Tubos de aço são tubos longos e ocos, utilizados para diversas finalidades. São produzidos por dois métodos distintos, resultando em tubos soldados ou sem costura. Em ambos os métodos, o aço bruto é primeiramente fundido em uma forma inicial mais trabalhável. Em seguida, ele é transformado em tubo, esticando-o até formar um tubo sem costura ou forçando 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 continuamente para os processos modernos que usamos hoje. A cada ano, milhões de toneladas de tubos de aço são produzidos. Sua versatilidade o torna o produto mais utilizado pela indústria siderúrgica.
História
As pessoas usam canos há milhares de anos. Talvez o primeiro uso tenha sido por antigos agricultores que desviavam água de córregos 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 argila que foram usados por outras civilizações antigas 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 americanos coloniais usavam madeira para um propósito semelhante. Em 1652, o primeiro sistema hidráulico foi construído em Boston usando troncos ocos.
Tubos soldados são formados rolando tiras de aço por 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 já conseguiam produzir tubos sem costura. Em um método, um furo era perfurado através de uma tarugo redondo de metal sólido. O tarugo era então aquecido e trefilado através de uma série de matrizes que o alongavam para formar um tubo. Este método era ineficiente porque 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. Neste processo, o tarugo sólido era moldado ao redor de um núcleo de tijolo à prova de fogo. Quando esfriava, 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: um sem costura e outro com uma única costura soldada ao longo de seu comprimento. Ambos têm usos diferentes. Os tubos sem costura são geralmente mais leves e têm paredes mais finas. São usados para bicicletas e transporte de líquidos. Os tubos com costura são mais pesados e rígidos. Têm melhor consistência e são normalmente mais retos. São usados para transporte de gás, conduítes elétricos e encanamentos. Normalmente, são usados em casos em que o tubo não é submetido a um alto grau de estresse.
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.
Tubos sem costura são fabricados usando um processo que aquece e molda um tarugo sólido em um formato cilíndrico e, em seguida, o enrola até que seja esticado e oco. Como o centro oco tem formato irregular, uma ponta perfuradora em forma de bala é empurrada através do meio do tarugo enquanto ele está sendo laminado. Tubos sem costura são fabricados usando um processo que aquece e molda um tarugo sólido em um formato cilíndrico e, em seguida, o enrola até que seja esticado e oco. Como o centro oco tem formato irregular, uma ponta perfuradora em forma de bala é empurrada através do meio do tarugo enquanto ele está sendo laminado. Usado se o tubo for revestido. Normalmente, uma pequena quantidade de óleo é aplicada aos tubos de aço no final da linha de produção. Isso ajuda a proteger o tubo. Embora não seja realmente uma parte do produto acabado, o ácido sulfúrico é usado em uma etapa de fabricação para limpar o tubo.
O processo de fabricação
Tubos de aço são fabricados por dois processos diferentes. O método geral de produção para ambos os processos envolve três etapas. Primeiro, o aço bruto é convertido em uma forma mais trabalhável. Em seguida, o tubo é conformado em uma linha de produção contínua ou semicontínua. Por fim, o tubo é cortado e modificado para atender às necessidades do cliente. Alguns fabricantes de tubos de aço utilizammáquina de corte a laser de tubopara corte prévio ou escavação do tubo para aumentar a competitividade dos tubos
Tubos sem costura são fabricados por meio de um processo que aquece e molda uma tarugo sólida em um formato cilíndrico e, em seguida, a enrola até que seja esticada e oca. Como o centro oco tem formato irregular, uma ponta perfurante em forma de bala é inserida no meio da 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, removendo a maior parte do carbono por meio da injeção de oxigênio no líquido. O aço fundido é então despejado em grandes moldes de ferro com paredes espessas, onde resfria e se transforma em lingotes.
