PT2285507E - Método para a produção de um tubo de aço de grandes dimensões - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM TUBO DE AÇO DE GRANDES DIMENSÕES" A invenção refere-se a um método para a produção de tubos em aço, no qual é formada uma película de metal ou bobina, num processo de torção para um corpo tubular com uma secção transversal arredondada, sendo soldado num processo de soldagem subsequente ao longo dos rebordos longitudinais que estão virados entre si, de modo a produzir uma costura contínua, sendo então sujeito a um tratamento de descompressão.

Um método deste tipo é descrito no documento DE 10 2006 010 040 B3. Neste método conhecido, o tubo é comprimido por uma máquina de alongamento, a partir da circunferência externa, por meio de uma pluralidade de dispositivos de soldagem, que estão colocados em ângulo numa direção circunferencial e localizados numa localização idêntica na direção axial, para alongamento concêntrico, em que os dispositivos de soldagem têm invólucros de alongamento adaptados à forma da secção transversal externa do tubo. Os invólucros de alongamento podem ser atuados, por exemplo, de modo hidráulico, individual ou em função uns dos outros, em que a atuação pode ser efetuada através de controlo de arco aberto ou de arco fechado. Através dos eixos de controlo fechado, os cilindros de alongamento, conjuntamente com os invólucros de alongamento, podem alisar o tubo até que o seu contorno esteja circular, em que a calibração é efetuada em relação ao diâmetro e/ou forma oval. 0 recalcamento do material, para além do limite de 2 alongamento é também possível, com aquilo a que se designa neste caso pela primeira vez de impansão. 0 documento EP 0 438 205 A2 mostra um método e aparelho para alongamento das extremidades de peças de trabalho alongadas. Com a peça de trabalho paralisada, pelo menos uma secção transversal, suturada na região terminal, é sujeita a tensão de torção alternadamente crescente e decrescente, em que um arqueamento máximo predeterminado projeta-se em torno do eixo da peça de trabalho uma vez ou múltiplas vezes. Uma tensão de torção alternadamente crescente ou decrescente é, nesse caso, selecionada de modo a que a secção transversal suturada seja deformada na zona plástica. De modo a gerar uma deflexão do eixo da peça de trabalho numa órbita posterior ou para além do limite de elasticidade da peça de trabalho, existem pelo menos três ressaltos que são móveis na direção radial e estão dispostos de modo simétrico em torno de um eixo comum, os quais estão cada um conectados a uma unidade de cilindros de pistão controláveis de modo dependente do trajeto e do tempo e os ressaltos, na sequência de uma ligação controlável das unidades de cilindros de pistão entre si, executam um movimento recíproco sinusoidal de modo inclinado por fases durante o processo de alongamento. Neste caso, o alongamento não é efetuado em função da forma redonda ou oval, mas é sim efetuada uma correção de desvios da característica retilínea das extremidades arqueadas, tal como o alongamento longitudinal.

Com uma máquina de alongamento de tubos, como a mostrada no documento FR 737 123 A, esses tubos são também alisados na sua direção longitudinal, especificamente no estado quente. Neste ponto, dois elementos de alongamento opostos, que 3 recebem entre si o tubo, e que podem ser pressionados um contra o outro por um mecanismo de manivela com um controlador, projetam-se ao longo de todo o comprimento do tubo. Os elementos de alongamento são, por exemplo, arredondados de acordo com o diâmetro do tubo, em que a parte interna dos elementos de alongamento pode ser substituída. Antes do processo de alongamento, os tubos são aquecidos para o estado quente vermelho e são evacuados. Depois de executado o alongamento longitudinal, os tubos são entregues por um ejetor a um dispositivo de arrefecimento. 0 alongamento de tubos de aço de grandes dimensões, em particular, por tal tipo de disposições, é oneroso e não são encontrados nesta referência problemas nem soluções para o alongamento concêntrico.

No documento DE 196 02 920 AI, é divulgado um método para a produção de tubos, em particular tubos de grandes dimensões, no qual os tubos são calibrados e alisados por alargamento ou expansão a frio (expansão), depois da soldagem da costura no interior e exterior. O documento DE 41 24 689 AI mostra um método e aparelho para eliminar erros de forma e diminuir tensões intrínsecas danosas na costura longitudinal de tubos de extrusão soldados, também pelo alongamento do tubo, para cujo efeito é aplicado um mandril de alongamento localizado no interior. O alongamento do tubo de extrusão é efetuado em tal ordem que as tensões intrínsecas existentes na direção circunferencial são destinadas a ser diminuídas tanto quanto possível.

