BRPI0915529B1

BRPI0915529B1 - Processo para a fabricação de um tubo de aço de grande dimensão

Info

Publication number: BRPI0915529B1
Application number: BRPI0915529-5A
Authority: BR
Inventors: Thilo Reichel; Jochem Beissel
Original assignee: EISENBAU KRäMER GMBH
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2019-10-08
Also published as: AU2009254199B2; CN102056687A; CA2726132C; RU2456108C1; PT2285507E; DK2285507T3; DE102008027807B4; CN102056687B; WO2009146838A8; EP2285507A1; US20110174046A1; CA2726132A1; JP5361996B2; AU2009254199A8; PL2285507T3; KR20110022613A; BRPI0915529A2; ATE523271T1; US9156074B2; DE102008027807A1

Abstract

processo para a fabricação de um tubo de aço de grande dimensão a invenção refere-se a um processo para a fabricação de um tubo de aço, no qual uma chapa de aço (4) é moldada em um processo de dobramento (a) para formar um corpo de tubo (1.2) redondo na seção transversal, é soldado em um processo de soldagem (b) seguinte, ao longo de cantos longitudinais voltados um para o outro, para a produção de um cordão longitudinal contínuo, e em seguida, é submetido a um tratamento de alívio de tensão. a qualidade de produção com tempo de fabricação reduzido é favorecida pelo fato de que, o tratamento de alívio de tensão é executado em um processo para o arredondamento (c) ao longo da circunferência em, pelo menos, uma seção com referência ao seu eixo longitudinal, sob moldagem a frio por meio de recalque (figura1). com isso, as propriedades tecnológicas mecânicas do material também são aperfeiçoadas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UM TUBO DE AÇO DE GRANDE DIMENSÃO.

[0001] A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de tubos de aço, no qual uma chapa ou bobina é moldada em um processo de dobramento para formar um corpo de tubo redondo na seção transversal, é soldado em um processo de soldagem seguinte, ao longo de cantos longitudinais voltados um para o outro, para a produção de um cordão longitudinal, e em seguida, é submetido a um tratamento de alívio de tensão.

[0002] Um processo desse tipo está indicado na patente DE 10

2006 010 040 B3. Nesse processo conhecido, o tubo é comprimido por meio de uma máquina de retificação a partir da circunferência externa, por meio de vários punções de retificação, deslocados na direção da circunferência, dispostos no mesmo local na direção axial, para o arredondamento, sendo que, os punções de retificação suportam casquilhos de retificação adaptados à forma da seção transversal externa do tubo. Os casquilhos de retificação podem ser deslocados individualmente ou em função um do outro, por exemplo, hidraulicamente, sendo que, o acionamento pode ser realizado controlado ou regulado. Através dos eixos de regulagem, os cilindros de retificação com os casquilhos de retificação podem retificar o tubo até o seu contorno redondo, sendo que, a calibragem ocorre com respeito ao diâmetro e/ ou à ovalação. Também é possível uma compressão do material além do limite de alongamento, por meio dessa denominada redução pela primeira vez ali.

[0003] A patente EP 0 438 205 A2 mostra um processo e um dispositivo para a retificação das extremidades de peças semiacabadas alongadas longitudinalmente. No caso da peça semiacabada parada, pelo menos, uma seção transversal escolhida na área da extremidade

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2/10 é submetida a uma solicitação alternada ao dobramento expandindo e reduzindo, sendo que, um dobramento máximo especificado circula uma ou mais vezes em torno do eixo da peça semiacabada. Neste caso, uma solicitação alternada ao dobramento expandindo e reduzindo é escolhida de tal modo que a seção transversal escolhida é deformada até a área plástica. Os meios para a produção de um desvio do eixo da peça semiacabada para a pista de circulação além do limite de elasticidade da peça semiacabada apresentam, neste caso, pelo menos, três pinos móveis na direção radial, dispostos simetricamente em torno de um eixo comum, que estão ligados, respectivamente, com uma unidade de cilindro e êmbolo, que pode ser controlada em função do trajeto e do tempo, e os pinos, devido a uma associação de acordo com o controle das unidades de cilindro e êmbolo entre si durante o processo de retificação, executam um movimento de elevação em formato senoidal com deslocamento de fases. Neste caso, não ocorre nenhuma retificação com respeito ao arredondamento ou à ovalação, mas uma correção de desvios na retidão das extremidades que estão dobradas, isto é, trata-se de uma retificação longitudinal.

