BRPI0706213A2 - processo para fabricar um tubo em costura - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA FABRICAR UM TUBO SEM COSTURA. A presente invenção refere-se a uma peça oca de alta qualidade em que é impedida a ocorrência de defeitos na superfície interna causados pelo efeito do forjamento giratório e/ou deformação cisalhante pela supressão da frequência de forjamento giratório e deformação cisalhante em uma região transitária no estágio de fixação do tarugo e também impedida uma piora na falha de laminação dos desvios de espessura na parte superior da peça oca como, por exemplo, uma fixação de tarugo incompleta e transtornos na retirada da parte inferior e um aumento no diâmetro externo da peça oca na parte inferior. Um tarugo é furado ao mesmo tempo em que é girado e avançado para produzir uma peça oca, da qual é finalmente fabricado um tubo sem costura, usando um par de rolos oblíquos, um par de rolos de disco e um plugue sob condições tais que cada da proporção (Dg/d) do diâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e do diâmetro externo d do tarugo, a proporção (Dd/d) do diâmetro Dd da parte inferior da ranhura dos rolos de discos e o diâmetro externo d do tarugo, a proporção (Dd/Dg) do diâmetro Dg e o diâmetro Dd, no ângulo da face de entrada <sym>1 dos rolos obílquos, e a raiz quadrada do produto (Ns x Df)^ 0,5^ da freqúência rotacional Ns do tarugo em uma região transitária (estado não firme) ao fixar o tarugo e a proporção de redução Df do diâmetro externo do tarugo satisfazem uma equação prescrita.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA FABRICAR UM TUBO SEM COSTURA".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo para fabricar umtubo sem costura. Especificamente, esta invenção se refere a um processopara fabricar um tubo sem costura compreendendo perfurar um tarugo emum furador (um Iaminador oblíquo) para produzir uma peça oca.

Antecedentes da Técnica

Um tubo sem costura é usualmente fabricado pelo processo deIaminador de plügue Mannesmann ou do processo de Iaminador de mandrilMannesmann. Para fabricar um tubo sem costura por meio de tal processo,primeiro é introduzido um tarugo em forma de haste sólida (referido nestadescrição simplesmente como um tarugo) em um forno de aquecimento eaquecido no mesmo até uma temperatura predeterminada. Esse tarugo éentão removido do forno de aquecimento e é laminado para perfuração emum furador para produzir uma peça oca. A peça oca, é então laminada paraalongamento usando um Iaminadorperegrino ou um Iaminador de mandril ouum Iaminador similar no qual a espessura de parede da peça oca é primei-ramente reduzida, saí para frente, ela é laminada para ajuste de dimensõesutilizando um Iaminador redutor ou um redutor de estiramento no qual o diâ-metro externo da peça é reduzido primeiramente para fabricar um tubo semcostura que tenha as dimensões desejadas.

No Documento de Patente 1 está descrita uma invenção na qualum tarugo é perfurado usando um furador compreendendo rolos oblíquos erolos de discos chanfrados sendo dotados de uma forma de rolo otimizada,possibilitando, por meio disso, realizar uma perfuração altamente eficientesem que ocorra uma falha de laminação (um estado no qual para o avançodo material sendo laminado) ao mesmo tempo em que elimina um aumentodo diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante sob tais condi-ções que a proporção da expansão Exp (diâmetro externo da peça o-ca/diâmetro externo do tarugo) seja pelo menos 1,15.

No Documento de Patente 2, está descrita uma invenção na qualé realizada a perfuração de um tarugo ao mesmo tempo em que controla oefeito de forjamento rotacional e impede a ocorrência de defeitos na superfí-cie interna pela otimização do índice da freqüência rotacional (velocidadegiratória) de um tarugo na região de estado firme até a ponta do plugue (con-forme será explicado ao mesmo tempo em que se refere ao gráfico na Figu-ra 1, essa é a região de LE2 em diante na qual a velocidade do tarugo avan-çado se torna aproximadamente constante após o início da perfuração) paraa redução de rolo do diâmetro externo do tarugo dependendo da proporçãoentre o diâmetro dos rolos oblíquos de um furador em sua entrada e do diâ-metro da parte de garganta dos rolos oblíquos, a freqüência rotacional dotarugo sendo determinada pelo ângulo de inclinação do rolo predeterminado,da proporção de perfuração e da eficiência da perfuração.

Documento de Patente 1: JP 3021664 B2Documento de Patente 2: WO 2004/103593

Descrição da Invenção

A perfuração atual por um furador pode ser aplicada em um ta-rugo feito de um material fundido continuamente sendo dotado de uma se-gregação ou porosidade central, ou de um aço inoxidável sendo dotado, porexemplo, de capacidade de deformação térmica fraca. Nesse caso, pode sereliminado um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça ocaresultante se a perfuração for realizada sob condições de laminação queestejam adequadamente baseadas determinadas na invenção descrita noDocumento de Patente 1. Contudo, mesmo de acordo com tal invenção, al-gumas vezes não é possível eliminar completamente a ocorrência de defei-tos da superfície interna e os desvios de espessura (desvios na espessurada parede em uma direção circular do tubo) na parte superior da peça ocaresultante.

