Saldatura Tubi Idraulici: Tecniche e Materiali

La saldatura dei tubi è un processo fondamentale in diversi settori industriali, dove la qualità e l'affidabilità delle giunzioni sono essenziali. Questo articolo offre una panoramica dettagliata delle tecniche e dei materiali utilizzati per la saldatura di tubi idraulici, garantendo giunzioni resistenti e durature.

Scopo e Campo di Applicazione

Lo scopo principale è assicurare un livello uniforme di informazione sulle modalità di esecuzione della saldatura. Questo, unito alla necessaria manualità e sensibilità degli operatori, aumenterà la qualità delle prestazioni offerte e la possibilità di eseguire verifiche oggettive attraverso parametri di riferimento che consentano di stabilire l’accettabilità della stessa.

Il campo di applicazione di questa Istruzione Operativa è riferito alla saldatura testa a testa di tubi e/o raccordi in acciaio al carbonio o basso-legati al Manganese, con valore di Carbonio equivalente  0,45 %, con procedimento manuale ad arco elettrico con elettrodi rivestiti, per la costruzione e la manutenzione ordinaria e straordinaria di reti di distribuzione di gas combustibili.

La rete di distribuzione è composta dalle condotte stradali interrate, dagli allacciamenti interrati ed aerei, dalle diramazioni e dalle derivazioni di utenza, dalle colonne montanti interrate ed aeree.

Definizioni Importanti

• Saldatura: Il complesso delle operazioni mediante le quali si realizza la fusione dei lembi e l’introduzione di materiali d’apporto al fine di ottenere la giunzione di due sezioni di tubo, di una sezione di tubo ad un pezzo speciale o di due pezzi speciali.
• Saldatura testa/testa: È il giunto circonferenziale tra le due estremità del tubo.
• Saldatura d’angolo: È il giunto tra la superficie del tubo ed una estremità dell’altro.
• Lembi: Sono le superfici dello smusso interessate alla saldatura.
• Spalla: È la superficie del lembo di saldatura posizionata sul piano ortogonale all’asse della condotta.
• Smusso: Si intende l’angolo che la superficie lavorata del lembo di saldatura descrive con l’asse ortogonale all’asse del tubo e passante per la spalla.
• Passata: È il completo riempimento, con materiale d’apporto dello stesso tipo, della intera circonferenza degli elementi da saldare.

Tipologie di Saldatura e Applicabilità

Il processo di saldatura manuale ad arco elettrico con elettrodi rivestiti deve essere impiegato per la giunzione testa a testa, di elementi di acciaio con diametro esterno compreso fra 26,9 mm (3/4”) e 610 mm (24”) aventi spessore compreso fra 2 e 19 mm.

La saldatura degli innesti a T, per qualsiasi pressione di esercizio e per qualsiasi diametro, deve sempre essere eseguita con processo di saldatura manuale ad arco elettrico con elettrodi rivestiti.

Qualifica dei Saldatori

I saldatori devono essere in possesso di idoneo patentino di saldatura, rilasciato da Ente certificato ed in corso di validità. Le scadenze dei patentini ed il loro rinnovo, sono gestite secondo quanto previsto dall’ IST. 14.

Materiale Base

Nelle tabelle seguenti vengono riepilogati alcuni dati qualitativi a scopo orientativo dei tipi di acciaio normalmente utilizzati per le tubazioni.

Note: Rt = carico unitario minimo al limite di allungamento totale; Rm = carico unitario minimo di rottura.

Materiali d'Apporto

I materiali per l’esecuzione della saldatura vengono acquistati da fornitori qualificati, secondo la procedura PQ. 15.

Gli elettrodi devono essere omologati e devono avere caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche non inferiori e compatibili con quelle del materiale base.

Nel caso di giunzioni di materiali aventi caratteristiche meccaniche differenti tra loro, il materiale d’apporto deve avere caratteristiche meccaniche almeno uguali a quelle del materiale base meno resistente.

