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Tuesday, 22 Agosto 2017

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Tecnologie innovative per produrre tubi saldati longitudinalmente

1. Formatura ibrida Rosendahl per applicazioni su lamiere sottili. / Rosendahl hybrid  forming for applications on thin sheets. 1. Formatura ibrida Rosendahl per applicazioni su lamiere sottili. / Rosendahl hybrid forming for applications on thin sheets.
Rosendahl Metal Tube costruisce impianti completi per la produzione di tubi saldati longitudinalmente, lisci o corrugati con diametri fra 6 e 1.024 mm e spessori parete da 0,1 fino a 20 mm. Ogni impianto viene determinato individualmente in base al campo di applicazione del prodotto finito e viene impiegato per il settore energetico, per l’industria solare, chimica, alimentare e anche automobilistica. Gli impianti Rosendahl lavorano acciai inox altolegati, leghe su base nichel, titanio, alluminio e relative leghe per la produzione di tubi con esigenze di massima precisione e resistenza alla corrosione.

di Fabrizio Garnero
Marzo Aprile 2012

Grazie al significativo know how tecnologico, Rosendahl è in grado di fornire macchine per un’ampia gamma di prodotti che spazia dai tubi a parete sottile fino ai tubi di qualità a forte spessore con diametri fino a 1.024 mm. Fanno inoltre parte dell’offerta di Rosendahl soluzioni chiavi in mano che ricoprono le fasi di processo quali preparazione nastro, formatura tubo, saldatura longitudinale, calibrazione tubo, corrugazione, lavorazione in continuo della saldatura e trattamento termico. In particolare sono da sottolineare le aree periferiche della gamma dei tubi saldati, in cui la tecnologia Rosendahl Metal Tubes ha caratteristiche uniche.
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Impianti di formatura per tubi a parete sottile
Nella definizione relativa al rapporto fra diametri e spessori parete dei tubi risultano due gamme di prodotto, impianti per tubi a parete sottile e linee e sistemi per tubi a forte spessore. Nel primo caso, quindi nella produzione di tubi a parete sottile (spessore parete inferiore a 0,2 mm e rapporto fra diametro e spessore superiore a 80 - per esempio D25,4 x 0,2 mm) l’esigenza principale è rappresentata dalla precisione della formatura, mentre le forze di formatura non hanno un’influenza determinante.
Una scarsa precisione si traduce innanzitutto in una deviazione dell’interstizio di saldatura. Uno scostamento dei lembi del nastro o una variazione periodica dell’interstizio di saldatura portano a una riduzione della qualità della saldatura e a una scarsa stabilità del processo. In particolare, nell’utilizzo di saldature al plasma o laser (entrambe mostrano una sorgente di energia fortemente focalizzata) un forte movimento dell’interstizio ha ripercussioni negative. L’obiettivo in questa gamma è di mantenere la variazione dell’interstizio di saldatura (larghezza interstizio, scostamento lembi) inferiore al 10% dello spessore del nastro. Questo significa 0,05 mm su 0,5 mm di spessore nastro, il che influisce notevolmente sulla scelta delle attrezzature e della macchina di formatura. Con attrezzature (rulli di formatura) tradizionali rotanti motorizzate non è possibile ottenere una precisione di questo tipo a causa della catena di tolleranze. Lo stesso vale per i concetti di formatura a rulli o a cono tradizionali, in quanto in questo caso entrano in gioco tolleranze aggiuntive sull‘interfaccia “attrezzatura-macchina”. Il concetto di formatura ibrida Rosendahl, come rappresentato in Figura 1, soddisfa questa esigenza grazie a una combinazione di utensili fissi e mobili, a forma di rullo. Le esigenze sono in questo caso di garantire una formatura sufficientemente precisa dei lembi del nastro con rulli e di ottenere nella zona dei successivi utensili statici condizioni di attrito favorevoli. Nei settori con velocità elevate e relativo movimento di scorrimento vengono impiegati rulli (in tutti gli altri settori vengono utilizzate filiere di formatura e ganasce). Particolare attenzione va posta all’accoppiamento dei materiali e alle condizioni di attrito per poter realizzare una formatura senza lubrificazione.

