BR102013021663A2 - Processo para a produção de tubo revestido por expansão e tubo revestido produzido por esse processo - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE TUBO REVESTIDO POR EXPANSÃO E TUBO REVESTIDO PRODUZIDO POR ESSE PROCESSO. Descreve-se um processo para a produção de tubo revestido por expansão, com ou sem aquecimento, em que um tubo revestido (1) compre-ende pelo menos um tubo externo de material metálico (10) e um tubo interno de material metálico (20), o tubo interno de material metálico (20) tendo um limite de escoamento inferior ao limite de escoamento do tubo externo (23), e um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do tubo externo, O processo para a produção de tubo revestido compreende uma etapa de montagem (34) entre os tubos (10, 20), em que o tubo interno é inserido no interior do tubo externo, e pelo menos uma etapa de expansão mecânica (36), que compreende deslocar um mandril (2) longitudinalmente e internamente ao tubo interno (20) enquanto o tubo externo e o tubo interno são mantidos em uma posição fixa, sendo que o diâmetro externo do mandril (2) é maior do que o diâmetro interno do tubo externo. Quando os tubos são submetidos a um processo de expansão a frio, obtém-se um "tubo lineado" que se caracteriza pela união mecânica entre os tubos. Quando os tubos são submetidos a um processo de expansão a quente, obtém-se um "tubo cladeado" que se caracteriza por uma união metalúrgica entre os tubos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE TUBO REVESTIDO POR EXPANSÃO E TUBO REVESTIDO PRODUZIDO POR ESSE PROCESSO". A presente invenção refere-se a um processo para a produção de tubo revestido a partir de pelo menos um tubo interno e um tubo externo, por meio de ao menos uma etapa de conformação mecânica. Os tubos produzidos por meio desse processo são normalmente dotados de uma camada resistente à corrosão, que permite sua aplicação a ambientes altamente corrosivos.

Descrição do estado da técnica Tubos revestidos, tais como tubos cladeados (“clad pipes”) e tubos lineados (“lined pipes”), bem como seus processos de fabricação são objeto de desenvolvimento industrial corrente, sendo esses tubos revestidos empregados principalmente na indústria de petróleo onde pode haver intensas solicitações mecânicas e ambientes altamente corrosivos. Por vezes, o fluido transportado internamente pode, também, promover ataque químico ao tubo, sendo necessário o uso de materiais resistentes à corrosão.

Pela definição apresentada na Norma DNV OS F101 e API 5LD, um tubo cladeado consiste em um tubo externo que apresente um revestimento interno resistente à corrosão, de forma que a ligação entre estes dois materiais seja uma ligação metalúrgica. Ainda pela definição apresentada na Norma DNV OS F101 e API.5LD, um tubo lineado consiste em um tubo externo que apresente um revestimento interno resistente à corrosão, de forma que a ligação entre estes dois materiais seja uma ligação mecânica. Os tubos cladeados podem, eventualmente, ser fabricados a partir de tubos lineados.

No estado da técnica são encontrados diversos processos de fabricação de tubos cladeados, geraimente incluindo uma etapa de preparação dos materiais, uma etapa opcional de lineamento e uma etapa de clade-amento. Dois processos bastante conhecidos e utilizados em escala industrial para grandes produções são os processos de cladeamento por lamina-ção e por sobreposição de solda. No processo de cladeamento por lamina- ção de chapas, a laminação de chapas de dois materiais dissimilares é feita simultaneamente, originando ao fim do processo uma única chapa cladeada. Esta chapa é então tratada, conformada e soldada longitudinalmente, dando origem ao tubo cladeado com costura.

No processo de cladeamento por sobreposição de solda, a junção dos materiais é realizada através da deposição de cordões de solda ao longo da superfície interna do tubo. O material utilizado no cordão é geralmente uma liga resistente à corrosão. O processo de deposição da solda proporciona uma ligação metalúrgica entre os materiais interno e externo do tubo cladeado sem costura.

Um outro processo de fabricação de tubo cladeado sem costura é mostrado no documento GB2085330. O tubo cladeado é formado por pelo menos duas camadas metálicas compreendendo uma etapa de trefilação a frio para obter uma boa conexão mecânica das camadas, resultando em um tubo lineado no qual, preferencialmente, é realizada soldagem das extremidades a fim evitar a entrada de ar entre os tubos. A trefilação realizada não é, portanto, suficiente para garantir a qualidade do produto. Também é realizada uma etapa de conformação a quente na qual o tubo lineado é aquecido, preferivelmente em um forno e, preferencialmente, uma camada intermediária de níquel é disposta para evitar difusão do carbono. Porém essa camada adicional aumenta os custos do produto. A etapa de conformação a quente revelaila no documento GB2085330 compreende prensagem ou laminação a que nte do tubo externo, porém o documento não descreve como essa etapa de conformação a quente é efetuada. A prensagem, normalmente, demanda a fabricação de um molde especial tendo dimensões fixas de fabricação de tubo. A fabricação desse molde e a operação de prensagem se mostram alternativas viáveis apenas em aplicações especiais, devido ao custo e à impossibilidade de produzir variadas dimensões de tubo.