E’ ammesso l’uso di elettrodi cellulosici o basici, così classificati:

• UNI 5132-74
  • E 44 T 3 C 1 0 R09 KV0
  • E 52 T 3 C 1 0 R09 KV0
• AWS 5.1. - 91
  • E 6010 (cellulosico)
  • E 7010 (cellulosico)
• • E 44 L 4 B 2 0 R12 KV30
  • E 52 L 4 B 2 0 R12 KV30
• • E 6018 (basico)
  • E 7018 (basico)

In prima passata devono sempre essere utilizzati elettrodi con rivestimento cellulosico.

Il diametro dell’elettrodo deve essere scelto in funzione dello spessore del tubo, della preparazione e della distanza tra i lembi di saldatura.

La scelta deve garantire una buona penetrazione nella prima passata; in funzione del diametro e del tipo di rivestimento dell’elettrodo deve essere impostata l’intensità della corrente di saldatura.

Gli elettrodi devono essere conservati in modo tale da impedire danneggiamenti del rivestimento, l’esposizione alle intemperie e all’umidità, e devono essere mantenuti nelle loro confezioni originali, in modo tale da consentirne l’identificazione.

Non è consentito piegare gli elettrodi, in quanto il rivestimento viene danneggiato.

In particolare, gli elettrodi basici devono essere sottoposti ad un trattamento di essiccazione per due ore nell’apposito forno ad una temperatura di + 380 ÷ 400 °C, successivamente mantenuti alla temperatura di + 150 °C e movimentati in fornetti portatili a circa + 100 °C, fino al loro utilizzo.

Attrezzatura

L’attrezzatura per la saldatura manuale ad arco elettrico con elettrodi rivestiti è di norma, così composta:

• Motosaldatrice con gruppo elettrogeno
• Pinza portaelettrodo e presa per il cavo di ritorno
• Cavi elettrici
• Smerigliatrici orbitali
• Accoppiatori esterni
• Fornetto portatile per il riscaldamento degli elettrodi
• Martellina da saldatore
• Dispositivi di protezione individuali

Le motosaldatrici sono marcate CE e vengono tenute sotto controllo, secondo quanto previsto da IST.

Le principali caratteristiche delle motosaldatrici dovranno di norma essere le seguenti:

• Intensità di corrente nominale massima, così calcolata: I (Ampere) = 40 x diametro massimo dell’elettrodo utilizzato
• Fattore di intermittenza (duty cycle), cioè il tempo effettivo di saldatura, di norma pari al 60 % del tempo totale di funzionamento della motosaldatrice
• Tensione a vuoto non inferiore a 65 - 70 V
• Regolazione automatica della dinamica della corrente di saldatura
• Doppio isolamento dell’alternatore, o messa a terra obbligatoria della motosaldatrice, secondo la norma CEI 64-8
• Pulsante di arresto rapido del motogeneratore
• Livello di rumorosità massimo = 101 Lwa, secondo la direttiva CEE n. 535/536 del 17/9/1984, e relativo D.P.R. 183/87
• Orologio contatore, per effettuare la manutenzione agli intervalli programmati

Modalità Operative di Saldatura

Generalità

Il numero di passate minimo è due. Per spessori > 3,2 mm il numero di passate minimo è tre.

La saldatura, una volta iniziata, deve essere portata a termine.

Tra la prima e la seconda passata deve trascorrere il minor tempo possibile, e tra le passate successive, non devono intercorrere più di cinque minuti.

In caso di neve, pioggia o vento, devono essere predisposti opportuni ripari per i saldatori e le parti da saldare.

Con temperatura ambiente ≤ - 10 °C il lavoro deve essere sospeso.

La distanza minima tra due saldature di testa deve essere pari a 1,5 volte il diametro esterno della condotta. Per condotte di diametro esterno inferiore a 88.9 mm la distanza minima ammessa deve essere pari ad almeno 2 diametri esterni e comunque non deve essere inferiore a 60 mm.

I cambiamenti di direzione, sia sul piano orizzontale che su quello verticale, devono essere ottenuti per mezzo di curve, o loro settori, preformate. In questo caso, la distanza minima tra due saldature, in particolare sul raggio interno della curva, può essere inferiore a quanto sopra prescritto.

Per deviazioni angolari ≤12°, misurati sull’asse longitudinale dei tubi, è ammessa la saldatura delle estremità opportunamente preparate.

