BRPI0706213B1

BRPI0706213B1 - Processo para fabricar um tubo sem costura

Info

Publication number: BRPI0706213B1
Application number: BRPI0706213-3A
Authority: BR
Inventors: Tomio Yamakawa; Kazuhiro Shimoda
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2019-07-09
Also published as: WO2008020510A1; EP2052795A4; CA2633376A1; JP4586921B2; US7536888B2; US20090064748A1; CA2633376C; EP2052795A1; BRPI0706213A2; EP2052795B1; ZA200805383B; CN101410196A; EA200801416A1; JPWO2008020510A1; CN101410196B; AR062376A1; EA012898B1

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

PROCESSO PARA FABRICAR UM TUBO SEM COSTURA.

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um processo para fabricar um tubo sem costura. Especificamente, esta invenção se refere a um processo para fabricar um tubo sem costura compreendendo perfurar um tarugo em um furador (um laminador oblíquo) para produzir uma peça oca.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Um tubo sem costura é usualmente fabricado pelo processo de laminador de plugue Mannesmann ou do processo de laminador de mandril Mannesmann. Para fabricar um tubo sem costura por meio de tal processo, primeiro é introduzido um tarugo em forma de haste sólida (referido nesta descrição simplesmente como um tarugo) em um forno de aquecimento e aquecido no mesmo até uma temperatura predeterminada. Esse tarugo é então removido do forno de aquecimento e é laminado para perfuração em um furador para produzir uma peça oca. A peça oca, é então laminada para alongamento usando um laminador peregrino ou um laminador de mandril ou um laminador similar no qual a espessura de parede da peça oca é primeiramente reduzida, saí para frente, ela é laminada para ajuste de dimensões utilizando um laminador redutor ou um redutor de estiramento no qual o diâmetro externo da peça é reduzido primeiramente para fabricar um tubo sem costura que tenha as dimensões desejadas.

[003] No Documento de Patente 1 está descrita uma invenção na qual um tarugo é perfurado usando um furador compreendendo rolos oblíquos e rolos de discos chanfrados sendo dotados de uma forma de rolo otimizada, possibilitando, por meio disso, realizar uma perfuração altamente eficiente sem que ocorra uma falha de laminação (um estado no qual para o avanço do material sendo laminado) ao mesmo tempo

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2/23 em que elimina um aumento do diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante sob tais condições que a proporção da expansão Exp (diâmetro externo da peça oca/diâmetro externo do tarugo) seja pelo menos 1,15.

[004] No Documento de Patente 2, está descrita uma invenção na qual é realizada a perfuração de um tarugo ao mesmo tempo em que controla o efeito de forjamento rotacional e impede a ocorrência de defeitos na superfície interna pela otimização do índice da freqüência rotacional (velocidade giratória) de um tarugo na região de estado firme até a ponta do plugue (conforme será explicado ao mesmo tempo em que se refere ao gráfico na Figura 1, essa é a região de LE2 em diante na qual a velocidade do tarugo avançado se torna aproximadamente constante após o início da perfuração) para a redução de rolo do diâmetro externo do tarugo dependendo da proporção entre o diâmetro dos rolos oblíquos de um furador em sua entrada e do diâmetro da parte de garganta dos rolos oblíquos, a freqüência rotacional do tarugo sendo determinada pelo ângulo de inclinação do rolo predeterminado, da proporção de perfuração e da eficiência da perfuração.

[005] Documento de Patente 1: JP 3021664 B2 [006] Documento de Patente 2: WO 2004/103593

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [007] A perfuração atual por um furador pode ser aplicada em um tarugo feito de um material fundido continuamente sendo dotado de uma segregação ou porosidade central, ou de um aço inoxidável sendo dotado, por exemplo, de capacidade de deformação térmica fraca. Nesse caso, pode ser eliminado um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante se a perfuração for realizada sob condições de laminação que estejam adequadamente baseadas determinadas na invenção descrita no Documento de Patente 1. Contudo, mesmo de acordo com tal invenção, algumas vezes não é

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3/23 possível eliminar completamente a ocorrência de defeitos da superfície interna e os desvios de espessura (desvios na espessura da parede em uma direção circular do tubo) na parte superior da peça oca resultante. [008] Na invenção descrita no Documento de Patente 2, o efeito de forjamento giratório na parte central de um tarugo pode ser eliminado pelo uso de rolos de disco nos quais a superfície de cada rolo que contata o material sendo laminado seja dotada de forma em seção transversal com uma ranhura semicircular. Contudo, nesse caso, se a freqüência rotacional de um tarugo for pequena ou a redução giratória do diâmetro externo de um tarugo for pequena, aumenta o deslizamento entre os rolos oblíquos e o tarugo em um furador, e o efeito de forjamento giratório no momento de fixação do tarugo pelo aumento das extremidades de rolo. Além disso, aumenta a resistência de fricção entre um plugue do furador, aumentando por meio disso a deformação e levando à ocorrência de defeitos na superfície interna. Além disso, aumenta a oscilação do tarugo em uma região transitória (estado não estável) à medida que o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, e pioram os desvios de espessura da parte superior da peça oca resultante. Ademais, na invenção descrita pelo Documento de Patente 2, quando a proporção da expansão é grande, o diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante pode aumentar sob algumas condições do diâmetro dos rolos de disco e da freqüência rotacional do tarugo. Um aumento no diâmetro externo da parte inferior de uma peça oca leva, quando a peça oca é subseqüentemente rolada através de rolos chanfrados em um laminador como, por exemplo, um laminador de mandril, a um aumento na carga a ser aplicada nos rolos chanfrados pelo enchimento excedente do material sendo laminado para as fendas do rolo entre as partes de flange de ranhura e uma diminuição na produção.

