Devido às limitações das condições do tarugo e à capacidade de extensão da máquina de perfuração, o tamanho e a precisão do tubo bruto após a perfuração não atendem aos requisitos do usuário. O tubo bruto precisa ser processado posteriormente. Existem muitos métodos para processamento a quente e extensão de tubos de aço sem costura. Além dos três tipos de máquinas apresentados acima, os seguintes métodos são comumente usados atualmente.
1. Máquina automática de laminação de tubos
A máquina automática de laminação de tubos consiste em três partes: a máquina principal, a parte frontal e a parte traseira. A máquina principal é um laminador longitudinal irreversível de dois rolos, caracterizado por um par de rolos de retorno de alta velocidade com rotação reversa, instalados atrás dos rolos de trabalho. Além disso, para atender às necessidades de retorno dos tubos de aço, um mecanismo de elevação rápida para o rolo de trabalho superior e o rolo de retorno inferior é fornecido. O rolo de trabalho possui um furo circular. O tubo bruto, enviado pela máquina de perfuração e pela máquina de estiramento, é laminado em um cilindro com furo circular, composto por um furo circular e uma cabeça (cônica ou esférica). Normalmente, são realizadas duas passagens de laminação. Após cada passagem, o rolo de trabalho superior e o rolo de retorno inferior são elevados a uma determinada altura, e o tubo bruto é enviado de volta para a parte frontal pelo rolo de retorno. Em seguida, o tubo laminado retorna à posição de trabalho original, gira 90° e, então, é laminado na segunda passagem, utilizando o mesmo tipo de furo. A deformação de cada passagem é ajustada pela diferença no diâmetro da cabeça entre as duas passagens. Após o tubo de aço laminado retornar à frente de produção, ele é movido horizontalmente para a máquina de nivelamento. Seu processo de deformação também passa por três etapas: achatamento, redução do diâmetro e redução da espessura da parede. A vantagem da máquina automática de laminação de tubos é a flexibilidade no ajuste das especificações de produção. Quanto ao tipo de aço, a gama de aplicações é ampla, permitindo a produção de aços de baixo e médio carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis, etc.; é adequada para produção em pequenos lotes e com múltiplas variedades. Suas desvantagens são: baixa capacidade de deformação, com extensão total de duas passagens inferior a 2,5 vezes; espessura da parede irregular e ocorrência frequente de arranhões internos, que precisam ser corrigidos pela máquina de nivelamento; comprimento reduzido do tubo bruto, o que afeta o rendimento. Baixa eficiência de produção (ritmo de laminação lento, porém com menor peso).
2. Laminador de tubos Accu-Roll
Trata-se de um laminador horizontal inclinado de dois rolos com mandril longo e discos guia ativos. A estrutura do laminador apresenta as seguintes características: os dois rolos são cônicos. Assim como na máquina de perfuração com rolos cônicos, existem ângulos de alimentação e de laminação, de modo que o diâmetro do rolo aumenta gradualmente ao longo da direção de laminação, o que contribui para reduzir o deslizamento, promover a extensão longitudinal do metal e reduzir a deformação torsional adicional. São utilizados dois discos guia ativos de grande diâmetro. O modo de operação com mandril limitado é adotado. O tipo de rolo sem ombro é adotado. Relata-se que isso supera o problema da redução concentrada da espessura da parede na parte do ombro do laminador ASSEL, que reduz a vida útil do rolo e o efeito de uniformidade da parede, melhorando assim a precisão da espessura da parede do tubo bruto.
