Nota do Editor: Este artigo é o segundo de uma série de duas partes sobre o mercado e a fabricação de linhas de transferência de líquidos de pequeno diâmetro para aplicações de alta pressão. A primeira seção discute a disponibilidade nacional de produtos convencionais para essas aplicações, que são raros. A segunda parte discute dois produtos não tradicionais neste mercado.
Os dois tipos de tubos hidráulicos soldados designados pela Sociedade de Engenheiros Automotivos – SAE-J525 e SAE-J356A – compartilham uma fonte comum, assim como suas especificações escritas. Tiras de aço planas são cortadas na largura e conformadas em tubos por perfilagem. Após o polimento das bordas da tira com uma ferramenta aletada, o tubo é aquecido por soldagem por resistência de alta frequência e forjado entre rolos de pressão para formar uma solda. Após a soldagem, a rebarba externa é removida com um suporte, geralmente feito de carboneto de tungstênio. A rebarba de identificação é removida ou ajustada à altura máxima de projeto usando a ferramenta de travamento.
A descrição deste processo de soldagem é geral, e existem muitas pequenas diferenças de processo na produção real (ver Figura 1). No entanto, eles compartilham muitas propriedades mecânicas.
Falhas em tubulações e modos de falha comuns podem ser divididos em cargas de tração e compressão. Na maioria dos materiais, a tensão de tração é menor que a de compressão. No entanto, a maioria dos materiais é muito mais resistente à compressão do que à tração. O concreto é um exemplo. É altamente compressível, mas, a menos que seja moldado com uma rede interna de barras de reforço (vergalhões), é fácil de quebrar. Por esse motivo, o aço é submetido a ensaios de tração para determinar sua resistência à tração final (RTT). Todos os três tamanhos de mangueiras hidráulicas têm os mesmos requisitos: RTT de 310 MPa (45.000 psi).
Devido à capacidade dos tubos de pressão de suportar pressão hidráulica, pode ser necessário um cálculo e um teste de falha separados, conhecidos como teste de ruptura. Os cálculos podem ser usados ​​para determinar a pressão de ruptura teórica máxima, levando em consideração a espessura da parede, o UTS e o diâmetro externo do material. Como os tubos J525 e J356A podem ter o mesmo tamanho, a única variável é o UTS. Oferece resistência à tração típica de 50.000 psi com uma pressão de ruptura preditiva de 0,500 x 0,049 pol. A tubulação é a mesma para ambos os produtos: 10.908 psi.
Embora as previsões calculadas sejam as mesmas, uma diferença na aplicação prática se deve à espessura real da parede. No J356A, a rebarba interna é ajustável a um tamanho máximo, dependendo do diâmetro do tubo, conforme descrito na especificação. Para produtos J525 rebarbados, o processo de rebarbação normalmente reduz intencionalmente o diâmetro interno em cerca de 0,002 polegadas, resultando em afinamento localizado da parede na zona de solda. Embora a espessura da parede seja preenchida com o trabalho a frio subsequente, a tensão residual e a orientação dos grãos podem diferir do metal base, e a espessura da parede pode ser ligeiramente mais fina do que a do tubo comparável especificado no J356A.
Dependendo da finalidade do tubo, as rebarbas internas devem ser removidas ou achatadas (ou aplainadas) para eliminar possíveis caminhos de vazamento, principalmente em formas de extremidade alargadas de parede única. Embora se acredite que o tubo J525 tenha um DI liso e, portanto, não vaze, isso é um equívoco. Tubos J525 podem desenvolver listras no DI devido ao trabalho a frio inadequado, resultando em vazamentos na conexão.
Comece a rebarbação cortando (ou raspando) o cordão de solda da parede do diâmetro interno. A ferramenta de limpeza é fixada a um mandril apoiado por rolos dentro do tubo, logo atrás da estação de soldagem. Enquanto a ferramenta de limpeza removia o cordão de solda, os rolos inadvertidamente rolaram sobre alguns respingos de solda, fazendo com que atingissem a superfície do diâmetro interno do tubo (ver Figura 2). Isso é um problema para tubos levemente usinados, como tubos torneados ou brunidos.
Remover o flash do tubo não é fácil. O processo de corte transforma o glitter em um longo e emaranhado fio de aço afiado. Embora a remoção seja obrigatória, muitas vezes é um processo manual e imperfeito. Às vezes, trechos dos tubos de lenço saem da área do fabricante do tubo e são enviados aos clientes.
