BR112015011453B1 - método e dispositivo para fabricação de um tubo enrolado e soldado em forma de espiral - Google Patents

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA FABRICAÇÃO DE UM TUBO ENROLADO E SOLDADO EM FORMA DE ESPIRAL. A presente invenção está correlacionada a um método e dispositivo para fabricação de um tubo enrolado e soldado em forma de espiral. Um perfil termoplástico (1) é deslizado ao longo de um percurso em um dispositivo de deslizamento (12, 13), disposto numa direção axial do dito tubo e definindo uma superfície de enrolamento de formato cilíndrico, com um diâmetro correspondente ao diâmetro interno do tubo a ser .fabricado. 0 perfil (1) é direcionado ao longo de um percurso em espiral (S), na direção de uma volta anterior do dito perfil, por meio de rolos radiais (10) espaçados ao longo do dito percurso em espiral, mediante ajuste da posição (d) dos rolos. Arestas opostas (la, lb) das ditas voltas do perfil são soldadas, mediante provisão de uma massa de soldagem extrudada (6) entre as ditas voltas do perfil. O tubo soldado (4) é alimentado a partir da plataforma de soldagem por meio de rolos (10), mediante deslizamento do mesmo sobre um suporte rotativo (2A).

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção está correlacionada a um método e dispositivo para fabricação de um tubo enrolado e soldado em forma de espiral. Tubos soldados enrolados em forma de espiral do tipo em questão são divulgados nas Patentes Europeias de Nos. 714.346 e 1.237.708. Nesses casos, uma única e confiável soldagem é feita em uma operação exterior a uma extrusora.

[002] As exigências para satisfatórias costuras de solda em materiais termoplásticos incluem que as superfícies a serem soldadas sejam uniformemente aquecidas a uma correta temperatura, e que as superfícies a serem soldadas sejam pressionadas entre si.

[003] Nessas soluções anteriores, a soldagem foi realizada por meio de um tambor girando ao longo de toda a sua extensão, em torno do qual um perfil termoplástico é enrolado e sobre o qual a soldagem é realizada. A junta da solda sobre a superfície externa do tubo é alisada quando o tubo se dispõe contra o tambor. Isso é feito ao permitir um corpo de alisamento estacionário se dispor contra e deslizar ao longo da junta de solda aquecida, durante o movimento de rotação do tubo. A junta de solda no interior do tubo foi formada contra o tambor rotativo, como no caso da citação feita no documento EP 714346, ou ambas as juntas de solda interna e externa são alisadas por meio de aplicação de calor extra e de corpos estacionários se dispondo contra a junta de solda, conforme descrito no documento EP 1.237.708.

[004] As soluções anteriores solucionaram o problema mediante aplicação de massa de soldagem e alisamento das superfícies de costura de solda de uma maneira bastante satisfatória. Entretanto, o controle das forças através das quais os perfis a serem soldados são impulsionados e costurados juntos foi considerado difícil, na medida em que isso foi feito principalmente mediante controle da temperatura do perfil e, desse modo, do atrito do perfil contra o tambor. Além disso, o aquecimento e alisamento da costura a partir do interior do tubo têm sido considerados um problema, na medida em que o tubo é enrolado sobre um tambor substancialmente sólido.

[005] O objetivo da presente invenção é proporcionar um aperfeiçoado método e dispositivo para controlar a formação da costura de solda. O método da invenção inclui as etapas de: - receber um perfil termoplástico com uma seção transversal substancialmente retangular em um dispositivo de deslizamento disposto numa direção axial do dito tubo, definindo uma superfície de enrolamento de formato cilíndrico, com diâmetro correspondente ao diâmetro interno do tubo a ser fabricado; - direcionar o perfil recebido ao longo de um percurso em espiral no dito dispositivo de deslizamento, na direção de uma volta anterior do dito perfil na dita superfície cilíndrica, por meio de rolos radialmente orientados, espaçados ao longo do dito percurso em espiral, mediante ajuste da posição axial dos ditos rolos dispostos radialmente, ao longo do dito percurso em espiral; - soldar as arestas opostas das ditas voltas do perfil em uma plataforma de soldagem, mediante provisão de uma massa de soldagem extrudada entre as ditas voltas do perfil, e mediante compressão das mesmas; - avançar o dito tubo numa direção axial por meio dos ditos rolos, através de deslizamento dos mesmos sobre um suporte de rotação.

