‘I produttori di tubi in acciaio spesso si sentono soli di fronte alle specifiche automotive’

L'articolo seguente entra nel merito delle sfide affrontate dai produttori di tubi di acciaio di precisione, in particolare in risposta alle mutevoli esigenze del settore automobilistico. Alla fine degli anni '90, questi tubifici hanno assistito ad un passaggio cruciale verso l'acciaio ad alta resistenza, con un conseguente aumento della domanda di tubi di precisione in grado di resistere alle rigorose applicazioni automobilistiche. Con l'emergere di diverse varianti di questo tipo di acciaio, le aziende produttrici di tubi si sono scontrate con complessità tecniche e ostacoli operativi, aggravati da una scarsa discussione tecnica sull’argomento all'interno del settore. Dato questo contesto, l'autore offre alcuni spunti strategici e considerazioni tecniche sulla saldatura ad alta frequenza degli acciai altoresistenziali: Juergen Stindt ha alle spalle oltre tre decenni di esperienza nel campo della consulenza destinata alla produzione di tubi.

Sotto i riflettori: la saldatura tubi ad alta frequenza 

Per molti anni, i fabbricanti di tubi di acciaio di precisione hanno dominato il mercato. Alcuni di loro, nati nel periodo di ricostruzione postbellico, hanno fornito tubi di acciaio di precisione a tutti i settori possibili, inclusa l'industria automobilistica.

Il passaggio all'acciaio ad alta resistenza

Alla fine degli anni '90, le case automobilistiche (OEM) hanno iniziato a cercare alternative ai materiali solidi. Si è pensato, tra gli altri, di utilizzare tubi - ad es. nei longheroni - per ridurre il peso dei veicoli. L'obiettivo primario era proprio quello di alleggerire la struttura delle auto, cambiamento che ha richiesto l'utilizzo di materiali in grado di resistere alle sollecitazioni che un veicolo subisce durante la sua vita con un ingombro il più possibile ridotto. Ciò ha portato ad un aumento significativo della domanda di tubi di precisione in acciaio ad alta resistenza.

L'emergere delle varianti di acciaio altoresistenziali

Gli acciai al boro-manganese, come i gradi 22/26/34MnB5, erano inizialmente prevalenti. Questi mostravano un elevato contenuto di carbonio e vari componenti di lega che differivano significativamente da lotto a lotto. 

Sono poi emersi gli acciai bifase come i DP 600/800/1200, caratterizzati da elevati livelli di purezza e da una resistenza derivata non solo dal contenuto di carbonio, ma anche da altri componenti di lega, a rispecchiare l'approccio degli acciai strutturali ad alta resistenza come l'S490 (che utilizzava manganese, alluminio e azoto, tra gli altri). Questi materiali erano molto richiesti dagli OEM e dai loro fornitori; parliamo di stabilizzatori, parti dello sterzo, tubi dei sedili dei veicoli, strutture delle portiere ecc. Inizialmente, i produttori di tubi d'acciaio tedeschi e poi europei erano molto ricercati per soddisfare queste richieste.    

Le sfide per i produttori di tubi d'acciaio 

I produttori più affermati di tubi di acciaio, grazie alle loro spese di esercizio consolidate, potevano permettersi di impiegare ingegneri per la supervisione della produzione. Nonostante le sfide della saldatura ad alta frequenza dovute all'alto tenore di carbonio e all'elevato ritorno elastico durante la formatura e l'indurimento del materiale sulla linea di saldatura, gli ingegneri e gli operatori esperti delle macchine riuscivano a produrre tubi conformi alle specifiche richieste.

Soprattutto per ragioni di prezzo, queste specifiche iniziarono ad essere richieste anche al di fuori dell'Europa.
I piccoli produttori, privi di ingenti costi di esercizio, non erano in grado di assumere ingegneri qualificati per affrontare le sfide della saldatura ad alta frequenza, figure che peraltro scarseggiavano sul mercato del lavoro. Tuttavia, questi fabbricanti non volevano perdere l'opportunità di rifornire i costruttori di veicoli europei.

Anche i grandi produttori di tubi d'acciaio si sono trovati in difficoltà: nonostante la disponibilità di personale qualificato, non possedevano la capacità di eseguire test specifici sulle linee di saldatura dei tubi per soddisfare i requisiti dei nuovi tipi di acciaio.
Per lungo tempo, non si era prestata particolare attenzione alle possibilità tecniche di produzione dei tubi in acciaio di precisione. La saldatura ad alta frequenza aveva infatti perdonato molti errori commessi con gli acciai convenzionali, per cui gli operatori delle saldatrici per tubi erano stati spesso lasciati soli con i loro problemi; in qualche modo il sistema funzionava e la produzione di tubi saldati andava avanti, in modo abbastanza soddisfacente.
A causa di interessi molto diversi, non ci sono state discussioni tecniche intense sulla produzione di tubi di precisione ad alta resistenza tra i produttori di macchine per saldatura tubi, i fornitori di generatori di saldatura e i produttori di tubi stessi.

