UN EXPANSOR MECÁNICO DE EXTREMO DE TUBO Y UN MÉTODO PARA LA FABRICACIÓN DE UN TUBO DE ACERO SIN COSTURAS La presente invención trata sobre un expansor mecánico de extremo de tubo, el cual se utiliza en un tubo de acero sin costuras que se usará en una tubería que transportará fluidos tales como el petróleo o el gas natural, y un método para la fabricación de un tubo de acero sin costuras con una zona de extremo de tubo expandida, la cual se caracteriza porque se acoplará al mencionado expansor mecánico de extremo de tubo. Antecedentes de la Invención La tubería se encuentra extendida en un campo por medio de tubos de acero conectores en series por medio de soldadura circunferencial. Por lo tanto, los tubos de acero requieren de una buena capacidad de funcionamiento de soldadura, es decir, un alto rendimiento en la soldadura con menos defectos en la misma . Un diámetro interior en un tubo soldado requiere una alta precisión dimensional, en particular en la zona de extremo de tubo, que es por lo menos una zona de 100 mm hacia una dirección longitudinalmente profunda desde el extremo de tubo, de preferencia en una zona de 300 mm hacia la dirección longitudinalmente profunda desde el extremo de tubo. Ya que, si se detecta un defecto de soldadura después de la soldadura circunferencial, se debe cortar un extremo de la zona de extremo de tubo, y después se suelda otra vez la nueva punta del extremo de tubo para las tuberías de conducción mediante soldadura circunferencial . Puede resultar difícil asegurar una precisión dimensional en el diámetro interior con tolerancia limitada en un tubo de acero sin costuras trabajado en caliente, dicha precisión afecta más la manipulación durante el soldeo comparada con un tubo de acero soldado en frío. Por lo tanto, para asegurar una precisión dimensional del diámetro interior en particular en la zona de extremo de tubo, se adopta por lo general una corrección mediante afiladora o cortador y una corrección mediante trabajo en frío. Se divulga en la Patente 1 que el diámetro interior de la zona de extremo de tubo se corrige mediante la inserción de un mandril que tiene un cuerpo cilindrico. También se divulga en la Patente 2 que el material de una boquilla para expansión de tubo debe sustituirse por una resina sintética de manera que la expansión del tubo se lleve a cabo con la elasticidad de un segmento de la boquilla. Patente 1 Patente japonesa No. 2820043 Patente 2 Patente japonesa No. 2900819 Problema a resolver mediante la invención Sin embargo, la corrección mediante afiladora o cortador puede causar una reducción en la fuerza en una unión soldada entre ambos tubos de acero ya que se reduce el espesor de la zona de extremo de tubo. Además, la corrección mediante el uso de afiladora no resulta en una corrección uniforme hacia la dirección longitudinalmente profunda desde el extremo del tubo. Las técnicas divulgadas en las Patentes 1 y 2 no causan la reducción del espesor de la zona del extremo de tubo. Aún así, no resultan en una expansión de tubo uniforme hacia la dirección longitudinalmente profunda desde el extremo de tubo, porque un cuerpo cilindrico de una boquilla o de un mandril tiene el mismo diámetro exterior como se describe a continuación. Además, la técnica divulgada en la Patente 1 requiere mandriles de muchos tamaños para responder a varios diámetros de los tubos, lo cual resulta en un aumento considerable en el costo de fabricación. La tecnología anterior para mejorar una precisión dimensional de diámetro interior en una zona de extremo de tubo de un tubo de acero sin costuras trabajado en caliente causa la reducción en fuerza y no resulta en una expansión de tubo uniforme hacia la dirección longitudinalmente profunda desde el extremo de tubo. Medios para resolver el problema Un objetivo de la presente invención es mejorar una precisión dimensional de diámetro interior en una zona de extremo de tubo de un tubo de acero sin costuras trabajado en caliente . La presente invención trata sobre un expansor mecánico de extremo de tubo que comprende un cono y boquilla que tienen cuerpos en forma de cuña ahusada cuyo radio exterior es mayor hacia una dirección de extremo sin brida desde un extremo de brida, en donde una zona de extremo de tubo se expande mediante un efecto de cuña de la boquilla, el cual resulta del procedimiento en donde el cono y la boquilla se insertan juntos en la zona de extremo de tubo que será expandida, y después sólo el cono se extrae hacia afuera de manera axial dejando la boquilla dentro de la zona de extremo de tubo . La presente invención