BR112016003146B1 - Método para forjar a quente corpos ocos sem costura - Google Patents

Abstract

método para forjar a quente um corpo oco sem costura a presente invenção refere-se a um método para o forjamento a quente de um corpo oco sem costuras consistindo de um material o qual é difícil de trabalhar, em particular aço, compreendendo uma resistência a deformação na temperatura de formação maior que 150 mpa determinada com uma deformação logaritimica natural de 0,3 e uma velocidade de deformação de 10/s por meio de forja a quente. com o objetivo de proporcionar um método intensificado e aperfeiçoado para a produção de um corpo oco metálico produzido a calor sem costuras por meio de forja a quente o qual consiga uma alta qualidade da superfície interna do corpo oco simultaneamente com uma vida útil de ferramenta aperfeiçoada e intensificada para o mandril de forja, é proposto que o forjamento a quente seja efetuado com um grau de deformação p, o qual é relacionado a seção transversal a ser formada na porção de forja com in(a0,a1) menor que 1,5 e uma taxa de deformação relacionada ao método menor que 5/s, na qual a0 é definida como a área local de seção transversal de um corpo oco, o qual está para ser forjado, em m2 e a1 é definida como a área local de seção transversal do copo oco finalizado em m2 e a taxa de deformação é definida como a velocidade máxima do corpo oco a ser forjado em m/s em relação ao diâmetro externo do corpo oco finalmente forjado em m (figura 1).

Description

[001] A invenção se refere a um método para forjar a quente um corpo oco sem costura/costura consistindo de um material o qual é difícil de trabalhar, em particular aço, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. Em particular, a invenção se refere a um tubo feito a partir de um material o qual é difícil de trabalhar, o referido tubo sendo produzido por meio de forjar a quente.

[002] De acordo com a invenção de Brüder Mannesmann para produzir a partir de um bloco aquecido um tubo de bloco oco com paredes espessas sem costuras, várias propostas são oferecidas para estirar este tubo de bloco oco em uma etapa de trabalho a calor com um aquecimento constante. As palavras chave no que diz respeito a isto são geralmente um processo de enrolamento contínuo conhecido, um processo de empuxo de bancada, um processo de enrolamento de plugue e um processo de laminação.

[003] Todos os referidos métodos têm os seus méritos em termos de taxa diferente de dimensão e de materiais, nos quais também ocorrem desvantagens. Os processos de enrolamento contínuo e de enrolamento de plugue são usados para uma taxa de dimensão médio de 5” a 18”, enquanto o processo de laminação é usado para uma taxa de dimensão de até 26”. Com uma espessura de parede na taxa de > 30 mm, os processos de enrolamento contínuo e de enrolamento de plugue não são muito adequados ao passo que o processo de laminação não tem um problema com a espessura de parede mas, tem um ciclo de produção mais lento.

[004] As três etapas de enrolamento de perfuração - estiramento - redução são características da produção de tubos sem costuras a partir de um bloco aquecido por meio de enrolamento a calor.

[005] Uma desvantagem em todos os referidos métodos é o mais ou menos longo tempo de mudança quando as dimensões são mudadas e os custos de produção altos com tamanhos pequenos de lotes os quais requerem mudanças frequentes.

[006] Estas desvantagens são eliminadas usando o método revelado no pedido de patente internacional publicado sob o No. WO 2006/045301 A1, no qual a segunda etapa e a terceira etapa de formação conhecidas e caracterizadas pelo enrolamento (enrolamento de estiramento e enrolamento de redução) são substituídas por uma etapa de formação na forma de um processo de forja radial usando uma ferramenta interna deslizada no bloco oco e pelo menos duas mandíbulas de forja de uma máquina de forja a qual atua sobre a superfície periférica do bloco oco, no qual o bloco oco é axialmente deslocado e girado de uma maneira sincronizada na fase do curso aleatório das mandíbulas de forja. Dependendo do tipo de controle, a alimentação rotativa e axial do bloco oco pode ocorrer ao mesmo tempo ou de uma maneira de tempo deslocado.

[007] Com este método extremamente eficiente, o qual também é perfeitamente adequado para tamanhos de lotes pequenos, os tubos tendo uma circunferência maior que 500 mm e comprimentos maiores do que 4000 mm podem ser produzidos de uma maneira extremamente vantajosa.