Pulizia delle Superfici

Dalle superfici da saldare, sia internamente che esternamente e per una lunghezza di almeno 10 cm dalle estremità, devono essere asportati i residui del rivestimento protettivo, ossidi, bave, scorie metalliche, grasso, vernici e altre impurità utilizzando smerigliatrice o spazzola metallica e solventi.

Non è ammessa la saldatura su superfici umide o bagnate. In tal caso si dovrà procedere all’asciugatura dei lembi mediante riscaldamento con torcia a fiamma dolce.

Controllo e Preparazione dei Lembi

Prima di iniziare la saldatura, deve essere effettuato un esame visivo dei lembi per accertare la loro completa pulizia e l’assenza di difetti. Dovranno essere privi di incisioni, ammaccature, fessurazioni, difetti di laminazione; questi difetti devono essere eliminati mediante molatura o taglio della porzione di tubo danneggiata.

Il taglio deve essere eseguito in modo che il piano contenente la spalla sia perpendicolare all’asse del tubo.

Il taglio deve essere effettuato a freddo mediante tagliatubi a rotelle o attrezzature equivalenti.

Per i tubi non in esercizio, è ammesso il taglio con fiamma ossiacetilenica, purché i lembi vengano successivamente ripristinati con molatura, asportando non meno di 2 mm di materiale base.

I lembi dovranno essere preparati, in funzione del diametro esterno e dello spessore, secondo le tabelle seguenti:

Qualora tra gli elementi da saldare, vi sia lo stesso diametro esterno, ma una differenza di spessore e quindi di diametro interno, è necessario ridurre questa differenza ad un valore minore o uguale a 1,6 mm, mediante molatura interna.

Nel caso, invece, in cui vi sia lo stesso diametro interno, ma una differenza di spessore, è obbligatoria la rastrematura dell’elemento con spessore maggiore, fino a ridurre la differenza a ≤ 1,5 volte lo spessore dell’elemento con spessore minore.

Posizionamento dei Tubi per la Saldatura

I tubi devono essere appoggiati al di fuori dello scavo, su sostegni che non ne danneggino il rivestimento esterno, ad un’altezza minima di 40 cm da terra.

Quando la saldatura avviene all’interno dello scavo, deve essere garantita al saldatore una distanza minima della zona di saldatura dalle pareti dello scavo e dal fondo, tale da consentire una completa accessibilità.

I tubi saldati longitudinalmente devono essere posizionati e accoppiati in modo che le saldature longitudinali siano sfalsate tra loro di un arco di almeno 30°.

Nel caso di curvatura a freddo di tubi saldati longitudinalmente la saldatura dovrà giacere sul piano passante per l’asse neutro della curva.

E’ tollerata l’ovalizzazione delle teste di tubi aventi medesimo diametro e spessore purché lo slivellamento che ne deriva sia inferiore a 1,6 mm, indipendentemente dal diametro del tubo.

L’accoppiamento dei tubi deve avvenire per mezzo di accoppiatore esterno.

Modalità di Esecuzione delle Passate di Riempimento e di Finitura

La seconda passata e quelle successive di riempimento e finitura, devono essere eseguite con elettrodo cellulosico con tecnica ascendente, per la saldatura testa a testa tra tubo e tubo, e tra tubo e raccordi quali curve, tes, riduzioni, ricavati da tubo, di condotte di IV-V-VI-VII Specie; la tecnica discendente è ammessa solo per la saldatura su condotte con De > 114,3 mm e S  4,5 mm, purché il saldatore sia abilitato ad eseguirla.

L’impiego dell’elettrodo con rivestimento basico per la seconda passata e le successive di riempimento e finitura, è sempre richiesto per la saldatura testa a testa di condotte di I-II-III Specie.

Ogni passata di riempimento non deve essere iniziata nello stesso punto in cui ha avuto inizio o fine la passata precedente.

Al termine del riempimento, la superficie esterna della saldatura deve presentarsi ben raccordata alla superficie del tubo, e deve risultare maggiore di circa 2 mm per lato, rispetto alla larghezza originaria del cianfrino.

Il sovrametallo non deve essere eccessivo, e deve rispettare le misure massime indicate nei criteri di accettabilità.