también trata sobre un método para la fabricación de un tubo de acero sin costuras con una zona de extremo de tubo expandida, la cual se caracteriza porque utiliza un expansor mecánico de extremo de tubo que comprende de una boquilla que tiene cuerpos de cuña ahusada cuyo radio exterior es mayor hacia la dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida. En la presente invención, los inventores de la presente describen a continuación un valor ahusado preferido del radio exterior del cuerpo soldado determinado con base en resultados experimentales. La presente invención presenta un tubo de acero sin costuras con una precisión dimensional satisfactoria en la zona de extremo de tubo, la cual muestra una excelente capacidad de manipulación durante el soldeo en campo en la unión de tubos de acero mediante soldadura circunferencial en un campo . Mejor forma de llevar a cabo la Invención Se describirán en detalle algunos hallazgos de los investigadores para resolver el antes mencionado problema y para una mejor forma de llevar a cabo la presente invención usando también algunos dibujos adjuntos. La técnica para expandir el tubo mediante la inserción de un mandril como se divulga en la Patente 1 requiere de muchos tamaños de mandriles para corregir varios diámetros de los tubos de acero, lo cual resulta en un costo elevado de fabricación. Los inventores de la presente consideraron que un expansor mecánico capas de expandir varios diámetros para un tubo de acero UOE podría ser utilizado para expandir sólo una zona de extremo de tubo para un tubo de acero sin costuras, aunque el expansor mecánico para un tubo de acero UOE es utilizado en todo lo largo del tubo de acero UOE. Este expansor mecánico para un tubo de acero UOE comprende, como se muestran en las Figs . 1(a) y 1(b), una boquilla 1 que se inserta en un tubo de acero P para ser expandido y un cono 2 que puede empujar de manera radial a la boquilla 1 hacia afuera.
La boquilla 1 está dividida circunferencialmente en una gran cantidad de piezas soldadas que tienen un cuerpo de cuña ahusada la cuyo radio exterior es constante y cuyo radio interior es mayor hacia la dirección de extremo, sin brida desde el extremo con brida, en donde una superficie exterior del cuerpo de cuña ahusada hace contacto con una superficie interior del tubo de acero P y una superficie interior del cuerpo de cuña ahusada hace contacto con una superficie exterior del cono 2. Por otra parte, una superficie exterior del cono 2 tiene el mismo ángulo ahusado que la superficie interior de la boquilla 1 cuyo radio interior es mayor hacia la dirección del extremo sin brida desde el extremo con brida. La expansión del tubo de acero P mediante el uso de este expansor mecánico puede realizarse de la siguiente manera . Primero, el cono 2 se inserta en una zona de extremo del tubo de acero P, y después cada uno de los cuerpos de cuña la de la boquilla 1 se insertan en la zona de extremo del tubo de acero P. Entonces, el cono 2 se extrae de manera axial hacia afuera del tubo dejando a la boquilla 1 dentro del tubo de acero P. Se empuja a la boquilla 1 de manera radial por medio de un efecto de cuña causado por ambos husos del cono 2 y de la boquilla 1 mientras el cono 2 está siendo extraído de manera axial . Por lo tanto, ya que se puede controlar una extensión de la expansión del tubo de acero P causada por la boquilla 1 mediante una extensión de extracción del cono 2, el tubo de acero P puede ser expandido a varios diámetros interiores mediante el uso de este expansor mecánico para un tubo de acero UOE . Los inventores de la presente trataron de utilizar este expansor mecánico para una sola zona de extremo de tubo de un tubo de acero sin costuras. Como resultado, un diámetro interior de la punta de la zona de extremo de tubo pudo ser controlada dentro de la tolerancia del rango predeterminado, sin embargo, un diámetro interior de la zona de extremo de tubo fue menor hacia la dirección longitudinalmente profunda desde el extremo del tubo. Los inventores de la presente notaron que, para poder asegurar un diámetro interior longitudinalmente uniforme en una zona de extremo de tubo, la expansión del tubo debe terminarse para ser trabajada en un estado donde el eje de la zona de extremo de tubo este paralelo a una superficie trabajada durante la expansión del tubo, en otras palabras, una superficie exterior del cuerpo soldado de la boquilla que contacta la superficie interior de la zona de extremo de tubo debe encontrarse paralela al eje de la zona de extremo de tubo cuando termine la expansión del tubo.
