TUBI E PROFILI CAVI PER IMPIEGHI STRUTTURALI Norme e processi produttivi. Ing. Roberto Ferrari, Marcegaglia

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1 TUBI E PROFILI CAVI PER IMPIEGHI STRUTTURALI Norme e processi produttivi Ing. Roberto Ferrari, Marcegaglia

2 LA PRIMA TRASFORMAZIONE acciaio inossidabile acciaio al carbonio MINERALE COKERIA ROTTAMI FERROSI ALTOFORNO CONVERTITORE AD OSSIGENO FORNO ELETTRICO SEPARAZIONE MAGNETICA RIFIUTI AFFINAZIONE COLATA CONTINUA LAMINAZIONE A CALDO TRASFORMAZIONE A FREDDO APPLICAZIONI 2

3 Profili cavi e tubi in acciaio trovano importanti applicazioni nel settore delle costruzioni metalliche oltre che in diverse industrie meccaniche e di costruzioni quali il settore automobilistico, quello dei mobili metallici e molti altri. 44% 23% 33% 3

4 PROCEDIMENTI DI FABBRICAZIONE SECONDO IL DETTATO DELLA NORMA UNI EN (DEFINIZIONE DEI PRODOTTI DI ACCIAIO) Tubi senza saldatura Tubi fabbricati mediante foratura di un prodotto pieno (lingotto, biletta o barre) da cui si ottiene uno sbozzato. Tale sbozzato viene quindi trasformato in tubo mediante laminazione, estrusione o trafilatura su mandrino. Questa operazione può concludersi con una riduzione della sezione mediante laminazione o trafilatura, a caldo o freddo. 4

5 Tubi senza saldatura I tubi possono altresì essere fabbricati mediante colata centrifuga. Siviera IL METALLO LIQUIDO, INTRODOTTO MEDIANTE IL CANALE, SI DISTRIBUISCE PER FORZA CENTRIFUGA SULLA PARTE DELLA CONCHIGLIA IN ROTAZIONE. Motore Conchiglia Canale di colata 5

6 Tubi saldati Tubi fabbricati mediante formatura su profilo circolare di un prodotto piano laminato a caldo o a freddo, i cui bordi vengono quindi saldati. Le saldature possono essere longitudinali o elicoidali. 6

7 Tubi saldati Fabbricazione dei tubi saldati formati a freddo Si utilizza un nastro laminato a freddo o a caldo (si può prevedere un decapaggio preliminare) per la formatura a freddo in profilo a sezione circolare, che viene successivamente saldato in senso longitudinale. 7

8 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a freddo - Saldatura per resistenza elettrica (ERW) - Saldatura per induzione 8

9 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a freddo - Saldatura con protezione di gas neutro ed elettrodi in fusibili (TIG) 9

10 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a freddo - Saldatura ad arco sommerso sotto flusso in polvere 10

11 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a freddo Il tubo tondo cosi ottenuto può subire in seguito delle operazioni di finitura e controllo in linea: raschiatura ed eliminazione del cordone di saldatura esterno (ERW) e interno (scordonatura) trattamento termico della saldatura controllo non distruttivo (ultrasuoni, a correnti indotte, Rotomat) intestatura raddrizzatura e taglio a lunghezza altre 11

12 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a freddo La fabbricazione dei tubi a sezione quadrata o rettangolare avviene per sagomatura di un tubo a sezione circolare attraverso una gabbia di rulli (teste e di turco) che agiscono in continuo per ottenereere la forma finale desiderata. 12

13 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a caldo Per questa categoria di prodotti si utilizza sempre un nastro laminato a caldo. La formatura dal tubo tondo avviene generalmente a freddo come nel caso della saldatura per induzione. A questo fa seguito un riscaldo in un forno di riscaldamento a tunnel ad una temperatura di circa 1000/1100 C. 13

14 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a caldo Normalmente dopo tale riscaldo avviene una riduzione del diametro (riduzione a caldo) con l ausilio di un LRS (Laminatoio Riduttore Stiratore). Nel caso in cui, invece, non si modifichi sostanzialmente il diametro, il trattamento avviene tra i 720 e i 920 C in atmosfera controllata (con presenza di azoto, CO, CO 2 e idrogeno) che attua una sorta di decapaggio termico e in sostanza riduce gli ossidi superficiali dando al prodotto - in funzione del trattamento e delle percentuali di questi gas - un aspetto che va dal grigio topo al bianco inox. Le operazioni di finitura sono identiche a quelle realizzate sui tubi formati a freddo. 14

