Spurgatura posteriore nella saldatura di tubi in acciaio inossidabile: prevenzione dello zuccheramento e dell’ossidazione del cordone di saldatura

Il purging posteriore consiste nel sostituire l’aria presente all’interno di un tubo in acciaio inossidabile con un gas inerte, generalmente argon, affinché il cordone di radice fuso solidifichi senza entrare in contatto con l’ossigeno. Se eseguito correttamente, si evita lo "zuccheramento", ovvero la formazione di una superficie granulare e fortemente ossidata sulla radice del cordone, che compromette gravemente la resistenza alla corrosione e non può essere rimossa mediante molatura una volta formatasi. L’obiettivo pratico è ridurre l’ossigeno residuo all’interno del giunto a circa lo 0,5% o meno; per lavorazioni su leghe ad alto contenuto di elementi leganti e ad alta purezza, il valore deve scendere addirittura sotto lo 0,1%, prima di accendere l’arco. Un cordone di radice lucido e pulito non è un dettaglio estetico: è ciò che preserva il film passivo e la durata operativa della tubazione.

Cos’è lo zuccheramento e perché si verifica
Quando gli acciai inossidabili austenitici e duplex raggiungono la temperatura di saldatura, il cromo si lega a qualsiasi ossigeno disponibile. All’interno di un tubo non purgato, l’aria intrappolata ossida la radice calda, formando uno strato ruvido, scuro e simile a zucchero di ossidi ricchi di cromo, che sottrae cromo al metallo subito sottostante. Questa zona impoverita di cromo non è più in grado di formare un film passivo, quindi la radice diventa il punto più debole del giunto contro la corrosione da pitting, la corrosione da fessura e la corrosione sotto sforzo.

Lo ‘zuccheramento’ comporta anche una penalità meccanica. La scala di ossido è fragile e irregolare; ostacola il flusso, trattiene depositi e fornisce un punto di partenza per la corrosione e la fatica. Inoltre, una volta verificatosi, il danno è metallurgico, non semplicemente un film superficiale. Smerigliare l’interno di un tubo già completato è raramente possibile e non ripristina il cromo perso dall’lega, quindi prevenirlo durante la saldatura è l’unica soluzione affidabile.

Il ruolo della purga posteriore con argon
La purga posteriore funziona inondando l’interno del giunto con argon, un gas inerte più denso dell’aria che non reagisce con il metallo caldo. Man mano che l’argon entra, diluisce e spinge fuori l’aria contenente ossigeno fino a quando l’ossigeno residuo è sufficientemente basso da impedire la formazione di ossidi significativi durante la solidificazione. La saldatura viene quindi eseguita con il gas di protezione della fiamma che protegge l’esterno e la purga che protegge l’interno, in modo che entrambe le facce del cordone di radice rimangano pulite.

L’argon è la scelta abituale per la sua inerzia, disponibilità e densità, che lo aiuta a depositarsi e a spostare l’aria nelle saldature orizzontali. Su giunti più spessi o con leghe più elevate, alcuni costruttori aggiungono una piccola quantità di idrogeno all’argon per ottenere un cordone di radice più brillante; tuttavia, le miscele contenenti idrogeno vengono utilizzate esclusivamente su acciai austenitici e mai su acciai duplex o martensitici a causa del rischio di criccature. Il principio non cambia: mantenere l’ossigeno lontano dal cordone di radice caldo fino a quando questo si sia raffreddato al di sotto della temperatura alla quale avviene l’ossidazione.

Raggiungere l’obiettivo di ossigeno

La purga efficace si misura, non si ipotizza. Sigillare il volume da purgare, immettere argon a portata controllata e monitorare l’uscita con un analizzatore di ossigeno fino al raggiungimento del valore obiettivo prima della saldatura. Un limite comune di accettabilità è inferiore allo 0,5% di ossigeno residuo per lavorazioni generali su acciaio inossidabile, con soglie più stringenti per applicazioni esigenti.

Il volume e la portata del gas di spurgo devono essere adeguati al diametro e alla lunghezza del tubo. Una portata troppo bassa lascia sacche d'aria; una portata troppo elevata genera turbolenza, che può perturbare la pozza fusa o soffiare via il cordone di saldatura sul lato interno. Immettere l'argon in basso ed espellere l'aria in alto, in modo che l'aria più leggera venga spinta in avanti dal gas inerte in avanzamento, e concedere al processo di spurgo un tempo sufficiente prima di accendere l'arco.

