domenica 18 giugno 2017

LA CHIODATURA E LA SALDURA DEGLI SCAFI

LA CHIODATURA DEGLI SCAFI


In tempi moderni i collegamenti tra lamiere e lamiere sono effettuati mediante saldatura che rispetto alla chiodatura evita sovrapposizioni e l'uso di pezze e contro-pezze, inoltre fa risparmiare fino al 20% di peso. La chiodatura tuttavia presenta anche qualche vantaggio. Fino a circa 20 anni fa i vari registri continuavano a consigliarla in alcuni tipi di collegamento, come quello tra il ponte di resistenza ed i fianchi (cinta - trincarino) e quello tra l'orlo inferiore dei ginocchi ed il fondo. In sostanza si voleva ottenere una maggiore elasticità (la chiodatura consente, infatti,un certo respiro alla struttura).Abbiamo detto che la nave è assimilabile ad una trave, quindi si avrà un andamento bitriangolare delle sollecitazioni. Usando la chiodatura la tensione nei punti di massima sollecitazione diminuisce: si ha così la trasmigrazione delle tensioni dalle parti estreme, dove l'elasticità risulta aumentata,cioè il modulo di elasticità è più basso, verso l'asse neutro, ottenendo con ciò un maggior equilibrio. A tal proposito si ipotizzava anche l'impiego in talune zone di acciai a modulo di resistenza molto basso.Il difetto maggiore della chiodatura, al di là del peso, rimane comunque quello della difficoltà di ottenere una struttura stagna: le infiltrazioni risultano,infatti, talvolta ineliminabili (nonostante il calafataggio, ottenuto ribadendo e deformando le estremità sovrapposte delle lamiere), e richiedono il loro continuo esaurimento. E' inopportuno saldare su una chiodatura (che potrebbe essere danneggiata dal tormento termico): data l'attuale scarsità di chiodatori, nei lavori su vecchie navi, la chiodatura viene talvolta sostituita da una imbullonatura.Il chiodo è costituito da un'asta d'acciaio con una testa ad un'estremità, la lunghezza della parte sporgente è pari a 1,5 volte il diametro. La testa, ottenuta per schiacciamento della suddetta parte sporgente (cioè ribadita) dev'essere rivolta verso il mare. Esistono anche altri tipi di chiodi (di forma diversa), ma risultano scarsamente utilizzati. La foratura (preliminare) viene realizzata utilizzando apposite macchine dotate di punzoni; l'operazione richiede anche una segnatura preliminare delle lamiere. Il foro, anche a causa del trascinamento di trucioli da parte del punzone, risulta sempre di forma troncoconica, perciò le lamiere dovranno essere sistemate in modo da essere tenute anche in caso di "salto" della testa del chiodo. Il chiodo viene immesso nel foro a circa 1200° C (color bianco), mentre la ribaditura viene fatta a 600-650 °C (color rosso - ciliegia scuro): il rispetto di questi valori deve essere rigoroso, in modo che il chiodo possa contrarsi nel modo desiderato (realizzando così la miglior tenuta possibile). E' necessaria anche una imbastitura preliminare, cioè un controllo(fatto mediante bulloni) che tutti i fori siano passanti.  Un problema importante è quello del funzionamento del chiodo. Un chiodo non lavora come si potrebbe pensare a taglio (fatto che porterebbe ad una rapida rottura e che pertanto si deve evitare), bensì a trazione. Essendo il chiodo in trazione, comprime le lamiere che si uniscono.  L'elasticità della chiodatura deriva dalla compenetrazione delle asperità delle lamiere: si ha così uno scorrimento graduale che va ad incrementare l'elasticità propria delle lamiere stesse; a parità di deformazione si avrà così una tensione minore (ed il materiale risulta meno tormentato che non nella saldatura). Il chiodo, immesso nel foro a 1200 °C e ribadito a 600 °C, successivamente si contrae: stringendosi comprime le due lamiere. Avremo così una zona di compressione attorno al chiodo. In seguito alla compressione fra le superfici delle due lamiere si origina un attrito che si oppone allo scorrimento delle stesse. L'effettivo andamento della pressione è di difficile valutazione, si fa quindi riferimento alla pressione media