Consulenza sulla saldatura ad alta frequenza di acciai altoresistenziali

Tutte queste situazioni e circostanze mi hanno permesso di iniziare la mia attività di consulenza sulla saldatura ad alta frequenza di acciai altoresistenziali per la produzione di tubi - mi è stato chiesto di dare una mano. Questo percorso, che ho intrapreso due anni fa, è stato finora facile da seguire. Gli ordini sono arrivati lentamente ma costantemente, perché molti produttori hanno avuto e continuano ad avere problemi con la saldatura ad alta frequenza di acciai speciali. Era necessario rispondere alle esigenze e alle circostanze specifiche di ciascun cliente per raggiungere insieme un buon risultato. Ogni linea di saldatura è diversa, ogni squadra operativa ha una filosofia diversa per l'impostazione della linea, i diversi fornitori hanno generatori di saldatura con capacità diverse, e sono stati coinvolti diversi produttori, ad esempio per la scordonatura interna dei tubi; ci sono diverse qualità di materie prime e molto altro ancora. Per quanto diversi siano i produttori di tubi, però, i loro obiettivi sono gli stessi: diventare fornitori affidabile di tubi di precisione in acciaio ad alta resistenza - o consolidare la posizione già raggiunta senza grandi investimenti. 

Ne è nata una piccola storia di successo, la mia attività si è diffusa rapidamente, e dopotutto nessuno assume un consulente senza buone referenze.

Anche i produttori di linee di saldatura per tubi hanno richiesto la mia consulenza. Infatti, prassi comune vuole che, dopo la consegna e l'accettazione di una nuova linea di saldatura, i clienti si trovino limitati nella pratica quotidiana della saldatura dei tubi. Talvolta incontrano difficoltà nell'ampliare le proprie competenze, in particolare per quanto riguarda la saldatura ad alta frequenza di dimensioni di tubi particolarmente complesse.
Ci sono perfino produttori di linee di saldatura per tubi che subiscono pressioni da parte dei clienti, che arrivano a trattenere i pagamenti residui per l’acquisto di una nuova linea di saldatura fino a quando non acquisiscono nuove conoscenze sulla saldatura degli acciai speciali.

Nella foto: un campione su cui è stata effettuata una prova di espansione superata con successo, a dimostrazione che il punto debole non era la saldatura stessa.

Infine, i protagonisti più importanti, i produttori di tubi di precisione in acciaio, stanno affrontando la sfida in prima persona. Ad esempio, sfruttando una momentanea flessione del mercato dei tubi per effettuare test intensivi, che si concentrino sulla saldatura di tubi ad alta resistenza. Ricorrono senza riserve al supporto di consulenti e dimostrano apertura nel trattare e discutere le loro problematiche.

Nella maggior parte dei casi, non ci sono grosse cose da migliorare nei parametri di saldatura per garantire la durata a lungo termine delle giunzioni, ma tanti piccoli problemi a volte sommati che ne fanno uno grande.

Un parametro frainteso

Apprezzo molto lo scritto tecnico del Dr. Paul F. Scott, "The Effects of Frequency in High Frequency Welding" (Gli effetti della frequenza nella saldatura ad alta frequenza), pubblicato il 16 aprile 1996. In questo articolo, il Dr. Scott descrive in modo particolare il parametro di saldatura denominato "frequenza": "La frequenza è uno dei parametri più importanti nella saldatura ad alta frequenza di tubi e manufatti tubolari. Eppure, fino a poco tempo fa, è stato anche uno dei più fraintesi!". Il testo non affronta la sfida della saldatura di acciai ad alta resistenza, poiché è stato pubblicato prima che le case automobilistiche (OEM) introducessero i relativi requisiti. Inoltre, Scott elenca dettagliati metodi matematici per determinare i singoli parametri, che ho studiato con impegno ma che ho trovato inadatti per l'applicazione pratica. Nonostante i suoi limiti, continuo comunque a sostenere la tesi centrale sopra menzionata.

