IL zona termicamente alterata della saldatura è l'area in cui il metallo di base solido su entrambi i lati della saldatura subisce evidenti cambiamenti nella struttura e nelle proprietà sotto l'azione del ciclo termico di saldatura, chiamata zona termicamente alterata. Un giunto saldato è un processo di saldatura costituito da tre parti: il cordone di saldatura, la zona di fusione e la zona termicamente alterata.

1.Definizione

Sotto l'azione di un zona termicamente alterata della saldatura saldatura a fusione, l'area in cui la struttura e le proprietà cambiano entro un certo intervallo vicino a entrambi i lati della saldatura è chiamata "zona termicamente alterata della saldatura", o "zona prossima alla saldatura" (Near Weld Zone). Il giunto saldato è composto principalmente da due parti, il cordone di saldatura e la zona d'ombra calda, e tra di esse è presente una zona di transizione, chiamata zona di fusione. Pertanto, per garantire la qualità dei giunti saldati, è necessario che la struttura e le proprietà della saldatura e della zona termicamente alterata soddisfino contemporaneamente i requisiti. Con l'uso continuo di vari acciai ad alta resistenza, acciai inossidabili, acciai resistenti al calore e alcuni materiali speciali in produzione, i problemi esistenti nella zona termicamente alterata della saldatura si sono complicati e sono diventati l'area debole dei giunti saldati. Pertanto, i ricercatori di molti paesi hanno prestato grande attenzione alla zona termicamente alterata della saldatura.

L'estensione della ZTA varia a seconda dell'apporto termico del processo di saldatura, della conduttività termica del materiale e della velocità di raffreddamento. Un apporto termico maggiore o velocità di raffreddamento più lente determinano in genere una ZTA più ampia.

2. Distribuzione dei tessuti

Secondo il zona termicamente alterata della saldatura Tra gli acciai, l'acciaio per saldatura si divide in due categorie: una è l'acciaio con una bassa tendenza alla tempra, come l'acciaio a basso tenore di carbonio e alcuni acciai bassolegati, che viene definito acciaio da tempra dura; l'altra è l'acciaio con tendenza alla tempra. Gli acciai di qualità superiore, come l'acciaio a medio tenore di carbonio, l'acciaio legato bonificato a basso e medio tenore di carbonio, ecc., sono definiti acciai facilmente temprabili. A causa della diversa tendenza alla tempra, anche la struttura della zona termicamente alterata durante la saldatura dei due tipi di acciaio è diversa.

3.Prestazioni

La distribuzione microstrutturale della zona termicamente alterata durante la saldatura non è uniforme, e di conseguenza anche le prestazioni non sono uniformi. La zona termicamente alterata durante la saldatura è diversa dal cordone di saldatura, e quest'ultimo può soddisfare i requisiti prestazionali regolando la composizione chimica e adottando il processo di saldatura appropriato. Le prestazioni della zona termicamente alterata non possono essere regolate nella composizione, e ciò costituisce un problema di non uniformità che si verifica sotto l'azione dei cicli termici di saldatura. Per le strutture saldate generali, vengono considerati principalmente l'indurimento, l'infragilimento, la tenacità e il rammollimento della zona termicamente alterata, nonché le proprietà meccaniche complessive, la resistenza alla corrosione e le proprietà di fatica, che vengono determinate in base ai requisiti di utilizzo specifici della struttura saldata.

Indurimento

La durezza della zona termicamente alterata durante la saldatura dipende principalmente dalla composizione chimica e dalle condizioni di raffreddamento dell'acciaio da saldare, e la sua essenza è quella di riflettere le prestazioni di diverse strutture metallografiche. Poiché la prova di durezza è più pratica, la durezza massima HMAX della zona termicamente alterata viene spesso utilizzata per valutare le prestazioni della zona termicamente alterata, che può predire indirettamente la tenacità, la fragilità e la resistenza alla cricca della zona termicamente alterata. Nel progetto, l'HMAX della zona termicamente alterata è stato utilizzato come indice importante per la valutazione della saldabilità. Va sottolineato che anche la stessa struttura presenta durezze diverse, che sono correlate al contenuto di carbonio dell'acciaio e alla composizione della lega. Ad esempio, la durezza della martensite ad alto tenore di carbonio può raggiungere i 600 HV, mentre la durezza della martensite a basso tenore di carbonio è di soli 350-390 HV.

