Flangia per tubi a collo da saldare: installazione, manutenzione e buone pratiche

La flangia per tubi a collo da saldare, chiamata anche flangia a collo da saldare o flangia WN, è una flangia in acciaio forgiato caratterizzata da un mozzo lungo e rastremato, che raccorda gradualmente con il tubo a cui viene saldata. La flangia si collega all’estremità del tubo con una saldatura testa a testa a piena penetrazione: un unico cordone continuo che fa sì che flangia e tubo agiscano come un elemento unico. In questa guida sono disponibili tabelle dei rating pressione-temperatura ASME B16.5, tabelle dimensionali per la Classe 150, un confronto tra i tipi di faccia, tabelle per la scelta del grado del materiale, una matrice decisionale per il confronto con le flange slip-on e una checklist di installazione basata sul codice. Questa guida alle specifiche tecniche è uno strumento di supporto per gli ingegneri addetti agli acquisti, i progettisti di tubazioni e i responsabili degli acquisti di progetto che devono scegliere flange a collo da saldare per applicazioni nel settore petrolifero e del gas, petrolchimico, della produzione di energia e degli impianti di processo.

Che cos’è una flangia per tubi a collo da saldare? Geometria del mozzo, tipo di saldatura e logica progettuale

Una flangia a collo da saldare, chiamata anche flangia di saldatura a collo o flangia WN, è riconoscibile dal mozzo allungato e conico, che si assottiglia gradualmente fino a raggiungere il diametro del tubo da collegare. L’estremità del mozzo è smussata per consentire la saldatura testa a testa a piena penetrazione. Questo profilo è fondamentale: la forma rastremata distribuisce meglio i carichi di flessione e di pressione lungo il mozzo, invece di concentrarli solo sul piede della saldatura. Il mozzo rastremato raccorda gradualmente la sezione spessa della flangia alla parete relativamente sottile del tubo. Questa transizione uniforme distribuisce le tensioni ed evita picchi o accumuli localizzati lungo il collegamento. È il motivo fondamentale per cui le flange a collo da saldare offrono prestazioni superiori rispetto ad altri tipi di flange in condizioni di forti vibrazioni, carichi ciclici continui, temperature estremamente alte o basse o servizi gravosi. Grazie alla saldatura testa a testa a piena penetrazione, conforme al Codice ASME B31.3 per le tubazioni di processo, la flangia a collo da saldare crea un giunto metallurgicamente continuo: sotto carico, flangia e tubo si comportano come un’unica struttura. Di conseguenza, ai fini dei calcoli delle tensioni, il Codice ASME B31.3 per le tubazioni di processo attribuisce al giunto a collo da saldare lo stesso rating del tubo; il collegamento slip-on, invece, comporta una penalizzazione per fatica (per ulteriori informazioni, consultare la guida alle flange slip-on).

Quali sono i vantaggi delle flange a collo da saldare?

Rispetto agli altri tipi di flange, quelle a collo da saldare offrono quattro vantaggi progettuali fondamentali. Primo, il mozzo rastremato distribuisce il momento flettente lungo tutta la sua lunghezza, eliminando la concentrazione di tensioni tipica del piede di una saldatura a cordone d’angolo. Secondo, il diametro interno del passaggio corrisponde con precisione alla sezione del tubo, evitando dislivelli che causano turbolenza, erosione e corrosione interstiziale. Terzo, la saldatura testa a testa è accessibile dall’esterno per i controlli radiografici, semplificando i controlli non distruttivi. Quarto, l’unico giunto saldato continuo evita la formazione di un’intercapedine interna in cui possa ristagnare il fluido di processo: un aspetto fondamentale nelle applicazioni ad alta purezza e corrosive.

