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CARPENTERIA PESANTE

CARPENTERIA PESANTE

La Carpenteria Pesante

Con la locuzione “carpenteria pesante” si indica il processo attraverso il quale, mediante l’unione indissolubile di più elementi metallici, acciaio al carbonio prevalentemente, si  realizzano elementi strutturali più o meno complessi atti a sopportare carichi importanti.  Tipicamente elementi costituenti opere quali ponti, navi e grandi strutture civili ed industriali in genere, ma anche componenti strutturali di macchine industriali per impieghi gravosi, quali ad esempio, gru, sollevatori, macchine movimento terra, presse, grandi macchine utensili,  ecc.

Come si fa: realizzazione carpenteria pesante

La realizzazione di un manufatto di carpenteria pesante consiste nell’attuazione di un certo numero di operazioni, che sono più o meno sempre le stesse e che possono differenziarsi nella loro applicazione o nel loro ordine, a seconda del tipo di manufatto che si sta realizzando e del settore di applicazione.

Queste operazioni,  tipicamente sono:

  • taglio delle lamiere:

Il termine “lamiera” indica una lastra di metallo piana, caratterizzata dalle sue dimensioni di larghezza, lunghezza e soprattutto spessore, oltre che, ovviamente dal tipo di metallo di cui è composta.

In questa fase, attraverso opportune attrezzature più o meno complesse, la lamiera viene tagliata o sagomata secondo i disegni del progettista.

Comunemente vengono utilizzate macchine a controllo numerico che operano a seconda dei casi ossitaglio, taglio plasma, taglio laser o taglio ad acqua.

  • piega delle lamiere:

Laddove richiesto, le lamiere tagliate vengono piegate lungo certe linee e con certi angoli, oppure calandrate, fino a formare un oggetto tridimensionale.

Le macchine utilizzate sono presso-piegatrici idrauliche per le pieghe angolari o calandre per le piegature raggiate.

  • taglio dei profilati:

Il termine “profilati” indica degli elementi in metallo sviluppati in lunghezza con una sezione, “profilo”, costante e che vengono commercializzati in barre; ad esempio piatti, angolari, tubi, travi.

In questa fase le barre vengono opportunamente tagliate in parti secondo le misure del progetto.

Vengono di solito utilizzate segatrici a nastro più o meno grandi e complesse, più raramente impianti laser.

  • preparazione pre-assiemaggio:

Sui  pezzi tagliati nelle due fasi precedenti vengono eseguite operazioni propedeutiche alle fasi successive quali sbavature, smussature, ecc e se possibile vengono già eseguite alcune lavorazioni che sarebbero più difficilmente realizzabili in seguito, quali forature, maschiature, fresature, torniture, ecc.

  • assiemaggio carpenteria:

I pezzi precedentemente preparati vengono conferiti nella postazione di assiemaggio, dove vengono giustapposti gli uni sugli altri, utilizzando strumenti di misura, riscontri geometrici e/o dove possibile maschere di montaggio. Una volta in posizione vengono fissati insieme tramite punti di saldatura o altri appositi dispositivi di fissaggio fino a comporre l’intero manufatto, o un suo sottogruppo.

  • saldatura:

In questa fase, sull’assieme “puntato” nella fase precedente vengono realizzati i giunti di saldatura previsti dal progetto. La saldatura è una fase cruciale del processo di fabbricazione, poiché da questa dipende l’integrità strutturale del manufatto. Esistono svariate tecnologie e tecniche utilizzabili per l’esecuzione delle saldature,  e vengono scelti il base a criteri di applicabilità, di economicità e di garanzia del risultato. Generalmente, nel campo della carpenteria pesante, vengono utilizzati processi di saldatura ad arco elettrico a filo continuo con un grado di automazione variabile a seconda dei casi.

  • trattamenti termici post-saldatura, PWHT:

Il PWHT (post weld heat treatment) consiste nell’applicazione sul pezzo di un determinato ciclo termico (temperatura-tempo). Comunemente viene fatto mediante l’utilizzo di grandi forni, o in casi eccezionali, mediante un bardage di elementi riscaldanti/isolanti.

L’obiettivo è quello di eliminare le tensioni residue che inevitabilmente si vengono a creare all’interno dei giunti saldati e/o di apportare correzioni ad eventuali criticità metallurgiche tipiche della zona saldata. Queste criticità metallurgiche o tensioni residue, seppur in equilibrio, possono rappresentare infatti un problema nel caso di particolari applicazioni caratterizzate da sollecitazioni a fatica importanti ed alto rischio in caso di rottura, come ad esempio apparecchi in pressione, reattori chimici e caldareria in genere. Oppure può rendersi necessario un trattamento termico post-saldatura laddove siano previste successive lavorazioni meccaniche ad altissima precisione, per stabilizzare il pezzo e prevenire eventuali distorsioni in fase di lavorazione o successive.