Diga di spurgo e configurazione pratica
Su tubazioni lunghe, lo spurgo dell'intera condotta è lento e inefficiente; pertanto, dighe di spurgo solubili o meccaniche isolano una breve zona intorno al giunto. Le dighe in carta o pellicola solubile in acqua sono molto diffuse perché si dissolvono e vengono rimosse durante i successivi test idraulici o in servizio, senza lasciare residui nella tubazione. I tappi gonfiabili e quelli meccanici sono riutilizzabili per lavorazioni ripetute. Qualunque sia il tipo di diga, prevedere un’uscita controllata per evitare accumuli di pressione che potrebbero deformare il cordone di saldatura sul lato interno; inoltre, sigillare con nastro adesivo o coprire la fessura di saldatura fino all’inizio della saldatura.
Una buona pratica significa anche effettuare la purga prima della saldatura e mantenere costante il flusso di gas durante la saldatura, proseguendo la purga fino al raffreddamento del cordone di radice e del primo passaggio caldo, nonché proteggere le estremità aperte dei tubi da correnti d’aria. Wenqiang applica questi controlli su tutta la produzione di tubi e tubazioni saldati conformi alle norme ASTM A249, A269, A312 e A928; la qualità delle saldature è verificata mediante prove non distruttive (NDT) e prove idrostatiche, nell’ambito di un sistema ISO 9001.

Lettura e accettazione del colore della radice
Il colore del cordone di radice finito costituisce un indicatore visivo rapido della quantità di ossigeno che ha raggiunto il metallo. Un cordone di radice color argento brillante o giallo paglierino indica una minima ossidazione ed è generalmente accettabile. Tonalità più scure, dal blu al grigio, indicano un’ossidazione crescente; un cordone di radice grigio scuro o nero, con aspetto granulare, è definito 'sugaring' ed è scartato. Molte specifiche e norme, come AWS D18.1 per la saldatura di tubazioni sanitarie, definiscono i livelli accettabili di discolorazione mediante apposite tabelle cromatiche.
Poiché la colorazione termica riduce la resistenza alla corrosione anche senza raggiungere il completo annerimento, i lavori in condizioni di elevata purezza o in servizi aggressivi richiedono radici estremamente brillanti e, talvolta, una pulizia post-saldatura. Registrare il colore della radice insieme alle letture dell’ossigeno nel gas di protezione fornisce una tracciabilità documentabile del fatto che il giunto è stato eseguito sotto controllo.

Conclusione
La protezione del lato opposto con gas inerte (back-purging) rappresenta la differenza tra una saldatura in acciaio inossidabile che resiste alla corrosione per decenni e una che cede dall’interno verso l’esterno. Sostituire l’aria con argon, ridurre l’ossigeno residuo a circa lo 0,5 %, isolare il giunto mediante diaframmi di protezione, verificare il gas in uscita con un analizzatore di ossigeno e accettare esclusivamente radici brillanti e prive di ossidi: questo preserva il cromo responsabile della passività dell’acciaio inossidabile. Il risultato è una radice di saldatura altrettanto resistente alla corrosione del tubo base, requisito essenziale per le tubazioni chimiche, sanitarie, alimentari e offshore destinate a funzionare per decenni.

Domande frequenti
D: È possibile rimuovere l’annerimento mediante molatura dopo la saldatura?
A: In genere, no. La formazione di zucchero è un'ossidazione della radice interna che depleta anche il cromo dal metallo sottostante, e l'interno del tubo è solitamente inaccessibile. La rettifica non può ripristinare il cromo perduto, quindi prevenirne la formazione mediante spurgo posteriore è l'unico approccio affidabile.
D: A quale livello residuo di ossigeno dovrei mirare prima della saldatura?
R: Un valore inferiore a circa lo 0,5% è accettabile per molte applicazioni in acciaio inossidabile, mentre per saldature ad alta lega, ad alta purezza o destinate a servizi aggressivi si dovrebbe raggiungere un valore inferiore a circa lo 0,1%. Verificare sempre con un analizzatore di ossigeno sullo scarico del gas di spurgo prima di avviare l'arco.

Tubo in acciaio inossidabile saldato con spurgo posteriore e pulito da corrosione, proveniente da Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/