No documento US3598156 é revelado um tubo bimetálico compreendendo uma camada intermediária de ferro ou de aço e duas camadas de cobre, dispostas externamente e internamente ao tubcj. Uma modalidade do tubo bimetálico apresenta na sua fabricação uma etapai de expansão mecânica a frio seguida de um aquecimento entre 950°C e 1050°C com uma bobina de indução de alta frequência, para obter a conexão metalúrgica entre a camada intermediária e os tubos externo e interno. A conexão metalúrgica ocorre devido à fusão da camada intermediária, porem não é efetuada nenhuma etapa adicional de conformação do tubo. Para realizar a expansão é usado um mandril com superfície dotada de curvas, o qual é fixo a uma biela, sendo o tubo deslocado longitudinalmente ao longo do eixo do mandril, quando tracionado pelo carro de trefila. Uma segunda modalidade de tubo bimetálico apresenta na sua fabricação uma etapa de cotrefilação seguida do aquecimento por indução eletromagnética.

Para que o tubo bimetálico do documento U93598156 seja produzido em uma única etapa de conformação a frio, é necbssária uma etapa inicial de preparação do material que consiste na galvanização da camada intermediária, isto é, é necessária a deposição de uma camada de Zn, Pb, Ag, Al de baixo ponto de fusão que, quando aquecida, realiza uma conexão metalúrgica com o tubo de ferro ou de aço, sem que ocorra a fusão das camadas externa e interna em si.

Nenhum dos processos do estado da técnica revela a produção de um tubo lineado ou cladeado a partir de pelo menos dois tubos metálicos utilizando apenas uma etapa de conformação, sem a necessidade de etapas adicionais de tratamento térmico ou de conformação, de modo a obter o tubo revestido com a qualidade desejada. Também nenhum documento do estado da técnica revela a produção desses tubos revestidos a partir de tubos sem costura.

Assim, os objetivos da invenção são de proporcionar um processo para produção de tubos revestidos a partir de tubos sem costura de forma mais econômica, reduzindo substancialmente os esforços no processo por expansão, e ao mesmo tempo garantindo a qualidade final dos tubos revestidos.

Breve descrição da invenção Os objetivos da invenção são alcançados porj um processo para a produção de tubo revestido por expansão, em que um tubo revestido compreende pelo menos uma camada externa constituída a partir de um tubo externo de material metálico e uma camada interna constituída a partir de um tubo interno 20 de material metálico, o tubo interno tendo um retorno e-lástico menor que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo quando ambos são deformados, e um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do tubo externo, o processo compreendendo as seguintes etapas: uma etapa de montagem dos tubos, em que p tubo interno é inserido no interior do tubo externo; e pelo menos uma etapa de expansão mecânicã, que compreende deslocar um mandril longitudinalmente e internamente ao tubo interno enquanto o tubo externo e o tubo interno são mantidos em uma posição fixa, sendo que pelo menos uma parte do mandril possui com diâmetro externo maior do que o diâmetro interno do tubo externo.

Antes da etapa de montagem entre os tubos,| preferivelmente é realizada uma etapa de preparação química na seguinte sequência: decapagem em banho ácido da superfície interna do tubo interno; neutralização e lavagem da superfície interna <jto tubo interno; deposição de oxalato na superfície interna do tubo interno; e aplicação de um lubrificante reativo na superfíçie interna do tubo interno.

Preferivelmente, antes da etapa de montagem entre os tubos, é realizada uma etapa de jateamento da superfície interna do tubo externo e da superfície externa do tubo interno.

Alternativamente, após a etapa de montagem entre os tubos, é realizada uma etapa de posicionamento, em que os tuboè externo e interno montados são dispostos com uma extremidade apoiada em uma fieira de trefila e são fixados em relação à banca de trefila.

Alternativamente, após a etapa de montagem entre os tubos, é feita uma etapa de aquecimento por indução dos tubos externo e interno, realizada sincronizadamente com a etapa de expansão mecânica. O processo pode compreender, após pelo menos uma etapa de expansão mecânica (36), uma etapa de aquecimento por indução dos tubos externo e interno, sincronizadamente com pelo menos uma etapa de expansão mecânica adicional a quente.

Alternativamente, na etapa de aquecimento, üma bobina de indução eletromagnética é disposta externamente aos tubos externo e interno e se desloca longitudinalmente em relação aos tubos externo e interno de maneira sincronizada com o deslocamento do mandril.

Na etapa de aquecimento, preferivelmente urh dispositivo de a-quecimento é disposto internamente aos tubos externo e nterno e se desloca longitudinalmente em relação aos tubos externo e interpo juntamente com a biela do mandril. O processo pode compreender ainda, após á etapa de expansão, uma etapa de curvamento do tubo revestido. O mandril preferivelmente tem formato de tranco de cone, cujo diâmetro máximo é maior que o diâmetro interno do tubo externo e o diâmetro mínimo é menor do que o diâmetro interno do tubo interno.

