Procesos de fabricación de tubos y tuberías de acero
Tubos y tuberías sin costura
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Proceso Mannesmann: El proceso Mannesmann para la fabricación de tubos se vale de dos
rodillos que comprimen externamente la barra cilíndrica de la que partimos. Estos rodillos tienen forma troncocónica y ambos están inclinados un cierto ángulo respecto la directriz axial de la barra cilíndrica (entre 3° y 6°). Un rodillo es colocado en la parte superior de la barra y el otro en e n la inferior de manera que ambos comprimen la barra. Debido a la rotación de los rodillos la barra empieza a girar, de esta forma lo que conseguimos son dos fuerzas transversales de compresión que no se mueven y que actúan sobre una sección de la barra que está girando. Esta compresión provoca una tracción de la sección en la zona donde no actúan los rodillos. Si nos colocamos en la referencia sección de la barra veríamos como todo el perímetro de la misma está sometida a una fuerza cíclica que se va desplazando por todo el perfil y cuyo módulo va variando en función del tiempo. La peculiaridad del proceso Mannesmann es que crea una fuerza cuya función senoidal carga toda la sección. Estos continuos pasos por tracción y compresión someten la sección a c onsecutivos ciclos de histéresis que terminan por abrir una grieta en el centro de la barra. Este es el punto más crítico de toda la sección, el que más sufre la fluctuación de esta carga. Como hemos visto, la sección está sometida a dos cargas car gas opuestas, es en el diferencial de sección que está en el centro donde todas se encuentran y los esfuerzos de tracción y de compresión acaban por abrir la grieta. La forma, la inclinación y el mismo giro de los rodillos induce también el movimiento longitudinal de la barra. El tamaño del agujero así como su ac abado lo controla un mandril que atraviesa la barra axialmente. Actualmente, el proceso Mannesmann es utilizado para diámetros externos desde 60mm hasta 660mm y espesores desde 3mm a 125mm. La materia prima toma la forma de tochos redondos de acero aunque los lingotes redondos aún se utilizan frecuentemente. Al principio, la materia prima se hace pasar a través de varias zonas de temperaturas tem peraturas en un horno rotatorio de calentamiento y se calienta hasta la temperatura de laminación, entre 1250°C y 1300°C.
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Proceso Stiefel: Se utiliza para tubos de diámetros desde 60mm hasta 406mm con
espesores desde 3mm hasta 40mm. Un t ocho redondo de colada continua con diámetro entre 100mm y 300mm es calentado en un horno giratorio a una temper atura de laminación de aproximadamente 1280°C. El tocho caliente es perforado para producir una cáscara de pared delgada. Los dos rodillos de trabajo presentan forma bicónica y sus e jes están inclinados entre 6° y 12° respecto al plano horizontal.
En el siguiente paso de producción, el t ubo hueco es laminado. Este paso causa una reducción en el espesor de la pared pero el diámetro exterior permanece constante y debido a esto el tubo se alarga. -
Proceso de laminación continua sobre mandril: El proceso de laminación continua sobre
mandril consiste de entre 7 y 9 trenes dispuestos estrechamente en tr enes de laminación en serie para formar una línea de laminación. Los trenes de laminación están ubicados a 90° respecto a sus vecinos adyacentes e inclinados 45° respecto a la horizontal. Cada tren posee su propio motor impulsor de velocidad variable. Este tipo de proceso produce un alargamiento de la cáscara hueca sobre una barra de mandril flotante utilizada como herramienta interna para producir el tubo terminado. Actualmente, la laminación continua sobre mandril es un proceso de fabricación de alta productividad que es ampliamente aplicado para tubos sin constura en el rango de entre 60mm hasta 178mm de diámetro externo y espesores desde 2mm hasta 25mm, dependiendo del diámetro exterior. La materia prima utilizada son tochos redondos o más bien hoy en día, tochos de colada continua hasta diámetros de 200mm. Primero, la materia prima se calienta en el horno rotatorio hasta la temperatura de laminación de 1280 °C. Seguido de un decapado con agua
a alta presión, el tocho sólido es per forado para producir una cáscara hueca de pared delgada. En esta operación, la pieza de trabajo es alargada entre 2 a 4 veces su longitud inicial. Luego, la cáscara hueca es laminada de manera continua sobre una barra de mandril sin recalentamiento para producir un tubo continuo. En esta operación se logra un alargamiento máximo del 400%. Finalmente, en un tren adyace nte a la línea de laminación, la barra de mandril es removida del t ubo. En este punto, la temperatura del t ubo es de aproximadamente 500°C, en consecuencia, es rec alentado en un horno hasta 980°C. A la salida del horno de recalentamiento, el tubo se somete a un decapado con agua a alta presión y es laminado hasta sus dimensiones finales donde ninguna herramienta interna es
