Detalhes do tubo de aço de parede espessa

Um tubo de aço cuja relação entre o diâmetro externo e a espessura da parede é inferior a 20 é chamado detubo de aço de parede espessa.
Utilizados principalmente como tubos de perfuração geológica de petróleo, tubos de craqueamento para a indústria petroquímica, tubos de caldeira, tubos de rolamento, tubos estruturais de alta precisão para automóveis, tratores e aviação, etc.
Processo de fabricação de tubos de aço sem costura: 1. Laminação a quente (tubo de aço sem costura extrudado): tarugo de tubo redondo → aquecimento → perfuração → laminação cruzada de três rolos, laminação contínua ou extrusão → remoção do tubo → dimensionamento (ou redução) → resfriamento → endireitamento → teste hidráulico (ou detecção de falhas) → marcação → armazenamento
A matéria-prima para a laminação de tubos de aço sem costura são tarugos cilíndricos, que são cortados por uma máquina de corte em tarugos com cerca de 1 metro de comprimento e enviados ao forno para aquecimento por uma esteira transportadora. O tarugo é alimentado no forno para aquecimento a uma temperatura de aproximadamente 1200 graus Celsius. O combustível utilizado é hidrogênio ou acetileno. O controle da temperatura no forno é crucial. Após a saída do forno, o tubo cilíndrico deve ser perfurado por uma perfuradora de pressão. Geralmente, a perfuradora mais comum é a perfuradora de rolos cônicos. Este tipo de perfuradora apresenta alta eficiência de produção, boa qualidade do produto, grande expansão do diâmetro de perfuração e pode trabalhar com diversos tipos de aço. Após a perfuração, o tarugo cilíndrico é laminado transversalmente, laminado continuamente ou extrudado por três rolos. Após a extrusão, o tubo deve ser retirado para a calibragem. A calibragem é feita por meio de furos rotativos cônicos de alta velocidade no tarugo para formar o tubo. O diâmetro interno do tubo de aço é determinado pelo comprimento do diâmetro externo da broca da máquina de calibragem. Após a calibragem, o tubo de aço entra na torre de resfriamento e é resfriado por aspersão de água. Depois de resfriado, o tubo é endireitado. Após o endireitamento, o tubo de aço é enviado por esteira transportadora para o detector de falhas metálicas (ou teste hidráulico) para detecção de falhas internas. Se houver rachaduras, bolhas e outros problemas no interior do tubo de aço, eles serão detectados. Após a inspeção de qualidade, os tubos de aço passam por uma rigorosa seleção manual. Após a inspeção de qualidade, o número de série, a especificação, o número do lote de produção, etc., são pintados com tinta. Em seguida, os tubos são içados para o armazém por guindaste.
2. Tubo de aço sem costura trefilado a frio (laminado): tubo redondo em branco → aquecimento → perfuração → conformação → recozimento → decapagem → lubrificação (revestimento de cobre) → trefilação a frio em múltiplas passagens (laminação a frio) → tubo em branco → tratamento térmico → endireitamento → teste hidrostático (detecção de falhas) → marcação → armazenamento.
Classificação da produção de tubos de aço sem costura – tubos laminados a quente, tubos laminados a frio, tubos trefilados a frio, tubos extrudados, tubos cravados.
1. Tubos estruturais de aço sem costura (GB/T8162-1999) são tubos de aço sem costura utilizados em estruturas gerais e estruturas mecânicas.
2. Tubo de aço sem costura para transporte de fluidos (GB/T8163-1999) é um tubo de aço sem costura de uso geral para transportar fluidos como água, óleo e gás.
3. Tubos de aço sem costura para caldeiras de baixa e média pressão (GB3087-1999) são usados ​​na fabricação de tubos de vapor superaquecido, tubos de água fervente para caldeiras de baixa e média pressão de várias estruturas, tubos de vapor superaquecido, tubos de fumaça grandes, tubos de fumaça pequenos e tijolos de arco para caldeiras de locomotivas. Tubos de aço estrutural de carbono de alta qualidade, laminados a quente e trefilados a frio (laminados), sem costura.