Os objetivos da invenção são também alcançados através de um tubo revestido que compreende pelo menos uma camada externa constituída a partir de um tubo externo de material metálico e uma camada interna constituída a partir de um tubo interno de material metálico, o tubo interno tendo um retorno elástico menor que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo quando ambos são deformados, e um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do tubo externo, o tubo revestido sendo produzido pelo processo descrito anteriormente. O tubo externo pode ser composto por uma iga de aço à base de carbono e de manganês e o tubo interno pode ser constituído de um material resistente à corrosão. O tubo interno pode ser constituído de um mèterial que compreende pelo menos um dentre aço carbono, aço baixa liga, aço alta liga, aço inoxidável, liga à base de níquel, liga à base de titânio, Jiga à base de cobalto, liga à base de cobre, liga à base de estanho e liga à base de zircônio. Os tubos externo e interno são, preferivelmente, tubos sem costura. O tubo revestido pode compreender ao menos uma camada intermediária de material metálico disposta entre os tubos externo e interno, a camada intermediária de material metálico possuindo um ponto de fusão inferior aos pontos de fusão dos tubos externo e interno. Alternativamente, o tubo revestido pode compreender uma camada de material resistente à corrosão disposta externamente ao tubo externo constituídja de um segundo tubo externo com um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo do tubo subjacente. Esse segundo tubo externo preferivelmente possui um limite de escoamento superior ao limite de escoamento do tpbo externo subjacente.

Descrição resumida dos desenhos A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: Figura 1 - é uma vista esquemática de uma modalidade da etapa . de expansão do processo para a produção de tubo revestido por expansão da presente invenção;

Figura 2 - é um diagrama tensão-deformação! de engenharia antes, durante e depois de uma etapa de expansão do processo da presente invenção;

Figura 3 - é um diagrama de blocos mostrando uma primeira modalidade do processo da presente invenção;

Figura 4 - é uma fotografia da interface entre os tubos em uma concretização do tubo revestido conformado a frio no processo da presente invenção, associado a um diagrama da concentração dos elementos ferro e níquel na interface entre os tubos externo e interno;

Figura 5 - é uma fotografia da interface entre os tubos em uma concretização do tubo revestido conformado a quente no processo da presente invenção, associado a um diagrama da concentração dos elementos ferro e níquel na interface entre os tubos; e Figura 6 - é um diagrama de blocos mostrando uma primeira modalidade do processo da presente invenção.

Descrição detalhada das figuras Conforme ilustrado na figura 1, o processo p^ra a produção de tubos revestidos de acordo com a presente invenção é baseado na expansão mecânica de dois ou mais tubos metálicos, um inserido dentro do outro, de tal modo que o tubo produzido pelo processo compreende pelo menos uma camada externa constituída a partir de um tubo externo e uma camada interna constituída a partir de um tubo interno.

Quando é realizada apenas a expansão a friò, os tubos revestidos produzidos por esse processo são tubos lineados, dç modo que os pelo menos dois tubos metálicos são ligados entre si apenas por uma ligação mecânica. Quando se realiza a expansão a quente, o tubo revestido produzido é do tipo tubo cladeado, uma vez que é formada uma ligação metalúrgica entre os pelo menos dois tubos.

Na modalidade da invenção mostrada nas figuras 1 a 6, o tubo I revestido 1 é fabricado apenas a partir de um tubo externo 10 de material metálico e um tubo interno 20 de material metálico, sendo que o tubo interno 20 apresenta retorno elástico menor que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo 10 quando ambos são deformados. Além disso, o tubo interno 20 preferivelmente apresenta um limite de escoamento inferior ao limite de escoamento do tubo externo 10.

Além disso, o tubo interno 20 possui um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do tubo externo 10, como pode ser visto na parte inferior do diagrama da figura 2. Preferivelmente, há uma folga entre o tubo externo e o tubo interno, para facilitar o encaixe entre eles.

Os tubos interno 20 e externo 10 são, preferivelmente, tubos sem costura, de modo a evitar que o tubo revestido produzido apresente costuras na sua superfície. Entretanto, podem ser usados outros tipos de tubo com costura ainda dentro do escopo dessa invenção. O tubo revestido também pode ser fabricado a partir de 3 ou mais tubos, sendo um disposto dentro do outro, e submetido a uma conformação por expansão mecânica que será aqui descrita.

Na figura 3 é mostrado um fluxograma detalhado de uma modalidade preferida do processo de acordo com a invenção. Inicialmente, pode ser necessário realizar etapas de preparação dos tubos externo e interno antes da realização da expansão. Essas etapas iniciais dé preparação incluem, por exemplo, o desempeno dos tubos, para que apresentem boa retili-neidade e baixo grau de ovalização, facilitando uma podterior etapa de inserção de um tubo dentro do outro, pois as paredes do tiibo externo e interno ficarão paralelas entre si.