Na invenção descrita no Documento de Patente 2, o efeito deforjamento giratório na parte central de um tarugo pode ser eliminado pelouso de rolos de disco nos quais a superfície de cada rolo que contata o ma-terial sendo laminado seja dotada de forma em seção transversal com umaranhura semicircular. Contudo, nesse caso, se a freqüência rotacional de umtarugo for pequena ou a redução giratória do diâmetro externo de um tarugofor pequena, aumenta o deslizamento entre os rolos oblíquos e o tarugo emum furador, e o efeito de forjamento giratório no momento de fixação do ta-rugo pelo aumento das extremidades de rolo. Além disso, aumenta a resis-tência de fricção entre um plugue do furador, aumentando por meio disso adeformação e levando à ocorrência de defeitos na superfície interna. Alémdisso, aumenta a oscilação do tarugo em uma região transitória (estado nãoestável) à medida que o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, e pioram osdesvios de espessura da parte superior da peça oca resultante. Ademais, nainvenção descrita pelo Documento de Patente 2, quando a proporção da ex-pansão é grande, o diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultantepode aumentar sob algumas condições do diâmetro dos rolos de disco e dafreqüência rotacional do tarugo. Um aumento no diâmetro externo da parteinferior de uma peça oca leva, quando a peça oca é subseqüentemente ro-Iada através de rolos chanfrados em um Iaminador como, por exemplo, umIaminador de mandril, a um aumento na carga a ser aplicada nos rolos chan-frados pelo enchimento excedente do material sendo laminado para as fen-das do rolo entre as partes de flange de ranhura e uma diminuição na produção.

Portanto, nas invenções descritas no Documento de Patente 1ou no Documento de Patente 2, uma peça oca que é produzida de um taru-go em um perfurador pode ser dotada de defeitos na superfície interna ou dedesvios de espessura encontrados na parte superior, ou a ocorrência de umaumento no diâmetro externo em sua parte inferior, devido às propriedadesdentro do tarugo ou sua condição de deformação térmica ou resultante dafreqüência rotacional, a proporção de redução do diâmetro externo, e outrosparâmetros do tarugo ao usar os rolos de disco como guias de tubo no fura-dor, e algumas vezes não foi possível produzir uma peça oca de alta quali-dade por toda sua extensão desde sua parte superior até sua parte inferior.

No passado, foi feita uma peça oca sem defeitos da superfícieinterna e seus desvios de espessura por toda a sua extensão cortando suaparte superior ou reparando a parte superior, mas tal medida aumenta incon-testavelmente os custos de fabricação.

A presente invenção é um processo para fabricar um tubo semcostura caracterizado pelo fato de que compreende a sujeição de um tarugoà perfuração para produzir uma peça oca ao mesmo tempo em que gira eavança (transladando) o tarugo, usando um par de rolos oblíquos em formade cone sendo dotado de uma parte de garganta e dispostos oposto um aooutro em volta de uma linha de passagem, um par de rolos de disco chan-frados, e um plugue disposto ao longo da linha de passagem entre os rolosoblíquos e os rolos de disco, sob condições tais que a proporção (Dg/d) dodiâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro externo dde um tarugo que seja um material sendo laminado, a proporção (Dd/d) dodiâmetro Dd da ranhura inferior dos rolos de disco e o diâmetro externo d dotarugo, e a proporção (Dd/Dg) do diâmetro Dg da parte de garganta dos ro-los oblíquos e o diâmetro Dd da parte inferior da ranhura dos rolos de discosatisfazendo quaisquer das seguintes Equações (1), (2) e (3) das seguintesEquações (1), (2) e (4), os rolos oblíquos sendo dotados de um ângulo deface de entrada θ 1 que satisfaz a seguinte Equação (5), e a raiz quadradado produto (Ns χ Df)0,5 da freqüência rotacional Ns do tarugo em uma regiãotransitória (estado não firme) quando o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos ea proporção de redução Df do diâmetro externo do tarugo satisfaz a seguinteEquação (6) que é uma função da proporção (Dg/D1) do diâmetro da partede garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro D1 dos rolos oblíquos no localonde os mesmos contatam o tarugo na entrada do mesmo.

<formula>formula see original document page 5</formula>

no caso de uma proporção de expansão Esp £1,15

<formula>formula see original document page 5</formula>

no caso de uma proporção de expansão Esp <1,15

<formula>formula see original document page 5</formula>

0,46 χ (Dg/D1) - 0,31 < (Ns χ Df)0,5 < 1,19 χ (Dg/D1) - 0,95 ...(6)

onde Ns = Ld χ Vr(0,5 χ π χ d χ Vf) e Df = (d - dp)/d, onde Vf é a menor velo-cidade do tarugo na direção de seu avanço em uma região transitória onde otarugo é fixado pelos rolos oblíquos, Vr é a velocidade média na direção cir-cular do tarugo na região transitória onde o tarugo é fixado pelos rolos oblí-quos, dp é a fenda do rolo dos rolos oblíquos na ponta do plugue, e Ld é ex-tensão ao longo da linha de passagem a partir do ponto no qual a extremi-dade anterior do tarugo entra em contato com os rolos oblíquos para a pontado plugue, a extensão sendo determinada na maneira de duas geometriasdimensionais em um estado dos rolos oblíquos sendo dotados de um ângulode inclinação zero.

Na presente invenção, uma "região transitória" quando um taru-go é fixado pelos rolos oblíquos significa o período a partir do qual o tarugocontata a ponta de um plugue em um furador até o período em que a extre-midade anterior do tarugo se desprende dos rolos oblíquos.

