Barre da 100 metri saldate al laser per magneti a fusione
I conduttori di un magnete per la fusione sono rivestiti da un profilo in acciaio che deve correre per un chilometro senza giunzioni trasversali, il che è una questione di produzione molto prima che di fisica. In collaborazione con lo Swiss Plasma Center dell’EPFL, parte del consorzio EUROfusion, Montanstahl si è proposta di dimostrare la fattibilità industriale della saldatura laser longitudinale su un profilo di questo tipo, formato da due gusci in acciaio inossidabile 316L saldati contemporaneamente su entrambi i lati. Sono state prodotte tre barre da 100 metri per verificare l’integrità strutturale del giunto e la ripetibilità del processo.
Uno studio di fattibilità per un profilo lungo un chilometro
Il progetto rientra nel programma di ricerca e sviluppo guidato dallo Swiss Plasma Center dell’EPFL come membro del consorzio EUROfusion, il cui lavoro è rivolto allo sviluppo dei superconduttori per i magneti del futuro reattore a fusione DEMO Tokamak. L’obiettivo specifico era dimostrare la fattibilità tecnica e industriale della saldatura laser longitudinale su un profilo lungo un chilometro, formato da due gusci in acciaio inossidabile 316L saldati contemporaneamente su entrambi i lati. La ragione del requisito è che un cavo superconduttore viene inserito nella sua guaina per tutta la lunghezza, quindi qualsiasi interruzione del profilo diventa una discontinuità nel magnete. Per validare l’approccio, Montanstahl ha saldato tre profili da 100 metri ciascuno, concentrandosi sull’integrità strutturale del giunto saldato e sulla ripetibilità del processo, la domanda che decide se un risultato di laboratorio può diventare una catena di fornitura per la produzione di energia.
Quattro problemi che compaiono solo a questa lunghezza
Ogni difficoltà di questo progetto è nota, ma la scala la rende inconsueta. La prima era laminare a caldo una forma a U molto precisa in barre lunghe 100 metri, da saldare poi al laser, con il disegno che fissa la sezione entro tre decimi di millimetro su un’altezza di 63 mm e una larghezza di 28,8 mm. La seconda era movimentare e trasportare barre di questa lunghezza in modo sicuro e controllato, poiché una sezione di 100 metri si flette sotto il proprio peso e può danneggiarsi anche solo spostandola. La terza era ottenere un allineamento preciso dei due gusci lungo l’intera lunghezza, perché un disallineamento di una frazione di millimetro in un punto produce localmente un cordone difettoso anche se tutto il resto è corretto. La quarta era garantire una saldatura costante a piena penetrazione e di alta qualità dall’inizio alla fine, che è alla base sia dell’integrità strutturale della guaina sia della ripetibilità che il programma doveva dimostrare.
Contesto applicativo
Montanstahl è partita dai gusci stessi, producendo le barre mediante laminazione di precisione, che ha garantito la geometria esatta e l’accuratezza dimensionale richieste senza bisogno di trafilare a freddo le sezioni, eliminando un’operazione che sarebbe stata poco praticabile a questa lunghezza. I profili sono stati poi saldati secondo le specifiche del progetto, con guide su misura che mantenevano i due gusci perfettamente allineati all’ingresso nella zona di saldatura, così che la posizione del giunto viene controllata in continuo anziché impostata una sola volta all’inizio. Un controllo a ultrasuoni in linea ha monitorato il cordone di saldatura per tutta la lavorazione, rendendo qualità e ripetibilità misurabili lungo tutti i 100 metri invece di dedurle da campioni, un approccio coerente con la gestione della qualità di Montanstahl. La prova ha dimostrato che profili inox di questa lunghezza possono essere saldati in modo affidabile, aprendo la strada ad applicazioni industriali nella tecnologia della fusione. Sezioni come queste vengono sviluppate come profili speciali, con i dettagli nelle Q&A tecniche.