Nella moderna produzione industriale, l'efficiente tecnologia di scambio termico è cruciale per ottimizzare l'utilizzo dell'energia e migliorare le prestazioni delle apparecchiature. I tubi alettati, ampiamente utilizzati come elementi di trasferimento del calore, migliorano significativamente l'efficienza dello scambio termico aumentando la superficie esterna attraverso l'aggiunta di alette sulla superficie del tubo di scambio termico. Tuttavia, il processo di saldatura impiegato per i tubi alettati ha un impatto non trascurabile sulle loro prestazioni di trasferimento del calore.

Il principio fondamentale dei tubi alettati è quello di migliorare il trasferimento di calore tra i fluidi all'interno e all'esterno del tubo utilizzando la maggiore superficie fornita dalle alette. Quando un fluido caldo scorre all'interno del tubo o un fluido freddo passa sulla superficie esterna, il calore viene trasferito attraverso la parete del tubo alle alette, che poi lo dissipano nell'ambiente circostante. Nelle caldaie delle centrali elettriche, i tubi alettati possono recuperare il calore dai fumi ad alta temperatura per preriscaldare l'aria o l'acqua, migliorando così l'efficienza della combustione. Nell'industria chimica, vengono utilizzati per lo scambio e il trasferimento di calore in vari processi di reazione chimica. Nei sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria, facilitano lo scambio di calore tra il refrigerante e l'aria o l'acqua per regolare la temperatura.

La saldatura ad alta frequenza si basa sull'effetto pelle e sull'effetto prossimità della corrente elettrica ad alta frequenza. Durante la saldatura, la corrente ad alta frequenza riscalda rapidamente la striscia di acciaio e la superficie esterna del tubo base fino a uno stato plastico o fuso, completando la saldatura sotto la pressione della striscia di acciaio avvolta. Questo metodo produce saldature di alta qualità, con un rapporto di legame delle alette che può raggiungere il 95%. Poiché il calore è concentrato sulla superficie durante la saldatura, la zona termicamente alterata è piccola, riducendo al minimo l'impatto sulle proprietà del materiale di base. La saldatura HF è veloce, offre un'elevata efficienza di produzione e un basso consumo energetico ed è adatta per la produzione di massa di tubi alettati utilizzando materiali simili come tubi in acciaio con alette in acciaio o tubi in rame con alette in rame. È ampiamente utilizzata in radiatori industriali, caldaie e altri settori.

La saldatura laser utilizza un raggio laser ad alta densità di energia per unire le alette al tubo base. La saldatura laser produce saldature di altissima qualità con una minima resistenza termica al giunto, consentendo al calore di trasferirsi senza problemi dal tubo base alle alette. Controllando con precisione i parametri del laser, consente la progettazione e la produzione accurate della forma e della disposizione delle alette, ottimizzando il flusso del fluido all'esterno del tubo e migliorando il coefficiente di trasferimento del calore convettivo. I tubi alettati saldati al laser eccellono nell'aumentare l'area di trasferimento del calore e possono migliorare l'efficienza del trasferimento del calore del 10%-20% rispetto ai metodi di saldatura tradizionali. La loro buona resistenza alla corrosione e le prestazioni alle alte temperature li rendono adatti a condizioni operative complesse come quelle nelle caldaie delle centrali elettriche e nell'industria chimica.

La saldatura a gas protettivo utilizza gas come l'argon o l'anidride carbonica come mezzo protettivo per proteggere l'area di saldatura dall'aria atmosferica, prevenendo l'ossidazione e la nitrurazione del metallo di saldatura. Tra questi metodi, la saldatura Tungsten Inert Gas (TIG) offre un'elevata qualità della saldatura, un aspetto della saldatura esteticamente gradevole e una piccola zona termicamente alterata, rendendola adatta per la saldatura di materiali come acciaio inossidabile, alluminio e leghe di alluminio. Tuttavia, la sua velocità di saldatura è relativamente lenta e i costi sono più elevati. La saldatura Metal Inert Gas (MIG) e Metal Active Gas (MAG) offrono velocità di saldatura più elevate, elevata efficienza di produzione ed elevati tassi di deposito e possono essere utilizzate per la saldatura di vari materiali metallici. Tuttavia, richiedono una maggiore abilità dell'operatore e possono verificarsi difetti come la porosità se la schermatura del gas è inefficace. La saldatura a gas protettivo è ampiamente utilizzata in applicazioni che richiedono alta qualità e produzione in grandi lotti, come radiatori automobilistici e scambiatori di calore per condizionatori d'aria.