Em seguida, caso necessário, os tubos externo 10 e interno 20 são medidos e cortados em comprimento, que poderá variar de acordo com os recursos e as ferramentas disponíveis, tais como comprimento da biela e capacidade da banca de trefilação.

Em seguida, o processo de acordo com a invenção preferivelmente compreende etapas de preparação química 32 dos tubos, que facilitam a etapa de expansão do tubo, contribuindo para um melhor desempenho da mesma, pois reduzem o atrito do tubo com o mandril de expansão. A preparação química é particularmente aplicada à superfície interna do tubo interno 20, a qual terá contato com o mandril 2 durante a expansão.

Inicialmente, é feita uma decapagem em banho ácido dessa superfície interna do tubo interno 20, de forma a remover óxidos e impurezas. Em seguida, a superfície interna do tubo interno 20 é neutralizada e lavada, para receber, em sequência, a deposição de uma camada de oxalato. Essa camada de oxalato reage com a superfície interna metál ca do tubo interno, criando condições para a aplicação de um lubrificante reativo sobre a mesma, o qual é responsável pela diminuição do atrito entre o tubo e a ferramenta de expansão durante sua passagem pelo interior do tubo. O lubrificante reativo pode ser sabão, óleos minerais e outros lubrificantes capazes de atingir condições de menor atrito, dependendo das demais variáveis de processo, por exemplo, força do carro de trefila 6, deformação aplicada, geometria das ferramentas.

Também de acordo com uma modalidade vantajosa da invenção, é realizada uma etapa de jateamento 33 da superfície interna do tubo externo 10 e da superfície externa do tubo interno 20 que serão conectadas mecanicamente entre si pelo processo de expansão. Essas superfícies são preferivelmente jateadas, de forma a aumentar sua rugosidade e otimizar a força de contato entre os materiais, melhorando, assim, a ligação mecânica entre os tubos. O jateamento é feito preferencialmente com granalhas de aço, devido à similaridade com o material que será jateado, menor custo e maior rugosidade obtida, mas podem ser usados também outros tipos de granalhas.

As etapas de tratamento químico e de jateamento contribuem, respectivamente, para facilitar o processo para a produção dos tubos e melhorar a qualidade do produto final, porém não são essenciais dentro do processo da invenção. O tubo interno 20 é, então, inserido no interior do tubo externo 10 em uma etapa de montagem 34 inicial entre os tubos 10, 20, de modo que possam ser expandidos juntos. Essa etapa de montagem pode ser feita de forma manual, caso em que o ajuste entre os tubos deve apresentar folga suficiente.

Em seguida, os tubos externo 10 e interno 20 montados juntos são submetidos a pelo menos uma etapa de expansão mecânica 36. Nessa etapa, um mandril 2 é deslocado longitudinalmente no interior do tubo interno 20, enquanto ambos os tubos interno 20 e externo 10 são mantidos em uma posição fixa. Para que ocorra a expansão desses tubos, é preciso que o diâmetro externo do mandril 2 seja maior do que o diâmetro interno do tubo externo 10, conforme ilustrado na figura 1.

Em uma modalidade preferida da invenção, a etapa de expansão é realizada em uma banca de trefilação, na qual os tubos externo 10 e interno 20 montados juntos são posicionados com uma de suas extremidades apoiadas em uma fieira de trefila 4, como pode ser visto na figura 1. O diâmetro máximo de abertura da fieira de trefila 4 é menor do que o diâmetro nominal do tubo interno 20. Dessa forma, os tubos externo 10 e interno 20 montados juntos têm os movimentos na direção axial restritos, permanecendo fixos durante toda a etapa de expansão mecânica. Um suporte de fieira de trefila 5 promove a fixação da fieira de trefila 4 à banca de trefilação. O mandril 2 possui um formato de tronco de cone, sendo que sua extremidade menor possui um diâmetro menor do que o diâmetro interno do tubo interno. Dessa forma, a extremidade menor do mandril 2 pode ser inserida dentro de uma extremidade da montagem do tubo interno 20 e do tubo externo 10, para que o mandril seja então deslocado longitudinalmente no interior dos tubos. A parte de maior dimensão do mandril 2 possui um diâmetro maior do que o diâmetro interno do tubo externo 10, de forma a realizar a expansão dos tubos. A etapa de expansão mecânica ocorre com a passagem com interferência do mandril 2 ao longo da extensão dos tubos interno 20 e externo 10 montados, deslocando-se longitudinalmente em relação ao suporte da fieira de trefila 5. Uma força do carro de trefilação 6 é aplicada em uma biela 3 fixada ao mandril 2, sendo responsável por esse deslocamento. Um tubo revestido 1 é obtido após a expansão mecânica.

Essa etapa de expansão mecânica apresentada no processo da presente invenção apresenta a vantagem de reduzir o esforço solicitado ao carro de trefilação, uma vez que tubos externo 10 e interno 20 montados juntos permanecem fixos durante todo o processo e apenas a biela 3 se move, sendo a inércia da biela 3 e do mandril 2 muito inferior à inércia da montagem do tubo externo 10 com o tubo interno 20, ou do tubo revestido 1 final. Essa redução de esforço tem como consequência uma redução do consumo de energia da banca de trefilação e do processo como um todo.

