Os principais métodos de processamento detubos de aço de grande diâmetroOs processos de conformação do aço são: forjamento: um método de processamento por pressão que utiliza a força de impacto recíproca de um martelo de forjamento ou a pressão de uma prensa para moldar o tarugo no formato e tamanho desejados. Extrusão: um método de processamento do aço no qual o metal é colocado em uma caixa de extrusão fechada e a pressão é aplicada em uma extremidade para que o metal seja extrudado através de um orifício específico da matriz, obtendo-se um produto acabado com o mesmo formato e tamanho. É utilizado principalmente na produção de aços não ferrosos. Laminação: um método de processamento por pressão no qual o tarugo de aço passa pelo espaço entre um par de rolos rotativos (de vários formatos), reduzindo a seção transversal e aumentando o comprimento devido à compressão dos rolos. Trefilação: um método de processamento no qual o tarugo de metal laminado (tipo, tubo, produto, etc.) é puxado através do orifício da matriz para reduzir a seção transversal e aumentar o comprimento. A maioria desses processos é utilizada para trabalho a frio. Tubos de aço de grande diâmetro são produzidos principalmente por redução de tensão e laminação contínua de metal base oco sem mandril. Os documentos que definem as normas para a produção de tubos de aço de grande diâmetro estabelecem desvios admissíveis na fabricação e produção desses tubos: desvio de comprimento admissível: o desvio de comprimento admissível das barras de aço, quando entregues de acordo com o comprimento especificado, não deve exceder +50 mm. Grau de curvatura e extremidades: a deformação por curvatura da barra de aço reta não deve afetar o uso normal, e o grau total de curvatura não deve exceder 40% do comprimento total da barra; as extremidades da barra de aço devem ser cortadas retas, e a deformação local não deve afetar o uso. Comprimento: as barras de aço são geralmente entregues em comprimento fixo, e o comprimento específico de entrega deve ser especificado no contrato; quando as barras de aço são entregues em bobinas, cada bobina deve conter uma barra de aço, e 5% das bobinas em cada lote podem ser compostas por duas barras de aço. O peso e o diâmetro da chapa são negociados e estipulados entre o fornecedor e o comprador.
Descrição do comprimento de tubos de aço de grande diâmetro:
1. Comprimento normal (também conhecido como comprimento não fixo): Qualquer comprimento dentro da faixa especificada pela norma e sem requisitos de comprimento fixo é considerado comprimento normal. Por exemplo, a norma para tubos estruturais estipula tubos de aço laminados a quente (extrusão, expansão) de 3000 mm a 12000 mm; tubos de aço trefilados a frio (laminados) de 2000 mm a 10500 mm.
2. Comprimento a comprimento: O comprimento a comprimento deve estar dentro da faixa de comprimento normal, que é uma determinada dimensão de comprimento fixa exigida no contrato. No entanto, é impossível cortar exatamente o comprimento a comprimento na operação real, portanto, a norma estipula o valor de desvio positivo permitido para o comprimento a comprimento.
3. Comprimento da régua dupla: O comprimento da régua dupla deve estar dentro da faixa de comprimento usual. O comprimento da régua simples e o múltiplo do comprimento total devem ser especificados no contrato (por exemplo, 3000 mm × 3, que é um múltiplo de 3000 mm, e o comprimento total é 9000 mm). Na operação real, uma tolerância de desvio positivo de 20 mm deve ser adicionada ao comprimento total, além de uma margem de corte para cada comprimento de régua simples. Se não houver especificação para o desvio de comprimento e a margem de corte na norma, isso deve ser negociado entre o fornecedor e o comprador e indicado no contrato. A escala de comprimento duplo é a mesma que a de comprimento fixo, o que reduzirá significativamente o rendimento da empresa produtora. Portanto, é razoável que a empresa produtora aumente o preço, e a faixa de aumento de preço deve ser a mesma que a do aumento de comprimento fixo.
4. Comprimento do intervalo: O comprimento do intervalo está dentro do intervalo usual. Quando o usuário necessitar de um comprimento de intervalo fixo, isso deverá ser especificado no contrato.
Propriedades mecânicas de tubos de aço de grande diâmetro:
1. Resistência à tração: a tensão (σ) obtida pela área da seção transversal original (So) da amostra a partir da força (Fb) que a amostra suporta quando se rompe durante o processo de tração é chamada de resistência à tração (σb), cuja unidade é N/mm² (MPa). Ela representa a capacidade máxima dos materiais metálicos de resistir a danos sob tensão.
2. Limite de escoamento: Para materiais metálicos com fenômeno de escoamento, a tensão na qual a amostra pode continuar a se alongar sem que a força aumente (mantendo-se constante) durante o processo de alongamento é chamada de limite de escoamento. Se a força diminuir, os limites de escoamento superior e inferior devem ser identificados. A unidade do limite de escoamento é N/mm² (MPa).