Classi di pressione ASME B16.5: come scegliere il rating corretto (da 150 a 2500)

ASME B16.5 definisce sei classi di pressione per le flange a collo da saldare: 150, 300, 600, 900, 1500 e 2500. Ciascuna classe ha un rating pressione-temperatura (PT) che diminuisce all’aumentare della temperatura, perché l’acciaio perde resistenza quando si riscalda. Una scelta non conforme costituisce una violazione del codice e, nella pratica, i guasti possono variare da perdite dalla guarnizione fino alla rottura violenta di un intero componente. Di seguito sono riportati i rating pressione-temperatura per il Gruppo materiali 1.1 (acciaio al carbonio ASTM A105), secondo ASME B16.5. I valori sono espressi in psi; il rating diminuisce alle temperature elevate perché il limite di snervamento diminuisce con l’aumentare della temperatura del materiale. I team addetti agli acquisti in cantiere adottano regolarmente la Classe 300 come classe minima per i sistemi di raffinerie e impianti chimici, indipendentemente dalla pressione di esercizio. Un ingegnere delle tubazioni che supervisionava l’aggiornamento di un preriscaldatore di greggio in una raffineria della costa del Golfo ha osservato con ironia che standardizzare la Classe 300 in tutto l’impianto consente di aumentare in seguito i rating di pressione, ridistribuire i servizi ed evitare di gestire due inventari diversi di flange. Il sovrapprezzo rispetto alla Classe 150 è irrilevante se ammortizzato nell’arco dei 25 to 40 anni di funzionamento dell’impianto.

Dimensioni delle flange a collo da saldare: tabella di riferimento NPS da ½” a 12″ (Classe 150)

Questa tabella riporta le dimensioni delle flange a collo da saldare ASME B16.5 Classe 150 per NPS da ” a 12″. Tutte le misure sono in pollici. Il diametro del passaggio interno non è indicato perché varia; in produzione, viene lavorato in base al diametro interno dello schedule del tubo adiacente. Al momento dell’ordine è necessario indicare NPS e schedule.

Tipi di faccia: faccia rialzata (RF), faccia piana (FF) e giunto ad anello (RTJ)

Il tipo di faccia definisce la geometria della guarnizione e il metodo di tenuta. La sezione 6 di ASME B16.5 stabilisce che il tipo di faccia predefinito per le flange a collo da saldare è la faccia rialzata. Qualsiasi ordine di acquisto che non specifichi il tipo di faccia sarà automaticamente prodotto con configurazione a faccia rialzata (RF). La presenza di tipi di faccia non compatibili in un giunto flangiato è un errore frequente nella specifica dei sistemi di tubazioni e può causare, tra gli altri problemi, perdite dalle guarnizioni e rotture dei corpi delle apparecchiature.

Qual è la differenza tra le flange a faccia rialzata e quelle a faccia piana?

La faccia rialzata presenta un piccolo anello sporgente, lavorato sulla superficie della faccia della flangia. Il carico dei bulloni si concentra su questa superficie rialzata, consentendo di ottenere una maggiore pressione di appoggio della guarnizione anche con una guarnizione più piccola. Nella faccia piana, la superficie di appoggio è a filo con il diametro esterno della flangia e la guarnizione copre l’intera faccia. La faccia rialzata (RF) è il tipo più comune e diffuso, soprattutto per le applicazioni acciaio-acciaio nei sistemi di tubazioni industriali. Per collegare flange in acciaio ad apparecchiature in ghisa (o ghisa sferoidale) si usano invece collegamenti a faccia piana (FF). La faccia FF elimina il rilievo presente sulla flangia RF, che potrebbe flettere la flangia più debole in ghisa sferoidale e causare fessurazioni dovute alle tensioni durante il serraggio sotto pressione. Le flange cieche RTJ offrono il massimo livello di tenuta nelle chiusure di recipienti a pressione progettate per le applicazioni più gravose.