Em um processo de fabricação de um tubo sem costura de a-cordo com a presente invenção, são suprimidas a freqüência do forjamentogiratório e a deformação cisalhante ocorrendo em uma região transitória noestágio da fixação do tarugo durante a perfuração. Como resultado, pode-seimpedir a ocorrência de defeitos na superfície interna provocada pelo forja-mento giratório e/ou deformação cisalhante na parte superior de uma peçaoca produzida por perfuração, e pode-se também impedir uma piora do des-vio de espessura, impedindo, por meio disso, a falha de laminação como,por exemplo, uma fixação incompleta do tarugo ou transtornos na retirada daparte inferior do tubo. Além disso, pode ser impedido um aumento no diâme-tro externo da parte inferior da peça oca, e pode ser confiável mente fabrica-da uma peça oca sendo dotada de alta qualidade por toda a sua extensãodesde a sua parte superior até sua parte inferior.

Portanto, de acordo com a presente invenção, quando um tarugoé furado com um furador para produzir uma peça oca, pode ser reduzida oueliminada a ocorrência de defeitos de laminação durante a perfuração naregião transitória tanto na parte superior quanto na parte inferior da peçaoca, conduzindo a um tremendo efeito do aumento na produção e na produ-tividade das peças ocas. O efeito desta invenção na redução ou eliminaçãodos efeitos de laminação da região transitória tanto na parte superior quantona parte inferior de uma peça oca não poderia ser alcançada com base nasinvenções descritas no Documento de Patente 1 nem no Documento de Pa-tente 2 que não fornece nenhuma consistência para aperfeiçoar os efeitosde laminação nas regiões transitórias tanto da parte superior quanto da parteinferior de uma peça oca.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é um gráfico ilustrando um exemplo de uma relaçãoentre a velocidade de avanço de um tarugo (mm/seg) que é o resultado damedição da velocidade do avanço de um tarugo ao longo de uma linha depassagem e a quantidade de movimento de um tarugo (mm) a partir da fixa-ção por rolos que mostram a distância do movimento do tarugo a partir daposição onde o tarugo contata os rolos oblíquos.

A Figura 2 é uma vista plana ilustrando esquematicamente a es-trutura de um furador.

A Figura 3 é uma elevação ilustrando esquematicamente a es-trutura de um furador.

A Figura 4 é uma vista em corte transversal transversa ilustrandoesquematicamente o estado durante a perfuração com um furador.

A Figura 5 é uma vista em corte transversal transversa ilustrandoo estado durante a perfuração com um furador.

A Figura 6 é uma vista explicativa ilustrando a forma de um plugue.

A Figura 7 é um gráfico ilustrando os resultados de um teste deperfuração.

Lista de numerais de Referências

0: furador, 1: rolo oblíquo, 1a: parte de garganta, 1b: superfície de ta-rugo, 1c superfície externa, 2: plugue, L1 = parte de laminação, L2: parte deacabamento, 3: tarugo, 4: mecanismo de acionamento, G: rolo de disco.

Melhores Modos de Realizar a Invenção

Serão descritos abaixo os melhores modos de realizar um pro-cesso de produção de uma peça oca de acordo com a presente invenção aomesmo tempo em que serão feitas referências aos desenhos que a acom-panham.

Primeiro, serão descritas as novas descobertas que são a baseda presente invenção.

Para investigar a causa das ocorrências mais freqüentes de de-feitos de superfície interna na parte anterior do que na parte central de umapeça oca na direção da extensão, são investigadas a velocidade de avançode um tarugo no período de perfuração (a velocidade na direção de Iamina-ção), que está rigorosamente conectado a um efeito de forjamento giratórioem uma perfuração, e a velocidade rotacional de um tarugo em uma direçãocircular durante a perfuração.

Um tarugo feito de S45C com um diâmetro externo de 70 mm éaquecido a 1200e C e submetido à perfuração com um furador sendo dotadode rolos oblíquos e de um plugue. Especialmente, a perfuração de um tarugoé realizada sob condições nas quais o ângulo de inclinação dos rolos oblí-quos do furador é 10e, a abertura do rolo nas partes de garganta dos rolosoblíquos é de 61 mm, e a quantidade de avanço de plugue, que é a distânciana direção axial a partir dos rolos oblíquos para a ponta do plugue, é de 38mm, para produzir uma peça oca com um diâmetro externo de 75 mm e umaespessura de parede de 6 mm.

Para determinar a velocidade do avanço de um tarugo durante aperfuração, é instalada uma placa graduada ao longo da linha de passagemna face de entrada de um furador, a extremidade posterior do tarugo e a pla-ca graduada são fotografadas com uma câmara de vídeo, e com base nosdados da imagem fotografada, a velocidade do avanço do tarugo é calculadaa partir da distância movida pela extremidade posterior do tarugo por tempode unidade.

Para determinar a velocidade rotacional do tarugo, é acionadoum pino que serve como uma marca para a superfície da extremidade poste-rior do tarugo na adjacência da borda periférica externa, o movimento dadireção circular do pino na superfície da extremidade posterior do tarugo éfotografado com uma câmara de vídeo durante a perfuração, e com basenos dados da imagem fotografada, é calculada a velocidade rotacional combase na quantidade de movimento do tarugo a partir da quantidade de mo-vimento na direção circular do pino por tempo de unidade.

