A curvatura de tubos é essencial em muitas indústrias, mas os defeitos podem comprometer a segurança e a qualidade. Imagine descobrir maneiras de evitar esses problemas antes que eles comecem. Este guia analisa os defeitos comuns de curvatura de tubos, como achatamento, desbaste, fissuras e enrugamento, explicando as suas causas e como evitá-los. No final, conhecerá os passos práticos para garantir que os seus tubos cumprem os mais elevados padrões. Pronto para melhorar as suas competências de curvatura de tubos e produzir curvas sem falhas? Continue a ler para saber como.
Os acessórios para tubos dobrados são amplamente utilizados numa variedade de produtos na indústria mecânica e na construção de capacidade de campos petrolíferos, como o fabrico de contentores para produtos químicos, a instalação de condutas de abastecimento de água e o fabrico de vasos de pressão para caldeiras.
No entanto, tanto a dobragem a frio como a dobragem a quente podem resultar em vários defeitos de diferentes graus devido a condições ou operações de processo incorrectas. Estes defeitos afectam diretamente a segurança e a qualidade do aspeto do produto final.
Por exemplo, os tubos de parede arrefecidos a água e os tubos de convecção das caldeiras são corroídos pela água e pelo vapor, por um lado, e lavados e corroídos pelos gases de combustão, por outro. Além disso, a gama de alterações de pressão e temperatura é bastante grande.
Se houver defeitos nos acessórios dos tubos, isso afectará o funcionamento seguro de toda a unidade. Os recipientes sob pressão, devido ao seu funcionamento pressurizado, terão uma resistência à pressão reduzida se os acessórios dos tubos estiverem defeituosos, afectando assim a sua segurança.
Por conseguinte, é particularmente importante identificar as causas dos vários tipos de defeitos e tomar as medidas preventivas correspondentes.
Os defeitos comuns dos tubos curvados incluem principalmente as seguintes formas: achatamento severo no arco (elíptico), desbaste severo da parede exterior do arco, rutura no lado exterior do arco e enrugamento no lado interior do arco, como se mostra na Figura 1.
Estes defeitos não ocorrem necessariamente em simultâneo, e as formas e locais onde ocorrem podem variar com o raio do tubo curvado.
No entanto, devem ser tomadas medidas correspondentes para os evitar antes de os dobrar.
Figura 1: Tipos de defeitos comuns no curvamento de tubos
Do ponto de vista do processo, sabe-se que, quando um tubo com um diâmetro exterior D e uma espessura de parede S é sujeito a um binário externo M, provocando a sua curvatura, o lado exterior da camada neutra da parede do tubo afina devido à tensão de tração, enquanto o lado interior engrossa devido à tensão de compressão (ver Figura 2a).
Simultaneamente, as forças combinadas deformam a secção transversal da curva para uma forma elíptica aproximada (ver Figura 2b). Sob a influência da tensão de compressão, a parede interna do tubo pode tornar-se instável e enrugar-se (ver Figura 2c).
Geralmente, para raios de curvatura ≥3D, é possível obter tubos curvados satisfatórios. No entanto, quando o raio de curvatura <2D, especialmente quando R/D ou S/D diminui (ou seja, o raio de curvatura R é pequeno, o diâmetro do tubo é maior e a parede é mais fina), é provável que ocorram os defeitos mencionados.
Além disso, durante o processo de operação, a instalação incorrecta do molde e outros factores também podem levar a vários tipos de defeitos nos tubos dobrados.
Figura 2: Tensão e deformação na flexão pura de um tubo
Em seguida, efectuamos uma análise detalhada das causas dos defeitos que ocorrem durante a curvatura de tubos de raio pequeno:
Durante a flexão do tubo, as forças combinadas F1 e F2 fazem com que a área da secção transversal no arco tenda para uma forma elíptica.
Para um tubo com a mesma especificação, quanto menor for o raio de curvatura, maiores serão estas forças e mais aparente será o achatamento. Se o tubo for dobrado sem um mandril, o achatamento é mais grave.
Se for utilizado um mandril, mas o seu diâmetro for demasiado pequeno ou estiver muito desgastado, causando um grande espaço entre o mandril e a parede interna do tubo, o lado exterior do arco também pode achatar facilmente.
Mesmo que a distância entre o mandril e a parede do tubo seja razoável, se o mandril for instalado demasiado cedo, a parede do tubo não ficará bem suportada e o lado exterior do arco também ficará achatado.
Além disso, se não se prestar atenção durante a instalação do molde e se as faces do molde de dobragem e do molde de compressão (roda) estiverem desalinhadas, o tubo no arco também se achatará.
Quando o raio de curvatura é pequeno, se o curvador de tubos não tiver um dispositivo de reforço do lado exterior e um dispositivo de empurrar a extremidade traseira, a resistência do molde de compressão aumentará a tensão de tração no lado exterior do arco, fazendo com que a camada neutra se desloque para dentro.
Isto resulta no adelgaçamento do lado exterior do tubo curvado, e quanto maior for a força de compressão, maior será a resistência e maior será o adelgaçamento. Isto é especialmente verdade quando o raio de curvatura relativo R/D e a espessura relativa da parede S/D são menores, o que torna o adelgaçamento mais evidente.
