Prove tecniche di validazione Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica Estremi termici previsti dalle norme di riferimento, nelle reali condizioni di cantiere, introducendo le possibili variabili di posa e le operazioni di manutenzione, mediante: Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Scopo della sperimentazione Problema: Mancanza dei dati di saldabilità; Validazione del procedimento di saldatura; Qualificazione del personale; Omologazione dei materiali; Verifica dell’idoneità delle attrezzature; Soluzione: Costruzione di Test Assembly nelle reali condizioni di cantiere; Saldatura di condotte in PEad a –5 C° e +40 C°; Introduzione degli “errori” di costruzione; Qualifica comprensiva di materiali uomini e attrezzature; Prove di breve e lungo termine sui pezzi costruiti; Estremi termici previsti dalle norme di riferimento, nelle reali condizioni di cantiere, introducendo le possibili variabili di posa e le operazioni di manutenzione, mediante: Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Progetto Test Assembly Tubazioni: Conformi alle norme UNI EN 1555-2 (PE 80) e UNI EN 12201-2 (PE 100) Diametri: I diametri scelti sono quelli previsti dalla norme Asme B31.3 e Uni 9737 per la qualifica degli operatori Disegno: la forma del test assembly deve comprendere il le figure di fittings ritenute di più largo uso e soprattutto quelle ritenute più critiche come manicotti, curve, derivazioni, tappi di fine linea, comprendendo i sistemi di saldatura previsti dalle norme UNI 10520, 10521, 10967; Curva: figura ritenuta critica per le tensioni a cui è sottoposta; Manicotto: è la figura di più largo uso; Tappo di fine linea: Figura critica per le tensioni alla quale è sottoposta; Derivazione: figura di largo uso. Necessaria per lo spurgo dell’aria e la messa in pressione per ‘esecuzione della prova idrostatica (80° per 1000 ore) La lunghezza dei due tratti di tubazione ai lati del giunto testa a testa è stata calcolata per permettere la simulazione dell’operazione di schiacciamento rispettando le distanze raccomandate: 3 diametri da una giunzione, 6 diametri da un altro schiacciamento) Qualifiche saldatori e taratura macchine TARATURA E COLLAUDO MACCHINE SALDATRICI. Prima della costruzione del Test Assembly per le temperature di progetto sarà effettuata una verifica del corretto funzionamento delle macchine con riferimento alla UNI 10565, In questo caso le macchine arriveranno al luogo in cui si svolgerà la prova di qualifica corredate di certificazione dello stesso ENTE designato a rilasciare la qualifica sulla WBS . AGGIORNAMENTO QUALIFICHE SALDATORI Durante la verifica suddetta , utilizzando eventuali prove in bianco(pretest di qualifica) sui componenti il lotto dei produttori interessati saranno aggiornate ufficialmente le qualifiche dei saldatori MESSA A PUNTO DELLE ISTRUZIONI OPERATIVE Durante le precedenti saranno verificati e registrati i dati di funzionamento dei fittings (elettrofusione),del lotto e messo a punto il diagramma di saldatura. (pressione di formazione della zona di rifollamento dei lembi da saldare UNI 10520). Le condizioni di riferimento per questa fase saranno di 23°C. Punti 5 e 6 eseguiti in anticipo in officina Raschiatura per rimozione dello strato ossidato ( processo di estrusione ) Stabilire le modalità con cui effettuare la raschiatura per arrivare a definire le condizioni di accoppiamento (gioco) fra i componenti del sistema ( diversi produttori ) è stato il primo compito del coordinatore . Per la scelta del tipo di utensile per la riproducibilità dell’operazione ci si è rivolti ad un utensile tornitore . In considerazione poi del numero di “test assembly “ da preparare è risultato subito evidente la necessità di preparare in anticipo tutte le raschiature dei pezzi da accoppiare .