Per capire al meglio il trattamento termico di distensione inizieremo parlando della saldatura.
Per saldatura intendiamo quel processo che consiste nell’unione permanente di più parti di materiale, mediante la fusione del materiale stesso o mediante l’apporto di un altro materiale:
Saldatura eterogena: ossia quella che si ottiene fondendo un materiale d’apporto la cui temperatura di fusione è minore di quella del materiale base. Il materiale d’apporto avrà quindi funzione di “collante” tra i due particolari da saldare.
Saldatura autogena: ossia quella che si ottiene fondendo il materiale base stesso o un materiale d’apporto che sia omogeneo al materiale base, la fusione di conseguenza comprenderà anche parte del materiale base che prenderà parte alla composizione del giunto.
Nell’ambito della carpenteria il processo di saldatura più utilizzato è la saldatura ad arco, ossia una saldatura di tipo autogeno. Questo processo consiste nel passaggio di corrente elettrica la cui funzione è quella di fondere un elettrodo dello stesso materiale del materiale base. L’elettrodo fuso misto al materiale base fungerà da materiale d’apporto per l’unione dei due particolari.
Il processo di saldatura tuttavia presenta numerose problematiche, molte delle quali dovute alla dilatazione termica ed alle velocità di raffreddamento.
Con l’aumentare della temperatura il materiale tende a dilatarsi per via di una variazione dell’oscillazione degli atomi che lo compongono.
Durante il processo di saldatura possiamo notare come la variazione della temperatura influenzi una parte molto ristretta del materiale.
Il materiale d’apporto in forma liquida una volta applicato alla giuntura aderirà al materiale, ma con il raffreddamento la diminuzione di volume andrà a creare grosse tensioni tra il cordone di saldatura e la zona circostante.
Oltre a questo, nel processo di saldatura i differenti cicli termici che si generano fanno sì che il materiale abbia durezze e microstrutture eterogenee; tutti questi fattori in contemporanea compromettono la resistenza meccanica dei componenti saldati, la loro capacità di assorbire urti o sollecitazioni improvvise ed in particolare la loro vita a fatica.
Qui entra in gioco il trattamento detto post welding heat treatment (PWHT), tradotto letteralmente “trattamento termico post saldatura”, più comunemente noto con il nome di trattamento termico di distensione.
Le strutture metalliche saldate vengono inserite in forni opportunamente supportati per permettere il ricircolo dell’aria e per dare loro la possibilità di dilatarsi liberamente.
La temperatura alla quale vengono distesi dipende dalla tipologia di materiale anche se generalmente, per i gli acciai da costruzione più utilizzati, si tratta di un range di temperature compreso tra i 550 e i 650°C.
Una volta raggiunta la temperatura di distensione è necessario mantenerla affinché tutto lo spessore del componente la possa raggiungere in modo omogeneo, questo tempo “di mantenimento” varia a seconda degli spessori e viene calcolato attraverso semplici formule matematiche.
Alla temperatura di distensione il materiale risulta essere estremamente più malleabile, per questo motivo spesso le tensioni residue derivanti dai cicli di saldatura sono sufficienti a deformare plasticamente il componente saldato che a questo punto rilascia le sue tensioni.
Il trattamento termico di distensione quindi tenderà a deformare i particolari proporzionalmente alla quantità di tensioni accumulate dal metallo nella sua “storia costruttiva”.
Una volta dato al metallo il tempo di scaldarsi omogeneamente e di scaricare tutte le tensioni interne, si passa alla fase di raffreddamento la quale dovrà avvenire in maniera sufficientemente lenta da garantire che tutta la struttura si raffreddi in modo omogeneo. La fase di raffreddamento è la fase più lenta e delicata di questo trattamento, poichè un raffreddamento disomogeneo potrebbe generare nuove tensioni residue nel materiale.
Siccome non esistono metodi semplici, veloci e poco costosi che assicurino la corretta esecuzione della distensione è importante che tutto il processo avvenga in maniera molto controllata, ad esempio applicando più sensori di temperatura nelle diverse zone del pezzo in modo da garantire l’omogeneità durante tutte le fasi del trattamento.
Terminato il trattamento otterremo dei pezzi sostanzialmente esenti da tensioni residue quindi con una resistenza meccanica maggiore, una maggior resilienza ed una elevata vita a fatica.
