Enderezamiento de tubos de acero sin costura

La deformación por flexión de los tubos de acero sin costura (soldadura de alta-frecuencia ERW, soldadura por arco sumergido LSAW, etc.) se debe esencialmente a la distribución desigual de la tensión interna + la asimetría en la fuerza externa/los efectos térmicos. Los principales factores que influyen se pueden clasificar en cuatro categorías:

1. Materias primas y factores de estrés inherentes

• Tensión residual de la banda de acero durante el laminado: El enfriamiento desigual y la deformación durante el laminado dan como resultado tensiones residuales dentro de la tira/lámina de acero. Después de enrollarse en una tubería, la tensión se libera, lo que hace que la tubería se doble espontáneamente.
• Inhomogeneidad del rendimiento del material:La segregación de elementos de carbono, manganeso, etc. en la palanquilla, o el espesor desigual de la banda de acero (diferencia de espesor de pared transversal), conduce a diferencias en la resistencia local y la resistencia a la deformación, lo que resulta en una deformación asimétrica después del procesamiento.
• Anisotropía del material:Existen diferencias en la dirección del flujo de fibras durante el laminado de la lámina y las propiedades mecánicas en las direcciones transversal y longitudinal son diferentes. Después del conformado, la distribución de tensiones es asimétrica a lo largo de la dirección circunferencial.

2. Desviaciones en los procesos de conformado.

• Sistema de laminación y desviación del molde:Las desviaciones en el desgaste de los rodillos formadores, la fuerza de presión-desigual o la desviación en la línea central del molde provocan una curvatura inconsistente del tocho de tubería y diferentes cantidades de extensión en ambos lados. En casos graves, esto puede provocar una torsión en espiral del cuerpo de la tubería.
• Tensión y desviación de alimentación:Una tensión insuficiente en la sección de desenrollado, una inclinación de la placa guía de alimentación y la alimentación de la tira de acero en un ángulo oblicuo a la sección de formación dan como resultado desviaciones de flexión acumulativas a partir de la primera pasada.
• Parámetros de pre-plegado y formado incorrectos:Precurvado inadecuado del borde, distancia entre pasos de formado JCO/grado de apertura del molde inadecuado, lo que provoca una concentración de tensión en la sección de la tubería y una rectitud general que excede el estándar después del formado.

3. Deformación térmica por soldadura (la causa especial más importante de los tubos de acero sin costura)

• Entrada de calor de soldadura asimétrica: Al soldar en un lado, el lado de la soldadura se calienta concentradamente y la contracción de enfriamiento es significativamente mayor que la del material base, lo que hace que el cuerpo de la tubería se doble hacia el lado de la soldadura (comúnmente conocido como "curvatura de soldadura"); Si la entrada de calor interna y externa en la soldadura-de doble cara no es uniforme, ocurrirá el mismo problema.
• El "efecto nervadura" del exceso de altura de soldadura:Exceso de altura desigual en el interior y exterior de la soldadura, equivalente a formar un refuerzo en un lado del cuerpo de la tubería, restringiendo la deformación en ese lado y provocando una desviación general de la curvatura.
• Defecto de "puchero" en el extremo de la tubería:El procesamiento y la deformación de la soldadura en ambos extremos de la soldadura no coinciden, lo que resulta en una deformación local en el extremo de la tubería, lo que no solo afecta la perpendicularidad de la cara del extremo sino que también amplifica la desviación general de la rectitud.

4. Procesos posteriores y factores de fuerza externos.

• Enfriamiento desigual:Hay diferencias de temperatura entre la parte superior e inferior, izquierda y derecha de la tubería después de la soldadura, y diferentes tasas de contracción en cada parte, lo que resulta en flexión por tensión térmica.
• Procesos de expansión y presión de agua:Los parámetros de expansión inadecuados, una tasa de deformación no-uniforme a lo largo de la dirección axial o la redistribución de la tensión residual después de la prueba de presión del agua expondrán posibles flexiones e incluso causarán nuevas deformaciones.
• Elevación y apilado:Los puntos de elevación insuficientes para tuberías largas o el exceso de capas de apilamiento provocarán que el plástico se doble debido a la gravedad, que es una deformación posterior-causada por fuerzas externas.

El enderezamiento es un proceso clave en la producción de tubos de acero sin costura para garantizar la precisión dimensional y el rendimiento. La necesidad central radica en los siguientes aspectos:
1. Cumplir con los requisitos de precisión de montaje y construcción.

• Requisitos de procesamiento de extremos de tubería:Las tuberías de petróleo y las tuberías mecánicas requieren roscado, y la mayoría de los procesos de roscado se basan en la rotación-de la tubería. Una desviación excesiva de la rectitud provocará excentricidad en las roscas y fallos en el sellado de la conexión; La desviación en la rectitud también causará un procesamiento desigual de la ranura del extremo de la tubería y una desviación excesiva del corte. 
• Eficiencia de la conexión en el sitio-:En la construcción de tuberías de larga-distancia y redes de tuberías estructurales, las tuberías de acero dobladas no se pueden alinear con precisión y requieren-corrección o corte secundario en el sitio, lo que aumenta significativamente los costos y los períodos de construcción. Cuando se colocan a lo largo de largas distancias, las pequeñas desviaciones de las piezas individuales pueden acumularse en enormes desplazamientos generales.