( foto raschiatura ) Fu necessario per questo un riesame sul significato di rimozione dello strato di ossido superficiale pervenendo alla conclusione che una volta effettuata la tornitura non era certo possibile una ossidazione nelle condizioni ambiente ( contatti con il produttore ) . Il ciclo di raschiatura è stato messo a punto ( numero passate ) con la diversa tipologia dei raccordi a disposizione in modo da ottenere un inserimento manuale agevole ( infilaggio e sfilaggio solo con l’intervento manuale o leggeri colpi di mazzuolo in legno ) Per i diametri maggiori le passate sono state 12 -15 scatti dell’utensile tornitore . con giochi teorici max intorno al millimetro e mezzo ( differenti tolleranze nei produttori di tubi e di manicotti De 200 ). DATI RILEVANTI DI SALDABILITÀ DI BREVE TERMINE Dalle prove di qualifica dei saldatori saranno verificati i dati di saldabilità a breve termine dei fittings e delle tubazioni.A tale scopo saranno saldati per ciascun diametro 3 insiemi di prova su cui effettuare i test previsti da UNI 9737 (appendice B1). DATI RILEVANTI DI SALDABILITÀ A LUNGO TERMINE I test precedenti saranno integrati con prove di pressatura a 80°C secondo EN921 prevista da EN 1555-5 (test accelerati di lungo termine ). Per la caratterizzazione dell’efficienza della giunzione nel giunto elettrosaldato la trazione eccentrica non è probante come per il testa a testa . La prova di decoesione anche nel caso di misura del carico non simula le condizioni di progetto ed è solo qualitativa del tipo di rottura a livello di interfaccia . REGISTRAZIONE Nel report di prova saranno registrati tutti i dati rilevanti di cui al punto 13.5. Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Piano di fabbricazione e controllo per la costruzione del Test Assembly Fasi operative e istruzioni per l’assemblaggio Identificazione corrispondenza ordine-bolla Controllo documentazione di accompagnamento Controllo visivo e dimensionale del materiale da saldare Condizionamento in camera climatica di materiali e attrezzature Taglio spezzoni per TA De 200 Taglio spezzoni per TA De 110 Tracciatura profondità d’inserzione del manicotto Raschiatura delle tubazioni con utensile tornitore o a mano TA De 200/TA De 110 Misura della tolleranza di accoppiamento derivante dalla raschiatura Pulizia con detergente delle superfici dei tubi e del manicotto Inserzione del manicotto Disallineamento del giunto Misura e registrazione della resistenza dei fittings alle temperature di progetto Controllo e registrazione dei dati rilevanti dei fittings Lancio del ciclo di elettrofusione Controlli previsti dalla specifica Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Progetto di manutenzione Il progetto non può esimersi dalla possibilità di interventi di manutenzione (emergenza e non) Operazione di schiacciamento (UNI EN 12106) Per operazioni di manutenzione su reti gas è normalmente utilizzata la tecnica dello schiacciamento E’ necessario verificare il comportamento della zona della condotta sottoposta a schiacciamento nel periodo di vita utile mediante prove di lungo termine Disallineamento Si vuole verificare che un disassamento massimo di 1,5° garantisca comunque l’efficienza del giunto nel caso di interventi di manutenzione in cui non è possibile l’uso di allineatori Prove tecniche di validazione - Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Controlli previsti dalla specifica Tipo di imperfezione Saldatura per fusione Spaccatura Non applicabile Area del giunto non riempita Non permesso Area del giunto non saldata Inclusione di materiale carbonizzato Inclusione di materiale non fuso Colatura di materiale dentro il tubo, % rispetto allo spessore del tubo  Materiale fuso, 25% Simmetria del cordolo  Buona qualità = simmetria senza depressioni (vedi punto B.2.1.1. della UNI EN 12007) Disallineamento < 1,5°  < 10% spessore  Larghezza del cordolo   20% del valore di qualifica Rimozione del cordolo  Assenza di contaminazioni porosità Flessione rovesciata del cordolo rimosso  Assenza di fessurazioni i Assenza di raschiatura al di fuori del manicotto  Non permessa *** Assenza di indicazione della profondità di inserzione del tubo nel manicotto  solo per elettrofusione  solo per testa-testa Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Programmazione attività preparatorie alla costruzione dei Test Assembly Taratura e collaudo macchine saldatrici; Messa a punto delle istruzioni operative Aggiornamento qualifiche saldatori Definizione prove di breve termine Definizione prove di lungo termine Registrazione Punti 5 e 6 eseguiti in anticipo in officina Raschiatura per rimozione dello strato ossidato ( processo di estrusione ) Stabilire le modalità con cui effettuare la raschiatura per arrivare a definire le condizioni di accoppiamento (gioco) fra i componenti del sistema ( diversi produttori ) è stato il primo compito del coordinatore . Per la scelta del tipo di utensile per la riproducibilità dell’operazione ci si è rivolti ad un utensile tornitore . In considerazione poi del numero di “test assembly “ da preparare è risultato subito evidente la necessità di preparare in anticipo tutte le raschiature dei pezzi da accoppiare .