Le dimensioni massime ammissibili per il sovrametallo e per gli eventuali avvallamenti del cordone, rispetto alla superficie esterna dei tubi, sono riportati nei criteri di accettabilità di cui al punto 8.3.

Al termine di ogni passata, la scoria deve essere accuratamente rimossa con strumenti manuali o elettrici.

Il cordone esterno finale deve essere sottoposto a spazzolatura meccanica per rimuovere la scoria depositata.

Raffreddamento del Giunto Saldato

Una volta terminata l’operazione di saldatura, il giunto deve essere lasciato raffreddare naturalmente, in aria calma, senza accelerarne il raffreddamento con alcun mezzo.

In particolare, è assolutamente vietato raffreddarlo con acqua.

A saldatura ultimata, il o i saldatori devono apporre nelle immediate vicinanze del cordone la propria punzonatura di riconoscimento.

Tecniche Esecutive

Le seguenti specifiche sull’esecuzione della saldatura sono redatte sulla base delle indicazioni di cui ai punti precedenti.

Saldatura Manuale ad Arco Elettrico con Elettrodi Rivestiti di Tubazioni di I, II E III Specie.

• Caratteristiche materiale base: tubo in acciaio di qualità, conforme al D.M. 24/11/1984, del tipo : API 5L X 52 o equivalente
• Caratteristiche materiale d’apporto:
  • Elettrodi con rivestimento cellulosico per saldatura di tubi in acciaio per 1a passata:
    • E 44/52 T3C10R09KV0 (UNI 5132)
    • E 6010/E 7010 (AWS 5.1)
  • Elettrodi con rivestimento basico per saldatura di tubi in acciaio per 2a passata e successive.
    • E 52 L4B20R12KV30 (UNI 5132)
    • E 7018-1 (AWS 5.1)
• Preparazione del giunto: Vedi Tabella 3
• Accoppiatore: per qualsiasi De accoppiatore esterno, che può essere rimosso solo dopo l’esecuzione di almeno il 50 % della 1a passata
• Corrente di saldatura: Corrente continua con polarità inversa [ CC (+) ]
• Tecnica di saldatura:
  • 1a passata in ascendente
  • 2a passata e riempimento in ascendente, sempre con elettrodo basico
• Diametro elettrodi: 3,25 mm
• Tempo tra le passate: La 2a passata deve iniziare subito dopo la 1a; le passate successive devono essere distanziate di un tempo massimo di 5 minuti
• Preriscaldo: Come al punto 8.5

Saldatura Manuale ad Arco Elettrico con Elettrodi Rivestiti di Tubo e Raccordi, Valvole e Pezzi Speciali, su Tubazioni di I, II E III Specie.

• Caratteristiche materiale base:
  • tubo in acciaio di qualità, conforme al D.M. 24/11/1984, del tipo : API 5 L X 52 o equivalente.
  • raccordi in acciaio tipo:ASTM A 234 WPB
• Caratteristiche materiale d’apporto:
  • Elettrodi con rivestimento cellulosico per saldatura di tubi in acciaio per 1a passata.
    • E 44/52 T3C10R09KV0 (UNI 5132)
    • E 6010/E 7010 (AWS 5.1)

Saldatura TIG e MIG/MAG

La saldatura TIG è un procedimento di saldatura ad arco utilizzabile per tutti i tubi metallici. È caratterizzata da una torcia sulla quale viene inserito un elettrodo in tungsteno che, protetto dal gas (Ar - Argon - o He - Elio) porta a fusione le parti da saldare. La saldatura a TIG si suddivide a sua volta in saldatura con o senza materiale d’apporto. La differenza sta nel fatto che nel primo caso viene aggiunto del materiale durante la fusione. Questo serve ad aumentare la tenuta della saldatura. Viene solitamente usata per la giunzione di metalli con spessori ridotti (dai 2 ai 5 mm).

Questo tipo di saldatura TIG dei tubi metallici richiede molta precisione dell’operatore.

La saldatura MIG/MAG - la differenza tra MIG e MAG consiste nel gas di protezione utilizzato - è un procedimento a filo continuo che garantisce un’elevata produttività e permette di operare senza scorie.