Quando la chiodatura è ben fatta il taglio fittizio vale circa 1000-1200 kg/cm2. L'operazione di calafataggio deve essere fatta in una zona in cui la compressione fra le due lamiere è ancora abbastanza consistente: essa consiste in una ribattitura del bordo delle lamiere con uno scalpello, in modo da conferire la tenuta desiderata. Se il collegamento necessita di più di una fila di chiodi, anche se i chiodi sono sfalsati; i fori indeboliscono la struttura: ci chiediamo allora dove avverrà la rottura se sottoponiamo a trazione le due lamiere. La rottura avverrà sulla fila esterna di chiodi in quanto all'interno la lamiera è "protetta" dalla fila esterna stessa che scarica parte dello sforzo totale di trazione sull'altra lamiera. Si può allora dire che questa soluzione, presentando un punto in cui la rottura è assai probabile, non è ben equilibrata. Per armonizzare la costruzione si mettono allora meno chiodi sulle file esterne (che non vogliamo indebolire troppo) e più all'interno in modo da ottenere un giunto ad uniforme resistenza.  E' comunque inutile fare tante file di chiodi in quanto, quando ha inizio la deformazione delle lamiere, questa va ad interessare le file più esterne (quelle interne risultano scaricate grazie alla resistenza delle prime file). In generale è opportuno evitare che, in caso di cedimenti, si rompa la lamiera prima del chiodo o viceversa (si vuole cioè che chiodi e lamiere lavorino nelle stesse condizioni, senza che uno dei due elementi ceda in maniera preferenziale).
LA SALDATURA 
Inizialmente si usavano metodi alla fiamma (autogeni con cannello). Lo strumento che ha rivoluzionato il modo di saldare gli scafi è però quello della saldatura elettrica basata sulla proprietà dell'arco voltaico di arrivare fino a 3000 °C. Il principale vantaggio è che il tormento termico subito dal materiale è limitato ad una zona ristretta, in ogni caso non è del tutto eliminabile, perciò il raffreddamento non dovrà essere troppo brusco, onde evitare tempere (a tale scopo si utilizzano delle bacchette rivestite per proteggere il raffreddamento del cordone di saldatura). Questa procedura è molto rapida e può essere eseguita anche a macchina (in modo automatico). Nella saldatura in manuale l'elettrodo è costituito da una bacchetta di 40-50 mm di un materiale simile a quello delle lamiere da saldare, con in più alcuni elementi che lo rendono meno sensibile al tormento termico. Le bacchette nude lasciano il materiale di saldatura scoperto, il che rende il bombardamento ionico (cioè il passaggio di materiale) meno attivo e l'ossidazione alle alte temperature maggiore: per questo motivo si usano bacchette rivestite di speciali paste protettive a base di cellulosa (C6H10O5) e di sali di sodio-potassio. Il rivestimento fonde assieme all'elettrodo: la cellulosa a 3000 °C sviluppa idrogeno atomico che capta l'ossigeno dell'aria evitando così l'ossidazione (e formando acqua che si raccoglie nella scoria); sodio e potassio rendono invece più attiva la trasmissione di materiale. In alcuni casi nel rivestimento possono esserci anche componenti che entrano in lega. Nel fare più passate è necessario togliere via via la scoria. Nel processo automatico l'elettrodo ha la forma di una bobina: si parla anche di arco sommerso nel quale il rivestimento è costituito da un fondente granulare (Flux) che affluisce mediante un tubo; l'arco è detto sommerso in quanto si produce coperto dal fondente (quindi anche il cordone resta coperto dal fondente solidificato). L'arco può essere ottenuto sia in c.c. che in c.a. Generalmente la saldatura in c.c. da un cordone più regolare: peraltro nella saldatura in tandem in automatico può verificarsi un'influenza reciproca (soffio) fra i due archi, con conseguenti distorsioni degli stessi. In manuale si usano convertitori rotanti ad eccitazione mista differenziale (dinamo autoregolatrici), che diminuiscono la tensione ai morsetti all'aumentare della corrente, in quanto l'operatore in genere non riesce a tenere ben fermo l'elettrodo. Si arriva fino a 150-600 A mentre in automatico si arriva a 4000 A. Il cordone è costituito da materiale fuso che si adagia fra i due lembi da saldare. La saldatura presenta