Sin embargo, debido a una restricción de una parte no expandida del tubo de acero P, la expansión del tubo sólo en la zona de extremo de tubo causa una presión superficial en la boquilla 1 mayor hacia la dirección del extremo sin brida desde el extremo de brida. Por lo tanto, una expansión de tubo sólo a una zona de extremo de tubo causa una mayor pérdida abrasiva hacia una dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida en la superficie interior del cuerpo soldado la que tiene contacto con el cono, y por consecuencia, el espacio libre entre el cuerpo soldado la y el cono 2 se vuelve mayor hacia la dirección del extremo sin brida desde el extremo de brida (referirse a la Fig. 2(a)) . En concreto, ya que el espacio libre di que existe entre el cono 2 y el cuerpo soldado la en un extremo sin brida es mayor al espacio libre d2 entre el cono 2 y el cuerpo soldado la en el extremo de brida, y la presión superficial en la boquilla 1 es mayor hacia la dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida, la boquilla 1 se inclina hacia el eje del tubo como se muestra en la Fig. 2(b) cuando se termina la expansión del tubo. Por consecuencia, el diámetro interior de la zona de extremo de tubo del tubo de acero P se vuelve menor hacia la dirección longitudinalmente profunda del extremo de tubo. En el caso de un tubo de acero UOE, este problema nunca ocurre ya que se utiliza un expansor mecánico sobre la longitud total del tubo incluyendo las zonas de extremo de tubo . Los inventores de la presente realizaron varios estudios y experimentos con base en el conocimiento arriba mencionado, y mejoraron una forma de las piezas soldadas que constituyen a la boquilla de tal manera que el trabajo se pueda completar en un estado donde la superficie de trabajo se encuentre paralela al eje del tubo aún si la abrasión de la boquilla avanza. A continuación se muestra un ejemplo de los resultados experimentales realizados por los inventores de la presente . Se utilizó para el experimento un tubo de acero con un diámetro exterior de 323.9 mm y un espesor de 25.4 mm. Se utilizaron tres tipos de expansores mecánicos de extremo de tubo para expandir la zona de extremo de tubo de este tubo de acero. El primer expansor comprende una boquilla que se encuentra dividida circunferencialmente en una gran cantidad de piezas soldadas con un cuerpo soldado con un filo cuyo radio exterior es constante, es decir, 0.0 mm de diferencia en el radio exterior del cuerpo soldado. El segundo expansor comprende una boquilla que se divide de manera circunferencial en una gran cantidad de piezas soldadas que tienen un cuerpo soldado con doble filo cuyo radio exterior es mayor a 0.5 mm a lo largo de la longitud axial exterior de 100 mm hacia la dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida, es decir, 0.5 mm de diferencia en el radio exterior del cuerpo soldado. El tercer expansor comprende una boquilla que se encuentra circunferencialmente dividida en una gran cantidad de piezas soldadas que tienen un cuerpo soldado de doble filo cuyo radio exterior es mayor por 1.0 mm a lo largo de una longitud axial exterior de 100 mm hacia la dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida, es decir, 1.0 mm de diferencia en el radio exterior del cuerpo soldado. Se causó una abrasión radial de 0.5 mm en el extremo sin brida de la superficie interior de cada una de las partes de la boquilla. Después de corregir la zona de extremo de tubo mediante el uso de cada boquilla, se midieron un diámetro exterior y un espesor de cada zona expandida y se calculó un diámetro interior en el extremo de tubo a 100 mm del extremo de tubo para poder evaluar la diferencia entre el radio interior de la zona de extremo de tubo que tiene una longitud de lOOmm. El resultado se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1
5
