Le alchimie della zona di saldatura. Linee guida per il revamping di una linea per tubi ERW

Ammodernare una linea di saldatura longitudinale ERW per tubi in acciaio al carbonio

I nuovi generatori di saldatura sono sempre più performanti in termini di risparmio energetico. La sostituzione dell’esistente con un generatore di ultima generazione può dare origine a risparmi considerevoli, a seconda della situazione di partenza. L’elevato livello di automazione oggi disponibile fa sì poi che le teste di saldatura recenti siano più semplici da utilizzare. La gestione della macchina diviene più ripetitiva e agevole, in particolare ad operatori meno esperti. Un opportuno design della testa rende inoltre più veloce e sicuro il cambio rulli.

Tutte queste e altre ancora sono valide motivazioni per realizzare un revamping di linee di produzione per tubi saldati. In questi casi il revamping si concentra nella zona della linea in cui avviene la saldatura.
I principali componenti tecnologici sono:
⊛ Bobina di saldatura, collegata al generatore HF.
⊛ Impeder ed eventualmente scordonatore interno.
⊛ Testa di saldatura, passo che meccanicamente chiude uno contro l’altro i bordi del tubo aperto.
⊛ Rulli di saldatura, montati sulla testa.

La disposizione e il design di questi componenti deve essere ottimizzata dal progettista. Va tenuto conto del tubo da produrre, ma anche delle caratteristiche proprie di ciascun elemento. Le ottimizzazioni dei singoli componenti sono però spesso in conflitto tra di loro! La soluzione di compromesso è a carico del progettista della linea o del committente che acquista separatamente, da quattro fornitori differenti, i componenti.

Bobina di saldatura

Lo scopo della bobina è quello di trasferire la potenza ad alta frequenza ai bordi del tubo. Tramite induzione elettrica infatti un campo elettrico viene trasmesso sul tubo aperto. Per effetto pelle, generato dalla opportuna frequenza a cui oscilla il generatore, la corrente si concentra ai bordi del nastro, cioè ai due lembi affacciati l’un l’altro. La corrente per effetto Joule scalda i bordi fino alla temperatura di saldatura.

Diametro e posizione della bobina determinano la buona riuscita del processo.

L’efficienza del trasferimento di potenza impatta l’efficienza energetica e quindi i costi di esercizio.
L’efficienza del processo aumenta stringendo il diametro della bobina, limitando così la dispersione del campo elettrico. Un diametro troppo stretto però non consente il passaggio della giunzione tra i nastri. Nella zona della giunzione infatti la geometria del tubo aperto è difficilmente prevedibile e non ripetitiva. Questo aspetto va opportunamente approfondito in fase progettuale. È preferibile evitare di supporre performance energetiche non realizzabili nella pratica e mantenere il diametro il minimo possibile.
La posizione della bobina dovrebbe essere la più vicina possibile al punto di saldatura, ossia quel punto il cui i due bordi del tubo aperto, riscaldati, si incontrano. Tra la bobina e il punto di saldatura si trovano i rulli di saldatura. La dimensione dei rulli va contenuta per consentire alla bobina di avvicinarsi.
In generale, non va escluso il riscaldamento di parti metalliche in prossimità della bobina. La conseguenza è inefficienza energetica dovuta a potenza non utilizzata allo scopo di scaldare i bordi del tubo aperto.

Posizione e lunghezza impeder

L’impeder si trova all’interno del tubo, appeso ad un supporto normalmente fissato nella zona dell’ultimo finpass. Contribuisce a dirigere il campo indotto dalla bobina nella zona coinvolta dalla saldatura ed è tipicamente costituito da ferrite rivestita da vetroresine.
Il diametro dell’impeder è condizionato, nei tubi più piccoli, dal diametro interno del tubo stesso. La sua posizione ideale risulta prossima al punto di saldatura, zona difficilmente esente da gocce di metallo di fusione. Anche in questo caso, occorre rinunciare alla ottimizzazione di un componente per rendere praticabile l’utilizzo della macchina.

Testa di saldatura e rulli

All’aumento del diametro dei rulli della testa di saldatura corrisponde la possibilità di inserire cuscinetti di diametro maggiore, con conseguente maggiore durata degli stessi. A parità di velocità di linea, i rulli sono più lenti, a maggior ragione la vita dei cuscinetti aumenta. Analogamente, anche il mozzo su cui è montato il cuscinetto aumenta di rigidità.
Meccanicamente parlando, il diametro dei rulli andrebbe aumentato quanto possibile. Questa condizione allontana la bobina dal punto di saldatura, condizione non desiderabile.
La dimensione dei rulli con il maggiore angolo di abbracciamento sul tubo influenza la differenza di velocità periferica con cui il profilo del rullo lo tocca.
In conclusione, occorrono verifiche incrociate tra i vincoli imposti da ogni componente (e avanzati dal corrispettivo fornitore!). Lo scopo è identificare la soluzione nel complesso più efficace ed efficiente. Una visione di insieme del processo risulta indispensabile per consegnare la migliore soluzione possibile al personale produttivo.

A proposito dell’autore:
Jacopo Grassino è un consulente con alle spalle 20 anni di esperienza come direttore di stabilimento nei settori impiantistica e siderurgia in aziende di primaria importanza. Si è occupato di controllo di gestione, avviamento della produzione, strategia e gestione di gruppi di lavoro. Per maggiori info, vi invitiamo a contattarlo: +39 3396821463, [email protected] oppure via LinkedIn.