Nota do editor: Este artigo é a segunda parte de uma série de dois artigos sobre o mercado e a fabricação de linhas de transferência de líquidos de pequeno diâmetro para aplicações de alta pressão. A primeira parte aborda a disponibilidade nacional de produtos convencionais para essas aplicações, que são raros. A segunda parte discute dois produtos não tradicionais nesse mercado.
Os dois tipos de tubos hidráulicos soldados designados pela Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) – SAE-J525 e SAE-J356A – compartilham uma origem comum, assim como suas especificações escritas. Tiras planas de aço são cortadas na largura desejada e transformadas em tubos por perfilagem. Após as bordas da tira serem polidas com uma ferramenta aletada, o tubo é aquecido por soldagem por resistência de alta frequência e forjado entre rolos de pressão para formar a 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 utilizando a ferramenta de travamento.
A descrição desse processo de soldagem é geral, e existem muitas pequenas diferenças no processo de produção real (ver Figura 1). No entanto, eles compartilham muitas propriedades mecânicas.
As falhas em tubulações e os 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 tensão de compressão. No entanto, a maioria dos materiais é muito mais resistente à compressão do que à tração. O concreto é um exemplo. Ele 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 testado à tração para determinar sua resistência máxima à tração (UTS). Todas as três dimensões de mangueiras hidráulicas têm os mesmos requisitos: 310 MPa (45.000 psi) de UTS.
Devido à capacidade dos tubos de pressão de suportar pressão hidráulica, um cálculo e teste de ruptura separados, conhecidos como teste de ruptura, podem ser necessários. Os cálculos podem ser usados ​​para determinar a pressão teórica máxima de ruptura, levando em consideração a espessura da parede, a resistência à tração (UTS) e o diâmetro externo do material. Como os tubos J525 e J356A podem ter o mesmo tamanho, a única variável é a UTS. A resistência à tração típica é de 50.000 psi, com uma pressão de ruptura prevista de 0,500 x 0,049 pol. A resistência à tração do tubo é a mesma para ambos os produtos: 10.908 psi.
Embora as previsões calculadas sejam as mesmas, uma diferença na aplicação prática deve-se à espessura real da parede. No J356A, a rebarba interna é ajustável até um tamanho máximo que depende do diâmetro do tubo, conforme descrito na especificação. Para produtos J525 desbarbados, o processo de desbarbamento normalmente reduz intencionalmente o diâmetro interno em cerca de 0,002 polegadas, resultando em um afinamento localizado da parede na zona de solda. Embora a espessura da parede seja preenchida com 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 menor do que a do tubo comparável especificado em J356A.
Dependendo da aplicação final do tubo, rebarbas internas devem ser removidas ou achatadas (ou achatadas) para eliminar possíveis pontos de vazamento, principalmente em tubos com extremidades alargadas de parede simples. Embora seja comum acreditar que o J525 tenha um diâmetro interno liso e, portanto, não apresente vazamentos, isso é um equívoco. Tubos J525 podem desenvolver estrias internas devido a conformação a frio inadequada, resultando em vazamentos na conexão.
Comece a rebarbação cortando (ou raspando) o cordão de solda da parede interna do tubo. A ferramenta de limpeza está presa a um mandril apoiado por roletes dentro do tubo, logo atrás da estação de soldagem. Enquanto a ferramenta de limpeza removia o cordão de solda, os roletes passaram inadvertidamente por cima de alguns respingos de solda, fazendo com que atingissem a superfície interna do tubo (veja a Figura 2). Isso representa um problema para tubos com usinagem leve, como tubos torneados ou brunidos.
Remover o brilho do tubo não é fácil. O processo de corte transforma o brilho em um fio longo e emaranhado de aço afiado. Embora a remoção seja necessária, geralmente é um processo manual e imperfeito. Às vezes, partes dos tubos de brilho saem das instalações do fabricante e são enviadas aos clientes.
Arroz. 1. O material SAE-J525 é produzido em massa, o que exige investimento e mão de obra significativos. Produtos tubulares similares, fabricados com SAE-J356A, são totalmente usinados em laminadores de tubos com recozimento em linha, sendo, portanto, mais eficientes.
Para tubulações menores, como linhas de líquidos com menos de 20 mm de diâmetro, o desbarbamento interno geralmente não é tão importante, pois esses diâmetros não exigem uma etapa adicional de acabamento interno. A única ressalva é que o usuário final precisa considerar se uma altura de controle de rebarba consistente criará algum problema.
A excelência no controle da chama em aços de fabricação aditiva começa com o condicionamento, corte e soldagem precisos da tira. De fato, as propriedades da matéria-prima do aço J356A devem ser mais rigorosas do que as do J525, pois o J356A possui mais restrições quanto ao tamanho de grão, inclusões de óxido e outros parâmetros de fabricação do aço, devido ao processo de dimensionamento a frio envolvido.
Por fim, a soldagem de diâmetro interno (ID) geralmente requer fluido de corte. A maioria dos sistemas utiliza o mesmo fluido de corte da ferramenta de corte, mas isso pode causar problemas. Apesar de filtrados e desengordurados, os fluidos de corte de usinagem 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 requerem limpeza de tubulações, e a limpeza adequada pode ser feita na fábrica. O tubo J356A sai da fábrica com o interior limpo, teor de umidade controlado e resíduos mínimos. Por fim, é prática comum preencher 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 até o forno, para a estação de trefilação e de volta ao forno. Dependendo das especificidades da operação, essas etapas requerem outras subetapas separadas, como rejuntamento (antes da pintura), decapagem e endireitamento. Essas etapas são dispendiosas e exigem recursos financeiros, de mão de obra e tempo consideráveis. Tubos trefilados a frio apresentam uma taxa de desperdício de 20% na produção.