A Figura 1 é um gráfico ilustrando um exemplo da relação entrea velocidade do avanço de um tarugo (mm/seg.), que é a velocidade calcu-lada do avanço de um tarugo ao longo de uma linha de passagem, e a quan-tidade de movimento do tarugo (mm) deste a fixação pelos rolos, que indicaa quantidade de movimento do tarugo a partir da posição na qual o tarugocontata os rolos oblíquos.

Conforme ilustrado no gráfico da Figura 1, a velocidade de a-vanço do tarugo diminui abruptamente à medida que a extremidade anteriordo tarugo contata os rolos oblíquos é fixado pelos mesmos (ao mesmo tem-po em que a quantidade do movimento de tarugo muda de LEO para LE1).

Quando a extremidade posterior do tarugo alcança o local da fixação do plu-gue e começa a perfurar (no ponto da quantidade do movimento de tarugo =LE1), a velocidade do avanço do tarugo alcança um mínimo. À medida que otarugo se submete continuamente à perfuração, o mesmo é gradualmentefixado, e a velocidade do avanço do tarugo diminui gradativamente (ao mes-mo tempo em que a quantidade do movimento de tarugo muda de LE1 paraLE2). Então, a perfuração continua em um estado firme no qual a velocidadedo avanço é quase constante (após o ponto da quantidade de do movimentode tarugo = LE2).

Ao contrário, a velocidade rotacional do tarugo é aproximada-mente constante nó período em que o tarugo contata os rolos oblíquos atéque a perfuração atinja um estado firme.

Os inventores da presente invenção descobriram o que se seguea partir dos resultados ilustrados no gráfico da Figura 1. No período desdeque o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos e começa a ser furado pelo plugueaté o momento em que a perfuração atinge um estado firme, isto é, a regiãotransitória de LE1 a LE2 na Figura 1, a velocidade do avanço do tarugo émenor do que a velocidade do avanço na região de estado firme, e a veloci-dade de rotação do tarugo é aproximadamente constante. A saber, foi des-coberto que quando um tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, o deslizamentona direção do avanço do tarugo aumenta na região transitória. O fenômenoilustrado no gráfico da Figura 1 no qual a velocidade de um tarugo varia nes-sa maneira é uma descoberta significativa que era totalmente desconhecidapor aqueles versados na técnica antes da presente aplicação.

É esperado que o fenômeno ilustrado no gráfico da Figura 1 noqual a velocidade de um tarugo varia nessa maneira cause problemas comoos seguintes.

Na região transitória, a freqüência (número de ocorrências) doforjamento giratório por extensão de unidade de movimento na direção doavanço do tarugo é maior do que a região de estado firme, e o efeito do for-jamento giratório se torna marcado. Além disso, devido à velocidade maisbaixa do avanço, a deformação cisalhante redundante devido à força de fric-ção entre o tarugo e o plugue aumenta. Devido a um efeito sinérgico desseseventos, a perfuração de um tarugo na parte superior se torna instável, e otarugo produz uma oscilação aumentada notadamente no momento da per-furação do tarugo. Como um resultado, na parte de extremidade posterior dapeça oca resultante, há muitas ocorrências de defeitos de superfície interna,e os desvios de espessura também ocorrem notadamente.

A presença dessa região transitória é inevitável. Os presenteinventores perceberam que é essencial encontrar condições para suprimir oefeito de forjamento giratório e a deformação cisalhante redundante, queinevitavelmente ocorre na região transitória, a um nível tal que as mesmasnão causem defeitos na superfície interna na parte de extremidade anteriorde uma peça oca.

Sabe-se que o efeito de forjamento giratório em uma região deestado firme pode ser suprimido se a proporção de redução Df do diâmetroexterno de um tarugo for diminuído ou se a freqüência do forjamento girató-rio N em uma região de estado firme, que é uma função ângulo de inclinaçãode rolo anteriormente ajustado β, um diâmetro de tarugo, e uma proporçãode perfuração, forem diminuídos.

Contudo, a mera diminuição da proporção de redução Df do di-âmetro externo de um tarugo e a freqüência do forjamento giratório N na re-gião de estado firme não soluciona o problema acima mencionado da ocor-rência na região temporária ilustrada no gráfico da Figura 1.

Os presente inventores descobriram por meio desta invençãoque as condições que podem suprimir o efeito do forjamento giratório e adeformação cisalhante redundante, que inevitavelmente ocorrem na regiãotransitória de perfuração, até um ponto que as mesmas não causem a ocor-rência defeitos na superfície interna na parte de extremidade anterior da pe-ça oca resultante possa ser definida pelo uso da raiz quadrada do produtoda freqüência rotacional Ns de um tarugo na região transitória e a proporçãode redução de diâmetro externo Df do tarugo (Ns χ Df)0'5 como um índicejunto com a proporção (Dg/D1). Quando a raiz quadrada do produto da fre-qüência rotacional Ns de um tarugo na região transitória e a proporção deredução de diâmetro externo Df do tarugo (Ns χ Df)0·5 e a proporção (Dg/D1)como índices, a significância quantitativa de cada índice é como se segue.