[008] Todavia, foi mostrado que o método ainda não é otimamente desenhado para forjar materiais os quais são difíceis de trabalhar. Materiais os quais são difíceis de trabalhar incluem materiais metálicos, em particular aços, os quais têm na temperatura de formação, por exemplo, na temperatura de forja, uma resistência a deformação maior que 150 MPa determinada com uma deformação logarítmica natural de 0,3 e uma taxa de deformação de 10/s. Por meio de exemplo, esses são aços tendo um conteúdo de cromo maior que 5,0 wt. %, aços duplex, ligas metálicas com base em níquel ou metais refratários.

[009] As temperaturas de forja típicas são de pelo menos 70% da temperatura respectiva de fusão do material dependendo do material a ser forjado. Por meio de exemplo, para o material Inconel 718, a temperatura de forja é de pelo menos 850° C.

[0010] Durante o processo de forja, no caso de materiais os quais são difíceis de trabalhar, logo depois do início, desgaste abrasivo e coqueamento pode ocorrer sobre a ferramenta interna formada conforme o mandril de forja ou a soldagem a calor da ferramenta interna com o bloco oco pode ocorrer devido as forças de formação extremamente altas a serem aplicadas. Isto resulta tanto na descontinuidade do processo de forja ou pelo menos em superfícies internas do tubo defeituosas e uma vida útil claramente reduzida do mandril de forja. Como um resultado, a viabilidade econômica do processo de forja com materiais os quais são difíceis de trabalhar é significativamente limitada.

[0011] O pedido de patente internacional publicado sob o No. WO 2009/006873 A1 revela um mandril de forja consistindo de um material resistente a calor para o forjamento a quente de tubos com uma alta resistência a desgaste e uma alta estabilidade dimensional, no qual o corpo do mandril tem uma camada a qual reduz a introdução de calor no corpo do mandril e tem uma condutividade térmica a qual é claramente mais baixa do que a do corpo principal do mandril. Devido a baixa quantidade de calor introduzida no corpo principal do mandril, este corpo permanece mais dimensionalmente estável e mais resistente a desgaste. Adicionalmente, o mandril de forja pode ter um resfriamento interno para resfriar durante o processo de forja ou o mandril de forja é resfriado externamente entre os processos de forja. O corpo do mandril é fixado sobre uma barra de retenção, também chamada de barra do mandril, por intermédio da qual o corpo do mandril pode ser axialmente deslocado ou girado no bloco oco na fase do curso livre.

[0012] Todavia, usando o processo de forja conhecido e o mandril de forja conhecido, uma vida útil de ferramenta suficientemente longa para o mandril de forja e uma alta qualidade constante da superfície interna do tubo ainda não podem ser asseguradas com os materiais os quais são difíceis de trabalhar.

[0013] Adicionalmente, um dispositivo para o forjamento de um corpo oco é conhecido a partir do pedido de patente alemã DE 10 2012 107 375 A1 no qual o dispositivo tem ferramentas de forja sendo arranjadas centralmente e simetricamente no entorno de um eixo forjador. Com o objetivo de aumentar a vida útil da ferramenta do mandril de forja, é proporcionado que um motor de rotação é controlado via um dispositivo de controle como uma função da posição de rotação do mandril de forja em relação às ferramentas de forja.

[0014] O objetivo da invenção é o de proporcionar um método aperfeiçoado para a produção de um corpo oco metálico produzido a calor sem costuras por meio de forja a quente, o qual mesmo quando os materiais de forja os quais são difíceis de trabalhar com uma resistência a deformação na temperatura de formação maior que 150 MPa determinada com uma deformação logarítmica natural de 0,3 e uma taxa de deformação de 10/s, alcance uma alta qualidade da superfície interna do corpo oco com uma vida útil de ferramenta simultaneamente aperfeiçoada para o mandril de forja.

[0015] Este objetivo é alcançado com base no preâmbulo em conjunto com a parte de caracterização da reivindicação 1. Os desenvolvimentos vantajosos são descritos nas reivindicações subordinadas.