O tubo J356A é normalizado no laminador após a soldagem. O tubo não toca o solo e percorre uma sequência contínua de etapas no laminador, desde as etapas iniciais de conformação até o tubo acabado. Tubos soldados como o J356A apresentam uma taxa de desperdício de 10% na produção. Mantendo-se todas as outras condições iguais, isso significa que as lâmpadas J356A são mais baratas de fabricar do que as lâmpadas J525.
Embora as propriedades desses dois produtos sejam semelhantes, eles não são iguais do ponto de vista metalúrgico.
Os tubos J525 trefilados a frio requerem dois tratamentos preliminares de normalização: após a soldagem e após a trefilação. As temperaturas de normalização (900 °C ou 1650 °F) resultam na formação de óxidos superficiais, que geralmente são removidos com ácido mineral (normalmente sulfúrico ou clorídrico) após o recozimento. A decapagem tem um grande impacto ambiental em termos de emissões atmosféricas e fluxos de resíduos ricos em metal.
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 frágil que o material original (ver Figura 3). Isso é especialmente importante para tubos de paredes finas. Com uma espessura de parede de 0,030″, mesmo uma pequena camada de descarbonetação de 0,003″ reduzirá a resistência efetiva da parede em 10%. Tubos enfraquecidos dessa forma podem falhar devido a tensões ou vibrações.
Figura 2. Uma ferramenta de limpeza interna (não mostrada) é suportada por roletes que se movem ao longo do diâmetro interno do tubo. Um bom projeto de roletes reduz a quantidade de respingos de solda que atingem a parede do tubo. Ferramentas Nielsen
Os tubos J356 são processados ​​em lotes e requerem recozimento em forno de rolos, mas isso não se limita a eles. A variante J356A é totalmente usinada em um laminador utilizando indução integrada, um processo de aquecimento muito mais rápido do que em um forno de rolos. Isso reduz o tempo de recozimento, diminuindo a janela de oportunidade para a descarbonetação de minutos (ou até horas) para segundos. Isso proporciona ao J356A um recozimento uniforme, sem óxidos ou descarbonetação.
Os tubos utilizados em linhas hidráulicas devem ser suficientemente flexíveis para serem dobrados, expandidos e moldados. As curvas são necessárias para levar o fluido hidráulico do ponto A ao ponto B, passando por diversas curvas e voltas ao longo do percurso, e o alargamento das extremidades é fundamental para garantir uma conexão adequada.
Numa situação do tipo "quem veio primeiro: o ovo ou a galinha?", as chaminés foram projetadas para conexões de queimadores de parede simples (portanto, com diâmetro interno liso), ou o inverso pode ter ocorrido. Nesse caso, a superfície interna do tubo se encaixa perfeitamente contra o soquete do conector de pino. Para garantir uma conexão metal-metal firme, a superfície do tubo deve ser o mais lisa possível. Esse acessório surgiu na década de 1920 para a recém-criada Divisão Aérea da Força Aérea dos EUA. Posteriormente, esse acessório se tornou o padrão de boca de 37 graus amplamente utilizado hoje em dia.
Desde o início da pandemia de 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 antes. Essa mudança nas cadeias de suprimentos pode ser contornada com o redesenho das conexões terminais. Por exemplo, uma solicitação de cotação que exige um queimador de parede simples e especifica a conexão J525 é uma candidata para substituir um queimador de parede dupla. Qualquer tipo de tubo hidráulico pode ser usado com essa conexão terminal. Isso abre oportunidades para o uso da conexão J356A.
Além das conexões de flangeamento, as vedações mecânicas com anéis de vedação também são comuns (ver figura 5), ​​especialmente para sistemas de alta pressão. Esse tipo de conexão não só é menos estanque do que uma conexão de flangeamento de parede simples, por utilizar vedações elastoméricas, como também é mais versátil — podendo ser instalada 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 que se consolidaram em momentos nos quais o mercado tinha dificuldade em mudar de direção. Um produto concorrente — mesmo que seja significativamente mais barato e atenda a todos os requisitos do produto original — pode ter dificuldades para ganhar espaço no mercado se surgirem suspeitas. Isso geralmente acontece quando um agente de compras ou um engenheiro designado considera uma substituição não tradicional para um produto existente. Poucos estão dispostos a correr o risco de serem descobertos.
Em alguns casos, as mudanças podem não apenas ser necessárias, mas imprescindíveis. A pandemia da COVID-19 resultou em alterações inesperadas na disponibilidade de certos tipos e tamanhos de tubos de aço para fluidos. Os setores afetados incluem os utilizados nas indústrias automotiva, elétrica, 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 a um custo geral menor considerando um tipo de tubo de aço já estabelecido, porém específico para um nicho de mercado. Selecionar o produto certo para uma aplicação requer pesquisa para determinar a compatibilidade com o fluido, a pressão de operação, 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 for menos trabalhoso do que encontrar um J525, isso poderá ajudar os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) a superar 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 de 1990 O Tube & Pipe Journal foi publicado no jornal da indústria metalúrgica em 1990. A revista Tube & Pipe Journal tornou-se a primeira publicação dedicada à indústria de tubos metálicos em 1990.Atualmente, continua sendo a única publicação do setor na América do Norte e se tornou a fonte de informação mais confiável para profissionais da indústria de tubulações.
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