sempre un sovrametallo che ha anche la funzione di compensare qualche eventuale difetto (ed il tormento termico) con una maggiore sezione resistente; esso non dovrebbe però essere eccessivo, altrimenti le linee di forza al suo interno verrebbero deviate, e si avrebbero quindi punti di concentrazione delle tensioni. La posizione ottimale dell'elettrodo (in manuale) è a 45°. A seconda della posizione dei pezzi da saldare (sempre in manuale) si avranno più tipi di saldature: • Orizzontale • verticale • sopra testa la prima è più agevole. Qualche problema si ha già per la seconda, che deve essere realizzata dal basso verso l'alto (onde evitare colature). L'ultima, la più difficile, richiede abilità ed elettrodi particolari; in genere si cerca di minimizzarne l'impiego, anche perché spesso i risultati non sono buoni.  Nella preparazione delle lamiere, le lamiere sottili (fino a 5 mm) non richiedono particolari preparazioni. Quando si usano le lamiere più grosse è necessario prepararle, direttamente con il cannello da taglio o con una preparazione alla macchina. Si può ad esempio avere una preparazione a V semplice; con questo sistema le linee di forza non subiscono eccessive distorsioni. I lembi inferiori non devono essere troppo distanti, altrimenti si deve usare una contropressa (fatto possibilmente da evitare in quanto genera un cordone troppo grosso). Un inconveniente (nel caso di grossi spessori) è quello che, nella parte alta della V, le lamiere, a causa dell'eccessiva distanza tra i margini superiori dei due lembi, possono tendere a piegarsi; inoltre si è costretti a fare più passate, il che causa un cordone troppo largo, si ricorre allora alla preparazione ad X che è più equilibrata ed adatta ai grossi spessori. Si potrebbe però essere costretti a saldare sopratesta la parte inferiore: in tal caso si addotta la preparazione ad X dissimmetrico, in modo da minimizzare (possibilmente ad un'unica passata) il numero di saldature sopratesta. In caso di spessori molto elevati (fino a 40 mm) è necessaria una particolare (e costosa) preparazione detta a coppa di champagne, eseguita con una piallatrice od una sgorbiatrice. Un problema frequente è quello di unire lamiere di spessore diverso. In questi casi è necessario prevedere un raccordo (è sempre bene evitare brusche discontinuità). Un altro collegamento frequente è quello a T: anche in questo caso si dovrà effettuare un'apposita preparazione. Analoghe considerazioni valgono per i giunti a croce.  In generale il disassamento (eventuale) accettabile non deve superare la metà dello spessore (se uguale per tutte le lamiere) allo scopo di addolcire la deviazione delle linee di forza. La saldatura ad angolo non necessita di preparazione.  Quando non c'è esigenza di stagno si possono eseguire saldature a tratti alterni o contrapposti. E' bene evitare incroci di saldatura, in quanto la prima potrebbe risultare danneggiata a causa del tormento termico: nel caso è opportuno, dopo la seconda passata, ricuocere il materiale.Per saldare più lamiere occorre eseguire una ben precisa procedura, in modo che le nuove saldature non danneggino quelle già eseguite. 
SISTEMI DI SALDATURA 
Esistono diversi sistemi di saldatura automatica: in comune hanno la presenza di un supporto (detto Weld Backing), su cui si stende il cordone, che può essere fatto in vari modi, o in materiali che disperdono il calore (rame) o in materiali refrattari. Il supporto viene tenuto pressato sul giunto pneumaticamente (mediante manichette ad aria) o magneticamente. Le diverse tecniche hanno delle sigle che stanno ad indicare le modalità con cui vengono eseguite: Procedimento FCB (Flux Copper Backing - con supporto di rame), usato a Monfalcone. E' una saldatura di testa, nella parte bassa c'è una manichetta che, gonfiandosi, spinge contro il giunto una lama di rame, sulla quale si spande il fluente granulare  Procedimento BB (Brick Backing): è un sistema manuale (senza flux) in cui si usa un supporto in refrattario sostenuto da magneti (è molto usato a bordo). La saldatura elettrica presenta grandi vantaggi in termini di economia di peso (fino al 20% del peso scafo).



Fonte: dispensa pubblicata  dal  web  di pubblico dominio. 

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