utilizada. -
Proceso de banco de estirado: El proceso de banco de estirado es utilizado para la
fabricación de tubos de diámetros desde 50mm hasta 170mm. L a materia prima puede ser un tocho cuadrado, octogonal o redondo, laminado o de colad a continua. El material, calentado en un horno rotatorio a la temperatura de conformado, es colocado en la estampa cilíndrica de una prensa punzante; un mandril punzante lo transforma en una cáscara hueca de pared gruesa con la parte inferior cerrada. Luego, la cáscara hueca pasa a un elongador, donde es forjada sobre una barra de mandril hasta aproximadamente el doble de su longitud original. El tocho hueco es entonces alargado e n el banco de estirado sin recalentamiento, usando la barra de mandril como herr amienta interna. Seguido de la operación de alargamiento, el tubo entra a un enderezador para permitir que la barra de mandril sea extraída. Una vez que el mandril es extraído, una sierra caliente corta la parte inferior cerrada y también abre la terminal del tubo. Finalmente el tubo es recalentado e n
un horno reductor de tensiones hasta la tem peratura de conformado y es laminado hasta su tamaño final.
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Proceso de perforado y estirado: Este proceso es similar al de banco de estirado pero no es apropiado para producción masiva, en consecuencia, el número de plantas que lo utilizan es pequeño. Sin embargo, está especialmente diseñado para la fabricación de componentes huecos sin costura que combinan grandes diámetros con grandes espe sores de pared. Los rangos de producción están aproximadamente entre 200 mm y 1450 mm de diámetro externo, con espesores de pared desde 20 mm a 270 mm aproximadamente. Con una longitud máxima de alrededor de 10 m, tubos en bruto y secciones huecas pueden ser fabricadas por este proceso para elementos como componentes de plantas de energía, cilindros hidráulicos, cilindros de gas de alta presión y vasos de presión, así como tubos de sección cuadrada de pared gruesa. La materia prima usual son lingotes poligonales conformados en moldes con diámetros desde 500 mm hasta 1400 mm y pesos de hasta 26 toneladas. Estos son calentados hasta la temperatura de conformado en un horno de foso y luego conformados en un cilindro en una prensa hidráulica punzante vertical. Seguidamente, son alargados a su tamaño final en una prensa hidráulica horizontal de estirado, utilizando un mandril que corresponde al diámetro interno requerido del componente hueco. Junto con el mandril, la cáscara hueca es empujada a través de una serie de hileras de diámetro decreciente hasta que el diámetro externo requerido es logrado. Se pueden realizar hasta cinco pasadas, dependiendo de la tasa de enfriamiento de la pieza y la temperatura especificada para el proceso de conformado. Luego, si es necesario, el material es recalentado. Una vez que el proceso de conformado está completo, el componente terminado es removido del mandril a través de un dispositivo de remoción. Dependiendo de la aplicación en que será utilizado el tubo, la parte inferior puede ser conservada en el componente hueco (por ejemplo para los vasos de presión), o puede ser cortada – una vez que la pieza se haya enfriado a temperatura ambiente.
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Proceso de extrusión de tubos: Este proceso es empleado para producir tubos de hasta aproximadamente 230 mm de diámetro exter no. La materia prima usual son tochos redondos de acero, ya sean laminados, forjados o de colada continua, con diámetros de hasta 300 mm. Seguido del calentamiento a la temperatura de conformado, la materia prima es insertada en el recipiente cilíndrico del extrusor. El tocho es inicialmente perforado a través del centro por un mandril manejado hidráulicamente. A medida que el mandril punzante pasa a través de la estampa del extrusor, forma una abertura anular a través de la cual el material es extruído bajo presión para formar el tubo. El material que queda en el extrusor se corta del tubo para ser reciclado. Los extrusores mec ánicos de diseño vertical son capaces de producir tubos de ace ro de varios materiales, incluyendo aceros de alta aleación, con diámetros externos desde 60 mm hasta 120 mm, con espesores de pared desde 3 mm hasta 15 mm. Al proceso de extrusión, generalmente le sigue un calentamiento para reducir tensiones, permitiendo aumentar el rango del diámetro externo en la producción hasta aproximadamente 20 mm sin recalentamiento. Las prensas hidráulicas de diseño horizontal son utilizadas predominantemente en la fabricación de tubos de acero de alta aleación con diámetros externos de hasta 230 mm aproximadamente.