3. Alongamento após a ruptura: No ensaio de tração, o alongamento é a porcentagem do aumento do comprimento útil após a ruptura da amostra em relação ao comprimento útil original. Expressa-se em σ, e sua unidade é %. Os principais parâmetros do processo de soldagem de tubos com costura reta por alta frequência incluem aporte térmico de soldagem, pressão de soldagem, velocidade de soldagem, ângulo de abertura, posição e dimensões da bobina de indução, posição da impedância, etc. Esses parâmetros têm um grande impacto na melhoria da qualidade dos tubos soldados por alta frequência, na eficiência da produção e na capacidade unitária. O ajuste adequado de diversos parâmetros permite aos fabricantes obter benefícios econômicos consideráveis.
1. Entrada de calor na soldagem: Na soldagem de tubos com costura reta por alta frequência, a potência de soldagem determina a quantidade de calor fornecida. Quando as condições externas são constantes e a entrada de calor é insuficiente, a borda da tira aquecida não atinge a temperatura de soldagem e permanece estagnada. Esse tipo de estrutura sólida forma uma solda fria, que não chega a fundir. A falta de fusão causada pela entrada de calor insuficiente geralmente se manifesta como falha no teste de achatamento, ruptura do tubo de aço durante o teste hidráulico ou trincas na costura de solda durante o endireitamento do tubo. Este é um defeito grave. Além disso, a entrada de calor na soldagem também é afetada pela qualidade da borda da tira. Por exemplo, quando há rebarbas na borda da tira, estas podem causar ignição antes de atingirem o ponto de soldagem do rolo de extrusão, resultando em perda de potência de soldagem e diminuição da entrada de calor, o que leva a soldas frias ou não fundidas. Quando o calor de entrada é muito alto, a borda da tira aquecida excede a temperatura de soldagem, resultando em superaquecimento ou mesmo queima excessiva. A solda pode trincar após ser submetida a tensão e, às vezes, o metal fundido pode espirrar e formar furos devido à ruptura da solda. Furos e poros formados por excesso de calor de entrada manifestam-se principalmente como reprovação em testes de achatamento a 90°, reprovação em testes de impacto e ruptura ou vazamento do tubo de aço durante o teste hidráulico.
2. Pressão de soldagem (redução do diâmetro): A pressão de soldagem é o principal parâmetro do processo de soldagem. Após a borda da tira ser aquecida até a temperatura de soldagem, os átomos de metal se combinam para formar uma solda sob a força de extrusão do rolo extrusor. O tamanho da pressão de soldagem afeta a resistência e a tenacidade da solda. Se a pressão de soldagem aplicada for muito baixa, a borda da solda não poderá ser totalmente fundida e os óxidos metálicos residuais na solda não poderão ser expelidos, formando inclusões, o que reduzirá significativamente a resistência à tração da solda, tornando-a suscetível a trincas após a aplicação de tensão. Por outro lado, se a pressão de soldagem aplicada for muito alta, a maior parte do metal que atinge a temperatura de soldagem será extrudada, o que não só reduz a resistência e a tenacidade da solda, como também produz defeitos como rebarbas internas e externas excessivas ou soldas sobrepostas. A pressão de soldagem é geralmente medida e avaliada pela variação do diâmetro do tubo de aço antes e depois do rolo extrusor, bem como pelo tamanho e formato das rebarbas. Efeito da força de extrusão de soldagem no formato da rebarba. A extrusão de solda excessiva resulta em respingos grandes e excesso de metal fundido, com rebarbas grandes e irregulares em ambos os lados da solda. Por outro lado, a extrusão insuficiente produz quase nenhum respingo, resultando em rebarbas pequenas e aglomeradas. Com uma quantidade adequada de extrusão, as rebarbas ficam na vertical, com altura geralmente controlada entre 2,5 e 3 mm. Se a quantidade de extrusão for controlada corretamente, o ângulo de fluxo metálico da solda será simétrico de cima para baixo e da esquerda para a direita, variando entre 55° e 65°. Quando a quantidade de extrusão é controlada adequadamente, o formato da solda apresenta um fluxo metálico simétrico.
3. Velocidade de soldagem: A velocidade de soldagem também é o principal parâmetro do processo de soldagem, estando relacionada ao sistema de aquecimento, à velocidade de deformação da solda e à velocidade de cristalização dos átomos do metal. Para soldagem de alta frequência, a qualidade da solda aumenta com o aumento da velocidade de soldagem, pois a redução do tempo de aquecimento diminui a largura da zona de aquecimento da borda e reduz o tempo para a formação de óxidos metálicos. Se a velocidade de soldagem for reduzida, não apenas a zona de aquecimento se torna mais larga, ou seja, a zona afetada pelo calor da solda se torna mais larga, como também a largura da zona de fusão varia com o calor fornecido, e as rebarbas internas formadas também são maiores. A largura da linha de fusão em diferentes velocidades de soldagem também é afetada. Ao soldar em baixa velocidade, devido à correspondente redução do calor fornecido, podem ocorrer dificuldades de soldagem. Ao mesmo tempo, a qualidade da borda da placa e outros fatores externos, como a impedância magnética, o tamanho do ângulo de abertura, etc., podem facilmente causar uma série de defeitos. Portanto, durante a soldagem de alta frequência, a velocidade de soldagem mais rápida deve ser selecionada para a produção, de acordo com as especificações do produto e dentro das condições permitidas pela capacidade da unidade e pelo equipamento de soldagem.