No alongamento de tubos, as falhas de uniformidade na forma do tubo, tais como a forma oval local no corpo tubular, são 4 corrigidas por formação local do material. A tensão não é diminuída de modo uniforme através da cobertura do tubo, em particular na circunferência do tubo. Em vez disso, as tensões indefinidas adicionais são geradas no material pelas correções conhecidas de forma oval local. Apesar de poder ser estabelecido um diâmetro alvo através de um esforço relativamente elevado nesse sentido, com o alongamento, falha-se em particular na obtenção de uma resistência de recalcamento uniforme do material ao longo da circunferência do tubo.

No método de expansão, as ferramentas criam uma força uniforme no interior do tubo, as quais resultam, no alongamento concêntrico, na colocação do material uniformemente numa forma circular. Nesta operação, no entanto, os estados de tensão pouco favoráveis podem ser criados no corpo tubular, e como resultado disso, a resistência de recalque e consequentemente a resistência à rutura do oleoduto pode ser reduzida. Em tubos revestidos (por exemplo, os tubos CLAD), também podem ocorrer danos no material, de modo que os tubos podem não estar frequentemente calibrados por esse método. Tais efeitos adversos podem ser adicionalmente ampliados com um grau aumentado de expansão. A invenção tem como objetivo fornecer um método para a produção de tubos de aço de grandes dimensões com o qual o fabrico de tubos de alta qualidade seja atingido com o alongamento concêntrico mais preciso possível e o menor tempo de produção possível, e prover de modo correspondente tubos realizados, nos quais as propriedades mecânicas e tecnológicas do material sejam também melhoradas. 5

Este objetivo é atingido com as caracteristicas da reivindicação 1. Num método com as caracteristicas do preâmbulo da reivindicação 1, numa etapa de alongamento concêntrico, o tratamento de descompressão é previsto como sendo executado com formação a frio através de recalcamento, ao longo de uma circunferência de pelo menos algumas porções, em relação ao eixo longitudinal do tubo.

Com as disposições na combinação descrita, não só pode ser estabelecido de modo adequado o diâmetro alvo, como no processo de alongamento concêntrico é também realizado um tratamento de descompressão. Desta forma, não só a tolerância do tubo, em particular a sua forma oval, é melhorada em pouco tempo pela deformação plástica uniforme do material, mas o desempenho de tensão intrínseca do corpo tubular é também melhorado. Não só são reduzidas as tensões geradas pela formação do material metálico em película, de modo mecânico no material fundamental, mas também são diminuídas as tensões criadas ao nível térmico, causadas pela soldagem da costura longitudinal do material metálico e película formadas para realizar o tubo. De um modo geral, as propriedades mecânicas e tecnológicas do tubo são melhoradas pelo método, tal como a resistência ao recalcamento e resistência à rutura, por exemplo. Conforme os cálculos no âmbito dos trabalhos de investigação e desenvolvimento comprovaram, o desempenho da tensão intrínseca após a impansão, dependendo do grau de impansão, é reduzido para um mínimo, e torna-se possível diminuir quase por completo a tensão, sem ser necessário um tratamento térmico complicado (o recozimento de baixa tensão ocorre, por exemplo, a aproximadamente 600 °C) e surgem vantagens ao se evitar o tratamento térmico. Devido ao recalcamento uniforme ao longo da superfície externa do 6 tubo, a tensão intrínseca gerada pelo processo de produção diminui nas direções longitudinal e circunferencial no material de base e na costura soldada. Conforme as experiências dos inventores demonstraram, uma razão para os melhoramentos é evidentemente o facto de o estado da tensão residual ser invertido, ou seja, após a impansão, existe tensão elástica no interior do tubo e a tensão compressiva no exterior do tubo. Com materiais em bruto chapeados no interior, a impansão a partir do exterior fornece vantagens adicionais, uma vez que a superfície interna vulnerável não é danificada ou sujeita a esforço. Como resultado disso, não existe redução das propriedades de corrosão do material interno. Em materiais de revestimento, por exemplo de liga 625, a resistência à corrosão é inclusivamente melhorada a partir de tensões residuais internas.

Uma disposição vantajosa para o alongamento concêntrico e descompressão assenta no facto de no alongamento concêntrico, a deformação plástica do corpo tubular ser realizada ao longo de toda a sua circunferência.

