Non potremo mai sottolineare abbastanza quanto la preparazione dei tubi sia fondamentale per ottenere una saldatura di qualità. Lo stesso vale per la saldatura tra tubi e piastra portatubi, pertanto è molto importante non trascurare questa fase.

Nel processo di saldatura dei tubi alle piastre portatubi vi sono tre fasi in cui possono verificarsi dei problemi:

1. La preparazione dei tubi
2. La preparazione della piastra tubiera
3. Il collegamento tra tubo e piastra tubiera: posizione di saldatura e rullatura del tubo (in quest'ordine)

Proprio come nell’approccio classico alla lavorazione dei tubi – prima la preparazione, poi la saldatura – il mondo degli scambiatori di calore presenta spesso situazioni più complesse.

La preparazione dei tubi

Il taglio:

La preparazione è una fase fondamentale, poiché facilita le operazioni successive. È addirittura indispensabile se si vuole garantire la ripetibilità della qualità dei giunti. Il taglio deve essere perfettamente perpendicolare e privo di sbavature, poiché la fase successiva richiede che il tubo passi attraverso la piastra portatubi. In questo caso si raccomanda vivamente di eseguire un taglio orbitale, soprattutto se non è necessario regolare la lunghezza dei tubi.

Anche la qualità dei tubi, le tolleranze di ovalità e la variazione degli spessori rivestono ovviamente un'importanza fondamentale.

Se è necessario regolare la lunghezza, si consiglia comunque di tagliare i tubi con una sega circolare per ottenere un taglio "senza sbavature" e garantire che i tubi passino facilmente attraverso la piastra tubiera.

Sovrametallo o rifilatura:

In questo caso, dopo che il tubo ha attraversato la piastra portatubi, si ricorre a una squadratrice con presa interna per riportare ripetutamente la sporgenza della piastra al valore corretto. Infatti, su lunghezze elevate, può risultare difficile ottenere un posizionamento preciso.

La preparazione della piastra tubiera

Le piastre tubiere sono lavorate meccanicamente e pertanto i fori presentano una grande precisione. L'estremità del foro può essere smussata prima della saldatura per garantire un collegamento più resistente in condizioni estreme (temperatura-pressione). In tali casi, la saldatura verrà eseguita con filo d'apporto e richiederà un approccio a più passaggi.

Il posizionamento dei tubi nella piastra tubiera

A seconda delle esigenze delle applicazioni, il posizionamento varia. Di seguito sono illustrati i possibili tipi:

Il posizionamento dei tubi sulla piastra tubiera dipende dall'applicazione prevista e dalle sollecitazioni a cui sarà sottoposto lo scambiatore di calore. Il produttore dello scambiatore di calore stabilisce il posizionamento durante la fase di progettazione. Ciò influisce sia sulla realizzazione della piastra tubiera che sul posizionamento dei tubi.

È quindi importante tenere conto dei seguenti aspetti:

1. Come si può rendere ripetibile il posizionamento?
2. Come è possibile adattare il tubo, un elemento grezzo che presenta numerose varianti possibili, alla piastra portatubi, realizzata con precisione e entro limiti controllati?
3. Se il collegamento è saldato, come si può garantire che il tubo sia centrato nella piastra portatubi?

Qual è il modo migliore per far fuoriuscire i gas di saldatura in modo da evitare la formazione di crateri dovuti alla loro fuoriuscita?

Esaminiamo una configurazione tipica in cui l'estremità del tubo è allineata con la piastra tubiera.

In questo esempio, sono fondamentali 3 fasi per realizzare un giunto saldato:

1. Il centraggio
2. La saldatura
3. La rullatura dopo la saldatura

Centratura:

Questo passaggio viene spesso tralasciato, ma garantisce una perfetta ripetibilità ed evita difetti di saldatura che possono comportare gravi conseguenze. Il caso principale in cui può verificarsi un difetto è quando c'è uno spazio tra il tubo e la piastra tubiera. Ciò accade spesso verso la fine del processo di saldatura e può causare difetti di fusione o fori.

Che cos'è esattamente il centraggio (rispetto alla laminazione dei tubi)?

