Guida essenziale ai tubi senza saldatura: differenze e impieghi

I tubi senza saldatura sono fondamentali nell’edilizia, nel settore energetico, nella produzione industriale e persino nei trasporti. A differenza dei tubi saldati, realizzati con giunti o cordoni di saldatura, i tubi senza saldatura non presentano giunzioni. Offrono quindi resistenza, durabilità e affidabilità anche in condizioni di pressione elevata e in situazioni difficili. Questa guida completa illustra perché i sistemi di tubazioni vengono realizzati in determinati modi, quali sono i diversi tipi di tubi e le differenze tra loro, oltre ai loro numerosi impieghi. Che siate esperti del settore interessati ad approfondire le vostre conoscenze o lettori curiosi del mondo industriale, queste informazioni vi aiuteranno a prendere decisioni strategiche. Continuate a leggere per capire perché i tubi senza saldatura sono la soluzione preferita per i progetti complessi e come contribuiscono all’innovazione e alle infrastrutture moderne.

Che cos’è un tubo senza saldatura?

Un tubo senza saldatura è realizzato a partire da una billetta piena di acciaio o di altro metallo e non presenta saldature né giunzioni, mantenendo una struttura uniforme lungo tutta la sua lunghezza. Per produrlo, una billetta piena viene spinta attraverso una matrice: un processo più efficace rispetto alla produzione dei tubi saldati, che presentano punti deboli dovuti alle numerose vulnerabilità. Si ottiene così un tubo caratterizzato da elevata resistenza e durabilità e capace di sopportare la pressione. Queste caratteristiche lo rendono adatto ai settori che operano in condizioni estreme, come quelli del petrolio e del gas e della lavorazione chimica.

Il processo di produzione

La produzione dei tubi senza saldatura inizia con una billetta cilindrica piena, riscaldata ad alta temperatura. La billetta viene quindi forata con un mandrino per formare un tubo cavo, che viene poi allungato fino a ottenere la forma richiesta mediante laminazione o estrusione. Poiché non è necessario saldare, questa tecnica assicura l’assenza di giunzioni dall’inizio alla fine. Un tubo prodotto con questo metodo è più resistente e sopporta meglio la pressione, risultando ideale per applicazioni industriali in condizioni estreme.

Principali materiali utilizzati per i tubi

• Acciaio: utilizzato comunemente per la resistenza, la durabilità e la capacità di sopportare pressioni e temperature elevate. Tra i tipi più comuni vi sono l’acciaio al carbonio, l’acciaio inossidabile e l’acciaio legato.
• Rame: noto per l’elevata resistenza alla corrosione e l’eccellente conducibilità termica. È adatto agli impianti idraulici e di riscaldamento.
• PVC (cloruro di polivinile): leggero ed economico. Non è soggetto a corrosione e risulta quindi adatto alle reti di adduzione dell’acqua e di drenaggio.
• HDPE (polietilene ad alta densità): flessibile e non soggetto a corrosione, è una scelta adatta per le tubazioni industriali e interrate.
• Ghisa: resistente e durevole. Viene utilizzata nelle reti fognarie e di drenaggio, ma oggi è meno diffusa, grazie ai progressi nella tecnologia dei tubi senza saldatura, prodotti secondo norme rigorose.

Il ruolo dei tubi in acciaio nella produzione senza saldatura

Grazie alla loro versatilità, resistenza e capacità di sopportare pressioni elevate, i tubi in acciaio svolgono un ruolo fondamentale nella produzione senza saldatura. Sono utilizzati in diversi settori, tra cui quello del petrolio e del gas, la generazione di energia e l’edilizia, dove durabilità e precisione sono priorità essenziali. L’assenza di giunzioni elimina i possibili punti deboli che potrebbero causare prestazioni incostanti in condizioni difficili. I tubi in acciaio sono inoltre una scelta sostenibile e affidabile per la produzione, poiché sono riciclabili e hanno una lunga durata.

Come si produce un tubo in acciaio senza saldatura?