15 Tubi saldati - Fabbricazione dei tubi saldati formati a caldo Coils in acciaio al carbonio taglio nastri a misura CICLO A CALDO formatura, saldatura, riduzione a caldo, controlli CICLO ERW formatura, saldatura, riduzione a caldo, controlli eventuale trattamento termico finiture ed eventuali controlli fuori linea zincatura e filettatura centro di rivestimento centro di taglio e prelavorazione Prodotto finito Prodotto finito 15

16 Tubi saldati - Procedimento utilizzato per i profili di diametro 508 mm taglio del nastro alla larghezza utile per la produzione del profilo (tale larghezza varia al variare del diametro e dello spessore) srotolamento del nastro e lancio su accumulatore formatura a freddo del tubo tondo di base con saldatura per induzione eventuale trattamento termico della saldatura e successivo raffreddamento calibratura e controllo non distruttivo (NDT) in linea 16

17 Tubi saldati - Procedimento utilizzato per i profili di diametro 508 mm taglio del tubo in pezzi di lunghezza commerciali (*) (*) (*) taglio del tubo ad una lunghezza tra i 100 e i 200 m riscaldo di normalizzazione e messa a temperatura di laminazione del tubo di base laminazione-sagomatura in un impianto con rulli per la riduzione per stiramento (*) raffreddamento finiture * = solo per tubi ERW, successivamente ridotti a caldo 17

18 Tubi saldati - Procedimento utilizzato per i profili di diametro 508 mm L impianto per la riduzione e lo stiramento consente di realizzare diverse dimensioni partendo dallo stesso formato di base e, contemporaneamente, di sagomare le forme dei profilati quadrati o rettangolari tramite una serie di rulli. Per tubi di dimensioni maggiori i processi usati sono diversi: si passa al tubo spiralato e al tubo formato da pressa, in entrambi i casi il processo di saldatura è con apporto di materiale tramite metodo SAW. 18

19 Tubi saldati - Classificazione I tubi saldati formati a freddo o a caldo possono essere utilizzati per impieghi strutturali nelle costruzioni metalliche, per impieghi fluidistici, per settori specialistici come il settore auto e per impieghi vari sotto la generica denominazione di tubi. 19

20 Tubi saldati - Classificazione I profili cavi rispondono alle richieste di caratteristiche meccaniche minime, in particolare al limite di elasticità e all allungamento a rottura, e possono essere utilizzati nella costruzione metallica. I tubi privi delle garanzie di caratteristiche meccaniche minime sono adoperati in opere di piccole dimensioni o in impieghi vari, esclusa la costruzione metallica. Di seguito sono citate le principali normative inerenti solamente i tubi strutturali e i tubi per condotte fluidi. 20

21 Tubi saldati - Norme di riferimento UNI EN e -2 Profilati cavi per la costruzione finiti a caldo in acciai non legati e a grano fine per impieghi strutturali UNI EN Condizioni tecniche di fornitura UNI EN Tolleranze, dimensioni e caratteristiche del profilo UNI EN e -2 Profilati cavi per la costruzione formati a freddo in acciai da costruzione non legati e a grano fine per strutture saldate 21

22 Tubi saldati - Norme di riferimento UNI EN Condizioni tecniche di fornitura UNI EN Tolleranze, dimensioni e caratteristiche del profilo UNI EN Tubi senza saldatura di acciaio per impieghi a pressione - Condizioni tecniche di fornitura - Tubi in acciaio non legato per impieghi a temperatura ambiente UNI EN Tubi senza saldatura di acciaio per impieghi a pressione - Condizioni tecniche di fornitura - Tubi in acciaio non legato per impieghi a temperatura elevata 22

23 Tubi saldati - Norme di riferimento UNI EN Tubi saldati di acciaio per impieghi a pressione - Parte 1: Tubi di acciaio non legato per impieghi a temperatura ambiente UNI EN Tubi saldati di acciaio per impieghi a pressione - Parte 2: Tubi di acciaio non legato e legato saldati elettricamente per impieghi ad alta temperatura UNI EN Tubi saldati di acciaio per impieghi a pressione - Parte 3: Tubi di acciaio legato a grano fine UNI EN Tubi saldati di acciaio per impieghi a pressione - Parte 4: Tubi saldati elettricamente di acciaio non legato per impieghi a bassa temperatura 23