4. Ângulo de abertura: O ângulo de abertura, também chamado de ângulo V de soldagem, refere-se ao ângulo entre a borda da tira antes do rolo de extrusão, conforme mostrado na Figura 6. Normalmente, o ângulo de abertura varia entre 3° e 6°, e seu valor é determinado principalmente pela posição do rolo guia e pela espessura da chapa guia. O tamanho do ângulo V tem grande influência na estabilidade e na qualidade da soldagem. Quando o ângulo V é reduzido, a distância da borda da tira diminui, intensificando o efeito de proximidade da corrente de alta frequência, o que pode reduzir a potência de soldagem ou aumentar a velocidade de soldagem e melhorar a produtividade. Se o ângulo de abertura for muito pequeno, ocorrerá soldagem prematura, ou seja, o ponto de solda será comprimido e fundido antes de atingir a temperatura ideal, podendo formar inclusões e defeitos de soldagem a frio na solda, reduzindo sua qualidade. Embora o aumento do ângulo V resulte em maior consumo de energia, ele garante a estabilidade do aquecimento da borda da tira sob certas condições, reduzindo a perda de calor na borda e a zona afetada pelo calor. Na produção real, para garantir a qualidade da solda, o ângulo V é geralmente controlado entre 4° e 5°.
5. Dimensões e posição da bobina de indução: A bobina de indução é uma ferramenta importante na soldagem por indução de alta frequência, e suas dimensões e posição afetam diretamente a eficiência da produção. A potência transmitida pela bobina de indução para o tubo de aço é proporcional ao quadrado da folga entre a superfície do tubo e a bobina. Se a folga for muito grande, a eficiência da produção será drasticamente reduzida. A folga ideal é de cerca de 10 mm. A largura da bobina de indução é selecionada de acordo com o diâmetro externo do tubo de aço. Se a bobina de indução for muito larga, sua indutância diminuirá, a tensão no indutor também diminuirá e a potência de saída diminuirá; se a bobina de indução for muito estreita, a potência de saída aumentará, mas as perdas ativas no tubo e na bobina de indução também aumentarão. Geralmente, a largura da bobina de indução é de 1 a 1,5D (onde D é o diâmetro externo do tubo de aço), sendo essa a mais adequada. A distância entre a extremidade frontal da bobina de indução e o centro do rolo de extrusão deve ser igual ou ligeiramente maior que o diâmetro do tubo, ou seja, 1-1,2D é o mais adequado. Se a distância for muito grande, o efeito de proximidade do ângulo de abertura será reduzido, resultando em uma distância de aquecimento da borda muito longa, o que impede que a junta de solda atinja uma temperatura de soldagem mais alta e, consequentemente, uma vida útil mais longa.
6. Função e posição do resistor: A haste magnética do resistor é utilizada para reduzir a corrente de alta frequência que flui para a parte traseira do tubo de aço e, ao mesmo tempo, concentrar a corrente para aquecer o ângulo em V da tira de aço, garantindo que o calor não seja perdido devido ao aquecimento do corpo do tubo. Se não houver resfriamento adequado, a haste magnética ultrapassará sua temperatura de Curie (cerca de 300 °C) e perderá seu magnetismo. Sem o resistor, a corrente e o calor induzido seriam dispersos por todo o corpo do tubo, aumentando a força de soldagem e causando o superaquecimento do corpo. O resistor não tem efeito térmico no tubo em bruto. O posicionamento do resistor tem grande influência na velocidade de soldagem, bem como na qualidade da solda. A prática comprovou que, quando a extremidade frontal do resistor está posicionada exatamente na linha central do rolo de extrusão, o resultado de aplainamento é o melhor. Quando ultrapassa a linha central do rolo de compressão e se estende para a lateral da máquina de dimensionamento, o efeito de aplainamento será significativamente reduzido. Quando a impedância for menor que a linha central e estiver na lateral do rolo guia, a resistência da soldagem será reduzida. A posição ideal é com a impedância posicionada no tubo sob o indutor, de forma que sua extremidade coincida com a linha central do rolo de extrusão ou ajustada de 20 a 40 mm na direção de conformação. Isso pode aumentar a impedância traseira do tubo, reduzir a perda por corrente circulante e, consequentemente, a potência de soldagem.
Data da publicação: 27/03/2023