Arroz. 1. O material SAE-J525 é produzido em massa, o que exige investimentos e mão de obra significativos. Produtos tubulares semelhantes fabricados com SAE-J356A são totalmente usinados em laminadores de tubos de recozimento em linha, o que os torna mais eficientes.
Para tubos menores, como linhas de líquido com menos de 20 mm de diâmetro, a rebarbação do DI geralmente não é tão importante, pois esses diâmetros não exigem uma etapa adicional de acabamento do DI. A única ressalva é que o usuário final precisa apenas considerar se uma altura de controle de flash consistente criará um problema.
A excelência no controle de chamas por ID começa com o condicionamento, corte e soldagem precisos da tira. De fato, as propriedades da matéria-prima do J356A devem ser mais rigorosas do que as do J525, pois o J356A possui mais restrições quanto ao tamanho do grão, inclusões de óxidos e outros parâmetros de fabricação do aço devido ao processo de dimensionamento a frio envolvido.
Por fim, a soldagem ID frequentemente requer refrigerante. A maioria dos sistemas utiliza o mesmo refrigerante da ferramenta de leira, mas isso pode causar problemas. Apesar de serem filtrados e desengordurados, os refrigerantes de moinhos frequentemente contêm quantidades significativas de partículas metálicas, diversos óleos e outros contaminantes. Portanto, a tubulação J525 requer um ciclo de lavagem cáustica a quente ou outra etapa de limpeza equivalente.
Condensadores, sistemas automotivos e outros sistemas similares exigem limpeza da tubulação, e a limpeza adequada pode ser feita na fábrica. O J356A sai da fábrica com o furo limpo, teor de umidade controlado e resíduos mínimos. Por fim, é prática comum encher cada tubo com um gás inerte para evitar corrosão e selar as extremidades antes do envio.
Os tubos J525 são normalizados após a soldagem e, em seguida, trabalhados a frio (trefilados). Após o trabalho a frio, o tubo é normalizado novamente para atender a todos os requisitos mecânicos.
As etapas de normalização, trefilação e segunda normalização exigem o transporte do tubo para o forno, para a estação de trefilação e de volta para o forno. Dependendo das especificações da operação, essas etapas exigem outras subetapas separadas, como a aplicação de pontos (antes da pintura), a gravação e o endireitamento. Essas etapas são dispendiosas e exigem tempo, mão de obra e recursos financeiros significativos. Tubos trefilados a frio estão associados a uma taxa de desperdício de 20% na produção.
O tubo J356A é normalizado na laminação após a soldagem. O tubo não toca o solo e percorre desde as etapas iniciais de conformação até o tubo acabado em uma sequência contínua de etapas na laminação. Tubos soldados como o J356A apresentam um desperdício de 10% na produção. Tudo o mais constante, isso significa que as lâmpadas J356A são mais baratas de fabricar do que as lâmpadas J525.
Embora as propriedades desses dois produtos sejam semelhantes, elas não são as mesmas do ponto de vista metalúrgico.
Tubos J525 trefilados a frio requerem dois tratamentos preliminares de normalização: após a soldagem e após a trefilação. Temperaturas de normalização (1650 °F ou 900 °C) resultam na formação de óxidos superficiais, que geralmente são removidos com ácido mineral (geralmente sulfúrico ou clorídrico) após o recozimento. A decapagem tem um grande impacto ambiental em termos de emissões atmosféricas e fluxos de resíduos ricos em metais.
Além disso, a normalização da temperatura na atmosfera redutora do forno de rolos leva ao consumo de carbono na superfície do aço. Esse processo, a descarbonetação, deixa uma camada superficial muito mais fraca do que o material original (ver Figura 3). Isso é especialmente importante para tubos de parede fina. Com espessura de parede de 0,030", mesmo uma pequena camada de descarbonetação de 0,003" reduzirá a parede efetiva em 10%. Esses tubos enfraquecidos podem falhar devido a tensão ou vibração.
Figura 2. Uma ferramenta de limpeza de DI (não mostrada) é apoiada por roletes que se movem ao longo do DI do tubo. Um bom design dos roletes reduz a quantidade de respingos de solda que rolam para dentro da parede do tubo. Ferramentas Nielsen
Os tubos J356 são processados ​​em lotes e requerem recozimento em um forno de rolos, mas isso não se limita a isso. A variante, J356A, é completamente usinada em um laminador usando indução integrada, um processo de aquecimento muito mais rápido do que um forno de rolos. Isso reduz o tempo de recozimento, reduzindo assim a janela de oportunidade para descarbonetação de minutos (ou até horas) para segundos. Isso proporciona ao J356A um recozimento uniforme, sem óxido ou descarbonetação.
