24 Maggio 2023
Sala MAESTRALE
- 14.30 - 15.00: Danneggiamento per fatica meccanica: diagnosi, accorgimenti, soluzioni nella casistica trattata da IIS
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Vengono presi in da considerazione casi di danneggiamento per fatica meccanica ad alto numero di cicli e di fatica oligociclica, che sono stati trattati nel corso di diversi anni dai dipartimenti di ingegneria e di laboratorio dell'Istituto Italiano della Saldatura.
- 15.00 - 15.30: Connessione pendino-arco: studio del giunto saldato nel caso di arco in profilo laminato ad H – analisi numeriche e sperimentali
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La memoria si concentra sul dettaglio della piastre di collegamento tra pendini e l’arco metallico di un ponte tipo bowstring per il caso specifico di un arco in profile laminato. L’aspetto che ne determina la performance é la resistenza allo stato limite di fatica. Poiché le sezioni laminate utilizzate per questa applicazione appartengono alla stessa famiglia geometrica (HD400) è possibile definire generica per lo studio. Dapprima si sono proposte una varietà di forme geometriche che sono state analizzate con modelli FEM. Questa analisi preliminare fornisce una valutazione in termini di sensibilità alla resistenza alla fatica, selezionando le forme con picchi di stress più bassi. Oltre al rating basato sulle prestazioni strutturali, è stato proposto un secondo rating basato sulla facilità di esecuzione in officina del dettaglio. I risultati combinati di queste due valutazioni hanno permesso di identificare la forma del collegamento più adatta. Questa forma è stata successivamente studiata in termini di picchi di stress hot-spot, considerando l'influenza della diversa inclinazione del pendino - arco.
Questo studio propone in conclusione una geometria unica delle piastre adeguata alle sezioni laminate HD400, unendo una concentrazione minima di stress locali ma allo stesso tempo un processo di fabbricazione fattibile. -
15.30 - 16.00: Prove di saldabilità di componenti in HASTELLOY-X realizzati con tecnologia additiva PBF-LB
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Il campo della manifattura additiva è in costante sviluppo, dalla messa a punto di processi all'utilizzo di nuove tecnologie. Tra le tecnologie per la manifattura additiva di tipo metallico, il processo PBF-LB trova applicazione a livello industriale per la sua capacità di coniugare libertà progettuale e qualità costruttiva.
Tuttavia, i componenti allo stato "as built" necessitano molto spesso di fasi di post-processing al fine di conferire al componente le caratteristiche finali desiderate, siano esse funzionali o estetiche. In alcuni casi i componenti realizzati mediante processo additivo sono parti di sistemi più complessi e si rende necessario ricorrere a tecniche di giunzione al fine di ottenere il pezzo finale. Tra i metodi di giunzione la saldatura è il processo maggiormente diffuso a livello industriale e, nonostante gli indubbi vantaggi che è in grado di fornire, si tratta di un processo che genera nel materiale alterazioni termiche che possono ridurre o compromettere le caratteristiche del materiale a seconda del ciclo termico applicato.
In questo studio sono state condotte delle prove di saldabilità su piastre in lega di nichel Hastelloy X realizzate con processo additivo PBF-LB. Nello specifico sono stati condotti test comparativi tra un processo di saldatura ad arco elettrico e un processo a energia concentrata, rispettivamente Gas Tungsten Arc Welding e Laser Beam Welding. Lo scopo delle prove è quello di valutare la saldabilità del materiale in due differenti stati metallurgici: allo stato "as built" e allo stato "heat treated" (ossia con trattamento termico post stampa) considerando i cicli termici derivanti dai processi di saldatura presi in considerazione. - 16.30 - 17.00: Studio dell’effetto di infragilimento indotto da idrogeno per via elettrolitica su acciai per gasdotti
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In questo periodo di transizione "verde" l'attenzione per l'ambiente e le fonti pulite di energia sono temi che stanno acquisendo interesse sempre maggiore.