Gradi dei materiali: flange a collo da saldare in acciaio al carbonio A105, acciaio inossidabile A182 e leghe

Il grado del materiale definisce i limiti di temperatura, l’idoneità agli ambienti corrosivi e le proprietà fisiche. La norma ASME B16.5 elenca circa quarantaquattro (44) diversi gruppi di materiali utilizzabili per le flange a collo da saldare; la maggior parte rientra nelle quattro categorie riportate di seguito, corrispondenti anche a specifiche ASTM. Quando un responsabile degli acquisti ha ordinato un set di flange in acciaio al carbonio ASTM A105 per il sistema di iniezione di ipoclorito di sodio (NaOCl) di un impianto di trattamento delle acque, non si aspettava che la corrosione per vaiolatura iniziasse a causare perdite dopo appena 18 mesi. In presenza di NaOCl, gli ioni cloruro sono aggressivi e hanno attaccato la superficie in acciaio al carbonio sulla faccia della flangia. Per risolvere il problema, le flange originali sono state sostituite con flange in acciaio inossidabile ASTM A182 F316, scelte perché contengono molibdeno (2%-3%), che inibisce la corrosione per vaiolatura negli ambienti con cloruri. Purtroppo, la sostituzione è costata 1/3 del prezzo delle flange originali, oltre a sei giorni di fermo dell’impianto. Consultare la guida alle specifiche del materiale A105 per una descrizione completa dei limiti di composizione chimica dell’acciaio al carbonio e dei requisiti di trattamento termico.

Flangia a collo da saldare o slip-on: matrice decisionale progettuale

La scelta tra una flangia a collo da saldare e una slip-on dipende da tre variabili: gravosità del servizio, durata a fatica del collegamento e rating di pressione. Le flange slip-on sono economiche e semplici da installare, ma presentano svantaggi progettuali secondo i codici ASME.

“Internamente sopportano circa 2/3 della pressione interna e hanno 1/3 della durata a fatica di una flangia a collo da saldare.” Valutazione delle flange slip-on rispetto a quelle a collo da saldare, citata dal commentario alla norma ASME B16.5 in riferimenti tecnici di settore

Consultare la guida completa ai tipi di flangia e visitare la pagina delle flange a collo da saldare di Balingsteel per scoprire altre applicazioni.

Qual è la differenza tra una flangia a collo da saldare e una flangia slip-on?

Una flangia a collo da saldare collega il tubo al recipiente o all’apparecchiatura mediante un’unica saldatura testa a testa a piena penetrazione attraverso il mozzo, con resistenza pari a quella della parete del tubo. Le flange slip-on, invece, si innestano sull’estremità del tubo e sono fissate con due saldature a cordone d’angolo: una sul passaggio interno e una sulla superficie esterna. Sebbene siano in genere meno costose da saldare e più rapide e semplici da installare, durante il funzionamento ciclico i loro collegamenti hanno una durata a fatica pari a circa un terzo di quella delle flange a collo da saldare.

Flange a collo lungo (LWN): applicazioni e dimensioni per attacchi di recipienti

Il collo lungo è una variante della flangia WN standard, con il mozzo notevolmente allungato: di fatto, si tratta di un tronchetto di tubo anziché di una transizione corta. Consente di posizionare la saldatura testa a testa a una distanza prestabilita dal bocchello del serbatoio, dell’apparecchiatura o dello scambiatore di calore, quando non è possibile eseguire la saldatura in un punto accessibile per l’ispezione e la saldatura. Le flange LWN sono necessarie quando la sporgenza del bocchello del recipiente, ovvero il tratto di tubo che sporge dal mantello, è troppo corta per alloggiare un mozzo WN standard garantendo al contempo l’accesso del saldatore e lo spazio necessario per i controlli non distruttivi (NDT). Il collo esteso lascia inoltre spazio allo spessore dell’isolamento nel punto in cui le tubazioni escono dal rivestimento isolante del recipiente. Una flangia WN ridotta è una variante speciale in cui il foro del collo si restringe dal foro sulla faccia della flangia a un tubo di dimensioni inferiori, eliminando la necessità di un raccordo riduttore. Consultare la pagina dei raccordi per saldatura testa a testa per i componenti di collegamento utilizzati alle estremità LWN.