[0004] Também com uma máquina de retificação para tubos, mostrada na patente FR 737 123 A esses tubos são retificados em sua direção longitudinal e, na verdade, no estado quente. Neste caso, dois elementos de retificação no lado oposto, que recebem o tubo entre eles, e podem ser pressionados, um contra o outro, por meio de um sistema mecânico de alavanca com acionamento, se estendem ao longo de todo o comprimento do tubo. Os elementos de retificação são, por exemplo, arredondados correspondendo ao diâmetro do tubo, sendo que, a parte interna dos elementos de retificação pode ser intercambiável. Antes do processo de retificação os tubos são aquecidos até ao rubro e são evacuados. Após a retificação longitudinal realizada desse modo, os tubos são conduzidos a um dispositivo de resfriamento por meio de um

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3/10 ejetor. Em particular, a retificação de tubos de aço de grandes dimensões é dispendiosa com medidas desse tipo, e não se concluem dessa publicação, portanto, problemas e soluções para o arredondamento.

[0005] Na patente DE 196 02 920 A1 está indicado um processo para a fabricação de tubos, em particular, de tubos de grandes dimensões, no qual os tubos, após a soldagem do cordão interno e externo são calibrados e retificados por meio de alargamento a frio (expansão).

[0006] A patente DE 41 24 689 A1 mostra um processo e um dispositivo para a eliminação de defeitos de forma e redução de tensões características prejudiciais no cordão de solda em carreiras de tubo, do mesmo modo, por meio de alargamento do tubo, para o que é empregado um mandril de alongamento situado interno. O alargamento da carreira de tubo, neste caso, ocorre em uma medida tal que tensões características existentes na direção da circunferência devem ser reduzidas o máximo possível.

[0007] Durante a retificação de tubos são eliminadas irregularidades da forma do tubo, como, por exemplo, propriedades ovais locais no corpo do tubo, através de moldagens de material locais. Neste caso, não é realizada nenhuma redução de tensão unitária através do revestimento do tubo, em particular, na circunferência do tubo. Pelo contrário, por meio das eliminações de propriedades ovais locais conhecidas, no material são produzidas tensões indefinidas. Dessa forma, um diâmetro de meta pode ser ajustado com a retificação, entretanto, com dispêndio relativamente alto, todavia, em particular, ao longo da circunferência do tubo, neste caso, não é obtida nenhuma resistência ao recalque uniforme.

[0008] Durante a expansão as ferramentas produzem uma forma uniforme no lado interno do tubo, que conduz o material, de maneira

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4/10 uniforme, a uma forma circular durante o arredondamento. Nesse processo, certamente, podem ser produzidos estados de tensão desfavoráveis no corpo do tubo, pelo que a resistência ao recalque e, com isso, também a resistência ao colapso da tubulação podem diminuir. No caso de tubos revestidos (por exemplo, tubos de CLAD), além disso, podem vir a ocorrer danos do material, de tal modo que tubos desse tipo não podem ser calibrados frequentemente com esse processo. Tais efeitos desvantajosos podem ser ainda mais ampliados com grau de expansão crescente.

[0009] À invenção cabe a tarefa de preparar um processo para a fabricação de tubos de aço de grandes dimensões, com o qual seja obtida a produção quantitativa de tubos de alto valor, com arredondamento o mais exato possível, e com tempo de fabricação mais curto possível, bem como, preparar tubos executados de modo correspondente, sendo que, também as propriedades tecnológicas mecânicas do material devem ser melhoradas.