Infragilimento

L'infragilimento della zona termicamente alterata della saldatura è spesso la causa principale di cricche e rotture fragili dei giunti saldati. Fragilità e tenacità misurano la capacità di un materiale di resistere alla frattura sotto carichi d'impatto e ne riflettono in modo esaustivo la resistenza e la plasticità. Maggiore è la fragilità del materiale, minore è la sua tenacità e minore è la sua capacità di resistere ai carichi d'urto. Poiché la distribuzione della microstruttura nella zona termicamente alterata non è uniforme e, anche in alcune parti, la resistenza è molto inferiore a quella del metallo base, si verifica un grave infragilimento, tanto che la zona termicamente alterata della saldatura diventa un punto debole dell'intero giunto. Pertanto, viene studiato l'infragilimento della zona termicamente alterata della saldatura, e il fenomeno dell'infragilimento coinvolge principalmente meccanismi di infragilimento come l'infragilimento a grano grosso, l'infragilimento microstrutturale e l'infragilimento da invecchiamento per deformazione termica, al fine di migliorarne la tenacità e le proprietà meccaniche dell'intero giunto. 

Temprato

La zona termicamente alterata dalla saldatura, in particolare la zona di fusione e la zona a grana grossa, sono le aree deboli dell'intero giunto saldato. Pertanto, è necessario adottare misure per migliorare la tenacità della zona termicamente alterata dalla saldatura. Tuttavia, la tenacità della zona termicamente alterata dalla saldatura non può essere regolata e migliorata aggiungendo elementi di lega in tracce come la saldatura. È intrinseca al materiale stesso, quindi può essere migliorata solo entro un certo intervallo migliorando la tenacità del materiale stesso e adottando alcune misure tecnologiche. Secondo la ricerca, la tenacità della zona termicamente alterata dalla saldatura può essere migliorata adottando le due misure seguenti.

Ammorbidire

I metalli o le leghe rinforzati mediante lavorazione a freddo o trattamento termico presentano generalmente diversi gradi di perdita di resistenza nella zona termicamente alterata della saldatura. Addolcimento o perdita di resistenza nella zona termicamente alterata. L'addolcimento dei metalli o delle leghe rinforzati mediante lavorazione a freddo è causato dalla ricristallizzazione. L'addolcimento o la perdita di resistenza nella zona termicamente alterata ha un effetto relativamente limitato sulle proprietà meccaniche dei giunti saldati, ma non è facile da controllare.

4. Effetti sulle proprietà dei materiali

●Resistenza e durezza: la ZTA può avere diversi livelli di durezza e resistenza rispetto al metallo base. In genere, le aree più vicine alla saldatura sono soggette a temperature più elevate e possono diventare più dure e fragili, soprattutto negli acciai ad alto tenore di carbonio.

● Tenacità: la tenacità della ZTA può essere ridotta a causa della formazione di microstrutture più dure e fragili. Ciò è particolarmente importante nelle applicazioni in cui la resistenza agli urti è importante.

●Resistenza alla corrosione: in alcuni materiali, come alcuni acciai inossidabili, il calore può causare cambiamenti che influiscono sulla resistenza alla corrosione, come la precipitazione di carburi ai bordi dei grani.

5. Importanza e controllo

Integrità strutturale: 

Comprendere e controllare il zona termicamente alterata della saldatura è fondamentale per garantire l'integrità strutturale dei componenti saldati, soprattutto in applicazioni critiche come quelle nei settori aerospaziale, automobilistico e dell'ingegneria strutturale.

Ottimizzazione Parametri di saldatura: 

1. Apporto termico: ridurre l'apporto termico regolando la tensione, la corrente e la velocità di saldatura può contribuire a ridurre le dimensioni della ZTA. Un minore apporto termico si traduce in velocità di raffreddamento più rapide e tempi di attesa inferiori per alterazioni microstrutturali avverse.

2 Temperatura interpass: il controllo della temperatura interpass (la temperatura tra ogni passata di saldatura) può influenzare la microstruttura della ZTA, migliorando proprietà come la tenacità.

Trattamento termico di preriscaldamento e post-saldatura (PWHT):

1. Preriscaldamento: l'applicazione di calore al materiale prima della saldatura può ridurre la velocità di raffreddamento, riducendo al minimo il rischio di formazione di microstrutture indesiderate come la martensite negli acciai. Contribuisce inoltre a ridurre le tensioni residue.

②PWHT: L'applicazione di calore dopo la saldatura può aiutare a rinvenire le microstrutture dure formate nella ZTA, migliorando così la tenacità e riducendo le sollecitazioni residue.

Video dimostrativo