Para além de factores como o material do tubo e o raio de curvatura, factores como o tamanho excessivo da instalação do mandril e uma lubrificação deficiente também aumentam o afinamento do lado exterior da parede do tubo.
As fissuras ou rupturas no lado exterior do arco durante a curvatura do tubo podem ser causadas por vários factores.
Estas incluem um tratamento térmico incorreto do material do tubo, uma granulometria excessiva, uma pressão excessiva do molde de compressão (roda) que provoca uma elevada resistência à flexão, um espaço demasiado pequeno entre o mandril e a parede interior do tubo que provoca uma elevada fricção, uma lubrificação deficiente, um excesso de força de flexão causando vibração da máquina, e outros.
Existem três situações comuns em que o enrugamento ocorre no lado interior do arco: enrugamento no ponto tangente frontal, no ponto tangente posterior ou em todo o lado interior do arco.
O enrugamento no ponto tangente frontal deve-se geralmente à pré-instalação subdimensionada do mandril, em que a parede do tubo no ponto tangente frontal não é bem suportada durante a dobragem.
O enrugamento no ponto tangente posterior deve-se normalmente ao facto de não ter sido instalado um molde antirrugas, ou de o molde antirrugas e o molde de dobragem não estarem corretamente alinhados no ponto tangente.
O enrugamento total ocorre normalmente se o diâmetro do mandril for demasiado pequeno, criando uma grande folga entre o mandril e a parede do tubo, o que leva a um enrugamento fácil.
Pode também dever-se a uma pressão insuficiente da roda de compressão, impedindo que o tubo se alinhe corretamente com o molde de dobragem e o molde antirrugas durante a dobragem, levando à instabilidade e ao enrugamento sob tensão de compressão.
Para evitar ou atenuar os defeitos de curvatura dos tubos e produzir tubos que cumpram os requisitos, devem ser adoptadas contramedidas adequadas durante o processo de curvatura.
Dentro da gama admissível da estrutura de conceção do produto, deve ser utilizado, tanto quanto possível, um raio de curvatura maior. Para os defeitos comuns acima mencionados, devem ser adoptadas medidas específicas.
3.1 Para tubos com achatamento grave no lado exterior do arco, ao efetuar a dobragem sem mandril, o molde de compressão (roda) pode ser concebido com uma estrutura de ranhura anti-deformação para reduzir o grau de achatamento durante a dobragem.
Para a dobragem do mandril, o desgaste do mandril deve ser verificado periodicamente para garantir que a folga unilateral entre o mandril e a parede interna do tubo não seja superior a 0,5 mm. Além disso, o tamanho de pré-instalação do mandril deve ser adequado.
3.2 O adelgaçamento no lado exterior do arco durante a flexão de tubos de pequeno raio é uma caraterística da processo de dobragem e é inevitável.
No entanto, devem ser tomadas medidas para ultrapassar o desbaste excessivo. Um método comum e eficaz é a utilização de uma curvadora com um reforço lateral e um empurrador traseiro.
Durante o funcionamento, o booster ou empurrador impulsiona o tubo para a frente, compensando alguma resistência durante a flexão, melhorando a distribuição de tensões na secção transversal do tubo e deslocando a camada neutra para fora, reduzindo assim o afinamento no lado exterior do arco.
A velocidade do impulsionador e do empurrador é determinada de acordo com as condições reais de dobragem, de modo a corresponder à velocidade de dobragem.
3.3 Para as situações em que o tubo fissura na curva exterior do arco, é essencial assegurar primeiro que o material do tubo está num bom estado de tratamento térmico.
Depois de excluir os factores relacionados com o material do tubo, verificar se o fixação a pressão do molde é demasiado elevada e ajusta-a para ficar no ponto certo.
Verificar se o diâmetro da haste do núcleo é demasiado grande e, em caso afirmativo, reduzi-lo, assegurando que a haste do núcleo e a parede interior do tubo têm uma boa lubrificação para reduzir a resistência à flexão e a fricção. Ao mesmo tempo, tomar as medidas adequadas para evitar a vibração da máquina-ferramenta, etc.
3.4 No caso de enrugamento do lado interior do arco, devem ser tomadas medidas em função da localização dos enrugamentos.
Se as rugas se formarem no ponto de corte frontal, ajustar a posição da vara de núcleo para a frente, tornando o avanço da vara de núcleo adequado para obter um suporte razoável para o tubo durante a dobragem.
Se se formarem rugas no ponto de corte posterior, instale um bloco antirrugas, assegure a sua posição de instalação correcta e ajuste a pressão do molde de aperto (roda) de forma adequada.
Se existirem rugas em todo o lado interior do arco, para além de ajustar o molde de aperto (roda) para tornar a pressão adequada, verifique também o diâmetro da vara de núcleo - se for demasiado pequeno ou estiver muito desgastado, substitua a vara de núcleo.
No processo de curvatura de tubos, podem ocorrer diferentes tipos e graus de defeitos devido a técnicas e operações incorrectas.
Por conseguinte, as causas dos vários tipos de defeitos devem ser analisadas especificamente e devem ser tomadas as medidas correspondentes de acordo com as diferentes situações.
Isto pode reduzir ou mesmo eliminar a ocorrência de defeitos, produzindo assim melhores tubos curvados.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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