[009] Portanto, nas invenções descritas no Documento de Patente

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4/23 ou no Documento de Patente 2, uma peça oca que é produzida de um tarugo em um perfurador pode ser dotada de defeitos na superfície interna ou de desvios de espessura encontrados na parte superior, ou a ocorrência de um aumento no diâmetro externo em sua parte inferior, devido às propriedades dentro do tarugo ou sua condição de deformação térmica ou resultante da freqüência rotacional, a proporção de redução do diâmetro externo, e outros parâmetros do tarugo ao usar os rolos de disco como guias de tubo no furador, e algumas vezes não foi possível produzir uma peça oca de alta qualidade por toda sua extensão desde sua parte superior até sua parte inferior.

[0010] No passado, foi feita uma peça oca sem defeitos da superfície interna e seus desvios de espessura por toda a sua extensão cortando sua parte superior ou reparando a parte superior, mas tal medida aumenta incontestavelmente os custos de fabricação.

[0011] A presente invenção é um processo para fabricar um tubo sem costura caracterizado pelo fato de que compreende a sujeição de um tarugo à perfuração para produzir uma peça oca ao mesmo tempo em que gira e avança (transladando) o tarugo, usando um par de rolos oblíquos em forma de cone sendo dotado de uma parte de garganta e dispostos oposto um ao outro em volta de uma linha de passagem, um par de rolos de disco chanfrados, e um plugue disposto ao longo da linha de passagem entre os rolos oblíquos e os rolos de disco, sob condições tais que a proporção (Dg/d) do diâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro externo d de um tarugo que seja um material sendo laminado, a proporção (Dd/d) do diâmetro Dd da ranhura inferior dos rolos de disco e o diâmetro externo d do tarugo, e a proporção (Dd/Dg) do diâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro Dd da parte inferior da ranhura dos rolos de disco satisfazendo quaisquer das seguintes Equações (1), (2) e (3) das seguintes Equações (1), (2) e (4), os rolos oblíquos sendo dotados de

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5/23 um ângulo de face de entrada Θ1 que satisfaz a seguinte Equação (5), e a raiz quadrada do produto (Ns x Df)⁰,⁵ da freqüência rotacional Ns do tarugo em uma região transitória (estado não firme) quando o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos e a proporção de redução Df do diâmetro externo do tarugo satisfaz a seguinte Equação (6) que é uma função da proporção (Dg/D1) do diâmetro da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro D1 dos rolos oblíquos no local onde os mesmos contatam o tarugo na entrada do mesmo.

< Dg/d < 7 .... (1) < Dg/d < 16 .... (2) [0012] no caso de uma proporção de expansão Esp > 1,15 < Dd/Dg < 3 .... (3) [0013] no caso de uma proporção de expansão Esp < 1,15

1,5 < Dd/Dg < 3 .... (4)

2,5° < Θ1 < 4,5° .... (5)

0,46 x (Dg/D1) - 0,31 < (Ns x Df)⁰,⁵ < 1,19 x (Dg/D1) - 0,95 ...(6) [0014] onde Ns = Ld x Vr(0,5 x π x d x Vf) e Df = (d - dp)/d, onde Vf é a menor velocidade do tarugo na direção de seu avanço em uma região transitória onde o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, Vr é a velocidade média na direção circular do tarugo na região transitória onde o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, dp é a fenda do rolo dos rolos oblíquos na ponta do plugue, e Ld é extensão ao longo da linha de passagem a partir do ponto no qual a extremidade anterior do tarugo entra em contato com os rolos oblíquos para a ponta do plugue, a extensão sendo determinada na maneira de duas geometrias dimensionais em um estado dos rolos oblíquos sendo dotados de um ângulo de inclinação zero.

[0015] Na presente invenção, uma região transitória quando um tarugo é fixado pelos rolos oblíquos significa o período a partir do qual o tarugo contata a ponta de um plugue em um furador até o período em

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6/23 que a extremidade anterior do tarugo se desprende dos rolos oblíquos. [0016] Em um processo de fabricação de um tubo sem costura de acordo com a presente invenção, são suprimidas a freqüência do forjamento giratório e a deformação cisalhante ocorrendo em uma região transitória no estágio da fixação do tarugo durante a perfuração. Como resultado, pode-se impedir a ocorrência de defeitos na superfície interna provocada pelo forjamento giratório e/ou deformação cisalhante na parte superior de uma peça oca produzida por perfuração, e pode-se também impedir uma piora do desvio de espessura, impedindo, por meio disso, a falha de laminação como, por exemplo, uma fixação incompleta do tarugo ou transtornos na retirada da parte inferior do tubo. Além disso, pode ser impedido um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça oca, e pode ser confiavelmente fabricada uma peça oca sendo dotada de alta qualidade por toda a sua extensão desde a sua parte superior até sua parte inferior.