4. Os tubos de aço sem costura para caldeiras de alta pressão (GB5310-1995) são tubos de aço sem costura de alta qualidade, resistentes ao calor, em aço carbono, aço liga e aço inoxidável, destinados à superfície de aquecimento de caldeiras aquatubulares de alta pressão e superiores.
5. O tubo de aço sem costura de alta pressão para equipamentos de fertilizantes químicos (GB6479-2000) é um tubo de aço sem costura de alta qualidade, feito de aço carbono estrutural e aço liga, adequado para equipamentos e tubulações químicas com temperatura de trabalho de -40 a 400 °C e pressão de trabalho de 10 a 30 mA.
6. Os tubos de aço sem costura para craqueamento de petróleo (GB9948-88) são tubos de aço sem costura adequados para tubos de fornos, trocadores de calor e tubulações em refinarias de petróleo.
7. Os tubos de aço para perfuração geológica (YB235-70) são tubos de aço utilizados por departamentos geológicos para perfuração de testemunhos. De acordo com suas aplicações, podem ser divididos em tubos de perfuração, colares de perfuração, tubos de testemunho, tubos de revestimento e tubos de sedimentação.
8. Tubos de aço sem costura para perfuração diamantada (GB3423-82) são tubos de aço sem costura usados ​​como tubos de perfuração, hastes de núcleo e revestimentos para perfuração diamantada.
9. Um tubo de perfuração de petróleo (YB528-65) é um tubo de aço sem costura usado para perfuração de petróleo com espessamento interno ou externo em ambas as extremidades. Existem dois tipos de tubos de aço: roscados e não roscados. Os tubos roscados são conectados por meio de juntas, e os tubos não roscados são conectados por meio de solda de topo com juntas de ferramenta.
10. Os tubos de aço carbono sem costura para navios (GB5213-85) são tubos de aço carbono sem costura utilizados na fabricação de sistemas de tubulação resistentes à pressão Classe I, sistemas de tubulação resistentes à pressão Classe II, caldeiras e superaquecedores. A temperatura de trabalho da parede do tubo de aço carbono sem costura não excede 450 °C, enquanto a temperatura de trabalho da parede do tubo de aço liga sem costura excede 450 °C.
11. O tubo de aço sem costura para carcaça de semieixo automotivo (GB3088-82) é um tubo de aço sem costura laminado a quente, de aço estrutural carbono de alta qualidade e aço estrutural liga, para a fabricação de carcaças de semieixo automotivo e tubos de eixo de transmissão.
12. O tubo de combustível de alta pressão para motor diesel (GB3093-86) é um tubo de aço sem costura trefilado a frio para a fabricação de tubos de alta pressão de sistemas de injeção de motores diesel.
13. Os tubos de aço sem costura de precisão com diâmetro interno para cilindros hidráulicos e pneumáticos (GB8713-88) são tubos de aço sem costura de precisão, trefilados ou laminados a frio, com diâmetros internos precisos para a fabricação de cilindros hidráulicos e pneumáticos.
14. O tubo de aço sem costura de precisão trefilado ou laminado a frio (GB3639-83) é um tubo de aço sem costura de precisão trefilado ou laminado a frio com alta precisão dimensional e bom acabamento superficial para estruturas mecânicas e equipamentos hidráulicos. O uso de tubos de aço sem costura de precisão na fabricação de estruturas mecânicas ou equipamentos hidráulicos pode economizar significativamente horas de usinagem, melhorar o aproveitamento do material e contribuir para a melhoria da qualidade do produto.
15. O tubo de aço inoxidável estrutural sem costura (GB/T14975-1994) é um tubo de aço sem costura laminado a quente (extrusão, expansão) e trefilado a frio (laminado).
