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La tecnologia laser additiva che allunga a vita dei sensori

Una tecnica di manifattura additiva denominata DMD (Deposizione Diretta di Metallo) e sviluppata dalla tedesca O.R. Lasertechnologie garantisce una protezione affidabile dei sensori, grazie all’impiego di una lega dura. Tutto ciò prolunga in maniera significativa la durata dei sensori, come avviene ad esempio nel settore delle tubazioni oil&gas.

di Sara Rota

Novembre-Dicembre 2016

I sensori industriali sono dei componenti molto sensibili. Sono utilizzati per monitorare in maniera precisa e affidabile temperature, tassi di flusso e pressione su lunghi periodi, come ad esempio nel settore delle tubazioni oil&gas. Durante il loro utilizzo, vengono sottoposti a sollecitazioni estreme. Ogni giorno, circa un milione di barili di greggio (o 160.000 m3) passano attraverso tubazioni del diametro di 1 m, che equivale a un flusso di circa 1.850 litri al secondo. I gasdotti onshore hanno una pressione interna estremamente alta di 100 bar, mentre per i gasdotti offshore si parla addirittura di 200 bar o più. I sensori usati per monitorare questo passaggio di flusso sono soggetti a una considerevole usura, dovuta ai processi di corrosione e abrasione. Questo accorcia le loro vite e rende necessarie delle riparazioni molto costose. Grazie all’innovativo ugello per polvere sviluppato da OR LASER, azienda parte di O.R. Lasertechnologie GmbH, la tecnologia di rivestimento laser con polvere (conosciuta anche con l’acronimo DMD) può essere utilizzata per prolungare di parecchio l’aspettativa di vita di questi sensori. Il sistema di saldatura laser compatto EVO Mobile è in grado di applicare i rivestimenti anti-corrosione ma anche di eseguire riparazioni o modifiche. Utilizza una potenza laser relativamente bassa che parte da 200 watt, anche se il suo elevato tasso di deposito - che arriva fino a 5.000 mm3/h - lo rende ideale per una vasta gamma di applicazioni.

Il laser fonde la superficie del sensore solo in minima parte e su pochi punti
Per proteggere in modo duraturo un sensore dall’usura bisognerebbe rivestirlo di Stellite, ma le leghe a base di cromo-cobalto conosciute con questo nome sono molto difficili da lavorare. L’approccio convenzionale consiste dunque nell’applicare degli strati compositi con uno spessore totale di diversi millimetri. Tuttavia, l’intenso calore generato durante il processo finisce per mescolare il rivestimento in Stellite con il materiale del sensore. Ciò significa che, utilizzando il metodo convenzionale, si accorcia di molto l’aspettativa di vita del sensore. Al contrario del metodo convenzionale, il laser fonde la superficie del sensore solo in minima parte, e solo su pochi punti. La polvere metallica, con granulometrie da 45 a 90 μm, viene introdotta nel campo d’azione del raggio laser in maniera coassiale e si fonde permanentemente con la superficie dell’oggetto. Fra i numerosi vantaggi di questo approccio segnaliamo una deposizione precisa del materiale, una penetrazione del calore molto bassa e un rivestimento senza alterazioni e crepe. Inoltre l’impostazione coassiale permette al materiale di essere depositato indipendentemente dalla direzione del rivestimento, così che il pezzo in lavorazione possa essere liberamente ruotato in ogni direzione e, se necessario, essere visualizzato in tre dimensioni. I parametri laser possono essere regolati velocemente e in maniera dinamica a seconda del mutamento delle condizioni.

Una superficie come nuova, pulita, libera da pori o crepe
Nell’ottica di prevenire l’ossidazione e la formazione di bollicine, la procedura viene effettuata in un’atmosfera protettiva di argo, un gas nobile. Il risultato è una superficie come nuova, pulita, libera da pori o crepe e con un livello di qualità che si avvicina molto ai contorni finali richiesti. Il sensore non è quasi influenzato da questa tecnica che è poco invasiva, ma la sua resistenza all’usura è meritevole di nota. Per un anno, il team del dipartimento R&D di OR LASER ha collaborato con il Fraunhofer Institute per sviluppare un ugello per polvere efficiente e facile da installare, con un’alta ripetitività e adatto ai processi automatici. “Siamo molto orgogliosi di aver trovato la maniera di aumentare la vita di questi sensori grazie alla nostra tecnica laser additiva, che ci ha permesso di incrementare l’affidabilità delle tubazioni oil&gas”, ha commentato Markus Wolf, capo del dipartimento R&D di OR LASER.OR LASER non si occupa però solo dello sviluppo di sistemi di saldatura e di rivestimento laser, ma realizza anche soluzioni destinate al loro controllo. La gamma di produzione comprende, ad esempio, la suite del CAD/CAM ORLAS  con cui è possibile programmare la strategia di rivestimento ottimale anche in presenza di geometrie molto complesse. Per il serraggio del pezzo in lavorazione, è disponibile un albero rotante che permette di svolgere anche lavorazioni a CNC a cinque assi. In questo modo, è possibile sfruttare appieno le potenzialità offerte dalla manifattura additiva.

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