Le fasi della produzione senza saldatura

1. Preparazione delle materie prime: prima di produrre tubi in acciaio senza saldatura, le billette o le barre in acciaio vengono controllate per verificarne la qualità.
2. Riscaldamento: per preparare l’acciaio alla lavorazione ponghe, la billetta deve essere ulteriormente riscaldata in un forno a una temperatura specifica.
3. Foratura: nelle billette riscaldate si formano cavità centrali asportando il materiale con passaggi attraverso calibri e un telaio rotante.
4. Allungamento: il tubo forato viene laminato o trafilato per portarlo alla lunghezza richiesta e ottenere lo spessore della parete desiderato.
5. Taglio a misura e marcatura: l’elenco delle dimensioni dei diametri interno ed esterno prevede azioni con un grado massimo di rugosità, cilindricità rispetto agli altri, per controllare i parametri misurati e ottenere un grado ideale.
6. Raffreddamento: il raffreddamento dei tubi in acciaio formati, tramite tempra in aria o in acqua, rende stabile la struttura.
7. Finitura: le norme di progettazione e qualità sono state definite affinché le intersezioni possano essere raddrizzate e le superfici sottoposte a trattamento.
8. Ispezione e prove: la fase finale controlla le dimensioni dei pezzi misurati, le file dell’area Gulf e gli intervalli dei controlli a ultrasuoni per assicurare che il tubo sia posizionato correttamente sulle guarnizioni, con gli anelli di arresto, e verifica i requisiti di apertura.

Importanza della foratura centrale nella produzione

La foratura centrale è fondamentale nella produzione perché assicura l’uniformità del diametro interno e dello spessore della parete del tubo. Questa fase è necessaria per i tubi senza saldatura, che devono avere una struttura uniforme per offrire la resistenza necessaria a sopportare pressioni e temperature nelle diverse applicazioni. Una foratura centrale precisa migliora l’accuratezza dimensionale e l’integrità strutturale, contribuendo a soddisfare le rigorose norme del settore e a migliorare le prestazioni del prodotto.

Differenze tra la produzione di tubi senza saldatura e saldati

Per produrre tubi senza saldatura, una billetta piena viene riscaldata e poi forata per ottenere un tubo cavo privo di giunzioni o saldature. Questo metodo produce una struttura uniforme e offre una maggiore resistenza, rendendo il tubo adatto ad ambienti con pressioni e temperature elevate. I tubi saldati, invece, sono realizzati a partire da lamiere o bobine di acciaio piane, laminate e saldate lungo la loro lunghezza. Questo metodo è meno costoso, ma il cordone di saldatura è più debole; perciò è adatto soltanto alle applicazioni a bassa pressione.

Quali sono i vantaggi dei tubi senza saldatura e saldati?

Vantaggi dei tubi in acciaio senza saldatura

I tubi in acciaio senza saldatura offrono numerosi vantaggi nelle applicazioni in cui resistenza, durabilità e affidabilità sono essenziali. Uno dei principali è la capacità di sopportare pressioni più elevate, grazie all’assenza del cordone di saldatura, che rappresenta un punto debole strutturale. Queste caratteristiche rendono i tubi senza saldatura particolarmente adatti ad applicazioni critiche, come le condotte del gas, le raffinerie di petrolio e persino le centrali nucleari. Un altro vantaggio fondamentale dei tubi in acciaio senza saldatura è l’uniformità della loro resistenza e struttura. Tale uniformità si ottiene durante la produzione, mediante estrusione continua, che rende la struttura dell’acciaio omogenea e costante. L’uniformità e l’omogeneità offrono una migliore resistenza alla corrosione e alla fessurazione sotto sollecitazione, una caratteristica essenziale per le applicazioni in ambienti aggressivi. Inoltre, i tubi senza saldatura garantiscono una maggiore precisione dimensionale e superfici interne più lisce, riducendo le perdite di carico per attrito durante il trasporto di fluidi e gas. Secondo i dati del settore, i tubi senza saldatura possono raggiungere una rugosità superficiale inferiore all’1% del loro diametro, risultando molto efficienti nel preservare la dinamica del flusso. Questa combinazione esclusiva di resistenza ottimale, precisione e affidabilità rende i tubi in acciaio senza saldatura una scelta privilegiata per le applicazioni industriali ad alte prestazioni, anche in condizioni operative ostili.