Como se muestra en la Tabla 1, cada valor obtenido al sustraer la diferencia entre el radio exterior de un cuerpo soldado (O.Omm, 0.5mm, l.Omm: cada uno) y la pérdida abrasiva radial (0.5mm: todos) de cada boquilla es casi igual a cada valor de la diferencia entre el radio interior de la zona de extremo de tubo que tiene una longitud de 100mm (+42mm, -0.05mm, - 0.44 mm: cada uno) . El que hubiera no más de 2mm de diferencia entre el diámetro interior de la zona de extremo de tubo, en concreto, no más de lmm de diferencia entre el radio interior de la zona de extremo de tubo, no causaría un problema serio durante la soldadura. Por lo tanto, lmm de diferencia en el radio interior de la zona de extremo de tubo (filo exterior de 2/100 cuando la longitud exterior del cuerpo soldado es lOOmm) puede llevar a no más de l.Omm de diferencia en el radio interior de la zona de extremo de tubo que tiene una longitud de lOOmm si la pérdida abrasiva radial no es mayor a 2mm. En otras palabras, un expansor que comprende de una boquilla que tiene un cuerpo soldado de doble filo cuyo radio exterior es mayor a 1.0 mm a lo largo de una longitud axial exterior de 100 mm hacia la dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida (filo exterior de 2/100) puede usarse para corregir una zona de extremo de tubo de 100mm (haga referencia a la Fig.3) . Y, un expansor que comprende de una boquilla que tiene un cuerpo soldado de doble filo cuyo radio exterior es mayor por 1. Omm a lo largo de una longitud axial exterior de 300mm hacia la dirección de extremo sin brida desde el extremo de brida (filo exterior de 2/300) puede utilizarse para corregir una zona de extremo de tubo de 300mm (haga referencia a la Fig.3) . Este tipo de expansor mecánico de extremo de tubo que comprende una boquilla 1 puede llevar a que le radio interior de una zona de extremo de tubo sea lmm mayor hacia una dirección longitudinalmente profunda desde el extremo de tubo desde el inicio del uso de la boquilla. En consecuencia, aún si la abrasión radial de la boquilla progresa, la variación en el radio interior de la zona de extremo de tubo puede reducirse más, comparado con aquel de una herramienta convencional. Por lo tanto, de esa manera se puede realizar una expansión de tubo dentro de la tolerancia, y la vida útil de la herramienta puede extenderse mucho más. Como se mencionó anteriormente, el que hubiera no más de 2mm de diferencia entre el diámetro interior de la zona de extremo de tubo, en concreto, no más de lmm de diferencia entre el radio interior de la zona de extremo de tubo, no causaría un problema serio durante la soldadura. Por lo tanto, 0.5 a 1.5mm de diferencia en el radio interior de la zona de extremo de tubo (filo exterior de 1/100 a 3/100 cuando la longitud exterior del cuerpo soldado es 100mm) puede llevar a no más de 1.5mm de diferencia en el radio interior de la zona de extremo de tubo que tiene una longitud de 100mm si la pérdida abrasiva radial no es mayor a 2mm. La presente invención no se encuentra restringida por la forma de realización antes mencionada, y las modificaciones de la misma pueden hacerse de manera obvia dentro del parámetro de las ideas técnicas descritas en cada reivindicación . Breve descripción de los dibujos Las Figs.l(a) y 1(b) ilustran de manera esquemática un expansor mecánico convencional en donde 1 (a) es una vista vertical en corte transversal de una parte esencial del mismo, y 1(b) es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la linea A-A de la Fig. 1(a); Las Figs.2 (a) y 2(b) ilustran el expansor mecánico convencional, en donde 2(a) es una vista que ilustra un espacio libre existente entre la boquilla y el cono, 2 (b) es una vista que ilustra la inclinación de la boquilla debido a la abrasión radial del cuerpo soldado en un extremo sin brida; y La Fig. 3 es una vista ilustrativa de un expansor mecánico de extremo de tubo de acuerdo con la presente invención .
Explicación de los Números de Referencia P... tubo de acero 1... boquilla la... cuerpo soldado 2... cono