I tubi senza saldatura (seamless) per le applicazioni più esigenti di pressione e temperatura vengono prodotti con il processo di perforazione a laminazione trasversale, sviluppato da Reinhard e Max Mannesmann nel 1885 in Germania. Comprendere il processo di produzione aiuta gli ingegneri a valutare correttamente le differenze di prestazione rispetto ai tubi saldati e a specificare la tipologia corretta per ogni applicazione.
Il Processo di Perforazione Mannesmann
Il processo inizia da un billette cilindrico massiccio. Fasi principali:
- Riscaldo: il billette viene portato alla temperatura di austenitizzazione (acciaio al carbonio: ≈1200÷1260°C), rendendolo plastico
- Laminazione trasversale: il billette entra in un laminatoio con rulli disposti inclinati rispetto all'asse del billette (angolo ≈3÷6°). L'inclinazione dei rulli imprime al billette simultaneamente una rotazione attorno al proprio asse e un moto di avanzamento assiale (moto elicoidale)
- Perforazione (Effetto Mannesmann): la combinazione di compressione circumferenziale e trazione assiale genera nell'asse del billette uno stato biassiale di trazione che provoca la formazione spontanea di una cavità assiale. Un mandrino (tappo di perforazione) allineato sull'asse amplia e sagoma questa cavità formando il guscio tubolare grezzo
- Laminazione di finitura: il guscio grezzo viene laminato su una serie di laminatoi (Elongator, Sizer) per ottenere lo spessore di parete e il diametro finale con la tolleranza richiesta
- Trattamento termico e finitura: normalizzazione, bonifica, raddrizzatura, taglio delle estremità, trattamento dei bordi e ispezione superficiale
Effetto Mannesmann — Spiegazione Metallurgica
Il meccanismo che genera la cavità assiale nella laminazione trasversale dipende dallo stato tensionale biassiale nell'asse del billette. Nella laminazione trasversale la zona assiale del billette è soggetta a compressione circumferenziale dei rulli (che comprime perifericamente il billette) e contemporaneamente a trazione assiale generata dal moto elicoidale. La combinazione genera nell'asse una trazione biassiale (radiale + assiale) che produce lo scorrimento plastico prima dello yielding assiale, favorendo la nucleazione della cavità. Il tappo di perforazione trasforma questa cavità spontanea in un foro calibrato.
Differenze tra Tubo Senza Saldatura e Tubo Saldato
I tubi saldati hanno una saldatura longitudinale (ERW — Electric Resistance Welding o LSAW — Longitudinal Submerged Arc Welding) che genera: una zona termicamente alterata (HAZ) con microstruttura diversa dal metallo base; tensioni residue nella saldatura; possibile presenza di difetti microscopici nella saldatura (inclusioni, microporosità). ASME B31.3 riflette queste differenze tramite il coefficiente E di qualità della giunzione saldata:
| Tipo di tubo | E (qualità giunz.) | Impatto su spessore parete |
|---|---|---|
| Senza saldatura (Seamless) | 1,0 | Spessore minimo |
| ERW saldato (Electric Resistance Welding) | 0,85 | +18% rispetto al seamless |
| Forgiato (Furnace Butt Welded) | 0,60 | +67% rispetto al seamless |
Quando Specificare Obbligatoriamente il Tubo Senza Saldatura
- Tubazioni vapore ad alta pressione (ASME B31.1): oltre certi limiti di pressione, il codice richiede tubi senza saldatura con ispezione volumetrica 100%
- Servizio gas acido H₂S (NACE MR0175): la zona HAZ della saldatura ERW è più sensibile allo SSCC (Sulfide Stress Corrosion Cracking) rispetto al metallo base — NACE MR0175 richiede tubi senza saldatura
- Servizi con carichi ciclici critici (fatica): la saldatura è un sito preferenziale per l'innesco di cricche a fatica
- Nucleare Q-Level: i tubi di processo di qualità nucleare richiedono quasi sempre tubi senza saldatura
- Servizi criogenici (<−46°C): i requisiti di tenacità a frattura molto elevati favoriscono il tubo senza saldatura con microstruttura omogenea
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