Confronto tra acciaio senza saldatura e acciaio saldato

L’acciaio senza saldatura è prodotto senza giunzioni né saldature, il che gli conferisce una struttura uniforme e una notevole durabilità. È noto per la sua capacità di sopportare carichi, pressione e condizioni estreme. L’acciaio saldato, invece, si ottiene laminando e saldando lamiere o nastri metallici, con un cordone di saldatura visibile. È economico e adatto a molti impieghi, ma il cordone può costituire un punto debole sotto pressione o carico elevati. L’acciaio senza saldatura è preferito per le applicazioni più critiche, che richiedono prestazioni e affidabilità di altissimo livello. L’acciaio saldato è invece più adatto a esigenze operative moderate, perché è meno costoso e più facile da reperire.

Applicazioni nel settore del petrolio e del gas

L’acciaio saldato è ampiamente utilizzato nel settore del petrolio e del gas per tubazioni, componenti strutturali e serbatoi di stoccaggio. Il costo contenuto e la facilità di fabbricazione lo rendono adatto al trasporto di fluidi e gas a pressioni da basse a moderate. Viene inoltre utilizzato per costruire piattaforme offshore e raffinerie, dove sono essenziali resistenza e facilità di accesso. Tuttavia, per applicazioni a terra in cui la pressione è elevata o le condizioni ambientali sono più severe, può essere utilizzato l’acciaio senza saldatura, grazie alla sua resistenza superiore.

Quali sono le principali specifiche tecniche dei tubi in acciaio al carbonio senza saldatura?

Lo spessore della parete e la sua importanza

Lo spessore della parete dei tubi in acciaio al carbonio senza saldatura influisce sulle prestazioni, sulla durata e sugli ambiti di applicazione. Questa specifica tecnica è fondamentale per le attività industriali. I tubi in acciaio al carbonio senza saldatura sono disponibili con spessori diversi, a seconda dell’impiego. Lo spessore del tubo contribuisce a determinare le sollecitazioni che può sopportare, per esempio la pressione interna, i carichi esterni e le variazioni di temperatura. Per esempio, le condotte di trasmissione del petrolio e del gas richiedono tubi con pareti più spesse, perché operano in ambienti ad alta pressione. Al contrario, i settori automobilistico e aerospaziale tendono a preferire tubi più sottili, poiché il peso ridotto contribuisce a diminuire il peso complessivo delle apparecchiature. Le classificazioni normalizzate, come ASTM A106 e ASTM A53, definite dall’American Society for Testing and Materials (ASTM), includono ora criteri relativi allo spessore della parete, adeguati alle esigenze del settore. I tubi sono spesso classificati secondo gli «Schedule», da Schedule 10 (parete sottile) a Schedule 160 (parete spessa); a ciascuna serie corrispondono limiti definiti di temperatura e pressione. Per esempio, un tubo in acciaio senza saldatura da 4 pollici di diametro nominale, Schedule 40, ha uno spessore della parete di 0.237 pollici e può quindi sopportare una pressione moderata. La scelta corretta dello spessore della parete assicura inoltre la conformità alle norme di sicurezza e del settore, mantenendo al contempo l’efficienza dei costi. Il compromesso tra resistenza meccanica e consumo di materiale rende fondamentale conoscere lo spessore della parete per gli ingegneri e gli altri professionisti coinvolti nella progettazione e nella gestione dei sistemi di tubazioni.

Norme tecniche di riferimento

Per garantire sicurezza, affidabilità e compatibilità dei sistemi di tubazioni, sono state definite diverse norme fondamentali. Di seguito sono elencate alcune tra le più riconosciute:

• ASME B31.3 (tubazioni di processo): riguarda il funzionamento e le prove delle tubazioni e di altri processi negli impianti chimici e nelle raffinerie.
• Norme ASTM International: definiscono specifiche tecniche dei materiali, come ASTM A106, che riguarda i tubi in acciaio al carbonio senza saldatura per impieghi ad alta temperatura.
• Norme API (American Petroleum Institute): riguardano gli altri sistemi di tubazioni del settore del petrolio e del gas, in particolare API 5L, che definisce i tubi di linea.
• ISO 9001 (sistemi di gestione per la qualità): riguarda i controlli volti ad assicurare la qualità e la produttività durante lo sviluppo e la produzione dei componenti per tubazioni.