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Proceso de laminación Assel: Se utiliza actualmente para producir tubos de acero inoxidable con diámetros externos desde 60 mm hasta 250 mm y longitudes de hasta 12 m. L a razón de diámetro externo a espesor de pared tiende a estar en la región de 4 a 15. El diámetro interno más pequeño de los tubos es aproximadamente 40 mm. Los tubos fabricados por este método se caracterizan por su excelente concentricidad y son ampliamente empleados en la producción de ejes y árboles. La materia prima predominantemente toma la forma de tochos redondos de acero de longitud apropiada que son c alentados a la temperatura de conformado en un horno rotatorio. Seguido de un decapado y centrado de las caras extremas, el tocho es transformado en una cáscara hueca a través de los rodillos de laminación cruzada y luego son alimentados al tren laminador Assel. El tren Assel presenta tres rodillos dispuestos simétricamente a 120° alrededor de la línea central de laminación.
Tubos por conformación en frío
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Una proporción considerable de los tubos y tuberías sin cost ura fabricados utilizando los procesos descritos anteriormente, y también los tubos soldados longitudinalmente, se someten a la posterior conformación en frío. El objetivo principal de estos procesos de trabajado en frío es lograr espesores de pared y diámetros más cercanos a las tolerancias, una mejora en el acabado de la superficie y propiedades mecánicas específicas en el tubo. El conformado en frío también sirve para expandir la mezcla de productos hacia el extremo inferior en las escalas de diámetros exter nos y espesores de pared. Los procesos que predominan en este sentido son el de estirado en frío y laminado a paso de peregrino en frío. La forja en frío, conformado fluido, laminado en frío y otros procesos relacionados con las operaciones de mecanizado (por ejemplo, bruñido), son menos importantes en términos de las cantidades producidas y tienden a ser reservados para la fabricación de tubos y tuberías para aplicaciones especiales ( por ejemplo, cilindros de barril). Estirado en frío: El tubo de acero de precisión sin costura ha sido normalizado en la DIN 2391 para diámetros de 4 mm hasta 120 mm y espesores de pared de 0,5 mm hasta 10 mm. Además, tamaños intermedios no normalizados y tubos de hasta 380 mm de diámetro externo con espesores de pared de hasta 35 mm, pueden ser fabricado por estirado en frío. Existen tres procesos empleados para el e stirado en frío de tubos: Estirado hueco, estacionario o estirado de tapón flotante, y e l estirado sobre un mandril (también conocido como estirado sobre barra). Debido a la falta de una herramienta interna, en el estirado hueco sólo el diámetro exterior del tubo es reducido y la superficie exter ior es pulida en el troquel, con el espesor de pared sin sufrir cambios considerables. En el estirado estacionario, un tapón que e stá fijado a una barra de mandril o bien un tapón llamado flotante, forma una abertura anular con la matriz de bloque a través de la cual se extrae el tubo. Esto reduce dentro de estrechas tolerancias los diámetros tanto exterior como interior, y por lo tanto también el espesor de pared, así como alisa y pule las superficies tanto exterior como interior. En general, un tapón fijo estacionario es utilizado
para producir reducciones en el área de hasta 45% por pasada. El estirado sobre un t apón flotante se emplea principalmente para tubos de pequeños diámetros y mayores longitudes, y en particular cuando el material se toma de una bobina y seguido del estirado se vuelve a enrollar en un cabrestante. En el estirado sobre mandril, el tubo se extrae a través del troquel con la ayuda de una barra de mandril insertada, con los diámetros exterior, interior, y también el espesor de pared, sufriendo reducción. Las posibles reducciones de sección por pasada son más altas que en el caso del estirado con tapón, pero la longitud del tubo está limitada por la longitud de la barra de mandril. El tubo tiene que ser ligeramente expandido en un laminador luego del estirado con el fin de permitir que el mandril sea extraído. El estirado sobre mandril es por tanto aplicado predominantemente para tamaños estándar y como una especie de estirado preliminar donde las dimensiones finales sólo se producen en varias operaciones secuenciales de estirado con tratamiento térmico intermedio. Previo al estirado en frío, la laminilla adherida al tubo debido al proceso de calentamiento o una operación de recocido intermedio se retira y se proporciona un vehículo lubricante a la superficie; el estirado se realiza a continuación, con la adición de lubricantes. El proceso de conformación en frío hace que el material sufra endurecimiento por deformación, es decir, el límite de elasticidad y valores de resistencia a la tracc ión del material se incrementan mientras que sus valores de alargamiento y tenacidad disminuyen. Esto es deseable para muchas aplicaciones. Sin embargo, debido a la reducción asociada de la ductilidad, un tratamiento térmico debe ser aplicado previo a cualquier operación de conformado. El estirado de tubos sobre mandril o tapón estacionario como he rramienta interna requiere máquinas que estén configuradas para un movimiento finito en línea recta. Estas predominantemente toman la forma de bancos de e stirado equipados con una cadena continua o bancos de estirado con trefilado finito reversible y cadenas de retorno adjuntas al carro de estirado. Otros diseños incluyen bancos de estirado de tipo cuerda, bancos de estirado de cremallera y piñón y bancos de estirado con un sistema de accionamiento hidráulico. Las grandes longitudes de tubo se estir an generalmente usando un tapón flotante en máquinas de tipo continuo en línea recta en la que dos trineos de pistón se alternan para realizar la operación de estirado. Los t ubos de diámetro pequeño son usualmente estirados en frío por una trefiladora monobloque de alambre grueso en la cual el material se toma de una bobina y la fuerza de estirado se aplica mediante un cabrestante.
