Los tubos de acero son tubos largos y huecos que se utilizan para diversos fines. Se producen mediante dos métodos distintos que dan como resultado tubos soldados o sin soldadura. En ambos métodos, el acero en bruto se funde primero para darle una forma inicial más manejable. Luego se transforma en tubo estirándolo hasta obtener un tubo sin soldadura o uniendo los bordes y sellándolos con soldadura. Los primeros métodos para producir tubos de acero se introdujeron a principios del siglo XIX y han evolucionado progresivamente hasta los procesos modernos que utilizamos hoy en día. Cada año se producen millones de toneladas de tubos de acero. Su versatilidad lo convierte en el producto más utilizado por la industria siderúrgica.
Historia
El ser humano ha utilizado tuberías durante miles de años. Quizás su primer uso se remonta a los antiguos agricultores, quienes desviaban agua de arroyos y ríos hacia sus campos. La evidencia arqueológica sugiere que los chinos utilizaban tuberías de caña para transportar agua a los lugares deseados ya en el año 2000 a. C. Se han descubierto tubos de arcilla utilizados por otras civilizaciones antiguas. Durante el siglo I d. C., se construyeron las primeras tuberías de plomo en Europa. En los países tropicales, se utilizaban tubos de bambú para transportar agua. Los estadounidenses de la época colonial usaban madera con un propósito similar. En 1652, se construyó en Boston la primera red de abastecimiento de agua utilizando troncos huecos.
La tubería soldada se forma haciendo rodar tiras de acero a través de una serie de rodillos acanalados que les dan forma circular. A continuación, la tubería sin soldar pasa por electrodos de soldadura, que sellan los dos extremos.
Ya en 1840, los trabajadores del hierro podían producir tubos sin soldadura. En un método, se perforaba un agujero en un lingote redondo de metal macizo. Luego, el lingote se calentaba y se estiraba a través de una serie de matrices que lo alargaban para formar un tubo. Este método era ineficiente porque resultaba difícil perforar el agujero en el centro. Esto daba como resultado un tubo irregular, con un lado más grueso que el otro. En 1888, se patentó un método mejorado. En este proceso, el lingote macizo se moldeaba alrededor de un núcleo de ladrillo refractario. Una vez enfriado, se retiraba el ladrillo, dejando un agujero en el centro. Desde entonces, las nuevas técnicas de laminación han reemplazado estos métodos.
Diseño
Existen dos tipos de tubería de acero: sin soldadura y con una sola soldadura a lo largo de su longitud. Ambos tipos tienen diferentes usos. Los tubos sin soldadura suelen ser más ligeros y tener paredes más delgadas. Se utilizan en bicicletas y para el transporte de líquidos. Los tubos con soldadura son más pesados y rígidos. Tienen una mejor consistencia y suelen ser más rectos. Se utilizan para el transporte de gas, conductos eléctricos y fontanería. Generalmente, se emplean en aplicaciones donde la tubería no está sometida a una gran tensión.
Materias primas
La principal materia prima en la producción de tuberías es el acero. El acero se compone principalmente de hierro. Otros metales que pueden estar presentes en la aleación incluyen aluminio, manganeso, titanio, tungsteno, vanadio y circonio. En ocasiones, se utilizan materiales de acabado durante la producción, como por ejemplo pintura.
La tubería sin soldadura se fabrica mediante un proceso que calienta y moldea un lingote sólido hasta darle forma cilíndrica, para luego enrollarlo hasta que se estira y se ahueca. Debido a la forma irregular del centro ahuecado, se introduce una punta perforadora con forma de bala a través del centro del lingote durante el enrollado. Si la tubería está recubierta, se suele aplicar una ligera capa de aceite a las tuberías de acero al final de la línea de producción. Esto ayuda a proteger la tubería. Si bien no forma parte del producto final, el ácido sulfúrico se utiliza en una etapa de la fabricación para limpiar la tubería.
El proceso de fabricación
Las tuberías de acero se fabrican mediante dos procesos diferentes. El método de producción general para ambos procesos consta de tres pasos. Primero, el acero en bruto se transforma en una forma más manejable. A continuación, se le da forma a la tubería en una línea de producción continua o semicontinua. Finalmente, la tubería se corta y se modifica para satisfacer las necesidades del cliente. Algunos fabricantes de tuberías de acero utilizan...máquina de corte láser de tubosa cortar o ahuecar previamente el tubo para aumentar la competitividad de los tubos
La tubería sin soldadura se fabrica mediante un proceso que calienta y moldea un lingote sólido hasta darle forma cilíndrica, para luego laminarlo hasta estirarlo y ahuecarlo. Dado que el centro ahuecado tiene una forma irregular, se introduce una punta perforadora con forma de bala a través del centro del lingote durante el laminado.
Producción de lingotes
1. El acero fundido se produce al fundir mineral de hierro y coque (una sustancia rica en carbono que se obtiene al calentar carbón en ausencia de aire) en un horno, y luego eliminar la mayor parte del carbono inyectando oxígeno en el líquido. El acero fundido se vierte en grandes moldes de hierro de paredes gruesas, donde se enfría formando lingotes.
2. Para formar productos planos como placas y láminas, o productos largos como barras y varillas, los lingotes se moldean entre grandes rodillos bajo una enorme presión. Producción de tochos y planchas.
