Tipi di saldatura utilizzati nei recipienti a pressione

I recipienti a pressione sono in uso fin dagli albori della rivoluzione industriale. Possono essere utilizzati per immagazzinare un volume di prodotti maggiore di quanto sarebbe possibile a pressione atmosferica normale e, poiché la pressurizzazione abbassa i punti di ebollizione, i recipienti a pressione possono essere utilizzati anche per processare—cuocere i prodotti più rapidamente o con un costo energetico inferiore rispetto a quanto sarebbe possibile altrimenti. Vengono utilizzati nell'industria alimentare, farmaceutica e chimica e nell'energia nucleare, sia per generare alimentazione che per immagazzinare liquidi e gas.

Con una gamma di applicazioni così diversificata, i tipi di recipienti a pressione utilizzati e i tipi di saldatura impiegati nei recipienti a pressione sono incredibilmente diversi. La caratteristica principale dei recipienti a pressione è che immagazzinano grandi quantità di energia potenziale. Un difetto o un punto debole in un recipiente può causarne il cedimento e il rilascio di tutta la sua energia in un'esplosione. Di conseguenza, è importante che le saldature dei recipienti a pressione siano affidabili e prive di difetti. Il tipo di saldatura utilizzato per creare un recipiente a pressione sarà determinato dallo scopo per cui è stato realizzato.

Considerazioni per la saldatura di recipienti a pressione

L'aspetto principale da considerare quando si saldano recipienti a pressione è il contenimento del contenuto pressurizzato. Esiste una lunga storia di recipienti a pressione mal costruiti o mal manutenuti che hanno subito una perdita di contenimento e una conseguente esplosione.

Si ritiene comunemente che le esplosioni dei recipienti a pressione siano un problema risalente al primo periodo industriale, ma si verificano ancora regolarmente. Oltre ad altri disastri, il 2020 ha visto finora un'esplosione in una cartiera e un'esplosione mortale durante il collaudo di un'attrezzatura per guacamole ad alta pressione. Questi incidenti sottolineano chiaramente l'importanza di una saldatura di qualità.

Tra gli incidenti sopra menzionati, è probabile che la macchina per il guacamole sia stata costruita seguendo requisiti più rigorosi. Sarebbe stato progettato e costruito per mantenere il cibo al suo interno libero da contaminanti industriali e per contenere le pressioni. Ciò avrebbe limitato i processi di saldatura utilizzabili a quelli le cui saldature finali possono soddisfare i requisiti sanitari per gli alimenti. L'industria biofarmaceutica e quella dei semiconduttori hanno requisiti di pulizia simili che limitano i tipi di saldatura utilizzati nei recipienti a pressione costruiti per tali settori.

I tipi di saldatura utilizzati nei recipienti a pressione

I recipienti a pressione sono quasi sempre sferici o cilindrici, poiché questa forma non presenta angoli che potrebbero formare punti di stress nella struttura. Per contenere prodotti ad alta pressione, i recipienti a pressione sono quasi sempre costruiti utilizzando metallo spesso 3 millimetri (circa ⅛ di pollice) o più.

I bordi delle piastre utilizzate per costruire un recipiente a pressione vengono solitamente lavorati per creare uno smusso angolato che consente alla passata di radice della saldatura di penetrare completamente attraverso il giunto. Quando due piastre componenti sono posizionate una accanto all'altra, formeranno una profonda scanalatura a forma di V o di U. Una volta che la passata di radice collega le due piastre, le passate successive riempiranno questa scanalatura con il metallo, dando vita a una distesa liscia e continua di metallo uniforme o quasi uniforme. Si tratta di un processo di saldatura molto simile a quello utilizzato nella saldatura di tubi di grande diametro e nella saldatura di scanalature strette. La familiarità con questi due tipi di saldatura può dare alle saldatrici e ai supervisori di saldatura una buona idea su come saldare i recipienti a pressione.