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Proceso de laminación a paso de peregrino en frío: Este proceso es empleado para el trabajado de tubos huecos en bruto c onformados en caliente en la fabricación de tubos de 8 mm a 230 mm de diámetro exterior y 0,5 mm a 25 mm de espesor de pared. Las reducciones de sección obtenidas son múltiplo de las que se obtienen en el estirado en frío. Como resultado de la gran reducción simultánea de diámetro y espesor de pared e n el proceso de laminación-forja, las diferencias de excentricidades y espesores de pared en el material de entrada se ven sustancialmente re ducidas: El tubo laminado a paso de peregrino en frío es un producto que pre senta variaciones dimensionales muy pequeñas y un muy alto nivel de calidad de la superficie. Debido al patrón de tensión favorable aplicado al material en la zona de conformado, este proceso es también una opción preferida en la fabricación de tubos y tuberías de materiales no dúctiles. El proceso de laminación a paso de peregrino en frío se caracteriza por el hecho de que la pieza hueca en bruto es forjada y alargadas sobre un mandril cónico estacionario por dos rodillos con matrices de anillo de un diseño de paso correspondiente que alterna ida y vuelta sobre el material. Esta acción de laminado es impartida por un arreglo de cr emallera y piñón en el cual los piñones están conec tados rígidamente a los rodillos peregrinos, haciéndolos girar a medida que la caj a de laminación atraviesa de un lado a otro. El movimiento de la caja de laminación, y por lo tanto el recorrido longitudinal y la rotación de los rodillos, es accionado por un mecanismo de manivela. El diseño de paso de los dos rodillos consiste en un rebaje circular, correspondiente a la sección transversal de la pieza hueca, que se estrecha sobre una cierta porción de la circunferencia del rodillo para proporcionar una transición continua e ideal hasta el diámetro del tubo terminado. En consecuencia, a medida que los rodillos se mueven hacia adelante y hacia atrás, la pieza hueca en bruto es conformada en la manera deseada. Un aspecto esencial del proceso reside e n el hecho de que el alargamiento de la pieza hueca para producir el tubo acabado se re aliza por reducciones simultáneas del diámetro y el
espesor de pared. Esto es ayudado por la forma del mandril que se estrecha desde el diámetro interior de la pieza hueca hasta el diámetro interior del tubo terminado. Siguiendo un ciclo de laminación de adelante y hacia atrás, los rodillos liberan la pieza en bruto que e s seguida por un valor de alimentación infinitamente variable. El volumen del material correspondiente es alargado a continuación, con el ciclo de laminación posterior hacia adelante y hacia atrás ejecutado por el soporte. A medida que la pieza hueca en bruto avanza, también se hace girar un cierto ángulo a fin de lograr una sección transversal perfectamente circular, mientras el material es forjado hasta las dimensiones del tubo terminado. La longitud de paso determina la longitud de la pieza hueca en bruto la cual es laminada con cada carrera de avance del soporte. La porción del rodillo que contiene el paso puede tomar la forma de un troquel de media caña o de una matriz de anillo. El troquel de media caña con su diseño aproximadamente semicilíndrico y paso corto (longitud de arco de hasta 180°) es un rasgo característico de los trenes de laminación de carrera cor ta. Hoy en día, sin embargo, predominan los trenes de carrera larga, y estos con sus matrices de anillo a menudo ofrecen pasos de trabajo más largo s (longitud de arco de hasta 300°), operando a las mismas altas velocidades de rotación. Como resultado, alcanzan niveles más altos de productividad, resultados de deformación más favorables, una calidad de superficie mejorada y un mayor grado de precisión dimensional en el tubo acabado.