No diagrama tensão-deformação de engenharia mostrado na figura 2, são mostrados os comportamentos dos tubos externo e interno antes, durante e depois da etapa de expansão dos tubos, por meio da variação das seções transversais dos tubos. Como pode ser visto nessa figura, em um estágio inicial anterior à etapa de conformação 200, o tubo interno 20 está disposto no interior do tubo externo 10, ambos os tubos sendo mostrados com seus diâmetros iniciais e havendo uma folga entre esses diâmetros. A partir do momento 200 em diante, o mandril 2 começa a ser deslocado no interior do tubo interno 20, fazendo-o se expandir e encostar na superfície interna do tubo externo 10 na posição 210 do diagrama d, em seguida, expandindo também o tubo externo, conforme mostrado na posição 220 do diagrama. Nessa posição, os tubos externo 10 e interno 20 apresentam seus diâmetros máximos durante o processo.

Normalmente, nesse processo de expansão, o tubo interno 20 sofre uma deformação plástica, enquanto o tubo externó 10 sofre apenas uma deformação elástica.

Após o término da passagem do mandril 2, ocorre um retorno e-lástico dos tubos mostrado na posição 230 do gráfico, em que os tubos se contraem ligeiramente. Esse retorno elástico é característico de cada material e mais particularmente do seu limite de escoamento, resultando em uma redução do diâmetro do tubo externo 10 e do tubo interno 20. Como o material metálico do tubo externo 10 apresenta um retorno elástico maior que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo 10 quando ambos são deformados, e preferivelmente também um limite de escoamento maior do que o material que constitui o tubo interno 20, o retorno do tubo externo 10 tende a ser maior do que o retorno do tubo interno 20. No entanto, na presente invenção, o retorno do tubo externo 10 é limitado pelo retorno do tubo interno 20 localizado no seu interior. Dessa forma, a tensão residual do tubo interno 27 é compressiva e a tensão residual do tubo externo 28 é trativa. Desse modo, o tubo interno 20 pressiona o tubo externo radialmente para fora e vice-versa, promovendo uma força de contato entre os tubos e, por conseguinte, uma ligação mecânica entre eles, formando um tubo revestido. Nessa modalidade da invenção em que a expansão é feita a frio, o tubo final é do tipo tubo lineado. A ligação mecânica entre os tubos externo 10 e interno 20 que constituem o tubo lineado 1 de acordo com um exemplo de produto da invenção pode ser vista na figura 4. Essa figura contém uma fotografia da interface da junção entre os tubos. O detalhe da interface entre os tubos é mostrado em versão ampliada no diagrama, em que o eixo das ordenadas representa a concentração de cada elemento em percentual em massa e o eixo das abscissas representa a posição dentro do tubo jineado. Esse diagrama mostra a concentração dos elementos ferro (Fe) e níquel (Ni) ao longo da “seta x” na região de interface entre os tubos no tubo lineado. A linha cheia representa a concentração de ferro que, de acordo com uma modalidade da invenção, é um dos principais elementos constituintes do tubo externo 10. A linha tracejada representa a concentração de Níquel nessa região de interface, sendo o níquel um dos elementos principais do tubo interno 20 de acordo com essa modalidade da invenção. A variação abrupta da concentração de ferro e de níquel ocorre na mesma posição do gráfico que representa a região de interface entre os tubos. Isso significa que não houve notável difusão entre os materiais dos dois tubos, de modo que existe somente uma ligação mecânica entre eles, não tendo havido ligação metalúrgica, ou seja, não houve cladeamento.

Como pode ser notado, o processo de acordo com a presente invenção é capaz de produzir tubos lineados com conexão mecânica entre o tubo externo e o tubo interno por meio apenas de expanàão a frio, sem necessidade de aquecimento dos tubos. O processo da presente invenção pode compreender mais de uma etapa de expansão mecânica, dependendo do produto final que se deseja obter. Podem ser efetuadas diversas etapas de expansão a frio, ou ainda uma combinação de expansão a frio seguida de expansão a quente, ou ainda somente expansão a quente. A modalidade da invenção em que o processo realiza a expansão a quente do tubo é mostrada na figura 6. Nesse caso, é realizada uma etapa adicional de aquecimento dos tubos interno 20 e externo 10 montados juntos. O aquecimento pode ser realizado por diferentes dispositivos de a-quecimento passíveis de serem operados na linha de produção do tubo, por exemplo, sendo deslocados ao longo do tubo de forma sincronizada com o mandril de expansão.

Em uma modalidade da invenção, o aquecimento é realizado por meio de uma bobina de indução eletromagnética. A bobina de indução eletromagnética é disposta externamente aos tubos externo 10 e interno 20 montados juntos e se desloca longitudinalmente em relação aos tubos de maneira sincronizada com o deslocamento do mandril 2, enquanto os tubos são mantidos em uma posição fixa. Caso os tubos estejam fixados em uma banca de trefilação, a bobina se deslocará longitudinalmente também em relação à fieira de trefila. Os tubos montados entram na bobina à temperatura ambiente e, após serem submetidos a um campo magnético, se aquecem por Efeito Joule (corrente elétrica circulante no aço que constitui os tubos) atingindo uma temperatura mínima de 900°C na saída da bobina.