[006] Numa modalidade preferida do método da invenção, a posição axial de cada rolo é modificada, em resposta a uma dimensão de força que fornece uma indicação de necessidade de um ajuste da posição axial e de sua ordem de grandeza.

[007] Numa adicional modalidade preferida do método da invenção, os rolos radiais e o dispositivo de deslizamento axial são movidos como unidades isoladas, ao longo de extensões radiais de uma estrutura tipo estrela do dito dispositivo de soldagem, a fim de formar tubos de diferentes diâmetros.

[008] O dispositivo da invenção inclui: - um dispositivo de deslizamento disposto numa direção axial do dito tubo, definindo uma superfície de enrolamento de formato cilíndrico para recebimento de um perfil termoplástico, dita superfície de enrolamento tendo um diâmetro que corresponde ao diâmetro interno do tubo a ser fabricado; - rolos que se salientam numa direção substancialmente radial ao longo da dita superfície de enrolamento, para formar um percurso em espiral, para direcionar o perfil recebido na direção de uma volta anteriormente enrolada do dito perfil, ditos rolos sendo providos de meios para ajuste de suas posições axiais, ao longo do dito percurso em espiral; - uma plataforma de soldagem disposta para receber uma massa de soldagem extrudada e liberar a dita massa para pelo menos uma das arestas opostas das ditas voltas do perfil; - meios para compressão das ditas voltas do perfil a serem soldadas; e - meios de avanço dispostos para receber e girar o dito tubo, a fim de mover o dito tubo numa direção axial, distante do dito dispositivo de deslizamento.

[009] Uma modalidade preferida do dispositivo da invenção apresenta meios de ajuste, dispostos para modificar a posição axial de cada rolo, incluindo uma dimensão de força nos ditos meios de ajuste, para indicar a necessidade de um ajuste de posição axial e sua ordem de grandeza. Preferivelmente, os rolos radiais e o dispositivo de deslizamento axial são construídos integralmente como uma unidade, compreendendo dois rolos de aço axiais rotativos e um rolo radial rotativo.

[0010] Uma adicional modalidade preferida do dispositivo da invenção, apresenta as unidades acima mencionadas dispostas em extensões radiais de uma estrutura tipo estrela do dito dispositivo de soldagem, e inclui meios de ajuste para tornar as unidades móveis ao longo das ditas extensões, a fim de formar tubos de diferentes diâmetros.

[0011] A invenção será agora descrita em maiores detalhes, fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 mostra um esquema do princípio de fabricação de um tubo enrolado em forma de espiral, do tipo conhecido no segmento da técnica. - a figura 2 mostra o funcionamento de uma unidade de rolo, de acordo com a presente invenção; - a figura 3 mostra a construção de uma unidade de rolo, de acordo com outra modalidade da presente invenção; e - a figura 4 mostra uma vista global de um dispositivo de soldagem, de acordo com a presente invenção.

[0012] Com referência ao dispositivo conhecido do estado da técnica e mostrado na figura 1, um tubo enrolado espiralado (4) é fabricado a partir de um perfil termoplástico (1), com uma seção transversal principalmente retangular. O perfil (1) é levado para um tambor de soldagem giratório (2), o qual apresenta um diâmetro correspondente ao diâmetro interno do tubo (4) a ser fabricado. O perfil (1) é enrolado mediante um movimento tipo espiral ou parafuso em torno do tambor de soldagem (2), conforme mostrado.

[0013] Um cabeçote de soldagem (3) é colocado no espaçamento tipo cunha ou área de soldagem, formado entre duas voltas do perfil (1), uma volta entrando no tambor de soldagem, e a outra enrolada em torno de uma primeira volta do tambor de soldagem (2). O cabeçote de soldagem (3) é conectado a uma extrusora (não mostrado), produzindo uma massa de soldagem (6). A massa de soldagem (6) forma uma costura de solda externa (5) e/ou uma costura de solda interna (7) (ver a figura 2). A alimentação e propriedades da massa de soldagem (6), naturalmente, é regulada com a extrusora.