Con particolare riferimento al settore energetico si può osservare come l'idrogeno stia diventando il candidato ideale per la sostituzione dei combustibili di origine fossile.
Un suo eventuale impiego nelle linee di distribuzione esistenti richiede ad ogni modo particolare attenzione a causa delle proprietà infragilenti per la quale questo elemento è tristemente noto.
Per valutare tale effetto in ambiente gassoso sono richieste tuttavia tempistiche molto lunghe col rischio di allungare i tempi per ottenere una risposta al quesito iniziale.
In quest'ottica dunque ci proponiamo di aggirare la problematica attraverso sistemi più efficienti di caricamento dell'idrogeno attraverso metodi elettrochimici.
Successivamente si cercherà di trovare una correlazione con i dati del caricamento gassoso in modo da fornire un sistema per lo studio più rapido dell'infragilimento.
Il lavoro si sviluppa pertanto nella progettazione da zero degli elementi essenziali quali set-up, soluzione e provino e nel successivo utilizzo di questi per effettuare prove meccaniche con caricamento in situ. - 17.00 - 17.30: Progetto BRIDGE|50: studio di un ponte in calcestruzzo armato precompresso
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BRIDGE|50 è un progetto di ricerca che ha l’obiettivo di studiare il comportamento delle strutture di un ponte con 50 anni di vita recentemente dismesso in Italia. La ricerca è congiuntamente realizzata dai politecnici di Milano e Torino e da altri partner di progetto che includono diversi enti pubblici e società private. Le attività previste includono una vasta campagna sperimentale con tecniche non distruttive, meccaniche in grande scala, indagini distruttive ed elaborazioni numeriche su un gruppo di 20 travi e 2 pulvini disponibili in un campo prove appositamente realizzato.
Questo lavoro riporta una sintesi delle attività in corso sia di tipo sperimentale che numerico che si ritiene possano avere importanti ricadute nell’ambito del patrimonio costruito. - 17.30 - 18.00: Studio della saldabilità di un acciaio bainitico ad alto silicio
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Gli acciai bainitici ad alto silicio sono materiali di recente ideazione che combinano eccellenti caratteristiche meccaniche di resistenza alla trazione (> 1.5 GPa) e duttilità (~15%) con altrettanto importanti caratteristiche funzionali come la resistenza all’abrasione. Di conseguenza, questi acciai sono valutati come possibile alternativa alle proposte esistenti in numerose applicazioni industriali tra i quali l’ambito ferroviario. Tuttavia, la saldabilità di questi acciai appare critica per via della loro composizione chimica e la formazione di strutture di tempra fragili, con possibili difettosità rispettivamente di criccabilità a caldo e a freddo. Questi materiali richiedo quindi uno studio approfondito della loro saldabilità al fine di promuoverne l’adozione su scala industriale. In questa attività di ricerca si è studiata la saldabilità di un acciaio a medio tenore di carbonio (0.4wt.%) e alto tenore di silicio (3.2wt.%)tramite processi di saldatura UNI EN ISO 4063: 135 (GMAW), 111 (SMAW) e 141 (GTAW). I consumabili utilizzati sono stati scelti sulla base delle caratteristiche meccaniche del materiale base e perciò sono stati presi in considerazione consumabili per la saldatura di acciai bonificati. I giunti, realizzati tramite le tre tecniche su menzionate, sono stati sottoposti ad un trattamento termico di bonifica modificato detto di “austempering”. L’evoluzione microstrutturale e le proprietà meccaniche dei giunti prima e dopo trattamento sono state caratterizzate con microscopia ottica ed elettronica, misure di durezza e prove di trazione trasversali. Le tensioni residue dopo saldatura sono state valutate mediante diffrazione raggi X. I risultati ottenuti hanno evidenziato una buona saldabilità e compatibilità tra il materiale base e i consumabili utilizzati in tutti i processi, non evidenziando problematiche di criccabilità a caldo e a freddo. In prospettiva, questi risultati stimolano la ricerca e lo sviluppo di nuovi consumabili di saldatura con resistenza allo snervamento superiore a 1GPa, attualmente non coperti da normativa.