Se a proporção de redução de diâmetro externo Df de um tarugose tornar pequena, é impedida a fixação de tarugo estável e ocasionalmenteocorre deslizamento. Como um resultado, aumenta a deformação cisalhantecausada pela força de fricção entre a superfície do plugue e a superfície in-terna do tarugo, e se desenvolvem defeitos de superfície interna devido aessa deformação cisalhante. A força propulsora exercida pelos rolos oblí-quos é influenciada por suas formas. Portanto, a deformação cisalhante cau-sada pela força de fricção entre a superfície do plugue e a superfície internado tarugo é também influenciada pela magnitude da proporção (Dg/D1) dodiâmetro D1 dos rolos oblíquos no local na entrada onde os mesmos conta-tam o tarugo e o diâmetro Dg na parte de garganta dos rolos oblíquos. Con-forme acima mencionado, a perfuração de um tarugo se torna instável, e otarugo oscila na direção circular, por meio disso piorando os desvios de es-pessura da parte superior da peça oca resultante.

Se a freqüência rotacional Ns do tarugo na região transitória setornar pequena demais pela variação do ângulo de inclinação dos rolos oblí-quos, por exemplo, aumenta a quantidade de movimento do tarugo avan-çando na direção de laminação durante o período no qual ocorre uma meiarotação do tarugo na região transitória, resultando em uma redução aumen-tada na espessura da parede por rotação de unidade do tarugo pela açãodos rolos oblíquos e do plugue na região transitória. Como resultado, se tor-na fácil a ocorrência de deslizamento entre os rolos oblíquos e o tarugo. Ou-tro método para diminuir a freqüência de rotação Ns do tarugo na regiãotransitória é aumentar o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos.

A magnitude da proporção (Dg/D1) do diâmetro D1 dos rolosoblíquos no local na entrada onde os mesmos contatam o tarugo e o diâme-tro Dg dos rolos oblíquos na parte de garganta, a proporção indicando a for-ma dos rolos oblíquos, influencia a força propulsora exercida pelos rolos o-blíquos, e enfim influencia a ocorrência de deslizamento e de deformaçãocisalhante que é produzida pela força de fricção entre a superfície do pluguee a superfície interna do tarugo.

A seguir, será descrito um furador que é usado nessa modalidade.

A Figura 2 é uma vista plana ilustrando esquematicamente a es-trutura de um furador 0. A Figura 3 é uma elevação ilustrando esquematica-mente a estrutura do furador 0. As Figuras 4 e 5 são vistas em corte trans-versai transversas ilustrando o estado no curso da perfuração pelo furador 0.

Nas Figuras de 2 a 5 cada rolo oblíquo é dotado de uma partede garganta 1a sendo dotada de um diâmetro de rolo Dg em sua parte cen-tral, uma superfície de entrada 1b que forma um cone geralmente truncadosendo dotado de um diâmetro externo que diminui em direção à extremidadeda face de entrada (entrada) a partir da parte de garganta 1a, e uma superfí-cie externa 1c que forma um cone geralmente truncado sendo dotado de umdiâmetro externo que aumenta em direção à extremidade da face de saída(saída) a partir da parte de garganta 1a. Como um todo, cada rolo oblíquo éformado na forma de um cone.

Cada rolo oblíquo está disposto de maneira que seu eixo geo-métrico de rolo ilustrado por uma única linha de cadeia de traço intersecta alinha de passagem X-X em um ângulo γ.Conforme ilustrado na Figura 3, os rolos oblíquos 1, 1 estão dis-postos de maneira a serem dotados de um ângulo de inclinação reverso βcom relação a uma linha de passagem X-X. Cada rolo oblíquo 1é acionadogiratoriamente por um mecanismo de acionamento 4.

Conforme ilustrado na Figura 4, um par de rolos de disco G quesão guias de tubo estão dispostos opostos uma ao outro entre os rolos 1,1.Os rolos de disco G são rolos guias sendo dotados de superfícies de contatocom o tarugo sendo dotado de uma forma em seção transversal que é umaranhura semicircular.

Um plugue 2 está disposto entre os rolos oblíquos 1,1 ao longoda linha de passagem X-X. A Figura 6 é uma vista explicativa ilustrando aforma do plugue 2.

Conforme ilustrado nesse desenho, o plugue 2 é geralmente do-tado de uma parte de ponta r. O plugue 2 está na forma de uma peça de arti-Iharia com um diâmetro externo máximo de Dp e incluindo uma parte de Ia-minação L1 com uma forma cônica e uma seção transversal longitudinal de-finida por uma curva com um raio R e uma parte de dobradura L2. A extre-midade proximal (basal) do plugue 2 está presa à extremidade distai de umabarra de mandril M, e a extremidade proximal da barra de mandril M é sus-tentada por um mecanismo de bloco de pressão não ilustrado que pode semover na direção axial.

Nessa modalidade, o plugue 2 usado para furar é dotado de umaforma de maneira que a proporção (r/d) do raio de curvatura r da ponta doplugue 2 para o diâmetro d do tarugo 3 seja pelo menos de 0,085 a no má-ximo 0,19, e a proporção (R/L1) entre a extensão L1 da parte de laminaçãodo plugue 2 e o raio de curvatura R da parte de laminação do plugue 2 sejapelo menos de 1,5.

Se a proporção (r/d) for menor do que 0,085, o a vida útil do plu-gue 2 é grandemente diminuída devido aos efeitos térmicos ao mesmo tem-po em que a proporção (r/d) é maior do que 0,19, o deslizamento na direçãodo avanço do tarugo 3 se torna grande. Similarmente, se a proporção (R/L1)for menor do que 1,5, o deslizamento na direção do avanço do tarugo 3 setorna grande.

A seguir, será explicado o estado no qual é realizado o furo u-sando esse furador 0.

