Os tubos de aço são tubos longos e ocos utilizados para uma variedade de fins. São produzidos por dois métodos distintos, resultando em tubos soldados ou sem costura. Em ambos os métodos, o aço bruto é inicialmente fundido em uma forma mais maleável. Em seguida, é transformado em um tubo, seja esticando o aço até formar um tubo sem costura, seja unindo as bordas e selando-as com uma solda. Os primeiros métodos de produção de tubos de aço foram introduzidos no início do século XIX e evoluíram gradualmente até os processos modernos que utilizamos hoje. Milhões de toneladas de tubos de aço são produzidas anualmente. Sua versatilidade faz dele o produto mais utilizado pela indústria siderúrgica.
História
O uso de canos remonta a milhares de anos. Talvez o primeiro uso tenha sido feito por antigos agricultores que desviavam a água de riachos e rios para seus campos. Evidências arqueológicas sugerem que os chineses usavam canos de junco para transportar água para locais desejados já em 2000 a.C. Tubos de barro, utilizados por outras civilizações antigas, também foram descobertos. Durante o primeiro século d.C., os primeiros canos de chumbo foram construídos na Europa. Em países tropicais, tubos de bambu eram usados para transportar água. Os colonizadores americanos usavam madeira para um propósito semelhante. Em 1652, o primeiro sistema de abastecimento de água foi construído em Boston, utilizando troncos ocos.
O tubo soldado é formado pela laminação de tiras de aço através de uma série de rolos ranhurados que moldam o material em um formato circular. Em seguida, o tubo não soldado passa por eletrodos de soldagem. Esses dispositivos selam as duas extremidades do tubo.
Já em 1840, os metalúrgicos conseguiam produzir tubos sem costura. Um dos métodos consistia em perfurar um furo em um tarugo metálico sólido e redondo. O tarugo era então aquecido e estirado através de uma série de matrizes que o alongavam para formar o tubo. Esse método era ineficiente, pois era difícil perfurar o furo no centro. Isso resultava em um tubo irregular, com um lado mais grosso que o outro. Em 1888, um método aprimorado foi patenteado. Nesse processo, o tarugo sólido era fundido em torno de um núcleo de tijolo refratário. Após o resfriamento, o tijolo era removido, deixando um furo no meio. Desde então, novas técnicas de laminação substituíram esses métodos.
Projeto
Existem dois tipos de tubos de aço: os sem costura e os com uma única solda ao longo de seu comprimento. Ambos têm usos diferentes. Os tubos sem costura são geralmente mais leves e têm paredes mais finas. São usados em bicicletas e para o transporte de líquidos. Os tubos com costura são mais pesados e rígidos. Apresentam melhor consistência e são geralmente mais retos. São usados em aplicações como transporte de gás, conduítes elétricos e encanamentos. Normalmente, são utilizados em situações em que o tubo não está sujeito a altos níveis de tensão.
Matérias-primas
A principal matéria-prima na produção de tubos é o aço. O aço é composto principalmente de ferro. Outros metais que podem estar presentes na liga incluem alumínio, manganês, titânio, tungstênio, vanádio e zircônio. Alguns materiais de acabamento são às vezes utilizados durante a produção. Por exemplo, tinta pode ser usada.
O tubo sem costura é fabricado por meio de um processo que aquece e molda um tarugo sólido em formato cilíndrico, que é então laminado até ficar esticado e oco. Como o centro oco tem formato irregular, uma ponta perfuradora em forma de bala é inserida no meio do tarugo durante a laminação. Normalmente, uma pequena quantidade de óleo é aplicada aos tubos de aço no final da linha de produção para protegê-los. Embora não faça parte do produto final, o ácido sulfúrico é utilizado em uma das etapas de fabricação para limpar o tubo.
O Processo de Fabricação
Os tubos de aço são fabricados por dois processos diferentes. O método de produção geral para ambos os processos envolve três etapas. Primeiro, o aço bruto é transformado em uma forma mais maleável. Em seguida, o tubo é formado em uma linha de produção contínua ou semicontínua. Finalmente, o tubo é cortado e modificado para atender às necessidades do cliente. Alguns fabricantes de tubos de aço utilizammáquina de corte a laser de tuboscortar ou escavar o tubo previamente para aumentar a competitividade dos tubos
O tubo sem costura é fabricado por meio de um processo que aquece e molda um tarugo sólido em formato cilíndrico e, em seguida, o lamina até que fique esticado e oco. Como o centro oco tem formato irregular, uma ponta perfurante em forma de bala é inserida no meio do tarugo durante a laminação.
Produção de lingotes
1. O aço fundido é produzido pela fusão de minério de ferro e coque (uma substância rica em carbono resultante do aquecimento do carvão na ausência de ar) em um forno, seguida da remoção da maior parte do carbono pela injeção de oxigênio no líquido. O aço fundido é então vertido em grandes moldes de ferro de paredes espessas, onde esfria e se transforma em lingotes.
2. Para formar produtos planos, como placas e chapas, ou produtos longos, como barras e vergalhões, os lingotes são moldados entre grandes rolos sob enorme pressão. Produção de tarugos e placas.
