Os tubos de aço são um componente importante usado no transporte de petróleo e gás, engenharia municipal, indústrias químicas, indústrias de manufatura mecânica, engenharia de energia e infraestrutura offshore.
De acordo com diferentes processos de fabricação, os tubos de aço industriais são divididos principalmente em duas categorias: tubos de aço sem costura e tubos soldados por resistência.(ERW) tubos de aço. Embora esses dois tubos possam atender aos requisitos de transporte de fluidos e suporte de carga-estrutural, seus princípios de formação, processos de produção, características estruturais, propriedades mecânicas, precisão dimensional e escopos de aplicação apresentam diferenças significativas. Durante a aquisição real e o projeto de tubulações, muitos engenheiros podem ter um certo mal-entendido sobre os limites de desempenho dos tubos de aço ERW e dos tubos de aço sem costura, o que pode levar à seleção inadequada de materiais, riscos potenciais à segurança ou desperdício de custos.
Os tubos de aço sem costura são produzidos por punção e laminação, sem costuras de soldagem; enquanto os tubos de aço ERW são feitos por tiras de aço dobradas a frio e depois soldados por resistência de alta-frequência. A diferença fundamental nos processos de fabricação leva a diferenças significativas na microestrutura, na resistência à compressão e na estabilidade da vida útil. Portanto, este artigo compara esses dois tipos de tubos sob diferentes aspectos para fornecer uma base razoável para a produção industrial e seleção de materiais de engenharia.
As diferenças nas definições básicas e princípios de formação
1. O princípio dos tubos de aço sem costura
Tubos de aço sem costura são tubos de aço ocos feitos através de um processo contínuo de conformação a quente. Não necessitam de soldagem durante o processo de fabricação. O princípio básico de fabricação é a perfuração a quente e a laminação contínua. Os tubos sem costura são formados a partir de um tarugo de aço sólido que é aquecido a alta temperatura, depois perfurado, laminado, dimensionado e resfriado. Sob a condição plástica de alta-temperatura, o tarugo de aço redondo sólido é perfurado por uma máquina de perfuração para formar um tarugo de tubo oco e, em seguida, múltiplas passagens de laminação são usadas para controlar com precisão a espessura da parede e o diâmetro externo. Como não há processos de corte, emenda ou soldagem durante o processo de fabricação, o corpo do tubo retém completamente a estrutura contínua de fibra metálica da matéria-prima. Não há fraquezas estruturais, como costuras de solda. Portanto, esta característica determina que os tubos de aço sem costura tenham alta integridade estrutural geral e capacidade de carga uniforme-.
2. O princípio dos tubos de aço soldados ERW
Os tubos de aço ERW são típicos tubos de aço soldados longitudinais, fabricados por meio do processo de soldagem por resistência de alta-frequência. O princípio básico é usar tiras de aço laminadas a quente como matéria-prima e, em seguida, usar vários rolos de formação para rolar continuamente as tiras de aço planas no formato de um tubo oco cilíndrico. Então, aproveitando o efeito pelicular e o efeito de proximidade da corrente de alta-frequência, as bordas da peça bruta do tubo são rapidamente aquecidas até um estado plástico. Sob o efeito mecânico de extrusão dos rolos formadores, as bordas fundidas após o aquecimento são extrudadas e formadas, formando uma solda longitudinal firme. Ao contrário do processo de conformação de tubos sem costura, os tubos de aço ERW são produzidos por uma combinação de “conformação + soldagem”, com cordões de solda presentes no corpo do tubo. Embora a tecnologia moderna de soldagem de alta-frequência possa tornar a resistência da solda próxima da resistência do material de base, a área de solda ainda é uma zona de modificação metalúrgica e sua microestrutura é diferente do material de base. Esta é a diferença estrutural mais óbvia entre tubos de aço ERW e tubos de aço sem costura.
Diferenças nos processos de fabricação
1. O processo de produção detubos de aço sem costura
A produção de tubos de aço sem costura é um processo complexo. Todo o processo inclui inspeção de tarugos de aço, aquecimento-de alta temperatura, perfuração rotacional, laminação contínua, endireitamento de tamanho, resfriamento, corte-comprimento, detecção de defeitos e inspeção de produto acabado. Primeiro, o tarugo de aço redondo sólido é aquecido em um forno de aquecimento acima de 1200 graus. O objetivo disto é permitir que ele tenha capacidade de deformação plástica suficiente. Em seguida, a máquina perfuradora perfura o tarugo de aço para formar um invólucro tubular oco. Em seguida, o invólucro tubular entra no laminador e passa por múltiplas reduções e correções de diâmetro externo para garantir espessura de parede uniforme e atender aos requisitos de precisão dimensional. Finalmente, o tubo de aço é resfriado, endireitado e cortado em produtos acabados. Todo o processo depende de laminação a quente e deformação plástica, sem nenhum procedimento de soldagem. Portanto, o ciclo de produção de tubos de aço sem costura é longo, o consumo de energia é alto e a eficiência da produção é relativamente baixa. Portanto, essas desvantagens são mais óbvias ao produzir especificações de tubos de aço sem costura de grande-diâmetro e paredes-finas.
