Tubo de aço:uma introdução

A história, produção e uso de tubos de aço

Os tubos de aço são tubos cilíndricos feitos de aço que são usados ​​de várias maneiras na fabricação e infraestrutura. São o produto mais utilizado pela indústria siderúrgica. O principal uso da tubulação é no transporte subterrâneo de líquido ou gás – incluindo petróleo, gás e água. No entanto, tubos de tamanhos variados são usados ​​em toda a fabricação e construção. Um exemplo comum de fabricação doméstica é o tubo de aço estreito que opera o sistema de refrigeração em geladeiras. A construção usa tubos para aquecimento e encanamento. As estruturas podem ser construídas com tubos de aço de tamanhos variados, como corrimãos, bicicletários ou postes de amarração.

William Murdoch é considerado o pioneiro dos tubos de aço. Em 1815, ele juntou barris de mosquetes para apoiar um sistema de queima de lamparinas de carvão. Murdoch usou seu inovador sistema de tubulação para transportar gás de carvão para lâmpadas nas ruas de Londres.

Desde o século XIX, grandes avanços foram feitos na tecnologia de tubos de aço, incluindo a melhoria dos métodos de fabricação, o desenvolvimento de aplicações para seu uso e o estabelecimento de regulamentos e normas que regem sua certificação.

Como é feito o tubo de aço?

Da fusão de matérias-primas à moldagem ou soldagem, esse material de construção onipresente é criado por meio de dois processos principais:

Converter aço bruto em uma forma mais utilizável

Ambos os processos devem começar com a fabricação de aço de boa qualidade. O aço bruto é produzido por fundições através de um processo de fusão de matérias-primas em um forno. Para obter a composição exatamente correta, elementos podem ser adicionados ao metal fundido e as impurezas removidas. O aço fundido resultante é derramado em moldes para fazer lingotes ou é transferido para uma máquina de lingotamento contínuo para fazer placas, tarugos e blocos. O tubo é feito de dois desses produtos:placas ou tarugos.

Lajes de aço e skelp de aço na fabricação de tubos

Skelp de aço é feito de lajes que são aquecidas a 2.200˚F. O calor provoca a formação de uma incrustação na superfície, que deve ser removida através de um quebra-calcário e limpeza a alta pressão. Uma vez limpa, a placa de aço é laminada a quente em tiras finas e estreitas de aço chamadas skelp. Skelp é decapado (superfície limpa) com ácido sulfúrico, lavado com água e enrolado em grandes carretéis como matéria-prima para fabricação de tubos. A largura do skelp determina o diâmetro do tubo que pode ser feito.

Skelp é desenrolado do carretel, aquecido e enrolado através de rolos ranhurados, que dobram as bordas do skelp para cima. Este processo produz um tubo cilíndrico onde as duas bordas foram dobradas para se encontrarem formando um longo cilindro. Um processo de soldagem une as bordas e sela o tubo.

• Em uma operação de soldagem contínua, os rolos de soldagem pressionam as bordas do tubo umas contra as outras, formando uma solda forjada devido ao calor que já foi aplicado ao skelp. Nenhum metal é adicionado durante a soldagem e os rolos finais reduzem o diâmetro e a espessura da parede do tubo de acordo com as especificações.
• A soldagem por resistência elétrica segue um processo semelhante à soldagem contínua, exceto que o skelp é laminado a frio no formato do tubo. A corrente é fornecida às bordas do tubo por discos de cobre giratórios, que aquecem as bordas até a temperatura de solda. Os rolos de solda unem as bordas do tubo para criar uma solda forjada.
• A soldagem espiral e a soldagem por arco submerso duplo usam técnicas de soldagem mais convencionais e adicionam material de solda para formar a ligação.

tarugos de aço para tubos sem costura

Os tarugos de aço são peças quadradas longas de aço produzidas diretamente de uma máquina de lingotamento contínuo ou como produto secundário feito de lingotes fundidos laminados e esticados. Esses tarugos podem ser usados ​​para fazer tubos sem costura, o que é mais seguro em algumas aplicações por não ter linha de solda.

O tarugo de aço sólido deve ser aquecido a temperaturas extremas, tornando-se branco quente, mas não derretido. As máquinas os enrolam para que se tornem um sólido cilíndrico. Ainda quente, um perfurador em forma de bala é usado para regular o centro oco de acordo com suas dimensões. Segue-se uma série de operações de fresagem para adequar o tubo às especificações exigidas.

