mechanical characterization of pb-sn-sb alloys for protective sheath of submarine power cables

In the design phase of infrastructures or new mechanical components, it is strictly necessary to know deeply the mechanical properties and characteristics of the applied materials and the production processes involved in the realization. The purpose of this thesis work is the mechanical and metallurgical characterization of a lead (Pb) – tin (Sn) – antimony (Sb) alloy, referred to E-alloy, applied in the fabrication of protective sheaths for high tension electric cables for submarine power transmission infrastructures. In particular, were analyzed samples of the same lead alloy coming from different production sites in Italy, Sweden and France, with the aim to verify if the material characteristics were influenced by the production site, the production line and by the start and the end of the production campaigns. Moreover, the brazed joints of different cable sheath sections were analyzed, with the aim to verify if some differences were present among the different production sites and, if any alteration in mechanical characteristics and properties were present in the area near the brazing with respect to the base material. In order to characterize the lead alloy from a mechanical and metallurgical point of view, were performed tensile tests, both on the base material and on the brazed joints, bend tests on the brazed joints and accurate metallographic analyses. When possible, the obtained data from the performed tests were processed using the An.o.Va (Analysis of Variance) technique in order to evaluate the differences among the different conditions with a strong statistical background.

In fase di progettazione di infrastrutture o nuovi componenti meccanici, è strettamente necessario conoscere a fondo le proprietà e le caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati e i processi produttivi impiegati nella loro realizzazione. L’oggetto di questo lavoro di tesi è la caratterizzazione meccanica e metallurgica di una lega piombo (Pb) - stagno (Sn) - antimonio (Sb), denominata lega-E, impiegata nella realizzazione di guaine protettive per cavi elettrici ad alta tensione per infrastrutture elettriche sottomarine. In particolare, si sono analizzati campioni della stessa lega piombo provenienti da diversi siti produttivi in Italia, Svezia e Francia con l’intento di verificare se le caratteristiche del materiale fossero influenzate dal sito produttivo, dalla linea di produzione e delle fasi di avvio e chiusura della campagna di produzione. Inoltre, sono stati analizzati i giunti saldo-brasati di diverse sezioni di guaina, con l’intento di verificare se ci fossero differenze tra i diversi siti produttivi ed eventuali alterazioni in termini di caratteristiche meccaniche in prossimità della brasatura rispetto al metallo base. Per caratterizzare la lega di piombo dal punto di vista meccanico e metallurgico sono state svolte delle prove di trazione, sia sul metallo base che sui giunti saldo-brasati, prove di piega sui giunti saldo-brasati e accurate analisi metallografiche. Quando possibile i dati ottenuti dalle prove sono stati elaborati tramite tecnica An.o.Va (Analysis of Variance) al fine di rilevare le differenze tra le diverse condizioni in modo statisticamente rilevante.