Características vantajosas para um alongamento concêntrico exato preveem que no alongamento concêntrico seja realizado um ajuste aos diâmetros do tubo externos predeterminados ou diâmetros do tubo internos predeterminados.

Para um melhoramento do desempenho de tensão intrínseca do corpo tubular são disposições em que no alongamento concêntrico para descompressão, o recalcamento na direção circunferencial e a descompressão hidráulica, (por exemplo, com um hidroteste) sejam combinados um com o outro. A impansão e descompressão hidráulica podem também ser 7 realizadas de modo controlado, uma série de vezes, de modo alternado.

Os processos de alongamento concêntrico e a descompressão são também promovidos pelo facto de o alongamento concêntrico e descompressão serem realizados por pelo menos dois, e em particular três, dispositivos de soldagem, inclinados na direção circunferencial e que exercem pressão a partir do exterior na direção radial, face ao eixo do tubo, que tem invólucros de alongamento que em algumas porções estão adaptados ao contorno circunferencial do tubo.

Um tubo com propriedades vantajosas é obtido através da sua produção por um dos procedimentos mencionados em cima. A presente invenção será descrita a seguir em vista a formas de realização exemplificativas, mostradas nos desenhos em anexo. As figuras mostram: A Fig. 1 mostra um tubo, disposto numa máquina de alongamento concêntrico, numa vista esquemática em corte transversal e A Fig. 2 é uma vista esquemática das etapas de fabrico do tubo. A Fig. 1 mostra, numa vista em planta axial, um tubo 1 de secção transversal arredondada, com um raio interno ri e um raio externo ra, cuja diferença define uma espessura de parede t. 0 tubo 1 tem uma longitude que projeta a costura soldada 2. Na parede do tubo, existem regiões de tensão mecânica e térmica 3, 3' como resultado do processo de 8 formação mecânica e como resultado da influência do calor na soldadura. A máquina de alongamento ou dispositivo de alongamento 10 tem uma variedade de dispositivos de soldagem, distribuídos de modo uniforme na direção circunferencial e dispostos a uma localização idêntica na direção axial, cada um tendo invólucros de alongamento respetivos 11, 12, 13, 14 os quais estão montados de modo amovível no seu apoio respetivo 15 e são fornecidos, por seu lado na direção do tubo 1, com uma forma de superfície adaptada ao contorno de superfície do tubo 1, em que a forma de superfície se projeta na direção circunferencial ao longo da superfície do tubo de modo que, quando todos os invólucros de alongamento estiverem em contacto, a superfície do tubo é amplamente circundada na direção circunferencial. Na direção axial, por outro lado, os invólucros de alongamento 11, 12, 13, 14 projetam-se ao longo de apenas uma pequena porção do tubo 1, e uma variedade de tais unidades compreendendo invólucros de alongamento 11, 12, 13, 14 pode ser disposta na direção longitudinal do tubo 1, ao longo da sua superfície externa. Devido ao fator amovível, os invólucros de alongamento adaptados a diferentes diâmetros do tubo podem ser facilmente inseridos ou alterados. Os apoios 15 dos invólucros de alongamento 11, 12, 13, 14 são ajustados de modo hidráulico ao longo de um eixo de controlo de arco fechado 17, na direção radial, estando orientados na direção do centro do tubo 1, no suporte 16, de modo a atingir o recalcamento do corpo tubular e descompressão hidráulica na direção contrária, com controlo de arco aberto ou de arco fechado através de um dispositivo de regulação 20. 0 alongamento para diâmetros internos predeterminados ou diâmetros externos pode ser realizado, e 9 pode ser predeterminada uma posição absoluta através do dispositivo de regulação. A Fig. 2 mostra etapas essenciais na produção do tubo 1, nomeadamente, um processo de formação a, no qual uma placa metálica em película 4 é gradualmente formada, através de um dispositivo de formação 30 por ferramentas de formação, com o avanço da placa metálica em película 4 para uma posição de torção 1.1 e finalmente para o corpo tubular 1.2 dobrado por completo. Seguidamente, o corpo tubular 1.2, nas suas extremidades que estão viradas uma para a outra, as quais foram preparadas previamente para soldagem, são fechadas num processo de soldagem b através de uma costura soldada longitudinal num dispositivo de soldagem 40. Como resultado dos processos de formação e da soldagem, as regiões de tensão mecânica e térmica 3, 3' são criadas, tal como mencionado em cima. Seguidamente, depois de processamento adicional e/ou etapas de monitorização terem sido executadas, um processo de alongamento c com alongamento concêntrico do tubo 1 é realizado, no qual ocorre em simultâneo um tratamento de descompressão. O tratamento de descompressão pode ser adicionalmente combinado numa etapa posterior d com descompressão hidrostática, por exemplo, por um hidroteste, no qual é gerada uma pressão orientada para o exterior p na superfície interna do tubo, através de um agente de pressão no interior do tubo.