Alternativamente, em uma modalidade não ilustrada nas figuras, os tubos são aquecidos por um dispositivo interno de aquecimento, que se desloca no interior do tubo juntamente com a biela 3 do mandril, promovendo um aquecimento a partir da superfície interna do tubo interno. Esse dispositivo de aquecimento interno também pode ser uma bobina ou outro dispositivo de aquecimento qualquer.

Ao final dessa etapa de expansão a quente é obtido um tubo cladeado, que possui união metalúrgica entre o tubo externo 10 e o tubo interno 20, como pode ser visto na figura 5. Essa etapa de expansão a quente pode ser realizada isoladamente ou após pelo menos uma etapa de expansão a frio.

Como pode ser visto na figura 5 que contém uma fotografia da interface da junçãò entre os tubos cladeados de acordo com um exemplo de produto da invenção, no tubo cladeado final 1 a interface entre o tubo interno e o tubo externo é praticamente extinta, caracterizando a união metalúrgica dos materiais. O detalhe da interface entre os tubos é mostrado em versão ampliada no diagrama, em que o eixo das ordenadas representa a concentração de cada elemento em percentual em massa e o eixo das abscissas representa a posição dentro do tubo cladeado. Assim como na figura 4, esse diagrama mostra a concentração dos elementos ferro (Fe) e níquel (Ni) ao longo da “seta x” na região de interface entre os tubos no tubo cladeado. A linha cheia corresponde à concentração de ferro, representando o tubo externo 10, e a linha tracejada corresponde à concentração de níquel, representando o tubo interno 20 de acordo com uma modalidade da invenção.

Nota-se que a variação da concentração de ferro e de níquel ocorre de forma mais suave, constituindo uma zona de difusão em que os dois materiais se misturam. Isso significa que houve ligação metalúrgica, ou seja, cladea-mento entre os tubos. Quanto maior a zona de difusão, melhor o cladeamen-to. O uso de uma bobina de indução eletromagnética para aquecimento do tubo é vantajoso, pois permite obter aquecimento rápido e homogêneo do tubo, através de controle dinâmico dos parâmetros de potência da bobina, força de tração e velocidade do mandril, variáveis durante o processo. Além disso, o aquecimento com essa bobina realizado simultaneamente com a etapa de expansão proporciona taxas de aquecimento mais elevadas do que aquelas obtidas por outros meios de aquecimento. Essas taxas de aquecimento elevadas previnem um eventual crescimento de grão, o qual poderia ocorrer durante um aquecimento convencional, se o material ficar exposto por longo tempo a altas temperaturas.

Outra vantagem do aquecimento por indução realizado na presente invenção é que a bobina de indução eletromagnética é de fácil instalação na linha, e essa bobina móvel elimina a necessidade de manipulação de tubos quentes, o que impacta diretamente em questões de segurança do trabalho. Além disso, o aquecimento indutivo elimina a necessidade de se queimar gás combustível para aquecimento dos tubos em fornos e, consequentemente, elimina a necessidade de tratamento de efnissões potencialmente poluidoras.

Em uma modalidade alternativa da invenção, quando é efetuada a expansão a quente, o processo compreende uma etapa de aplicar pelo menos uma camada intermediária de material metálico na interface entre os tubos externo 10 e interno 20. Essa camada intermediária de material metálico apresenta ponto de fusão inferior ao ponto de fusão dos materiais metálicos que constituem os tubos externo 10 e interno 20, porém ela não é um componente necessário para garantir a união metalúrgica entre os tubos. A aplicação da camada de material intermediária deve ser efetuada antes da etapa de montagem entre os tubos externo 10 e interno 20. A camada intermediária de material metálico deve ainda ser constituída de material que possui afinidade com os materiais metálicos dos tubos externo 10 e interno 20, a fim de evitar a formação de fases deletérias que, consequentemente, possam fragilizar a interface entre materiais. A aplicação de uma camada do material intermediário pode ser por meio de pintura, galvanização, eletrodeposição, não se restringindo a essas formas de aplicação.

Após a expansão a quente, pode ainda ser réalizada uma etapa de curvamento do tubo revestido, não representada nas figuras. Este curva-mento pode ser feito a frio, a quente ou por pregas, não se limitando apenas a estes métodos.

Em uma modalidade do processo de fabricarão, compreendendo uma etapa de conformação a frio seguida de uma etapa de conformação a quente, os tubos conformados a frio, chamados tubos lineados, servem de matéria-prima para a fabricação dos tubos conformados a quente, chamados tubos cladeados. A obtenção de uma boa ligação mecânica durante a etapa a frio contribui para garantir um bom cladeamento duranfe a etapa de conformação a quente.