16. Tubos de aço inoxidável sem costura para transporte de fluidos (GB/T14976-1994) são tubos de aço sem costura laminados a quente (extrudados, expandidos) e trefilados a frio (laminados), feitos de aço inoxidável para transporte de fluidos.
17. Tubos de aço sem costura com formato especial é um termo geral para tubos de aço sem costura com seções transversais diferentes das cilíndricas. De acordo com o formato e o tamanho da seção transversal do tubo de aço, ele pode ser dividido em tubos de aço sem costura com formato especial e espessura de parede uniforme (código D), tubos de aço sem costura com formato especial e espessura de parede variável (código BD) e tubos de aço sem costura com formato especial e diâmetro variável (código BJ). Os tubos de aço sem costura com formato especial são amplamente utilizados em diversas peças estruturais, ferramentas e componentes mecânicos. Comparados aos tubos cilíndricos, os tubos com formato especial geralmente apresentam maior momento de inércia e módulo de seção, além de maior resistência à flexão e à torção, o que pode reduzir significativamente o peso da estrutura e economizar aço.
Geralmente, os tubos de aço sem costura são fabricados por laminação a quente ou a frio de aços estruturais de carbono de alta qualidade, como 10, 20, 30, 35, 45, 16Mn, 5MnV e outros aços estruturais de baixa liga, ou 40Cr, 30CrMnSi, 45Mn2, 40MnB e outros aços compostos. Os tubos de aço sem costura fabricados com aço de baixo carbono, como 10 e 20, são usados ​​principalmente em tubulações para transporte de fluidos. Os tubos de aço sem costura fabricados com aço de médio carbono, como 45 e 40Cr, são usados ​​na fabricação de peças mecânicas, como componentes tensionados de automóveis e tratores. Geralmente, os tubos de aço sem costura devem ser testados quanto à resistência e ao achatamento. Os tubos de aço laminados a quente são entregues no estado laminado a quente ou tratado termicamente; os tubos de aço laminados a frio são entregues no estado tratado termicamente. Tubos de aço sem costura para caldeiras de baixa e média pressão: utilizados na fabricação de diversas caldeiras de baixa e média pressão, tubos de vapor superaquecido, tubos de água fervente, tubos de parede d'água e tubos de vapor superaquecido para caldeiras de locomotivas, tubos de fumaça grandes, tubos de fumaça pequenos e tubos de tijolo arqueado, etc.
Os tubos de aço sem costura laminados a quente ou a frio (laminados a disco) são fabricados com aço estrutural carbono de alta qualidade. São feitos principalmente de aço nº 10 e nº 20. Além de garantir a composição química e as propriedades mecânicas, são exigidos testes hidrostáticos, de crimpagem, de alargamento e de achatamento. Os tubos laminados a quente são entregues no estado laminado a quente, e os laminados a frio (laminados a disco) são entregues no estado tratado termicamente.
18. A norma GB18248-2000 (tubo de aço sem costura para cilindros de gás) é utilizada principalmente na fabricação de diversos cilindros hidráulicos e a gás. Seus materiais representativos incluem 37Mn, 34Mn2V, 35CrMo, etc.
Fórmula de cálculo e exemplos para tubos de aço sem costura: (kg/m) W = 0,02466 × S (D – S) D = diâmetro externo S = espessura da parede
Determine o peso por metro de um tubo de aço sem costura com diâmetro externo de 60 mm e espessura de parede de 4 mm. Peso por metro = 0,02466 × 4 × (60 – 4) = 5,52 kg. 9. Um tubo de perfuração de petróleo (YB528-65) é um tubo de aço sem costura usado para perfuração de petróleo com espessamento interno ou externo em ambas as extremidades. Existem dois tipos de tubos de aço: roscados e não roscados. Os tubos roscados são conectados por meio de juntas, e os tubos não roscados são conectados por meio de juntas de solda de topo.