( foto raschiatura ) Fu necessario per questo un riesame sul significato di rimozione dello strato di ossido superficiale pervenendo alla conclusione che una volta effettuata la tornitura non era certo possibile una ossidazione nelle condizioni ambiente ( contatti con il produttore ) . Il ciclo di raschiatura è stato messo a punto ( numero passate ) con la diversa tipologia dei raccordi a disposizione in modo da ottenere un inserimento manuale agevole ( infilaggio e sfilaggio solo con l’intervento manuale o leggeri colpi di mazzuolo in legno ) Per i diametri maggiori le passate sono state 12 -15 scatti dell’utensile tornitore . con giochi teorici max intorno al millimetro e mezzo ( differenti tolleranze nei produttori di tubi e di manicotti De 200 ). Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Reperimento delle risorse Personale Interno al gruppo Macchine Interno al gruppo Camera climatica Marina Militare/Mariperman Vasche per invecchiamento (Lunghezza min. 3 ml) IIp Lunghezza insufficiente IIS Nessuna vasca I fornitori hanno messo a disposizione n. 3 laboratori dotati di vasche Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Personale Per l’intero programma di prove in camera climatica della durata di 20 giorni lavorativi sono stati impegnati a rotazione: n.1 Responsabile del progetto n.4 Coordinatori di saldatura (UNI 10761) n. 1 Addetto alla rilevazione dei dati n. 8 Saldatori PEad (UNI 9737) Ing. Atos Giovanelli ACAM S.p.a. P.I. Roberto Di Negro Acam s.p.a. Geom. Fabio Palandri Acam S.p.a Geom. Gianluca Capellazzi ACAM S.p.a. Geom. Bettucchi Mauro ACAM Acque S.p.a/Acam Gas s.p.a. Geom. Lorenzo Allegri Sig. Massimo Mergoni Acam Acque S.p.a. Sig. Gianni Traversone Acam Acque S.p.a. Sig. Edoardo Valletta Acam Acque S.p.a. Sig. Cristiano Codeglia Acam Acque S.p.a. Sig. Gian Enrico Berni Acam S.p.a. Sig. Enrico Faggioni Acam Gas S.p.a. Sig. Alberto Calabria Acam Acque S.p.a. Sig. Fabrizio Untuosi Acam Acque S.p.a. Sig. Fausto Calzolari Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Scelta delle macchine saldatrici Vantaggi: Saldatrici Minimizzazione dell’errore umano; Rapidità inserimento/estrazione termoelemento; Rapidità accostamento tubi; Registrazione dei dati di saldatura; Riproducibilità totale delle saldature; Disponibilità in azienda; Elementi termici per contatto (conformi alla UNI 10565) Saldatrice automatica mod. Gator 350 Elettrofusione (conformi alla UNI 10566) Saldatrici polivalenti dotate di memoria: Hurner mod. Hst 300 Plasson mod. PF Polimatic Vantaggi: Registrazione automatica dei dati significativi del fitting Registrazione automatica dei dati significativi di saldatura; Tracciabilità delle saldature; Scelta delle macchine saldatrici ( slide ) Per i motivi già richiamati ( riproducibilità dei risultati ) ci si è orientati su di una macchina testa a testa automatica . Per l’elettrofusione su macchine polivalenti in grado di registrare i dati relativi al ciclo di saldatura . Attrezzature ausiliarie: Raschiatori, spessimetro, termometro, tester Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Fornitori partecipanti al progetto AGRU Kunststofftechnik GmbH AUSTRIA Raccordi in PEAD Acquedotti Italia S.r.l Fiver Srl (gruppo Plasson) ISRAELE Raccordi in PEAD/Macchine saldatrici Picenum Plast S.p.a. Tubi in PEAD Nupi S.p.a. Tubi in PEAD Geco System S.p.a. Raccordi in PEAD Fusion Provida Limited INGHILTERRA Raccordi in PEAD Hürner Italia S.r.l. - macchine saldatrici Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Controllo dei materiali Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Prova di saldatura Prova preliminare di saldatura testa a testa di due tubi in PE 80 Cordolo ad “ali di gabbiano” simile al PE 100 Le prove di trazione rivelano una