[0014] As porções de arestas opostas (1a, 1b) do perfil (1), portadoras de cordões extrudados da massa de soldagem (6), são comprimidas por meio de um ou mais rolos (10). Os eixos dos rolos (10) são radialmente orientados em relação ao tambor de soldagem (2) e tubo (4). A força correta que o rolo (10) deve aplicar no perfil (1) é dependente da força de tensão do perfil e do atrito entre o perfil (1) e o tambor de soldagem (2). Ao controlar a temperatura do perfil (1), o perfil enrolado irá se encolher um pouco, o que irá resultar em um maior ou menor atrito contra o tambor (2), e uma maior ou menor força de tensão no próprio perfil (1). Os rolos (10) funcionam como um dispositivo de costura, mediante compressão das arestas do perfil (1a) e (1b) de forma gradual, relativamente entre si, até que sejam costuradas juntas para completar a operação de soldagem. O tubo (4) é depois impulsionado para frente e para direita, para a seguinte etapa de fabricação ou transporte.

[0015] A figura 2 mostra o dispositivo básico de enrolamento e soldagem, de acordo com uma modalidade da invenção. No presente caso, o tambor (2) mostrado na figura 1 foi substituído por uma pluralidade de rolos e barras de deslizamento, cuja operação será explicada mais adiante. Em vez do tambor sólido (2) mostrado na figura 1, existe agora um dispositivo de enrolamento tendo uma estrutura relativamente aberta de barras de deslizamento (12) e (13), que oferece diversas vantagens. Uma dessas vantagens é que as etapas de direcionamento, aquecimento e alisamento do perfil e da costura de solda são agora muito mais fáceis, também, a partir do interior do perfil. Após a soldagem, o tubo (4) é deslizado sobre um tambor rotativo (2A) para a seguinte etapa de fabricação ou transporte. As barras de deslizamento (12, 13) são dispostas numa direção axial do tubo e definem através da extensão (D) e raio (R) uma superfície cilíndrica, a qual apresenta um diâmetro geralmente correspondente ao diâmetro interno do tubo a ser fabricado. O perfil termoplástico (1) tendo uma seção transversal substancialmente retangular é enrolado nas barras de deslizamento (12, 13) e dirigido ao longo do percurso em espiral (S) (ver também a figura 3) das barras (12, 13) para uma volta anterior do perfil, por meio dos rolos (10). Os rolos (1) podem ser ajustados (seta (d)) e espaçados ao longo do percurso em espiral, de modo que a posição de todos os rolos (10) assim ajustada define o desejado percurso em espiral (S).

[0016] No espaçamento “a” à esquerda e entre o perfil (1), são mostrados os cordões de massa de soldagem (8) e (9), aplicados por uma extrusora (não mostrado), ao longo, preferivelmente, das porções preaquecidas de aresta superior e inferior de duas superfícies do perfil (1a) e (1b). A exata posição na operação de enrolamento onde os cordões de solda (8) e (9) são aplicados, não constitui um fator crítico com relação à presente invenção, na medida em que o espaçamento “a” é largo o suficiente para receber os cordões. Isso pode ser feito em qualquer local, ao longo do percurso formado pelas barras de deslizamento (12) e (13) ou mesmo, antes de o perfil entrar em contato com as barras. Na seguinte volta do perfil para a direita, o espaçamento é fechado, e as costuras de solda superior e inferior (5) e (7) são formadas. Os cordões de massa de soldagem, dentro do escopo da invenção, podem ser aplicados em qualquer desejada configuração, por exemplo, somente um cordão em cada perfil (um cordão (8) e um cordão (9)), ou apenas um cordão, por exemplo, entre os cordões mostrados (8) ou (9) no perfil (1).