La brasatura utilizza un metallo d'apporto con un punto di fusione inferiore a quello dei materiali di base. L'assemblaggio e il metallo d'apporto vengono riscaldati a una temperatura superiore al punto di fusione del metallo d'apporto ma inferiore al punto di fusione dei materiali di base, consentendo al metallo d'apporto liquido di bagnare i materiali di base, riempire lo spazio del giunto e diffondersi per formare una connessione. La saldatura dolce utilizza metalli d'apporto con punti di fusione inferiori a 450°C, comporta basse temperature di saldatura e ha un impatto minimo sulle proprietà del materiale di base, ma si traduce in una minore resistenza del giunto. È adatta per applicazioni con carichi bassi e temperature operative moderate. La brasatura forte (o brasatura all'argento/saldobrasatura) utilizza metalli d'apporto con punti di fusione superiori a 450°C, producendo giunti di maggiore resistenza adatti per la saldatura di tubi alettati soggetti a carichi e temperature più elevati. La brasatura è comunemente utilizzata per tubi alettati in alluminio e rame ed è ampiamente applicata in settori come la refrigerazione e il condizionamento dell'aria.

Il processo di saldatura determina direttamente la qualità della connessione tra l'aletta e il tubo base, influenzando così la resistenza termica di contatto. Metodi come la saldatura HF e la saldatura laser creano connessioni strette con bassa resistenza termica di contatto, consentendo al calore di trasferirsi in modo efficiente dal tubo base all'aletta, stabilendo una solida base per il successivo processo di dissipazione del calore. Al contrario, la qualità della saldatura ad arco manuale può variare in modo significativo a seconda del livello di abilità del saldatore, portando potenzialmente a una maggiore resistenza termica di contatto e impedendo il trasferimento di calore.

Saldature di alta qualità garantiscono l'integrità della connessione tra l'aletta e il tubo base, evitando spazi vuoti o difetti che potrebbero causare perdite di calore o ostruzioni durante il trasferimento. Ad esempio, le saldature HF sono tipicamente prive di spazi vuoti, riducendo significativamente i rischi di perdite, garantendo un funzionamento sicuro e stabile dell'apparecchiatura durante lo scambio di calore e contribuendo a una maggiore efficienza del trasferimento di calore. Al contrario, se la saldatura a gas protettivo subisce una protezione insufficiente del gas che porta a difetti come la porosità, la continuità e la resistenza della saldatura possono essere compromesse, riducendo successivamente l'efficienza del trasferimento di calore.

Il processo di saldatura influisce in modo significativo sull'integrità strutturale delle alette. La saldatura laser consente un controllo preciso sul processo, preservando la forma e la disposizione previste delle alette, ottimizzando il flusso del fluido e migliorando il coefficiente di trasferimento del calore convettivo. Durante la brasatura, se la temperatura e il tempo di mantenimento non sono controllati correttamente, possono verificarsi problemi come l'erosione del metallo d'apporto o il surriscaldamento del materiale di base, che influiscono sull'integrità strutturale delle alette e riducono l'efficienza del trasferimento di calore.

Diversi processi di saldatura dei tubi alettati influiscono in modo significativo sull'efficienza del trasferimento di calore attraverso fattori quali la qualità della saldatura, la resistenza termica di contatto e l'integrità strutturale delle alette. La saldatura ad alta frequenza dimostra forti prestazioni di trasferimento del calore nelle applicazioni industriali grazie al suo elevato rapporto di legame della saldatura, alla bassa resistenza termica di contatto e all'elevata velocità di produzione. La saldatura laser eccelle in condizioni operative complesse e applicazioni che richiedono un'efficienza di trasferimento del calore estremamente elevata, sfruttando i suoi vantaggi di alta precisione, bassa resistenza termica e flusso del fluido ottimizzato. La saldatura a gas protettivo e la brasatura svolgono ruoli importanti nei rispettivi materiali e scenari applicativi adatti. Nelle applicazioni pratiche, il processo di saldatura appropriato deve essere selezionato in modo completo in base a fattori quali l'ambiente operativo del tubo alettato, i requisiti dei materiali e le considerazioni sui costi. Ciò garantisce che il tubo alettato raggiunga un'efficienza di trasferimento del calore ottimale, fornendo un solido supporto per il funzionamento efficiente dei processi industriali.