Debido a las limitaciones de las condiciones de la palanquilla y la capacidad de extensión de la perforadora, el tamaño y la precisión del tubo en bruto tras la perforación no cumplen con los requisitos del usuario. El tubo en bruto requiere un procesamiento adicional. Existen diversos métodos para el procesamiento en caliente y la extensión de tubos de acero sin soldadura. Además de los tres tipos de máquinas mencionados anteriormente, actualmente se utilizan comúnmente los siguientes métodos.
5.4.1 Máquina automática para enrollar tubos
La laminadora automática de tubos fue inventada por el suizo Stephen en 1903, y la primera unidad se instaló en 1906. Antes de la década de 1980, era uno de los principales métodos para la laminación en caliente de tubos de acero sin soldadura. Debido a las limitaciones en cuanto a la longitud del tubo laminado, la precisión del espesor de pared, etc., fue reemplazada gradualmente por laminadoras de tubos continuos. Actualmente, la mejor laminadora automática de tubos de mi país es la unidad 400 de Baotou. Salvo algunas laminadoras automáticas de tubos en la antigua Unión Soviética y Europa del Este que aún se encuentran en funcionamiento, la mayoría de las demás han sido desmanteladas. La laminadora automática de tubos consta de tres partes: la máquina principal, la mesa de entrada y la mesa de salida. La máquina principal es un laminador longitudinal irreversible de dos rodillos, que se caracteriza por un par de rodillos de retorno de alta velocidad con rotación inversa instalados detrás de los rodillos de trabajo. Además, para facilitar el retorno de los tubos de acero, cuenta con un mecanismo de elevación rápida para el rodillo de trabajo superior y el rodillo de retorno inferior. El rodillo de trabajo tiene un orificio redondo. El tubo en bruto, procedente de la perforadora y la estiradora, se lamina en un orificio anular compuesto por un orificio redondo y una cabeza (cónica o esférica). Generalmente, se realizan dos pasadas de laminación. Tras cada pasada, el rodillo de trabajo superior y el rodillo de retorno inferior se elevan a cierta altura, y el tubo en bruto regresa a la plataforma de entrada mediante el rodillo de retorno. Una vez laminado, el tubo vuelve a su posición de trabajo original, se gira 90° y se realiza una segunda pasada en el mismo tipo de orificio. La deformación en cada pasada se ajusta según la diferencia en el diámetro de la cabeza entre ambas pasadas. Tras regresar a la plataforma de entrada, el tubo laminado se traslada horizontalmente a la niveladora para su nivelación. Su proceso de deformación también consta de tres etapas: aplanado, reducción de diámetro y reducción de espesor de pared.
La ventaja de los trenes de laminación de tubos automáticos radica en la flexibilidad para ajustar las especificaciones de producción. Su aplicabilidad es amplia en cuanto a tipos de acero, permitiendo la producción de aceros de bajo y medio carbono, aceros de baja aleación, aceros inoxidables, etc.; resulta idóneo para la producción de lotes pequeños y con gran variedad de materiales. Sus desventajas incluyen una baja capacidad de deformación, con una extensión total en dos pasadas inferior a 2,5; un espesor de pared irregular, con frecuentes rayaduras internas que requieren corrección mediante una máquina niveladora; y una longitud de tubo en bruto reducida, lo que limita el rendimiento. Su eficiencia de producción es baja (ritmo de laminación lento, pero el tubo es ligero).
5.4.2 Laminadora de tubos Accu-Roll
La laminadora de tubos Accu-Roll se empezó a utilizar en Yantai, Chengdu y otras ciudades de mi país a principios de la década de 1990. En aquel entonces, gozaba de gran popularidad y tenía el potencial de reemplazar a otras unidades de laminación oblicua y continua. Sin embargo, tras realizar pruebas prácticas, se observó que la corta longitud de los tubos en bruto limitaba la producción de tubos tres veces más largos de ciertas especificaciones, y que las profundas marcas espirales en la superficie de los tubos en bruto al laminar tubos de pared delgada afectaban la calidad estética de los tubos de acero. Hasta la fecha, solo se ha mantenido en mi país, y recientemente algunas empresas privadas han construido varias laminadoras de tubos Accu-Roll de menor tamaño. Hasta el momento, no se ha informado de la construcción de este tipo de laminadora en el extranjero. Este tipo de máquina no es adecuada para la producción de tubos de acero sin soldadura de gran y mediano diámetro. Se trata de una laminadora oblicua horizontal de dos rodillos con mandril largo y placa guía activa.