24 Tubi saldati - Altre norme UNI EN Condizioni tecniche generali di fornitura per l acciaio e i prodotti siderurgici UNI EN Prodotti metallici tipi di documenti di controllo UNI EN Materiali metallici - Prove di trazione - Metodo di prova a temperatura ambiente UNI EN Materiali metallici - Prove di resilienza su provetta Charpy - Metodo di prova 24

25 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE QUADRO D INSIEME secondo UNI EN secondo UNI EN da 21,3 a 219 mm da 21,3 a 219 mm da 20 a 400 mm da 20 a 400 mm da 50x25 a 500x300 mm da 40x20 a 400x300 mm FABBRICAZIONE con/senza saldatura saldato FORMATURA finiti a caldo finiti a freddo NASTRI IMPIEGATI laminati a caldo laminati a freddo GRADO DI ACCIAIO TS S235 TS S355 secondo UNI EN TS S235 TS S355 25

26 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE NORME DI RIFERIMENTO I profili cavi da carpenteria per impieghi strutturali o per altre costruzioni metalliche sono definiti da nuove norme europee. Per i prodotti formati a caldo: norma UNI EN e 2 Per i prodotti formati a freddo: norma UNI EN e 2 26

27 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE NORME DI RIFERIMENTO Ciascuna di queste norme europee è composta da due parti: Parte 1: Condizioni tecniche di fornitura prescrizioni tecniche di fabbricazione analisi chimiche degli acciai caratteristiche meccaniche garantite e altre proprietà tecnologiche condizioni di controllo e di prove dei prodotti finiti Parte 2: Tolleranze, dimensioni e caratteristiche del profilo tolleranze dimensionali e di forme dei profili cavi caratteristiche dimensionali necessarie al calcolo di resistenza dei materiali 27

28 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE GAMME DIMENSIONALI I profili cavi per costruzioni sono fabbricati nelle tre forme fondamentali: circolare, quadrata e rettangolare. Designazioni: CFCHS = profilo cavo circolare finito a freddo HFCHS = profilo cavo circolare finito a caldo CFRHS = profilo cavo quadrato o rettangolare finito a freddo HFRHS = profilo cavo quadrato o rettangolare finito a caldo Le gamme dimensionali sono similari per i due tipi di prodotti (formati a caldo o a freddo) come è stato mostrato nella tabella introduttiva. 28

29 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE ACCIAI IMPIEGATI Le due norme presentano gamme molto vicine in due categorie metallurgiche differenti: acciai da costruzione non legati acciai a grano fine La scelta tra questi due tipi di acciai presuppone conoscenze metallurgiche possedute dai soli specialisti. 29

30 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE ACCIAI IMPIEGATI È il motivo per il quale i fabbricanti di profili cavi propongono dei tipi standard di acciai da costruzione non legati che rappresentano la loro produzione di base: S355J2 S235JR per i prodotti formati a caldo e a freddo per spessori maggiori uguali a 5,6 mm per i prodotti formati a freddo e spessori inferiori a 5 mm Il comportamento strutturale degli elementi in profilati cavi deve rispondere alla norme di calcolo in vigore e alle raccomandazioni dell eurocodice 3. 30

31 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE DESIGNAZIONE NORMALIZZATA DEI PROFILI CAVI Esempio di indicazioni di base da riportare su un ordine: quantità e tipo di lunghezza 20 ton 12 m lunghezza corrente HFRSHS EN S355J2H 100 x 100 x 8 forma del prodotto norma di riferimento tipo di acciaio dimensioni e spessore A queste indicazioni di base possono essere aggiunte delle opzioni supplementari previste dalle due norme europee. 31

32 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE DESIGNAZIONE NORMALIZZATA DEI PROFILI CAVI Significato della definizione dell acciaio: S355J2H acciaio per impieghi strutturali carico unitario di snervamento minimo (N/mm 2 ) profilo cavo resilienza (energia di rottura) 27 J minimo a -20 C Queste designazioni sono conformi al sistema di designazione degli acciai della norma UNI EN e al CR del CEN (Comitato Europeo di Normalizzazione). 32

33 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE MARCATURA DEI PROFILI CAVI Le norme UNI EN e UNI EN impongono l obbligo di marcare i profili cavi con un procedimento adeguato e durevole quale la marcatura con vernice, con punzonatura o con l applicazione di un etichetta per ciascun pacco. La marcatura deve fornire almeno: la designazione abbreviata dell acciaio la marca o il nome del produttore 33