Per saldare i giunti dei recipienti a pressione vengono utilizzati i seguenti tipi di saldatura:

• Saldatura ad arco con metallo schermato (SMAW): questo processo di saldatura utilizza un elettrodo consumabile rivestito di flussi. Questa è spesso considerata la forma predefinita di saldatura ad arco. È altamente portatile, l'attrezzatura è poco costosa e ampiamente disponibile. Tuttavia, richiede un elevato grado di competenza e la qualità delle saldature risultanti dipende dall'abilità del saldatore.
• Saldatura ad arco con anima di Flussi (FCAW): questo metodo utilizza un'unità elettrodo alimentata a filo consumabile con un'anima di Flussi. È simile alla saldatura SMAW nella formazione della saldatura, ma, grazie all'alimentazione continua del filo, richiede meno abilità per essere utilizzata.
• Saldatura ad arco con gas metallico (GMAW): la GMAW prevede la saldatura mediante un'unità elettrodo alimentata a filo continuo e gas di protezione inerte. È uno dei processi di saldatura più semplici da eseguire e consente di ottenere saldature più pulite rispetto ai processi SMAW o FCAW. Tuttavia, è noto che presenta errori di fusione imprevedibili che non si verificano con i processi sopra descritti.
• Saldatura ad arco con gas di tungsteno (GTAW): questo metodo utilizza un'Unità elettrodo di tungsteno e un gas di protezione inerte. Produce saldature molto pulite con un'eccellente fusione e penetrazione, ma è un processo lento e difficile da padroneggiare. Ciò rende difficile riempire il volume necessario per eseguire una saldatura in un recipiente a pressione.
• Saldatura ad arco sommerso (SAW): nella SAW, la saldatura viene immersa nei Flussi per proteggerla dall'ossigeno e dagli altri gas presenti nell'atmosfera. Si tratta di un processo di saldatura pulito con un elevato tasso di deposizione; tuttavia, non è un processo portatile e pronto per l'uso sul campo.

Tra i tipi di saldatura utilizzati nei recipienti a pressione, quello scelto per un progetto specifico deve soddisfare le esigenze del prodotto che il recipiente a pressione immagazzinerà o produrrà e la pressione a cui il prodotto verrà mantenuto. Nell'industria petrolifera, i recipienti a pressione vengono mantenuti a una pressione relativamente bassa e, sebbene la corrosione possa rappresentare un problema, le considerazioni sanitarie non lo sono. Di conseguenza, vengono spesso utilizzati processi più rapidi e più convenienti come SMAW e FCAW.

Nei progetti con specifiche più elevate e pressioni più elevate, è più probabile che vengano utilizzati processi di saldatura che garantiscono risultati più costanti, come GMAW o SMAW. Nei settori in cui sia la pressione che l'igiene sono un problema importante, è molto probabile che la passata di radice, che sarà a contatto con il prodotto, venga saldata utilizzando la tecnica GTAW, poiché garantisce una saldatura molto più pulita e liscia rispetto a qualsiasi altro tipo di saldatura. Tuttavia, data la quantità di saldature richieste da un recipiente a pressione, è probabile che questa operazione richieda molto tempo se eseguita manualmente. I processi di saldatura meccanizzata, come la saldatura orbitale, possono contribuire ad aumentare la velocità della saldatura GTAW utilizzata nei recipienti a pressione.

Utilizzo della saldatura orbitale per saldare recipienti a pressione

La saldatura orbitale è stata sviluppata per rispondere all'esigenza di realizzare saldature di alta qualità su tubi idraulici e aeronautici destinati a progetti aerospaziali. La natura cilindrica di queste saldature rappresentava una sfida per le saldatrici manuali e le variazioni di pressione dovute al cambio di altitudine degli aerei tendevano a causare perdite. La saldatura GTAW orbitale ha prodotto con successo saldature di alta qualità che hanno mantenuto l'integrità nonostante questi intensi cambiamenti di pressione. Da allora è stato utilizzato per realizzare saldature di qualità altrettanto elevata in tubazioni di processo e recipienti a pressione per l'industria petrolifera, biofarmaceutica, dei semiconduttori e altre ancora.

La saldatura orbitale è solo uno dei tanti tipi di saldatura utilizzati nei recipienti a pressione, ma è di gran lunga la scelta migliore per la saldatura di recipienti a pressione con elevati requisiti di pulizia e resistenza. L'industria biofarmaceutica e quella dei semiconduttori forniscono due esempi di applicazioni che potrebbero trarre vantaggio dalla coerenza e dall'igiene della saldatura orbitale. Poiché i requisiti per la fabbricazione dei prodotti diventano più rigorosi e gli enti pubblici e di regolamentazione diventano sempre meno tolleranti nei confronti degli incidenti, il valore della saldatura orbitale GTAW nella costruzione di recipienti a pressione non potrà che crescere.

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