La estructura del molino tiene las siguientes características:
Los dos rodillos son cónicos. Al igual que la máquina perforadora de rodillos cónicos, posee un ángulo de alimentación y un ángulo de laminación, de modo que el diámetro del rodillo aumenta gradualmente en la dirección de laminación, lo cual contribuye a reducir el deslizamiento, favorece la extensión longitudinal del metal y reduce la deformación torsional adicional.
Se utilizan dos discos guía activos de gran diámetro.
Se adopta el modo de operación de mandril limitado.
Se adopta el tipo de rodillo sin hombro. Según se informa, esto resuelve el problema de que el sistema ASSEL reduce la cantidad de reducción de pared en la parte del hombro del rodillo, lo que disminuye la vida útil del rodillo y el efecto de uniformidad de la pared, mejorando así la precisión del espesor de pared de la tubería rugosa.
5.4.3 Máquina de hincado de tuberías
El método de perforación por hincado de tuberías para la producción de tubos de acero sin soldadura fue propuesto por Heinrich Erhard en Alemania ya en 1892. El proceso de perforación de la primera unidad de hincado se divide en el método hidráulico, que utiliza una prensa hidráulica vertical para comprimir el lingote de acero colocado en el molde, dándole forma de tubo en bruto con fondo cóncavo. Posteriormente, mediante una grúa, se extrae el tubo en bruto, se coloca sobre un mandril y se introduce en él. El mandril empuja el tubo en bruto, haciéndolo pasar sucesivamente a través de una serie de orificios anulares de diámetro decreciente, logrando así la reducción de diámetro y espesor de pared, así como su alargamiento. La fuerza de deformación se concentra en el extremo de la varilla de hincado. Tras el hincado, se retira la varilla y se corta el fondo cóncavo. Este método se caracteriza por su baja productividad, un espesor de pared muy irregular y una relación longitud/diámetro (L/D) limitada. Actualmente, solo se utiliza este método para la producción de tubos de acero sin soldadura de gran diámetro (400-1400 mm). Otro método, denominado método CPE, emplea el laminado oblicuo y la perforación para producir tubos en bruto. El estrechamiento de un extremo de estos tubos los prepara para la máquina de encolado. Este método mejora la producción y la calidad del producto, e impulsa la producción de tubos de acero sin soldadura de pequeño diámetro mediante el proceso de encolado.
Las ventajas del método de elevación son:
1) Baja inversión, equipos y herramientas sencillos y bajo costo de producción.
2) La extensión de la unidad de elevación es grande, hasta 10-17. Por lo tanto, la cantidad de equipos y herramientas necesarios para laminar productos similares mediante el método de elevación puede ser menor.
3) Una amplia gama de variedades y especificaciones.
La desventaja es que la precisión del espesor de la pared no es alta y son propensos a producirse defectos por arañazos en las superficies internas y externas.
5.4.4 Tubo de acero extruido
El método de extrusión consiste en colocar una barra de metal en un recipiente cerrado compuesto por un cilindro, una matriz y una varilla de extrusión, y aplicar presión con esta última para forzar el flujo del metal a través de la matriz, logrando así su conformado plástico. Este método, con una larga trayectoria, se utiliza para la fabricación de tubos de acero sin soldadura. Según la relación entre la dirección de la fuerza aplicada y la del flujo del metal, la extrusión se divide en dos tipos: extrusión directa y extrusión inversa. En la extrusión directa, la dirección de la fuerza coincide con la del flujo del metal, mientras que en la inversa es opuesta. La extrusión inversa presenta ventajas como una menor fuerza de extrusión, una mayor relación de extrusión, una mayor velocidad de extrusión, una temperatura de extrusión más baja, mejores condiciones de extrusión, facilidad para lograr una extrusión isotérmica, isobárica o a velocidad constante, un mejor rendimiento estructural y precisión dimensional del producto, una menor presión residual al final del proceso y una mayor tasa de recuperación de metal. Sin embargo, su funcionamiento es relativamente inconveniente y el tamaño de la sección transversal del producto está limitado por el tamaño de la varilla de extrusión.
La aplicación de la tecnología de extrusión de metales en la industria tiene una historia de más de 100 años, pero el uso de la tecnología de extrusión en caliente en la producción de acero se desarrolló gradualmente después de que Seshi inventara el lubricante de extrusión de vidrio en 1941. En particular, el desarrollo del calentamiento no oxidativo, la tecnología de extrusión de alta velocidad, los materiales de moldes y la tecnología de reducción de tensión han hecho que la producción de tubos de acero sin soldadura mediante extrusión en caliente sea más económica y razonable, mejorando considerablemente la producción y la calidad, y ampliando aún más la gama de variedades, atrayendo así la atención de diversos países.