25 Maggio
Sala MAESTRALE
- 09.00 - 09.30: Caratterizzazione di un giunto in 2,25Cr-1,0Mo Enhanced saldato in corrente continua
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Il 2,25Cr-1,0Mo Enhanced è un acciaio bassolegato al CrMo con proprietà di resistenza meccanica migliorata dal trattamento termico di qualità. Ad oggi trova impiego per i componenti dell’industria chimica quando c’è la necessità di ridurre lo spessore di parete. Attraverso un trattamento di Tempra e Rinvenimento dedicato e da un PWHT a temperatura ridotta, i gradi Enhanced mantengono tutte le proprietà degli acciai 2,25Cr-1,0Mo convenzionali come la resistenza all'attacco da idrogeno, basse durezze e tenacità a basse temperature. Nonostante queste numerose qualità, non esistono in commercio consumabili specifici per il grado Enhanced, di conseguenza, speciali precauzioni in saldatura devono essere prese per l’utilizzo di consumabili nati per il grado convenzionale.
È prassi consolidata per i costruttori di pressure vessels l’utilizzo della corrente alternata per la saldatura ad arco sommerso del grado 22 enhanced. La corrente alternata AC rispetto alla corrente continua in polarità inversa DC+ permette di ottenere una migliore tenacità e maggiori proprietà meccaniche nel giunto saldato. D’altro canto, l’utilizzo della AC, comporta una maggiore attenzione da un punto di vista operativo soprattutto nella saldatura dei bocchelli a causa della sua minore penetrazione. Inoltre, per il costruttore significherebbe affrontare investimenti considerevoli da un punto di vista impiantistico. Da qui la volontà di confrontare le caratteristiche meccaniche dei depositi saldati rispettivamente in AC e in DC+. - 09.30 - 10.00: Analisi e confronto dei rilievi di durezza mediante strumentazione portatile in relazione all’esercibilità dei componenti.
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La prova di durezza rappresenta un controllo indiretto e non invasivo per la valutazione delle caratteristiche dei materiali, in particolare quando la prestazione degli stessi sia conseguenza di trattamenti termici e caratterizzata da strutture particolari.
In seguito al rilievo di durezze non conformi su un corpo valvola in materiale forgiato F92 si è proceduto a una serie di azioni e verifiche volte a garantire l’esercibilità del componente.
Da questa esperienza si è ritenuto fondamentale confrontare le metodologie di valutazione della durezza con strumentazione portatile, per evidenziare vantaggi e limiti dei diversi sistemi e avere confidenza nel risultato di una prova che può definire o meno l’accettabilità del materiale in conformità alle normative di riferimento e alle specifiche tecniche di acquisto.
In ultimo si rende necessaria una sensibilizzazione dei fornitori al rispetto dei tempi e delle rampe di trattamento termico al fine di rendere esercibili i componenti. - 10.00 - 10.30: Studio degli effetti delle esplosioni subacquee sui basamenti dei macchinari montati a bordo delle unità navali: validazione dei modelli numerici tramite test dedicati
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Le esplosioni subacquee possono arrecare danni severi non solo ai macchinari di bordo, ma anche ai loro basamenti, le cui proprietà di robustezza sono critiche al fine di garantire l’efficienza dell’intero sistema fondazione-macchinario.
In genere, non è sempre possibile garantire il rispetto dei requisiti di shock tramite test sperimentali, pertanto, le normative nazionali ne ammettono la verifica anche tramite calcolo. In particolare, si accetta un’analisi di tipo dinamico mediante l’impiego dei software agli elementi finiti. Tuttavia, all’interno delle normative, non si esplicitano in maniera dettagliata le strategie di modellazione e le procedure per la definizione degli input di calcolo.