Impianti per tubi a forte spessore
Parlando invece di impianti per tubi a forte spessore (spessore parete 0,5 - 3 mm e rapporto fra diametro e spessore inferiore a 8 - per esempio D10 x 2 mm), occorre dire che il limite dei sistemi di formatura a rulli esistenti in riferimento a rapporti diametro-spessore parete piccoli è fra 7 e 8. Nel caso di valori inferiori si verifica una poligonalità molto accentuata del contorno interno del tubo. Specialmente nel caso di tubi nella gamma di diametro fino a 10 mm, che vengono lavorati con ulteriori passaggi di formatura (per esempio trafilatura), questo si evidenzia in modo ancora superiore. Oltre che dal processo di formatura a rulli, come rappresentato in Figura 2, il contorno interno per tubi a forte spessore con diametro piccolo viene determinato principalmente dalla forma della saldatura. Quali procedimenti di saldatura economicamente efficienti, determinati in funzione dei materiali, vengono impiegati TIG, plasma e laser. Un focus particolare è dato, in questo caso, dallo sviluppo della saldatura TIG e Plasma. Special-mente nella gamma di rapporti diametro-spessore piccoli (<8) grazie alla tecnologia TIG-Puls impiegata da Rosendahl si può ottenere una qualità del prodotto elevata unitamente a un aumento della velocità.
Confrontando la saldatura TIG a impulsi con il funzionamento a corrente costante della saldatura WIG si ha una finestra di processo molto piccola fra il calore apportato al pezzo e quello asportato. Questo squilibrio viene utilizzato per generare il bagno di materiale fuso. La più piccola variazione di corrente di saldatura, dovuta a una variazione della geometria dell’interstizio di saldatura o all’accumulo di calore nel pezzo, porta a una forte variazione dell’estensione del bagno di materiale fuso. Quando viene utilizzata corrente continua pulsante per generare l’arco luce nella saldatura WIG, questa viene chiamata tecnologia TIG-Puls. Il principale vantaggio di questo procedimento è dato dal fatto che entro l’intervallo di tempo fra due impulsi di corrente il bagno di materiale fuso può solidificarsi più facilmente. Il sistema di saldatura TIG-Puls Rosendahl può ricoprire una gamma di frequenza fino a 12 kHz. Questo funzionamento a impulsi a elevata frequenza offre da un lato il vantaggio di stabilizzare l’arco luce e dall’altro lato di influenzare in maniera positiva la solidificazione del bagno di materiale fuso, il che porta a una struttura della saldatura con granuli più fini. In questo modo, grazie all’impiego della saldatura TIG-Puls Rosendahl è possibile non solo aumentare la velocità di produzione mantenendo uguale la qualità del prodotto, bensì anche migliorare la stabilità del processo. Grazie al miglior controllo del bagno di materiale fuso si possono migliorare la forma e il passaggio della radice della saldatura verso il materiale base. Nel caso di tubi saldati longitudinalmente con un diametro esterno inferiore a 15 mm non vi è alcuna possibilità di asportare o calandrare la radice della saldatura all’interno del tubo nell’ambito del processo di produzione, il che comporta la determinazione diretta del rialzo della saldatura ammissibile derivante dal processo di saldatura. Rialzi della radice inferiori a 0,1 mm non possono essere mantenuti con procedimenti di saldatura tradizionali senza una successiva lavorazione. La Figura 3 mostra che nella saldatura TIG con corrente continua si forma una radice molto piatta, quasi leggermente rientrante, con un passaggio poco omogeneo verso il materiale base. In casi estremi si può giungere addirittura alla forte formazione di restringimenti sul passaggio fra radice della saldatura e materiale base, il che si ripercuote in modo negativo in particolare riguardo a un successivo processo di trafilatura del tubo. L’impiego della saldatura TIG-Puls Rosendahl porta a un passaggio sensibilmente più omogeneo fra saldatura e materiale base, senza dover accettare un appiattimento della radice della saldatura come rappresentato nella Figura 4.


Innovative technologies for making lengthwise welded tubes
Rosendahl Metal Tube builds complete systems for the production of lengthwise welded tubes, either smooth or wrinkled, with diameter ranged between 6 and 1.024 mm and wall thickness between 0,1 to 20 mm. Each system is determined individually according to the application field of the finished product and the system itself used in the energetic field and the solar, chemical, food and automotive industry. Rosendahl systems process high alloy inox steel, nickel-based alloys, titanium, aluminium and related alloys for the production of tubes needing the highest precision and high resistance to corrosion.


Thanks to its relevant technological know-how, Rosendahl produces machines for a wide range of products, from thin-walled tubes to high-thickness quality tubes with diameter up to 1.024 mm. The offer by Rosendahl also includes turnkey solutions regarding some of the process stages, like tape preparation, tube forming, lengthwise welding, tube calibration, corrugation, continued welding processing and thermal treatment. The peripheral areas of the welded tube range, where Rosendahl technology has got unique features, are remarkable.

