Nota del editor: Este artículo es el segundo de una serie de dos partes sobre el mercado y la fabricación de líneas de transferencia de líquidos de diámetro pequeño para aplicaciones de alta presión. La primera sección analiza la disponibilidad nacional de productos convencionales para estas aplicaciones, que son poco comunes. La segunda parte analiza dos productos no tradicionales en este mercado.
Los dos tipos de tuberías hidráulicas soldadas designados por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE-J525 y SAE-J356A) comparten una fuente común, al igual que sus especificaciones escritas. Las tiras planas de acero se cortan a la anchura deseada y se conforman en tubos mediante perfilado. Tras pulir los bordes de la tira con una herramienta de aletas, la tubería se calienta mediante soldadura por resistencia de alta frecuencia y se forja entre rodillos de presión para formar una soldadura. Tras la soldadura, se elimina la rebaba del diámetro exterior con un soporte, generalmente de carburo de tungsteno. La rebaba de identificación se elimina o se ajusta a la altura máxima de diseño con la herramienta de bloqueo.
La descripción de este proceso de soldadura es general, y existen numerosas pequeñas diferencias en la producción real (véase la Figura 1). Sin embargo, comparten numerosas propiedades mecánicas.
Las fallas de tuberías y los modos de falla comunes se pueden dividir en cargas de tracción y compresión. En la mayoría de los materiales, la tensión de tracción es menor que la de compresión. Sin embargo, la mayoría de los materiales son mucho más resistentes a la compresión que a la tensión. El hormigón es un ejemplo. Es altamente compresible, pero a menos que se moldee con una red interna de barras de refuerzo (varillas corrugadas), es fácil de romper. Por esta razón, el acero se somete a pruebas de tracción para determinar su resistencia máxima a la tracción (UTS). Los tres tamaños de mangueras hidráulicas tienen los mismos requisitos: 310 MPa (45 000 psi) UTS.
Debido a la capacidad de las tuberías de presión para soportar presión hidráulica, puede requerirse un cálculo y una prueba de rotura independientes, conocidos como prueba de estallido. Los cálculos permiten determinar la presión de estallido máxima teórica, considerando el espesor de pared, la UTS y el diámetro exterior del material. Dado que los tubos J525 y J356A pueden tener el mismo tamaño, la única variable es la UTS. Proporciona una resistencia a la tracción típica de 50 000 psi con una presión de estallido predictiva de 0,500 x 0,049 pulg. El tubo es el mismo para ambos productos: 10 908 psi.
Aunque las predicciones calculadas son las mismas, una diferencia en la aplicación práctica se debe al espesor real de la pared. En el J356A, la rebaba interna se puede ajustar a un tamaño máximo según el diámetro de la tubería, como se describe en la especificación. En los productos J525 desbarbados, el proceso de desbarbado suele reducir intencionalmente el diámetro interior en aproximadamente 0,002 pulgadas, lo que resulta en un adelgazamiento localizado de la pared en la zona de soldadura. Aunque el espesor de la pared se rellena mediante el trabajo en frío posterior, la tensión residual y la orientación del grano pueden diferir de las del metal base, y el espesor de la pared puede ser ligeramente menor que el de la tubería comparable especificada en el J356A.
Dependiendo del uso final de la tubería, es necesario eliminar o aplanar las rebabas internas para eliminar posibles vías de fuga, principalmente en los extremos acampanados de pared simple. Si bien se suele creer que el tubo J525 tiene un diámetro interior liso y, por lo tanto, no presenta fugas, esto es un error. Los tubos J525 pueden presentar vetas en el diámetro interior debido a un trabajo en frío inadecuado, lo que provoca fugas en la conexión.
Comience el desbarbado cortando (o raspando) el cordón de soldadura de la pared del diámetro interior. La herramienta de limpieza está conectada a un mandril sostenido por rodillos dentro del tubo, justo detrás de la estación de soldadura. Mientras la herramienta de limpieza retiraba el cordón de soldadura, los rodillos rodaron accidentalmente sobre algunas salpicaduras de soldadura, provocando que impactaran la superficie del diámetro interior del tubo (véase la Figura 2). Esto representa un problema para tubos ligeramente mecanizados, como los torneados o bruñidos.
Quitar el destello del tubo no es fácil. El proceso de corte convierte la brillantina en una larga y enredada hebra de acero afilado. Si bien la extracción es obligatoria, suele ser un proceso manual e imperfecto. A veces, secciones de tubos de bufanda salen del territorio del fabricante y se envían a los clientes.
