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Le norme e la costruzione di fondi bombati

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La realizzazione partendo da lamiera dei fondi bombati e le norme di riferimento.

19 luglio 2023
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Le norme che regolano la produzione dei fondi bombati

I fondelli bombati su misura sono elementi utilizzati per la chiusura di tubature e di serbatoi alle estremità. La loro corretta progettazione è fondamentale per evitare i problemi che possono derivare da un’errata distribuzione di sforzi e dagli effetti di estremità.
Per far questo, sono state realizzate normative di riferimento e le principali sono due:

1. Norma ASME B16.9: la normativa americana consente la realizzazione di fondelli fino a diametri pari a 12” e spessori che raggiungono i 12,7 mm, con eccezioni derivanti dall’utilizzo di particolari materiali (fino a 24” di diametro con acciai al carbonio);

2. Norma EN10253: la normativa europea consente di raggiungere gli stessi diametri della normativa americana, ma gli spessori consentiti per l’acciaio inox sono non superiori ai 4 mm.

Seguire le normative è necessario per rispettare i criteri di buona progettazione ed evitare che si presentino cedimenti o malfunzionamenti che possono portare a conseguenze anche importanti, considerate le applicazioni per cui sono realizzati questi componenti.

La realizzazione di fondi bombati

La costruzione dei fondelli bombati su misura può essere svolta mediante due tecniche principali:
- Imbutitura
- Forgiatura

L’imbutitura è un processo di deformazione plastica che porta una lamiera ad assumere la classica forma bomba caratteristica dei fondelli. L’operazione si svolge fissando una lamiera con un apposito premilamiera e facendo agire un punzone, con forza crescente all’aumentare dello spostamento, in maniera tale da deformarla contro un’apposita matrice. Un parametro di controllo fondamentale è lo spessore dell’imbutito che si ottiene. Seppur a livello teorico esso dovrebbe rimanere costante, nella pratica tende ad assottigliarsi: se risulta troppo piccolo, bisogna evitare qualsiasi problema agendo mediante l’utilizzo di step successivi con profondità minore rispetto a questo. Oltre a quanto detto, una certa rilevanza è da dare sia al materiale che al lubrificante che viene utilizzato: per questo motivo è sempre necessario procedere a delle prove preliminari prima di utilizzare il processo a livello produttivo.
La forgiatura, invece, è un processo di deformazione plastica a caldo che viene realizzato portando la lamiera in temperatura e, successivamente, sottoponendola all’azione di una pressa. Tale operazione non è mai, generalmente, l’operazione finale ma serve principalmente come fase di sbozzatura iniziale della forma che deve essere completata con oltre operazioni. Un vantaggio della forgiatura è l’orientazione della struttura del materiale che segue il profilo creato: tale aspetto caratteristico consente di migliorare in maniera sensibile le caratteristiche resistenziali del componente.
Concluse queste operazioni, segue sempre una fase finale di finitura e rifilatura per migliorare ulteriormente sia l’aspetto estetico che le caratteristiche meccaniche. Inoltre, vengono svolti trattamenti termici di rilassamento degli sforzi residui che sono particolarmente dannosi per la resistenza in esercizio del componente.


I fondi bombati: morfologia e produzione

I fondi bombati sono una particolare tipologia di raccordo di estremità che viene situata al termine delle tubature per chiuderle o interrompere il flusso. La forma semisferica che li caratterizza è fondamentale per riuscire a distribuire correttamente le tensioni che si generano grazie alla pressione del fluido che scorre all’interno dell’impianto riducendo le perdite di carico e le rotture da sovrasollecitazione che possono instaurarsi provocando danni più o meno ingenti alle strutture coinvolte.
Le due caratteristiche fondamentali che si possono riscontrare nei fondi bombati sono:
- Raggio di bordatura: ovvero il raggio corrispondente a quello di attacco alla tubatura;
- Raggi di bombatura: ovvero il raggio della sfera che costituisce, come dice il nome stesso, la bombatura del fondo.
Sulla base di queste si possono verificare diverse casistiche. Generalmente, sono preferiti i fondi bombati che presentano raggi di bordatura uguali a quelli di bombatura: tali fondi vengono definiti torosferici.
 

Come si producono i fondi bombati?

I fondi bombati sono solitamente prodotti mediante le seguenti operazioni:
- Imbutitura: ovvero applicando una deformazione a freddo delle lamiere per ottenere le caratteristiche morfologiche richieste;
- Finitura e Rifilatura: consentono di ottenere le dimensioni richieste sia per quanto riguarda il diametro che per quanto riguarda la profondità del fondo stesso. Inoltre questo permette un accoppiamento più agevole e corretto con l’impianto.


Le principali tipologie di sollecitazioni per i fondi bombati

I fondi bombati, pur essendo componenti strutturalmente semplici dal punto di vista costruttivo, si trovano ad affrontare carichi anche di notevole entità che possono comprometterne la funzionalità in esercizio se non vengono previsti e studiati nelle fasi progettuali preliminari. Il ruolo del progettista strutturale di riferimento è, appunto, quello di capire se vi sono determinati carichi a cui il fondo bombato sarà sottoposto e, riferendosi alle norme citate in precedenza, deve capire se vi sono i margini per qualche tipologia di cedimento.
Tra i carichi principali che un fondo bombato può trovarsi ad affrontare sono:
- colpi d’ariete: carico idraulico spesso riscontrabile all’interno delle tubature e che può costituire un rischio per la tenuta strutturale dell’impianto stesso;
- sovrapressioni: in caso di malfunzionamenti o di problematiche varie può riscontrarsi un aumento improvviso della pressione nella zona dei fondi bombati e questo può condurre a cedimenti o perdite;
- carichi a fatica: soprattutto in impianti discontinui questa può essere una sollecitazione riscontrabile. Anche se il singolo valore di sforzo non rappresenta di per sé una problematica per la tenuta, la ripetizione di un numero elevato di cicli può condurre alla rottura.
Un altro aspetto che deve essere tenuto in considerazione è che sebbene vi siano i fattori di sicurezza in fase di progettazione, un prodotto con difettologie quali stress residui, cricche, trattamenti non idonei, bandeggi, corrosioni ed altri difetti di varia natura, può non resistere come calcolato in fase di studio: assume, quindi, rilevanza la produzione corretta dei fondi bombati.

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