Em tubos de grande dimensão, tal como em particular os de espessura de parede t h 9 mm e diâmetros d h 300 mm, por exemplo, até t = 80 mm e d = 2000 mm, o alongamento concêntrico com calibração uniforme ao longo da circunferência é bem-sucedido com a máquina de alongamento 10 mencionada em cima, do tipo também mostrado no documento DE 10 2006 010 040 B3 anteriormente mencionado, com a qual o recalcamento do material na direção circunferencial e alongamento concêntrico com requisitos de elevada tolerância são atingidos e o recalcamento para além do limite de alongamento é possível. Através da deformação plástica no alongamento concêntrico, a descompressão de ambas as regiões de tensão mecânica e térmica 3, 3' pode ser atingida em simultâneo ao longo de toda a circunferência. Como resultado disso, o desempenho da tensão intrínseca do corpo tubular é significativamente melhorado sem um tratamento adicional térmico, e ao mesmo tempo, as influências negativas, do tipo que pode ocorrer como resultado de um tratamento térmico, por exemplo em recozimento de baixa tensão são evitados. Desta forma, não só as tensões causadas mecanicamente pela formação do material metálico em película são reduzidas, mas também as tensões termicamente geradas causadas pela soldagem da costura longitudinal são diminuídas, e a deformação plástica do corpo tubular 1.2 ocorre ao longo de toda a circunferência do tubo. 0 alongamento concêntrico com o tratamento de descompressão é atingido por formação a frio.

Através da combinação da impansão e da descompressão hidráulica com controlo de arco aberto ou de arco fechado através do dispositivo de regulação 20, o processo de descompressão pode ser variado de um modo orientado. Ao mesmo tempo os diâmetros externos do tubo ou diâmetros internos do tubo podem ser ajustados de modo orientado para valores predeterminados. Com o presente método, as propriedades mecânicas e tecnológicas, tais como a resistência e coeficiente de expansão térmica do material em bruto, podem ser favoravelmente afetadas de modo 11 orientado. Para além disso, o desempenho de rutura do tubo e as propriedades sob tensões de fadiga são melhorados. De um modo geral, podem ser fabricados tubos de alta qualidade e praticamente isentos de tensão com elevadas tolerâncias de tubos, num tempo significativamente mais curto do que nos processos de produção convencionais. Tal como foi demonstrado em trabalhos de investigação e desenvolvimento por cálculos, o desempenho de tensão intrínseco após a impansão, dependendo do grau de impansão, pode ser reduzido a um mínimo, sendo inclusivamente possível uma diminuição completa da tensão.

Lisboa, 9 de Novembro de 2011

Claims (5)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para a produção de um tubo em aço, em cujo método é formada uma placa ou bobina num corpo tubular (1.2) com secção transversal arredondada, numa operação de torção (b) ao longo dos rebordos longitudinais que estão virados um para o outro, para se produzir uma costura contínua e posteriormente ser sujeito a um tratamento de descompressão, caracterizado por, o tratamento de descompressão ser realizado durante uma operação de alongamento concêntrico (c) ao longo da circunferência, em pelo menos uma secção em relação ao eixo longitudinal daquele, enquanto a bobina trabalha por recalcamento.

2. Método para a produção de um tubo em aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, ser realizada deformação plástica do corpo tubular, ao longo de toda a circunferência do mesmo, durante o alongamento concêntrico.

3. Método de acordo com a Reivindicação 1 ou 2, caracterizado por, um diâmetro externo predeterminado do tubo (ra) ou um diâmetro interno predeterminado do tubo (ri) ser definido durante o alongamento concêntrico.

4. Método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, 2 a descompressão, alongamento na direção circunferencial e descompressão hidráulica, serem combinados um com os outros durante o alongamento concêntrico.

5. Método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, o alongamento concêntrico e descompressão serem realizados por meio de dois, em particular três entalhes de alongamento, os quais pressionam a partir do exterior, na direção radial em relação ao eixo do tubo, os quais se encontram inclinados na direção circunferencial e possuem invólucros de alongamento (11, 12, 13, 14) adaptados em secções ao contorno circunferencial do tubo (1). Lisboa, 9 de Novembro de 2011