Fundamentos da conformação de tubos: Classificações e percepções sobre materiais

Em comparação com materiais de aço sólidos, como tubos de aço e aço redondo, com a mesma resistência à flexão e à torção, é mais leve, o que o torna um aço de secção económica. Além disso, o fabrico de peças em forma de anel com tubos de aço pode melhorar a utilização de materiais, simplificar os processos de fabrico e poupar materiais e tempo de processamento, tais como anéis de rolamento, mangas de macaco, etc., que são agora amplamente fabricados com tubos de aço.

Os tubos de aço são também materiais indispensáveis para várias armas convencionais, tais como canos de armas e canhões, que são feitos de tubos de aço. Por conseguinte, as peças moldadas para tubos são cada vez mais utilizadas em alguns componentes da estrutura da estrutura de máquinas agrícolas, máquinas de construção, indústria automóvel e produtos da indústria de defesa nacional.

I. Classificação das peças moldadas para materiais de tubagem

Existem muitos tipos de acessórios para tubos, e os métodos de classificação comuns são os seguintes.

1. Classificados por método de produção

(1) Tubo sem costura

O tubo sem costura é um tipo de material de aço longo com uma secção oca e sem costuras à volta do perímetro. Os tubos de aço têm uma secção oca e são amplamente utilizados como condutas para o transporte de fluidos, tais como condutas para o transporte de petróleo, gás natural, gás, água e determinados materiais sólidos, etc.

Dependendo dos diferentes modelos e utilizações, os tubos de aço sem costura utilizados em máquinas agrícolas incluem geralmente tubos de aço sem costura estruturais (GB/T8162-2008), tubos de aço sem costura de precisão estirados a frio ou laminados a frio (GB3639-2009) e tubos de aço sem costura com formas especiais.

Os tubos de aço sem costura são utilizados para estruturas gerais e estruturas mecânicas. Os tubos de aço sem costura de precisão estirados a frio ou laminados a frio são utilizados para estruturas mecânicas e equipamento hidráulico com elevada precisão dimensional e boa suavidade de superfície. Os tubos de aço sem costura de forma especial referem-se a tubos de aço sem costura de outras formas seccionais para além dos tubos redondos.

Consoante as diferentes dimensões das secções transversais dos tubos de aço, estes podem ser divididos em tubos de aço sem costura com espessura de parede igual (código D), tubos de aço sem costura com espessura de parede desigual (código BD) e tubos de aço sem costura com diâmetro variável (código BJ). Os tubos de aço sem costura com formato especial são amplamente utilizados em várias peças estruturais, ferramentas e peças mecânicas. Em comparação com os tubos redondos, os tubos com formas especiais têm geralmente maiores momentos de inércia e módulo de secção, maior resistência à flexão e à torção, podem reduzir significativamente o peso estrutural e poupar aço.

(2) Tubo soldado

O tubo de aço soldado, também conhecido como tubo soldado, é um tubo de aço fabricado por soldadura depois de a chapa de aço ou a tira de aço ter sido laminada e formada. O processo de produção de tubos de aço soldados é simples, com elevada eficiência de produção, muitas variedades e especificações e menos investimento em equipamento, mas a sua resistência é geralmente inferior à dos tubos de aço sem costura.

Desde a década de 1930, com o rápido desenvolvimento da produção de laminagem contínua de tiras de alta qualidade e o progresso da tecnologia de soldadura e inspeção, a qualidade das soldaduras tem sido continuamente melhorada, as variedades e especificações dos tubos de aço soldados têm vindo a aumentar e substituíram os tubos de aço sem costura em cada vez mais domínios.

1) De acordo com o processo, pode ser dividido em tubo soldado por arco, tubo soldado por resistência (alta frequência, baixa frequência), tubo soldado por gás e tubo soldado por forno.

2) De acordo com a costura de soldadura, pode ser dividido em tubo soldado com costura reta e tubo soldado em espiral.

O processo de produção do tubo soldado com costura reta é simples, com elevada eficiência de produção, baixo custo e rápido desenvolvimento. A resistência dos tubos soldados em espiral é geralmente superior à dos tubos soldados com costura reta, que podem produzir tubos soldados de maior diâmetro com biletes mais estreitos, e também podem produzir tubos soldados de diferentes diâmetros com biletes da mesma largura.

2. Classificados por forma da secção transversal

No entanto, em comparação com os tubos de costura reta do mesmo comprimento, o comprimento da soldadura aumenta de 30% para 100% e a velocidade de produção é inferior. Por conseguinte, os tubos soldados com diâmetros mais pequenos utilizam principalmente a soldadura com costura reta, enquanto os tubos soldados de grande diâmetro utilizam principalmente a soldadura em espiral.

Os tubos de aço podem ser divididos em tubos de aço de secção transversal simples e tubos de aço de secção transversal complexa, de acordo com as diferentes formas da secção transversal.

(1) Tubo de aço de secção transversal simples

Os tubos de aço de secção transversal simples incluem tubos de aço redondos, tubos de aço quadrados, tubos de aço elípticos, tubos de aço triangulares, tubos de aço hexagonais, tubos de aço em forma de diamante, tubos de aço octogonais, tubos de aço semicirculares e outros tubos de aço com formas. As figuras 4-6 mostram formas comuns de secções transversais de tubos.

Uma vez que, sob a condição de igual circunferência, a área circular é a maior, a utilização de tubos redondos pode transportar mais fluido. Além disso, a secção transversal circular sofre uma tensão mais uniforme quando sujeita a pressão radial interna ou externa, pelo que a grande maioria dos tubos de aço são tubos redondos.