Em modalidades alternativas da invenção, quando é efetuada a expansão a quente no processo, pode ser utilizado inicialmente um tubo revestido do tipo lineado obtido por outro processo para a produção de tubos lineados já conhecidos. Alternativamente, pode-se efetuar somente a etapa de expansão a quente, sem necessidade de etapa anterior de expansão a frio.

Na modalidade da invenção em que é reaiizáda uma etapa de conformação a frio seguida de uma etapa de conformação a quente, o processo preferivelmente compreende uma etapa de preparação do tubo revestido realizada após a etapa de expansão a frio e antes da etapa de expansão a quente.

Nessa etapa de preparação do tubo revestidd), pode-se verificar a união entre os materiais do tubo lineado e realizar o desempeno do tubo revestido produzido pela expansão a frio. Caso necessário, um lubrificante é aplicado na superfície interna do tubo revestido, que entrará novamente em contato com o mandril na etapa de expansão mecânica adicional.

Quando o processo da presente invenção utiliza tubos sem costura como matéria-prima para o tubo revestido, é dispensado processo de soldagem para obtenção de um tubo, o qual é norma mente empregado quando o tubo é produzido a partir de outra forma de chapa metálica. Dessa forma, os tubos revestidos da presente invenção preferencialmente não a-presentam costura, dispondo de homogeneidade de material em qualquer seção radial. No entanto, em princípio, o processo também se aplica a tubos soldados. A presente invenção também se refere aos tubos revestidos obtidos pelo processo de acordo com a presente invenção. Os tubos revestidos 1 são fabricados a partir de pelo menos um tubo externo 10 de material metálico e um tubo interno 20 de material metálico, o tubo interno 20 apresenta retorno elástico menor que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo 10 quando ambos são deformados. Como esses tubos são normalmente utilizados em ambientes relacionados à indústria do petróleo, os quais são altamente corrosivos e submetidos a fortes solicitações mecânicas, o tubo externo 10 é, preferencialmente, constituído de material metálico composto por uma liga de aço à base de carbono e de manganês, para proporcionar a resistência mecânica necessária ao tubo revestido. Já o tubo interno 20 é, preferencialmente, constituído de material metálico resistente à corrosão. O material resistente à corrosão do tubo interno compreende pelo menos um dos materiais dentre aço carbono, aço baixa liga, aço alta liga, aço inoxidável, liga à base de níquel, liga à base de titânio, liga à base de cobalto, liga à base de cobre, liga à base de estanho e liga à base de zircô-nio, não se limitando a apenas estes materiais supracitados. A seleção do material do tubo interno 20 e do tubo externo 10 deve, preferivelmente, observar o critério de o tubo externo apresentar maior limite de escoamento em relação ao tubo interno, sendo esse critério importante para garantir uma boa união mecânica.

Em uma modalidade alternativa da invenção, o tubo revestido compreende pelo menos uma camada intermediária de material metálico disposta entre os tubos externo 10 e interno 20, a qual possui um ponto de fusão inferior aos pontos de fusão dos materiais metálicos constituindo os tubos externo 10 e interno 20 e possui afinidade com os materiais metálicos dos tubos externo 10 e interno 20, a fim de evitar a formação de fases deletérias. Essa camada intermediária pode ser aplicada por meio de pintura, galvanização, eletrodeposição, não se restringindo a es^as formas de aplicação.

Em uma modalidade alternativa da invenção, o tubo revestido compreende ainda uma camada de material resistente à corrosão disposta externamente ao tubo externo. Essa camada de material resistente à corrosão externa é constituída de um segundo tubo externo com um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo do tubo subjacente 10. Preferivelmente, a camada de material resistente à corrosão externa possui um limite de escoamento superior ao limite de escoamento do tubo externo 10. Assim, no processo de fabricação de tubos da presente invenção, esse tubo externo de material resistente à corrosão também é submetido à expansão a frio ou a quente, e é unido por uma conexão mecânica ou metalúrgica, dependendo da expansão realizada. O processo para a produção de tubos revestidos, objeto da presente invenção, difere do estado da técnica pelo fato de produzir tubos line-ados (lined pipes) através de conformação mecânica a frio de forma econômica, reduzindo substancialmente os esforços no processo por expansão. O tubo revestido obtido pela presente invenção ainda apresenta como vantagem o fato de ser um tubo, preferencialmente, sem costura, o que confere ao produto um maior grau de isotropia e menor risco de falha em seções de solda.

Na produção de tubos cladeados utilizando expansão a quente, o presente processo difere do estado da técnica por dispensar etapas de soldagem, de pós-aquecimento e de finalização por prensagem, laminação ou outros métodos de conformação mecânica com objetivo de melhorar a qualidade dimensional e a resistência mecânica do produto final.