In questa memoria si delineano delle linee guida utili in fase progettuale per la verifica a shock. La validazione della metodologia di modellazione realizzata è ottenuta confrontando i risultati delle simulazioni numeriche con i dati di alcuni test sperimentali, appositamente progettati e realizzati tramite la macchina d’urto per pesi medi (MIL S 901 D). Si può, quindi, notare come l’impiego in parallelo di analisi numeriche e sperimentali possa essere di aiuto per comprendere al meglio fenomeni così complessi. - 11.00 - 11.30: Effetto del vanadio microlegato sulla microstruttura della zona intercritica di giunti saldati in acciaio S355
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La zona termicamente alterata nell’intervallo di temperature inter-critiche (ICRCGHAZ) risulta essere una delle sezioni più fragili nelle saldature di acciai micro-legati alto resistenziali. In seguito a cicli di riscaldamento multiplo nell’intervallo di temperature compreso tra Ac1 e Ac3, la zona termicamente alterata con grano ingrossato va incontro ad una forte perdita di tenacità e resistenza a fatica, causata principalmente dalla formazione di austenite residua (RA). La presenza di micro-leganti in acciai HSLA induce delle variazioni nella microstruttura e nella distribuzione di alcuni costituenti microstrutturali, più o meno benefici, che permettono di migliorare le prestazioni meccaniche di un giunto saldato. A tal fine, per mettere in evidenza l’influenza del vanadio sulle variazioni microstrutturali di un acciaio C-Mn in zona ICRCGHAZ, è stato preso in esame il grado S355 micro-legato con un contenuto di V del 0.1 wt.%. Per questo sono stati simulati cinque cicli termici di saldatura in doppia passata, mediante dilatometro, con temperatura massima del picco secondario in zona inter-critica, nell’intervallo compreso tra 720 °C e 790 °C. Il lavoro riporta le analisi relative all’evoluzione microstrutturale con attenzione principale alla formazione di RA ed allo stato di precipitazione e conseguente influenza sui valori di durezza Vickers.
- 11.30 - 12.00: Heat input effect on 2205 Duplex Stainless Steel joints quality using robotic GMAW welding process
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The chemical or petrochemical industry requires the use and adaptation of materials and their joints into particularly corrosive environments in their applications, such as those manufactured in duplex stainless Steel (DSS).
Robotic GMAW welding is one of the joining processes widely used in the industrial sector to join metallic materials of different thicknesses and chemical composition, such as duplex stainless steels. However, it has been observed that the DSS welded joints present a challenges in their mechanical properties and microstructural characteristics through joining processes, such as GMAW, when their operating parameters are not adequately established, generating conditions in the welding quality. In the present investigation, parameters effect of robotic GMAW process through the temperature acquisition and heat input effect on the microstructural evolution and mechanical properties in duplex 2205 stainless steel joints are analyzed. - 12.00 - 12.30: IOW – Una finestra (operativa) sul processo
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Negli ultimi anni molti siti di produzione, in special modo le raffinerie, hanno adottato le finestre operative, conosciute anche come IOW (Integrity Operating Windows). Queste nascono nei primi anni 2000, ma solo dal 2014 vengono normate attraverso la API RP 584 e negli ultimi due anni hanno preso piede nel nostro Paese.
Le finestre operative aiutano la gestione dell’impianto ai fini del mantenimento dell’integrità delle membrature a pressione fissando dei limiti (e relativi allarmi) a determinati parametri chimici e fisici, che potrebbero innescare alcuni fenomeni corrosivi non previsti e/o sottovalutati. Ad esempio, in un impianto di distillazione atmosferica, che classicamente è affetto da sulfidazione a caldo, si può impostare una soglia riguardante la quantità percentuale di zolfo che può tollerare il sistema.
Le soglie impostate possono essere integrate, mediante software, con le schermate di sala controllo, così da avere degli allarmi in tempo reale se il parametro chiave viene superato.
Bisogna però fare attenzione a non prendere questo strumento come unico metro di paragone per la previsione e la prevenzione della corrosione in un impianto. Molto spesso si è limitati dai punti di acquisizione.
