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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO RIO

GRANDE DO SUL

CMPUS CAXIAS DO SUL

JSSICA GRANDO PIONER

PROCESSOS DE CONFORMAO III

TUBOS SEM COSTURA

CAXIAS DO SUL

2015

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SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................................... 2

2 LAMINAO .............................................................................................................. 3

2.1 Produo por tubo penetrante rotativo (processo Mannesmann) ........................ 3

2.2 Laminao Cruzada Cross Rolling Processes ................................................... 4

2.2.1Processo de laminao Assel ..................................................................... 4

2.2.2 Processo de laminao Diescher .............................................................. 6

2.3 Processo de laminao rotacional (Plug Rolling Process) ................................. 7

3 PROCESSO FORJA ROTATIVA (PUSH BENCH) .................................................. 9

4 EXTRUSO ............................................................................................................. 10

REFERNCIAS .......................................................................................................... 12

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1 INTRODUO

Os tubos podem ser fabricados de duas maneiras, com e sem costura.

Os tubos sem costura podem ser fabricados por laminao, extruso, forja

rotativa e fundio enquanto que os com costura so fabricados por solda [1, 2,

3]. O processo por fundio no ser discutido visto que no engloba

conformao mecnica. O fluxograma exibido na Figura 1 exemplifica as

possibilidades de obteno de tubos por conformao mecnica.

Figura 1: Fluxograma processos de produo de tubos com e sem costura

Tubos sem costura so tubos isentos de cordo de solda na direo

longitudinal; em geral, so empregados na construo de dutos para transporte

de combustveis lquidos e gasosos, em usinas nucleares, tubos para sistemas

de aquecimento ou arrefecimento entre outros [6].

FORJA ROTATIVA

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2 LAMINAO

O processo de fabricao por laminao empregado em tubos de ao

carbono, ao-liga e ao inox, de 8 at 65 centmetros de dimetro. Existem

vrios processos de fabricao por laminao, mas o mais importante o

processo Mannesmann. Este processo consiste na utilizao de um bloco

redondo macio que rotacionado e trasnladado por dois cilindros de maneira

que o bloco empurrado contra um mandril fixo e assim obtem-se um tubo

bruto. Esse tubo dever passar por conformao de acabamento e laminadores

perfiladores [3, 4, 7].

2.1 Produo por tubo penetrante rotativo (processo Mannesmann)

O processo de produo por tubo penetrante rotativo (Rotary tube

piercing), tambm conhecido como processo Mannesmann, consiste da

fabricao de tubos sem costura longos e de paredes espessas por meio da

deformao a quente dos mesmos; dentre os materiais constituintes desses

tubos, menciona-se aos, alumnio, bronze, cobre e outros. Ao ser submetido a

tenses cclicas de compresso, uma barra arredondada comea a

desenvolver, no centro da sua seo transversal, uma cavidade justamente

tal aspecto que explorado na confeco dos tubos. Assim, no processo, o

tubo submetido a tais tenses e aquecido a fim de diminuir o limite de

escoamento e facilitar a deformao; em seguida, com o auxlio de rolos

posicionados de forma oblqua, rotacionado e empurrado contra um mandril

graas componente axial presente no movimento dos rolos [7].

O mandril apresenta, em sua extremidade, formato adequado para

explorar da melhor maneira a cavidade formada na barra devido aplicao da

tenso e, a partir dela, retirar material para formar o tubo. Vale salientar que o

mandril pode permanecer fixo durante o processo de retirada de material do

tubo ou pode se movimentar conforme as necessidades surgidas durante o

processo. Um aspecto de destaque a cerca do processo a velocidade com

que se produz tubos: a produo de tubos de at 150 mm de dimetro e

comprimento de 12 metros dura cerca de 30 segundos. A produo de tubos

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de dimetros maiores (at 350 mm) faz-se necessrio empregar duas

operaes de perfurao [7].

importante que a matria prima utilizada na produo de tubos a partir

desse processo apresente baixa quantidade de defeitos e seja de alta

qualidade, j que grandes deformaes esto envolvidas em sua utilizao

para esse fim [7].