Rispettare i requisiti indicati nelle norme sopra elencate è fondamentale per soddisfare i requisiti normativi, mantenere l’integrità del sistema e ottimizzare le prestazioni per applicazioni specifiche.

Resistenza alla corrosione dell’acciaio al carbonio senza saldatura

La resistenza alla corrosione dell’acciaio al carbonio senza saldatura varia in funzione delle diverse combinazioni di fasi, composizione, ambiente e trattamento superficiale. L’acciaio al carbonio standard si ossida e forma ruggine negli ambienti umidi e corrosivi. Gli ambienti corrosivi sono aggressivi, ma il rivestimento o l’aggiunta di elementi di lega possono migliorare notevolmente la durabilità. L’aggiunta di elementi di lega come cromo, molibdeno e nichel migliora la resistenza alla corrosione. L’esempio dell’acciaio inossidabile si riferisce a una percentuale di cromo dell’1-1,5%, che forma una barriera protettiva contro l’umidità, aumentando così la resistenza all’ossidazione. L’aggiunta di piccole quantità di molibdeno (0,2-0,5%) migliora la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale, soprattutto negli ambienti ricchi di cloruri. I dati delle prove di corrosione indicano che i tubi in acciaio al carbonio con rivestimenti protettivi, come strati di resina epossidica o polietilene, hanno una vita utile compresa tra 10 e 15 anni in ambienti moderatamente corrosivi. Anche la protezione catodica riduce al minimo la velocità della reazione elettrochimica, prolungando così la durata del sistema. La corrosione dei tubi ERW e senza saldatura può essere ridotta al minimo con interventi di manutenzione ordinaria, come controlli, pulizia e applicazione di inibitori quando necessario. Per questo l’acciaio al carbonio senza saldatura può essere impiegato in diversi componenti, come le tubazioni del settore del petrolio e del gas, dove è necessaria una resistenza alla corrosione controllata. Per alcune applicazioni specifiche, l’aggiunta di ulteriori elementi di lega e trattamenti superficiali speciali permette di ottenere questi risultati con maggiore efficacia.

In che modo le differenze tra tubi senza saldatura e saldati influiscono sulla scelta?

Scegliere in base al materiale del tubo e all’applicazione

Nella scelta tra tubi senza saldatura e saldati, occorre considerare attentamente lo scopo dell’applicazione e le proprietà del materiale. Poiché non presentano cordoni di saldatura che potrebbero costituire punti deboli, i tubi senza saldatura sono spesso preferiti per applicazioni ad alta pressione e in ambienti che richiedono elevata resistenza e uniformità. I tubi saldati, invece, sono economici e adatti alle applicazioni a bassa pressione, purché la saldatura rispetti le norme operative. Valutare fattori come i valori nominali di pressione, i limiti di temperatura e il potenziale di corrosione aiuta a scegliere tra tubi senza saldatura e saldati e a prendere una decisione più consapevole. Nell’industria moderna, entrambe le opzioni offrono vantaggi specifici, adattabili ai vincoli operativi e alle norme di settore.

Valutazione dei requisiti di alta temperatura

Per applicazioni ad alta temperatura, è preferibile scegliere materiali con prestazioni comprovate in termini di resistenza termica e stabilità a lungo termine. Le leghe di acciaio inossidabile 310S o 316 sono spesso utilizzate perché non si degradano in misura significativa nel tempo alle alte temperature. Si può inoltre valutare l’aggiunta di un isolamento termico per migliorare l’efficienza operativa e la sicurezza. Verificare che i materiali siano conformi alle norme di settore e agli altri documenti normativi pertinenti per l’impiego in ambienti ad alta temperatura. È necessario effettuare controlli regolari e interventi di manutenzione ordinaria per mitigare nel tempo le sollecitazioni termiche e l’usura correlata.