A tubulação utilizada em linhas hidráulicas deve ser flexível o suficiente para ser dobrada, expandida e moldada. As curvas são necessárias para levar o fluido hidráulico do ponto A ao ponto B, passando por diversas curvas e voltas ao longo do caminho, e o alargamento é a chave para fornecer um método de conexão final.
Em uma situação de "ovo ou galinha", as chaminés foram projetadas para conexões de queimadores de parede única (portanto, com um diâmetro interno liso), ou o inverso pode ter ocorrido. Nesse caso, a superfície interna do tubo se encaixa perfeitamente no soquete do conector de pino. Para garantir uma conexão metal-metal firme, a superfície do tubo deve ser o mais lisa possível. Este acessório surgiu na década de 1920 para a incipiente Divisão Aérea da Força Aérea dos EUA. Mais tarde, tornou-se o alargamento padrão de 37 graus, amplamente utilizado hoje.
Desde o início da pandemia da COVID-19, o fornecimento de tubos trefilados com diâmetros internos lisos diminuiu significativamente. Os materiais disponíveis tendem a ter prazos de entrega mais longos do que no passado. Essa mudança nas cadeias de suprimentos pode ser solucionada com o redesenho das conexões finais. Por exemplo, uma solicitação de cotação que exija um queimador de parede única e especifique J525 é candidata à substituição de um queimador de parede dupla. Qualquer tipo de tubo hidráulico pode ser usado com essa conexão final. Isso abre oportunidades para o uso do J356A.
Além das conexões de alargamento, as vedações mecânicas com anel de vedação (O-ring) também são comuns (veja a figura 5), ​​especialmente para sistemas de alta pressão. Esse tipo de conexão não só é menos estanque do que uma conexão de alargamento de parede única, por utilizar vedações elastoméricas, como também é mais versátil — pode ser moldada na extremidade de qualquer tipo comum de tubo hidráulico. Isso proporciona aos fabricantes de tubos maiores oportunidades na cadeia de suprimentos e melhor desempenho econômico a longo prazo.
A história industrial está repleta de exemplos de produtos tradicionais se consolidando em uma época em que era difícil para o mercado mudar de direção. Um produto concorrente – mesmo que seja significativamente mais barato e atenda a todos os requisitos do produto original – pode ter dificuldade para se firmar no mercado se surgirem suspeitas. Isso geralmente acontece quando um agente de compras ou um engenheiro designado está considerando uma substituição não tradicional para um produto existente. Poucos estão dispostos a correr o risco de serem descobertos.
Em alguns casos, mudanças podem não ser apenas necessárias, mas essenciais. A pandemia de COVID-19 resultou em mudanças inesperadas na disponibilidade de certos tipos e tamanhos de tubos para tubulações de fluidos de aço. As áreas de produtos afetadas são aquelas utilizadas nos setores automotivo, elétrico, de equipamentos pesados ​​e em quaisquer outras indústrias de fabricação de tubos que utilizem linhas de alta pressão, especialmente linhas hidráulicas.
Essa lacuna pode ser preenchida com um custo geral menor, considerando um tipo de tubo de aço estabelecido, mas específico. Selecionar o produto certo para uma aplicação requer alguma pesquisa para determinar a compatibilidade do fluido, a pressão operacional, a carga mecânica e o tipo de conexão.
Uma análise mais detalhada das especificações mostra que o J356A pode ser equivalente ao J525 original. Apesar da pandemia, ele ainda está disponível a um preço mais baixo por meio de uma cadeia de suprimentos comprovada. Se resolver problemas de formato final exigir menos mão de obra do que encontrar o J525, isso poderá ajudar os OEMs a resolver os desafios logísticos na era da COVID-19 e além.
Tube & Pipe Journal 于1990 年成为第一本致力于为金属管材行业服务的杂志。 Revista Tube & Pipe, 1990 O Tube & Pipe Journal foi publicado em 1990 pela indústria metalúrgica. A Tube & Pipe Journal se tornou a primeira revista dedicada à indústria de tubos metálicos em 1990.Hoje, ela continua sendo a única publicação do setor na América do Norte e se tornou a fonte de informações mais confiável para profissionais do setor de tubos.
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