Una guarnizione a anello saldato, comunemente nota anche come welded lip seal, è costituita da una coppia di anelli metallici. Ciascun anello viene inizialmente saldato alla propria faccia flangia. Durante l’assemblaggio del giunto, i due anelli vengono poi saldati tra loro lungo il bordo esterno, completando così la tenuta.
L’impiego delle guarnizioni a anello saldato è consigliato quando le guarnizioni convenzionali risultano inadatte e quando la necessità di smontaggio del giunto è poco frequente. Queste guarnizioni sono generalmente classificate come semi-smontabili, poiché per aprire il giunto è necessario tagliare la saldatura di tenuta oltre a rimuovere i bulloni della flangia.
Sono disponibili diversi tipi di guarnizioni a anello saldato, tra cui:
Guarnizioni a membrana (membrane weld ring gaskets)
Guarnizioni a profilo (profiled weld ring gaskets)
Guarnizioni a labbro cavo (hollow-lip weld ring gaskets)
Le guarnizioni a membrana con anelli saldati non possono sopportare significative espansioni differenziali radiali. A seconda dello stile della guarnizione, il movimento differenziale radiale può essere minimo fino a 0,1 mm (0,004 pollici), ma non superiore a 0,5 mm (0,02 pollici).
Le guarnizioni a membrana con anelli saldati sono composte da due anelli simili, ciascuno dei quali ha uno spessore tipico di circa 4 mm (0,16 pollici). Il materiale della guarnizione è generalmente lo stesso o compatibile con quello della flangia, al fine di affrontare problematiche quali:
compatibilità chimica e di saldatura,
conducibilità termica,
espansione differenziale radiale.
Ciascun anello viene saldato individualmente alla propria flangia mediante una saldatura interna del giunto. Dopo l’assemblaggio del giunto, una seconda saldatura unisce i due anelli lungo il diametro esterno, realizzando così un giunto completamente saldato.
Le saldature associate a queste guarnizioni sono saldature di tenuta (seal welds) e non saldature strutturali (strength welds).
La larghezza della guarnizione deve essere progettata per resistere alla pressione interna agendo in direzione circonferenziale (hoop).
Le guarnizioni a anello saldato, note anche come lip seals o weld ring gaskets, rappresentano una soluzione di tenuta metallica permanente, impiegata in applicazioni in cui l’affidabilità della sigillatura è essenziale e la necessità di smontaggio del giunto è limitata. Le saldature associate a questo tipo di guarnizione sono di tenuta e non strutturali, poiché la loro funzione è esclusivamente quella di garantire la continuità della barriera di tenuta, non quella di contribuire alla resistenza meccanica del collegamento.
La larghezza dell’anello deve essere dimensionata per resistere alla pressione interna che agisce nella direzione circonferenziale (hoop direction). Le versioni più comuni, a corpo pieno o a labbro cavo (hollow-lip), hanno generalmente uno spessore del corpo di tenuta di circa 15 mm. Le guarnizioni a labbro cavo offrono condizioni di sollecitazione più favorevoli nella zona della saldatura di tenuta e una maggiore capacità di assorbire movimenti o deformazioni del giunto, risultando particolarmente indicate in presenza di differenze di dilatazione termica radiale tra le flange. In funzione della loro geometria, queste guarnizioni possono compensare differenze di espansione radiale fino a circa 5 mm.
In condizioni operative critiche, è raccomandato eseguire un’analisi agli elementi finiti (FEA) o alle differenze finite (FDA) sulle flange associate al giunto, per determinare il movimento radiale relativo e l’effetto sulle tensioni nella zona di saldatura della guarnizione. Tale verifica è necessaria soprattutto quando i materiali delle flange e della guarnizione presentano coefficienti di dilatazione significativamente differenti, quando le flange hanno masse termiche disomogenee con temperatura operativa superiore a 93 °C, o quando la temperatura di esercizio supera i 176 °C.
È inoltre importante assicurarsi che vi sia spazio sufficiente per l’esecuzione della saldatura di tenuta sul bordo esterno della guarnizione. Nel caso in cui lo spazio disponibile non lo consenta, possono essere adottate flange speciali con smusso tra le superfici di accoppiamento, al fine di garantire l’accesso alla zona di saldatura senza compromettere la resistenza del collegamento.
Quando le guarnizioni a anello saldato vengono utilizzate in sostituzione di guarnizioni convenzionali in giunti esistenti, occorre considerare che si tratta di tenute autoenergizzanti e quindi non richiedono carichi di compressione per mantenere la sigillatura. Il serraggio dei bulloni della flangia serve unicamente a contrastare la spinta idrostatica e i carichi assiali o di momento esterni. È necessario, pertanto, verificare l’idoneità delle flange e della bulloneria esistente in conformità al codice di progettazione applicabile.
Dal punto di vista geometrico, il corpo di tenuta è di norma allineato o leggermente sporgente rispetto al bordo esterno della superficie di accoppiamento della flangia, mentre le labbra di saldatura si estendono oltre il corpo principale. È quindi essenziale garantire una distanza di sicurezza sufficiente tra la guarnizione e i bulloni della flangia; qualora ciò non fosse possibile, il corpo della guarnizione può essere disposto all’interno del diametro esterno della superficie di accoppiamento, soluzione non applicabile alle versioni a membrana.
Infine, può rendersi necessario un leggero smusso delle flange per ottenere lo spazio di lavoro adeguato alla saldatura delle labbra. La configurazione del giunto deve essere verificata tenendo conto della posizione della guarnizione e dell’eventuale smussatura, per garantire che la resistenza e l’integrità delle flange restino conformi ai requisiti di progetto.