3. Máquina de cravação de tubos
O método de cravação de tubos para a produção de tubos de aço sem costura foi proposto por Heinrich Erhard, da Alemanha, já em 1892. O processo de perfuração da unidade de cravação inicial divide-se no método de perfuração hidráulica, que utiliza uma prensa hidráulica vertical para comprimir o lingote de aço colocado no molde, transformando-o em um tubo bruto com fundo em forma de taça. Em seguida, utiliza-se um guindaste para retirar o tubo bruto, depositá-lo e colocá-lo sobre uma longa haste de núcleo. A haste de núcleo é empurrada para fazer com que o tubo bruto em forma de taça passe por uma série de orifícios anulares com diâmetros decrescentes, obtendo-se, assim, redução do diâmetro, redução da espessura da parede e alongamento. A força de deformação concentra-se na extremidade da haste de empuxo. Após a cravação, a haste precisa ser removida e, em seguida, o fundo em forma de taça é cortado. As características desse método são baixa produtividade, espessura de parede significativamente irregular e relação L/D limitada para o tubo de aço. Atualmente, apenas esse método é utilizado para produzir tubos de aço sem costura de grande diâmetro (400-1400 mm). Outro método é o chamado método CPE, que consiste em produzir tubos brutos por laminação oblíqua e perfuração, fornecendo-os para a máquina de cravação após a contração de uma das extremidades. Isso pode melhorar a produção e a qualidade do produto, revitalizando a produção de tubos de aço sem costura de pequeno diâmetro pelo processo de cravação.
As vantagens do método de macaqueamento são:
1) Baixo investimento, equipamentos e ferramentas simples e baixo custo de produção.
2) A extensão da unidade de macaqueamento é grande, podendo chegar a 10 a 17. Portanto, o número de equipamentos e ferramentas necessários para o método de macaqueamento na laminação de produtos similares pode ser menor.
3) A variedade de modelos e especificações é ampla. A desvantagem é que a precisão da espessura da parede não é alta e as superfícies interna e externa são propensas a defeitos por arranhões.
4. Extrusão de tubos de aço
O chamado método de extrusão refere-se à colocação do tarugo de metal em um recipiente "fechado" composto por um cilindro de extrusão, uma matriz de extrusão e uma haste de extrusão, e à aplicação de pressão pela haste de extrusão para forçar o metal a fluir para fora do orifício da matriz de extrusão, obtendo-se assim a conformação plástica do metal. Este é um método de fabricação de tubos de aço sem costura com longa história. De acordo com a relação entre a direção da força da haste de extrusão e a direção do fluxo do metal, o método de extrusão pode ser dividido em extrusão direta e extrusão reversa. Na extrusão direta, a direção da força é a mesma que a direção do fluxo do metal, enquanto na extrusão reversa é a oposta. A extrusão reversa apresenta as vantagens de menor força de extrusão, maior taxa de extrusão, maior velocidade de extrusão, temperatura de extrusão reduzida, melhores condições de extrusão, facilidade em obter extrusão isotérmica/isobárica/isovelocidade, melhor desempenho estrutural e precisão dimensional do produto, redução do excesso de pressão do metal ao final da extrusão e aumento da taxa de recuperação do metal. Porém, sua operação é relativamente inconveniente e a dimensão da seção transversal do produto é limitada pelo tamanho da barra de extrusão. A aplicação da tecnologia de extrusão de metal na indústria tem uma história de mais de 100 anos, mas o uso da tecnologia de extrusão a quente na produção de aço se desenvolveu gradualmente após a invenção do lubrificante de extrusão de vidro por Seshi em 1941. Em particular, o desenvolvimento do aquecimento não oxidante, da tecnologia de extrusão de alta velocidade, dos materiais de molde e da tecnologia de redução de tensão tornou a produção de tubos de aço sem costura por extrusão a quente mais econômica e racional, melhorando significativamente a produção e a qualidade, e ampliando ainda mais a variedade de produtos, atraindo assim a atenção de diversos países. Atualmente, a gama de produtos de tubos de aço produzidos por extrusão geralmente apresenta os seguintes diâmetros externos: 18,4 a 340 mm, espessura mínima da parede de até 2 mm, comprimento de cerca de 15 m, e tubos de menor diâmetro podem chegar a 60 m. A capacidade da extrusora é geralmente de 2000 a 4000 toneladas, e o máximo é de 12000 toneladas.
Em comparação com outros métodos de laminação a quente, a produção de tubos de aço sem costura extrudados apresenta as seguintes vantagens:
1) Menos etapas de processamento, o que pode gerar economia de investimento para a mesma produção.
2) Como o metal extrudado está em um estado de tensão compressiva triaxial, ele pode produzir materiais difíceis ou impossíveis de laminar e forjar, como ligas à base de níquel.