Saldatura e installazione: procedura per saldatura testa a testa, allineamento e checklist NDT

Il codice ASME B31.3 Process Piping si applica all’installazione delle flange a collo da saldare; è supportato dagli standard ingegneristici di numerosi laboratori nazionali del DOE. La sequenza si basa sui requisiti indicati nel LANL Engineering Standards Manual, sezione REF-3, revisione 0 (http://www.lanl.gov/projects/esweb) e nella guida LBL B31.3 Process Piping, revisione 2 (http://eet.lbl.gov/rules), entrambi consultabili pubblicamente sui server dei rispettivi laboratori nazionali. Una squadra di saldatori era in viaggio verso una stazione di compressione del gas naturale in Alberta quando ha ricevuto una segnalazione: le flange a collo da saldare ordinate avevano un foro lavorato per Schedule 40, mentre le tubazioni di mandata del compressore erano Schedule 80. «Il gradino di 6,3 mm nel foro non avrebbe influito sulla pressione nominale statica», spiega un ingegnere di progetto. «Tuttavia, la frequenza di pulsazione del compressore coincideva con la prima frequenza naturale della geometria in corrispondenza del gradino. La nostra analisi ha rilevato che ciò avrebbe ridotto di oltre 50% la vita a fatica a causa della concentrazione delle tensioni». Il ritardo di 3 giorni nel progetto, dovuto all’approvvigionamento di flange con lo schedule del foro corretto, è stato ritenuto preferibile alla mitigazione del problema di pulsazione. Gli ingegneri delle tubazioni con esperienza indicano costantemente la mancata corrispondenza dei fori come il difetto evitabile più frequente e costoso nell’installazione delle flange a collo da saldare. Quando si uniscono flange con diametri interni del foro diversi — situazione frequente nei giunti tra bocchelli dei recipienti e tubazioni, poiché i bocchelli dei recipienti conformi alla Sezione VIII della ASME hanno di solito uno schedule superiore di un’unità rispetto alle tubazioni associate secondo B31.3 — il gradino del foro dovrebbe essere smussato con un rapporto di 3:1 o 4:1 per i collegamenti vicini a pompe, compressori o linee ad alta velocità di flusso. I requisiti NDT dipendono dalla categoria del servizio del fluido secondo la ASME B31.3: Sequenza di serraggio dei bulloni: secondo la ASME B31.3 335.2.2 e le linee guida ASME PCC-1-2019 per l’assemblaggio dei giunti flangiati bullonati in pressione, serrare i bulloni a croce, applicando a ogni passata non più di 1/3 della coppia finale: sono necessarie almeno tre passate (30% 70% 100%). Dopo la prima passata, verificare che le facce delle flange siano ancora parallele prima di procedere. Si consiglia di ripetere il serraggio dopo il primo ciclo di riscaldamento oltre 200F, poiché il rilassamento per scorrimento della guarnizione riduce il carico sui bulloni. Consultare le tabelle delle coppie di serraggio dei prigionieri per i valori della coppia dei bulloni A193 B7 in base al diametro del bullone. Consultare anche la guida alle specifiche dei raccordi per saldatura testa a testa per i componenti di collegamento.

Come saldare una flangia a collo da saldare a un tubo?

Saldare la flangia a collo da saldare al tubo come segue: (1) preparare lo smusso del tubo a 37.5/ASME B16.25 e verificare la corrispondenza dei fori. (2) posizionare la faccia della flangia parallela all’asse del tubo entro 1/16 in./ft., (3) eseguire punti di saldatura nelle posizioni delle ore 12, 3, 6 e 9 (punti da 1-inch), (4) eseguire la passata di radice con GTAW e spurgo posteriore di argon (per spessori della parete 3/16’+). (5) riempire e completare la saldatura secondo la WPS approvata, (6) eseguire gli NDT secondo la categoria di servizio pertinente (se applicabile, vedere sotto), (7) serrare i bulloni a croce in tre passate.

