Tendências na produção de tubos hidráulicos em tempos de escassez, Parte II

Aug 11, 2023

Wynn Kearns, Indiana Tube Corp.

Nota do editor: Este artigo é o segundo de uma série de duas partes sobre o mercado e a produção de linhas de transporte de fluidos de pequeno diâmetro para aplicações de alta pressão. A Parte I discutiu a situação da oferta interna de produtos convencionais para essas aplicações, que é escassa. A Parte II discute dois produtos não convencionais para este mercado.

Dois tipos de tubos hidráulicos soldados especificados pela Society of Automotive Engineers – SAE-J525 e SAE-J356A – compartilham uma origem comum, assim como suas especificações escritas. A tira de aço plana é cortada na largura e formada em um tubo por laminação. Depois que as bordas da tira são polidas por ferramentas de rolo de aletas, o tubo é aquecido por soldagem por resistência elétrica de alta frequência e forjado entre rolos de pressão para fazer a costura de solda. Após a soldagem, o flash OD é removido por uma ferramenta fixa, normalmente feita de carboneto de tungstênio. O flash ID é removido por uma ferramenta fixa ou controlado até uma altura máxima projetada.

Esta descrição do processo de soldagem é genérica e existem muitas pequenas diferenças de processo na fabricação real (ver Figura 1). No entanto, os dois têm muitas características mecânicas em comum.

As falhas na tubulação e os modos de falha em geral podem ser classificados em cargas de tração ou cargas de compressão. Na maioria dos materiais, a ruptura sob tração ocorre com um valor de tensão mais baixo do que na compressão. Ou seja, a maioria dos materiais é muito mais forte na compressão do que na tensão. O concreto é um exemplo. É bastante forte na compressão, mas a menos que seja moldado com uma rede interna de barra de reforço (vergalhão), ele se separa facilmente. Por esta razão, o aço é testado sob carga de tração para determinar sua resistência à tração final (UTS). Todas as três especificações de tubulação hidráulica têm um requisito semelhante: UTS de 310 MPa (45.000 PSI).

Como a tubulação de pressão requer capacidade de suportar pressão hidráulica, um cálculo separado e um teste destrutivo, um teste de ruptura, podem ser necessários. Um cálculo pode determinar a pressão de ruptura teórica final, que leva em consideração a espessura da parede, o UTS do material e o DE. Como o tubo J525 e o tubo J356A podem ter a mesma dimensão, a única variável é o UTS. Fornecendo um valor de tração comum, 50.000 PSI, a pressão de ruptura prevista em 0,500 por 0,049 pol. tubo é o mesmo para ambos os produtos: 10.908 PSI.

Embora os cálculos prevejam resultados idênticos, uma diferença na aplicação prática diz respeito à espessura real da parede. No J356A, o flash de solda ID é controlado para uma dimensão máxima, com base no diâmetro do tubo, conforme descrito na especificação. Para o J525, um produto com a rebarba removida, o processo de escavação da rebarba muitas vezes reduzirá intencionalmente o diâmetro interno em cerca de 0,002 pol., resultando em adelgaçamento localizado da parede na zona de solda. Embora a espessura da parede seja preenchida posteriormente por trabalho a frio, a tensão residual e a orientação dos grãos podem diferir do material original, e a espessura da parede pode ser ligeiramente mais fina do que um tubo comparável especificado como J356A.

Na verdade, isso pode criar um cenário de pressão de ruptura mais baixa para o J525 em comparação com o J356A.

Dependendo do uso final do tubo, o ID flash precisa ser removido ou achatado (ou alisado) para eliminar o possível caminho de vazamento, principalmente para um formato final de alargamento de parede única. Embora seja comumente aceito que o J525 tenha um ID suave e, portanto, não tenha potencial para um caminho de vazamento, isso é um equívoco. Um tubo J525 pode desenvolver estrias no diâmetro interno devido ao trabalho a frio inadequado, resultando em um caminho de vazamento na conexão.

A remoção da rebarba começa cortando (ou raspando) o cordão de solda da parede ID. A ferramenta de escarificação, que é fixada em um mandril sustentado por rolos, fica dentro do tubo logo após a estação de soldagem. Enquanto a ferramenta de escarificação remove o cordão de solda, os rolos rolam inadvertidamente sobre pedaços de respingos de solda, forçando-os a entrar na superfície do diâmetro interno do tubo (veja a Figura 2). Este é um problema para tubos levemente processados, como tubos desbastados ou afiados.