Ecco una rappresentazione stilizzata del gruppo prima della saldatura:

Se lo spazio tra il tubo e la piastra tubiera è eccessivo – non fraintendeteci, è necessario un po' di gioco per far passare il tubo attraverso la piastra tubiera – durante la saldatura automatica tale spazio potrebbe aumentare e il bagno di fusione potrebbe non raggiungere il giunto tra il tubo e la piastra tubiera. Inoltre, l'energia potrebbe concentrarsi eccessivamente sul tubo, fondendo solo quest'ultimo e non la piastra tubiera.

Nota bene: questo problema è meno rilevante nella saldatura TIG manuale, poiché l'operatore può valutare direttamente lo spazio presente e regolare la posizione dell'elettrodo o addirittura trasferire il bagno di fusione dalla piastra portatubi al tubo.

Nella saldatura TIG orbitale, la rotazione dell'elettrodo è preimpostata e non può quindi adattarsi allo spazio esistente.

Per evitare questo problema, il tubo deve essere centrato sulla piastra tubiera; in altre parole, l'estremità del tubo deve essere deformata in modo da toccare la piastra tubiera. Il centraggio garantisce l'assenza di gioco e il contatto completo tra l'estremità del tubo e la piastra tubiera.

ATTENZIONE: potreste avere l'istinto automatico di ricorrere a un metodo di rotolamento del tubo per unire il tubo e la piastra portatubi, ma si tratta di un errore da evitare. Infatti, questo metodo crea una superficie di contatto su una lunghezza molto estesa e intrappola i gas di saldatura, provocando un fenomeno di degassamento (esplosione del bagno di saldatura quando il gas fuoriesce) e, di conseguenza, un difetto di saldatura.

A differenza della laminazione a tubi, la laminazione a centri crea un contatto solo alle estremità e i gas possono quindi fuoriuscire facilmente dal bagno di fusione.

Per centrare i tubi su una piastra tubiera – un passaggio che spesso viene tralasciato – esistono strumenti specifici, di cui ne presenteremo uno qui a titolo di esempio.

Quella che vedete qui è una versione idraulica di una macchina di centraggio TDA. Consente di regolare la forma all'estremità dei tubi nelle diverse posizioni sul pannello portatubi.

Una volta che la preparazione assicura il contatto tra la piastra tubiera e il tubo e il bagno di fusione è in grado di espellere i gas, la saldatura orbitale risulterà perfettamente ripetibile, garantendo così una qualità ottimale.

Non dimentichiamo che la saldatura delle piastre tubiere è un'operazione seriale e richiede quindi un approccio seriale in termini di ripetibilità delle azioni e dei risultati.

Saldatura orbitale

La saldatura dei tubi alle piastre portatubi può essere eseguita sia con il metodo TIG manuale che con quello orbitale. La differenza è notevole poiché, rispetto alla saldatura manuale, un solo operatore può comandare contemporaneamente due teste di saldatura orbitali, aumentando così in modo significativo la produttività.

La saldatura orbitale consente quindi di risparmiare tempo e di migliorare la qualità della saldatura. Tutte le saldature vengono documentate per garantire una tracciabilità ottimale del processo di saldatura. Non va dimenticato che questi assemblaggi vengono saldati perché sono sottoposti a forti sollecitazioni nell'applicazione del cliente.

La saldatura orbitale di un tubo a una piastra portatubi viene eseguita con o senza filo, a seconda delle caratteristiche desiderate.

La macchina utilizzata da AXXAIR in questi casi è la SATP-80x nella foto qui sotto:

Laminazione di tubi:

Questa operazione, una volta che il tubo è stato saldato alla piastra portatubi, viene eseguita successivamente, al fine di evitare la formazione di zone di ritenzione tra il tubo e la piastra portatubi, garantendo così una maggiore durata del prodotto. Questa fase consiste nella deformazione mediante rullatura dall'interno del tubo, ottenuta tramite l'espansione dei rulli e la rotazione, fino a quando il tubo e la piastra portatubi entrano in contatto. Le rullatrici per tubi sono generalmente dotate di una manopola di regolazione della coppia per un migliore controllo.

Desideriamo sottolineare ancora una volta quanto sia importante la preparazione in tutte le diverse fasi: la preparazione del tubo, la preparazione della piastra tubiera, il posizionamento del tubo nella piastra tubiera, il centraggio, la saldatura orbitale e, infine, la laminatura.