[0017] Portanto, de acordo com a presente invenção, quando um tarugo é furado com um furador para produzir uma peça oca, pode ser reduzida ou eliminada a ocorrência de defeitos de laminação durante a perfuração na região transitória tanto na parte superior quanto na parte inferior da peça oca, conduzindo a um tremendo efeito do aumento na produção e na produtividade das peças ocas. O efeito desta invenção na redução ou eliminação dos efeitos de laminação da região transitória tanto na parte superior quanto na parte inferior de uma peça oca não poderia ser alcançada com base nas invenções descritas no Documento de Patente 1 nem no Documento de Patente 2 que não fornece nenhuma consistência para aperfeiçoar os efeitos de laminação nas regiões transitórias tanto da parte superior quanto da parte inferior de uma peça oca.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0018] A Figura 1 é um gráfico ilustrando um exemplo de uma

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7/23 relação entre a velocidade de avanço de um tarugo (mm/seg) que é o resultado da medição da velocidade do avanço de um tarugo ao longo de uma linha de passagem e a quantidade de movimento de um tarugo (mm) a partir da fixação por rolos que mostram a distância do movimento do tarugo a partir da posição onde o tarugo contata os rolos oblíquos.

[0019] A Figura 2 é uma vista plana ilustrando esquematicamente a estrutura de um furador.

[0020] A Figura 3 é uma elevação ilustrando esquematicamente a estrutura de um furador.

[0021] A Figura 4 é uma vista em corte transversal transversa ilustrando esquematicamente o estado durante a perfuração com um furador.

[0022] A Figura 5 é uma vista em corte transversal transversa ilustrando o estado durante a perfuração com um furador.

[0023] A Figura 6 é uma vista explicativa ilustrando a forma de um plugue.

[0024] A Figura 7 é um gráfico ilustrando os resultados de um teste de perfuração.

LISTA DE NUMERAIS DE REFERÊNCIAS

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

MELHORES MODOS DE REALIZAR A INVENÇÃO [0025] Serão descritos abaixo os melhores modos de realizar um processo de produção de uma peça oca de acordo com a presente invenção ao mesmo tempo em que serão feitas referências aos desenhos que a acompanham.

[0026] Primeiro, serão descritas as novas descobertas que são a

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8/23 base da presente invenção.

[0027] Para investigar a causa das ocorrências mais freqüentes de defeitos de superfície interna na parte anterior do que na parte central de uma peça oca na direção da extensão, são investigadas a velocidade de avanço de um tarugo no período de perfuração (a velocidade na direção de laminação), que está rigorosamente conectado a um efeito de forjamento giratório em uma perfuração, e a velocidade rotacional de um tarugo em uma direção circular durante a perfuração.

[0028] Um tarugo feito de S45C com um diâmetro externo de 70 mm é aquecido a 1200° C e submetido à perfuração com um furador sendo dotado de rolos oblíquos e de um plugue. Especialmente, a perfuração de um tarugo é realizada sob condições nas quais o ângulo de inclinação dos rolos oblíquos do furador é 10°, a abertura do rolo nas partes de garganta dos rolos oblíquos é de 61 mm, e a quantidade de avanço de plugue, que é a distância na direção axial a partir dos rolos oblíquos para a ponta do plugue, é de 38 mm, para produzir uma peça oca com um diâmetro externo de 75 mm e uma espessura de parede de 6 mm.

[0029] Para determinar a velocidade do avanço de um tarugo durante a perfuração, é instalada uma placa graduada ao longo da linha de passagem na face de entrada de um furador, a extremidade posterior do tarugo e a placa graduada são fotografadas com uma câmara de vídeo, e com base nos dados da imagem fotografada, a velocidade do avanço do tarugo é calculada a partir da distância movida pela extremidade posterior do tarugo por tempo de unidade.

[0030] Para determinar a velocidade rotacional do tarugo, é acionado um pino que serve como uma marca para a superfície da extremidade posterior do tarugo na adjacência da borda periférica externa, o movimento da direção circular do pino na superfície da extremidade posterior do tarugo é fotografado com uma câmara de

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9/23 vídeo durante a perfuração, e com base nos dados da imagem fotografada, é calculada a velocidade rotacional com base na quantidade de movimento do tarugo a partir da quantidade de movimento na direção circular do pino por tempo de unidade.

[0031] A Figura 1 é um gráfico ilustrando um exemplo da relação entre a velocidade do avanço de um tarugo (mm/seg.), que é a velocidade calculada do avanço de um tarugo ao longo de uma linha de passagem, e a quantidade de movimento do tarugo (mm) deste a fixação pelos rolos, que indica a quantidade de movimento do tarugo a partir da posição na qual o tarugo contata os rolos oblíquos.

[0032] Conforme ilustrado no gráfico da Figura 1, a velocidade de avanço do tarugo diminui abruptamente à medida que a extremidade anterior do tarugo contata os rolos oblíquos é fixado pelos mesmos (ao mesmo tempo em que a quantidade do movimento de tarugo muda de LE0 para LE1). Quando a extremidade posterior do tarugo alcança o local da fixação do plugue 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 o tarugo se submete continuamente à perfuração, o mesmo é gradualmente fixado, e a velocidade do avanço do tarugo diminui gradativamente (ao mesmo tempo em que a quantidade do movimento de tarugo muda de LE1 para LE2). Então, a perfuração continua em um estado firme no qual a velocidade do avanço é quase constante (após o ponto da quantidade de do movimento de tarugo = LE2).