2. Garantizar la seguridad y la vida útil

• Seguridad estructural:Como soportes estructurales o ejes mecánicos, la flexión provocará una concentración de tensión local y el servicio a largo plazo-es propenso a fracturas por fatiga.
• Rendimiento del transporte:La pared interior curvada de la tubería de transporte de fluidos formará turbulencias, lo que aumentará la resistencia al transporte y acelerará la corrosión local, acortando la vida útil de la tubería.
• Calidad del recubrimiento:En 3PE y otras operaciones de recubrimiento, doblar las tuberías provocará un espesor desigual del recubrimiento y fallas en las áreas delgadas del recubrimiento, lo que generará riesgos de corrosión en las tuberías.

3. Eliminar y homogeneizar el estrés residual

• El enderezamiento se logra mediante deformación plástica inversa controlada, que redistribuye la tensión residual de formación y soldadura dentro del cuerpo de la tubería, reduciendo el pico de tensión y evitando que la tubería se deforme espontáneamente durante el procesamiento, almacenamiento o uso posterior, estabilizando así la precisión dimensional.

4. Cumplir con las tolerancias estándar del producto.

• Los estándares convencionales como API 5L, GB/T 3091 y GB/T 9711 tienen requisitos claros para la rectitud de las tuberías de acero (normalmente menos o igual a 0,15 % L, con requisitos de alta precisión que alcanzan menos o igual a 0,05 % L). El enderezamiento es un proceso necesario para cumplir con los estándares y lograr la entrega en fábrica.

Para la producción de tubos de acero con costura recta, el proceso principal es el enderezamiento mecánico en frío, complementado con el enderezamiento en caliente. Al mismo tiempo, se realiza un pre-procesamiento para controlar la reducción de la flexión, formando un sistema completo de "prevención + enderezamiento rugoso + enderezamiento fino + enderezamiento suplementario".

1. Procesos y equipos convencionales de alisado en frío.
(1) Máquina enderezadora de rodillos inclinados de múltiples-rodillos (equipo central para enderezamiento fino)

• Principio de funcionamiento: Utiliza múltiples juegos de rodillos enderezadores curvos inclinados intercalados (comúnmente estructuras de seis o siete rodillos), con el eje del rodillo en un ángulo de inclinación de 25 grados a 35 grados con respecto al eje de la tubería; el rodillo inferior impulsa la tubería para que gire y avance axialmente, mientras que el rodillo superior aplica una fuerza de compresión, lo que hace que la tubería experimente repetidas flexiones inversas alrededor de la circunferencia, a través de una deformación elástica-plástica, eliminando gradualmente todas las direcciones de curvatura.
• Escenarios aplicables: Enderezamiento fino de tuberías soldadas ERW de diámetro mediano y pequeño, o enderezamiento fino suplementario para tuberías de gran-diámetro, con una precisión de enderezamiento que alcanza los 0,2 mm/m.
• Control de parámetros clave:La distancia entre rodillos es de 0,8 a 1,2 veces el diámetro de la tubería; la cantidad de reducción debe exceder la deformación elástica del material pero ser menor que la resistencia a la tracción, para evitar grietas o contracción; La velocidad de enderezamiento del acero al carbono suele ser de 20 a 40 m/min.

(2) Máquina enderezadora a presión (enderezadora local para tuberías de gran-diámetro)

• Principio de funcionamiento: Según el principio de la mecánica de flexión de tres-puntos, dos soportes mantienen el cuerpo de la tubería en forma doblada y se aplica una presión concentrada en el punto más alto del lado cóncavo de la tubería, lo que hace que la tubería sufra una deformación plástica inversa y, después de rebotar, se logra el requisito de rectitud.
• Escenarios aplicables: Enderezamiento suplementario local para tuberías soldadas LSAW con paredes-de gran diámetro y espesor-, o para tuberías con curvaturas duras locales, que a menudo se usa junto con el enderezamiento con rodillo.
• Características del proceso: Puede monitorear la desviación en tiempo real y ajustar la cantidad de reducción según sea necesario; Los sistemas inteligentes modernos pueden calcular automáticamente los parámetros de reducción basándose en la medición de la deflexión inicial, reemplazando la experiencia manual.

(3) Enderezamiento coordinado en el proceso de expansión.

• La expansión en frío es un proceso estándar para tuberías soldadas por arco sumergido con costura recta de gran-diámetro, que utiliza moldes para expandir uniformemente la tubería alrededor de la circunferencia, no solo eliminando la tensión residual de la soldadura y mejorando la redondez, sino también controlando razonablemente la tasa de deformación de expansión, lo que puede mejorar significativamente la rectitud general, controlando la rectitud dentro de 0,15% L, que es un medio clave para "prevenir el enderezamiento por adelantado".

2. Proceso de alisado en caliente (complementario método)
El más utilizado es el alisado a la llama:

• Método de operación:En el lado convexo de la curva de la tubería, use una llama de oxígeno-etano para calentar la tira o el punto, con la temperatura controlada entre 700 y 850 grados (el acero se vuelve rojo oscuro), luego enfríe naturalmente o con agua, usando la deformación por contracción del área de calentamiento para cancelar la curvatura original.
• Escenarios aplicables: Corrección local de grandes deformaciones en líneas de producción, reparación en el sitio-, el ancho de calentamiento no suele ser más del doble del espesor de la pared de la tubería y se requiere un control estricto de la temperatura para evitar el sobrecalentamiento o el deterioro del material.

3. Disposición de enderezamiento en el proceso de producción.
Disposición típica del proceso de enderezamiento de una línea de producción de tubos soldados con costura recta:
Conformado y soldadura → Nivelación de cordones de soldadura → Expansión en frío → Enderezamiento basto (rodillos paralelos/espaciado grande entre rodillos) → Enderezamiento fino (máquina enderezadora de rodillos inclinados) → Prueba hidráulica → (enderezado suplementario local) → Procesamiento de extremos de tubería → Inspección del producto terminado