3) Devido à grande quantidade de deformação do metal durante a extrusão (alta taxa de extrusão), e à deformação completa ser concluída em um tempo muito curto, a estrutura do produto é uniforme e o desempenho é bom.
4) Há poucos defeitos nas superfícies internas e externas, e a precisão dimensional geométrica é alta.
5) A organização da produção é flexível e adequada para produção em pequenos lotes e com múltiplas variedades.
6) Pode produzir tubos e tubos compostos bimetálicos com seções complexas.
As desvantagens são:
1) Elevadas exigências em relação a lubrificantes e aquecimento, o que aumenta os custos de produção.
2) Além disso, a vida útil da ferramenta é curta, o consumo é alto e o preço é elevado.
3) A taxa de rendimento é baixa, o que reduz a competitividade do produto.
5. Laminação de tubos em ciclo (laminador de tubos Pilger)
O laminador de tubos cíclico entrou em produção industrial em 1990. Trata-se de um laminador de dois rolos com estrutura única. O cilindro possui um orifício de seção transversal variável. Os dois rolos giram em sentidos opostos, e o tubo bruto é alimentado no sentido oposto ao do cilindro. O cilindro completa uma volta, empurrando o tubo bruto para fora, reduzindo seu diâmetro e espessura de parede, até que o tubo seja finalizado no orifício, completando a laminação de uma seção do tubo bruto. Em seguida, o tubo bruto é alimentado novamente para laminação. Um tubo bruto precisa circular para frente e para trás no orifício diversas vezes para completar todo o processo de laminação, por isso é chamado de laminador de tubos periódico, também conhecido como laminador de tubos Pilger. O tubo é processado periodicamente por um cilindro de seção variável, e as operações de alimentação e rotação do material do tubo são combinadas para fazer com que a parede do tubo sofra múltiplas deformações cumulativas, obtendo-se assim uma maior redução de espessura e alongamento.
As características desse método de produção são:
1) É mais adequado para a produção de tubos de paredes espessas, e sua espessura de parede pode atingir 60-120 mm;
2) A gama de tipos de aço processados é relativamente ampla. Como seu método de deformação é uma combinação de forjamento e laminação, ele pode produzir tubos de metais de baixa plasticidade e difícil de deformar, e as propriedades mecânicas dos tubos de aço são excelentes.
3) O comprimento do tubo de aço laminado é grande, chegando a 35 metros.
4) A produtividade do moinho é baixa, geralmente entre 60 e 80%, portanto a produção é baixa; consequentemente, uma máquina de perfuração precisa ser equipada com dois laminadores de tubos periódicos para equilibrar o processo.
5) A cauda não pode ser processada, resultando em grandes perdas de corte e baixa taxa de rendimento.
6) Má qualidade da superfície e espessura de parede seriamente irregular.
7) Grande consumo de ferramentas, geralmente de 9 a 35 kg/t.
6. Expansão a quente de tubos de aço
O diâmetro externo máximo do tubo de aço acabado produzido pela unidade de laminação a quente de tubos de aço sem costura é inferior a 530 mm para a unidade de laminação automática; inferior a 460 mm para a unidade de laminação contínua; e inferior a 660 mm para a unidade de laminação de grande porte. Quando se necessita de um tubo de aço com diâmetro maior, além dos métodos de cravação e extrusão, pode-se utilizar o método de expansão a quente. Este método permite atualmente a produção de tubos de paredes finas com diâmetro externo máximo de 1500 mm para tubos de aço sem costura. Existem três métodos de expansão a quente de tubos de aço: laminação oblíqua, trefilação e compressão. Esses três métodos surgiram na década de 1930. A laminação oblíqua e a trefilação exigem o aquecimento do tubo de aço como um todo antes do processo de deformação, enquanto a compressão não requer o aquecimento de todo o tubo.