[0033] Ao contrário, a velocidade rotacional do tarugo é aproximadamente constante no período em que o tarugo contata os rolos oblíquos até que a perfuração atinja um estado firme.

[0034] Os inventores da presente invenção descobriram o que se segue a partir dos resultados ilustrados no gráfico da Figura 1. No período desde que o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos e começa a

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10/23 ser furado pelo plugue até o momento em que a perfuração atinge um estado firme, isto é, a região transitória de LE1 a LE2 na Figura 1, a velocidade do avanço do tarugo é menor do que a velocidade do avanço na região de estado firme, e a velocidade de rotação do tarugo é aproximadamente constante. A saber, foi descoberto que quando um tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, o deslizamento na direção do avanço do tarugo aumenta na região transitória. O fenômeno ilustrado no gráfico da Figura 1 no qual a velocidade de um tarugo varia nessa maneira é uma descoberta significativa que era totalmente desconhecida por aqueles versados na técnica antes da presente aplicação.

[0035] É esperado que o fenômeno ilustrado no gráfico da Figura 1 no qual a velocidade de um tarugo varia nessa maneira cause problemas como os seguintes.

[0036] Na região transitória, a freqüência (número de ocorrências) do forjamento giratório por extensão de unidade de movimento na direção do avanço do tarugo é maior do que a região de estado firme, e o efeito do forjamento giratório se torna marcado. Além disso, devido à velocidade mais baixa do avanço, a deformação cisalhante redundante devido à força de fricção entre o tarugo e o plugue aumenta. Devido a um efeito sinérgico desses eventos, a perfuração de um tarugo na parte superior se torna instável, e o tarugo produz uma oscilação aumentada notadamente no momento da perfuração do tarugo. Como um resultado, na parte de extremidade posterior da peça oca resultante, há muitas ocorrências de defeitos de superfície interna, e os desvios de espessura também ocorrem notadamente.

[0037] A presença dessa região transitória é inevitável. Os presente inventores perceberam que é essencial encontrar condições para suprimir o efeito de forjamento giratório e a deformação cisalhante redundante, que inevitavelmente ocorre na região transitória, a um nível

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11/23 tal que as mesmas não causem defeitos na superfície interna na parte de extremidade anterior de uma peça oca.

[0038] Sabe-se que o efeito de forjamento giratório em uma região de estado firme pode ser suprimido se a proporção de redução Df do diâmetro externo de um tarugo for diminuído ou se a freqüência do forjamento giratório N em uma região de estado firme, que é uma função ângulo de inclinação de rolo anteriormente ajustado β, um diâmetro de tarugo, e uma proporção de perfuração, forem diminuídos.

[0039] Contudo, a mera diminuição da proporção de redução Df do diâmetro externo de um tarugo e a freqüência do forjamento giratório N na região de estado firme não soluciona o problema acima mencionado da ocorrência na região temporária ilustrada no gráfico da Figura 1.

[0040] Os presente inventores descobriram por meio desta invenção que as condições que podem suprimir o efeito do forjamento giratório e a deformação cisalhante redundante, que inevitavelmente ocorrem na região transitória de perfuração, até um ponto que as mesmas não causem a ocorrência defeitos na superfície interna na parte de extremidade anterior da peça oca resultante possa ser definida pelo uso da raiz quadrada do produto da freqüência rotacional Ns de um tarugo na região transitória e a proporção de redução de diâmetro externo Df do tarugo (Ns x Df)⁰,⁵ como um índice junto com a proporção (Dg/D1). Quando a raiz quadrada do produto da freqüência rotacional Ns de um tarugo na região transitória e a proporção de redução de diâmetro externo Df do tarugo (Ns x Df)⁰,⁵ e a proporção (Dg/D1) como índices, a significância quantitativa de cada índice é como se segue.

[0041] Se a proporção de redução de diâmetro externo Df de um tarugo se tornar pequena, é impedida a fixação de tarugo estável e ocasionalmente ocorre deslizamento. Como um resultado, aumenta a deformação cisalhante causada pela força de fricção entre a superfície do plugue e a superfície interna do tarugo, e se desenvolvem defeitos

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12/23 de superfície interna devido a essa deformação cisalhante. A força propulsora exercida pelos rolos oblíquos é influenciada por suas formas. Portanto, a deformação cisalhante causada pela força de fricção entre a superfície do plugue e a superfície interna do tarugo é também influenciada pela magnitude da proporção (Dg/D1) do diâmetro D1 dos rolos oblíquos no local na entrada onde os mesmos contatam o tarugo e o diâmetro Dg na parte de garganta dos rolos oblíquos. Conforme acima mencionado, a perfuração de um tarugo se torna instável, e o tarugo oscila na direção circular, por meio disso piorando os desvios de espessura da parte superior da peça oca resultante.