Tra i vantaggi, la possibilità di ottenere penetrazioni maggiori, equivalente ad un minor numero di “passate” per riempire il giunto, oltre che la facilità da parte dell’operatore di tenere sotto osservazione diretta l’arco controllando a pieno l’esecuzione della saldatura.

Questo procedimento, più veloce rispetto alla saldatura a TIG, permette una grande flessibilità di impiego, tra cui la possibilità di saldare spessori tubolari molto sottili.

Tra i problemi maggiori della saldatura MIG/MAG del tubo c’è in primo luogo il costo della macchina di saldatura, superiore a quello di una macchina per saldatura a TIG. Inoltre è possibile che si generino delle cricche a caldo dovute alla scarsa pulizia dei lembi di metallo da saldare, unite alla presenza di elementi inquinanti.

Saldatura del Rame

Saldare il Rame è arduo se non si conoscono le sue proprietà e le fasi chiave del processo. Il Rame è un metallo dotato di un’elevata conduttività termica. La saldatura ad arco permette di saldare quasi tutte le leghe di Rame e il Rame puro.

Il Rame è un metallo dall’utilizzo millenario, impiegato fin dalla preistoria e ampiamente presente nelle moderne applicazioni ingegneristiche, quali tubature, fili elettrici e dispositivi tecnologici.

• Eccellente per la creazione di leghe: Nelle applicazioni industriali, il Rame si presta bene all’aggiunta di altri metalli che ne migliorano le prestazioni.
• Proprietà antibatteriche: Il Rame presenta notevoli proprietà antimicrobiche, rendendolo particolarmente utile in settori in cui il controllo dei germi è cruciale, come quello sanitario e alimentare.
• Resistente e duraturo: Il Rame e le sue leghe mostrano una notevole resistenza meccanica, resistendo a crepe, usura e tagli.

Metodi di Collegamento dei Tubi

Ogni sistema, indipendentemente dall’edificio, utilizza diversi tubi e raccordi. La loro tenuta dipende molto da una tecnica di collegamento delle tubazioni perfettamente adattata e realizzata. Ci sono molte opzioni a questo proposito.

Per un sistema fisso - noto anche come non staccabile - è impossibile separare e smontare gli elementi collegati senza distruggerli. Le connessioni staccabili permettono di montare e smontare i tubi molte volte senza danneggiarli.

Nei sistemi sanitari, ci sono anche collegamenti diretti e indiretti. I collegamenti indiretti utilizzano raccordi aggiuntivi, ad esempio gomiti e raccordi a T.

I tubi in PP-R sono molto popolari. Sono fatti di materiale plastico chiamato polipropilene - da qui l’abbreviazione PP-R. I tubi di questo tipo sono tipicamente collegati mediante saldatura. Un accoppiatore PP-R è l’elemento di base utilizzato per realizzare le connessioni in questo sistema - permette di unire due tubi tra loro. Se si vuole cambiare il percorso del sistema, un tee PP-R è utile. A volte è necessario collegare tubi di diametro diverso.

Per il collegamento di tubazioni di impianti di riscaldamento centralizzato e di acqua calda sanitaria si utilizzano raccordi filettati o a compressione. Se si usano elementi filettati, basta stringere il dado per collegare il tubo e il raccordo. In questo modo, l’anello di fissaggio viene premuto sul tubo. Se si utilizzano raccordi compressi, è necessario posizionare una speciale pinza di serraggio direttamente sul tubo. Questo metodo di connessione al tubo richiede anche uno speciale pinza di crimpaggio. L’utensile deve essere messo sulla pinza e il compressore viene acceso.

I sistemi di tubi in PE utilizzano due metodi di connessione. La saldatura è uno di questi - comporta il riscaldamento dei tubi, che li rende malleabili. Dopo di che è necessario collegare i tubi in PE pressandoli insieme. Un altro metodo di giunzione dei tubi in PE consiste nell’utilizzare raccordi - anch’essi in polietilene.

La tecnica di connessione dei tubi di rame è molto diversa dagli altri metodi. L’elemento cruciale in questo caso è il processo di saldatura. Si possono usare raccordi a compressione, saldarli o utilizzare elementi filettati.

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