Concluindo etapas

Os tubos podem ser passados ​​por uma máquina de endireitamento como etapa final do processo antes de serem montados com juntas no final. A tubulação de pequeno diâmetro geralmente é equipada com juntas rosqueadas, mas a tubulação de diâmetro maior é normalmente equipada com flanges que são soldados na extremidade do tubo. As máquinas de medição verificam as dimensões do tubo acabado e carimbam os detalhes na lateral do tubo para fins de controle de qualidade.

Controle de qualidade

As etapas de controle de qualidade incluem a verificação de defeitos no tubo usando máquinas de raio-x, especialmente ao longo da solda. Outra técnica é testar a pressão do tubo enchendo-o com água e, em seguida, mantendo-o sob pressão por um tempo especificado para expor quaisquer defeitos que possam causar falhas catastróficas antes de ser colocado em serviço.

Como os tubos de aço são usados?

Os tubos são usados ​​em estruturas, transporte e fabricação. Eles são dimensionados de acordo com seu diâmetro externo, com o diâmetro interno variando de acordo com a espessura da parede. Algumas aplicações precisam de paredes mais espessas do que outras, dependendo das forças que o tubo deve gerenciar.

Uso estrutural

Os usos estruturais são comuns na construção civil. Nestas indústrias, o material de construção é comumente referido como tubos de aço.

Pilhas de construção

Os tubos de aço fornecem resistência às fundações em um processo chamado empilhamento. Nestas aplicações, o tubo é cravado profundamente na terra antes da fundação ser colocada. Ele fornece estabilidade para um edifício alto ou construção em terreno que não é seguro.

Existem dois tipos fundamentais de fundações de estacas:

• Estacas de rolamento final ter a extremidade inferior apoiada em uma camada de solo ou rocha especialmente forte. A carga do edifício é transferida através da pilha para a camada forte.
• Estacas de atrito transferir a carga da edificação para o solo em toda a altura da estaca, por atrito. Toda a superfície da estaca ajuda a transferir as forças para o solo.

Postéis de andaimes

Os postes de andaimes são feitos ligando tubos de aço em uma gaiola que permite que os trabalhadores da construção acessem áreas acima do nível do solo.

Uso de fabricação

Guarda-corpos

Os trilhos de proteção também são feitos de tubos de aço, criando um recurso de segurança esteticamente agradável para escadas e varandas.

Bollards

Os postes de segurança são usados ​​para isolar uma área do tráfego de veículos para proteger pessoas, edifícios ou infraestruturas.

Bicicletários

Muitos bicicletários comerciais são formados por tubos de aço dobrados. As propriedades de material resistente do aço o tornam seguro contra ladrões.

Uso de transporte

O uso mais comum de tubos de aço é para o transporte de produtos, pois o material é adequado para instalações de longo prazo. Pode ser enterrado no subsolo devido à sua robustez e resistência à quebra.

As aplicações de baixa pressão não exigem que os tubos tenham alta resistência, pois não são expostos a tensões significativas. A espessura da parede estreita permite uma fabricação mais barata. Aplicações mais especializadas – como tubos usados ​​na indústria de petróleo e gás – exigem especificações mais rigorosas. A natureza perigosa do produto transportado e a possibilidade de aumento da pressão na linha exigem alta resistência e, portanto, maior espessura de parede. Isso geralmente traz um custo mais alto associado. O controle de qualidade é fundamental para essas aplicações.

Como o tubo de aço é especificado?

Pode haver confusão sobre a maneira como esses materiais são especificados e quais os meios para as características exatas do tubo. A American Society for Testing and Materials (ASTM), juntamente com a American Society of Mechanical Engineers (ASME) e o American Petroleum Institute (API), são as organizações mais referenciadas para especificações de tubulações na América do Norte.

As especificações podem ser divididas em três categorias principais:

Tamanho nominal do tubo

O tamanho do tubo é citado como um “Tamanho Nominal do Tubo” ou NPS. A origem dos números NPS para tubos menores (

Horários

As tabelas de tubos de aço são uma maneira de descrever a espessura da parede do tubo. Este é um parâmetro crítico, pois está diretamente relacionado à resistência do tubo e à adequação para aplicações específicas. Um cronograma de tubulação é um número adimensional e é calculado com base na fórmula de projeto para a espessura da parede, dada a pressão de projeto e a tensão permitida.