Concludendo, le finestre operative sono un valido strumento per la gestione dei fenomeni corrosivi e la loro opportuna mitigazione, ma non bisogna prenderlo come una panacea universale contro tutti i mali. - 14.00 - 14.30: Previsione della vita a fatica di giunzioni saldate con difetti
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Il lavoro considera il problema della resistenza fatica delle giunzioni saldate in presenza di difetti. Le giunzioni saranno analizzate numericamente utilizzando il metodo del gradiente implicito. Sfruttando tale procedimento è possibile calcolare, in ciascun punto della saldatura, una tensione efficace che è correlata alla massima tensione principale ritenuta responsabile del danneggiamento a fatica. Poiché la tensione efficace risulta una funzione continua anche in presenza di spigoli vivi, la vita a fatica delle giunzioni saldate può essere calcolata facendo riferimento ad una unica curva di Woehler indiendente dalla geometria e dalle dimensioni del giunto. Inoltre, se nel giunto sono presenti dei difetti, con il metodo del gradiente implicito, è possibile valutarne il loro effetto sulla durata a fatica considerando il singolo difetto come un concentratore di tensione addizionale presente sul cordone di saldatura. Infine, verranno messi a confronto i risultati sperimentali di giunti saldati con difetti presi da letteratura con quelli numerici ottenuti con il metodo proposto.
- 14.30 - 15.00: Impianti di saldatura Böhler Welding per l’incremento della produttività
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Le sfide attuali nel mondo della saldatura, per quanto riguarda il processo MIG-MAG, sono sempre più connesse all’aumento della produttività in combinazione con elevata qualità e flessibilità; sia le prestazioni relative all’arco elettrico che determinano la velocità di saldatura e il tasso di deposito, sia l’efficienza nell’allestimento e la facilità d’uso sono determinanti da questo punto di vista.
Gli aspetti qualitativi in termini di proprietà chimico-meccaniche dei giunti, di integrità ed estetica e la ripetibilità del processo sono altrettanto cruciali per soddisfare i requisiti imposti; inoltre, la qualità del giunto saldato influenza la produttività stessa, in termini di operazioni di pulizia di ossidi e silicati, ripresa di eventuali incisioni, riparazioni di difetti non accettabili.
Gli impianti di saldatura Böhler Welding di ultima generazione, mediante processi MIG-MAG speciali e programmi di saldatura dedicati rispondono alle suddette crescenti esigenze di aumento della produttività, migliorando allo stesso tempo anche gli aspetti qualitativi.
La presente memoria prende in esame alcune applicazioni nell’ambito delle strutture in acciaio non legato e basso legato ad elevata resistenza, riportando evidenze oggettive in merito ai benefici ottenuti tramite le soluzioni Böhler Welding. - 15.00 - 15.30: Soluzioni per materiale di saldatura in lega di Nichel in serbatoi di stoccaggio LNG in acciaio al 9% Ni.
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Nel settore Oil & Gas, gli acciai al 9% Ni vengono ampiamente utilizzati per la costruzione di serbatoi per LNG, poiché offrono la migliore combinazione di resistenza, duttilità e resilienza.
I gradi più comuni dei consumabili di saldatura a base nichel, utilizzati nella costruzione di impianti LNG, sono: ENiCrMo‐6 per saldatura a elettrodo (SMAW), ERNiCrMo‐4 per applicazioni con filo pieno, inclusa la saldatura ad arco sommerso (SAW) e la saldatura TIG (GTAW), e ENiCrMo3T1‐4 per saldatura con filo animato (FCAW).