rottura caratteristica del PE 80 Il coordinatore di saldatura decide di saldare con i parametri previsti dalla norma Uni 10520 per il PE 80 Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Modifiche al progetto DE 200 Come progettato Come costruito Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Fabbricazione e controllo del Test Assembly Fasi operative e istruzioni per l’assemblaggio Controllo visivo e dimensionale del materiale da saldare Taglio spezzoni per TA De 200 Taglio spezzoni per TA De 110 Tracciatura profondità d’inserzione del manicotto Raschiatura delle tubazioni con utensile tornitore o a mano Misura della tolleranza di accoppiamento derivante dalla raschiatura Protezione della zona di raschiatura con manicotto e fasciatura Condizionamento di tubazioni, fittings e macchine alle temperature di progetto delle WPS (8 ore per macchine testa a testa, 4 ore per fittings ed elettrofusione) Pulizia con detergente delle superfici dei tubi e del manicotto Inserzione del manicotto Disallineamento del giunto Misura e registrazione della resistenza dei fittings alle temperature di progetto (Macchina) Controllo e registrazione dei dati rilevanti dei fittings Lancio del ciclo di elettrofusione Registrazione dei dati in modo automatico e manuale Controlli previsti dalla specifica Fasi anticipate per garantire il rispetto dei tempi Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

“Errori” di costruzione Incompleta inserzione: In un caso si è verificato l’inserzione parzialmente di un raccordo Elettrofusione Nella costruzione di tutti i Test Assembly non è stato utilizzato l’accoppiatore, introducendo un disallineamento massimo di 1,5° tra i componenti Rilancio dei cicli di saldatura (E.F.): N. 7 cicli interrotti e rilanciati dopo raffreddamento completo del raccordo Cicli rilanciati alla temperatura di +40° n. 4 (Tap/TA9/TA3) Cicli rilanciati alla temperatura di -5° n. 3 (TA1/TAP01) Incisione del tubo in prossimità del manicotto: Sul Test assembly n. 6 saldato a -5° era presente una incisione superiore al 10% dello spessore del tubo, a 20 mm dal bordo Disallineamenti Stabilire anche per questa variabile in sede di qualifica condizioni molto strette se da un lato porta ad ottenere un dato certo sulla validità per esempio della pressione e temperatura della piastra , dall’altro vincola in modo troppo stringente sulle condizioni di riproducibilità dei lavori in campo . ( interventi di manutenzione casi in cui non è possibile l’uso di allineatori ) Elettrofusione : Inserzione del tubo garantendo gap fra le testate di 0.05D ( ASTM F 1290-PS/PL2-Part 4 Appendix I) Disallineamento max 1,5° in base alla …… Testa a testa Disallineamento fra i diametri esterni di max 0,5 mm per D<200mm e max 1mm per D>=200mm (un caso). Nella saldatura di un giunto, a causa della marcata ovalizzazione dei due tubi da saldare (DE 200 mm.), nonostante si sia provato a compensare le due ovalizzazioni con la rotazione dei tubi, la correzione della deformazione utilizzando le ganasce della saldatrice, si è riscontrato un valore di disallineamento superiore a 1mm., In questo caso no si sarebbe dovuto saldare i due tubi. Ma se questo fosse accaduto nella realtà in una operazione di manutenzione su condotte in esercizio, cosa si sarebbe fatto? Si sarebbe interrotta l’erogazione del servizio per rispettare le tolleranze di accoppiamento? Il coordinatore di saldatura, valutati gli elementi a disposizione ha deciso di saldare comunque il guiunto per poter avere ulteriori dati dalla sperimentazione e dalle prove di lungo termine. Le prove di lungo termine hanno avuuto esito positivo. Schiacciamento Il progetto non può esimersi dalla possibilità di interventi di manutenzione ( emergenza e non ). Pensare di non applicare i principi della L.109 sulla progettazione delle procedure di manutenzione equivale a disattendere un obbligo previsto dalle normative di sicurezza . Testa a testa Disallineamento fra i diametri esterni max 0,5 mm per D < 200mm max 1mm per D  200mm (in un caso fino a 2,1 mm) Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

“Prove tecniche di validazione Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica” ROBERTO DI NEGRO

