Cosa sono le linee obbligazionarie ERW?

Un dispositivo di diffrazione di raggi X è utile per analizzare e misurare la struttura dei materiali nelle saldature attorno al tubo.

Quando si sezionano sezioni di saldatura rappresentative nella saldatura a resistenza elettrica (ERW) (nota anche come saldatura a resistenza ad alta frequenza), gli ingegneri possono incontrare una linea al centro della saldatura che varia in forma, larghezza, orientamento e sfumatura, a seconda il tipo di acciaio e la tecnica di incisione utilizzata (vedere Figura 1).

I ricercatori di Thermatool Corp. hanno scoperto che questa linea di legame presenta una durezza maggiore rispetto alla saldatura circostante nel materiale SAE 4130 perché comprende una miscela di ferrite, bainite e martensite non temperata. Di solito, questa maggiore durezza nella linea di collegamento può essere associata a una perdita di tenacità nella saldatura e può essere migliorata mediante un trattamento termico di ricottura postsaldatura, secondo gli studi di Battelle. In altri casi, la linea di unione può essere più morbida rispetto alla saldatura circostante, soprattutto negli acciai a basso tenore di carbonio come SAE 1010, nonché nelle saldature ERW di acciaio inossidabile.

Poiché la linea di legame rappresenta una mancanza di omogeneità nella microstruttura, si sospettava che potesse causare guasti alla saldatura, soprattutto perché vere discontinuità come le inclusioni di ossido possono essere intrappolate nella stessa posizione sulla linea centrale della saldatura.

Determinare quali siano realmente le linee di collegamento e quanto pericolose potrebbero essere per l’integrità delle saldature merita uno sguardo più approfondito alla ricerca.

Per comprendere le linee di saldatura ERW è necessario discutere del processo stesso: una tecnica di giunzione allo stato solido in cui viene utilizzato il riscaldamento joule (resistivo) per produrre un legame metallurgico.

Durante la fase finale di forgiatura del processo, eventuali particelle e inclusioni non metalliche vengono espulse dall'interfaccia insieme al metallo plastificato. Questo metallo in eccesso sul diametro esterno e talvolta sul diametro interno può essere rimosso mediante scordonatura subito dopo la saldatura. Il processo ERW è utilizzato principalmente in applicazioni automatizzate continue di saldature continue longitudinali per prodotti tubolari. Uno schema del processo di saldatura a induzione è mostrato nella Figura 2a, nella saldatura continua di un prodotto tubolare. La Figura 2b mostra la saldatura dei contatti ad alta frequenza (HF), in cui la corrente viene trasferita al giunto mediante contatti striscianti.

In sostanza, il processo ERW è classificato come una variante della saldatura a resistenza, poiché il riscaldamento joule (resistivo) di una sezione trasversale molto piccola dei bordi da unire fornisce la fonte di calore per la saldatura.

Secondo gli studi dell'Università LeTourneau, le principali variabili del processo ERW includono potenza, frequenza, velocità di saldatura, angolo V, posizione dell'impedente, pressione del rullo di saldatura e quantità di sconvolgimento totale durante la forgiatura. Si noti che i bordi non dovrebbero sciogliersi durante il processo e che a volte possono verificarsi instabilità del processo e archi tra i bordi adiacenti. Eventuali prodotti di fusione localizzati dovrebbero essere espulsi nella bava in modo che la saldatura finale rimanga un giunto allo stato solido.

È importante notare che l'utilizzo dell'effetto pelle, ovvero la capacità delle correnti ad alta frequenza di fluire sulla superficie di un conduttore, è molto importante per l'efficienza del riscaldamento sui bordi da unire. All'aumentare della frequenza, la profondità della pelle conduttrice di elettricità diminuisce all'aumentare della resistenza per la stessa corrente di saldatura, producendo temperature più elevate. Tipicamente vengono utilizzate frequenze da 100 a 900 kHz, le più comuni sono da 100 a 300 kHz per la saldatura di tubi di acciaio.

Il secondo effetto importante nell'ERW è l'effetto di prossimità, che riguarda la concentrazione di corrente tra due conduttori paralleli in funzione della distanza tra loro. Con uno spazio o una prossimità ottimale tra i due bordi dell'acciaio mostrati nella Figura 2b, la generazione di calore è ottimizzata con un angolo V piccolo (possibilmente da 2 a 4 gradi).

FIGURA 1. Questa sezione trasversale attraverso una saldatura ERW di produzione mostra una tipica linea di unione (linea gialla) e una zona trattata termomeccanicamente (TMPZ) (linea blu). La saldatura ERW è stata realizzata in acciaio SAE 4130 con spessore della parete di 9,5 mm e attacco Nital.