Arroz. 1. El material SAE-J525 se produce en masa, lo que requiere una inversión y mano de obra considerables. Productos tubulares similares fabricados con SAE-J356A se mecanizan completamente en laminadores de tubos con recocido en línea, lo que resulta en una mayor eficiencia.
Para tuberías más pequeñas, como líneas de líquido de menos de 20 mm de diámetro, el desbarbado del diámetro interior no suele ser tan importante, ya que estos diámetros no requieren un paso adicional de acabado del diámetro interior. La única salvedad es que el usuario final solo debe considerar si una altura de control de rebaba constante creará un problema.
La excelencia en el control de llama ID comienza con un acondicionamiento, corte y soldadura precisos de la banda. De hecho, las propiedades de la materia prima J356A deben ser más rigurosas que las del J525, ya que este acero presenta mayores restricciones en cuanto al tamaño del grano, las inclusiones de óxido y otros parámetros de fabricación del acero debido al proceso de encolado en frío.
Finalmente, la soldadura ID suele requerir refrigerante. La mayoría de los sistemas utilizan el mismo refrigerante que la herramienta de hilerado, pero esto puede causar problemas. A pesar de estar filtrados y desengrasados, los refrigerantes de laminación suelen contener cantidades significativas de partículas metálicas, diversos aceites y otros contaminantes. Por lo tanto, la tubería J525 requiere un ciclo de lavado con cáustico caliente u otro proceso de limpieza equivalente.
Los condensadores, sistemas automotrices y otros sistemas similares requieren limpieza de tuberías, y la limpieza adecuada puede realizarse en la planta. El J356A sale de fábrica con un diámetro interior limpio, un contenido de humedad controlado y residuos mínimos. Finalmente, es práctica común llenar cada tubo con un gas inerte para prevenir la corrosión y sellar los extremos antes del envío.
Los tubos J525 se normalizan tras la soldadura y se estiran en frío. Tras el estirado en frío, se normalizan de nuevo para cumplir con todos los requisitos mecánicos.
Las etapas de normalización, trefilado y segunda normalización requieren el transporte del tubo al horno, a la estación de trefilado y de vuelta al horno. Dependiendo de las particularidades de la operación, estas etapas requieren subetapas independientes, como el rejuntado (antes del pintado), el grabado y el enderezado. Estas etapas son costosas y requieren una cantidad considerable de tiempo, mano de obra y dinero. Los tubos trefilados en frío generan un 20 % de desperdicio en la producción.
El tubo J356A se normaliza en el laminador tras la soldadura. El tubo no toca el suelo y se desplaza desde las etapas iniciales de conformado hasta el tubo terminado en una secuencia continua de pasos en el laminador. Los tubos soldados, como el J356A, tienen un 10 % de desperdicio en la producción. En igualdad de condiciones, esto significa que las lámparas J356A son más económicas de fabricar que las lámparas J525.
Aunque las propiedades de estos dos productos son similares, no son iguales desde el punto de vista metalúrgico.
Las tuberías J525 estiradas en frío requieren dos tratamientos de normalización preliminares: después de la soldadura y después del estirado. Las temperaturas de normalización (900 °C o 1650 °F) dan lugar a la formación de óxidos superficiales, que suelen eliminarse con ácido mineral (generalmente sulfúrico o clorhídrico) tras el recocido. El decapado tiene un gran impacto ambiental en términos de emisiones atmosféricas y flujos de residuos ricos en metales.
Además, la normalización de la temperatura en la atmósfera reductora del horno de solera de rodillos provoca el desgaste del carbono en la superficie del acero. Este proceso, la descarburación, deja una capa superficial mucho más débil que el material original (véase la Figura 3). Esto es especialmente importante para tuberías de pared delgada. Con un espesor de pared de 0,030″, incluso una pequeña capa de descarburación de 0,003″ reducirá la pared efectiva en un 10%. Estas tuberías debilitadas pueden fallar debido a la tensión o la vibración.
Figura 2. Una herramienta de limpieza de diámetro interior (no se muestra) está sostenida por rodillos que se mueven a lo largo del diámetro interior de la tubería. Un buen diseño de los rodillos reduce la cantidad de salpicaduras de soldadura que se acumulan en la pared de la tubería. Herramientas Nielsen.
