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.
5.4.1 Máquina automática de laminação de tubos
A máquina automática de laminação de tubos foi inventada pelo suíço Stephen em 1903, e o primeiro conjunto de unidades foi instalado em 1906. Antes da década de 1980, era um dos principais métodos para laminação a quente de tubos de aço sem costura. Devido às limitações quanto ao comprimento do tubo laminado, precisão da espessura da parede, etc., foi gradualmente substituída por unidades de laminação contínua de tubos; atualmente, a melhor unidade automática de laminação de tubos no meu país é a unidade 400 em Baotou. Com exceção de algumas unidades automáticas de laminação de tubos na antiga União Soviética e no Leste Europeu que ainda estão em uso, a maioria das outras foi desmontada. A máquina automática de laminação de tubos consiste em três partes: a máquina principal, a mesa frontal e a mesa 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. Ao mesmo tempo, para atender às necessidades de retorno dos tubos de aço, é fornecido um mecanismo de elevação rápida para o rolo de trabalho superior e o rolo de retorno inferior. O rolo de trabalho possui um furo redondo. O tubo bruto, proveniente da máquina de perfuração e da máquina de estiramento, é laminado em um sistema de furos anulares 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 frente pelo rolo de retorno. Em seguida, o tubo laminado retorna à posição de trabalho original, gira 90° e inicia-se a segunda passagem de laminação no mesmo sistema de furos. A deformação em cada passagem é ajustada pela diferença no diâmetro da cabeça entre as duas passagens. Após retornar à frente, o tubo laminado 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 dos laminadores automáticos de tubos é a flexibilidade no ajuste das especificações de produção. Em relação aos tipos de aço, a gama de aplicabilidade é ampla, permitindo a produção de aços de baixo e médio carbono, aços de baixa liga, aços inoxidáveis, etc.; sendo adequados para produção em pequenos lotes e com grande variedade de materiais. Suas desvantagens incluem baixa capacidade de deformação, com alongamento total em duas passagens inferior a 2,5 vezes; espessura de parede irregular e ocorrência frequente de riscos internos, que precisam ser corrigidos por uma 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).
5.4.2 Laminador de tubos Accu-Roll
A laminadora de tubos Accu-Roll começou a operar em Yantai, Chengdu e outras cidades do meu país no início da década de 1990. Na época, tornou-se muito popular e ganhou impulso para substituir outras unidades de laminação oblíqua e contínua. No entanto, após testes práticos, constatou-se que o comprimento reduzido dos tubos brutos laminados limitava a produção de tubos com o triplo do comprimento em algumas especificações, e as marcas espirais profundas na superfície dos tubos brutos, durante a laminação de tubos de paredes finas, afetavam a qualidade estética dos tubos de aço. Até o momento, ela sobreviveu apenas no meu país, especialmente nos últimos anos, quando algumas empresas privadas construíram lotes de pequenas laminadoras de tubos Accu-Roll. Até agora, não há relatos da construção desse tipo de laminadora de tubos no exterior. Esse tipo de máquina não é adequado para a produção de tubos de aço sem costura de grande e médio diâmetro. Trata-se de uma laminadora oblíqua horizontal de dois rolos com mandril longo e placa guia ativa.
A estrutura do moinho possui as seguintes características:
Os dois rolos são cônicos. Assim como na máquina de perfuração com rolos cônicos, possui um ângulo de alimentação e um ângulo de rolamento, de modo que o diâmetro do rolo aumenta gradualmente ao longo da direção de rolamento, 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 foi adotado. Relata-se que isso supera o problema de que o ASSEL reduz a quantidade de redução da parede na parte do ombro do rolo, o que diminui a vida útil do rolo e o efeito de uniformidade da parede, melhorando assim a precisão da espessura da parede do tubo bruto.
5.4.3 Máquina de cravação de tubos cravação de tubos
O método de perfuração por 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 das primeiras unidades de perfuração por cravação de tubos 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 côncavo. Em seguida, utiliza-se um guindaste para retirar o tubo bruto, depositá-lo e colocá-lo sobre um mandril longo. O mandril é empurrado para que o tubo bruto em forma de copo passe por uma série de orifícios anulares com diâmetros decrescentes, obtendo-se, assim, redução do diâmetro, redução da espessura da parede e alongamento. Toda a força de deformação concentra-se na extremidade da haste de perfuração. Após a perfuração, a haste precisa ser removida e o fundo côncavo 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 utiliza a laminação oblíqua e a perfuração para produzir tubos brutos. O método de contração de uma das extremidades do tubo bruto fornece tubos adequados para a máquina de cravação. 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, chegando a 10-17. Portanto, o número de equipamentos e ferramentas necessários para a laminação de produtos similares pelo método de macaqueamento pode ser menor.
3) Uma ampla variedade de opções e especificações.
A desvantagem é que a precisão da espessura da parede não é alta e defeitos por arranhões são propensos a ocorrer nas superfícies internas e externas.
