Numero 1 2007 - IIS

F. Lezzi - Principali problemi nella saldatura subacquea
L
a saldatura subacquea comporta
problematiche molto diversificate
che coinvolgono competenze
specialistiche riguardanti, sia gli aspetti
tecnologici e metallurgici del processo,
che quelli logistici e della sicurezza
connessi all’attività di immersione; la
seguente trattazione si limiterà ad esaminare
solo quanto di nostra competenza, e
cioè, il comportamento e la caratterizzazione
in ambiente subacqueo dei possibili
processi di saldatura oggi utilizzabili.
1. Introduzione
La saldatura subacquea può essere classificata
oggi in tre tipologie fondamentali:
• “Hyperbaric dry welding”, realizzata
all’asciutto all’interno di una camera
“habitat”, assemblata intorno ai componenti
da saldare, alla pressione dipendente
dalla profondità. Si fa notare che
alla fine degli anni ottanta si considerava
ancora impossibile ottenere risultati
accettabili di “wet welding” e
pertanto la terminologia usuale era
semplicemente hyperbaric welding
• “Wet welding”, realizzata a diretto
contatto dell’acqua e a pressione
dipendente dalla profondità di esecuzione.
• “Coffer dam welding”, realizzata
all’asciutto e a pressione atmosferica,
tramite una struttura metallica, emergente,
connessa con tenute stagne al
componente in riparazione, al cui
interno opera il saldatore.
Poiché la “coffer dam welding” si
realizza alle stesse condizioni ambientali
di terra, saranno esposte le sole problematiche
inerenti la hyperbaric dry
welding e la wet welding.
2. Saldatura iperbarica
all’asciutto
2.1 Generalità
La saldatura in camera iperbarica è stata
largamente impiegata negli ultimi tren-
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t’anni per la realizzazione di componenti
strutturali di piattaforme e per la connessione
di condotte sottomarine, quindi sia
per l’estrazione che per il trasporto di
idrocarburi gassosi e liquidi, i cui giacimenti
sono localizzati, per oltre il 50%,
sul fondo degli oceani. Un’intensa attività
di studi e indagini sperimentali è
stata costantemente sviluppata nei più
importanti Istituti della Saldatura (fra
cui l’IIS) e in noti Centri di ricerca, al
fine di determinare le opportune soluzioni
per adeguare i processi di saldatura
(elettrodi rivestiti, MIG/MAG con fili
pieni e animati, TIG) all’esposizione di
un ambiente particolarmente umido, in
atmosfere diverse dall’aria e, soprattutto,
all’elevata pressione.
Sono stati in particolare indagati l’influenza
della pressione e delle miscele
protettive sul trasferimento dei consumabili
e sulla perdita di elementi trasferiti
nel bagno, l’influenza della portata
dei gas di protezione sulla disossidazione
del bagno e sulla stabilità d’arco e,
ovviamente, gli effetti sulla microstruttura
di saldatura e sulle sue caratteristiche
meccaniche. Poiché nuovi giacimenti,
sia nel Mediterraneo che nel
Golfo del Messico e sulla Costa Brasiliana,
sono stati localizzati ad oltre 500
metri di profondità, per limitare la
permanenza di saldatori subacquei a tali
profondità, è stata incrementata la
ricerca per la messa a punto di sistemi di
saldatura completamente automatici e a
controllo remotato. Sia per il processo
TIG che per il filo continuo con protezione
gassosa, più produttivo, sono state
qualificate procedure che garantiscono
elevata qualità e ripetibilità prestazionale
fino a 450 metri di profondità.
2.2 Atmosfera gassosa della camera
iperbarica
Occorre distinguere due tipi di atmosfera:
• l’atmosfera della camera di saldatura;
• l’atmosfera fornita al saldatore da
respirare.
A causa della contaminazione dell’atmosfera
dell’habitat da parte del procedimento
di saldatura, il saldatore dovrebbe
portare la maschera ed avere un’atmosfera
di respirazione indipendente.
Però, poiché vi è un lavoro di preparazione
che precede la saldatura e poichè
esiste il rischio che il saldatore respiri
inavvertitamente l’atmosfera della
camera, è necessario che questa sia
respirabile.
L’azoto è un gas poco costoso e sarebbe
conveniente usarlo; esso è, tuttavia, un
forte anestetico anche a bassa pressione;
inoltre crea una notevole produzione di
ossidi di azoto per contatto con le parti
calde appena solidificate, al di fuori del
gas di protezione.
L’elio è invece molto costoso ma risulta
respirabile anche al crescere della
profondità e non produce ossidazione
apprezzabile. L’argon non è impiegabile
perché diventa, sotto pressione, un gas
narcotico mortale.
Per quanto riguarda l’ossigeno, esso
risulta fisiologicamente accettabile per
la respirazione in un ampio campo di
concentrazioni; è necessario però realizzare
un compromesso tra l’esigenza
biologica e quella di evitare rischi d’incendio.
Occorre inoltre notare che se il
gas espirato dal saldatore è immesso
nella camera, il tenore di ossigeno può
diventare inaccettabile: il saldatore deve
essere dotato di una maschera che
consenta l’emissione del gas all’esterno
oppure deve essere previsto un sistema
di rigenerazione dell’atmosfera che
tenga sotto controllo anche il tenore di
ossigeno. La miscela più utilizzata fino
alla profondità di 300 m è costituita da
elio con ossigeno alla pressione parziale
di 300÷400 mbar. La pressione totale
della miscela deve essere tale da equilibrare
la pressione esistente sul fondo
della camera di saldatura.
Oltre l’ossigeno, altre sostanze inquinanti
sono prodotte in corso di saldatura:
NO 2 O 3, CO, CO 2 e polveri, che devono
essere tenute entro i valori limite TLV
(Threshold Limit Values).
Oltre la composizione dell’atmosfera di
saldatura devono essere tenuti sotto
controllo l’umidità e la temperatura:
l’umidità, sia dal punto di vista metallurgico
che per il benessere dei saldatori; la
temperatura è importante per il benessere
dei saldatori e deve essere regolata
con sistemi elettrici di riscaldamento (e
raffreddamento) in particolar modo in
concomitanza all’utilizzo di miscela di
elio, che conduce il calore più dell’aria e
dell’azoto.
2.3 Influenza delle condizioni ambientali
sull’arco elettrico di saldatura
La maggiore pressione e conduttività
termica dell’atmosfera dell’habitat