capitolo 5 SERBATOI METALLICI Costruzione dei serbatoi: saldature Marco Frigo assemblaggio, cordone, carbonio, gas inerte, TIG KEYWORDS Saldature Sono operazioni indispensabili per l’assemblaggio del contenitore: si ottengono con la fusione delle superfici da accostare con un eventuale apporto di materiale dello stesso tipo per ispessire il di saldatura. Le tecniche di saldatura si sono costantemente affinate nel tempo raggiungendo ottime caratteristiche meccaniche (la resistenza del cordone deve essere paragonabile a quella della lamiera) e risultati estetici impeccabili, particolarmente apprezzati nei manufatti di acciaio inox. cordone (A - H) La possibilità di unire parti metalliche con la fusione dei bordi, ottenendo un contatto perfetto, rappresenta il grande vantaggio di tutti i metalli facilmente saldabili quali gli acciai a basso tenore in carbonio (dolci o extra dolci) e gli acciai inossidabili, in particolare quelli austenitici. I sistemi di saldatura impiegati sono diversi: alcuni specifici, altri di più vasto impiego, con possibilità di scelta in funzione dei risultati desiderati e della tecnologia disponibile. Per gli acciai inossidabili è essenziale proteggere il bagno di fusione con un per evitare ossidazioni dannose. La formazione del (dovuta all’elevatissimo riscaldamento nella zona della saldatura) negativa per la resistenza chimica e meccanica del cordone, può essere ridotta impiegando leghe a basso tenore di carbonio o stabilizzate con niobio o titanio. gas inerte carburo di cromo Le superfici vanno preparate con cura per farle combaciare. Accostamenti rettilinei perfetti e spessori ridotti (fino a 3 mm) consentono saldature senza apporto di materiale ( ). Negli altri casi si addiziona necessariamente nuovo metallo, che deve essere della stessa natura dei pezzi da saldare. Per spessori superiori (5-8 mm e oltre) è opportuno procedere ad una preparazione dei lembi a V (cianfrino), procedendo poi a più passaggi successivi. Quando è possibile e fino a spessori di 4-8 mm (ad es. per le autoclavi) si preferisce adottare la saldatura da due lati che assicura un’ottima tenuta. TIG Altre tecniche di giunzione La giunzione dei metalli, oltre che per saldatura, può essere ottenuta per imbullonamento, incollaggio, rivettatura. Quest’ultimo è il sistema più frequente nel settore enologico, in particolare per l’assemblaggio di lamiere sottili (acciaio inox, alluminio) utilizzate per ricoprire gli strati isolanti dei serbatoi isotermici o termocondizionati. Per l’acciaio inox i rivetti devono essere dello stesso materiale. Consiste nell’avvicinare ai pezzi da saldare (di cui uno collegato a massa) un elettrodo rivestito: ne scocca un arco elettrico che fonde la zona interessata, la bacchetta dell’elettrodo e parte del rivestimento. La parte restante dell’elettrodo volatilizza, preservando il bagno di fusione dal contatto con l’aria. La quota di rivestimento che fonde forma uno strato uniforme di scoria che protegge ulteriormente la saldatura dal contatto con l’aria. La saldatura ad elettrodi è la più semplice e meno costosa perché utilizzabile con qualsiasi normale saldatrice elettrica, impiegando ovviamente elettrodi adatti alla lega in lavorazione. Fornisce saldature resistenti, possibilità di riempimento e operatività in qualsiasi condizione, ma le periodiche interruzioni per la sostituzione dell’elettrodo non consentono adeguati risultati estetici, specie nel caso di saldature lunghe. Questo sistema viene ancora usato per interventi di limitata estensione (attacco di accessori) o per “puntare” i pezzi, purché lo spessore della lamiera superi il millimetro. (A) - Saldatura all’arco con elettrodo rivestito (A) - Saldatura all’arco con elettrodo rivestito La saldatura al cannello ossiacetilenico consente il riscaldamento dei metalli da congiungere fino al punto di fusione, mediante una fiamma ottenuta dalla combustione di acetilene e ossigeno, contenuti in bombole separate. La parte esterna della fiamma, detta pennacchio, protegge la parte fusa dall’azione negativa dell’aria. Si può operare in qualsiasi posizione. Si tratta di una tecnica sempre meno impiegata nel settore enologico e pressoché del tutto abbandonata per l’acciaio inossidabile. I motivi sono dovuti alla lentezza operativa, all’impossibilità di regolare con precisione i diversi parametri in gioco ed ai risultati finali non sempre validi. (B) - Saldatura ossiacetilenica Il funzionamento è dato da un elettrodo continuo non rivestito (a filo o a nastro), dello stesso materiale da congiungere, che determina l’arco, con fusione delle parti da unire ed un apporto di materiale. Lo srotolamento del filo e la sua lunghezza nella torcia vengono regolati automaticamente in funzione dei parametri di esercizio prefissati. La zona dell’arco viene mantenuta sommersa da un flusso di materiale granulare o polverulento che, fondendo, protegge il bagno dal contatto con l’aria. Le operazioni di saldatura vengono effettuate solitamente in automatico, in tempi rapidi, anche con spessori elevati (5-15 mm). Si opera preferibilmente in orizzontale. Le buone prerogative di questa tecnica ne hanno determinato una crescente diffusione (soprattutto per l’acciaio al carbonio) con vantaggi nella resistenza e precisione delle esecuzioni, in particolare per le saldature sui contenitori a tenuta di pressione da sottoporre a collaudi ISPESL. (C) - Saldatura all’arco sommerso (C) - Saldatura all’arco sommerso Rappresenta il sistema più diffuso per le sue peculiarità di costo accessibile, facilità d’impiego e di esecuzione nonché qualità meccaniche ed estetiche