3. Para producir un lingote, este se hace pasar a través de un par de rodillos de acero acanalados apilados. Este tipo de rodillos se denominan laminadores de dos rodillos. En algunos casos, se utilizan tres rodillos. Los rodillos están montados de manera que sus ranuras coincidan y giran en direcciones opuestas. Esta acción comprime y estira el acero, convirtiéndolo en piezas más delgadas y largas. Cuando el operario invierte el sentido de giro de los rodillos, el acero vuelve a pasar, volviéndose más delgado y largo. Este proceso se repite hasta que el acero alcanza la forma deseada. Durante este proceso, unas máquinas llamadas manipuladores voltean el acero para que cada lado se procese de manera uniforme.
4. Los lingotes también pueden laminarse en planchas mediante un proceso similar al de la fabricación de tochos. El acero pasa a través de un par de rodillos apilados que lo estiran. Además, cuenta con rodillos laterales para controlar el ancho de las planchas. Una vez que el acero adquiere la forma deseada, se cortan los extremos irregulares y las planchas o tochos se cortan en piezas más cortas. Procesamiento posterior
5. Los lingotes se procesan generalmente antes de convertirse en tubos. Se transforman en palanquillas al pasar por laminadores que los alargan y estrechan. Las palanquillas se cortan con cizallas volantes, un par de cizallas sincronizadas que se desplazan a gran velocidad junto a la palanquilla y la cortan. Esto permite realizar cortes eficientes sin interrumpir el proceso de fabricación. Estas palanquillas se apilan y finalmente se convierten en tubos sin soldadura.
6. Las planchas también se reelaboran. Para hacerlas maleables, primero se calientan a 1204 °C (2200 °F). Esto provoca la formación de una capa de óxido en la superficie de la plancha. Esta capa se elimina con una máquina rompedora de óxido y un chorro de agua a alta presión. A continuación, las planchas pasan por una serie de rodillos en un laminador en caliente y se convierten en tiras delgadas y estrechas de acero llamadas fleje. Este laminador puede tener hasta 800 metros de longitud. A medida que las planchas pasan por los rodillos, se vuelven más delgadas y largas. En aproximadamente tres minutos, una sola plancha puede transformarse de una pieza de acero de 15,2 cm (6 pulgadas) de espesor a una cinta delgada de acero que puede tener 400 metros de longitud.
7. Tras el estiramiento, el acero se decapa. Este proceso consiste en hacerlo pasar por una serie de tanques que contienen ácido sulfúrico para limpiar el metal. Para finalizar, se enjuaga con agua fría y caliente, se seca y luego se enrolla en grandes bobinas y se empaqueta para su transporte a una planta de fabricación de tuberías.
8. Tanto las algas como los lingotes se utilizan para fabricar tuberías. Las algas se transforman en tuberías soldadas. Primero se colocan en una desenrolladora. A medida que se desenrolla el carrete de acero, este se calienta. Luego, el acero pasa a través de una serie de rodillos acanalados. Al pasar, los rodillos hacen que los bordes de las algas se curven entre sí, formando así una tubería sin soldar.
9. A continuación, el acero pasa por electrodos de soldadura. Estos dispositivos sellan los dos extremos del tubo. La soldadura se hace pasar por un rodillo de alta presión que ayuda a crear una soldadura hermética. El tubo se corta a la longitud deseada y se apila para su posterior procesamiento. La fabricación de tubos de acero soldados es un proceso continuo y, según el tamaño del tubo, se puede alcanzar una velocidad de hasta 335,3 m (1100 pies) por minuto.
10. Cuando se necesita tubería sin soldadura, se utilizan tochos cuadrados para su producción. Estos se calientan y se moldean para formar un cilindro, también llamado redondo. El redondo se introduce en un horno donde se calienta al rojo vivo. A continuación, se lamina con gran presión. Esta laminación a alta presión provoca que el tocho se estire y se forme un orificio en el centro. Dado que este orificio tiene una forma irregular, se introduce una punta perforadora con forma de bala a través del centro del tocho durante el laminado. Tras la etapa de perforación, la tubería aún puede presentar irregularidades en el espesor y la forma. Para corregirlas, se pasa por otra serie de trenes de laminación. Procesamiento final
11. Una vez fabricadas, las tuberías de cualquier tipo pueden pasar por una máquina enderezadora. También se les pueden añadir juntas para conectar dos o más tramos. El tipo de junta más común para tuberías de menor diámetro es el roscado: ranuras estrechas que se mecanizan en el extremo de la tubería. Las tuberías también pasan por una máquina de medición. Esta información, junto con otros datos de control de calidad, se imprime automáticamente en la tubería. A continuación, se rocía la tubería con una ligera capa de aceite protector. La mayoría de las tuberías reciben un tratamiento anticorrosivo, que se realiza mediante galvanización o recubrimiento de zinc. Dependiendo del uso previsto, se pueden emplear otras pinturas o recubrimientos.
Control de calidad
Se toman diversas medidas para asegurar que la tubería de acero terminada cumpla con las especificaciones. Por ejemplo, se utilizan medidores de rayos X para regular el espesor del acero. Estos medidores funcionan mediante dos rayos X. Un rayo se dirige a una muestra de acero de espesor conocido, mientras que el otro se dirige al acero que pasa por la línea de producción. Si existe alguna diferencia entre las mediciones de ambos rayos, el medidor activará automáticamente un ajuste de los rodillos para compensarla.
Al final del proceso, también se inspeccionan las tuberías para detectar defectos. Un método para probar una tubería consiste en utilizar una máquina especial. Esta máquina llena la tubería con agua y luego aumenta la presión para comprobar su resistencia. Las tuberías defectuosas se desechan.