Tubos y tuberías con costura
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Proceso Fretz-Moon: En este proceso, la tira de acero en forma de un fleje continuo se calienta a la temperatura de soldadura en una línea de conformado y soldadura. El material es conformado continuamente por rodillos en un tubo de c ostura abierta y luego los extremos de unión son presionados juntos y soldados por un proceso relacionado con la técnica de forja-soldadura de antaño. Tubos y tuberías de diámetro exterior desde 40 mm a 114 mm se pueden fabricar de esta manera, con velocidades de soldadura que van de 200 a 100 m/min, respectivamente. Las bobinas de tir as de acero laminado en caliente utilizadas como material de partida son desenrolladas a alta velocidad y almacenadas en acumuladores de bucle. Estos sirven como amortiguadores durante el proceso de producción continua, permitiendo que el extremo de salida sea soldado a tope al extremo entrante de la tira proporcionada por la siguiente bobina. Esta tira continua o fleje es
llevada a través de un horno de túnel donde se calienta a una t emperatura alta. Quemadores dispuestos lateralmente aumentan la temperatura en los bordes del fleje a una temperatura de soldadura aproximadamente 100 a 150 °C mayor que la temperatura que prevalece en el centro del fleje. El soporte de rodillos de conformado transforma la entrada continua de fleje en un tubo de costura abierta , cuya circunferencia es ligeramente reducida (por aproximadamente 3 %) en el soporte de rodillo de presión y soldadura, que está dispuesto a 90 ° con respecto al anterior soporte. La presión que este soporte de soldadura produce hace que los bordes sean presionados juntos y soldados. La estr uctura de la soldadura se comprime aún más en e l siguiente soporte de rodillos reductores, de nuevo dispuestos a 90°, que sirven para dimensionar el tubo. Una sier ra caliente volante situada aguas abajo de la línea de soldadura corta el tubo continuo en longitudes individuales que luego son transportadas a través de lechos de enfriamiento hasta el departamento de terminación de tubos. En instalaciones modernas Fretz-Moon, el tubo continuo se carga directamente a un horno reductor de tensiones. Esto se realiza en la línea de salida para laminar el mater ial con el mismo calor a varios diámetros hasta aproximadamente 13 mm. La cadena de tubos se corta entonces en longitudes individuales para su colocación en los lec hos de enfriamiento. Esta combinación de instalaciones tiene la ventaja de que la planta Fretz-Moon se puede utilizar para un único y constante diámetro de tubo, eliminando así los costos de cambio de rodillos y reinicio del trabajo.
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Proceso de soldadura por resistencia eléctrica con corriente directa: Los procesos que operan con corriente directa o emplean el efecto de corriente cuasi- directa, fueron desarrollados para la soldadura longitudinal de tubos pequeños de hasta 20 mm, y en casos especiales de hasta 30 mm de diámetro exterior, con espesores de pared pequeños de 0,5 a aproximadamente 2 mm. Las ventajas de la soldadura con corriente directa en comparación con los métodos de baja frecuencia y de alta frecuencia derivan en particular del acabado relativamente suave del pase interior con no más que un mínimo refuerzo. Esta ventaja es importante en tubos en los que se requiere una soldadura lisa en el interior y donde la remoción de rebaba en el interior no es posible, como en el caso de tubos para intercambiadores de calor o para posterior e stirado. El rango de aplicaciones del proceso de corriente directa está limitado por la potencia eléctrica que puede ser transmitida por los electrodos de disco empleados. Las velocidades de soldadura obtenidas van de 50 hasta 100 m/min. Los tubos producidos son, sin excepción, reducidos posteriormente por estirado en frío, en cuyo proceso el espesor del cuerpo principal es ligeramente aumentado más que el de la zona de soldadura, como re sultado de lo cual estos tubos no presentan prácticamente
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ningún saliente de soldadura interna. Por razones de tolerancia, fleje laminado en frío es empleado como material de partida. Proceso de baja frecuencia: En este proceso, la soldadura se realiza con corriente alterna de frecuencias de 50 a 400 Hz. Un electrodo comprendiendo dos discos aislados de una aleación de cobre sirve no sólo como fuente de alimentación, sino también como la herramienta de conformado y el elemento que genera la presión de soldadura necesaria. Los electrodos constituyen los componentes críticos de la planta, ya que no sólo deben ser provistos con una ranura que coincida con el diámetro de l tubo a ser fabricado, sino que también este radio tiene que ser monitoreado permanentemente por desgaste durante las operaciones de producción. El material extruído durante el proceso de soldadura por presión forma una rebaba interna y exter na a lo largo de la zona de soldadura que debe ser removida en línea justo aguas abajo del punto de soldadura por troqueles internos y externos. Debido a que el proceso se controla cuidadosamente de acuerdo con estos diversos requisitos, el método de soldadura de baja frecue ncia puede producir soldaduras de un alto grado de perfección. Este proceso se utiliza para la fabricación de t ubos soldados longitudinalmente de 10 a 114 mm de diámetro a velocidades de soldadura de hasta aproximadamente 90 m/min, dependiendo del espesor de la pared.