[0042] Se a freqüência rotacional Ns do tarugo na região transitória se tornar pequena demais pela variação do ângulo de inclinação dos rolos oblíquos, por exemplo, aumenta a quantidade de movimento do tarugo avançando na direção de laminação durante o período no qual ocorre uma meia rotação do tarugo na região transitória, resultando em uma redução aumentada na espessura da parede por rotação de unidade do tarugo pela ação dos rolos oblíquos e do plugue na região transitória. Como resultado, se torna fácil a ocorrência de deslizamento entre os rolos oblíquos e o tarugo. Outro método para diminuir a freqüência de rotação Ns do tarugo na região transitória é aumentar o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos.

[0043] A magnitude da proporção (Dg/D1) do diâmetro D1 dos rolos oblíquos no local na entrada onde os mesmos contatam o tarugo e o diâmetro Dg dos rolos oblíquos na parte de garganta, a proporção indicando a forma dos rolos oblíquos, influencia a força propulsora exercida pelos rolos oblíquos, e enfim influencia a ocorrência de deslizamento e de deformação cisalhante que é produzida pela força de fricção entre a superfície do plugue e a superfície interna do tarugo.

[0044] A seguir, será descrito um furador que é usado nessa modalidade.

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13/23 [0045] A Figura 2 é uma vista plana ilustrando esquematicamente a estrutura de um furador 0. A Figura 3 é uma elevação ilustrando esquematicamente a estrutura do furador 0. As Figuras 4 e 5 são vistas em corte transversal transversas ilustrando o estado no curso da perfuração pelo furador 0.

[0046] Nas Figuras de 2 a 5 cada rolo oblíquo é dotado de uma parte de garganta 1a sendo dotada de um diâmetro de rolo Dg em sua parte central, uma superfície de entrada 1b que forma um cone geralmente truncado sendo dotado de um diâmetro externo que diminui em direção à extremidade da face de entrada (entrada) a partir da parte de garganta 1 a, e uma superfície externa 1 c que forma um cone geralmente truncado sendo dotado de um diâmetro 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 é formado na forma de um cone.

[0047] Cada rolo oblíquo está disposto de maneira que seu eixo geométrico de rolo ilustrado por uma única linha de cadeia de traço intersecta a linha de passagem X-X em um ângulo γ.

[0048] Conforme ilustrado na Figura 3, os rolos oblíquos 1, 1 estão dispostos de maneira a serem dotados de um ângulo de inclinação reverso β com relação a uma linha de passagem X-X. Cada rolo oblíquo 1 é acionado giratoriamente por um mecanismo de acionamento 4.

[0049] Conforme ilustrado na Figura 4, um par de rolos de disco G que são 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 contato com o tarugo sendo dotado de uma forma em seção transversal que é uma ranhura semicircular.

[0050] Um plugue 2 está disposto entre os rolos oblíquos 1, 1 ao longo da linha de passagem X-X. A Figura 6 é uma vista explicativa ilustrando a forma do plugue 2.

[0051] Conforme ilustrado nesse desenho, o plugue 2 é geralmente

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14/23 dotado de uma parte de ponta r. O plugue 2 está na forma de uma peça de artilharia com um diâmetro externo máximo de Dp e incluindo uma parte de laminação L1 com uma forma cônica e uma seção transversal longitudinal definida por uma curva com um raio R e uma parte de dobradura L2. A extremidade proximal (basal) do plugue 2 está presa à extremidade distal de uma barra de mandril M, e a extremidade proximal da barra de mandril M é sustentada por um mecanismo de bloco de pressão não ilustrado que pode se mover na direção axial.

[0052] Nessa modalidade, o plugue 2 usado para furar é dotado de uma forma de maneira que a proporção (r/d) do raio de curvatura r da ponta do plugue 2 para o diâmetro d do tarugo 3 seja pelo menos de 0,085 a no máximo 0,19, e a proporção (R/L1) entre a extensão L1 da parte de laminação do plugue 2 e o raio de curvatura R da parte de laminação do plugue 2 seja pelo menos de 1,5.

[0053] Se a proporção (r/d) for menor do que 0,085, o a vida útil do plugue 2 é grandemente diminuída devido aos efeitos térmicos ao mesmo tempo em que a proporção (r/d) é maior do que 0,19, o deslizamento na direção do 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 se torna grande.

[0054] A seguir, será explicado o estado no qual é realizado o furo usando esse furador 0.

[0055] Um tarugo 3 que foi aquecido para uma temperatura predeterminada é transportado em uma mesa de alimentação (não ilustrada) de um furador 0 e é fixado pelos rolos oblíquos 1, 1 ao longo da linha de passagem X-X.

[0056] O tarugo 3 fixado pelos rolos oblíquos 1,1 avança na direção ilustrada pelas setas nas Figuras 2 e 3 ao mesmo tempo em gira até alcançar a ponta do plugue 2. Durante esse avanço, o tarugo 3 é submetido ao funcionamento pelos rolos oblíquos 1, 1 para diminuir seu

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15/23 diâmetro externo.

[0057] A seguir, o tarugo 3 é furado em seu centro pelo plugue 2, e submetido a funcionamento para formar uma espessura de parede entre o plugue 2 e os rolos oblíquos 1, 1 em cada meia rotação do tarugo. Como um resultado, é submetido à perfuração para formar a peça oca H.

