AWS D1.4 — Codice di Saldatura Strutturale for Reinforcing Steel
AWS D1.4 è il codice di saldatura strutturale per l'acciaio di rinforzo utilizzato nelle costruzioni in calcestruzzo. Regola le giunzioni tondo per cemento armato-tondo per cemento armato, le connessioni tondo per cemento armato-acciaio strutturale e gli attacchi di piastre annegate utilizzando requisiti di preriscaldo basati sull'equivalente di carbonio dalla Tabella 7.2 applicati alle specifiche del tondo per cemento armato ASTM A615, A706 e A996.
Ricerca preriscaldo: Il preriscaldo D1.4 è determinato dall'equivalente di carbonio e dalla dimensione della barra, non dalle tabelle di grado dell'acciaio. Utilizza il Calcolatore di Preriscaldo D1.4 per Tondo per Cemento Armato per trovare il preriscaldo minimo dalla Tabella 7.2 in base al CE del tondo per cemento armato e alla dimensione della barra. Per le connessioni tondo per cemento armato-strutturali, confronta con il preriscaldo D1.1 e usa il valore più alto.
Cos'è AWS D1.4?
AWS D1.4 regola la Saldatura strutturale dell'acciaio di rinforzo (tondo per cemento armato). Copre i gradi di tondo per cemento armato ASTM A615, A706 e A996 e affronta le giunzioni testa a testa dirette, le giunzioni testa a testa indirette e le giunzioni per sovrapposizione. Il Preriscaldo è determinato dall'equivalente di carbonio dalla Tabella 7.2, non dalla Categoria del grado dell'acciaio come in D1.1.
AWS D1.4/D1.4M — Codice di Saldatura Strutturale — Acciaio di Rinforzo — copre la Saldatura di barre di rinforzo (tondo per cemento armato) utilizzate nelle costruzioni in calcestruzzo. L'edizione attuale è AWS D1.4:2018. La Norma si applica alle giunzioni saldate tra barre di rinforzo, alle connessioni saldate tra tondo per cemento armato e elementi strutturali in acciaio (piastre annegate, staffe, piastre di base) e alle connessioni saldate tra tondo per cemento armato e tubi o tubazioni in acciaio utilizzati come elementi strutturali in applicazioni riempite di calcestruzzo.
La Saldatura del tondo per cemento armato presenta sfide uniche rispetto alla Saldatura dell'acciaio strutturale secondo D1.1. L'acciaio di rinforzo è prodotto per soddisfare le Specifiche delle proprietà meccaniche (Resistenza allo snervamento e Resistenza alla trazione), ma la composizione chimica può variare significativamente tra le colate e persino tra le barre della stessa colata. ASTM A615, la Norma più comunemente specificata per il tondo per cemento armato, non controlla strettamente il contenuto di carbonio o manganese. Ciò significa che l'equivalente di carbonio — e quindi la suscettibilità alla criccatura indotta da idrogeno — varia ampiamente da barra a barra. D1.4 affronta questa variabilità richiedendo il Preriscaldo basato sull'equivalente di carbonio effettivo di ogni colata piuttosto che una Tabella fissa basata sul grado, come fa D1.1 per l'acciaio strutturale.
La Norma è citata dall'American Concrete Institute (ACI) 318 Building Code, ACI 349 per strutture in calcestruzzo correlate alla sicurezza nucleare e vari dipartimenti statali dei trasporti per progetti infrastrutturali. Quando la Sezione 26.6.4 dell'ACI 318 richiede acciaio di rinforzo saldato, la Saldatura deve essere conforme a D1.4.
Requisiti di Preriscaldo (Tabella 7.2)
La Tabella 7.2 di D1.4 determina il Preriscaldo dall'equivalente di carbonio (CE) del tondo per cemento armato e dalla dimensione della barra. Sei intervalli di CE vanno da 0.40 o meno a oltre 0.65. Barre più grandi e valori di CE più alti richiedono Temperatura di preriscaldo più elevate. Il CE è calcolato dal rapporto di prova del laminatoio utilizzando una delle formule del §1.5.4 di D1.4 — Eq. 1 (semplificata C + Mn/6) per la maggior parte delle barre, o Eq. 2 (estesa) per le barre ASTM A706/A706M. Nessuna delle due è la formula IIW.
