Il carbonio è utilizzato per risaltare le proprietà meccaniche degli acciai: a parità di tutti gli altri elementi. Un alto tenore di carbonio in lega rende il materiale in grado di resistere a carichi più elevati. Se mantenuto in concentrazioni inferiori la lega risulterà più duttile e tenace.
Rischi e benefici del carbonio durante la saldatura
Quando si vuole ottenere una lega con uno sforzo di snervamento maggiore si tende ad usare un quantitativo di carbonio superiore. Oltre a infragilire il materiale, può rivelarsi un elemento nocivo durante alcuni processi come la saldatura. Durante la saldatura si raggiungono temperature tali da indurre modificazioni microstrutturali nella zona fusa, ma anche nella zona adiacente. Quest’ultima prende il nome di zona termicamente alterata (ZTA) ed è la zona più suscettibile alla %C presente in lega. Un tenore di carbonio sopra una certa soglia può indurre la trasformazione dell’austenite in martensite per via del rapido raffreddamento della ZTA, determinando quindi un infragilimento della lega con conseguente formazione di cricche.
La condizione diventa ancora più critica quando si parla di acciai inossidabili: in determinati casi, se non si monitora accuratamente la quantità di carbonio, si possono perdere le peculiari proprietà di resistenza alla corrosione che contraddistinguono la classe degli acciai inox. Si prenda l’esempio degli acciai inossidabili di tipo austenitico: questi, per via di trattamenti termici quali saldature o ricotture, possono indurre la formazione di carburo di cromo 
Tecnica LIBS: un’innovativa soluzione di analisi chimica
Ad oggi, la tecnica LIBS rappresenta l’alternativa più rapida e versatile per rilevare la percentuale di tutti gli elementi, in particolar modo il carbonio, nelle leghe metalliche e non solo.
A prima vista, il principio di analisi sembrerebbe essere molto simile ai sistemi che sfruttano la tecnologia Spark/Arc-OES (Optical Emission Spectroscopy), ma oltre alle enormi differenze hardware (2kg vs >60kg), sussistono grandi disuguaglianze fra i due analizzatori.
Il sistema PMI LIBS sfrutta l’azione di un laser pulsato per vaporizzare una piccola regione sulla superficie del campione da analizzare, il plasma formato che, raffreddandosi, genera fotoni che vengono raccolti da un detector e convertiti nella chimica del materiale analizzato. Anche per il metodo Spark/Arc-OES viene analizzato il medesimo segnale, tuttavia questo viene ottenuto grazie ad un arco elettrico. Per questo motivo è possibile esaminare solo campioni conduttori, quindi metallici, rispetto alla tecnologia LIBS che invece permette di ottenere precise indicazioni anche sulla chimica di campioni non conduttori, come rocce e terreni.
Differenze tra LIBS e Spark/Arc-OES
A differenza del sistema Spark/Arc-OES, il PMI LIBS consente di eseguire un vero e proprio controllo non distruttivo anche su componenti in opera, in quanto l’analisi riguarda solo i primi 5-10 µm superficiali contro i 100 µm tipici della tecnica ad arco. Oltre a ciò, anche l’estensione superficiale della bruciatura è molto differente: si parla di diametri maggiori di 10mm nel caso della tecnica Spark/Arc-OES, contro i soli 100 µm per il metodo LIBS. Ciò comporta notevoli vantaggi, come il poter analizzare lamine molto sottili e componenti di dimensioni ridotte come il filo di saldatura.
La normativa API 578 reputa entrambe le tecniche di analisi valide per l’analisi chimica dei materiali.
Test di validazione della tecnica LIBS
Sono stati condotti dei test con lo Z902 C+ di SciAps su quattro campioni certificati: acciai inossidabili 316L, 304 e acciai al carbonio 1030, 8620. La superficie dei provini analizzati è stata preparata tramite l’uso di un dischetto ceramico per rimuovere eventuali contaminazioni. Lo strumento è stato impostato per effettuare un’analisi di circa 20 secondi per eseguire un’ulteriore preparazione della superficie tramite ablazione laser e tre prove per ciascuna zona di analisi, di cui è stata presa la media. In totale sono state esaminate tre diverse aree per ciascun campione.
Si può apprezzare la bontà dello strumento utilizzato e della tecnica LIBS dalla ripetibilità tra le tre diverse prove eseguite e dalla loro similarità ai certificati allegati ai campioni delle leghe analizzate. Pertanto, la tecnica LIBS, offre una valida alternativa al più classico strumento Spark/Arc-OES.