Procesos de alta frecuencia: Siguiendo el desarrollo del proceso de soldadura por resistencia eléctrica de baja frecuencia, en la década de 1960 se vio la introducción de una alternativa de alta frecuencia. El proceso implica la aplicación de una frecuencia alta de corriente alterna en el rango de 200 a 500 kHz, con las operaciones de conformado del tubo y entrada de energía siendo realizadas por unidades separadas. Este método de soldadura utiliza simultáneamente presión y calor con el fin de unir los extremos del tubo de costura abierta, sin la adición de metal de apor te. Rodillos de presión en el soporte de soldadura juntan los bordes del tubo de costura abierta de forma progresiva y aplican la presión necesaria para la soldadura. La corriente alterna de alta frecuencia ofrece una serie de beneficios como la fuente de energía para generar el calor necesario para el proceso de soldadura. Por ejemplo, tiene la ventaja sobre la corriente alterna normal de una muy alta densidad de corriente (flujo) sobre la sección transversal del conductor. Debido a su alta frecuencia, la corriente de alta frecuencia tiene el efecto de generar un campo magnético en el núcleo c entral del conductor. La resistencia óhmica del conductor está en su máximo en este campo, de modo que los elect rones sigan el camino de menor resistencia en la región externa de la superficie del conducto. La corriente fluye así a lo largo
de los bordes del tubo de cost ura abierta hasta el punto en que los bordes de la chapa entran en contacto (punto de soldadura), y la co ncentración subsiguiente, promovida por la proximidad del conductor negativo, da como resultado un alto nivel de utilización de energía. Por debajo del punto de Cur ie (768ºC), la profundidad de penetración sólo asciende a unas pocas centésimas de milímetro. Una vez que el acero es calentado por encima de esta temperatura, se convierte en amagnético y la profundidad de penetración se eleva a varias décimas de milímetro a frecuencias en la región de 450 kHz. La corriente de soldadura puede ser introducida en el tubo de costura abierta tanto por medios conductivos utilizando contactos deslizantes y por medios inductivos utilizando bobinas de una o múltiples espiras. En consecuencia, se realiza una distinción en la nomenclatura entre la soldadura por inducción a alta frecuencia y la soldadura por conducción a alta frecuencia. La chapa o fleje se moldea en un tren de rodillos de conformado o en un soporte de laminación regulable en el tubo de costura abierta para la fabricación de una amplia gama de productos. Estos incluyen líneas de tuberías y tubos estructurales en e l rango de tamaño de aproximadamente 20 a 609 mm de diámetro exterior y 0,5 a aproximadamente 16 mm de espesor de pared, así como tubos e n bruto para material de carga para el laminador de reducción por estirado. La materia prima e s proporcionada en forma de tiras de acero en bobinas o chapas anchas laminadas e n caliente. Dependiendo de las dimensiones del tubo y la aplicación, y particularmente e n la fabricación de tubos de precisión, la chapa de acero puede someterse a una operación de decapado aguas arriba, o bien se utiliza fleje laminado en frío. Las bobinas individuales se sueldan entre sí y, a altas velocidades de desenrollado, la tira pasa primero a través de un acumulador de bucle. La máquina de soldadura de tubos opera de forma continua a una velocidad que oscila entre 10 y 120 m/min extrayendo la tira desde el acumulador de bucle. El tren de rodillos de conformado es usado para diámetros de tubo de hasta máximo 609 mm, y en general consiste en 8 a 10 cajas de rodillos de conformado impulsados en las cuales la chapa es gradualmente transformada en el tubo de costura abierta. El soporte de pase de tres aletas guía el tubo de costura abierta hacia la mesa de soldadura. Los rodillos de conformado deben coincidir precisamente con el diámetro final del tubo. La principal característica de la caja de laminación es que una serie de rodillos de conformado no impulsados internos y externos, regulables dentro de un amplio rango de diámetros de producto, se configuran en una línea de conformado con forma de embudo que dobla gradualmente la tira en la forma del tubo con costura abierta. Solo el soporte de desbaste en la entrada y el pase de aleta en la salida son impulsados. Antes que la chapa entre a la sección de conformado, es enderezada y cortada a un ancho constante con