delle saldature. Si compone di una torcia munita di un elettrodo in tungsteno toriato (teoricamente infusibile avendo punto di fusione a 4000 °C), raffreddato da un circuito aperto di acqua. Per gli acciai inossidabili, durante la saldatura viene immesso un gas inerte (di solito argon con purezza 99,9%, più raramente elio, in purezza o in miscela) per evitare la presenza di ossigeno che causerebbe ossidazioni e possibile formazione di inclusi compromettenti l’inerzia chimica della zona interessata. Per spessori più elevati e con la saldatura in automatico si protegge con gas inerte anche il rovescio della saldatura con azoto o miscele di azoto e idrogeno. La saldatura in automatico di lamiere con spessore non superiore a 3 mm comporta un’accurata preparazione dei lembi ed il loro bloccaggio in corrispondenza di un incavo sottostante ricavato da una lamiera in rame o bronzo. Per spessori oltre i 3 mm è consigliabile l’uso di filo di apporto (tecnologia TIG + filo freddo). È possibile anche il TIG + filo caldo, quando il filo viene investito da una corrente alternata che facilita la fusione proprio nel punto di saldatura, consentendo di aumentare la velocità di esercizio. (Nelle foto a destra saldatura TIG “con apporto a freddo”, con funzione di “riempimento”). (D) - Saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) Il funzionamento non è dissimile dal precedente, però in questo caso l’elettrodo è costituito da un filo dello stesso materiale da saldare, contenuto in un’apposita bobina che si srotola progressivamente. Dal contatto con la parte da saldare, opportunamente collegata al polo positivo della saldatrice, si crea un arco che fonde i pezzi da unire apportando contemporaneamente materiale. Con gli acciai inossidabili è sempre necessario il gas di protezione. Si ottengono saldature non sempre perfette, talvolta con inclusi, soffiature e strati di ossido che esigono molature prima di procedere a passate sovrapposte. Inoltre le superfici da saldare devono venire opportunamente preparate con la smussatura dei lembi. Variazioni specifiche del modo di procedere possono migliorare i risultati, ma tendenzialmente questo sistema di giunzione risulta meno usato o utilizzato in abbinamento al TIG e, soprattutto, per risolvere problemi di riempimento di zone interstiziali irregolari e ampie situate tra le parti da saldare. In ogni caso si ricorre alla saldatura MIG solo per spessori superiori a 2 mm e per carpenteria meno esigente dal punto di vista meccanico. (E) - Saldatura MIG (Metal Inert Gas) (E) - Saldatura MIG (Metal Inert Gas) Questi tipi di saldatura trovano applicazione quando si devono unire due lamiere in più punti. Si differenziano i seguenti tipi: : viene attuata con elettrodi che schiacciano le lamiere con forte pressione per facilitare l’unione delle parti fuse. Un impiego inerente il settore enologico è quello dell’unione di due lamiere, una più spessa (parete del serbatoio) e l’altra meno (tasca esterna) per ottenere dispositivi di termocondizionamento. Le due lamine vengono poi dilatate, con l’introduzione di un gas, per costituire la camera di scorrimento della soluzione di condizionamento; : le due lamiere da saldare vengono fortemente pressate dai rulli di saldatura che, in funzione della loro velocità di avanzamento e dei tempi di erogazione della corrente, determinano una saldatura continua o intermittente. Normalmente si opera su spessori da 0,5 a 4 mm. Anche questa procedura può essere impiegata per la costruzione delle tasche di condizionamento termico; : si ottiene unendo le testate di due profilati o barre, collegati ai morsetti della saldatrice. Ne scaturisce un arco con fusione dei punti di contatto ed una forte emissione di scintille incandescenti, da cui il nome di questa saldatura. (F) - Saldature per resistenza saldatura a punti per sovrapposizione saldatura a rulli per sovrapposizione saldatura per scintillio Si tratta del sistema più recente di saldatura e taglio delle lamiere, a prima vista non dissimile dalla saldatura ossiacetilenica. Il principio di funzionamento si basa sulle caratteristiche del gas di condurre elettricità, con possibilità di creare un arco e di far raggiungere, limitatamente al sottile getto del plasma, temperature fino a 20-30.000 °C con modesti surriscaldamenti della zona circostante. Teoricamente qualsiasi gas può servire per il plasma (l’aria compressa e la CO2 vengono comunemente impiegate per torce da taglio), ma per le saldature dell’acciaio inox si usano preferibilmente l’argon puro per il plasma e miscele di argon-idrogeno per il gas di protezione che deve essere sempre presente. Nella versione normale la saldatura al plasma si adatta per spessori tra 0,5 e 8 mm, ma esiste anche il “microplasma” in grado di operare fino a spessori dell’ordine di 0,02 mm. La saldatura al plasma è in fase di ampia diffusione (soprattutto per spessori tra 0,5 e 2 mm) mentre è ormai di impiego comune per il taglio di lamiere di qualunque spessore (fino a 80-100 mm). (G) - Saldatura al plasma (G) - Saldatura al plasma Rappresenta la tecnologia del futuro per gli spessori medio-piccoli con ottimi risultati tecnici per le ridotte alterazioni termiche. Il processo di saldatura laser sfrutta l’alta densità di energia creata dal fascio laser (fascio di luce coerente focalizzato) per portare rapidamente a fusione due lembi di materiale e saldarli creando un cordone (giunto di saldatura) ridotto e pulito. La saldatura laser viene realizzata normalmente con tre tipi di generatori: sorgenti laser a CO2, sorgenti laser YAG o sorgenti a diodi. (H) - Saldatura laser