O tubo GB3088-82 é um tubo de aço sem costura laminado a quente, de aço carbono estrutural de alta qualidade e aço liga estrutural, utilizado na fabricação de carcaças de semieixos e tubos de eixos de transmissão de automóveis.
10. Os tubos de aço carbono sem costura para navios (GB5213-85) são tubos de aço carbono sem costura utilizados na fabricação de sistemas de tubulação resistentes à pressão Classe I, sistemas de tubulação resistentes à pressão Classe II, caldeiras e superaquecedores. A temperatura de trabalho da parede do tubo de aço carbono sem costura não excede 450 °C, enquanto a temperatura de trabalho da parede do tubo de aço liga sem costura excede 450 °C.
11. O tubo de aço sem costura para carcaça de semieixo automotivo (GB3088-82) é um tubo de aço sem costura laminado a quente, de aço estrutural carbono de alta qualidade e aço estrutural liga, para a fabricação de carcaças de semieixo automotivo e tubos de eixo de transmissão.
12. Tubos de óleo de alta pressão para motores a diesel (GB3093-2002) são tubos de aço sem costura trefilados a frio para a fabricação de tubos de alta pressão para sistemas de injeção de motores a diesel.
13. Os tubos de aço sem costura de precisão com diâmetro interno para cilindros hidráulicos e pneumáticos (GB8713-88) são tubos de aço sem costura de precisão, trefilados ou laminados a frio, com diâmetros internos precisos para a fabricação de cilindros hidráulicos e pneumáticos.
A principal diferença entre tubos de aço de parede grossa e tubos de aço de parede fina reside na espessura da parede do tubo de aço.
De modo geral, tubos de aço de paredes finas são fabricados por trefilação a frio, enquanto tubos de aço de paredes grossas geralmente utilizam a tecnologia de trefilação a quente. Se considerarmos as unidades de medida, geralmente se considera que um tubo de aço de parede grossa tem uma relação espessura da parede/diâmetro igual a 0,02, e um tubo de aço de parede fina tem uma relação espessura da parede/diâmetro inferior a 0,02.
O maior tipo de tubo é o de aço de parede fina, e o maior ainda é o de aço de parede grossa. Em termos de uso, os tubos de aço de parede fina são utilizados principalmente em oleodutos e gasodutos. Já os tubos de aço de parede grossa são utilizados principalmente em componentes ocos, como tubulações de alta pressão e de grande importância.
Regulamentação e aplicações de tubos de aço de paredes espessas na engenharia.
1. Regulamentos correspondentes e diversas normas para a seleção e utilização de conexões de tubos de paredes espessas.
Ao selecionar ou utilizar conexões de tubulação de paredes espessas, é imprescindível seguir as normas e especificações pertinentes, especialmente em situações que envolvam o transporte de fluidos extremamente perigosos ou altamente perigosos, fluidos inflamáveis ​​e gases de alta pressão. Nesse contexto, o tipo de conexão é determinado principalmente pela finalidade e pelas condições de uso (pressão, temperatura, fluido). As normas/padrões relevantes estão listados abaixo apenas para referência.
1) Lei de Supervisão de Segurança de Equipamentos Especiais;
2) Lista de normas especiais de inspeção de segurança de equipamentos;
3) Regulamentos de gestão e supervisão da segurança de dutos pressurizados;
4) Regulamentos especiais de supervisão da qualidade e segurança de equipamentos;
5) Regulamentos de supervisão e gestão de projeto/fabricação/instalação de equipamentos especiais (minuta);
6) Regulamentos de supervisão técnica de segurança de dutos pressurizados (minuta);
7) Especificações técnicas de segurança para tubulações metálicas industriais (projeto);
2. Determinação da classe de resistência das conexões de tubulação
1) Para conexões de tubulação cuja classe é indicada pela pressão nominal ou pela classificação de pressão-temperatura especificada, a classificação de pressão-temperatura especificada na norma deve ser usada como referência, como GB/T 17185;
2) A norma estipula apenas a espessura nominal do tubo reto a ela conectado, e sua classificação de pressão-temperatura aplicável é determinada de acordo com a classe de tubo padrão especificada na norma, como GB14383~GB14626.