Prospettive del settore: tendenze della domanda di flange a collo da saldare 2025–2035

Fonte: Global Market Insights, marzo 2026. Le flange a collo da saldare rappresentano la principale categoria di prodotto per ricavi, con circa 31% del mercato totale delle flange.

Le flange a collo da saldare costituiscono il principale segmento di prodotto nel mercato mondiale delle flange, sulla scia della domanda generata dai progetti di terminali per l’esportazione di GNL, dagli interventi di ammodernamento delle infrastrutture midstream per petrolio e gas e dall’espansione della rete di gasdotti per l’idrogeno. I progetti di GNL richiedono flange WN di Class 600 e Class 900 in acciaio inossidabile e leghe per servizio criogenico: gli stessi gradi che comportano i tempi di consegna più lunghi da parte degli stabilimenti. L’analisi dei volumi di ricerca online per «weld neck pipe flange» mostra questo andamento della domanda: il volume delle parole chiave è aumentato da circa 50 ricerche mensili a maggio 2025 a oltre 1000 ricerche al mese entro ottobre 2025, indicando un picco nelle ricerche per gli acquisti che ha coinciso con l’annuncio di alcuni progetti di terminali per il GNL a fine 2025. Per gli acquisti ordinari nel 2025-2026: a fine 2025, le flange a collo da saldare di Class 900 e Class 1500 prodotte all’estero, con NPS 8″ e oltre, sono generalmente disponibili con tempi di consegna di 6-12 settimane, ma a causa dei limiti di capacità delle forge e della crescente domanda da parte dei programmi per la transizione energetica. Definire le specifiche di progetto prima del trimestre 2 2026, per garantire prezzi stabili per Class 600+ e stabilità dei programmi di produzione degli stabilimenti, può evitare ritardi sul percorso critico.

Domande frequenti

A cosa serve una flangia per tubi a collo da saldare?

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Le flange per tubi a collo da saldare sono necessarie nelle applicazioni ad alta pressione, alta temperatura e con cicli, quando i giunti saldati o brasati devono avere una struttura priva di concentratori di tensione. Queste condizioni sono tipiche delle attività upstream, midstream e downstream di lavorazione di petrolio e gas, della lavorazione petrolchimica, della generazione di energia (vapore e condensa), dei sistemi LNG e criogenici e degli impianti chimici. In effetti, le flange per tubi a collo da saldare sono l’unico tipo di flangia richiesto dalla ASME B31.3 per servizi con cicli severi, idrogeno e gas acido. Consultare la pagina prodotto delle flange a collo da saldare di Balingsteel per verificare la disponibilità di materiali e dimensioni.

Qual è la differenza tra ASME B16.5 e ASME B16.47?

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La ASME B16.5 disciplina le flange per tubi in acciaio e i raccordi flangiati da NPS ” a NPS 24″: è la norma di riferimento per le flange a collo da saldare nella maggior parte delle applicazioni di tubazioni. Le flange di grande diametro, da NPS 26″ a NPS 60″, sono disciplinate dalla ASME B16.47. La B16.47 è suddivisa nella Serie A (equivalente alla MSS SP-44, generalmente utilizzata in raffinerie e applicazioni di processo) e nella Serie B (equivalente alla API 605, generalmente utilizzata nelle applicazioni per condotte). Specificare sempre la B16.5 per dimensioni NPS 24″ e inferiori.

È possibile usare una flangia a collo da saldare con un raccordo a tasca da saldare?

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No. Una flangia a collo da saldare usa una saldatura testa a testa sul collo smussato; una flangia a tasca da saldare utilizza una saldatura d’angolo all’interno di una sede. Differiscono per geometria del foro, tipo di saldatura e classe di pressione: non sono intercambiabili.