Forming plants for thin-walled tubes
The definition of the proportion between diameter and wall thickness of the tubes brings to a double range of products: plants for thin-walled tubes and systems for high-thickness tubes. In the first case (wall thickness lower than 0,2 mm and proportion between diameter and thickness higher than 80 - for example D25,4 x 0,2 mm) the main requirement is the precision of the forming, whilst the forming forces don’t play a relevant role. Then, low precision brings to a deflection in the welding interstice. A shift of the tape corners or a recurrent variation of the welding interstice bring to the reduction of the welding quality and lower the stability of the process. In particular, in the use of plasma or laser welding (both having a highly focused source of energy) the strong movement of the interstice has got negative consequences. In this range, the goal is to keep the variation of the welding interstice (interstice width, corners shift) lower than 10% of the tape thickness. It means 0,05 mm on 0,5 mm tape thickness, considerably affecting the choice of both the equipment and the forming machine. With traditional rotating motorized equipment (forming rollers), it’s not possible to get such a precision because of the tolerance chain. It’s exactly the same for the traditional ideas of roll or cone forming, because of the additional tolerances on the interface between equipment and machine. The idea of hybrid forming by Rosendahl, as shown in Figure 1, meets this requirement thanks to a combination of fixed and movable roller-shaped tools. They aim to ensure a precise forming of the tape corners with rollers and to obtain favourable friction conditions in the area of the following fixed tools. Rollers are used in the fields with high speed and relating running movement (in the other fields forming dies and jaws are used). A great attention has to be paid to the coupling of the materials and to the friction conditions in order to be able to make a forming without lubrication.

Plants for high-thickness tubes
Talking about plants for high-thickness tubes (wall thickness 0,5 – 3 mm and proportion between diameter and thickness lower than 8 – for example D10 x 2 mm), the limit of the already existing forming systems with rollers, in reference to small diameter-wall thickness proportion, is ranged between 7 and 8. In case of lower values, the inner outline of the tube has got a remarkable polygonality. Especially in case of tubes with a diameter range up to 10 mm, processed with further forming steps (for example wire drawing), this is even more evident. Besides the roll-forming process, as shown in Figure 2, the inner outline for high-thickness tubes with a small diameter is mainly determined by the shape of the welding. TIG, plasma and laser are used as efficient welding processes, determined according to the materials. The focus is on the development of both TIG and plasma welding. Particularly in the range of small diameter-thickness proportions (<8), thanks to the TIG-Puls technology used by Rosendahl, it’s possible to have a product with high quality at higher speed. Comparing TIG pulsed welding to the stable current functioning of WIG welding, the process window between the heat brought to the workpiece and the heat removed is much smaller. Such an imbalance is used to cause the bath of melted material. The smallest variation of welding current, due either to the variation of the geometry in the welding interstice or to the accumulation of heat in the workpiece, brings to a strong change in the extension of the melted material bath. When pulsed continuous current is used to generate the arc in WIG welding, this is called TIG-Puls technology. The main advantage of this process consists on the easier consolidation of the melted material bath by the pause between two current pulses.
The welding system TIG-Puls by Rosendahl can cover a frequency range up to 12 kHz. This pulsed functioning with high frequency gives on one hand the possibility to make the arc stable and, on the other hand, the advantage to positively affect the solidification of the melted material bath, which brings to a welding structure with thinner grains. Thanks to the use of TIG-Puls welding by Rosendahl is then possible not only to increase production speed, keeping the quality of the product, but also improve the stability of the process. A better control of the melted material bath enables to improve both the shape and the passage of the welding root towards the basic material. With lengthwise welded tubes with external diameter lower than 15 mm there is no possibility to remove or calender the welding root inside the tube within the production process. It brings to the direct determination of the admissible welding rise coming from the welding process. Rises of the root lower than 0,1 mm cannot be kept with traditional welding processes and without following manufacturing. As shown in Figure 3, TIG welding with continuous current casts a very flat root, even slightly sunken, with a not very homogeneous passage towards the basic material. In special cases, constrictions may form along the passage between welding root and basic material, with a negative rebound on the following wire drawing process. The use of TIG-Puls welding by Rosendahl brings to a much more homogeneous shift between welding and basic material, without having to accept a flattening of the welding root, as shown in Figure 4.

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