Il sistema di Preriscaldo in D1.4 è fondamentalmente diverso da D1.1. Invece di raggruppare gli acciai per Specifica ASTM e assegnare il Preriscaldo per Categoria (come fa la Tabella 5.11 di D1.1), D1.4 utilizza l'equivalente di carbonio (CE) effettivo calcolato dalla chimica del rapporto di prova del laminatoio (MTR) per ogni colata di tondo per cemento armato. Questo approccio tiene conto dell'ampia variazione di composizione inerente alla produzione di acciaio di rinforzo.
La Clausola 1.5.4 di D1.4 definisce due formule per l'equivalente di carbonio. Per tutte le barre eccetto ASTM A706/A706M (Eq. 1): CE = %C + %Mn/6. Per le barre ASTM A706/A706M (Eq. 2): CE = %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 + %Cr/10 − %Mo/50 − %V/10. La formula A706 tiene conto degli elementi di lega aggiuntivi controllati in quella Specifica. Il rapporto di prova del laminatoio deve fornire l'analisi chimica per il calcolo.
La Tabella 7.2 incrocia il valore CE con la dimensione della barra per determinare la Temperatura di preriscaldo Minima. La Tabella è organizzata in intervalli di CE (0.40 o meno, da 0.41 a 0.45, da 0.46 a 0.55, da 0.56 a 0.65, da 0.66 a 0.75 e oltre 0.75) e gruppi di dimensioni della barra. Le barre più grandi richiedono un Preriscaldo più elevato allo stesso livello di CE perché la massa maggiore crea Velocità di raffreddamento più rapide nella Zona Termicamente Alterata. Una barra numero 11 con CE 0.55 richiede un Preriscaldo significativamente maggiore di una barra numero 4 con lo stesso CE.
Per la Saldatura del tondo per cemento armato, il Preriscaldo è critico perché gli elevati valori di equivalente di carbonio comuni nel tondo per cemento armato A615 (valori di CE da 0.50 a 0.75 sono tipici) creano una Zona Termicamente Alterata indurita che è altamente suscettibile alla criccatura indotta da idrogeno se la Velocità di raffreddamento non è controllata. I Processi di Saldatura a Basso Idrogeno e gli elettrodi sono obbligatori per tutta la Saldatura D1.4 per questo motivo.
Specifiche del Tondo per Cemento Armato
D1.4 copre tre Specifiche principali per il tondo per cemento armato: ASTM A615 (acciaio al carbonio, il più comune), A706 (bassa lega, specificamente progettato per la Saldatura con CE Massimo di 0.55) e A996 (acciaio per rotaie e acciaio per assali). A706 è il grado preferito per le connessioni saldate perché la sua chimica controllata produce requisiti di Preriscaldo inferiori e più prevedibili.
ASTM A615 (Tondo per Cemento Armato Norma)
ASTM A615 è la Specifica per barre di rinforzo più utilizzata in Nord America. Copre barre di acciaio al carbonio deformate e lisce nei Gradi 40, 60, 75, 80 e 100 (Resistenza allo snervamento in ksi). A615 non limita la composizione chimica oltre a richiedere che le barre soddisfino le Proprietà meccaniche specificate. Ciò significa che le barre A615 possono avere un contenuto di carbonio che va dallo 0.20% a oltre lo 0.50% e manganese fino all'1.50%, risultando in valori di CE da 0.35 a ben oltre 0.70. L'ampio intervallo di CE significa che i requisiti di Preriscaldo variano drasticamente tra le diverse colate di tondo per cemento armato A615, e ogni colata deve essere valutata individualmente utilizzando la chimica MTR.
ASTM A706 (Tondo per Cemento Armato Saldabile)
ASTM A706 è stato sviluppato specificamente per applicazioni in cui è richiesta la Saldatura. Limita il carbonio a un Massimo dello 0.30% e l'equivalente di carbonio a un Massimo dello 0.55%. Questi limiti di composizione assicurano che le barre A706 abbiano requisiti di Preriscaldo costantemente inferiori rispetto alle barre A615 dello stesso grado. Quando il progettista sa che le giunzioni del tondo per cemento armato saranno saldate anziché collegate meccanicamente, la Specifica A706 riduce i costi di fabbricazione riducendo i requisiti di Preriscaldo e migliorando la Saldabilità. A706 è disponibile nei Gradi 60 e 80.