5.4.4 Tubo de aço extrudado
O chamado método de extrusão refere-se a um método de colocar um tarugo de metal em um recipiente "fechado" composto por um cilindro de extrusão, uma matriz de extrusão e uma haste de extrusão, e aplicar 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 dois tipos: extrusão direta e extrusão reversa. A direção da força na extrusão direta é a mesma da 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, menor temperatura de extrusão, melhores condições de extrusão, facilidade em obter extrusão isotérmica/isobárica/com velocidade constante, melhor desempenho da estrutura do produto e precisão dimensional, menor excesso de pressão do metal no final da extrusão e maior taxa de recuperação de metal. No entanto, seu funcionamento é relativamente inconveniente e a dimensão da seção transversal do produto é limitada pelo tamanho da haste de extrusão.
A aplicação da tecnologia de extrusão de metais na indústria tem uma história de mais de 100 anos, mas o uso da tecnologia de extrusão a quente na produção de aço desenvolveu-se 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 moldes 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 gama de variedades, atraindo assim a atenção de diversos países.
Atualmente, a gama de tubos de aço produzidos por extrusão apresenta as seguintes dimensões: diâmetro externo de 18,4 a 340 mm, espessura mínima da parede de 2 mm, comprimento de aproximadamente 15 m, podendo chegar a 60 m para tubos de menor diâmetro. A capacidade das extrusoras varia geralmente entre 2.000 e 4.000 toneladas, com um máximo de 12.000 toneladas.
Em comparação com outros métodos de laminação a quente, a produção de tubos de aço sem costura extrudados apresenta as seguintes vantagens:
Menos etapas de processamento, o que pode representar economia de investimento para a mesma produção.
Como o metal extrudado se encontra em um estado de tensão compressiva tridimensional, ele pode produzir materiais difíceis ou impossíveis de laminar e forjar, como ligas à base de níquel.
Devido à grande quantidade de deformação do metal durante a extrusão (alta taxa de extrusão) e à deformação completa em um tempo muito curto, o produto apresenta uma estrutura uniforme e bom desempenho.
Há poucos defeitos nas superfícies internas e externas, e a precisão dimensional geométrica é alta.
A organização da produção é flexível e adequada para produção em pequenos lotes e com múltiplas variedades.
Ela 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 da baixa vida útil das ferramentas, do alto consumo e dos preços elevados.
3) A taxa de rendimento é baixa, o que reduz a competitividade do produto.
5.4.5 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 com orifício 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 laminador é baixa, geralmente entre 60% e 80%, resultando em baixa produção; portanto, 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.
5.4.6 Expansão a quente de tubos de aço
O diâmetro externo máximo dos tubos de aço acabados produzidos por unidades de laminação a quente de tubos de aço sem costura é inferior a 530 mm para unidades de laminação automática; inferior a 460 mm para unidades de laminação contínua; e inferior a 660 mm para grandes lotes. Quando se necessita de tubos 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 para a 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 que o processo de deformação possa ser realizado, enquanto o método de compressão não requer o aquecimento de todo o tubo de aço.
Máquina de expansão por laminação oblíqua:
O processo de expansão por laminação oblíqua é o seguinte: o material do tubo aquecido é transportado para a máquina de expansão por laminação oblíqua. Esta máquina consiste em dois rolos de mesmo formato, cujos eixos formam um ângulo de 30° com a linha de laminação. Os dois rolos são acionados por motores independentes, girando no mesmo sentido. O tampão participa da deformação na zona de expansão, enquanto 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 e na redução da espessura da parede. A força axial do tampão é suportada pela 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. Sua desvantagem reside na presença de marcas espirais residuais nas superfícies interna e externa do tubo, o que reduz a qualidade superficial. Por essa razão, é necessário instalar uma máquina de nivelamento e uma máquina de calibragem. Esse tipo de máquina de expansão requer equipamentos de grande porte, alto custo de investimento e apresenta certas restrições quanto à variedade de produtos, além de não permitir a produção de 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 dos equipamentos e processos, 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 aprimoradas, 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, endireitamento, corte das extremidades e inspeção. A taxa de trefilação em cada aquecimento é de 60 a 70%, e o diâmetro máximo dos tubos de aço que podem ser produzidos é de 750 mm.
O princípio básico de funcionamento da expansão a quente por trefilação é o seguinte: através de um grupo (geralmente de 1 a 4) de buchas com diâmetros gradualmente crescentes, estas são inseridas e atravessam toda a extensão do orifício 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 expansão por trefilação são buchas de expansão, buchas de expansão e hastes extratoras. As vantagens incluem equipamento simples, operação conveniente e fácil de dominar; ampla variedade de produtos e especificações, 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 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 através da haste cônica central fixada axialmente, a partir da extremidade do tubo, em sequência, para atingir o objetivo de expansão; quando a extremidade do tubo de aço é empurrada para dentro da haste central, um novo tubo de aço a ser processado é adicionado atrás dele, e a cabeça de empurrar retorna para continuar empurrando a extremidade do novo tubo de aço. A extremidade do novo tubo de aço empurra a extremidade do tubo de aço anterior através da haste central, 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 tipo push são uma alta taxa de recuperação de metal, equipamento simples e baixo consumo de energia. As desvantagens são que a consistência do desempenho do tubo de aço na direção longitudinal é ligeiramente inferior e a eficiência de produção é baixa.
Data da publicação: 31 de outubro de 2024