Os tubos lineados ou cladeados obtidos pelo processo de acordo com a presente invenção apresentam propriedades que atendem aos critérios internacionais normativos de tubos cladeados e lineados. Contudo, o processo apresenta uma implementação mais simples e um custo reduzido quando comparado com outros processos do estado da técnica.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações a-penas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (17)

1. Processo para a produção de tubo revestido por expansão, em que um tubo revestido (1) compreende pelo menos uma camada externa constituída a partir de um tubo externo (10) de material metálico e uma camada interna constituída a partir de um tubo interno (20) de material metálico, o tubo interno (20) tendo um retorno elástico menor que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo (10) quando ambos sãc deformados, e um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do tubc externo; o processo caracterizado pelo fato de compreender: uma etapa de montagem (34) dos tubos (10, 20), em que o tubo interno é inserido no interior do tubo externo; pelo menos uma etapa de expansão mecânica (36), que compreende deslocar um mandril (2) longitudinalmente e internamente ao tubo interno (20) enquanto o tubo externo e o tubo interno sãc mantidos em uma posição fixa, sendo que pelo menos uma parte do mandril (2) possui com diâmetro externo maior do que o diâmetro interno do tubo externo.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender, antes da etapa de montagem entre os tubos (10, 20), uma etapa de preparação química (32) em que é realizada a sequência de: decapagem em banho ácido da superfície interna do tubo interno (20); neutralização e lavagem da superfície interna do tubo interno (20); deposição de oxalato na superfície interna do tubo interno (20); e aplicação de um lubrificante reativo na superfíjcie interna do tubo interno (20).

3. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender, antes da etapa de montagem entre os tubos (10, 20), uma etapa de jateamento (33) da superfípie interna do tubo externo (10) e da superfície externa do tubo interno (20).

4. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender, após a etapa de npontagem entre os tubos (10, 20), uma etapa de posicionamento (35), em que os tubos externo (10) e interno (20) montados são dispostos com uma extremidade apoiada em uma fieira de trefila (4) e são fixados em relação à banca de trefila.

5. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender, após a etapa de montagem entre os tubos (10, 20), uma etapa de aquecimento por indução dos tubos externo (10) e interno (20), realizada sincronizadamente com a etapa de expansão mecânica (36).

6. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender, após pelo menos uma etapa de expansão mecânica (36), uma etapa de aquecimento por indução dos tubos externo (10) e interno (20), sincronizadamente com pelo menos uma etapa de expansão mecânica (36) adicional a quente.

7. Processo, de acordo com uma das reivindibações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que na etapa de aquecimento, uma bobina de indução eletromagnética é disposta externamente aos tubos externo (10) e interno (20) e se desloca longitudinalmente em relação aos tubos externo (10) e interno (20) de maneira sincronizada com o deslocamento do mandril (2).

8. Processo, de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que na etapa de aquecimento, um dispositivo de aquecimento é disposto internamente aos tubos externo (10) e interno (20) e se desloca longitudinalmente em relação aos tubos externo (10) e interno (20) juntamente com a biela (3) do mandril (2).

9. Processo, de acordo com uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de compreender, após a etapa de expansão, uma etapa de curvamento do tubo revestido (1).

10. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o mandril (2) tem formato de tronco de cone, cujo diâmetro máximo é maior que o diâmetro interno do tubo externo (20) e o diâmetro mínimo é menor do que o diâmetro interno do tubo interno (20).

11. Tubo revestido caracterizado por compreender pelo menos uma camada externa constituída a partir de um tubo externo (10) de material metálico e uma camada interna constituída a partir de um tubo interno (20) de material metálico, o tubo interno (20) tendo um retorno elástico menor que o retorno elástico apresentado pelo tubo externo (' 0) quando ambos sâo deformados, e um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno do tubo externo (20), o tubo revestido sendo produzido pelo processo como definido em uma das reivindicações 1 a 10.

12. Tubo revestido, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o tubo externo (10) é composto por uma liga de aço à base de carbono e de manganês e o tubo interno (20) é constituído de um material resistente à corrosão.

13. Tubo revestido, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o tubo interno de material me tálico (20) é constituído de um material que compreende pelo menos um dentre aço carbono, aço baixa liga, aço alta liga, aço inoxidável, liga à base de níquel, liga à base de titânio, liga à base de cobalto, liga à base de cobre, liga à base de estanho e liga à base de zircônio.

14. Tubo revestido, de acordo com uma das reivindicações 11a 13, caracterizado pelo fato dos tubos externo e interno (10, 20) serem tubos sem costura.

15. Tubo revestido, de acordo com uma das rjeivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de compreender ao menos uma camada intermediária de material metálico disposta entre os tubos externo e interno (10, 20), a camada intermediária de material metálico possuindo um ponto de fusão inferior aos pontos de fusão dos tubos externo e interno (10, 20).

16. Tubo revestido, de acordo com uma das reivindicações 11a 15, caracterizado pelo fato de compreender uma camadsi de material resistente à corrosão disposta externamente ao tubo externo (10) constituída de um segundo tubo externo com um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo do tubo subjacente (10).

17. Tubo revestido, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o segundo tubo externo possuir um limite de escoamento superior ao limite de escoamento do tubo externo subjacente (10).