IT9020282A1 - Metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabile - Google Patents
Metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabileInfo
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
"METODO PER SALDARE BULLONI DI ACCIAIO INOSSIDABILE"
RIASSUNTO
E' descritto un metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabile a componenti di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega con formazione tra di essi di una saldatura duttile. Viene determinato l'equivalente di cromo e l'equivalente di nichel del componente di acciaio e realizzato un bullone di acciaio inossidabile che ha un tenore di equivalente di cromo e di equivalente di nichel che in seguito alla sua diluizione mediante l'acciaio del componente durante la saldatura del bullone fornisce una struttura di austenite più ferrite nella struttura di saldatura risultante, per saldare il bullone di acciaio inossidabile specifico al componente di acciaio.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabile a componenti di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega in modo da produrre una saldatura duttile.
La saldatura di bulloni è un termine impiegato in generale per unire un bullone di metallo ad un pezzo come per esempio una piastra metallica. Una tecnica di saldatura di bulloni particolarmente utile è la saldatura ad arco che consiste nell'unire la base o estremità di un bullone al pezzo riscaldandoli con un arco fatto scoccare tra i due componenti. Dopo un adatto riscaldamento dei due componenti essi vengono portati insieme sotto pressione per esempio mediante una pistola per saldatura di bulloni, con fusione di una parte del bullone e dell'altro componente o metallo di base. I materiali più comuni per bulloni che vengono saldati con il procedimento di saldatura ad arco sono acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio inossidabile e alluminio. In generale in tale saldatura la fusione di acciaio inossidabile del bullone viene diluita con un acciaio al carbonio o una fusione di acciaio di bassa lega nella saldatura in una quantità che va dal 20 al 50% in peso.
Benché i bulloni di acciaio inossidabile,tipicamente acciaio inossidabile 304 vengano saldati correntemente ad una piastra di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega, esiste sempre il problema della mancanza di duttilità della saldatura, A causa della mancanza di duttilità non vengono superate alcune prove normali come per esempio la prova di flessione normale ASME Section IX QW 192.1 a 15° e la prova di riraddrizzamento del codice Boiler and Pressure. Le esigenze della prova di flessione AWS DI.3 di 7.6.5 sono considerevolmente più severe della norma ASME cosicché esse non si possono soddisfare mediante una saldatura corrente di bulloni di acciaio inossidabile ad una piastra di base di acciaio al carbonio.
Uno scopo della presente invenzione è di realizzare un metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabile ad un componente di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega in un modo che produca un metallo di saldatura duttile.
Tenendo conto di quanto sopra la presente invenzione consiste in un metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabile a componenti di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega e per produrre tra di essi una saldatura duttile, tale componente di acciaio avendo un certo tenore equivalente di cromo e un certo tenore equivalente di nichel, caratterizzato dal fatto che si sceglie un bullone di acciaio inossidabile con un tenore equivalente di cromo e un tenore equivalente di nichel che in seguito alla sua saldatura con diluizione mediante l'acciaio del componente di acciaio fornisca una struttura di austenite più ferrite nella struttura risultante; tale bullone di acciaio inossidabile viene saldato al componente di acciaio in modo che il metallo di saldatura, al mescolamento del metallo del bullone e del metallo del componente di acciaio, produca una struttura di austenite e ferrite nella struttura di saldatura risultante e quindi una saldatura duttile tra il bullone e il componente.
L'invenzione risulterà più facilmente evidente dalla seguente descrizione di sue forme di esecuzione preferite, mostrate soltanto a titolo d'esempio nei disegni allegati in cui:
la figura 1 è un diagramma dell'equivalente di cromo in funzione dell'equivalente di nichel in una composizione di ferrocromo-nichel configurata secondo un diagramma Schaeffler mostrante una composizione tradizionale di saldatura di bulloni formata mediante una saldatura di un bullone di acciaio inossidabile tradizionale;
la figura 2 è un diagramma dell'equivalente di cromo in funzione dell'equivalente di nichel in una composizione di ferrocromo-nichel configurata secondo un diagramma di Schaeffler illustrante la presente invenzione per saldare bulloni di acciaio inossidabile con componenti di acciaio al carbonio; e
la figura 3 è un diagramma di equivalente di cromo in funzione dell'equivalente di nichel in una composizione di ferrocromo-nichel come nella figura 1 illustrante la presente invenzione per saldare bulloni di acciaio inossidabile a componenti di acciaio di bassa lega.