un cortador longitudinal de bordes. Los bordes c ortados pueden ser biselados adicionalmente como preparación para la soldadura. Los rebordes internos y externos que se producen durante la soldadura de tubos por presión con diámetros internos de alrededor de 30 mm y superiores, suelen ser rebajados por cepillado o raspado con el material aún c aliente. El tubo es luego redondeado y dimensionado entre dos y seis soportes diseñados para una reducción circunferencial. Este proceso también da lugar a un efe cto de enderezamiento. La inclusión de una unidad multisoporte de rodillos de conformado y dimensionado en la sección de salida de los tubos también puede permitir que el tubo redondo se a directamente conformado en secciones especiales. Tras el examen no destructivo de la soldadura rebajada (esta inspección se lleva a c abo como parte del proceso de control de producción), la línea continua de tubos se corta en longitudes definidas por una máquina de corte volante. Dicha operación de corte se puede
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realizar mediante la ruptura del tubo e n una estrecha zona anular calentada por inducción, corte rotatorio por medio de cuchillas de tipo disco o por sierras de t ronzado en frío o por fricción. En el departamento de acabado de tubos, los tubos se procesan adicionalmente con máquinas enderezadoras. La operación de enderezado puede ser precedida por un tratamiento térmico, dependiendo de las dimensiones y aplicación del tubo. Procesos de soldadura por fusión: Las tuberías de acero soldadas por fusión son hoy en día fabricadas predominantemente en diámetros en exceso de 457.2mm (18”) y son ampliamente empleadas como tubos de gran diámetro para la construcción de cañerías. Los procesos utilizados para conformar los tubos son esencialmente los siguientes: 1.) El proceso de triple rodillo de doblado para conformado de placas, utilizado como proceso de conformado en frío o e n caliente. 2.) El proceso de prensado en C para conformado en frío de placas. 3.) Los procesos de prensado en U y en O para conformado en frío de placas. 4.) El proceso de conformado de tubo en espiral para conformado en frío de chapas anchas o placas. En las instalaciones actuales de producción en masa, los últimos dos procesos son los más frecuentemente utilizados alrededor del mundo. El proceso de soldadura por arco sumergido o una combinación de soldadura por puntos con protección gaseosa y soldadura por arco sumergido aguas abajo ha sido ampliamente aceptado como el método estándar para la soldadura de tuberías de gran diámetro. Otra gran área de aplicación de los procesos de soldadura por fusión puede encontrarse en la fabricación de tubos soldados en espiral y longitudinalmente, y tuberías de aceros inoxidables de alta aleación y metales no ferrosos (por ejemplo titanio, aluminio, cobre). Los productos en este caso generalmente toman la forma de tubos de pared delgada y tuberías en el rango de diámetros desde aproximadamente 10 a 600 mm. Además del proceso TIG puro, varios métodos de soldadura combinados también son utilizados. Proceso de soldadura por arco sumergido
El proceso de soldadura por arco sumerg ido es un método de soldadura por fusión eléctrica, realizada con un arco escondido. En contraste con la soldadura de arco con electrodos, el arco en este caso no está la vista y quema bajo un lecho de escoria y fundente. Una de las características que presenta la soldadura por arco sumergido (SAW) es su alta tasa de deposición, la cual esencialmente deriva de la potencia de la alta corriente que es aplicada en combinación con un balance favorable de calor. El metal de aporte empleado toma la forma de un cable de soldadura brillante y bobinado, el cual es continuamente alimentado a la pileta de fusión por rollos a una velocidad dictada por la tasa de deposición. Justo por encima del metal base (tubo), la corriente de soldadura es conducida por contactos deslizantes al electrodo y devuelta por cables a tierra conectados al material del tubo. El arco ocasiona que el cable entrante y la costura abierta se fundan. Una porción del fundente continuamente alimentado de manera similar es también fundida por el calor del arco, causando la formación de una capa líquida de escoria que protege la pileta de fusión, el