[0016] De acordo com os ensinamentos da invenção, este objetivo é alcançado por meio de um método para o forjamento a quente de um corpo oco sem costuras consistindo de um material que é difícil de trabalhar, em particular aço, compreendendo uma resistência a deformação na temperatura de formação maior que 150 MPa determinada com uma deformação logarítmica natural de 0,3 e uma taxa de deformação de 10 m/s por meio de forja a quente, o qual método é caracterizado pelo fator que o forjamento a quente é efetuado com um grau de deformação, o qual é relacionado a seção transversal a ser formada, na porção de forja com IN(A0/A1) menor que 1,5 e uma taxa de deformação relacionada ao método menor que 5 m/s, na qual A0 é definido como a área de seção transversal local de um corpo oco, o qual deve ser forjado, em m2 e A1 é definido como a área de seção transversal do corpo oco finalizado em m2 e a taxa de deformação é definida como a velocidade máxima do corpo oco a ser forjado em m/s em relação ao diâmetro externo do corpo oco forjado final em m.

[0017] A vida útil da ferramenta do mandril de forja pode ser aperfeiçoada e intensificada de uma maneira vantajosa pela virtude do fato que um mandril de forja é usado consistindo de um material o qual tem uma força de pelo menos 700 MPa a 500° C.

[0018] De uma maneira vantajosa, o forjamento a quente é caracterizado pelo fato que o corpo oco o qual se encontra na temperatura de forja é formado com um mandril de forja como uma ferramenta interna, a qual é ali introduzida e fixada a uma barra de mandril por meio de mandíbulas forjadoras de uma máquina de forja, as quais são dispostas simetricamente em torno de um eixo de forjamento, podem ser operadas em termos de cursos de trabalho radial e atuar por sobre a superfície do corpo oco e do mandril de forja, em um tubo tendo uma circunferência de tubo com uma média de pelo menos 500 mm e um comprimento de pelo menos 4000 mm, no qual o corpo oco é axialmente deslocado e girado de uma maneira sincronizada na fase do curso livre das mandíbulas de forja.

[0019] O método proposto tem a vantagem de que agora até os corpos ocos consistindo de materiais que são difíceis de trabalhar podem ser produzidos com uma superfície interna otimizada de uma maneira custo-efetivo, enquanto ao mesmo tempo assegurando que o mandril de forja tem uma vida útil de ferramenta consideravelmente aumentada.

[0020] Contrário as expectativas, testes demonstraram que o grau de deformação relacionado a seção transversal a ser formada e a taxa de deformação relacionada ao método durante o forjamento em combinação com um material de mandril altamente resistente a calor são as variáveis as quais determinam a qualidade e a vida útil da ferramenta, na qual os valores de limite declarados para o grau de deformação e a velocidade de deformação a serem observadas com o objetivo de ser capaz de confiavelmente evitar aquecimento adiabático local e a formação de banda de cisalhamento, as instabilidades de fluxo de material e as demandas de material local excessivas as quais são demonstradas por meio de rachaduras.

[0021] O processo de forja proposto é particularmente eficiente e favorável em termos de qualidade se quando da dependência sobre a qual o diâmetro de tubo a ser forjado, duas, quatro ou mais mandíbulas de forja são usadas as quais atual em um plano em sincronia por sobre a superfície periférica do bloco oco.

[0022] Em princípio, o mandril de forja o qual é introduzido como a ferramenta interna no bloco oco pode ser disposta de uma maneira livremente móvel no bloco oco. Todavia, com o objetivo de intensificar a distribuição, em particular da carga térmica, é vantajoso rotar o mandril de forja nas fases dos cursos livre e/ou deslocar o mesmo na mesma direção ou na direção oposta no que diz respeito a alimentação axial do bloco oco.

[0023] É particularmente vantajoso se o mandril de forja for girado e/ou deslocado na direção axial por meio de um meio de controle ou de regulagem porque o mesmo então se torna possível de homogeneização da carga térmica e mecânica do mandril de forja de uma maneira objetivada. Fazendo-se assim, a velocidade axial do mandril é tanto constante ou variável.

[0024] Com o objetivo de alcançar a mais uniforme possível distribuição de calor no mandril de forja, a rotação do mandril de forja deveria ser tal que durante o seguinte curso de forja a carga atua por sobre uma região do mandril de forja a qual não fora impactada ou apenas levemente impactada quando da duração do curso de forja precedente. A direção da rotação do mandril de forja pode ser selecionada para ser a mesma ou uma diferente da direção de rotação do bloco oco. Uma direção diferente de rotação é algo vantajoso uma vez que os movimentos relativos entre as superfícies do mandril de forja e do bloco oco são, desta forma, maior e, portanto a soldagem a calor da peça de trabalho ao mandril de forja pode ser mais eficientemente prevenida.