[0058] Nessa modalidade, ao realizar a perfuração dessa maneira, a fim de suprimir um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante, que causa problemas quando a peça oca é rolada em um laminador a jusante, os rolos oblíquos 1 e os rolos de disco G que são usados são selecionados de maneira que (a) a proporção (Dg/d) do diâmetro Dg na parte de garganta 1a dos rolos oblíquos 1, 1 para o diâmetro externo d do tarugo 3, (b) a proporção (Dd/d) do diâmetro Dd na parte inferior da ranhura dos rolos de disco G que são guias de tubo para o diâmetro externo d do tarugo 3, e (c) a proporção (Dd/Dg) entre o diâmetro Dg na parte de garganta 1a dos rolos oblíquos 1, 1 e o diâmetro Dd na parte inferior da ranhura dos rolos de disco G satisfaçam qualquer das Equações seguintes (1), (2) e (3) ou as Equações seguintes (1), (2) e (4), e de maneira que o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos 1, 1 satisfaça a Equação seguinte (5):

	3 < Dg/d < 7 ..	.. (1)
	9 < Dd/d < 16 ..	.. (2)
[0059]	quando a proporção de expansão Esp > 1,15,
	2 < Dd/Dg < 3 ..	.. (3)
[0060]	quando a proporção de expansão Esp < 1,15,
	1,5 < Dd/Dg < 3 ..	.. (4)
	2,5° < Θ1 < 4,5° ..	.. (5)
[0061]	Os motivos para as limitações das Equações de (1) a (5)

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16/23 serão explicados abaixo.

[0062] Se a proporção (Dg/d) na Equação (1) for menor do que 3, a vida útil dos mancais irá diminuir devido à força inadequada dos mancais. Se a proporção (Dg/d) exceder 7, os custos do equipamento irão aumentar a fim de suprimir um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante de uma aumento da espessura da parede da parte inferior do tarugo. Portanto, nessa modalidade, a proporção (Dg/d) é limitada a pelo menos 3 e no máximo 7.

[0063] Se a proporção (Dd/d) na Equação (2) for menor do que 9, a peça resultante H terá problemas durante a retira da parte inferior do tubo e ter um diâmetro externo aumentado na parte inferior. Se a proporção (Dd/d) exceder 16, a peça resultante H terá muitos defeitos na superfície externa e um diâmetro externo aumentado da parte inferior, e o diâmetro dos rolos de disco G se torna maior por meio do que o laminador total se torna maior em tamanho e o aumenta o custo do equipamento. Portanto, nessa modalidade, a proporção (Dd/d) é limitada a pelo menos 9 e no máximo 16.

[0064] Se a proporção (Dd/Dg) na Equação (3) for 2 ou menor, no caso da perfuração em uma proporção de expansão de pelo menos 1,15, a peça oca resultante H terá problemas na retirada da parte inferior do tubo e será dotada de um diâmetro externo aumentado na parte inferior. Se a proporção (Dd/Dg) exceder 3, no caso da perfuração em uma proporção de expansão de pelo menos 1,15, a peça oca H terá defeitos na superfície externa e um diâmetro 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.

[0065] Se proporção (Dd/Dg) na Equação (4) for pelo menos 1,5 no caso da perfuração em uma proporção de expansão menor do que 1,15, não há problemas de laminação no laminador subseqüente devido a um

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17/23 aumento no diâmetro externo de uma parte inferior da peça oca resultante H, e a proporção pode ser determinada a partir de um ponto de vista de estabilidade da perfuração (desvio de espessura e facilidade de fixação de tarugo pelos rolos). Se proporção (Dd/Dg) exceder 3, no caso da perfuração em uma proporção de expansão menor do que 1,15, a peça oca H terá defeitos na parte externa e um diâmetro externo aumentado da parte inferior. Portanto, nessa modalidade, quando a proporção de expansão for menor do que 1,15, a proporção (Dd/Dg) está limitada a pelo menos 1,5 a no máximo 3.

[0066] Se o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos 1 na Equação (5) for maior do que 4,5° ou menor do que 2,5°, a facilidade de fixação de um tarugo 3 pelos rolos oblíquos 1 será piorada. Portanto, nessa modalidade, o ângulo de face de entrada Θ1 dos rolos oblíquos 1 é limitado a pelo menos 2,5° a no máximo 4,5°.

[0067] Nessa modalidade, um tarugo 3 é furado usando um furador 0 compreendendo rolos oblíquos 1, um plugue 2, e rolos de disco G com formas definidas pelas Equações de (1) a (5) sob condições de freqüência rotacional de um tarugo 3 e a proporção de redução do diâmetro externo do tarugo 3, que são os ajustes para os rolos, satisfazendo a Equação (6):

0,46 x (Dg/D1) - 0,31 < (Ns x Df)⁰,⁵ < 1,19 x (Dg/D1) - 0,95 ...(6). [0068] Na Equação (6) Ns = Ld x Vr/(0,5 x π x d x Vf) e Df = (d dp)/d, onde Vf indica a velocidade mais baixa do tarugo na direção do seu avanço na região transitória a medida que o tarugo é fixado nos rolos oblíquos, que pode ser determinada, por exemplo, pela coleta de dados de perfuração, usando esses dados para aproximar a velocidade do tarugo na direção axial na região transitória à medida que o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos pelo método mínimo de quadradas, e empregando a velocidade mínima na direção do avanço do tarugo encontrada por essa aproximação, Vr indica a velocidade média na

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18/23 direção circular do tarugo na região transitória quando o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, dp indica a fenda de rolo dos rolos oblíquos na ponta do plugue, e Ld é a extensão a partir da posição na qual a extremidade anterior do tarugo é inicialmente fixada pelos rolos oblíquos para a ponta do plugue.