[0010] Essa tarefa é solucionada com as características das reivindicações 1 e 6. No caso do processo com as características do preâmbulo da reivindicação 1, neste caso, está previsto que, o tratamento de alívio de tensão seja executado em uma etapa para o arredondamento ao longo da circunferência em, pelo menos, uma seção, com referência ao seu eixo longitudinal, sob moldagem a frio por meio de recalque.

[0011] Com as medidas na combinação mencionada pode ser bem ajustado não apenas o diâmetro de meta, mas durante o processo de arredondamento, também é realizado um tratamento de alívio de tensão. Dessa forma, não apenas a tolerância de tubo, em particular, a ovalação, é aperfeiçoada através da deformação plástica uniforme do material em curto tempo, mas também o comportamento da tensão característica do corpo do tubo. Neste caso, são reduzidas não apenas

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5/10 as tensões produzidas pela moldagem mecânica do material no material de base, mas também são reduzidas as tensões produzidas termicamente, causadas pela soldagem do cordão de solda do material de chapa moldado para formar o tubo. No total são aperfeiçoadas as propriedades tecnológicas mecânicas do tubo por meio do processo, ou seja, a resistência ao recalque e a resistência ao colapso. Como comprovam cálculos no contexto dos trabalhos de pesquisa e desenvolvimento, o comportamento da tensão característica após a redução, dependendo do grau de redução, é reduzido a um mínimo, sendo que, também é possibilitada uma redução de tensão praticamente completa, sem que seja necessário um tratamento térmico dispendioso (recozimento com baixas tensões, por exemplo, a cerca de 600° C), e podem ser evitadas as desvantagens surgidas devido ao tratamento térmico. Por meio do recalque uniforme sobre a superfície externa do tubo, as tensões características produzidas pelo processo de fabricação são reduzidas na direção longitudinal e na direção da circunferência no material de base e no cordão de solda. Como têm resultado as experiências dos inventores, um motivo para os aperfeiçoamentos evidentemente está no fato de que, o estado de tensão residual é invertido, isto é, depois da redução no lado interno do tubo existe a tensão de tração, e no lado externo do tubo existe a tensão de compressão. Em materiais brutos revestidos internamente, devido à redução por fora, resultam vantagens adicionais, uma vez que a superfície interna sensível não é danificada ou solicitada. Com isso as propriedades de corrosão do material interno não são enfraquecidas. No caso de materiais de suporte, por exemplo, liga 625, a resistência à corrosão é até melhorada pelas tensões residuais internas.

[0012] Uma medida vantajosa para o arredondamento e o alívio de tensão consiste no fato de que, durante o arredondamento é realizada uma deformação plástica do corpo de tubo através de toda a sua

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6/10 circunferência.

[0013] Neste caso, execuções vantajosas alternativas para um arredondamento exato consistem no fato de que, durante o arredondamento ocorre um ajuste para o diâmetro externo do tubo especificado ou diâmetro interno do tubo especificado.

[0014] Para o aperfeiçoamento do comportamento de tensão característica do corpo do tubo, além disso, contribuem as medidas que, durante o arredondamento para o alívio de tensão são combinados entre si um recalque na direção da circunferência e um alívio de tensão hidráulica (por exemplo, com testador hídrico). Neste caso, a redução e o alívio de tensão hidráulica podem ser realizados alternadamente também controlados várias vezes.

[0015] Além disso, o arredondamento e os processos de alívio de tensão são favorecidos pelo fato de que, o arredondamento e o alívio de tensão são realizados por meio de, pelo menos, dois, em particular, pelo menos, três punções de retificação deslocados na direção da circunferência, apertando por fora na direção radial para o eixo do tubo, com casquilhos de retificação adaptados por seção ao contorno da circunferência do tubo.

[0016] Um tubo, com propriedades vantajosas é obtido pelo fato de que, esse tubo é fabricado de acordo com uma das formas do processo mencionadas anteriormente.