Aps a realizao da retirada de material da parte central da barra

arredondada, o tubo sem costura ainda no pode ser considerado um produto

acabado, um tubo curto e com paredes grossas. Para que possa ter

aplicao deve passar pela etapa de passo de peregrino, que visa diminuir a

espessura da parede e aumentar o comprimento, e por laminao de

acabamento, para conferir tolerncia dimensional e melhorar o acabamento

superficial [4].

A Figura 2 ilustra, no lado esquerdo, a abertura da cavidade no centro da

barra e no lado direito a movimentao da barra contra o mandril

(puncionamento).

Figura 2: Processo Mannesmann

2.2 Laminao Cruzada Cross Rolling Processes

2.2.1Processo de laminao Assel

O processo de laminao Assel largamente empregado para a

fabricao de tubos de ao inoxidvel com dimetro variando entre 60 mm e

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250 mm e comprimento de at 12 m, sendo o menor dimetro interno de 40

mm. Uma caracterstica do processo a excelente concentricidade e por isso

sua aplicao na fabricao de componentes forjados como eixos e rolamentos

[8].

Blocos redondos so aquecidos em forno rotativo at atingirem

temperatura adequada para conformao aps confeccionada uma cavidade

para que o bloco possa ser laminado.

Conforme ilustra a Figura 3, o laminador Assel possui um trio de rolos

disposto a 120 um do outro. O bloco empurrado e rotacionado contra o

mandril por esses rolos de forma que a cavidade previamente formada

aprofunda-se e assim da origem ao tubo [8].

Figura 3: Rolos de laminao Assel

O mandril utilizado no processo flutuante, assim ao trmino da

confeco do tubo o mandril eliminado juntamente com o mesmo. Aps o

processo o mandril deve ser retirado de dentro do tubo para que possa ser

reutilizado na confeco de outros tubos [8]. A Figura 4 ilustra uma viso macro

do processamento Assel.

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Figura 4: Processamento Assel

2.2.2 Processo de laminao Diescher

O processo de laminao Diescher produz tubo com dimetro interno

variando de 60 a 168 mm com comprimento de aproximadamente 12m. Muito

semelhante ao processo Mannesmann, um bloco redondo submetido

furao, de suas extremidades, atravs de um furador de rolo cruzado e depois

esse furo alongado por meio de um mandril (equipamento conhecido como

moinho Diescher) formando um tubo com as dimenses finais [8].

No moinho Diescher, h dois elementos fundamentais, o par de rolos de

trabalho e um par de discos Diescher. O par de rolos de trabalho confere ao

bloco movimento rotacional. O par de discos Diescher faz o bloco movimentar-

se contra o furador e, associado ao movimento conferido pelos rolos de

trabalho, o pr-furo torna-se um furo passante por toda extenso do bloco [8].

O processo Diescher vem perdendo espao para processos mais

modernos, mas ainda muito empregado em pases como Estados Unidos,

Gr-Betanha e China [8]. A Figura 5 ilustra o mecanismo do processo Diescher.

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Figura 5: Processo Diescher

2.3 Processo de laminao rotacional (Plug Rolling Process)

Tambm conhecido por processo Stiefel, utiliza blocos cilindricos a uma

temperatura de aproximadamente 1280C que so submetidos operao de

descarepamento e posteriormente so perfurados no sentido da seo

transversal, obtm-se assim um tubo. Por este processo so produzidos tubos

de 60 a 406 mm de dimetro externo e paredes com espessura entre 3 e 40

mm com comprimento de 12 a 16 m. A laminao rotacional gera produtos de

forma mais rpida que o processo Mannesmann alm de permitir a obteno

de tubos sem costura com maiores dimetros, por isso amplamente

empregado nos dias atuais [8]. A Figura 6 ilustra de forma simplificada o

mecanismo de produo de tubos sem costura pelo processo de laminao

rotacional.

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Figura 6: Processo de laminao rotacional

A ponta do mandril, responsvel pela furao, apresenta um formato

diferente do restante, este o Plug. O Plug faz a cavidade inicial a partir da

qual originar-se- o tubo atravs da penetrao de todo o mandril [8].