[0025] De acordo com a invenção, o mandril de forja também pode opcionalmente ser proporcionado com um revestimento o qual consiste de cerâmica, por exemplo, a partir de carboneto de tungstênio, e com uma espessura de camada com pelo menos 0,02 mm e no máximo 0.2 mm que tem uma rigidez de superfície de pelo menos 900 HV0.1 em temperatura ambiente. É do conhecimento que para o propósito de isolamento de calor, mandris têm um revestimento. Todavia, o revestimento de acordo com a invenção relaciona-se a uma camada de efeito tribológico, a qual pela virtude de sua espessura na referida região alcança a resistência a brasão requerida e também impede a soldagem a calor do bloco oco no mandril de forja. Todavia, a camada ainda é fina o bastante para prevenir a ocorrência de lascas no revestimento devido a expansão térmica diferente em comparação com o material de base sob a carga termicamente cíclica.

[0026] Especificamente, no caso de grandes graus de estiramento (> 4) e uma espessura de parede pequena (< 30 mm), com o objetivo de evitar a soldagem a calor no caso de materiais os quais são difíceis de trabalhar, pode ser necessário, antes do começo do procedimento de forja, a introdução de um agente separador e/ou um lubrificante na zona de formação entre o mandril de forja e o bloco oco.

[0027] Neste caso, o agente separador e/ou o lubrificante pode ser aplicado ao lado interno do bloco oco antes do início do processo de forja radial e/ou o mandril de forja é proporcionado com lubrificação antes de o ou durante o forjamento, pelo menos na região das mandíbulas de forja as quais atuam por sobre o mandril de forja.

[0028] Se o agente de separação e/ou o lubrificante é aplicado ao lado interno do bloco oco, a quantidade seca em relação à superfície interna do bloco oco não deveria ser menor que 40 g/m2 com o objetivo de se conseguir um efeito adequado.

[0029] Adicionalmente, com o objetivo de homogeneizar a carga térmica, pode ser algo vantajoso se o mandril de forja desempenhar uma rotação alternante em um sentido para frente e em um sentido para trás em relação à peça de trabalho. Em particular, é aparente que quando a direção de rotação do mandril de forja e do bloco oco é a mesma, o mandril de forja é vantajosamente uma etapa rotativa entre aos cursos de formação, a qual é duas vezes mais alta quando da direção de rotação é diferente. Isto é devido ao fato que a superfície de contato da mordedura de forja e, assim sendo, também a superfície de contato sobre o mandril, está sempre levemente assimétrica no que diz respeito ao eixo longitudinal da mordedura de forja e, portanto o lubrificante é impulsionado mais facilmente na zona de inserção e é retirado a partir do mandril. Portanto, quando a direção de rotação é a mesma, uma etapa rotativa consideravelmente maior (em torno de duas vezes maior) do mandril é requerida com o objetivo de mover o agente de separação e/ou o lubrificante para a zona de formação.

[0030] Pela razão da assimetria discutida, é importante posicionar e controlar o mandril não apenas em relação ao bloco oco, mas também em relação ao plano de forja com o propósito de homogeneização da carga térmica.

[0031] Em um desenvolvimento vantajoso da invenção, a etapa rotativa mínima do mandril de forja na fase do curso livre deveria satisfazer a seguinte condição: min DSD = 0,32 x DSH, onde min DSD é a etapa de rotação mínima em graus angulares do mandril de forja e DSH é a etapa rotativa em graus angulares do bloco oco. Foi descoberto que a largura da zona de contato do mandril de forja é consideravelmente menor que aquela da mordedura de forja. Testes demonstraram que a falha em atingir os limites acima mencionados acarreta em cargas térmicas massivas no mandril, algo que tipicamente acarreta em plugues e, portanto em uma falha do processo.

[0032] Um aumento da etapa de rotação do mandril além do mínimo reduz a sobreposição das zonas de contato do mandril entre dois cursos de formação ou evita completamente uma sobreposição. Portanto a carga térmica se torna homogeneizada sobre a periferia e mais agente separador/lubrificante novo pode passar na zona de formação entre o mandril e a peça de trabalho.

