L’infragilimento da idrogeno è un fenomeno che colpisce gli acciai ad alta resistenza, causando una rottura fragile inaspettata quando si verificano determinate condizioni. Nei bulloni, questo tipo di rottura rappresenta un rischio critico, in quanto compromette la sicurezza delle strutture e degli elementi di fissaggio.
Che cos’è l’infragilimento da idrogeno?
L’infragilimento da idrogeno, o idrogenazione, si verifica quando l’idrogeno viene introdotto nella struttura cristallina dell’acciaio, causando una perdita di duttilità e aumentando la tendenza alla frattura fragile.
Questa condizione, combinata con le sollecitazioni di trazione, può portare a un cedimento ritardato del bullone, cioè un cedimento che si verifica ore o giorni dopo l’installazione, senza segni visibili precedenti.
Perché si verifica un cedimento da infragilimento da idrogeno?
Affinché un bullone subisca un cedimento per infragilimento da idrogeno, devono coincidere contemporaneamente tre fattori:
- Un materiale suscettibile all’assorbimento di idrogeno.
- Presenza di idrogeno.
- Elevate sollecitazioni di trazione sul pezzo.
Suscettibilità del materiale
Il grado di infragilimento da idrogeno di un bullone dipende dalla durezza dell’acciaio. È stato dimostrato che l’infragilimento da idrogeno è più probabile quando la durezza del pezzo supera i 390 HV, poiché la duttilità del materiale diminuisce notevolmente e l’infragilimento aumenta.
Per evitare questo problema, si raccomanda che i bulloni per calcestruzzo abbiano una durezza inferiore a 350 HV.
Presenza di idrogeno
L’idrogeno può essere introdotto nell’elemento di fissaggio durante la fabbricazione dell’acciaio o del bullone o attraverso l’esposizione ambientale.
Sollecitazioni sul bullone
Il grado di stress causato dal carico esterno applicato al dispositivo di fissaggio è uno dei fattori scatenanti.
Tipi di infragilimento da idrogeno
Esistono due categorie principali a seconda della fonte di idrogeno:
Infragilimento da idrogeno interno (IHE)
Si tratta dell’idrogeno residuo che si origina durante le fasi di produzione dell’elemento di fissaggio, in particolare la fase di decapaggio chimico e il suo rivestimento.
Infatti, questo strato protettivo impedisce all’idrogeno di lasciare il pezzo per naturale tendenza alla diffusione, facendolo rimanere intrappolato all’interno del pezzo.
Se l’idrogeno è intrappolato all’interno dell’acciaio, nelle prime 48 ore dopo l’installazione può verificarsi una frattura fragile, anche a carichi ben inferiori al limite di resistenza del bullone. La rottura avviene in aree di concentrazione delle tensioni, ad esempio sotto la testa o nella zona di inizio filettatura.
Infragilimento da idrogeno esterno (EHE)
L’idrogeno può penetrare anche all’interno del pezzo a causa della corrosione galvanica in servizio.
Questo processo si verifica quando i bulloni sono esposti ad ambienti umidi o aggressivi, generando idrogeno sulla superficie dell’acciaio.
Misure per ridurre al minimo il rischio di infragilimento interno da idrogeno
Per ridurre la probabilità di infragilimento da idrogeno, l’industria adotta pratiche quali:
- Trattamenti termici di deidrogenazione (baking), in cui i bulloni con durezza superiore a 390 HV sono sottoposti a temperature di 190-220 °C per un periodo di 8-10 ore per rimuovere l’idrogeno trattenuto.
- Sostituzione del decapaggio chimico con la pulizia meccanica, evitando l’introduzione di idrogeno nella struttura del materiale.
Misure per minimizzare il rischio di infragilimento da idrogeno esterno
Per ridurre la probabilità di infragilimento da idrogeno esterno, si consiglia di:
- Utilizzare materiali con potenziali elettrolitici simili per ridurre la corrosione galvanica.
- Optare per rivestimenti non elettrolitici, che offrono protezione dalla corrosione senza il rischio di introdurre idrogeno.
Come vengono testati i bulloni per calcestruzzo per la resistenza all’infragilimento da idrogeno
Per approvare i bulloni per calcestruzzo e garantirne la resistenza all’infragilimento da idrogeno, vengono eseguiti test specifici sul prodotto per valutarne il comportamento in presenza di idrogeno, sia internamente che esternamente.
Inoltre, durante la produzione, vengono attuati rigorosi controlli di qualità per evitare livelli di durezza eccessivi che potrebbero compromettere la sicurezza del prodotto a causa della rottura per infragilimento da idrogeno.