[0069] A fim de solucionar esses problemas de deformação de corte, desvio de espessura, bloqueio da parte inferior e um aumento no diâmetro externo da parte inferior que podem desenvolver dependendo dos ajustes para os rolos oblíquos 1, os presentes inventores realizaram um teste de perfuração. No teste, um material que era um tarugo 3 com um diâmetro externo de 70 mm cortado a partir do centro de um tarugo maior 3 com um diâmetro externo de 310 mm feito de um aço de carbono fundido continuamente 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 uma amostra com um diâmetro de 225 mm preparada for fundição contínua por florescência foram aquecidos a 1200°C e submetidos a perfuração sob as condições ilustradas na Tabela 1 usando um furador 0 satisfazendo as Equações de (1) a (5) acima descritas. Os resultados do teste de perfuração estão ilustrados no gráfico da Figura 7.

TABELA 1

Dg	φ 400 mm
Dd	φ 1100 mm
Exp	1,03 - 1,25
Θ1	3°
d	70 mm
Dg/D1	1,06 - 1,28
(Ns x Df)⁰,⁵	0,17 - 0,59

[0070] No gráfico da Figura 7, os círculos escuros indicam o caso no qual houve a ocorrência de pelo menos um defeito de superfície

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19/23 interna provocado pela deformação cisalhante, uma piora do desvio de espessura para pelo menos 7%, fixação de tarugo incompleta ou transtornos da retirada da parte inferior do tubo, e um aumento no diâmetro externo da parte inferior excedendo 5%. Os triângulos escuros indicam o caso no qual ocorreram os defeitos da superfície interna provocados pelo forjamento giratório e/ou deformação cisalhante. Os círculos ocos indicam o caso onde uma peça oca poderia ser produzida sem quaisquer problemas.

[0071 ] A partir dos resultados ilustrados no gráfico da Figura 7, pode ser obserado que quando a relação definida por {0,46 x (Dg/D1) - 0,31} < (Ns x Df)⁰,⁵ < {1,19 x (Dg/D1) - 0,95} é satisfeita, uma peça oca pode ser produzida sem problemas.

[0072] Portanto, se o valor de (Ns x Df)⁰,⁵ na Equação (6) for menor do que {0,46 x (Dg/D1) - 0,31}, problemas como, por exemplo, podem ocorrer defeitos na superfície interna e desvios de espessura, bloqueio da parte inferior, e um aumento no diâmetro externo da parte inferior da peça oca resultante devido a um aumento na deformação cisalhante da parte superior. Por outro lado, se o valor de (Ns x Df)⁰,⁵ exceder {1,19 x (Dg/D1) - 0,95}, não pode ser suprimida a ocorrência de defeitos da superfície interna devido ao efeito de forjamento giratório e deformação cisalhante. Portanto, nessa modalidade, o valor de (Ns x Df)⁰,⁵ está limitado a pelo menos {0,46 x (Dg/D1) - 0,31} a no máximo {1,19 x (Dg/D1) - 0,95}.

[0073] Portanto, de acordo com essa modalidade, ao fabricar um tubo sem costura por um processo compreendendo perfuração de um tarugo com um furador para produzir uma peça oca, é possível (a) suprimir um aumento no diâmetro externo durante a perfuração, (b) suprimir o efeito do forjamento giratório e a deformação cisalhante na parte superior, impedindo por meio disso a ocorrência defeitos na superfície interna na parte superior da peça oca, e (c) reduzir os desvios

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20/23 de espessura na parte superior da peça oca. Portanto, de acordo com essa modalidade, pode ser produzida com certeza uma peça oca de alta qualidade com relação às dimensões e propriedades internas por toda a extensão.

EXEMPLO 1 [0074] A presente invenção será explicada mais especificamente com referência aos exemplos.

[0075] Um tarugo com um diâmetro externo de 70 mm foi cortado a partir do centro de um tarugo de um aço de carbono fundido continuamente contendo 0,2% C sendo dotado de um diâmetro externo de 225 mm. O tarugo cortado foi aquecido a 1200°C e submetido a perfuração sob as condições ilustradas na Tabela 2. Os resultados da perfuração foram compilados na Tabela 3.

TABELA 2

Dg	φ 400 mm
Dd	φ 1100 mm
Exp	1,03 - 1,28
Θ1	3°
D	70 mm
Dg/D1	1,06 - 1,28
(Ns x Df)⁰,⁵	0,15 - 0,48

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TABELA 3

Exp	Dg/D1	(Npx Df)⁰’⁵	Defeitos de superfície interna	Fixação incompleta	Transtornos na retirada da parte inferior	Percentual de desvio de espessura	Aumento no diâmetro externo da parte inferior
1,03	1,06	0,25	Ο	Ο	Ο	Ο	Ο	Esta invenção
1,03	1,1	0,3	Ο	Ο	Ο	Ο	Ο	Esta invenção
1,25	1,19	0,35	Ο	Ο	Ο	Ο	Ο	Esta invenção
1,16	1,25	0,3	Ο	Ο	Ο	Ο	Ο	Esta invenção
1,03	1,06	0,15	ND	X	ND	ND	ND	Comparativo
1,25	1,23	0,2	Ο	Ο	Ο	X	X	Comparativo
1,12	1,28	0,25	Ο	Ο		Ο	ND	Comparativo
1,03	1,14	0,48	X	Ο	Ο	Ο	Ο	Comparativo

ND: não determinável

21/23

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22/23 [0076] A marca 0 na Tabela 3 indica que a perfuração poderia ser realizada sem quais quer problemas, e a marca X indica a ocorrência de qualquer fixação de tarugo incompleta, os transtornos na retirada da parte inferior do tubo, os desvios de espessura, ou um aumento no diâmetro externo da parte inferior.

