Tubi in acciaio e processi produttivi

Introduzione

L'avvento della tecnologia dei laminatoi e il suo sviluppo durante la prima metà del XIX secolo furono preannunciati anche nella produzione industriale di tubi e condutture. Inizialmente, le strisce di lamiera laminate venivano formate in una sezione trasversale circolare mediante disposizioni o rulli a imbuto, e quindi saldate di testa o a sovrapposizione nello stesso calore (processo di saldatura a forgiatura).

Verso la fine del secolo divennero disponibili vari processi per la produzione di tubi senza saldatura, con volumi di produzione in rapido aumento in un periodo relativamente breve. Nonostante l’applicazione di altri processi di saldatura, il continuo sviluppo e l’ulteriore miglioramento delle tecniche senza saldatura hanno portato alla quasi completa eliminazione dei tubi saldati dal mercato, con il risultato che i tubi senza saldatura hanno dominato fino alla Seconda Guerra Mondiale.

Nel periodo successivo i risultati della ricerca sulla tecnologia della saldatura portarono ad una ripresa delle sorti del tubo saldato, con conseguente fiorente lavoro di sviluppo e ampia diffusione di numerosi processi di saldatura dei tubi. Attualmente circa due terzi della produzione mondiale di tubi in acciaio è rappresentata da processi di saldatura. Di questa cifra, tuttavia, circa un quarto è costituito dai cosiddetti linepipe di grande diametro, di dimensioni esterne a quelle economicamente sostenibili nella produzione di tubi senza saldatura.

Il commento in tedesco è brillante... spero che tu capisca cosa dice e mostra l'oratore (-:

Tubo e tubazione senza saldatura

I principali processi produttivi di tubi senza saldatura nascono verso la fine del XIX secolo. Con la scadenza dei brevetti e dei diritti di proprietà, i vari sviluppi paralleli inizialmente perseguiti sono diventati meno distinti e le loro singole fasi di formazione sono state fuse in nuovi processi. Oggi lo stato della tecnica si è sviluppato al punto che viene data preferenza ai seguenti processi moderni ad alte prestazioni:

Il processo di laminazione a mandrino continuo e il processo su banco di spinta nella gamma dimensionale da ca. Diametro esterno da 21 a 178 mm.

Il mulino a spine multiplo (MPM) con barra flottante controllata (vincolata) e il processo di fresatura a spine nella gamma dimensionale da ca. Diametro esterno da 140 a 406 mm.

Il processo di perforazione a rulli incrociati e laminazione pellegrina nella gamma di dimensioni da ca. Diametro esterno da 250 a 660 mm.

Processo di fresatura a mandrino

Nel processo di fresatura a mandrino viene utilizzato un tondo solido (billetta). Viene riscaldato in un forno di riscaldamento a focolare rotante e quindi forato da un perforatore. La billetta forata o il guscio cavo viene laminato da un mulino a mandrino per ridurre il diametro esterno e lo spessore della parete che forma un tubo madre di lunghezza multipla. Il tubo madre viene riscaldato e ulteriormente ridotto alle dimensioni specificate dal riduttore di allungamento. Il tubo viene poi raffreddato, tagliato, raddrizzato e sottoposto a processi di finitura e ispezione prima della spedizione.

* Nota: i processi contrassegnati da un asterisco vengono condotti secondo specifiche e/o requisiti del cliente

Processo del mulino a spina Mannesmann

Plug Mill Process, viene utilizzato un tondo solido (billetta). Viene riscaldato uniformemente nel forno di riscaldo a suola rotante e poi forato da un perforatore Mannesmann. La billetta forata o il guscio cavo vengono ridotti in diametro esterno e spessore della parete. Il tubo laminato viene brunito simultaneamente all'interno e all'esterno tramite una macchina avvolgitrice. Il tubo in bobina viene quindi dimensionato da un mulino di dimensionamento alle dimensioni specificate. Da questo passaggio il tubo passa attraverso la piastra. Questo processo completa la lavorazione a caldo del tubo. Il tubo (denominato tubo madre) dopo la finitura e l'ispezione diventa un prodotto finito.

Tubi e tubazioni saldati

Da quando è diventato possibile produrre nastri e lamiere, le persone hanno costantemente cercato di piegare il materiale e di collegarne i bordi per produrre tubi e tubature. Ciò ha portato allo sviluppo del processo di saldatura più antico, quello della saldatura a forgia, che risale a oltre 150 anni fa.

Nel 1825, il commerciante britannico di ferramenta James Whitehouse ottenne un brevetto per la fabbricazione di tubi saldati. Il processo consisteva nel forgiare singole piastre metalliche su un mandrino per produrre un tubo a giuntura aperta, quindi riscaldare i bordi di accoppiamento della giuntura aperta e saldarli premendoli insieme meccanicamente in un banco di trafilatura.

La tecnologia si è evoluta al punto che il nastro può essere formato e saldato in un unico passaggio in un forno di saldatura. Lo sviluppo di questo concetto di saldatura di testa culminò nel 1931 nel processo Fretz-Moon ideato da J. Moon, un americano, e dal suo collega tedesco Fretz.

Le linee di saldatura che utilizzano questo processo funzionano ancora oggi con successo nella produzione di tubi fino a diametri esterni di ca. 114 mm. Oltre a questa tecnica di saldatura a pressione calda, in cui il nastro viene riscaldato in un forno alla temperatura di saldatura, tra gli anni 1886 e 1890 furono ideati dall'americano E. Thomson diversi altri processi che consentivano la saldatura elettrica dei metalli. Alla base di ciò c'era la proprietà scoperta da James P. Joule per cui il passaggio di corrente elettrica attraverso un conduttore lo fa riscaldare a causa della sua resistenza elettrica.

Nel 1898, la Standard Tool Company, USA, ottenne un brevetto relativo all'applicazione della saldatura a resistenza elettrica per la produzione di tubi e tubazioni. La produzione di tubi saldati a resistenza elettrica ricevette un notevole impulso negli Stati Uniti, e molto più tardi in Germania, in seguito alla realizzazione di laminatoi continui per nastri a caldo per la produzione del materiale sfuso di partenza necessario per la fabbricazione su larga scala. Durante la seconda guerra mondiale, sempre negli Stati Uniti, fu inventato un processo di saldatura ad arco di argon che consentì la saldatura efficiente del magnesio nella costruzione di aerei.

Come conseguenza di questo sviluppo, sono stati sviluppati diversi processi di saldatura con gas di protezione, prevalentemente per la produzione di tubi in acciaio inossidabile. In seguito agli sviluppi di vasta portata avvenuti nel settore energetico negli ultimi 30 anni e alla conseguente costruzione di grandi -capacità di condotte a lunga distanza, il processo di saldatura ad arco sommerso ha guadagnato una posizione di preminenza per la saldatura di tubi di linea con diametri superiori a ca. 500 mm.

Mulino per tubi di saldatura elettrica

Il nastro di acciaio in bobina, che è stato tagliato nella larghezza richiesta da un nastro largo, viene modellato da una serie di rulli formatori in un guscio di lunghezza multipla. I bordi longitudinali sono uniti in continuo mediante saldatura a resistenza/induzione ad alta frequenza.
La saldatura del guscio di lunghezza multipla viene quindi trattata elettricamente, dimensionata e tagliata alle lunghezze specificate da una troncatrice volante. Il tubo tagliato viene raddrizzato e squadrato ad entrambe le estremità.
Queste operazioni sono seguite da un'ispezione ultrasonica o da un test idrostatico.