[0033] Testes também demonstraram que o mandril de forja é carregado termicamente e substancialmente por meio de dois fatores influentes antes do contato durante o forjamento: por um lado, por intermédio da carga de radiação causada peça de trabalho quente e por outro lado pela virtude da quantidade de calor introduzida na zona de contato com o mandril de forja. Esta quantidade de calor flui axialmente no mandril de forja mesmo nessas regiões do mandril nas quais não estavam em contato com o bloco oco. Se essas regiões do mandril então passam na zona de formação, as temperaturas de contato e, portanto, as temperaturas de superfície são mais altas que aquelas na região do mandril o qual fora forjado previamente. As cargas térmicas podem ser ajustadas por intermédio da variabilidade da velocidade do mandril de tal maneira que a homogeneização do calor introduzido adequadamente reduz a temperatura máxima da superfície do mandril com o objetivo de prevenir a deformação plástica ou o desgaste prematuro do mandril de forja.

[0034] A velocidade média do mandril deveria satisfazer as seguintes condições: GDmin < GD < GDmax, onde GDmin = GE x (HL/DL) e GDmax = GA x (HL/DL), onde DL = comprimento do mandril em m, HL = comprimento do bloco oco em m, GD = velocidade média absoluta do mandril em m/s, GE = velocidade de inserção do bloco oco na máquina de forja em m/s e GA = a velocidade de retirada do bloco oco na máquina de forja em m/s.

[0035] Em um desenvolvimento vantajoso adicional da invenção, o mandril de forja pode formado de uma maneira sólida ou como um corpo oco.

[0036] Em uma realização vantajosa adicional da invenção, previsão é realizada de tal maneira que o mandril de forja é resfriado internamente durante o forjamento e/ou é resfriado externamente entre o processo de forja, com o objetivo de reduzir a carga térmica adicionalmente.

[0037] Com o objetivo de assegurar uma estabilidade mecânica suficiente quando do forjamento de materiais os quais são difíceis de trabalhar, mesmo no caso de corpos ocos como o mandril de forja, a espessura da parede durante o resfriamento interno deveria ser pelo menos 9% do diâmetro externo do mandril de forja e durante o resfriamento externo a mesma deveria ser de pelo menos 15% do diâmetro externo do mandril de forja.

[0038] Com o objetivo de assegurar um resfriamento suficiente do mandril de forja durante o resfriamento interno, o mandril de forja deveria, vantajosamente, ter umcomprimento mínimo o qual é dependente do diâmetro externo do bloco oco e do tubo forjado e é calculado conforme a seguir: L min = (ADH-ADF)/TAN(20 x PI/180), onde ADH = diâmetro externo do bloco oco em m, ADF = diâmetro externo do tubo forjado em m e Lmin é o comprimento mínimo de trabalho do mandril em m.

[0039] Para o resfriamento externo do mandril de forja em pausas de forja, o mandril de forja deveria ter um comprimento o qual é calculado conforme a seguir: HL = comprimento do bloco oco em m, MH = massa do bloco oco em kg e MD = massa do mandril absorvente de calor em kg.

[0040] Em uma realização vantajosa adicional do método, é feita a previsão de que um mandril de forja é usado para forjar o qual tem uma conicidade de pelo menos 1 : 1000 tendo o maior diâmetro na extremidade do mandril de forja sobre a barra lateral do mandril. Se faz necessário manter a conicidade declarada uma vez que a peça de trabalho forjada resfria a jusante da zona de formação de tal maneira que o encolhimento resultante do calor da peça de trabalho forjada sobre o mandril preveniria o movimento relativo e a remoção do mandril.

[0041] Adicionalmente, o uso de um mandril de forja levemente cônico aumenta o espaçamento entre o tubo final forjado e a ferramenta interna, assim sendo facilitando a remoção do tubo final a partir da ferramenta interna. A conicidade deve ser apenas baixa, todavia, uma vez que de outra forma a espessura da parede seria inaceitavelmente mudada conforme e visto sobre o comprimento.

[0042] Em uma realização vantajosa adicional da invenção, é feita a previsão que em termos de atender as especificações de tolerância para os diâmetros internos ou externos e a espessura de parede do corpo oco, o desvio geométrico do corpo oco durante o forjamento - causado por intermédio da conicidade do diâmetro do mandril de forja - é compensada por intermédio da adaptação do curso dos martelos de forja.