Exemplos de números de agendamento são os seguintes:5, 5S, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, STD, XS e XXS—sendo os mais comuns os agendamentos 40 e 80 . À medida que o número da tabela aumenta, a espessura da parede do tubo aumenta. O número de programação de um tubo, portanto, define o diâmetro interno, pois o OD é fixado pelo número NPS.

Peso do tubo

O peso de um tubo pode ser calculado com base no NPS, que define o diâmetro externo, e na tabela, que define a espessura da parede. A fórmula usa o peso teórico do aço de 40,8 libras por pé quadrado por 1 polegada de espessura para determinar a constante.

W =10,69 x t (OD - t)

Onde:

W =peso (em libras por pé)
            OD =diâmetro externo
             t =espessura

A tabela a seguir do Engineering Toolbox mostra as medições de OD, espessura de parede e peso para tubos de diferentes NPS. Ambas as medições agendadas 40 e agendadas 80 são mostradas.

Agenda 40
Agenda 80
Diâmetro
Nominal
Diâmetro
Espessura nominal
Peso
Diâmetro
Espessura nominal
Peso
Tamanho do tubo
(in)
(in)
(in)
(in)
(in)
(in)
Exterior
Interno
lb/pé
Interno
lb/pé

1/8

0,405

0,270

0,070

0,240

0,220

0,100

0,310

1/4

0,540

0,360

0,090

0,420

0,300

0,120

0,540

3/8

0,675

0,490

0,090

0,570

0,420

0,130

0,740

1/2

0,840

0,620

0,110

0,850

0,550

0,150

1.000

3/4

1,050

0,820

0,110

1,130

0,740

0,150

1,470

1

1,315

1,050

0,130

1,680

0,960

0,180

2,170

1-1/4

1,660

1,380

0,140

2,270

1,280

0,190

3.000

1-1/2

1.900

1,610

0,150

2,720

1.500

0,200

3,650

2

2,375

2,070

0,150

3,650

1,940

0,220

5.020

2-1/2

2,875

2,470

0,200

5,790

2,320

0,280

7,660

3

3.500

3,070

0,220

7,580

2.900

0,300

10.300

3-1/2

4.000

3.550

0,230

9.110

3.360

0,320

12.500

4

4.500

4.030

0,240

10,790

3,830

0,340

14.900

5

5.563

5,050

0,260

14.610

4.810

0,380

20.800

6

6,625

6,070

0,280

18.970

5,760

0,430

28.600

8

8,625

7,980

0,320

28.550

7,630

0,500

43.400

10

10,750

10.020

0,370

40.480

9,560

0,590

64.400

12

12.750

11.940

0,410

53.600

11.380

0,690

88.600

14

14.000

13.130

0,440

63.000

12.500

0.750

107.000

16

16.000

15.000

0.500

78.000

14.310

0.840

137.000

18

18.000

16.880

0.560

105.000

16.130

0.940

171.000

20

20.000

18.810

0.590

123.000

17.940

1.030

209.000

24

24.000

22.630

0.690

171.000

21.560

1.220

297.000

Based on ASTM A53 - Standard Specification for Pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless.

Certification

Manufacturers issue a Material Test Report, or Mill Test Report, to validate that the product meets the chemical analysis and mechanical properties specification. The MTR will contain all relevant data to the product and will accompany the product through its lifecycle.

The following are typical parameters that may be recorded on an MTR:

• Chemical composition including carbon content, alloys, and sulfur
• Material size, weight, identification, and grade
• Material heat number, which ties back to the processing batch
• Mechanical properties like tensile strength, yield strength, and elongation

For steel bollards, the most common specifications cited are ASTM A53 and ASTM A500.

How does Reliance Foundry use steel pipes?

Reliance Foundry supplies pipe bollards that are made from steel pipes. Bollards are vertical pipe lengths installed in the ground to protect people, buildings, and surrounding infrastructure from vehicle collisions.

Steel pipe bollards must conform to safety specifications to ensure they are strong enough to resist the impact of vehicle collisions. Schedule 40 and schedule 80 steel can be used to make steel pipe bollards depending on the application.

Steel pipe bollards are often covered with stainless steel, plastic, or other metal decorative covers for aesthetic appeal and to protect the steel pipe from corrosion.

Pergunte a um engenheiro:aço inoxidável austenítico Ferro flexível? Ferro dúctil vs. Ferro fundido