la saldatura di acciai al C-Mn e microlegati hanno 0.01 dimostrato che piccole percentuali di ossigeno favoriscono la formazione di ossidi di silicio che inibiscono la crescita dei grani austenitici causando, durante il raffreddamento, la riduzione della formazione di ferrite aciculare e l’incremento di ferrite lamellare a bordo grano, con aumento del rischio di fenomeni di criccabilità. La scoria permette, grazie alla sua tensione superficiale, di effettuare saldature in tutte le posizioni. 52,5 J 63.5 J Figura 4 - Contenuto di ossigeno nel metallo depositato a differenti pressioni di lavoro. O 2 Partial pressure (bar) Pressure (bar abs.) Figures inside the squares indicate the Charpy impact energy at -20 °C 59.0 J LEGEND ppCO 2 = 1.0 bar ppCO 2 = 0.5 bar 107.0 J 52.5 J 80 120
2.6 Proprietà dei materiali Acciai non legati e acciai microlegati sono normalmente utilizzati per le applicazioni offshore. Tali acciai tendono ad aumentare la durezza in ZTA, soprattutto a causa delle severe condizioni di raffreddamento nella camera iperbarica arricchita di elio. Sarebbe pertanto necessario effettuare un preriscaldo di 120°C, possibile solo in applicazioni completamente meccanizzate e non manuali, al fine di eliminare il rischio di formazione di cricche a freddo da idrogeno. Per evitare la contaminazione da idrogeno deve essere molto accurata la scelta della miscela di gas protettivo e della sua portata. Lo sviluppo dei nuovi acciai strutturali microlegati, termomeccanici e a laminazione controllata, ha sollecitato i produttori di consumabili alla messa a punto di fili animati capaci di compensare la perdita di elementi di lega per l’ossidazione provocata dall’ambiente umido e per aumentare l’effetto di deidratazione. Sono stati aggiunti nei flussi piccole concentrazioni di Al, Ti, B, con eccellenti risultati. Oggi sarebbe possibile saldare tali materiali in manuale fino a 500 m e con sistemi meccanizzati fino a 1000 m di profondità. Tuttavia le difficoltà dell’immersione a tali profondità e le disponibilità di miscele respirabili, hanno consentito applicazioni reali in saldatura manuale o parzialmente meccanizzata, fino a profondità di 220- 250 m. Le prove effettuate hanno portato all’ottenimento di durezze non superiori a 280 HV 10, prove di resistenza, di duttilità e tenacità CTOD, paragonabili ai corrispondenti materiali base, con qualità finale dei giunti allineata allo standard più severo della ANSI/AWS D3.6-93. 2.7 Saldatura iperbarica manuale 2.7.1 Saldatura con elettrodi rivestiti Il fuso d’arco tende a restringersi con l’aumento di pressione provocando la formazione di cordoni più bombati (con maggiore difficoltà di rimozione della scoria). Gli elettrodi basici sono gli unici utilizzabili e devono essere tenuti in forni portatili o in confezioni sottovuoto, per evitare la contaminazione da idrogeno proveniente dall’ambiente. Per evitare fenomeni di criccabilità a freddo deve essere sempre effettuato un condizionamento termico, prima del loro uso, se non sono forniti in confezioni sottovuoto e a tenuta. In genere sono utilizzati sia per prime passate che per riempimento. 2.7.2 Saldatura TIG Largamente utilizzata per la grande regolarità di deposito e la buona controllabilità della fusione, in particolare in prima passata, non produce scoria e non Figura 5 - Progetto di impianto per saldatura iperbarica GMAW a controllo remotato per la riparazione di pipelines. F. Lezzi - Principali problemi nella saldatura subacquea deposita idrogeno ma ha una bassa produttività. La saldatura TIG è quindi spesso utilizzata su giunti circonferenziali per l’esecuzione della prima passata mentre il riempimento è realizzato con elettrodi rivestiti. 2.7.3 Saldatura MAG a filo pieno Oltre alla buona efficienza di deposito, non produce scoria (in realtà si formano scorie generate dagli ossidi di silicio, ma sono rifuse dalle passate successive) ed è per questo usato preferibilmente con processi meccanizzati. 2.7.4 Saldatura MAG con filo animato C’è maggiore difficoltà d’uso da parte del saldatore, che deve anche rimuovere la scoria. Utilizzando corretti parametri elettrici e combinazioni filo-flusso-gas di protezione si possono ottenere eccellenti risultati metallurgico-meccanici. 2.8 Saldatura iperbarica meccanizzata Da almeno vent’anni sono stati fatti studi e ricerche applicativi per la realizzazione di saldature iperbariche completamente meccanizzate a controllo remotato direttamente dalla superficie del mare, con lo scopo di ridurre l’impiego di saldatori subacquei in camera iperbarica. Il processo più utilizzato, soprattutto con sistemi orbitali, è il procedimento TIG che è stato sperimentato fino a profondità di circa 230 m. Oltre al procedimento TIG sono in corso di studio impianti completamente meccanizzati anche per applicazioni più produttive di saldatura a filo sotto gas; un esempio, riportato recentemente in letteratura, è illustrato nella Figura 5. Ovviamente l’impiego dei saldatori subacquei è richiesto per la messa a punto dei giunti, la sostituzione degli elettrodi e la supervisione della saldatura. 2.9 Sviluppi futuri I prodotti petroliferi ed il gas naturale contengono elevate quantità di H2S e CO2 che provocano danneggiamenti da corrosione nelle pipelines; pertanto si metteranno a punto sistemi di saldatura per la realizzazione di giunti, ad elevate profondità, di materiali dotati di resistenza alla corrosione oltre che strutturale. Riv. Ital. Saldatura - n. 1 - Gennaio / Febbraio <strong>2007</strong> 69
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