Actualmente, la gama de productos de tubos de acero fabricados mediante extrusión generalmente presenta las siguientes características: diámetro exterior: 18,4~340 mm, espesor mínimo de pared de 2 mm, longitud aproximada de 15 m, aunque para diámetros menores se pueden obtener tubos de hasta 60 m. La capacidad de la extrusora suele oscilar entre 2000 y 4000 toneladas, con un máximo de 12 000 toneladas.
En comparación con otros métodos de laminación en caliente, la producción de tubos de acero sin soldadura extruidos presenta las siguientes ventajas:
Menos pasos de procesamiento, lo que puede ahorrar inversión con la misma producción.
Debido a que el metal extruido se encuentra en un estado de tensión de compresión tridimensional, puede producir materiales que son difíciles o imposibles de laminar y forjar, como las aleaciones a base de níquel.
Debido a la gran deformación del metal durante la extrusión (alta relación de extrusión), y a que la deformación completa se realiza en muy poco tiempo, el producto tiene una estructura uniforme y un buen rendimiento.
Presenta pocos defectos en las superficies internas y externas, y la precisión dimensional geométrica es alta.
La organización de la producción es flexible y adecuada para la producción de lotes pequeños y de múltiples variedades.
Puede producir tuberías y tuberías compuestas bimetálicas con secciones complejas.
Las desventajas son:
1) Altos requisitos de lubricantes y calefacción, lo que aumenta los costos de producción.
2) Además de la corta vida útil de las herramientas, el gran consumo y los altos precios.
3) El índice de rendimiento es bajo, lo que reduce la competitividad del producto.
5.4.5 Laminador de tubos de ciclo (laminador de tubos Pilger)
El laminador de tubos de ciclo se puso en producción industrial en 1990. Es un laminador de dos rodillos de un solo bastidor. El rodillo tiene un orificio de sección transversal variable. Los dos rodillos giran en direcciones opuestas, y el tubo en bruto se introduce en la dirección opuesta a la del rodillo. El rodillo completa una vuelta y empuja el tubo en bruto, reduciendo su diámetro y espesor de pared, y dándole el acabado final en el orificio para completar el laminado de una sección del tubo. A continuación, el tubo en bruto se introduce de nuevo para continuar el laminado. Un tubo en bruto necesita circular repetidamente dentro del orificio para completar todo el proceso de laminado, por lo que se denomina laminador de tubos periódico, también conocido como laminador de tubos Pilger. El tubo se procesa periódicamente mediante un orificio de rodillo de sección variable, y las operaciones de alimentación y rotación del material se combinan para que la pared del tubo sufra múltiples deformaciones acumulativas, obteniendo así una mayor reducción y elongación del espesor de pared.
Las características de este método de producción son:
1) Es más adecuado para la producción de tubos de paredes gruesas, y su espesor de pared puede alcanzar los 60-120 mm;
2) La gama de tipos de acero procesados es relativamente amplia. Dado que su método de deformación es una combinación de forjado y laminado, puede producir tubos de metales de baja plasticidad y difícil de deformar, y las propiedades mecánicas de los tubos de acero son excelentes.
3) La longitud del tubo de acero laminado es grande, hasta 35 m.
4) La productividad del tren de laminación es baja, generalmente del 60 al 80%, por lo que la producción es baja; por lo tanto, una máquina perforadora debe estar equipada con dos trenes de laminación de tubos periódicos para equilibrar.
5) La cola no se puede procesar, lo que genera grandes pérdidas de corte y una baja tasa de rendimiento.
6) Mala calidad de la superficie y espesor de pared muy desigual.
7) Gran consumo de herramientas, generalmente de 9 a 35 kg/t.
5.4.6 Expansión en caliente de tuberías de acero
El diámetro exterior máximo de los tubos de acero terminados, producidos mediante laminación en caliente sin soldadura, es inferior a 530 mm para laminadores automáticos, inferior a 460 mm para laminadores continuos e inferior a 660 mm para pilotes de gran diámetro. Cuando se requiere un tubo de acero de mayor diámetro, además del método de hincado y el de extrusión, se puede utilizar el método de expansión en caliente. Este método permite actualmente producir tubos de pared delgada con un diámetro exterior máximo de 1500 mm para tubos de acero sin soldadura.