3. Para produzir um tarugo, o lingote passa por um par de rolos de aço ranhurados empilhados. Esses tipos de rolos são chamados de "laminadores de dois cilindros". Em alguns casos, são usados três rolos. Os rolos são montados de forma que suas ranhuras coincidam e se movam em direções opostas. Essa ação faz com que o aço seja comprimido e esticado, transformando-se em peças mais finas e compridas. Quando os rolos são invertidos pelo operador, o aço é puxado de volta, tornando-se ainda mais fino e comprido. Esse processo se repete até que o aço atinja o formato desejado. Durante esse processo, máquinas chamadas manipuladores viram o aço para que cada lado seja processado uniformemente.
4. Os lingotes também podem ser laminados em placas num processo semelhante ao de fabricação de tarugos. O aço passa por um par de rolos empilhados que o esticam. No entanto, também existem rolos montados na lateral para controlar a largura das placas. Quando o aço adquire a forma desejada, as extremidades irregulares são cortadas e as placas ou tarugos são cortados em pedaços menores. Processamento posterior
5. Os lingotes geralmente passam por processamentos adicionais antes de serem transformados em tubos. Eles são convertidos em tarugos ao passarem por mais dispositivos de laminação, que os tornam mais longos e estreitos. Os tarugos são cortados por dispositivos conhecidos como tesouras volantes. Trata-se de um par de tesouras sincronizadas que acompanham o movimento do tarugo e o cortam. Isso permite cortes eficientes sem interromper o processo de fabricação. Esses tarugos são empilhados e, eventualmente, se tornarão tubos sem costura.
6. As placas também são retrabalhadas. Para torná-las maleáveis, elas são primeiro aquecidas a 1.204 °C (2.200 °F). Isso faz com que uma camada de óxido se forme na superfície da placa. Essa camada é removida com um quebra-incrustante e jato de água de alta pressão. As placas são então enviadas através de uma série de rolos em um laminador a quente e transformadas em tiras finas e estreitas de aço chamadas skelp. Esse laminador pode ter até 800 metros de comprimento. À medida que as placas passam pelos rolos, elas se tornam mais finas e mais compridas. Em cerca de três minutos, uma única placa pode ser transformada de uma peça de aço de 15,2 cm (6 polegadas) de espessura em uma fita de aço fina que pode ter até 400 metros (um quarto de milha) de comprimento.
7. Após o estiramento, o aço é decapado. Este processo envolve a passagem do aço por uma série de tanques contendo ácido sulfúrico para limpar o metal. Para finalizar, ele é enxaguado com água fria e quente, seco e então enrolado em grandes bobinas e embalado para transporte até uma fábrica de tubos.
8. Tanto o aço em bobina quanto os tarugos são usados para fabricar tubos. O aço em bobina é transformado em tubo soldado. Primeiro, ele é colocado em uma máquina de desenrolamento. À medida que a bobina de aço é desenrolada, ela é aquecida. Em seguida, o aço passa por uma série de rolos ranhurados. Conforme passa, os rolos fazem com que as bordas do aço em bobina se enrolem, formando um tubo não soldado.
9. Em seguida, o aço passa por eletrodos de soldagem. Esses dispositivos selam as duas extremidades do tubo. A solda é então passada por um rolo de alta pressão que ajuda a criar uma solda firme. O tubo é então cortado no comprimento desejado e empilhado para processamento posterior. A fabricação de tubos de aço soldados é um processo contínuo e, dependendo do tamanho do tubo, pode atingir uma velocidade de até 335,3 metros (1.100 pés) por minuto.
10. Quando se necessita de tubos sem costura, utilizam-se tarugos quadrados para a produção. Estes são aquecidos e moldados para formar um cilindro, também chamado de redondo. O cilindro é então colocado em um forno onde é aquecido até ficar incandescente. O cilindro aquecido é então laminado sob alta pressão. Essa laminação sob alta pressão faz com que o tarugo se estique e um furo se forme no centro. Como esse furo tem formato irregular, uma ponta perfuradora em forma de bala é inserida no meio do tarugo durante a laminação. Após a etapa de perfuração, o tubo ainda pode apresentar espessura e formato irregulares. Para corrigir isso, ele passa por outra série de laminadores. Processamento final
11. Após a fabricação de qualquer tipo de tubo, eles podem ser endireitados em uma máquina. Também podem ser equipados com juntas para que duas ou mais peças de tubo possam ser conectadas. O tipo de junta mais comum para tubos com diâmetros menores é a rosca — ranhuras estreitas cortadas na extremidade do tubo. Os tubos também passam por uma máquina de medição. Essas informações, juntamente com outros dados de controle de qualidade, são automaticamente impressas no tubo. Em seguida, o tubo recebe uma leve camada de óleo protetor. A maioria dos tubos recebe tratamento para evitar a ferrugem. Isso é feito por galvanização ou revestimento com zinco. Dependendo do uso do tubo, outras tintas ou revestimentos podem ser utilizados.
Controle de qualidade
Diversas medidas são tomadas para garantir que o tubo de aço acabado atenda às especificações. Por exemplo, medidores de raios X são usados para regular a espessura do aço. Os medidores funcionam utilizando dois raios X. Um raio é direcionado para um aço de espessura conhecida. O outro é direcionado para o aço que passa na linha de produção. Se houver alguma discrepância entre os dois raios, o medidor acionará automaticamente um redimensionamento dos rolos para compensar.
Ao final do processo, os tubos também são inspecionados para detectar defeitos. Um dos métodos de teste é o uso de uma máquina especial. Essa máquina enche o tubo com água e, em seguida, aumenta a pressão para verificar se ela suporta a pressão. Os tubos defeituosos são devolvidos para reciclagem.