máquina de expansão de laminação oblíqua
O processo de expansão por laminação oblíqua consiste no seguinte: o material do tubo aquecido é transportado para a máquina de expansão por laminação oblíqua. Esta máquina possui dois rolos de formato idêntico, cujos eixos formam um ângulo de 30° com a linha de laminação. Os dois rolos são acionados por motores independentes, girando no mesmo sentido. Um tampão participa da deformação na zona de expansão, e o tubo de aço realiza um movimento espiral nessa mesma zona. A parede do tubo é laminada pelos rolos e pelo tampão, resultando no aumento do diâmetro de expansão e na redução da espessura da parede. A força axial do tampão é suportada por uma haste de pressão, que pode ser posicionada na entrada ou instalada na saída. A expansão por laminação oblíqua permite a produção de tubos de aço com espessura de parede de 6 a 30 mm e diâmetro externo máximo de 710 mm. A desvantagem é a presença de marcas espirais residuais nas superfícies interna e externa do tubo de aço, o que reduz a qualidade da superfície. Por esse motivo, é necessário instalar uma máquina de nivelamento e uma máquina de dimensionamento. Esse tipo de máquina de expansão possui equipamentos de grande porte, custos de investimento elevados e certas restrições quanto às variedades, além de não ser capaz de produzir tubos de paredes espessas.
Máquina de expansão de desenho
A trefilação é um método de produção com baixa capacidade produtiva, mas ainda é utilizado devido à simplicidade do equipamento e do processo, além da facilidade de operação mecanizada. A máquina de trefilação pode ser usada tanto para trefilação a frio quanto a quente. Quando a quantidade de trefilação necessária não é grande e as propriedades físico-mecânicas e a precisão dimensional do tubo de aço precisam ser melhoradas, a trefilação a frio pode ser utilizada. O processo de trefilação a quente de tubos de aço consiste em aquecimento do material do tubo, trefilação das extremidades, trefilação propriamente dita, endireitamento, corte das extremidades e inspeção. A taxa de trefilação em cada aquecimento é de 60-70%, e o diâmetro máximo dos tubos de aço que podem ser produzidos é de 750 mm. O princípio de funcionamento da trefilação a quente é o seguinte: através de um conjunto (geralmente de 1 a 4) de tampões com diâmetros gradualmente crescentes, estes são inseridos e atravessam todo o comprimento do furo interno do tubo de aço, de modo que o diâmetro do tubo seja expandido, a espessura da parede seja reduzida e o comprimento seja ligeiramente encurtado. As principais ferramentas da máquina de trefilação são os tampões de trefilação, os pinos de expansão e as hastes extratoras. As vantagens incluem equipamentos simples, operação conveniente e facilidade de aprendizado; uma ampla gama de variedades e especificações de produtos, podendo também produzir tubos de aço retangulares e com outros formatos especiais. As desvantagens são o longo ciclo de produção, a baixa produtividade e o alto consumo de ferramentas e metal.
Expansor tipo push
O princípio de funcionamento do expansor tipo push-type consiste em colocar o tubo de aço bruto na bobina de indução de média frequência. Após o aquecimento por indução de média frequência, o pistão do cilindro hidráulico ou a cabeça de empurrar do guincho move-se para empurrar a extremidade do tubo de aço, de modo que o aço passe pelo mandril cônico fixo axialmente, a partir da extremidade do tubo, em sequência, para atingir o objetivo de expansão; enquanto a extremidade do tubo de aço é empurrada para dentro do mandril, um novo tubo de aço a ser processado é adicionado atrás dele. Após o retorno da cabeça de empurrar, ela continua a empurrar a extremidade do novo tubo de aço. A extremidade do novo tubo de aço empurra a extremidade do tubo de aço anterior através do mandril, completando assim a expansão do tubo de aço. Como apenas o tubo de aço na seção deformada é aquecido, o tubo de aço deformado é fácil de dobrar, e a espessura da parede e o comprimento do tubo expandido são limitados. As vantagens do expansor push-type são uma alta taxa de recuperação de metal, equipamento simples e baixo consumo de energia. As desvantagens são a consistência de desempenho do tubo de aço na direção longitudinal, que é ligeiramente inferior, e a baixa eficiência de produção. Devido ao baixo investimento, muitas unidades foram construídas recentemente no norte do meu país. O processo de expansão por insuflação superior permite atualmente a produção de tubos de aço com espessura de parede de 6 a 30 mm e diâmetro externo máximo de 860 mm.
Data da publicação: 30 de setembro de 2024