[0077] Com relação aos defeitos na superfície interna na Tabela 3, o caso no qual pelo menos 2 defeitos foram observados em uma região de 20 a 200 mm na extensão a partir da parte superior de uma peça oca está indicado por um X.

[0078] 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 de uma peça oca, a espessura da parede foi medida em 8 pontos na direção circular em uma altura de 5mm na direção do comprimento usando um micrometro, e usando a espessura da parede realmente vigente medida, o percentual de desvio de espessura na direção circular foi calculado em cada posição de comprimento como {(espessura de parede máxima - espessura de parede mínima)/ média de espessura de parede em oito pontos}. O percentual de desvios de espessura de parede em todas as posições na direção do comprimento foi dividido proporcionalmente, e o percentual médio de desvio de espessura de parede foi usado para avaliação. Um percentual de desvio de espessura de 6% ou maior é indicado por um X.

[0079] Com relação à avaliação da fixação de tarugo incompleta e os transtornos na retirada da parte inferior do tubo na Tabela 3, o caso no qual pelo menos um tal defeito ocorreu em 100 tubos furados está indicado por um X. Com relação ao percentual do aumento de diâmetro interno da parte inferior na Tabela 3, o caso no qual o percentual do diâmetro máximo da parte inferior com relação ao valor médio do diâmetro externo da parte central foi de 6% ou mais está indicado por um X.

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23/23 [0080] A partir dos resultados ilustrados na Tabela 3, pode ser observado que satisfazendo não apenas as Equações de (1) a (5) como também a Equação (6), pode ser produzida uma peça oca pela perfuração em um furador ao mesmo tempo em que suprime quaisquer defeitos de superfície interna da parte superior, fixação de tarugo incompleta, transtornos na retirada da parte inferior do tubo, o percentual de desvio de espessura, e um aumento no diâmetro externo da parte inferior a um nível que não cause substancialmente quaisquer problemas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1,5 < Dd/Dg < 3 .... (4)

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2/2

1. Processo para fabricar um tubo sem costura caracterizado pelo fato de que compreende a sujeição de um tarugo à perfuração para produzir uma peça oca ao mesmo tempo em que gira e avança o tarugo, usando um par de rolos oblíquos em forma de cone sendo dotados de uma parte de garganta e dispostos oposto um ao outro em volta de uma linha de passagem, um par de rolos de disco chanfrados, e um plugue disposto ao longo da linha de passagem entre os rolos oblíquos e os rolos de disco, sob condições tais que a proporção (Dg/d) do diâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro externo d de um tarugo que seja um material sendo laminado, a proporção (Dd/d) do diâmetro Dd da ranhura inferior dos rolos de disco e o diâmetro externo d do tarugo, e a proporção (Dd/Dg) do diâmetro Dg da parte de garganta dos rolos oblíquos e o diâmetro Dd da parte inferior da ranhura dos rolos de disco satisfazendo quaisquer das seguintes Equações (1), (2) e (3) das seguintes Equações (1), (2) e (4), os rolos oblíquos sendo dotados de um ângulo de face de entrada Θ1 que satisfaz a seguinte Equação (5), e a raiz quadrada do produto (Ns x Df)⁰,⁵ da freqüência rotacional Ns do tarugo em uma região transitória quando o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos e a proporção de redução Df do diâmetro externo do 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 diâmetro D1 dos rolos oblíquos no local onde os rolos contatam o tarugo na entrada do mesmo.

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

9 < Dg/d < 16 .... (2) no caso de uma proporção de expansão Esp > 1,15

2 < Dd/Dg < 3 .... (3) no caso de uma proporção de expansão Esp < 1,15

2,5° < Θ1 < 4,5° .... (5)

0,46 x (Dg/D1) - 0,31 < (Ns x Df)⁰,⁵ < 1,19 x (Dg/D1) - 0,95 ...(6) onde Ns = Ld x Vr(0,5 x π x d x Vf) e Df = (d - dp)/d, onde Vf é a menor velocidade do tarugo na direção de seu avanço em uma região transitória onde o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, Vr é a velocidade média na direção circular do tarugo na região transitória quando o tarugo é fixado pelos rolos oblíquos, dp é a fenda do rolo oblíquo dos rolos oblíquos na ponta do plugue, e Ld é extensão ao longo da linha de passagem a partir do ponto no qual a extremidade anterior do tarugo entra em contato com os rolos oblíquos para a ponta do plugue, a extensão sendo determinada na maneira de duas geometrias dimensionais em um estado dos rolos oblíquos sendo dotados de um ângulo de inclinação zero.