[0017] A seguir, a invenção será esclarecida com auxílio de exemplos de execução, com referência aos desenhos. São mostrados: [0018] Na figura 1 um tubo disposto em uma máquina de arredondamento, em vista esquemática da seção transversal e [0019] Na figura 2 uma representação esquemática de etapas de produção de um tubo.

[0020] A figura1 mostra em vista de cima axial um tubo 1 de uma seção transversal redonda com um raio interno ri, e um raio externo ra,

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7/10 através de cuja diferença é determinada a espessura de parede t. O tubo 1 possui um cordão de solda 2, passando longitudinalmente. Na parede do tubo, por um lado, em consequência do processo de moldagem mecânico e, por outro lado, em consequência das influências de calor durante a soldagem, existem áreas de tensão 3, 3' mecânicas e térmicas.

[0021] A máquina de retificação ou dispositivo de retificação 10 apresenta vários punções de retificação distribuídos de maneira uniforme na direção da circunferência, e dispostos no mesmo local na direção axial, com respectivos casquilhos de retificação 11, 12, 13, 14, que estão colocados intercambiáveis em um respectivo suporte 15, e que no seu lado voltado para o tubo 1 estão dotados de uma forma de superfície adaptada ao contorno da superfície do tubo 1, que se estende na direção da circunferência ao longo da superfície do tubo, de tal modo que, durante o encosto de todos os casquilhos de retificação a superfície do tubo é abrangida o mais possível na direção da circunferência. Em contrapartida, na direção axial os casquilhos de arredondamento 11, 12, 13, 14 se estendem através de apenas uma curta seção parcial do tubo 1, sendo que, várias unidades desse tipo de casquilhos de arredondamento 11, 12, 13, 14 podem ser dispostas na direção longitudinal do tubo 1 através de toda a sua superfície externa. Devido à capacidade de troca podem ser trocados ou introduzidos facilmente casquilhos de arredondamento adaptados a diversos diâmetros do tubo. Os suportes 15 dos casquilhos de arredondamento 11, 12, 13, 14 são regulados hidraulicamente no suporte 16, ao longo de um eixo de retificação 17 na direção radial, orientada para o centro do tubo 1, a fim de causar um recalque do corpo do tubo e um alívio de tensão hidráulica na direção oposta, sob controle ou regulagem por meio de um dispositivo de regulagem 20. Neste caso, ocorre uma retificação para o diâmetro interno ou externo especificado, sendo que, através do

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8/10 dispositivo de regulagem pode ser predeterminada uma posição absoluta.

[0022] A figura 2 mostra etapas essenciais durante a fabricação do tubo 1, ou seja, um processo de moldagem a, no qual uma chapa de aço 4 é moldada por meio de um dispositivo de moldagem 30, por meio de ferramentas de molde, com avanço da chapa de aço 4 pouco a pouco para formar uma parte flexível 1.1 e, finalmente, o corpo do tubo 1.2 dobrado continuamente. Em seguida, em um processo de soldagem b, o corpo do tubo 1.2 é fechado em suas bordas voltadas uma para a outra, que foram preparadas para a soldagem, por meio de um cordão de solda longitudinal em um dispositivo de soldagem 40. Devido aos processos de moldagem e à soldagem resultam áreas de tensão 3, 3' mecânicas e térmicas, como mencionado anteriormente. A seguir, eventualmente após a realização de outras etapas de processamento e/ ou de controle, se segue um processo de retificação c, com arredondamento do tubo 1, no qual ocorre, ao mesmo tempo, um tratamento de alívio de tensão. O tratamento de alívio de tensão ainda pode ser combinado adicionalmente em uma etapa d seguinte com um alívio de tensão hidrostático, por exemplo, por meio de testador hídrico, sendo que, por meio de um meio de pressão no interior do tubo é produzida uma pressão p direcionada para fora, sobre a superfície interna do tubo.