34 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE MARCATURA DEI PROFILI CAVI Esempio di marcatura: EN S355J2H Marca di fabbrica o Nome del Produttore Per i prodotti forniti in fasci (per quelli di piccole dimensioni) la marcatura può essere indicata su un etichetta ben legata al fascio. 34

35 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE DISPONIBILITÀ DEI PRODOTTI I programmi di fabbricazione dei produttori evolvono in continuazione per seguire le richieste della clientela. Si consiglia pertanto di verificare la disponibilità dei prodotti presso i produttori o i rivenditori. 35

36 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE CARATTERISTICHE MECCANICHE Profili cavi in acciaio per impieghi strutturali non legati Le norme UNI EN relative ai prodotti formati a caldo e UNI EN relative ai prodotti formati a freddo prevedono gli stessi tipi di acciai e garantiscono quindi le stesse caratteristiche meccaniche a parità di profili. Profili cavi in acciaio per impieghi strutturali a grano fine I tipi di acciaio previsti vanno dal tipo S275 al tipo S460 con garanzie di resistenza a flessione per colpo. 36

37 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE CARATTERISTICHE MECCANICHE DEI PROFILI CAVI IN ACCIAIO NON LEGATO Tipi di acciaio Carico unitario di snervamento ReH minimo N/mmq Resistenza a trazione Rm n/mmq Allungamento % minimo A Resilienza NF EN t 16mm 16 < t 40mm t < 3mm 3 t 40mm % T C J S235JRH S275J0H S275J2 H S355J0H S355J2H Nota: i valori degli allungamenti indicati in questa tabella corrispondono ai prodotti formati a caldo; per i prodotti formati a freddo gli allungamenti garantiti devono essere ridotti di due punti percentuali. 37

38 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE TOLLERANZE DIMENSIONALI E DI FORMA UNI EN E CARATTERISTICHE E PROFILI CIRCOLARI Caratteristiche Dimensioni esterne D, h, b formati a caldo ±1% con min ±0,5 mm e max ±10 mm Spessore t -10% Profili circolari formati a freddo ±1% con min ±0,5 mm e max ±10 mm a) D 406,4 mm t 5 mm ±10% t >5 mm ±0,50 mm b) D >406,4 mm ± 10% con max ±2 mm 38 Ovalizzazione O (Dmax-Dmin/D)*100 2% max D nominale si D/t <100 2% max D nominale si D/t <100 Concavità, convessità Difetto di squadratura Raggio esterno di curvatura R Avvitamento V Linearità 0,20% della lunghezza totale 0,20% della lunghezza totale Massa M Lunghezza corrente L ± 6% sulle lunghezze individuali compresa tra 4000 e 6000mm Lunghezza approssimata L L 4000 mm 0 a +150 mm L 4000 mm 0 a +150 mm Lunghezza esatta L a) 2000 L < a + 10 mm b) L > 6000 mm 0 a + 15 mm a) L 6000 mm 0 a + 5 mm b) 6000 < L a + 15 mm c) L > 10000mm 0 a + 5mm + 1mm/m

39 PROFILI CAVI IN ACCIAIO PER COSTRUZIONE TOLLERANZE DIMENSIONALI E DI FORMA UNI EN E PROFILI QUADRATI E RETTANGOLARI 39 Caratteristiche formati a caldo Profili quadrati e rettangolari formati a freddo Dimensioni esterne D, h, b ±1% con min ±0,5 mm ±1% con min ±0,5 mm e max ±10 mm Spessore t -10% a) t 5 mm ±10% b) t > 5 mm ±0,50 mm Ovalizzazione O (Dmax-Dmin/D)*100 Concavità, convessità 1% Difetto di squadratura 90 ± 1 Raggio esterno di curvatura R Avvitamento V R 3 t 2mm + 0,5 mm/m di lunghezza a) t 6mm R=1,6 a 2,4t b) 6 < t 10mm R=2,0 a 3,0t c) 10mm < t R=2,4 a 3,6t Linearità 0,20% della lunghezza totale 0,15% della lunghezza totale Massa M Lunghezza corrente L ± 6% sulle lunghezze individuali compresa tra 4000 e mm Lunghezza approssimata L L 4000 mm 0 a +150 mm L 4000 mm 0 a +50 mm Lunghezza esatta L a) 2000 L < a + 10 mm b) L > 6000 mm 0 a + 15 mm a) L 6000 mm 0 a + 5 mm b) 6000 < L a + 15 mm c) L > mm 0 a + 5 mm + 1mm/m

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