[0017] A força (F) aplicada pelo rolo (10) no perfil, de acordo com a presente invenção, é controlada mediante ajuste da distância (d) do rolo (10), a partir do perfil (1), conforme mostrado na figura. Finalmente, as costuras de solda (5) e/ou (7) podem, logo após a soldagem, serem alisadas por meio de uma sapata deslizante (não mostrado) ou elemento similar, que se localizam contra as superfícies das costuras soldadas. Nessa modalidade da invenção, as barras de deslizamento (12) e (13) são estacionárias, enquanto um tambor rotativo (2A) puxa o perfil soldado das barras e transporta o tubo (4) para a etapa de fabricação seguinte. O tambor rotativo (2A) que suporta e avança o tubo (4) pode ser de qualquer tipo de construção mecânica. Também, as barras de deslizamento (12) e (13) podem girar em torno de seus eixos longitudinais.

[0018] Retornando agora para a figura 3, é mostrada uma modalidade da presente invenção em que o rolo (10) foi construído integralizado, como uma unidade, geralmente indicado pela referência numérica (15). Na dita unidade, o rolo (10) dirige o perfil (1) ao longo de um percurso inclinado em forma de espiral (S), durante seu primeiro giro do dispositivo de soldagem. Fixados a um elemento de suporte (11) são dispostas as barras de deslizamento (12) e (13), e uma haste de ajuste (14) para o rolo (10). Ao girar a haste de ajuste (14) em cada direção mostrada pelas setas, o rolo (10) é desviado para estreitar ou alargar o espaçamento entre as duas mais recentes voltas do perfil (1) (espaçamento “a”, conforme visto na figura 2), com a intenção de manter a força (F), conforme aplicada no perfil (1), constante em cada rolo (10). O ajuste inicial é baseado em se ter igual deslocamento axial entre cada unidade (15) e seu rolo (10), a fim de tornar o percurso para o perfil que entra no dispositivo de soldagem o mais liso possível. A distância (Lr) para cada rolo “r”, contada a partir do primeiro rolo, onde começa a operação de enrolamento do perfil (1), é: Lr = nr x S/N, onde (n) é o número de ordem do rolo, (S) é a largura (mm) do perfil (1), e (N) é o número total de rolos (10). No exemplo mostrado na figura 4, N = 16.

[0019] Deve ser observado que mesmo que os perfis (1) já soldados, mostrados na figura 3, pareçam se dispor de modo perpendicular às barras de deslizamento (12) e (13), existe, logicamente, sempre uma inclinação, como aquela do tipo mostrado na figura 1.

[0020] Durante a operação de soldagem, um sensor de força (ver a figura 4) em uma extremidade da haste de ajuste (14) detecta a força (F) aplicada em cada rolo (10). Quaisquer desvios de um valor desejado são então detectados, e qualquer ajuste da posição/das posições do rolo pode ser feito manualmente em cada unidade de rolo, baseado em um valor de força individual exibido, central e/ou automaticamente no painel de controle do dispositivo de soldagem (não mostrado).

[0021] As unidades de rolo (15), de acordo com a invenção, são dispostas perifericamente ao longo do perímetro do tubo a ser fabricado. No exemplo da figura 4, dezesseis unidades são dispostas de modo circular, em iguais espaços nas extensões radiais (17), em um modelo tipo estrela. Conforme pode ser observado, cada unidade (15) apresenta um rolo (10), cuja posição pode ser ajustada ao longo da seta (d) (ver, também, a figura 2).

[0022] O suporte (11) apresenta pontos de apoio para as barras de deslizamento (12, 13) e haste de ajuste (14). Além disso, a posição do sensor de força (16) é assinalada. Também, são mostrados a extensão (D) e o raio (R) das barras de deslizamento (12) e (13). Esses elementos definem, conforme discutido em conexão com a figura 2, a superfície de formato cilíndrico sobre a qual o tubo pode ser fabricado.