[0023] No caso de tubos de grandes dimensões, isto é, em particular, com espessuras de parede t > 9 mm, e diâmetros d > 300 mm, por exemplo, até t = 80 mm e d = 2000 mm, tem êxito o arredondamento com calibragem uniforme através da circunferência com a máquina de retificação mencionada anteriormente, como a que está representada na patente DE 10 2006 010 040 B3 mencionada no início, com a qual são obtidos um recalque do material na direção da circunferência e um arredondamento com altas exigências de

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9/10 tolerância, sendo que, é possível um recalque além do limite de alongamento. Por meio de deformação plástica durante o arredondamento, ao mesmo tempo, pode ser obtido um alívio de tensão, tanto em áreas de tensão mecânicas, como também, térmicas 3, 3' através de toda a circunferência. Deste modo, o comportamento de tensão característica do corpo do tubo é aperfeiçoamento nitidamente, sem tratamento térmico adicional, sendo que, ao mesmo tempo, são evitadas influências negativas, como as que podem surgir devido a um tratamento térmico, por exemplo, no caso do recozimento com baixa tensão. Assim, são reduzidas não apenas as tensões provocadas mecanicamente pela moldagem do material de chapa, mas também as tensões produzidas termicamente, causadas pela soldagem de cordão longitudinal, sendo que, a deformação plástica do corpo do tubo 1.2 ocorre através de toda a circunferência do tubo. Neste caso, o arredondamento é obtido com o tratamento de alívio de tensão por meio de deformação a frio.

[0024] Através da combinação da redução e do alívio de tensão hidráulica sob controle ou regulagem através do dispositivo de regulagem 20, o processo de alívio de tensão pode ser influenciado de modo visado. Ao mesmo tempo, os diâmetros externos do tubo ou diâmetros internos do tubo podem ser ajustados para valores especificados de modo visado. Através desse processo podem ser influenciadas positivamente de modo visado as propriedades tecnológicas mecânicas como, por exemplo, resistência e coeficiente de dilatação térmica do material bruto. Além disso, o comportamento de colapso do tubo e as propriedades em solicitações de fadiga são aperfeiçoados. No total, deste modo podem ser produzidos tubos de alto valor qualitativo, praticamente isentos de tensão, com altas tolerâncias do tubo em um tempo nitidamente mais curto em relação a processos de fabricação tradicionais. Como foi comprovado em trabalhos de

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10/10 pesquisa e desenvolvimento por meio de cálculos, o comportamento de tensão característica após a redução, dependendo do grau de redução, pode ser reduzido a um mínimo, sendo que, também é possível uma redução completa da tensão.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a fabricação de um tubo de aço, no qual uma chapa ou bobina é moldada em um processo de dobramento para formar um corpo de tubo (1.2) redondo na seção transversal, é soldado em um processo de soldagem (b) seguinte, ao longo de cantos longitudinais voltados um para o outro, para a produção de um cordão contínuo, e em seguida, é submetido a um tratamento de alívio de tensão, caracterizado pelo fato de que, o tratamento de alívio de tensão é executado durante um processo para o arredondamento (c) ao longo da circunferência em, pelo menos, uma seção com referência ao seu eixo longitudinal, sob moldagem a frio por meio de recalque.
2. Processo para a fabricação de um tubo de aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, durante o arredondamento é realizada uma deformação plástica do corpo do tubo através de toda a sua circunferência.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, durante o arredondamento ocorre um ajuste para o diâmetro externo do tubo (ra) especificado ou diâmetro interno do tubo (ri) especificado.
4. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, durante o arredondamento para o alívio de tensão são combinados entre si um recalque na direção da circunferência e um alívio de tensão hidráulica.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, o arredondamento e o alívio de tensão são realizados por meio de, pelo menos, dois, em particular, pelo menos, três punções de retificação deslocados na direção da circunferência, apertando por fora na direção radial para o eixo do tubo, com casquilhos de retificação (11, 12, 13, 14) adaptados por seção ao contorno da circunferência do tubo (1).