Tubi saldati e senza saldatura per applicazioni in linea

I tubi saldati e quelli senza saldatura presentano vantaggi e svantaggi diversi a seconda dell’applicazione. I tubi saldati tendono a essere meno costosi e più facilmente reperibili nei diametri maggiori, risultando utili in molte applicazioni con pressioni nominali moderate. I tubi senza saldatura, invece, offrono maggiore resistenza e uniformità e sono quindi più adatti alle applicazioni ad alta pressione e temperatura e agli impieghi critici. La scelta deve tenere conto dei requisiti operativi, della pressione e della temperatura dell’ambiente e dei limiti di budget.

Domande frequenti (FAQ)

D: Che cos’è un tubo in acciaio inossidabile senza saldatura?

R: Un tubo in acciaio inossidabile è uno dei diversi tipi di tubi realizzati a partire da billette di acciaio legato pieno, sottoposte a diversi processi produttivi; la sua caratteristica distintiva è l’assenza di un cordone di saldatura. Un tubo senza saldatura è più resistente e può sopportare pressioni maggiori rispetto a un tubo saldato. Molte aziende di generazione di energia e raffinerie, tra le altre, utilizzano tubi senza saldatura per l’elevata resistenza e affidabilità che offrono.

D: Qual è la differenza tra un tubo senza saldatura e un tubo saldato a resistenza elettrica (ERW)?

R: La differenza principale tra tubi senza saldatura e tubi ERW riguarda il processo produttivo. I tubi senza saldatura partono da getti o billette di acciaio pieno, che vengono riscaldati e modellati a forma di cilindro; i tubi ERW, invece, si ottengono piegando lamiere di acciaio a forma di tubo e unendone i bordi con una saldatura. Di conseguenza, il tubo senza saldatura non ha cordoni di saldatura, mentre il tubo ERW ha un cordone che determina la resistenza e la capacità del tubo di sopportare la pressione.

D: In quali settori industriali vengono utilizzati i tubi saldati e quelli senza saldatura?

R: Come tutti i tubi, quelli saldati e quelli senza saldatura trovano impiego in diversi settori industriali. I tubi senza saldatura sono generalmente utilizzati per le tubazioni di processo e per la generazione di energia e nelle raffinerie, poiché queste applicazioni richiedono spesso pressioni e temperature elevate. I tubi saldati, compresi quelli ERW, sono utilizzati per applicazioni a pressione più bassa e sono più diffusi per il trasporto di acqua, gas e altri fluidi, grazie al prezzo contenuto e alla maggiore disponibilità di diametri grandi.

D: Qual è il ruolo dell’acciaio inossidabile nei tubi senza saldatura?

R: È noto che l’acciaio inossidabile conferisce ai tubi senza saldatura un’elevata resistenza e durabilità, oltre a un livello adeguato di resistenza alla corrosione. È particolarmente utile negli ambienti corrosivi o ad alta temperatura. I tubi senza saldatura in acciaio inossidabile sono prodotti adatti alle attività dei settori chimico, petrolchimico e della lavorazione alimentare.

D: Come avviene la saldatura a resistenza elettrica?

R: Il processo inizia disponendo lamiere spesse di acciaio, che vengono poi arrotolate a forma di cilindro. Una volta ottenuta questa forma, si fa passare una corrente lungo il giunto e si saldano tra loro i bordi mediante elettricità. Si ottiene così un legame solido, ma sul tubo resta un cordone di saldatura che corre lungo tutta la sua lunghezza.

D: Quali fattori determinano lo spessore del tubo?

R: Lo spessore della parete, o spessore del tubo, dipende dal diametro nominale del tubo e dai requisiti dell’applicazione, come i limiti di pressione e temperatura. Inoltre, lo spessore influisce sulla capacità del tubo di sopportare la pressione interna ed esterna.

D: Qual è l’importanza del codice ASME nel settore dei tubi?

R: Il codice dell’American Society of Mechanical Engineers (ASME) definisce i requisiti di costruzione, assemblaggio e ispezione dei tubi, sia ERW sia senza saldatura, nonché di diversi dispositivi utilizzati nei vari settori industriali. Il rispetto dei codici ASME assicura che i tubi siano fabbricati secondo le prassi di sicurezza e qualità raccomandate, un aspetto fondamentale per i processi ad alta pressione e temperatura.