Um tarugo 3 que fòi aquecido para uma temperatura predetermi-nada é transportado em uma mesa de alimentação (não ilustrada) de umfurador 0 e é fixado pelos rolos oblíquos 1, 1 ao longo da linha de passagemX-X.

O tarugo 3 fixado pelos rolos oblíquos 1,1 avança na direçãoilustrada pelas setas nas Figuras 2 e 3 ao mesmo tempo em gira até alcan-çar a ponta do plugue 2. Durante esse avanço, o tarugo 3 é submetido aofuncionamento pelos rolos oblíquos 1, 1 para diminuir seu diâmetro externo.

A seguir, o tarugo 3 é furado em seu centro pelo plugue 2, esubmetido a funcionamento para formar uma espessura de parede entre oplugue 2 e os rolos oblíquos 1,1 em cada meia rotação do tarugo. Como umresultado, é submetido à perfuração para formar a peça oca H.

Nessa modalidade, ao realizar a perfuração dessa maneira, afim de suprimir um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peçaoca resultante, que causa problemas quando a peça oca é rolada em umIaminador a jusante, os rolos oblíquos 1 e os rolos de disco G que são usa-dos são selecionados de maneira que

(a) a proporção (Dg/d) do diâmetro Dg na parte de garganta1 a dos rolos oblíquos 1,1 para o diâmetro externo d do ta-rugo 3,

(b) a proporção (Dd/d) do diâmetro Dd na parte inferior da ra-nhura dos rolos de disco G que são guias de tubo para odiâmetro externo d do tarugo 3, e

(c) a proporção (Dd/Dg) entre o diâmetro Dg na parte de gar-ganta 1a dos rolos oblíquos 1, 1 e o diâmetro Dd na parteinferior da ranhura dos rolos de disco G satisfaçam qual-quer das Equações seguintes (1), (2) e (3) ou as Equaçõesseguintes (1), (2) e (4), e de maneira que o ângulo de facede entrada Θ1 dos rolos oblíquos 1, 1 satisfaça a Equaçãoseguinte (5):

3 < Dg/d < 7 .....(1)

9 < Dd/d < 16 ·»·(2)quando a proporção de expansão Esp >1,15,

2 < Dd/Dg < 3 --(3)

quando a proporção de expansão Esp <1,15,1,5 < Dd/Dg <3 --(4)2,5® < Θ1 < 4,5S ....(5)

Os motivos para as limitações das Equações de (1) a (5) serãoexplicados abaixo.

Se a proporção (Dg/d) na Equação (1) for menor do que 3, a vi-da útil dos mancais irá diminuir devido à força inadequada dos mancais. Sea proporção (Dg/d) exceder 7, os custos do equipamento irão aumentar a fimde suprimir um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça ocaresultante de uma aumento da espessura da parede da parte inferior do ta-rugo. Portanto, nessa modalidade, a proporção (Dg/d) é limitada a pelo me-nos 3 e no máximo 7.

Se a proporção (Dd/d) na Equação (2) for menor do que 9, a pe-ça resultante H terá problemas durante a retira da parte inferior do tubo e terum diâmetro externo aumentado na parte inferior. Se a proporção (Dd/d) ex-ceder 16, a peça resultante H terá muitos defeitos na superfície externa e umdiâmetro externo aumentado da parte inferior, e o diâmetro dos rolos de dis-co G se torna maior por meio do que o Iaminador total se torna maior emtamanho e o aumenta o custo do equipamento. Portanto, nessa modalidade,a proporção (Dd/d) é limitada a pelo menos 9 e no máximo 16.

Se a proporção (Dd/Dg) na Equação (3) for 2 ou menor, no casoda perfuração em uma proporção de expansão de pelo menos 1,15, a peçaoca resultante H terá problemas na retirada da parte inferior do tubo e serádotada de um diâmetro externo aumentado na parte inferior. Se a proporção(Dd/Dg) exceder 3, no caso da perfuração em uma proporção de expansãode pelo menos 1,15, a peça oca H terá defeitos na superfície externa e umdiâmetro externo aumentado na parte inferior. Portanto, nessa modalidade,quando a proporção de expansão for pelo menos 1,15, a proporção (Dd/Dg)é limitada para mais de 2 a no máximo 3.

Se proporção (Dd/Dg) na Equação (4) for pelo menos 1,5 no ca-so da perfuração em uma proporção de expansão menor do que 1,15, nãohá problemas de laminação no Iaminador subseqüente devido a um aumentono diâmetro externo de uma parte inferior da peça oca resultante H, e a pro-porção pode ser determinada a partir de um ponto de vista de estabilidadeda perfuração (desvio de espessura e facilidade de fixação de tarugo pelosrolos). Se proporção (Dd/Dg) exceder 3, no caso da perfuração em uma pro-porção de expansão menor do que 1,15, a peça oca H terá defeitos na parteexterna e um diâmetro externo aumentado da parte inferior. Portanto, nessamodalidade, quando a proporção de expansão for menor do que 1,15, a pro-porção (Dd/Dg) está limitada a pelo menos 1,5 a no máximo 3.

Se o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos 1 na E-quação (5) for maior do que 4,59 ou menor do que 2,5S, a facilidade de fixa-ção de um tarugo 3 pelos rolos oblíquos 1 será piorada. Portanto, nessa mo-dalidade, o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos 1 é limitado apelo menos 2,5S a no máximo 4,5S.