Un dilemma di frequenza

I tubifici che non riescono a produrre in modo affidabile cordoni di saldatura di lunga durata con acciai ad alta resistenza di solito falliscono perché la gamma di frequenza del generatore di saldatura non fornisce la finestra richiesta o la gamma di frequenza esistente non può essere ridotta in modo permanente. 
Le richieste di informazioni rivolte ai fornitori di generatori a proposito di materiali e dimensioni specifiche del tubo danno spesso luogo a risposte discutibili. 
Ad esempio, si citano - senza nominarli - altri produttori di tubi che riescono comunque a saldare tubi a parete estremamente spessa ad alta frequenza. Le risposte possono sfiorare la diffamazione personale: "Il tuo metodo di saldatura ad alta frequenza è vecchio stile. Informati su metodi più moderni!". Tuttavia, raramente viene offerta assistenza personale in loco. Se viene fornita, spesso si rivela insufficiente, come ho sperimentato di persona con un produttore cinese di tubi. Nonostante le richieste, non sono disponibili campioni di tubi con giunture ben saldate e resistenti di produttori di tubi "moderni". È ragionevole supporre che i grandi produttori di generatori di saldatura diano priorità alla consulenza sui prodotti prontamente disponibili nel loro portafoglio, concentrandosi su articoli in grandi quantità che devono essere venduti.

Strategie e considerazioni sulla saldatura di tubi di precisione in acciaio

Nonostante le critiche iniziali, ho scelto come strategia quella di saldare i tubi di precisione in acciaio a una frequenza più bassa. Con questo metodo, finora ho assistito con successo otto clienti in tutto il mondo. Naturalmente, gli altri parametri di saldatura devono essere adeguati di conseguenza, seguendo le prassi consolidate. Gli acciai con alto contenuto di carbonio (≥ 0,3%) richiedono un trattamento diverso sulla linea di saldatura rispetto a quelli con basso contenuto di carbonio.

Inoltre, esistono altri acciai altoresistenziali con basso contenuto di carbonio, come gli acciai bifase, che ottengono la loro resistenza da diverse leghe, richiedendo quindi impostazioni di saldatura differenti. Il raffreddamento gioca un ruolo essenziale; le linee di raffreddamento esistenti devono essere convertite e adattate. Anche la velocità di saldatura non deve essere sottovalutata come parametro. Esistono, sebbene in numero limitato, altre tecniche per ridurre la frequenza di uscita da un generatore di saldatura troppo alta.

Emergono anche alcune domande, ad esempio:

◎ Come si presenta la struttura dell'impeder e qual è la sua posizione rispetto all'induttore?
◎ La capacità di raffreddamento dell'impeder è sufficiente quando il suo carico aumenta?
◎ Inoltre, quanto sono resistenti gli utensili utilizzati per tutte le impostazioni di saldatura e sono adatti in questo caso al funzionamento continuo?

Alcuni fabbricanti di tubi contattano il produttore del sistema di scordonatura interna, lamentandosi di problemi che, a loro avviso, rendono il sistema inutilizzabile. Nella maggior parte dei casi, la risposta a questo problema è che il materiale deve essere reso lavorabile tramite la scelta dei parametri di saldatura corretti. Ciò implica la selezione di parametri di saldatura, incluso il raffreddamento, che consentano la lavorabilità del materiale, garantendo la possibilità di una buona scordonatura interna ed esterna. Nessun anello di scordonatura o utensile di scordonatura esterna può garantire costantemente una scordonatura esteticamente gradevole per acciai con resistenze superiori a Rm ≥ 1700 MPa. 

◎ Come vengono valutati i campioni di tubo dopo i test distruttivi?
◎ Come vengono valutate le micrografie in modo corretto e conforme ai requisiti?

Sono ben attrezzato per rispondere a queste e altre domande, fornire formazione al vostro management ed al vostro team operativo e personalizzare la vostra linea di saldatura per soddisfare le specifiche del vostro cliente. Volendo, sono disponibile per un primo incontro in occasione della fiera Tube 2024 a Düsseldorf, in Germania, dal 15 al 19 aprile. Potete contattarmi al cellulare al numero +49 1709 215 473.

Informazioni sull'autore:
Juergen Stindt, 62 anni, ingegnere meccanico con un MBA, vanta oltre 30 anni di esperienza pratica nella produzione di tubi in vari ruoli dirigenziali, tra cui:
-Vincenz Wiederholt, Q-Manager
- PTC Alliance, direttore di unità
- Jansen, Direttore di stabilimento
- Prinz-Mayweg, Responsabile tecnico
- Mubea, Project Manager per i nuovi stabilimenti, in collaborazione con la gestione temporanea dello stabilimento.

La sua attuale base clienti comprende aziende in India, Cina, Giappone, Turchia, Spagna, Italia e Germania.

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