Nel metodo presente viene realizzata una saldatura duttile tra un bullone di acciaio inossidabile e un componente di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega mediante l'impiego di materiali austenitici di composizione chimica controllata in modo particolare che siano in grado di produrre una microstruttura di aust.enite più ferrite nella struttura di saldatura risultante che mantenga la duttilità con la diluizione prodotta dal componente di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega.
Il componente sul quale viene saldato il bullone di acciaio inossidabile secondo la presente invenzione è costituito da acciaio al carbonio o da un acciaio di bassa lega. Gli acciai al carbonio per recipienti a pressione sono quegli acciai che hanno un tenore di carbonio che non supera lo 0,4% in peso e oltre al carbonio contengono piccole quantità di silicio, manganese, fosforo e zolfo, derivanti da materiali grezzi e combustibile impiegato nel procedimento per la produzione di acciaio. Il termine "acciai di bassa lega" come qui impiegato descrive acciai contenenti ingredienti formatori di leghe come è descritto nella edizione del 1983 ASME Boiler e Pressure Vessel Code, Table UCS-23 sezione Vili - divisione 1, pagine 258-264 che descrive i valori massimi ammissibili di sollecitazione a trazione per acciaio al carbonio e acciaio di bassa lega.
Il bullone che viene saldato al componente di acciaio al carbonio di bassa lega è costituito da acciaio inossidabile austenitico che contiene cromo superiore a circa il 18% in peso e almeno l'8% di nichel.
Secondo la presente invenzione si determinano l'equivalente di cromo e l'equivalente di nichel del componente di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega e si realizza un bullone di acciaio inossidabile che ha un equivalente di cromo e un equivalente di nichel che in seguito alla saldatura con diluizione con il componente di acciaio fornisce una struttura di austenite più ferrite nella saldatura risultante. Per gli scopi della presente invenzione l'equivalente di cromo è un valore espresso dalla formula seguente:
Equivalente CR = %CR %Mo 1,5 x %Si 0,5 x %Cb;
mentre l'equivalente di nichel è un valore espresso dalla seguente formula:
Equivalente Ni = %N<'>i 30 x %C 0,5 x %Mn.
Durante la saldatura di bulloni il metallo fuso all'estremità del bullone viene diluito con metallo fuso proveniente dal componente sul quale viene saldato. Tale diluizione è generalmènte nel campo che va da circa il 20 al 50% in peso più in generale dal 20 al 40% in peso, una diluizione del 30% in peso essendo tipica. Inoltre la presente invenzione si riferisce soltanto alla saldatura di bulloni nei casi in cui nessun metallo supplementare venga aggiunto alla saldatura, la saldatura risultante contenendo soltanto metallo proveniente dal bullone e dal componente di acciaio al quale viene saldato il bullone .
Il bullone standard austenico impiegato per saldare bulloni ad acciaio al carbonio è AISI304. Esaminando la figura 1, per scopi esplicativi, si può supporre che l'equivalente di cromo dell'acciaio al carbonio sia 0,45 e l'equivalente di nichel 7,8 (Punto X). Per un bullone di acciaio austenico 304, si può supporre che l'equivalente di cromo sia 20 e l'equivalente di nichel sia 11,3 (Punto Y). La saldatura risultante,supponendo una diluizione del 30% (Punto Z) è una struttura fragile austenitica più martensitica . La struttura di saldatura austenitica voluta, come ripetutamente mostrato nella letteratura tecnica , è austenica più ferrite delta.
Esaminando ora la figura 2, viene illustrata l'applicazione del presente metodo alla saldatura di un bullone di acciaio inossidabile ad un componente di acciaio al carbonio per produrre una saldatura duttile. Per scopi esplicativi l'equivalente di cromo dell'acciaio al carbonio si suppone che sia [0+0+(1 ,5x0,3+0)=0 ,45^ e l'equivalente di nichel si suppone che sia [θ+ (30x0,25) 0,5x0 ,8)=7,β] (Punto X). Come è illustrato se viene impiegato un bullone di acciaio inossidabile austenitico con un equivalente di cromo di 32 e un equivalente di nichel di 12,7 (Punto Y) la saldatura risultante, supponendo una diluizione di circa il 30% del metallo del bullone di acciaio inossidabile con il metallo di acciaio al carbonio, sarebbe strutturalmente austenite più ferrite e di conseguenza duttile (Punto Z) . La composizione di austenite più ferrite della saldatura risultante è quella rientrante entro l'area circondata dalla linea abcd nel disegno .