ASTM A996 (Tondo per Cemento Armato da Rotaia e Assale)
ASTM A996 copre le barre di rinforzo prodotte da acciaio per rotaie (Tipo R) e acciaio per assali (Tipo A). Il tondo per cemento armato in acciaio per rotaie può avere un contenuto di carbonio molto elevato (fino allo 0.50% tipico) e valori di equivalente di carbonio corrispondentemente elevati. La Saldatura del tondo per cemento armato A996 richiede un'attenta valutazione della chimica MTR perché i valori di CE spesso rientrano negli intervalli di Preriscaldo più elevati della Tabella 7.2. Le barre di Tipo R (rotaia) sono particolarmente impegnative a causa del potenziale di inclusioni dal Processo di fabbricazione delle rotaie.
Tipi di Giunzione e Dettagli del Giunto
D1.4 definisce tre tipi di giunzione: giunzione testa a testa diretta (barre allineate testa a testa con Saldatura a gola CJP), giunzione testa a testa indiretta (piastra o angolo di giunzione che collega due barre) e giunzione per sovrapposizione (barre parallele sovrapposte con Saldature d'Angolo). Ogni tipo di giunzione ha requisiti specifici di dettaglio del giunto per angolo di gola, apertura della radice e lunghezza della Saldatura.
Giunzioni Testa a Testa Dirette
Le giunzioni testa a testa dirette uniscono due estremità di tondo per cemento armato in una configurazione di Saldatura a gola. Le barre sono allineate testa a testa con un'apertura della radice specificata, e viene eseguita una Saldatura a gola a penetrazione completa. Questo tipo di giunzione fornisce il trasferimento di carico più efficiente ma richiede la Tecnica di Saldatura più impegnativa. Le estremità delle barre devono essere preparate (tipicamente mediante segatura o molatura) per produrre superfici piane e squadrate. Il materiale di supporto (una barra di supporto o una scarpa di supporto in rame) viene tipicamente utilizzato per sostenere il passaggio di radice.
Giunzioni Testa a Testa Indirette (Giunzioni per Sovrapposizione)
Le giunzioni per sovrapposizione sovrappongono due barre parallele e le collegano con Saldature d'Angolo o Saldature a gola a smusso svasato lungo la lunghezza di sovrapposizione. La lunghezza di Saldatura richiesta dipende dalla dimensione della barra e dalla Resistenza di giunzione richiesta. Le giunzioni per sovrapposizione sono più facili da assemblare e saldare rispetto alle giunzioni testa a testa dirette, ma richiedono più materiale (la lunghezza di sovrapposizione) e creano un percorso di carico eccentrico. Sono il tipo di giunzione più comune nelle applicazioni in campo perché tollerano una maggiore variazione di assemblaggio.
Connessioni Tondo per Cemento Armato-Acciaio Strutturale
Le connessioni tra tondo per cemento armato e elementi strutturali in acciaio (piastre annegate, staffe, piastre di base, profili strutturali) devono soddisfare i requisiti sia di D1.4 che di D1.1. La regola critica è che il Preriscaldo deve essere il più alto dei due requisiti del Codice. Se la Tabella 7.2 di D1.4 richiede 200°F in base al CE del tondo per cemento armato e alla dimensione della barra, ma la Tabella 5.11 di D1.1 richiede 300°F in base al grado e allo Spessore dell'acciaio strutturale, allora prevale 300°F. Il Metallo d'Apporto deve essere compatibile sia con la chimica del tondo per cemento armato che con il grado dell'acciaio strutturale. Gli elettrodi a Basso Idrogeno (Minimo E7018) sono richiesti per tutte le connessioni.