O conjunto formado pelos cilindros de trabalho e pelo furador (barra

entre eles). O bloco chega e transladado e rotacionado pelos cilindros,

quando entra em contato com o furador feito o furo central do tubo. O tubo

ento retirado do equipamento, se as dimenses do tudo ainda no so as de

produto acabado troca-se o Plug por um de maior dimetro e o processo

repetido [8]. A Figura 7 ilustra o processo.

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Figura7: Processo de laminao rotacional com utilizao de Plug

3 PROCESSO FORJA ROTATIVA (PUSH BENCH)

Tambm conhecido como forja rotativa, fabrica-se tudos com dimetro

variando de 50 a 170 mm e espessura de parede entre 3 e 18 mm, o

comprimento pode chegar at 18 m [8].

O tubo gerado a partir de um bloco que pode ser redondo, quadrado

ou octogonal. Antes de realizar a conformao o bloco aquecido com o intuito

de diminuir o limite de escoamento e facilitar a deformao [8].

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O bloco aquecido inserido em um molde cilndrico e por meio de um

furador faz-se a cavidade. O bloco com a cavidade alongado por um

alongador constitudo por trs rolos e um mandril. Posteriormente realiza-se a

diminuio do dimetro por meio de rolos ranhurados estticos. Cada passe

composto por trs ou quatro rolos distribudos ao redor do tubo. O mandril

permanece no interior do tubo at a etapa de reduo, depois desta o mandril

removido. O bloco no atravessado pelo mandril, assim, o mandril deve ser

retirado pela mesma extremidade que entrou [8].

Aps a extrao do mandril corta-se a extremidade do bloco que no foi

perfurada, sendo o restante tubo. O tubo ser reaquecido e laminado

novamente a fim de obter-se acabamento e as dimenses finais [8]. A figura 8

ilustra o processo de forja rotativa.

Figura 8: Processo Push Bench de produo de tubos sem costura

4 EXTRUSO

No processo por extruso o tarugo submetido passagem forada

atravs de uma matriz com o objetivo de diminuir sua seo transversal. So

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utilizados materiais que apresentem capacidade razovel de deformao,

alguns exemplos so alumnio, cobre, ao, magnsio e chumbo [5].

A extruso geralmente acontece a quente assim o limite de escoamento

do material menor, o que facilita a deformao. A matriz deve ser aquecida

para evitar deformao no uniforme. Como o tarugo tambm aquecido deve-

se atentar para a formao de xidos que podem se prender ao material

durante o processo e prejudicar o acabamento superficial, alm de poder

danificar a matriz [8].

O processo possui como caracterstica tolerncia dimensional,

acabamento superficial, sees transversais constantes, elevada densidade

conferida ao material [8]. A Figura 9 ilustra esquematicamente o processo de

extruso.

Figura 9: Produo de tubos sem costura por extruso

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REFERNCIAS

[1] TUBOS de ao carbono sem costura. Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2015. [2] BELLOTO, Humberto Jesuino. Anlise de falhas e tubos sem costura de ao St52 utilizados em motores diesel. 2011. 102 f. Dissertao (Mestrado) - Curso de Engenharia Mecnica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2011. [3] FABRICAO de tubos industriais. 2010. Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2015. [4] BELLO, Bruno. Laminao de tubos sem costura de grandes dimetros. 2011. Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2015. [5] TUBULAO Industrial. Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2015. [6] Metals International Limited. Seamless Pipe - Metals International Limited. Metals International Limited. [Online] DIYTrade.com. [Citado em: 05 de Novembro de 2011.] http://www.klsteel.com/sdp/229183/4/cp-1029276/0/Seamless_Pipe.html. [7] Kaushish, J. P. Manufacturing Processes. [Documento disponvel na URL: http://books.google.com/books?id=1ZOXXV9LdcwC&printsec=frontcover&dq=Manufacturing+Processes&hl=ptBR&ei=_su1TtrhCYargweiiqGYBA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CDEQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=false] Nova Delhi : Prentice-Hall. [8] ARMENDRO, Bruno Nagle. RIBEIRO, Felipe Martins Pereira. FIORI, Marco Aurlio Pereira. Tubos co e sem costura: breve histrico e principais processos produtivos. Escola politcnica da Universidade de So Paulo, So Paulo, 2011.