Come si specifica il foro corretto per una flangia a collo da saldare?

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Specificare sia l’NPS sia lo schedule del tubo. Ad esempio: «NPS 4, Schedule 40, foro secondo ASME B16.5». Il produttore lavora il foro in modo che il diametro interno corrisponda allo schedule specificato. Un foro 4″ Sch 40 ha un diametro interno di 4.026″. Un foro 4″ Sch 80 ha un diametro interno di 3.826″. Fornire solo l’NPS senza lo schedule lascia incerto il diametro del foro e comporta una probabilità del 50/50 di ricevere un foro non adatto al tubo installato. Ne conseguono concentrazione delle tensioni nella saldatura, turbolenza del flusso e corrosione interstiziale.

Le flange a collo da saldare sono adatte alle temperature sotto zero?

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Sì, con il materiale giusto. L’acciaio al carbonio ASTM A105 standard è classificato per una temperatura minima di −20°F; al di sotto perde duttilità e diventa suscettibile alla frattura fragile. ASTM A350 LF2 è la qualità di riferimento per i servizi a bassa temperatura: è sottoposta a prova d’impatto Charpy con intaglio a V fino a −50°F ed è standard nei terminali di importazione LNG, nelle tubazioni criogeniche e negli impianti nel Canada settentrionale e in Alaska. Per temperature ancora inferiori, le qualità di acciaio inossidabile ASTM A182 F304 e F316 sono classificate fino a −325°F e sono adatte ai servizi con azoto liquido e ossigeno liquido. Due regole pratiche: (1) qualsiasi progetto con una temperatura minima di progetto inferiore a −20°F richiede automaticamente materiale sottoposto a prova d’impatto secondo la Tabella 323.2.2 della ASME B31.3; (2) prima dell’installazione, verificare che la temperatura della prova d’impatto riportata nel Mill Test Certificate sia pari o inferiore alla temperatura minima di progetto.

Quando è meglio non usare una flangia a collo da saldare?

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Le flange a collo da saldare non sono adatte ai servizi idrici o ausiliari a bassa pressione in Class 150, per i quali sarebbe sufficiente una flangia slip-on meno costosa. Possono essere inadatte in installazioni con spazio limitato, a causa dell’ingombro assiale del mozzo, oppure su linee temporanee sottoposte a manutenzione frequente, dove la saldatura testa a testa dovrebbe essere tagliata e rifatta ogni volta. In queste situazioni, una flangia slip-on o una flangia a tasca da saldare può essere più indicata, a seconda delle condizioni di servizio.

Informazioni su questa guida

Questa guida alle specifiche si basa sui dati dimensionali e sulle classificazioni pressione-temperatura della ASME B16.5 (edizione 2017), sulle norme ASTM per i materiali (A105, A350, A182, A694), sul codice ASME B31.3 Process Piping (inclusi gli aggiornamenti del 2022 alle curve di fatica) e sulle linee guida ASME PCC-1-2019 per l’assemblaggio dei giunti bullonati.

I dati delle tabelle dimensionali sono stati verificati incrociandoli con due fonti di riferimento pubblicate e indipendenti. Le classificazioni pressione-temperatura sono state confermate consultando due database di riferimento del settore. Quando i dati si basano sul consenso ingegneristico o su un’unica fonte, la formulazione ne riflette i limiti. Visitare la guida prodotto di Balingsteel sulle flange a collo da saldare per informazioni aggiornate su prezzi, tempi di consegna e disponibilità di dimensioni personalizzate.

Revisione a cura del team di ingegneria di Balingsteel. Balingsteel produce e fornisce flange a collo da saldare ASME B16.5 in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e leghe per applicazioni nel settore petrolifero e del gas, petrolchimico e della generazione di energia. Visitare la pagina prodotto delle flange a collo da saldare per le specifiche dimensionali, le dimensioni personalizzate e i prezzi per grandi quantità.