Los tubos J356 se procesan por lotes y requieren recocido en un horno de solera de rodillos, pero esto no se limita a esto. La variante J356A se mecaniza completamente en un laminador mediante inducción integrada, un proceso de calentamiento mucho más rápido que el de un horno de solera de rodillos. Esto acorta el tiempo de recocido, reduciendo así el margen de oportunidad para la descarburación de minutos (o incluso horas) a segundos. Esto proporciona al J356A un recocido uniforme sin óxido ni descarburación.
Los tubos utilizados para líneas hidráulicas deben ser lo suficientemente flexibles como para doblarse, expandirse y moldearse. Las curvas son necesarias para transportar el fluido hidráulico del punto A al punto B, pasando por diversas curvas y giros a lo largo del trayecto, y el abocardado es clave para proporcionar un método de conexión final.
En una situación de dilema, las chimeneas se diseñaron para conexiones de quemador de una sola pared (con un diámetro interior liso), o bien podría haber ocurrido lo contrario. En este caso, la superficie interior del tubo encaja perfectamente contra el casquillo del conector de clavija. Para garantizar una conexión hermética entre metales, la superficie del tubo debe ser lo más lisa posible. Este accesorio apareció en la década de 1920 para la naciente División Aérea de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Posteriormente, se convirtió en el abocinado estándar de 37 grados, ampliamente utilizado en la actualidad.
Desde el inicio de la pandemia de COVID-19, el suministro de tubos trefilados con diámetros interiores lisos ha disminuido significativamente. Los materiales disponibles suelen tener plazos de entrega más largos que antes. Este cambio en las cadenas de suministro puede abordarse rediseñando las conexiones finales. Por ejemplo, una solicitud de presupuesto (RFQ) que requiere un quemador de pared simple y especifica el J525 es una buena opción para reemplazar un quemador de pared doble. Cualquier tipo de tubería hidráulica se puede utilizar con esta conexión final. Esto abre nuevas oportunidades para el uso del J356A.
Además de las conexiones abocardadas, los sellos mecánicos con junta tórica también son comunes (véase la figura 5), ​​especialmente para sistemas de alta presión. Este tipo de conexión no solo es menos hermética que una conexión abocardada de pared simple, ya que utiliza sellos elastoméricos, sino que también es más versátil: puede fabricarse en el extremo de cualquier tipo común de tubería hidráulica. Esto ofrece a los fabricantes de tuberías mayores oportunidades en la cadena de suministro y un mejor rendimiento económico a largo plazo.
La historia industrial está llena de ejemplos de productos tradicionales que se afianzan en un momento en que al mercado le resulta difícil cambiar de rumbo. Un producto de la competencia, incluso uno significativamente más económico que cumpla con todos los requisitos del producto original, puede tener dificultades para consolidarse en el mercado si surgen sospechas. Esto suele ocurrir cuando un agente de compras o un ingeniero asignado considera un sustituto no tradicional para un producto existente. Pocos están dispuestos a arriesgarse a ser descubiertos.
En algunos casos, los cambios pueden ser no solo necesarios, sino necesarios. La pandemia de COVID-19 ha provocado cambios inesperados en la disponibilidad de ciertos tipos y tamaños de tuberías de acero para fluidos. Las áreas de productos afectadas son las utilizadas en las industrias automotriz, eléctrica, de maquinaria pesada y cualquier otra industria de fabricación de tuberías que utilice líneas de alta presión, especialmente líneas hidráulicas.
Esta brecha se puede cubrir a un menor costo total considerando un tipo de tubería de acero consolidado, pero especializado. Seleccionar el producto adecuado para una aplicación requiere investigación para determinar la compatibilidad de fluidos, la presión de operación, la carga mecánica y el tipo de conexión.
Un análisis más detallado de las especificaciones muestra que el J356A puede ser equivalente al J525 original. A pesar de la pandemia, sigue estando disponible a un precio más bajo gracias a una cadena de suministro de eficacia probada. Si resolver los problemas de forma final requiere menos trabajo que encontrar el J525, podría ayudar a los fabricantes de equipos originales (OEM) a superar los desafíos logísticos en la era de la COVID-19 y en el futuro.
Tube & Pipe Journal 1990 年成为第一本致力于为金属管材行业服务的杂志. Revista de tubos y tuberías de 1990 Tube & Pipe Journal es un periódico de la industria metalúrgica de 1990. Tube & Pipe Journal se convirtió en la primera revista dedicada a la industria de tuberías metálicas en 1990.Hoy en día, sigue siendo la única publicación de la industria en América del Norte y se ha convertido en la fuente de información más confiable para los profesionales de la industria de tuberías.
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