2. Para formar produtos planos, como chapas e folhas, ou produtos longos, como barras e vergalhões, os lingotes são moldados entre grandes rolos sob enorme pressão. Produzindo blocos e placas
3. Para produzir um bloco, o lingote passa por um par de rolos de aço ranhurados, empilhados. Esses tipos de rolos são chamados de "moinhos de dois rolos". Em alguns casos, são utilizados três rolos. Os rolos são montados de forma que suas ranhuras coincidam e se movem em direções opostas. Essa ação faz com que o aço seja comprimido e esticado em pedaços mais finos e longos. Quando os rolos são invertidos pelo operador humano, o aço é puxado para trás, tornando-o mais fino e longo. Esse processo é repetido até que o aço atinja o formato desejado. Durante esse processo, máquinas chamadas manipuladores giram o aço para que cada lado seja processado uniformemente.
4. Os lingotes também podem ser laminados em placas, em um processo semelhante ao de fabricação de blocos. 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 blocos são cortados em pedaços menores. Processamento posterior
5. Os blocos são normalmente processados posteriormente antes de serem transformados em tubos. Os blocos são convertidos em tarugos passando-os por mais dispositivos de laminação, que os tornam mais longos e estreitos. Os tarugos são cortados por dispositivos conhecidos como tesouras voadoras. 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 quebrada com um descamador e jato de água de alta pressão. As placas são então enviadas por uma série de rolos em um laminador a quente e transformadas em finas tiras 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 longas. Em cerca de três minutos, uma única placa pode ser convertida de uma peça de aço de 15,2 cm de espessura em uma fina fita de aço que pode ter 400 metros de comprimento.
7. Após o estiramento, o aço é decapado. Esse processo envolve passá-lo por uma série de tanques que contêm ácido sulfúrico para limpar o metal. Para finalizar, ele é enxaguado com água fria e quente, seco e, em seguida, enrolado em grandes bobinas e embalado para transporte até uma fábrica de tubos. Fabricação de tubos
8. Tanto o skelp quanto os tarugos são usados para fazer tubos. O skelp é transformado em tubo soldado. Primeiro, ele é colocado em uma máquina de desenrolamento. À medida que o carretel de aço é desenrolado, ele é aquecido. O aço é então passado por uma série de rolos ranhurados. À medida que passa, os rolos fazem com que as bordas do skelp se enrolem. Isso forma um tubo não soldado.
9. Em seguida, o aço passa por eletrodos de soldagem. Esses dispositivos selam as duas extremidades do tubo. A costura soldada passa então por um rolo de alta pressão, o que ajuda a criar uma solda firme. O tubo é então cortado no comprimento desejado e empilhado para processamento posterior. A soldagem de tubos de aço é um processo contínuo e, dependendo do tamanho do tubo, pode ser feita a uma velocidade de até 335,3 m por minuto.
10. Quando se necessita de tubos sem costura, utilizam-se tarugos quadrados para a produção. Eles são aquecidos e moldados para formar um cilindro, também chamado de redondo. O tubo redondo é então colocado em um forno, onde é aquecido em brasa. O tubo redondo aquecido é então laminado com alta pressão. Essa laminação de alta pressão faz com que o tarugo se estique e se forme um furo 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 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, ele pode ser endireitado por uma máquina. Também pode ser equipado com juntas para que duas ou mais peças de tubo possam ser conectadas. O tipo mais comum de junta 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 estampadas no tubo. O tubo é então pulverizado com uma leve camada de óleo protetor. A maioria dos tubos é normalmente tratada para evitar a ferrugem. Isso é feito por meio de galvanização ou aplicação de uma camada de zinco. Dependendo da utilização 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 raio-X são usados para regular a espessura do aço. Os medidores funcionam utilizando dois raios-X. Um raio é direcionado a um aço de espessura conhecida. O outro é direcionado ao aço que passa pela linha de produção. Se houver alguma variação entre os dois raios, o medidor acionará automaticamente um redimensionamento dos rolos para compensar.
Os tubos também são inspecionados quanto a defeitos ao final do processo. Um método de teste é usar uma máquina especial. Essa máquina enche o tubo com água e aumenta a pressão para verificar se ela se mantém. Tubos defeituosos são devolvidos para sucata.