[0023] Uma vantagem correlacionada ao método e dispositivo de soldagem de acordo com a invenção é o fato de que a soldagem é executada sobre uma estrutura rolante e não em um tambor ou cilindro fechado. Assim, existe espaço suficiente para acomodar o cabeçote da extrusora de massa de soldagem, diversos meios de aquecimento para aquecer as partes de perfil a serem soldadas, para uso também de meios interiores ao tubo para alisamento de costura de solda, e para a própria estrutura rolante em si. Os meios de aquecimento podem incluir sopradores de ar quente e aquecedores à base de infravermelho, do tipo LEISTER e INFRA, respectivamente, os meios de alisamento de costura de solda podem incluir sapatas de pressão ajustáveis feitas de PTFE ou materiais plásticos similares, apresentando um baixo coeficiente de atrito, por exemplo, ver o documento de patente EP 1.237.708. Esses dispositivos auxiliares são bem conhecidos na indústria e um especialista versado na técnica pode facilmente aplicar e usar os mesmos para alcançar satisfatórios resultados de soldagem.

[0024] Também, é evidente que o tubo soldado (4), de acordo com o escopo da presente invenção, pode ser transferido das unidades de rolo mostradas na figura 4 para um tambor tradicional rotativo, como o tambor (2) mostrado na figura 2, para posterior transporte, para operações de tratamento, corte e armazenamento, ou para uma construção similar à mostrada na figura 4, onde o tubo é girado e suportado por rolos ou elementos similares, ou para uma combinação de ambos. Também, conforme pode ser visto na figura 4, cada unidade de rolo (15) nas suas extensões radiais (17) pode ser deslizada ao longo de um eixo ou barra (18), a fim de alterar o diâmetro do tubo (4) a ser formado.

[0025] Deve ser entendido que as modalidades da invenção aqui divulgadas não são limitadas para estruturas específicas, etapas de processo, ou para os materiais aqui divulgados, podendo ser estendidas para equivalentes dos mesmos, conforme pode ser reconhecido por aqueles de habilidade nas técnicas relevantes; também, deve ser entendido que a terminologia empregada é aqui usada com a finalidade de apenas descrever particulares modalidades, não sendo pretendida de ser limitativa.

[0026] A referência feita no presente relatório descritivo ao termo “uma modalidade” ou à expressão “a uma modalidade” significa que um específico aspecto, estrutura ou característica descrita em conexão com a modalidade é incluída em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Desse modo, a inclusão de frases “em uma modalidade” ou “numa modalidade” em diversos locais do presente relatório não se refere necessariamente à mesma modalidade.

[0027] Conforme aqui usado, uma pluralidade de itens, elementos estruturais, elementos e/ou materiais componentes podem ser apresentados em uma lista comum de conveniência. Entretanto, essas listas devem ser preparadas, em que cada elemento da lista é individualmente identificado como um elemento único e separado. Portanto, nenhum elemento individual dessas listas deve ser considerado como de fato equivalente a qualquer outro elemento da mesma lista, apenas baseado na sua apresentação em um grupo comum, sem que haja indicações em contrário. Além disso, diversas modalidades e exemplos da presente invenção podem ser aqui referidos, juntamente com alternativas para os diversos componentes dos mesmos. Deve ser entendido que essas modalidades, exemplos e alternativas não devem ser consideradas como de fato equivalentes entre si, devendo ser consideradas como representações separadas e autônomas da presente invenção.

[0028] Além disso, os aspectos, estruturas ou características descritas podem ser combinadas de qualquer maneira adequada em uma ou mais modalidades. Numa eventual descrição, numerosos detalhes específicos são proporcionados, tais como, exemplos de comprimentos, larguras, formatos, etc., de modo a proporcionar um entendimento completo das modalidades da invenção. Entretanto, um especialista versado na técnica irá reconhecer que a invenção pode ser praticada sem a necessidade de um ou mais detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, etc. Em outros exemplos, estruturas, materiais ou operações bem conhecidas não são mostrados ou descritos em detalhes, para evitar aspectos que possam confundir a invenção.

[0029] Conquanto que os exemplos anteriores sejam ilustrativos dos princípios da presente invenção, em uma ou mais particulares aplicações, será evidente para os especialistas versados na técnica que numerosas modificações de forma, utilização e detalhes da implementação poderão ser feitas sem o exercício de faculdade inventiva, e sem que sejam afastados dos princípios e conceitos da presente invenção. Consequentemente, a invenção não é pretendida de ser limitada, exceto com relação ao conjunto de reivindicações estabelecido em anexo.