Nessa modalidade, um tarugo 3 é furado usando um furador 0compreendendo rolos oblíquos 1, um plugue 2, e rolos de disco G com for-mas definidas pelas Equações de (1) a (5) sob condições de freqüência ro-tacional de um tarugo 3 e a proporção de redução do diâmetro externo dotarugo 3, que são os ajustes para os rolos, satisfazendo a Equação (6):

0,46 χ (Dg/D1) - 0,31 < (Ns χ Df)0'5 < 1,19 x (Dg/D1) - 0,95 ...(6).

Na Equação (6) Ns = Ld χ Vr/(0,5 χ π χ d χ Vf) e Df = (d - dp)/d,onde Vf indica a velocidade mais baixa do tarugo na direção do seu avançona região transitória a medida que o tarugo é fixado nos rolos oblíquos, quepode ser determinada, por exemplo, pela coleta de dados de perfuração,usando esses dados para aproximar a velocidade do tarugo na direção axialna região transitória à medida que o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos pelométodo mínimo de quadradas, e empregando a velocidade mínima na dire-ção do avanço do tarugo encontrada por essa aproximação, Vr indica a ve-Iocidade média na direção circular do tarugo na região transitória quando otarugo é fixado pelos rolos oblíquos, dp indica a tenda de rolo dos rolos oblí-quos na ponta do plugue, e Ld é a extensão a partir da posição na qual aextremidade anterior do tarugo é inicialmente fixada pelos rolos oblíquos pa-ra a ponta do plugue.

A fim de solucionar esses problemas de deformação de corte,desvio de espessura, bloqueio da parte inferior e um aumento no diâmetroexterno da parte inferior que podem desenvolver dependendo dos ajustespara os rolos oblíquos 1, os presentes inventores realizaram um teste deperfuração. No teste, um material que era um tarugo 3 com um diâmetro ex-terno de 70 mm cortado a partir do centro de um tarugo maior 3 com um di-âmetro externo de 310 mm feito de um aço de carbono fundido continua-mente contendo 0,2 % de massa C e um material feito de aço contendo 13%de massa Cr com um diâmetro externo de 70 mm tomado do centro de umaamostra com um diâmetro de 225 mm preparada for fundição contínua porflorescência foram aquecidos a 1200SC e submetidos a perfuração sob ascondições ilustradas na Tabela 1 usando um furador 0 satisfazendo as E-quações de (1) a (5) acima descritas. Os resultados do teste de perfuraçãoestão ilustrados no gráfico da Figura 7.

Tabela 1

<table>table see original document page 17</column></row><table>

No gráfico da Figura 7, os círculos escuros indicam o caso noqual houve a ocorrência de pelo menos um defeito de superfície interna pro-vocado pela deformação cisalhante, uma piora do desvio de espessura parapelo menos 7%, fixação de tarugo incompleta ou transtornos da retirada daparte inferior do tubo, e um aumento no diâmetro externo da parte inferiorexcedendo 5%. Os triângulos escuros indicam o caso no qual ocorreram osdefeitos da superfície interna provocados pelo forjamento giratório e/ou de-formação cisalhante. Os círculos ocos indicam o caso onde uma peça ocapoderia ser produzida sem quaisquer problemas.

A partir dos resultados ilustrados no gráfico da Figura 7, podeser obserado que quando a relação definida por {0,46 χ (Dg/D1) - 0,31} <(Ns χ Df)0,5 < {1,19 χ (Dg/D1) - 0,95} é satisfeita, uma peça oca pode serproduzida sem problemas.

Portanto, se o valor de (Ns χ Df)0,5 na Equação (6) for menor doque {0,46 χ (Dg/D1) - 0,31}, problemas como, por exemplo, podem ocorrerdefeitos na superfície interna e desvios de espessura, bloqueio da parte infe-rior, e um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça oca resul-tante devido a um aumento na deformação cisalhante da parte superior. Poroutro lado, se 0 valor de (Ns χ Df)0,5 exceder {1,19 χ (Dg/D1) - 0,95}, nãopode ser suprimida a ocorrência de defeitos da superfície interna devido aoefeito de forjamento giratório e deformação cisalhante. Portanto, nessa mo-dalidade, o valor de (Ns χ Df)0,5 está limitado a pelo menos {0,46 χ (Dg/D1) -0,31} a no máximo {1,19 χ (Dg/D1) - 0,95}.

Portanto, de acordo com essa modalidade, ao fabricar um tubosem costura por um processo compreendendo perfuração de um tarugo comum furador para produzir uma peça oca, é possível (a) suprimir um aumentono diâmetro externo durante a perfuração, (b) suprimir o efeito do forjamentogiratório e a deformação cisalhante na parte superior, impedindo por meiodisso a ocorrência defeitos na superfície interna na parte superior da peçaoca, e (c) reduzir os desvios de espessura na parte superior da peça oca.

Portanto, de acordo com essa modalidade, pode ser produzida com certezauma peça oca de alta qualidade com relação às dimensões e propriedadesinternas por toda a extensão.

Exemplo 1

A presente invenção será explicada mais especificamente comreferência aos exemplos.