Qualificazione della Procedura e del Saldatore
D1.4 prequalifica solo WPS per Saldature d'Angolo (eccetto GTAW e GMAW-S) secondo il §8.1.2.1; altri tipi di giunto richiedono test di qualificazione. Quando la procedura rientra al di fuori dei limiti prequalificati, è richiesta la qualificazione mediante test secondo la Clausola 6. La Qualificazione del Saldatore richiede prove di piega su provini di tondo per cemento armato. Per le connessioni tondo per cemento armato-acciaio strutturale, il Saldatore deve essere qualificato sia secondo D1.4 che D1.1.
AWS D1.4 generalmente richiede che le procedure di Saldatura siano qualificate mediante test secondo la Clausola 8.2. Tuttavia, la Clausola 8.1.2.1 prevede un'eccezione: le WPS per Saldature d'Angolo sono considerate prequalificate ed esenti da test, a meno che non siano eseguite con GTAW. Tutti gli altri tipi di giunto — giunzioni testa a testa dirette, Saldature a gola a smusso svasato e giunzioni per sovrapposizione che utilizzano Saldature a gola — richiedono test di qualificazione WPS completi che dimostrino che le Saldature soddisfano le Proprietà meccaniche specificate. I test di qualificazione includono tipicamente prove di trazione e Esame Macrografico di provini saldati utilizzando i parametri WPS.
Le variabili essenziali in D1.4 includono il Processo di Saldatura, la Classificazione del Metallo d'Apporto, l'intervallo di dimensioni della barra del Metallo Base, l'intervallo CE, la Temperatura di preriscaldo, il tipo di giunto (testa a testa diretto o per sovrapposizione), la posizione e la composizione del Gas di Protezione (per GMAW e FCAW). Una modifica in qualsiasi variabile essenziale al di là dell'intervallo qualificato richiede una riqualificazione.
La Qualificazione del Saldatore richiede che ogni Saldatore dimostri la capacità di produrre Saldature sane su tondo per cemento armato utilizzando una WPS qualificata. Il test di prestazione del Saldatore include la produzione di un provino nella posizione applicabile che superi l'Esame Visivo e la prova di piega o l'esame radiografico. I Saldatori devono essere qualificati specificamente per la Saldatura del tondo per cemento armato D1.4 — una qualificazione per acciaio strutturale D1.1 non qualifica automaticamente un Saldatore per la Saldatura del tondo per cemento armato secondo D1.4.
Come D1.4 si Confronta con Altri Codici Strutturali AWS
D1.4 utilizza il Preriscaldo basato sull'equivalente di carbonio (Tabella 7.2); D1.1 utilizza il Preriscaldo basato sul grado dell'acciaio e sul Processo (Tabella 5.11). Per le connessioni tondo per cemento armato-acciaio strutturale, prevale il Preriscaldo più elevato tra D1.4 e D1.1. D1.4 copre i tipi di giunzione del tondo per cemento armato non trattati in D1.1. Entrambi condividono lo stesso quadro WPS prequalificato.
D1.4 vs D1.1 (Acciaio Strutturale)
D1.1 covers structural steel members where the composition is tightly controlled by the ASTM Specifica. D1.1 groups steels into preheat categories (Table 5.11) based on the specification and assigns preheat by Spessore and process. D1.4 uses individual CE calculations because rebar composition varies too widely to be grouped by specification. D1.1 provides a broad prequalified WPS path for CJP and PJP groove welds and fillets; D1.4 only prequalifies fillet welds (per Clausola 8.1.2.1, except GTAW) and requires Prova for all other joints. When rebar connects to structural steel, both codes apply simultaneously, and the higher preheat requirement governs.
D1.4 vs D1.8 (Supplemento Sismico)
D1.8 supplements D1.1 for seismic applications but does not directly address rebar Saldatura. In seismic zones, welded rebar connections in special moment frames and shear walls must meet both D1.4 Requisiti and any additional requirements imposed by ACI 318 Chapter 18 for seismic detailing. The engineer of record must specify the required splice Resistenza as a percentage of the bar yield strength (typically 100% or 125% for seismic applications).