Questo processo è tipico di settori molto specifici, pertanto solo pochi costruttori appartenenti a quei settori sono dotati degli impianti necessari.

  • lavorazioni meccaniche:

L’obiettivo generale, quando si costruisce un oggetto, è che il risultato del lavoro sia corrispondente al disegno del progettista.

Raggiungere la corrispondenza perfetta tra realtà materiale e modello geometrico ideale, è concettualmente e fisicamente impossibile, e sussisterà sempre nella realtà una deviazione, una differenza, con il modello. Questa deviazione può essere più o meno grande in funzione del grado di accuratezza e precisione attuata nel processo di realizzazione.

E’ il progettista, avendo una visione di insieme, ad indicare nel disegno i valori massimi e minimi tollerati per ogni caratteristica dimensionale dell’oggetto, questi valori, questi range, sono definiti appunto con il nome di “tolleranze”.

Generalmente ogni oggetto ha delle dimensioni per le quali sono consentite tolleranze più ampie ed altre dimensioni dove sono richieste tolleranze  più strette.

Ad esempio, il braccio di un escavatore presenterà delle tolleranze ampie, in termini di millimetri,  per le dimensioni di massima e tolleranze più strette, in termini di centesimi di millimetro, per le superfici di accoppiamento perno-boccola.

Tipicamente, mediante le operazioni di taglio, assiemaggio e saldatura, è possibile rispettare tolleranze nell’ordine dei millimetri, pertanto, per le caratteristiche dimensionali ove sono richieste tolleranze più strette sono necessarie delle lavorazioni aggiuntive.

Queste lavorazioni vengono effettuate con l’ausilio di speciali macchinari, capaci di asportare materiale dal pezzo con grande precisione mediante l’utilizzo di speciali utensili da taglio, genericamente definite, appunto, macchine utensili.

Le macchine utensili comunemente utilizzate in carpenteria sono: trapano, tornio, fresatrice, alesatrice, o macchine che sono la combinazione di queste.

La dimensione, la precisione ed il grado automazione e controllo di queste macchine è estremamente variabile in funzione del tipo di lavorazioni che devono essere eseguite.

Tipicamente queste lavorazioni vengono eseguite da aziende specializzate che, lavorando per più costruttori di carpenteria, riescono ad ammortizzare ed ottimizzare i notevoli costi sostenuti per l’acquisto e la gestione delle macchine. Sono pochi infatti i costruttori di carpenteria, di solito quelli più grandi e strutturati, ad avere al loro interno un reparto di macchine utensili.

  • trattamenti superficiali:

Sulla superficie di un metallo, esposta all’atmosfera, si verifica un fenomeno elettro-chimico, denominato ossidazione, ove le molecole costituenti il metallo reagiscono con l’ossigeno a formare composti chimicamente più stabili, gli ossidi appunto, ma con caratteristiche fisiche e meccaniche completamente diverse e generalmente più scadenti. Questa reazione può essere più o meno rapida in funzione dell’”ambiente” in cui è immerso l’oggetto metallico; ci sono infatti degli agenti che possono fungere da coadiuvanti e/o acceleranti del fenomeno ossidativo, come ad esempio la presenza di umidità, di sali, o di altri composti chimici.

Nel caso di alcuni metalli, o leghe metalliche, e sempre e comunque dipendentemente dall’ambiente, in seguito all’esposizione, sulla superficie si viene a formare uno strato di ossidi compatto ed aderente, una patina, che funge da protezione per il materiale sottostante e che dunque arresta i fenomeni ossidativi. E’ il caso di oro, argento, rame, ed alcune loro leghe, delle leghe di alluminio, e di alcuni acciai, quali acciai detti “inossidabili” o “patinabili”, tipo Corten.

Nel caso di altri metalli, o leghe, o nel caso dei precedenti ma in ambienti particolari, gli strati di ossidi che si formano in superficie non sono compatti e tendono a sfaldarsi e disperdersi. In questo modo nuovo materiale “vergine” viene ad essere esposto e ad ossidarsi, e così via. Questo fenomeno, di progressiva ossidazione e sfaldamento è detto “corrosione”. La corrosione è in grado dunque di consumare il materiale, di scavarlo, e dunque di compromettere la funzionalità e la resistenza strutturale del manufatto.