D: Può spiegare la differenza tra tubi in acciaio legato e tubi in acciaio al carbonio?

R: I tubi in acciaio legato sono realizzati con l’aggiunta di diversi elementi di lega, come nichel, cromo o alluminio, che migliorano le proprietà meccaniche, tra cui la resistenza alla corrosione e la resistenza meccanica. I tubi in acciaio al carbonio, invece, sono realizzati in carbonio e ferro, il che li rende più economici ma meno resistenti alla corrosione rispetto a quelli in acciaio legato. La scelta del tipo da utilizzare dipende soprattutto dalle specifiche tecniche dell’applicazione.

D: Quali raccordi si utilizzano con i tubi saldati e senza saldatura?

R: I raccordi utilizzati con i tubi saldati e senza saldatura comprendono gomiti, raccordi a T, riduzioni e flange. Servono a cambiare la direzione del flusso, collegare tubi distinti o modificare le dimensioni della tubazione. La scelta dei raccordi dipende interamente dal tipo e dal materiale del tubo e dal suo impiego.

Fonti di riferimento

1. Confronto del comportamento a fatica e a frattura degli acciai per tubi saldati e senza saldatura in idrogeno gassoso

• Autori: C. San Marchi et al.
• Anno di pubblicazione: 2024
• Rivista: RDPS 2024 Proceedings
• Sintesi: Questo studio analizza la crescita delle cricche per fatica (FCG) e la tenacità alla frattura degli acciai per tubi saldati e senza saldatura in idrogeno ad alta purezza (H2) a una pressione di 210 bar. Lo studio rileva che, in GH2, la crescita delle cricche per fatica nei diversi microcostituenti degli acciai era pressoché identica, con velocità di propagazione delle cricche fino a 30 volte superiori in GH2 rispetto all’aria. Anche il tipo di microstruttura influiva sulla resistenza alla frattura, compresa tra 80 e 110 MPa √m.
• Metodologia: Sono state eseguite prove in situ di crescita delle cricche per fatica e di frattura su provini a trazione compatta prelevati da diverse zone di un acciaio per tubi X70 e da una microstruttura di tubazione X65 senza saldatura (Marchi et al., 2024).

2. PR328-223813-R01 Verifica dei materiali in trincea per tubi e raccordi senza saldatura 

• Autori: R. M. Archive, Ravi Krishnamurthy
• Data di pubblicazione: 30/04/2024
• Sintesi: Il rapporto valuta il carico di snervamento e la resistenza a trazione di raccordi e tubi di linea senza saldatura, misurati con prove distruttive, confrontandoli con le stime fornite da quattro fornitori di tecnologie per verifiche in trincea. La ricerca evidenzia la scarsità di dati pubblici sui tubi senza saldatura rispetto ai tubi di linea saldati e valuta le prestazioni di diversi fornitori mediante un’analisi comparativa in cieco.
• Metodologia: Il rapporto descrive l’esecuzione di prove distruttive per valutare le caratteristiche dei materiali di tubi senza saldatura e raccordi e convalidarle confrontandole con le previsioni dei fornitori, come illustrato in (Archive & Krishnamurthy, 2024).

3. Microstruttura, proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione dell’acciaio supermartensitico UNS S41426: confronto tra tubi forgiati e tubi laminati a caldo senza saldatura

• Autori: I. P. Baptista et al.
• Anno di pubblicazione: 2022
• Rivista: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
• Sintesi: Questo studio esamina la microstruttura e le proprietà meccaniche dell’acciaio supermartensitico UNS S41426, confrontando i tubi forgiati e quelli laminati a caldo senza saldatura. I risultati hanno mostrato che i due processi convenzionali di produzione dei tubi determinano variazioni delle proprietà meccaniche e della resistenza alla corrosione.
• Metodologia: I tubi in acciaio sono stati confrontati sulla base di analisi metallografiche, prove meccaniche e prove di resistenza alla corrosione (Baptista et al., 2022, pp. 2643–2653).