[0043] Com o objetivo de assegurar um deslocamento livre de problemas do mandril de forja no bloco oco, é feita a previsão de acordo com a invenção que um mandril de forja é deslizado no bloco oco. O diâmetro do qual fora selecionado de tal maneira que um espaçamento é ajustado entre o bloco oco e o mandril de forja o qual satisfaz a seguinte condição: min SP = 0,0012 x (1 + HL), onde min SP é o espaçamento mínimo no diâmetro entre o mandril de forja e o bloco oco em m e HL é o comprimento do bloco oco em m.

[0044] O diâmetro interno e o entorno interno sobre o comprimento do corpo oco forjado são determinados substancialmente por intermédio da geometria da ferramenta interna - preferivelmente na forma de um mandril cilíndrico.

[0045] O método de acordo com a invenção pode ser usado para a produção por meio de correspondentemente formar as ferramentas de forja e/ou especificamente controlar os cursos dos martelos de forja e os movimentos axiais do mandril de forja, adicionalmente a tubos arredondados externos e internos e também tubos axiais e simétricos, por exemplo, corpos ocos retangulares ou quadrados, nos quais o bloco oco usado também pode ter uma geometria correspondente de tal maneira que o trabalho de formação requerido quando do forjamento da parte final pode ser minimizado. Adicionalmente, as seções transversais do bloco oco usado e também o corpo oco forjado podem ser mudadas em relação ao comprimento.

[0046] Por meio de exemplo, o uso de um mandril o qual tem um diâmetro escalonado é viável por intermédio do qual, por exemplo, cilindros os quais são cônicos e/ou escalonados em relação ao comprimento e têm extremidades espessas, podem ser produzidos. Dependendo do tipo de arranjo escalonado, a produção de vários cilindros escalonados a partir de um bloco oco também seria possível. A separação dos cilindros então aconteceria depois do processo de forja.

[0047] Em uma realização vantajosa adicional da invenção, é feita a previsão de que o bloco oco não seja formado como um corpo oco aberto em ambos os lados, mas, que tenha uma base sobre um lado. Em comparação com um corpo oco o qual é aberto em ambos os lados, isto resulta em uma saída intensificada e aperfeiçoada durante o forjamento e é adicionalmente vantajosa quando a parte final tenha, possivelmente, uma base.

[0048] O corpo oco finalmente forjado, depois das etapas de finalização usuais tais como o corte no comprimento certo, a inspeção visual, a marcação, etc., estará imediatamente pronto para a entrega ou será sujeito a uma etapa de tratamento a calor e/ou teste de não destruição. A etapa de tratamento a calor pode ser de normalização ou de têmpera. Dependendo da reticulação requerida, uma reticulação é algo requerido. De uma maneira similar, no caso de requerimentos de entrega e liberação correspondente, uma esmerilhação ou outro processo para a remoção de paras da superfície externa pode ser algo requerido com o objetivo de remover as pequenas quantidades de desigualdades causadas pelo processo de forja.

Breve Descrição dos Desenhos

[0049] O método de acordo com a invenção será explicado em maiores detalhes com o auxílio de ilustrações esquemáticas, nas quais:

[0050] A Figura 1 mostra uma vista esquemática do método de acordo com a invenção em uma seção transversal longitudinal, tendo um bloco oco engatado e,

[0051] A Figura 2 mostra uma seção transversal na direção A-A da Figura 1. Descrição Detalhada da Realização Preferida

[0052] A Figura 1 mostra uma vista esquemática do método de acordo com a invenção em uma seção transversal longitudinal, tendo um bloco oco engatado 1 para ser forjado, tendo uma área de início de seção transversal A0 a qual é introduzida a partir da esquerda na máquina de forja e deixa a máquina de forja na direita conforme um tubo produzido a calor 2 com uma área local de seção transversal A1.

[0053] O forjamento é efetuado com um grau de deformação, o qual é relacionado a seção transversal a ser formada na porção de forja com In(A0/A1) menor que 1,5 e uma taxa de deformação relacionada ao método menor que 5/s, na qual a taxa de deformação é definida como a velocidade máxima de ferramenta em m/s em relação ao diâmetro externo do corpo oco forjado final em m.

[0054] Nesta realização exemplificada, na região de forja quatro mandíbulas de forja 3, 3’, 3”, 3’” sobre o lado externo e um mandril de forja cilíndrico 4 sobre o lado interno cooperam. O mandril de forja 4 consiste de um material tendo uma força de pelo menos 700 MPa a 500° C e é mantido em posição pro intermédio de uma barra de retenção 5 mas, como um alternativa, o mesmo também pode ser girado e/ou movido axialmente para trás e para frente durante o processo de forja. A direção da rotação do mandril de forja pode ser a direção da rotação do bloco oco ou pode ser oposto ao mesmo.