Existen tres métodos para la expansión en caliente de tubos de acero: laminación oblicua, estirado y empuje. Estos tres métodos se originaron en la década de 1930. La laminación oblicua y el estirado requieren calentar el tubo de acero en su totalidad antes de proceder a la deformación, mientras que el método de empuje no requiere calentar todo el tubo.
Máquina de expansión por rodillos oblicuos:
El proceso de expansión por laminación oblicua es el siguiente: el material de la tubería calentada se transporta a la máquina de expansión por laminación oblicua. Esta máquina consta de dos rodillos de igual forma. Los ejes de ambos rodillos forman un ángulo de 30° con la línea de laminación, y cada rodillo es accionado por un motor independiente para girar en la misma dirección. El tapón participa en la deformación dentro de la zona de expansión, y la tubería de acero describe un movimiento espiral en dicha zona. La pared de la tubería se lamina mediante los rodillos y el tapón, lo que provoca un aumento del diámetro de expansión y una disminución del espesor de la pared. La fuerza axial del tapón es soportada por la varilla de empuje, que puede estar ubicada en la entrada o instalada en la salida.
La expansión por laminación oblicua permite fabricar tubos de acero con un espesor de pared de 6 a 30 mm y un diámetro exterior máximo de 710 mm. Su desventaja radica en las marcas espirales residuales que quedan en las superficies interior y exterior del tubo, lo que reduce la calidad superficial. Por este motivo, es necesario instalar una máquina niveladora y una calibradora. Este tipo de máquina de expansión requiere maquinaria de gran tamaño, una alta inversión inicial y ciertas limitaciones en cuanto a la variedad de tubos, además de no permitir la fabricación de tubos de paredes gruesas.
Máquina de expansión de dibujo:
La expansión por estirado es un método de producción con baja capacidad productiva, pero aún se utiliza debido a la sencillez de su equipo y proceso, así como a su fácil mecanización. La máquina de expansión por estirado puede emplearse tanto para la expansión en frío como en caliente. Cuando la expansión no es grande y se requiere mejorar las propiedades físico-mecánicas y la precisión dimensional del tubo de acero, se puede utilizar la expansión por estirado en frío. El proceso de expansión por estirado en caliente de tubos de acero comprende: calentamiento del material, expansión de los extremos, expansión y estirado, enderezado, corte de extremos y colas, e inspección. La tasa de expansión en cada calentamiento es del 60-70%, y se pueden producir tubos de acero con un diámetro máximo de 750 mm.
El principio de funcionamiento principal del estirado por expansión en caliente es: a través de un grupo (generalmente de 1 a 4) de tapones con diámetros que aumentan gradualmente, se insertan y pasan a través de toda la longitud del orificio interior del tubo de acero, de modo que el diámetro del tubo de acero se expande, el espesor de la pared se adelgaza y la longitud se acorta ligeramente.
Las principales herramientas de la máquina de expansión por estirado son los tapones de expansión, los tacos de expansión y las varillas eyectoras. Sus ventajas son la simplicidad del equipo, la facilidad de operación y el manejo sencillo; una amplia gama de variedades y especificaciones de productos, y la posibilidad de producir también tubos de acero rectangulares y de otras formas especiales. Sus desventajas son el largo ciclo de producción, la baja productividad y el alto consumo de herramientas y metal.
Expansor de empuje: El principio de funcionamiento del expansor de empuje consiste en colocar el tubo de acero en bruto en la bobina de inducción de media frecuencia. Tras el calentamiento por inducción, el pistón del cilindro hidráulico o el cabezal de empuje del cabrestante se desplazan para empujar el extremo del tubo, de modo que este pase secuencialmente a través de la barra central cónica fija axialmente, logrando así la expansión. Una vez que el extremo del tubo llega a la barra central, se añade un nuevo tubo a procesar y el cabezal de empuje regresa para continuar empujando el extremo del nuevo tubo. Este extremo empuja el extremo del tubo anterior a través de la barra central, completando así la expansión. Dado que solo se calienta la sección deformada del tubo, este tiende a doblarse, lo que limita el espesor de pared y la longitud del tubo expandido. Las ventajas del expansor de empuje son una alta tasa de recuperación de metal, un equipo sencillo y un bajo consumo energético. Las desventajas son que la consistencia del rendimiento de la tubería de acero en el sentido longitudinal es ligeramente deficiente y la eficiencia de producción es baja.
Fecha de publicación: 31 de octubre de 2024