| Aspect | D1.4 (Rebar) | D1.1 (Structural) |
|---|---|---|
| Base metals | A615, A706, A996 rebar | A36, A572, A992 structural steel |
| Preheat method | Table 7.2 (CE-based) | Table 5.11 (Categoria-based) |
| Preheat input | Carbon equivalent + bar size | Steel grade + thickness + process |
| Rebar-to-steel joints | Higher of D1.4 and D1.1 preheat | Not covered |
| Splice types | Direct butt, indirect butt, lap | Not applicable |
| Prequalified WPS? | Yes | Yes (Clause 5) |
Guide agli Standard Correlati
Domande Frequenti
AWS D1.4 utilizza l'equivalente di carbonio (CE) per determinare i requisiti di Preriscaldo tramite la Tabella 7.2. La Clausola 1.5.4 di D1.4 definisce due formule CE: per la maggior parte delle barre, CE = C + Mn/6 (Eq. 1); per le barre ASTM A706, CE = C + Mn/6 + Cu/40 + Ni/20 + Cr/10 - Mo/50 - V/10 (Eq. 2). La Tabella 7.2 incrocia il valore CE con la dimensione della barra per determinare la Temperatura di preriscaldo Minima. Valori CE più elevati e dimensioni della barra maggiori richiedono un Preriscaldo più elevato. Per le connessioni tondo per cemento armato-acciaio strutturale, il Preriscaldo deve essere il più alto tra il requisito della Tabella 7.2 di D1.4 e il requisito della Tabella 5.11 di D1.1.
ASTM A615 è la Specifica Standard per barre di acciaio al carbonio deformate e lisce per il rinforzo del calcestruzzo. Non limita strettamente la composizione chimica, quindi le barre A615 possono avere valori elevati di equivalente di carbonio che richiedono un Preriscaldo significativo. ASTM A706 è progettato specificamente per la Saldatura — limita il carbonio a un Massimo dello 0.30% e l'equivalente di carbonio a un Massimo dello 0.55%, il che riduce i requisiti di Preriscaldo. Quando si prevede la Saldatura, A706 è la Specifica preferita perché la sua chimica controllata produce Temperature di preriscaldo costantemente inferiori e una migliore Saldabilità.
Quando il tondo per cemento armato viene saldato a elementi strutturali in acciaio, si applicano i requisiti sia di D1.4 che di D1.1. La Temperatura di preriscaldo deve essere la più alta dei due requisiti del Codice — la Tabella 7.2 di D1.4 basata sul CE del tondo per cemento armato e sulla dimensione della barra, e la Tabella 5.11 di D1.1 basata sul grado, Processo e Spessore dell'acciaio strutturale. Il Metallo d'Apporto deve essere compatibile sia con il tondo per cemento armato che con l'acciaio strutturale. La WPS deve essere qualificata secondo D1.4, e il Saldatore deve possedere la qualificazione D1.4 per il lato del tondo per cemento armato della connessione.
AWS D1.4 consente SMAW (Saldatura a Elettrodo Rivestito), GMAW (Saldatura MIG/MAG), FCAW (Saldatura ad Arco con Filo Animato) e GTAW (Saldatura ad Arco con Gas Tungsteno). SMAW con elettrodi a Basso Idrogeno (serie E7018 o E8018) è il Processo di campo più comune per la Saldatura del tondo per cemento armato. Gli elettrodi a Basso Idrogeno sono richiesti perché il tondo per cemento armato ha tipicamente un equivalente di carbonio più elevato rispetto ai gradi di acciaio strutturale, rendendo la Zona Termicamente Alterata più suscettibile alla criccatura indotta da idrogeno.
D1.4 generalmente richiede la qualificazione WPS mediante test secondo la Clausola 8.2, ma la Clausola 8.1.2.1 prevede un'eccezione: le WPS per Saldature d'Angolo sono considerate prequalificate ed esenti da test, a meno che non siano eseguite con GTAW. Tutti gli altri tipi di giunto (giunzioni testa a testa dirette, Saldature a gola a smusso svasato, giunzioni per sovrapposizione che utilizzano Saldature a gola) richiedono la qualificazione completa della procedura. Questo perché la chimica del tondo per cemento armato varia ampiamente tra le colate, e il sistema di Preriscaldo basato sul CE richiede la verifica che la procedura tenga conto della chimica effettiva.