No entanto, os tubos circulares também têm certas limitações, como, por exemplo, sob a condição de flexão plana, os tubos circulares não são tão fortes em termos de resistência à flexão como os tubos quadrados e rectangulares, que são frequentemente utilizados em estruturas de máquinas agrícolas, mobiliário de aço-madeira, etc. De acordo com as diferentes utilizações, são também necessárias outras formas de secção transversal de tubos de aço de formato especial.

(2) Tubo de aço de secção complexa

Os tubos de aço de secção complexa incluem tubos de aço hexagonais desiguais, tubos de aço em forma de ameixa de cinco pétalas, tubos de aço duplamente convexos, tubos de aço duplamente côncavos, tubos de aço em forma de semente, tubos de aço cónicos, tubos de aço ondulado, tubos de aço em forma de concha e outros tubos de aço com formas.

3. Classificados por espessura de parede

Os materiais dos tubos podem ser divididos em tubos de aço de parede fina e tubos de aço de parede espessa, de acordo com as diferentes espessuras das paredes. Para os acessórios para tubos em máquinas agrícolas, os que têm uma espessura ≤2mm são designados por acessórios de parede fina e os que têm uma espessura de 2~6mm são designados por acessórios de parede espessa.

4. Classificados por utilização

Os materiais dos tubos podem ser divididos em tubos para condutas, tubos para equipamento térmico, tubos para a indústria de maquinaria, tubos para perfuração geológica de petróleo, tubos para contentores, tubos para a indústria química, tubos para fins especiais, etc., de acordo com diferentes utilizações.

5. Classificados por material

Os materiais dos tubos podem ser divididos em acessórios de aço fundido, acessórios de ferro fundido, acessórios de aço inoxidável, acessórios de plástico, acessórios de PVC, acessórios de borracha, acessórios de grafite, etc., de acordo com os diferentes materiais dos acessórios.

II. Requisitos técnicos dos materiais para peças moldadas

Para garantir a qualidade de conformação dos acessórios para tubos, peças de dobragem têm determinados requisitos para as propriedades mecânicas e a precisão dimensional do material do tubo. Diferentes equipamentos e diferentes peças têm diferentes requisitos para os materiais dos tubos. Segue-se uma explicação dos requisitos técnicos para a formação de materiais com base na situação atual dos tubos de curvatura na China YTO Group Corporation (doravante designada por YTO Company).

O equipamento de dobragem utilizado pela YTO Company é uma máquina de dobragem de controlo numérico automático CNC. Para que a máquina de dobragem de controlo numérico automático possa produzir normalmente, reduzir a inconsistência dos acessórios para tubos causada por factores como o retorno elástico da dobragem e reduzir a quantidade de trabalho de correção posterior, as normas de aquisição interna utilizadas pela empresa foram determinadas com base na norma nacional para o aço estrutural formado a frio. Este processo é designado por aquisição de tubos de precisão. Os requisitos específicos são os seguintes:

1) A composição química e as propriedades mecânicas do aço estrutural de carbono devem estar em conformidade com as disposições da norma GB/T700-2006; a composição química e as propriedades mecânicas do aço estrutural de baixa liga devem estar em conformidade com a norma GB/T1591-2008. As principais propriedades mecânicas dos materiais de tubos de precisão normalmente utilizados são apresentadas no Quadro 4-1.

Quadro 4-1 Principais propriedades mecânicas dos materiais de tubos de precisão normalmente utilizados

Nota: Em comparação com as normas GB/T700-2006 e GB/T1591-2008, as propriedades mecânicas dos tubos de precisão aumentaram a especificação do limite superior do limite de elasticidade do material.

2) O desvio admissível das dimensões exteriores do aço de secção oca enformado a frio comummente utilizado e a quantidade de flutuação das dimensões exteriores do lote são apresentados no Quadro 4-2.

Quadro 4-2 Desvio admissível das dimensões exteriores e quantidade de flutuação das dimensões exteriores do lote para o aço de secção oca enformado a frio comummente utilizado

Nota: Em comparação com GB/T6728-2002 e GB/T6725-2008, as dimensões externas dos tubos de precisão melhoraram a exatidão dimensional dos desvios admissíveis e aumentaram os requisitos de tolerância para as flutuações do tamanho do lote.

3) O desvio admissível para as dimensões da espessura da parede dos tubos de precisão é apresentado no Quadro 4-3.

Tabela 4-3 Desvio admissível para dimensões da espessura da parede de tubos de precisão

4) O ângulo admissível entre planos adjacentes dos tubos ocos de precisão rectangulares e quadrados é de 90°±45'.

5) Para a planeza da secção transversal dos tubos de precisão, a convexidade é permitida principalmente, sendo a convexidade inferior a 0,6% do comprimento lateral; se houver concavidade, esta não deve exceder 0,5% do comprimento lateral e, para comprimentos laterais superiores a 100 mm, a concavidade mínima é de 0,4 mm.

6) A curvatura por metro dos tubos de precisão deve ser inferior a 1 mm e a curvatura total deve ser inferior a 0,15% do comprimento total.

7) O desvio da posição do cordão de soldadura a (ver Figura 4-7) nos tubos soldados de precisão deve ser inferior a 6 mm.

8) A altura interior h do cordão de soldadura em tubos soldados de precisão (ver Figura 4-7) é especificada no Quadro 4-4.

Tabela 4-4 Altura interior do cordão de soldadura em tubos soldados de precisão

9) Os tubos de aço devem ter marcações da classe de aço e do código normalizado, e a qualidade dos tubos de aço deve cumprir os requisitos das normas técnicas correspondentes para os tubos de aço.

A qualidade dos materiais dos tubos de aço deve ser aceite de acordo com o certificado de qualidade ou o certificado de garantia de qualidade. O certificado de qualidade ou o certificado de garantia de qualidade deve indicar o tipo de aço, a composição química e as propriedades mecânicas.