Um tarugo com um diâmetro externo de 70 mm foi cortado a par-tir do centro de um tarugo de um aço de carbono fundido continuamentecontendo 0,2% C sendo dotado de um diâmetro externo de 225 mm. O taru-go cortado foi aquecido a 1200SC e submetido a perfuração sob as condi-ções ilustradas na Tabela 2. Os resultados da perfuração foram compiladosna Tabela 3.<table>table see original document page 20</column></row><table>A marca "0" na Tabela 3 indica que a perfuração poderia ser rea-lizada sem quais quer problemas, e a marca "X" indica a ocorrência de qual-quer fixação de tarugo incompleta, os transtornos na retirada da parte inferi-or do tubo, os desvios de espessura. ou um aumento no diâmetro externo daparte inferior.

Com relação aos defeitos na superfície interna na Tabela 3, ocaso no qual pelo menos 2 defeitos foram observados em uma região de 20a 200 mm na extensão a partir da parte superior de uma peça oca está indi-cado por um X.

Com relação ao percentual de desvio de espessura na Tabela 3,em uma região de 20 a 200 mm na extensão a partir da parte superior deuma peça oca, a espessura da parede foi medida em 8 pontos na direçãocircular em uma altura de 5mm na direção do comprimento usando um mi-crometro, e usando a espessura da parede realmente vigente medida, o per-centual de desvio de espessura na direção circular foi calculado em cadaposição de comprimento como {(espessura de parede máxima - espessurade parede mínima)/ média de espessura de parede em oito pontos}. O per-centual de desvios de espessura de parede em todas as posições na direçãodo comprimento foi dividido proporcionalmente, e o percentual médio dedesvio de espessura de parede foi usado para avaliação. Um percentual dedesvio de espessura de 6% ou maior é indicado por um X.

Com relação à avaliação da fixação de tarugo incompleta e ostranstornos na retirada da parte inferior do tubo na Tabela 3, o caso no qualpelo menos um tal defeito ocorreu em 100 tubos furados está indicado porum X. Com relação ao percentual do aumento de diâmetro interno da parteinferior na Tabela 3, o caso no qual o percentual do diâmetro máximo da par-te inferior com relação ao valor médio do diâmetro externo da parte centralfoi de 6% ou mais está indicado por um X.

A partir dos resultados ilustrados na Tabela 3, pode ser obser-vado que satisfazendo não apenas as Equações de (1) a (5) como também aEquação (6), pode ser produzida uma peça oca pela perfuração em um fura-dor ao mesmo tempo em que suprime quaisquer defeitos de superfície inter-na da parte superior, fixação de tarugo incompleta, transtornos na retiradada parte inferior do tubo, o percentual de desvio de espessura, e um aumen-to no diâmetro externo da parte inferior a um nível que não cause substanci-almente quaisquer problemas.

Claims (3)

1.

Processo para fabricar um tubo sem costura caracterizadopelo fato de que compreende a sujeição de um tarugo à perfuração para pro-duzir uma peça oca ao mesmo tempo em que gira e avança o tarugo, usan-do um par de rolos oblíquos em forma de cone sendo dotados de uma partede garganta e dispostos oposto um ao outro em volta de uma linha de pas-sagem, um par de rolos de disco chanfrados, e um plugue disposto ao longoda linha de passagem entre os rolos oblíquos e os rolos de disco, sob condi-ções tais que a proporção (Dg/d) do diâmetro Dg da parte de garganta dosrolos oblíquos e o diâmetro externo d de um tarugo que seja um materialsendo laminado, a proporção (Dd/d) do diâmetro Dd da ranhura inferior dosrolos de disco e o diâmetro externo d do tarugo, e a proporção (Dd/Dg) dodiâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro Dd da par-te inferior da ranhura dos rolos de disco satisfazendo quaisquer das seguin-tes Equações (1), (2) e (3) das seguintes Equações (1), (2) e (4), os rolosoblíquos sendo dotados de um ângulo de face de entrada Θ1 que satisfaz aseguinte Equação (5), e a raiz quadrada do produto (Ns χ Df)0'5 da freqüên-cia rotacional Ns do tarugo em uma região transitória quando o tarugo é fi-xado pelos rolos oblíquos e a proporção de redução Df do diâmetro externodo tarugo satisfaz a seguinte Equação (6) que é uma função da proporção(Dg/D1) do diâmetro dos rolos oblíquos na parte de garganta e o diâmetroD1 dos rolos oblíquos no local onde os rolos contatam o tarugo na entradado mesmo.

<formula>formula see original document page 23</formula> no caso de uma proporção de expansão Esp >1,15 <formula>formula see original document page 23</formula> no caso de uma proporção de expansão Esp <1,15 <formula>formula see original document page 23</formula> -0,46 χ (Dg/D1) - 0,31 < (Ns χ Df)0'5 < 1,19 χ (Dg/D1) - 0,95 ...(6)onde Ns = Ld χ Vr(0,5 χ π χ d χ Vf) e Df = (d - dp)/d, onde Vf é a menor velo-cidade do tarugo na direção de seu avanço em uma região transitória onde otarugo é fixado pelos rolos oblíquos, Vr é a velocidade média na direção cir-cular do tarugo na região transitória quando o tarugo é fixado pelos rolosoblíquos, dp é a fenda do rolo oblíquo dos rolos oblíquos na ponta do plu-gue, e Ld é extensão ao longo da linha de passagem a partir do ponto noqual a extremidade anterior do tarugo entra em contato com os rolos oblí-quos para a ponta do plugue, a extensão sendo determinada na maneira deduas geometrias dimensionais em um estado dos rolos oblíquos sendo do-tados de um ângulo de inclinação zero.