Nella figura 3 è illustrata l'applicazione del presente metodo alla saldatura di un bullone di acciaio inossidabile ad un componente di acciaio di bassa lega. Per scopi esplicativi il componente di acciaio di bassa lega, un acciaio contenente un tenore di lega del 2,25% di Cr -1% di Mo fornirebbe un equivalente di cromo di 4 e un equivalente di nichel di 5 (Punto X). Se viene impiegato un bullone di acciaio inossidabile austenitico con un equivalente di cromo di 32 e un equivalente di nichel di 12,7 (Punto Y), con una diluizione risultante del 30%, lo stesso fornirebbe una saldatura che sarebbe strutturalmente austenite più ferrite e di conseguenza duttile (Punto Z). Nuovamente, una composizione rientrante entro l'area delimitata dalla linea abcd fornirebbe una struttura di austenite più ferrite nella saldatura risultante.
Si possono ottenere materiali convenzionalmente disponibili che hanno un rapporto equivalente di CR/Ni sufficiente per produrre una saldatura di bulloni di austenite più ferrite duttile con una diluizione di circa il 30% con acciaio al carbonio di bassa lega. Per esempio un bullone di acciaio inossidabile austenitico contenente circa il 29% in peso di cromo e circa il 9% di nichel come per esempio 312 in ASME SFA 5,9 (tipo ER312) o un equivalente di lega lavorata plasticamente produrrà la struttura metallurgica voluta e una saldatura con duttilità sufficiente per superare la prova di flessione suddetta. Se è necessario un equivalente di maggior quantità di Cr per produrre la composizione chimica voluta a causa di una percentuale di diluizione in eccesso del 30%, si può ottenere un acciaio inossidabile di composizione scelta 312 o un acciaio inossidabile di composizione speciale sviluppato per tale impiego La presente invenzione fornisce così un metodo per saldare ad arco bulloni di acciaio inossidabile in componenti di acciaio al carbonio o acciaio di bassa lega dove la composizione del bullone serve per produrre metallurgicamente un rapporto regolato di equivalente di cromo e di equivalente di nichel in grado di produrre una struttura di saldatura duttile nella saldatura risultante .
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per saldare bulloni di acciaio inossidabile in componenti di acciaio al carbonio o di acciaio di bassa lega e per produrre tra di essi una saldatura utile, tale componente di acciaio avendo un certo tenore di equivalente di cromo e di equivalente di nichel, caratterizzato dal fatto che viene scelto un bullone di acciaio inossidabile con un tenore di equivalente di cromo e di equivalente di nichel che in seguito alla sua saldatura con diluizione mediante acciaio dei componente di acciaio fornisce una struttura di austenite più ferrite nella struttura risultante; e tale bullone di acciaio inossidabile è saldato al componente di acciaio in modo che il metallo di saldatura al mescolamento del metallo del bullone e del metallo del componente di acciaio produca una struttura di austenite e ferrite nella struttura di saldatura risultante e quindi una saldatura duttile tra il bullone e il componente.
- 2. Metodo per saldare bulloni secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che il bullone di acciaio inossidabile contiene un equivalente di cromo di circa 32 e un equivalente di nichel di circa 12,7.
- 3. Metodo per saldare bulloni secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che la diluizione della composizione del bullone con la composizione del componente di acciaio durante la saldatura di bulloni è nella quantità che va da circa dal 20 al 50% riferito al peso del metallo del bullone della saldatura.
- 4. Metodo per saldare bulloni secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che il componente di acciaio è formato da acciaio al carbonio e tale bullone è costituito da acciaio inossidabile e contenente circa il 29% di cromo e il 9% di nichel.
- 5. Metodo per saldare bulloni secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che il componente di acciaio è formato da un acciaio di bassa lega e tale bullone è costituito da acciaio inossidabile.
- 6. Metodo per saldare bulloni secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che il bullone di acciaio inossidabile ha un tenore di equivalente di cromo e di equivalente di nichel tale che in seguito alla saldatura di bulloni con diluizione della composizione del bullone mediante l'acciaio proveniente dal componente di acciaio di bassa lega in una percentuale che va da circa il 30 al 50% riferito al peso del materiale del bullone della saldatura risultante si abbia una struttura di austenite e ferrite nella struttura di saldatura risultante fornendo così una saldatura duttile tra il bullone e il componente.
- 7 . Metodo per saldare bulloni secondo la riv. 6 caratterizzato dal fatto che il bullone di acciaio inossidabile contiene un equivalente di cromo di circa 32 e un equivalen nichel di circa 12,7%.
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