[0055] O dispositivo para controlar ou para regular o movimento do mandril ou o movimento do bloco oco e para lubrificar o mandril de forja 4 não está aqui ilustrado.

[0056] No exemplo presente, o mandril de forja 4 é formado como um corpo sólido tendo uma conicidade maior que 1: 1000 e é apenas resfriado externamente.

[0057] A seta rotativa 6 e a seta axial 7 deveria tornar claro que durante o curso livre das mandíbulas de forja 3 a 3”, o bloco oco 1 é girado e adicionalmente deslizado axialmente e o mandril de forja pode ser adicionalmente girado e axialmente movido.

[0058] Cada uma das mandíbulas de forja 3 a 3”, tem uma porção de inserção predominantemente formada conicamente 8 e uma parte adjunta lisa/suave 9 na seção transversal longitudinal. A parte de inserção 8 também pode ser curvada de uma maneira levemente convexa.

[0059] Conforme é visto em uma seção transversal (por favor, refira-se a Figura 2), todas as mandíbulas de forja 3 a 3” têm uma curvatura côncava. Geralmente, a curvatura é um arco circular, o raio do qual é maior que o raio corrente da parte a ser forjada.

[0060] As setas de movimento 10 mostradas nas Figuras 1 e 2 deveriam esclarecer o curso radial das respectivas mandíbulas de forja 3 a 3”.

[0061] Lista de Números de Referência1 Bloco oco2 Tubo produzido a calor3 , 3’, 3”, 3’” Mordedura de forja4 Mandril5 Barra de retenção6 Seta de rotação7 Seta axial8 Porção de inserção9 Parte lisa/suave10 Seta de movimentaçãoA0 Área de seção transversal local do bloco ocoA1 Área de seção transversal local do tubo finalizado

Claims (28)

1. Método para forjar a quente corpos ocos sem costura, referidos corpos ocos sendo formados de um material difícil de ser trabalhado, em particular aço, tendo uma resistência a deformação na temperatura de formação superior a 150 MPa determinada com uma deformação logarítmica natural de 0,3 e uma velocidade de deformação de 10/s na forja a quente em temperaturas de forja de pelo menos 70% da respectiva temperatura de fusão em graus kelvin do material, caracterizado pelo fato que a forja a quente é realizada com um grau de deformação, o qual está relacionado à seção transversal a ser formada, na porção forjada com In(A0/A1) menor que 1,5 e uma taxa de deformação relacionada ao método menor que 5/s, em que A0 é definido com a área da seção transversal local de um corpo oco a ser forjado, em m2 e A1 é definido como a área da seção transversal local do corpo oco forjado, em m2, e a taxa de deformação é definida como a velocidade máxima da ferramenta em m/s em relação ao diâmetro externo do corpo oco finalmente forjado em metros.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o mandril de forja usado é fabricado em um material com uma resistência de pelo menos 700 MPa a 500°C.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato que o corpo oco o qual se encontra na temperatura de forja é formado com um mandril de forja como uma ferramenta interna, o qual é introduzido no mesmo e fixado a uma haste de mandril por intermédio de mandíbulas de forja de uma máquina de forja as quais estão simetricamente dispostas em torno de um eixo de forja para ser operado em termos de percursos de trabalho radiais para atuar sobre a superfície periférica do corpo oco e do mandril de forja, em um tubo tendo uma circunferência de tubo com uma média de pelo menos 500 mm e um comprimento de pelo menos 4000 mm, em que o corpo oco é deslocado de uma forma axial e rotado de uma maneira sincronizada na fase do percurso inativo das mandíbulas de forja.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato que na fase do percurso inativo, o mandril de forja move livremente e simultaneamente com o bloco oco.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é adicionalmente axialmente deslocado e/ou rotado na fase do percurso inativo.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é deslocado na mesma direção da alimentação axial do bloco oco durante a forja.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é deslocado opostamente com relação a alimentação axial do bloco oco durante a forja.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato que a velocidade de deslocamento do mandril de forja é mantida constante ou é variavelmente ajustada na direção axial.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato que a velocidade media axial do mandril satisfaz as seguintes condições:GDmin < GD < GDmax,GDmax = GA x (HL/DL)em que GDmin = GE x (HL/DL), DL = comprimento do mandril em m, HL = comprimento do bloco oco em m, GD = velocidade média absoluta do mandril em m/s, GE = velocidade de entrada do bloco oco na máquina de forja em m/s e GA = velocidade de saída do bloco oco da máquina de forja em m/s.

10. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato que durante o percurso inativo o mandril de forja é deslocado na direção axial e/ou rotado por intermédio de um controlador ou um meio de regulagem.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato que durante o percurso inativo o mandril de forja é rotado até tal ponto que durante o percurso de forja a seguir as mandíbulas de forja atuam sobre uma região do mandril de forja a qual não foi impactada sobre ou apenas levemente impactada por intermédio das mandíbulas de forja durante o percurso de forja anterior.

12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é rotado na mesma direção que, ou em uma direção diferente a, direção de rotação do bloco oco.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato que o mandril de forja desempenha uma rotação em um sentido para frente e em um sentido para trás em relação ao bloco oco.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo fato que a etapa rotativa do mandril de forja (em graus angulares) na fase do percurso inativo satisfaz a seguinte condição: min DSD = 0.32 x DSH, onde min DSD é a etapa rotativa mínima do mandril de forja e DSH é a etapa rotativa do bloco oco.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é internamente resfriado durante o forja e/ou é resfriado externamente entre os processos de forja.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato que durante o resfriamento interno, o mandril de forja tem um comprimento mínimo o qual é calculado conforme a seguir: L min = (ADH-ADF)/TAN(20 x PI/180), onde ADH = diâmetro externo do bloco oco em m e ADF = diâmetro externo forjado em m.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é formado como um corpo oco, no qual a espessura da parede durante o resfriamento interno é de pelo menos 9% do diâmetro externo do mandril de forja e durante o resfriamento externo é de pelo menos 15% do diâmetro externo do mandril de forja.

18. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato que durante o resfriamento externo, o mandril de forja tem um comprimento mínimo o qual é calculado conforme a seguir: HL = comprimento do bloco oco em m, MH = massa do bloco oco em kg e MD = massa absorvente de calor do mandril em kg.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato que um mandril de forja é usado o qual tem uma conicidade de pelo menos 1:1000 sobre seu comprimento, tendo o diâmetro maior na parte final do mandril de forja sobre a haste lateral do mandril.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato que em termos de atender as especificações de tolerância no que diz respeito aos diâmetros interno e externo e a espessura de paredes do bloco oco, o desvio geométrico do corpo oco durante o forja - causado por intermédio da conicidade do diâmetro do mandril de forja - é compensado por intermédio da adaptação do percurso dos martelos de forja.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato que para o propósito de forja, um mandril de forja é deslizado no bloco oco, o diâmetro do qual é selecionado de tal maneira que um espaçamento é ajustado entre o bloco oco e o mandril de forja, o qual satisfaz a seguinte condição: min SP = 0.0012 x (1 + HL), onde min SP é o espaçamento mínimo no diâmetro entre o mandril de forja e o bloco oco em m e HL é o comprimento do bloco oco em m.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato que antes da iniciação do processo de forja um agente separador e/ou lubrificante tendo uma quantidade seca de pelo menos 40 g/m2 em relação a superfície interna do bloco oco, é introduzido na zona de formação entre o mandril de forja e o bloco oco.

23. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato que um agente separador e/ou lubrificante é aplicado ao lado interno do bloco oco antes da iniciação do processo de forja radial.

24. Método de acordo com a reivindicação 21 e 23, caracterizado pelo fato que o mandril de forja é proporcionado com lubrificação, antes de e/ou durante o processo de forja, pelo menos na região das mandíbulas de forja as quais atuam sobre o mandril de forja.

25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato que antes da iniciação do forja, um revestimento redutor de desgaste é adicionalmente aplicado ao mandril de forja.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato que o revestimento consiste de um material cerâmico.

27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato que o material cerâmico é carboneto de tungstênio.

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 27, caracterizado pelo fato que o revestimento é aplicado ao mandril de forja com uma espessura de pelo menos 0.02 mm e no máximo de 0.2 mm e com uma rigidez superficial de pelo menos 900 HV0.1 em temperatura ambiente.

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