electrodo derretido y el arco mismo contra las influencias atmosféricas. Además, el fundente también facilita la formación del cordón de soldadura y sirve como aporte de elementos de aleación, a fin de c ompensar las pérdidas por fusión y oxidación. En muchos casos, es también utilizado específicamente para alear el metal de soldadura, para impartirle propiedades mecánicas y químicas específicas. A medida que el arco se mueve, la escoria líquida que deja atrás solidifica. El fundente que no fue fundido es recuperado mediante una extracción al vacío y reutilizado. La escoria es removida fácilmente una vez que ha solidificado. La composición química del electrodo y el fundente debe n coincidir con el material a ser soldado. La soldadura por arco sumergido de tuberías en el método usual de dos pases es normalmente realizada con el pase interno primero y luego el pase externo. Esto asegura que los dos pases se superpongan lo suficiente. El resultado es una soldadura que normalmente no requiere ningún tratamiento térmico adicional. La soldadura por arco sumergido se puede realizar tanto con corriente directa como alterna, y en sistemas de múltiples hilos, una combinación de corriente directa y alterna puede ser utilizada. La eficiencia de este proceso de soldadura se caracteriza por la tasa de metal de aporte depositado por unidad de tiempo (tasa de deposición) y la resultante - invariablemente alta - velocidad de soldadura que es posible. Con los fundentes de alto rendimiento actuales, el proceso de soldadura con tres hilos es en general suficientemente eficiente para espesores de pared de hasta 20 mm. Cuando los espesores de pared excedan los 20 mm, un cuarto hilo adicional es utilizado a fin de mantener la velocidad de soldadura y por tanto la e ficiencia de producción. En la práctica, las velocidades de soldadura obtenidas varían entre 1 y 2,5 m/m in, aumentando en algunos casos hasta 3 m/min, dependiendo del proceso de soldadura, el e spesor de pared y el tipo de fundente utilizado.
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Procesos de soldadura por arco con protección gaseosa: Así como la soldadura por arco
sumergido, la soldadura por arco con protecc ión gaseosa es un proceso de fusión eléc trica. La pileta de fusión es producida por los e fectos de un arco eléctrico. El ar co es bastante visible a medida que arde entre e l electrodo y la pieza de trabajo. El electrodo, arco y pileta de fusión son protegidos contra la atmósfera por un gas inerte o activo que es constantemente alimentado en la zona de soldadura. Los procesos de soldadura con protección gaseosa son clasificados de acuerdo al tipo de electrodo y tipo de gas utilizados. De acuerdo a la DIN 1910, los diversos procesos se dividen en dos categorías principales: a.) Soldadura por arco de tungsteno y gas: 1.) Soldadura por arco de tungsteno y gas inerte (TIG) 2.) Soldadura por arco de tungsteno y plasma (TP) 3.) Soldadura por arco de tungsteno e hidrógeno (THG) b.) Soldadura por arco metálico y gas: 1.) Soldadura por arco metálico y gas inerte (MIG) 2.) Soldadura por arco metálico y gas activo (MAG) Los procesos más utilizados para fabricación de tubos y tuberías son TIG, MIG y MAG. Los procesos de soldadura TIG y MIG son pr incipalmente utilizados para la fabricación de tubos de acero inoxidable. En el proceso TIG, el arco arde entre un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza de trabajo. Cualquier metal de aporte es alimentado sin entrada de ninguna corriente directa. El gas de protección es inerte y generalmente toma la forma de argón, helio o mezclas de estos. En los procesos MIG y MAG, en contraste con el proceso TIG, el arco arde entre la pieza de trabajo y un electrodo consumible que proporciona el metal de aporte. El gas de protección empleado en MIG es inerte y de nuevo toma la forma de argón, helio o mezclas de estos dos. En MAG, el gas de protección es activo. Puede consistir de puro o una mezcla de gases (generalmente hecha a partir de , y argón). El proceso MAG está siendo más y más utilizado para soldadura por puntos en la fabricación de tuberías de gran diámetro soldadas en e spiral y longitudinalmente. La soldadura por puntos también sirve como respaldo de la pileta de fusión para el subsecuente proceso de soldadura por arco sumergido. Los prerrequisitos para una soldadura óptima son una preparación precisa de bordes y una buena y continua soldadura por puntos. En la fabricación de tuberías de gran diámetro, las ve locidades de soldadura para la soldadura por puntos varía desde aproximadamente 5 a 12 m/min.