2. O processo de produção de tubos ERW
Os tubos ERW são fabricados em uma linha de produção contínua e eficiente de dobra a frio e soldagem. Os principais processos incluem desenrolamento de bobinas de aço, achatamento do material da tira, corte de bordas, laminação e conformação contínua, soldagem por resistência de alta-frequência, remoção de cordões de solda, resfriamento, dimensionamento, endireitamento, corte-de mosca e testes não-destrutivos. A matéria-prima para tubos ERW são bobinas de aço laminadas a quente, que podem ser alimentadas e produzidas continuamente. A principal etapa de produção é a soldagem de estado sólido-de alta frequência-, que pode alcançar a fusão da solda sem a necessidade de fios e fluxo de soldagem. A característica de toda a linha de produção é a capacidade de operar continuamente, ciclo de produção curto e alta eficiência. Comparado com a produção de tubos sem costura, o processo ERW apresenta menor consumo de energia, maior nível de automação e maior capacidade de produção; no entanto, os produtos são limitados pela largura do material da tira e pelo processo de formação, e há certas limitações na produção de especificações de tubos com paredes ultra-espessas-e ultra{13}}grandes-de diâmetro.
Diferenças estruturais e microscópicas
1. Integridade estrutural
O tubo de aço sem costura possui uma estrutura geral uniforme, sem soldas ou pontos fracos no corpo do tubo. Sua estrutura interna de fibra metálica é contínua e uniforme em todas as direções, e a distribuição de tensões é consistente quando suporta pressão interna e forças externas. A diferença é que os tubos de aço ERW possuem soldas óbvias. A área de solda passa pelos processos de fusão, recristalização e resfriamento rápido, resultando em diferenças na estrutura dos grãos. Portanto, a uniformidade estrutural dos tubos de aço ERW é ligeiramente inferior à dos tubos de aço sem costura, e a solda é sempre a principal parte de inspeção e o elo relativamente fraco do corpo do tubo.
2. As diferenças entre precisão dimensional e qualidade da superfície
Os materiais de tubos ERW têm maior precisão dimensional e qualidade de superfície mais estável. Por adotar tecnologia de laminação de tiras e dimensionamento preciso, a tolerância à espessura da parede, arredondamento e retilineidade dos materiais dos tubos ERW são bem controladas, as paredes internas e externas são lisas e o desvio dimensional é pequeno. Tubos sem costura são formados por punção e laminação em alta-temperatura, e sua uniformidade de espessura de parede é facilmente afetada pela temperatura de aquecimento e pela estabilidade de laminação. Portanto, a tolerância à espessura da parede e a rugosidade da superfície dos tubos sem costura são relativamente maiores.
Desempenho mecânico e diferenças de segurança
Tolerância à pressão e estabilidade estrutural
O tubo de aço sem costura possui excelente resistência geral à compressão e ao impacto. Devido à ausência de cordões de solda, defeitos comuns de soldagem, como microfissuras, podem ser completamente evitados. Sob condições de trabalho de ultra-alta pressão, baixa temperatura e choque intenso, o tubo de aço sem costura ainda pode manter propriedades mecânicas estáveis e tem menos probabilidade de fraturar repentinamente. Os tubos de aço ERW podem atender aos requisitos de pressão de trabalho da maioria dos dutos convencionais, mas a área de solda é mais sensível a cargas de fadiga e impactos-de baixa temperatura.
Diferenças no escopo do aplicativo
1. Aplicações de tubos de aço sem costura
Os tubos de aço sem costura são utilizados principalmente em condições de trabalho extremamente exigentes. Por exemplo, seus principais cenários de aplicação incluem tubulações de caldeiras de alta-pressão, tubulações petroquímicas de alta-temperatura e alta{3}}pressão, linhas troncais de transporte de gás natural de alta-pressão, tubulações de energia hidráulica, engenharia criogênica de baixa-temperatura e equipamentos de fabricação mecânica de alta{6}}precisão, etc. Portanto, tubos de aço sem costura são preferidos nestas aplicações.
2. A aplicação de tubos ERW
Os tubos ERW são amplamente utilizados em cenários convencionais de média e baixa pressão, como dutos urbanos de abastecimento de água e drenagem, dutos de proteção contra incêndio, estacas de tubos para construção de estruturas de aço, dutos de transporte secundário para petróleo e gás na indústria em geral, dutos de transporte na indústria leve e setor químico, bem como dutos de suporte mecânico geral.
A diferença fundamental entre tubos de aço soldados ERW e tubos de aço sem costura reside em seus princípios de fabricação e mecanismos de formação completamente diferentes.
Tubos de aço sem costura são produzidos por meio de um processo geral de puncionamento e laminação em alta-temperatura, sem soldas, estrutura metálica uniforme, excelentes propriedades mecânicas gerais e forte adaptabilidade a ambientes de trabalho extremos. No entanto, os seus custos de produção são elevados, a eficiência é baixa e as tolerâncias de tamanho são grandes.
Por outro lado, os tubos de aço ERW são fabricados por meio de conformação a frio de materiais em folha e soldagem por resistência de alta-frequência. Eles têm as vantagens de alta eficiência de produção, baixo custo, alta precisão dimensional e superfície lisa. Porém, sua desvantagem é a diferença estrutural entre a solda e o material de base.
Ao selecionar materiais para aplicações de engenharia, deve-se considerar a pressão real de trabalho, a temperatura ambiente e o custo orçamentário, e escolher o tipo apropriado de material de tubo de acordo. Os tubos de aço sem costura são adequados para cenários industriais com alta pressão, baixa temperatura, alto risco e alta confiabilidade, enquanto os tubos de aço ERW são a escolha mais econômica e eficiente no transporte convencional de tubulações de baixa e média-pressão e na engenharia estrutural. Com o avanço contínuo das tecnologias de soldagem e tratamento térmico, a lacuna de desempenho entre tubos de aço ERW de alta{3}}qualidade e tubos de aço sem costura está gradualmente diminuindo, o que promoverá ainda mais o desenvolvimento futuro da indústria de fabricação de tubos de aço em direção à diversificação e ao refinamento.