3) Para conexões de tubulação que especificam apenas as dimensões externas nas normas, como GB12459 e GB 13401, sua resistência à compressão deve ser determinada por meio de testes confirmatórios. 4) Para as demais, o dimensionamento sob pressão ou a análise analítica devem ser realizados de acordo com as normas pertinentes para determinar a norma de uso. Além disso, a determinação da classe de resistência das conexões de tubulação não deve ser inferior à pressão sob as condições de trabalho mais severas que todo o sistema de tubulação possa encontrar durante a operação.
3. Segurança e economia
Além dos tipos estruturais de conexões de tubulação mencionados acima, utilizados na prática em engenharia de tubulações, existem outros tipos estruturais para atender às exigências de diversas condições de trabalho, especialmente em condições especiais. No projeto ou na seleção de conexões, quanto maior a resistência mecânica, maior a segurança, porém maior o custo do projeto, o que pode gerar desperdício desnecessário.
Do ponto de vista dos benefícios econômicos, embora atender aos requisitos do projeto de engenharia e reduzir custos ao máximo possa levar à seleção de um número reduzido de conexões de tubulação, o que dificulta o gerenciamento e a regulamentação dos materiais de construção no local, bem como a adaptação às necessidades de alterações de projeto e substituição de materiais. Portanto, a seleção de conexões de tubulação deve combinar segurança e economia, sendo recomendável reduzir ao máximo a variedade de conexões disponíveis. Além disso, fatores como as condições da obra, o nível de complexidade e o ciclo de aquisição das conexões também devem ser considerados na seleção. Em casos específicos, deve-se avaliar a possibilidade de adoção de juntas reforçadas, curvas de ângulo e curvatura de tubos de pequeno diâmetro no local.
Ao mesmo tempo, também é necessário compreender a capacidade de produção, os produtos e a oferta de mercado dos fabricantes de conexões para tubos.
4. Problemas na seleção do padrão de conexões de tubulação
1) As normas nacionais para conexões de tubos não são perfeitas e, para suprir essa falta de adequação, deveriam ser incluídas normas específicas para cada tipo de conexão e para os materiais utilizados. No entanto, as normas para materiais são incompletas ou carecem de requisitos técnicos e de qualidade, como requisitos de transporte, regras de inspeção e dosagem, e certificação de qualidade. As normas para materiais de conexões de tubos são pouco consistentes e, frequentemente, formuladas a partir de perspectivas e ângulos isolados, em vez de considerarem o sistema padrão completo para tubulações pressurizadas. Para a seleção em engenharia, existem normas para tubos, mas não há uma norma correspondente para peças forjadas ou fundidas. Na realidade, a norma para peças forjadas de conexões de tubos é baseada na norma para peças forjadas de vasos de pressão, sem considerar as diferenças entre as duas, como soldagem, inspeção de película e outras regulamentações.
2) O nível padrão das conexões de tubulação varia muito, e o conteúdo carece de consistência e sistematicidade, de modo que há contradições na conexão, causando inconvenientes no uso.
3) Não existe norma de ensaio de tipo para conexões de tubos. Apenas as normas GB12459 e GB13401 estipulam o cálculo da pressão para o ensaio de ruptura de conexões de tubos de aço sem costura soldadas de topo e conexões de tubos de aço com solda de topo. Outros tipos de normas de ensaio ou normas de implementação para garantir a qualidade da fabricação de conexões de tubos não são especificados.
A fórmula para calcular o peso de um tubo de aço sem costura é: [(diâmetro externo - espessura da parede) * espessura da parede] * 0,02466 = kg/m (peso por metro).