Il seguente articolo introduce le caratteristiche di questi materiali di consumo e i processi di saldatura più adatti per le diverse applicazioni e posizioni di saldatura. Verranno esaminati i valori dei carichi di trazione e di resilienza del metallo saldato confrontati con quelli del materiale base. Verranno esaminati i valori di resilienza, espansione laterale e CTOD a temperature criogeniche fino a -196°C. Verranno confrontati i risultati dei materiali di puro apporto con i giunti saldati in diverse posizioni. Verranno inoltre riportate alcune informazioni relative alle specifiche di progetto e alle procedure di qualifica della saldatura. - 15.30 - 16.00: Analisi di danneggiamento su valvola DN 36” interessata da cricche
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Il lavoro presenta un’analisi finalizzata alla caratterizzazione del danneggiamento di una valvola DN 36”.
a valvola esaminata è una fusione in acciaio al carbonio per esercizio a bassa temperatura, sottoposta a trattamento di tempra e rinvenimento.
I controlli non distruttivi eseguiti prima dell’avvio del servizio hanno evidenziato la presenza di difetti lineari in corrispondenza della zona di raccordo tra il corpo della valvola e la flangia di connessione.
’analisi è stata articolata mediante esami di laboratorio strumentali per la caratterizzazione del danneggiamento e del materiale di fabbricazione e il successivo studio della problematica per identificare le più probabili cause che hanno originato le difettosità rilevate. - 16.00 - 16.30: Confronto tra diverse soluzioni per il collegamento canalette - traversi in un impalcato a piastra ortotropa
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Il collegamento tra le canalette e i traversi è uno dei dettagli più critici per le verifiche a fatica delle piastre ortotrope. In queste zone si hanno infatti delle forti concentrazioni di tensione dovute sia ad effetti nel piano del traverso che fuori dal suo piano.
Nella presente memoria verranno quindi analizzate due tipologie di canaletta, U-shape e V-shape, e due forme di slot, derivate rispettivamente dagli Eurocodici e dalle AASHTO. Per entrambe le canalette verrà anche analizzato il collegamento senza alcuno slot.
Per tutte queste configurazioni saranno eseguite le verifiche di resistenza e a fatica per valutare pregi e difetti di ognuna di esse. - 16.30 - 17.00: Applicazione di una procedura di verifica a buckling non lineare per il dimensionamento delle strutture navali
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Il Gruppo Fincantieri si è specializzato nel corso degli anni nella progettazione e costruzione di navi sempre più sfidanti in termini di prestazioni, requisiti operativi e dimensioni introducendo nuove complessità in tema di progettazione strutturale.
In particolare, l’utilizzo di lamiere a spessore ridotto in ottica di risparmio peso (anche grazie all’adozione di acciai ad alte prestazioni) ha reso la verifica a buckling il fattore critico dal punto di vista del dimensionamento strutturale. Le verifiche regolamentari sono attualmente basate su un approccio pseudo lineare (UR IACS S11) che non permette una adeguata valorizzazione degli acciai ad alte prestazioni.
Il quadro normativo si sta evolvendo però verso l’adozione di un metodo di verifica a forme chiuse basato su una estensiva serie di analisi FEM non lineari (NLFEA) eseguite secondo una procedura disponibile nel “Technology Background” IACS. Dall’adozione di questo metodo di verifica, si intravedono diversi vantaggi, tra cui quello di tenere conto degli effetti non lineari legati al materiale (plasticizzazione) e alla geometria (grandi spostamenti). Il metodo a forme chiuse non è comunque finora stato validato per spessori minori di 8 mm, lasciando così fuori un range di spessori ampiamente usato per le costruzioni Fincantieri.
Il Gruppo Fincantieri (Divisione Navi Militari) con il contributo di CETENA e UNIGE DITEN (dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni), nell’ambito delle sue attività di ricerca e innovazione, ha intrapreso un progetto di ricerca con l’obiettivo di sviluppare una procedura automatica per l’esecuzione di analisi FEM non lineari che permettono di determinare le curve di capacità a buckling dei pannelli rinforzati in linea con le prescrizioni IACS anche per spessori inferiori a 8 mm, validata mediante una prova sperimentale progettata ed eseguita appositamente. Questo ha consentito di dotarsi di uno strumento progettuale che permette al Gruppo di essere in linea con i più recenti sviluppi regolamentari in tema di verifica a buckling.