Claims (5)

1. Método para fabricação de um tubo enrolado e soldado em forma de espiral, o método incluindo as etapas de: - receber um perfil termoplástico (1) com uma seção transversal retangular em um dispositivo de enrolamento compreendendo uma estrutura aberta de barras de deslizamento (12, 13), disposta numa direção axial do dito tubo e definindo uma superfície de enrolamento de formato cilíndrico, com diâmetro correspondente ao diâmetro interno do tubo a ser fabricado; - direcionar o perfil recebido (1) ao longo de um percurso em espiral (S) no dito dispositivo de deslizamento (12, 13), na direção de uma volta anterior do dito perfil na dita superfície cilíndrica, por meio de rolos radialmente orientados (10), espaçados ao longo do dito percurso em espiral, mediante ajuste da posição axial (d) dos ditos rolos dispostos radialmente (10), ao longo do dito percurso em espiral (S); - soldar as arestas opostas (1a, 1b) das ditas voltas do perfil em uma plataforma de soldagem, mediante provisão de uma massa de soldagem extrudada (6) entre as ditas voltas do perfil e mediante compressão das mesmas; - avançar o dito tubo (4) numa direção axial por meio dos ditos rolos (10), através de deslizamento dos mesmos sobre um suporte de rotação (2A); e caracterizado pelo fato de modificar a posição axial (d) de cada rolo (10) em resposta a uma dimensão de força (16), fornecendo uma indicação da necessidade de um ajuste da posição axial (d) e de sua ordem de grandeza.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos rolos radiais (10) e o dispositivo de deslizamento axial (12, 13) são movidos como unidades isoladas (15), ao longo de extensões radiais (17) de uma estrutura tipo estrela do dito dispositivo de soldagem, a fim de formar tubos (4) de diferentes diâmetros.

3. Dispositivo para fabricação de um tubo enrolado e soldado em forma de espiral, incluindo: - um dispositivo de enrolamento compreendendo uma estrutura aberta de barras de deslizamento (12, 13) disposta numa direção axial do dito tubo, definindo uma superfície de enrolamento de formato cilíndrico para recebimento de um perfil termoplástico (1), dita superfície de enrolamento tendo um diâmetro que corresponde ao diâmetro interno do tubo (4) a ser fabricado; - rolos (10) que se salientam numa direção radial ao longo da dita superfície de enrolamento, para formar um percurso em espiral (S), para direcionar o perfil recebido (1) na direção de uma volta anteriormente enrolada do dito perfil, ditos rolos (10) sendo providos de meios (14) para ajuste de suas posições axiais (d), ao longo do dito percurso em espiral (S); - uma plataforma de soldagem disposta para receber uma massa de soldagem extrudada (6) e liberar a dita massa para pelo menos uma das arestas opostas (1a, 1b) das ditas voltas do perfil; - meios (10) para compressão das ditas voltas do perfil a serem soldadas; e - meios de avanço (2A) dispostos para receber e girar o dito tubo (4), a fim de mover o dito tubo (4) numa direção axial, distante do dito dispositivo de deslizamento (12, 13); e caracterizado pelo fato de que os ditos meios de ajuste (14) são dispostos para modificar a posição axial (d) de cada rolo (10), incluindo uma dimensão de força (16) nos ditos meios de ajuste (14), para indicar a necessidade de um ajuste de posição axial (d) e sua ordem de grandeza.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os ditos rolos (10) e dispositivo de deslizamento (12, 13) são construídos integralmente como uma unidade (15), compreendendo dois rolos de aço axiais rotativos (12, 13) e um rolo radial rotativo (10).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as ditas unidades são dispostas em extensões radiais (17) de uma estrutura tipo estrela do dito dispositivo de soldagem, ditas extensões tendo meios de ajuste (18) para tornar as ditas unidades (15) móveis ao longo das ditas extensões, de modo a formar tubos (4) de diferentes diâmetros.

Images