Come detto sopra, il materiale tipicamente impiegato per la carpenteria pesante è l’acciaio al carbonio, una lega di ferro, carbonio e variabilmente altri elementi. Questa tipologia di leghe ferrose, ossidandosi,  forma ossidi di ferro particolarmente friabili ed inconsistenti e che si sfaldano con estrema facilità, la ruggine. Di conseguenza, questi materiali sono estremamente soggetti alla corrosione. Questo fenomeno però può essere  arrestato o almeno rallentato mediante l’applicazione di alcuni accorgimenti, il più semplice dei quali è quello di rivestire l’intera superficie del manufatto con dei materiali non soggetti a corrosione.

Per quanto concerne la carpenteria pesante, esistono fondamentalmente due metodologie comunemente applicate: zincatura o verniciatura.

La zincatura consiste nel rivestire i manufatti con uno strato di zinco, di spessore più o meno elevato a seconda dei casi, per la carpenteria pesante questo si ottiene immergendo i manufatti in vasche contenenti zinco fuso; processo definito “zincatura a caldo”.

La verniciatura invece consiste nella creazione di una pellicola protettiva, un film, sulla superficie del pezzo. Può trattarsi di un rivestimento organico, costituito da resine sintetiche, o di un rivestimento inorganico, costituito da polveri di zinco ed altri elementi leganti, o di strati sovrapposti di entrambi.

Esistono fondamentalmente due tipologie di processo utilizzate nel mondo della carpenteria pesante, la verniciatura a polvere e la verniciatura a liquido.

Nella verniciatura a polvere i pezzi vengono ricoperti di polvere verniciante che viene fatta aderire per effetto elettrostatico, e poi passati in un forno a circa 150-200°C dove a causa della temperatura la vernice prima fonde e poi polimerizza dando luogo ad una pellicola aderente.

Nella verniciatura a liquido invece i pezzi vengono spruzzati con una mistura liquida di resine e/o elementi metallici o minerali, pigmenti, solventi ed altri additivi. Una volta spruzzata sui pezzi questa mistura comincia un processo di solidificazione ed indurimento per essicazione e/o polimerizzazione e forma una pellicola aderente. Questa fase di solidificazione ed indurimento è più o meno breve a seconda del tipo di prodotti utilizzati, e comunemente, in processi industriali, viene accelerata mediante l’utilizzo di forni a 70-80°C.

La tipologia di rivestimento, lo spessore, il numero di strati sovrapposti sono elementi stabiliti dal progettista, in funzione dell’ambiente in cui il manufatto svolgerà il suo esercizio e della durata prevista per il manufatto. In ogni caso, affinché la pellicola di rivestimento aderisca saldamente al pezzo e possa rimanervi attaccata nel tempo, è fondamentale che la superficie del pezzo sia preventivamente ed accuratamente ripulita da eventuali strati di ossidi e/o sporcizia e che il metallo vanga riportato a nudo; inoltre la superficie da verniciare non deve essere liscia, ma deve presentare un certo grado di rugosità, a seconda delle caratteristiche dei prodotti da applicare.

A tale scopo, viene normalmente eseguito un processo intermedio prima della verniciatura, detto sabbiatura; è un procedimento meccanico con il quale si erode la parte più superficiale di un materiale tramite l’abrasione dovuta a un getto di sabbia e aria. La cosiddetta “sabbia” consiste in una miscela di graniglie abrasive minerali e/o metalliche, con determinate granulometrie e caratteristiche.
Il processo di sabbiatura è in grado, al contempo, di rimuovere efficacemente strati di ossidi, sporcizia, residui di vecchi rivestimenti, ecc, di riportare il metallo a nudo e di creare una rugosità superficiale ideale per il successivo processo di verniciatura.

Viste le caratteristiche dei processi e la loro pericolosità ambientale e per gli operatori, l’esecuzione di trattamenti superficiali necessita di strutture produttive adeguate e di una organizzazione capace del rispetto delle normative. Inoltre sono anche necessarie speciali autorizzazioni ambientali. Per questi motivi, di solito, queste lavorazioni vengono eseguite da aziende specializzate che lavorano per più costruttori di carpenteria. E’ abbastanza raro trovare dei costruttori di carpenteria che abbiano al loro interno un reparto di trattamenti superficiali.

La nostra famiglia si occupa della lavorazione del ferro da oltre 200 anni. Leggi qui la nostra storia

 

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