Sequenza di montaggio ottimizzata In fase di costruzione dei T.a. si è ottimizzata la sequenza di montaggio per contenere i tempi di realizzazione e rispettare il programma. Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Raccolta dei dati Fase critica della sperimentazione: la raccolta dei dati Una fase cruciale del ciclo di prove in camera climatica è stata la raccolta dei dati delle variabili essenziali durante la costruzionedei T.A. Si è attuata attraverso la predisposizione di una scheda tipo per i due diametri considerati sulla quale sono stati annotati i seguenti dati: Nome del responsabile del progetto: Nomi dei saldatori; Nomi dei coordinatori di saldatura; Nome del produttore di ogni componente saldato; Gioco di accoppiamento su ogni giunto; Codice identificativo del T.A. riportato sul pezzo; Tipo di tubo (Acqu o gas); Temperatura alla quale è stato costruito il T.A. (-5°, +40°); Dati delle saldatrici impiegate Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Combinazione di produttori e di resine Durante l’esecuzione dei T.A. si è cercato di ottenere la massima combinazione possibile tra produttori di tubi e raccordi Se esaminiamo lo stesso T.A. considerando le resine utilizzate dai produttori, le combinazioni si riducono E’ opportuno sottolineare che il termine saldabilità va riferito alla sia alla caratteristica di resistenza di breve che di lungo termine che deve avere il giunto saldato nelle condizioni operative di fabbricazione ( giunto eseguito in cantiere ) e non ad una generica caratteristica di compatibilità fra resine ( indice di fluidità similare ) Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Tipologie delle prove effettuate Prova di resistenza idrostatica 80 °C per 1000 ore secondo UNI EN 921:1995 Prova di resistenza alla pressione interna 3 PN per un ora a 20 °C secondo UNI 7616:1976 + A90:1979 E’ opportuno sottolineare che il termine saldabilità va riferito alla sia alla caratteristica di resistenza di breve che di lungo termine che deve avere il giunto saldato nelle condizioni operative di fabbricazione ( giunto eseguito in cantiere ) e non ad una generica caratteristica di compatibilità fra resine ( indice di fluidità similare ) Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Prove di lungo termine con esito negativo Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Prove di lungo termine con esito negativo Campione TA5 - rottura tappo estremità (part. 8). La frattura è stata evidenziata con pennarello bianco Campione TA6 - rottura del tappo di estremità (part. 1). Si notano gli spruzzi d'acqua fuoriuscire dalla frattura Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Prove di lungo termine con esito negativo Campione TA10 Macro della rottura di tipo fragile Campione TA10 - rottura manicotto a 400 ore Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Rapporti di prova idrostatica Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Prova di scoppio Tubo UNI EN 1555-2 SDR 11 S5 Invecchiamento 1000 ore alla pressione di 4.4.Mpa Pressione alla rottura 40 bar Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Filmato prova di scoppio Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Esito prova di scoppio Tubo UNI EN 1555-2 SDR 11 S5 Invecchiamento 1000 ore alla pressione di 4.4.Mpa Pressione alla rottura 40 bar Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO

Conclusioni La Specifica di saldatura è validata Tutti i campioni hanno superato le 165 ore previste dalle norme di prodotto: Non tutti i campioni hanno superato la prova delle 1000 ore; Nessun giunto testa a testa ha manifestato rotture; La maggioranza dei giunti per elettrofusione non ha manifestato rotture; Le rotture che si sono manifestate sono dovute al tipo di manicotto e non al sistema di saldatura; Nessun tubo sottoposto a schiacciamento ed invecchiamento ha manifestato rotture; In base alla prova di scoppio è confermata l’efficienza dei giunti e l’efficienza dei tubi, che cedono a valori quattro volte superiori l’Mrs. Nessun cedimento dei giunti è stato causato dagli “errori” di posa; Il numero di giunti eseguiti, pari a 144 è da ritenersi un campione sufficiente; La Specifica di saldatura è validata Prove tecniche di validazione-Dimostrazione dell’esperienza pratica in camera climatica ROBERTO DI NEGRO