Introdução:
Tubos curváveis são componentes cruciais em diversos setores, incluindo construção civil, automotivo, aeroespacial e engenharia química, devido à sua grande quantidade e diversidade de tipos. Essas peças atendem às crescentes demandas por produtos mais leves e alta resistência, tanto do ponto de vista material quanto estrutural.
Entretanto, durante o processo de dobra, podem surgir problemas de estresse e deformação, afetando o desempenho dos tubos e potencialmente levando a problemas estruturais e outros problemas.
Este artigo tem como objetivo abordar questões e respostas relacionadas à tensão e deformação em tubos de aço inoxidável dobrados.
1.0 Causas de estresse e deformação em tubos dobrados
1.1 Estresse gerado durante o processamento
Taxa de resfriamento: No processo de dobra, taxas de resfriamento desiguais podem causar diferenças de temperatura dentro do material do tubo, levando a propriedades mecânicas variadas em diferentes regiões e induzindo estresse térmico. Quando há uma diferença significativa nas taxas de resfriamento entre as regiões, o estiramento ou estresse compressivo podem se formar em áreas de temperaturas mais altas e mais baixas. Essa distribuição desigual de tensões pode levar à deformação local ou ao acúmulo de tensões residuais, afetando a qualidade do tubo.
Processo de dobra: Durante a dobra de tubos de aço inoxidável, a tensão de tração ocorre na parte externa, enquanto a tensão de compressão ocorre na parte interna. A distribuição desigual da tensão nas diferentes partes pode causar deformações, como ovalização ou enrugamento, durante o processo de dobra.
Processamento impróprio: O uso de moldes ou máquinas de dobra inadequados, configurações CNC inadequadas, velocidade de processamento excessiva ou lubrificação inadequada podem levar à concentração localizada de tensões e deformação irreversível no tubo.
1.2 Impacto das propriedades dos materiais
Estresse interno: Especialmente em materiais metálicos laminados a frio, a tensão interna no material pode ser liberada durante a dobra, causando entortamento ou empenamento, o que afeta a precisão do formato do tubo.
Alta Dureza e Endurecimento por trabalho a frio: A alta dureza do aço inoxidável pode levar ao endurecimento por trabalho a frio durante a dobra, fazendo com que a dureza da superfície do material aumente sob tensão de tração, tornando-o mais quebradiço.
Elasticidade e Plasticidade: O aço inoxidável tende a ter um ressalto significativo durante a dobra, levando a desvios entre o formato final do tubo e os requisitos do projeto.
1.3 Configurações inadequadas do equipamento
Seleção inadequada de molde de dobra: A escolha de moldes com dimensões, raios de curvatura ou material incorretos para a máquina de dobra pode afetar a distribuição de tensões e a deformação do tubo.
Controle incorreto de velocidade de dobra: Erros na programação da máquina de dobra ou não ajustar a velocidade de dobra de acordo com diferentes materiais podem resultar em tensão irregular no material, especialmente durante os estágios iniciais e finais da dobra, levando à deformação excessiva localizada ou distorção da forma.
2.0 Métodos de detecção de tensão e deformação em tubos dobrados
2.1 Ferramentas de Inspeção Visual e Medição
Inspeção visual: Verificar se há rachaduras, arranhões, amassados ou outros defeitos na superfície do tubo usando a olho nu ou uma lupa.
Paquímetros e Micrômetros: Medir o diâmetro externo, o diâmetro interno e a espessura da parede para verificar a precisão dimensional e avaliar a circularidade, o diâmetro e o raio de curvatura do tubo para garantir que atendam aos requisitos do projeto.
2.2 Teste de amostra de referência
Comparar o tubo com amostras padrão para determinar se ele atende aos requisitos de projeto.
2.3 Teste Padrão de Tolerância
Testando o raio de curvatura, ângulo, dimensões e formato do tubo de acordo com os padrões de tolerância.
2.4 Ensaios não destrutivos para alta precisão
- Difração de Raios X (XRD)
- Teste ultrassônico
- Teste de Partículas Magnéticas
- Máquina de Medição por Coordenadas (CMM)
- Tecnologia de digitalização a laser
3.0 Soluções: Métodos eficazes para lidar com problemas de estresse e deformação
3.1 Otimizar o raio de curvatura
Raio de Curvatura: Escolha um raio de curvatura apropriado com base na espessura da parede do tubo e nas propriedades do material. Um raio muito pequeno pode levar a um alongamento excessivo na parte externa e compressão na parte interna, resultando em deformação.
Siga o princípio do “raio de curvatura mínimo”: o raio de curvatura mínimo é geralmente de 3 a 5 vezes o diâmetro do tubo para reduzir a concentração de tensões.
3.2 Controle de velocidade de flexão
Velocidade de Dobramento: Velocidades de dobra muito altas podem levar à distribuição desigual de tensões, causando deformação localizada e rebote. Por outro lado, velocidades muito baixas podem induzir o endurecimento por trabalho a frio. Moderno máquinas de dobrar tubos com sistemas de controle CNC podem ser programados para lidar com velocidades de dobra para diferentes materiais.
3.3 Use o processo de dobra multi-passe
Dobramento em múltiplas etapas: realizar múltiplos passos de dobra pode reduzir efetivamente a tensão de cada dobra, diminuindo assim o rebote e a deformação.
3.4 Moldes para máquinas de dobra personalizadas
Escolha moldes de dobra adequados com raios de curvatura e dimensões apropriados para as especificações do tubo e faça a manutenção regular dos moldes para garantir uma superfície lisa, reduzindo danos ao tubo durante a dobra.
4.0 Perguntas e respostas comuns sobre tensão e deformação em tubos dobrados
Que tipos de tensões ocorrem em tubos de metal dobrados?
Tensão de tração (lado externo), tensão de compressão (lado interno) e tensão de cisalhamento.
Qual é a relação entre raio de curvatura mínimo e tensão?
Um raio menor resulta em maior estresse, o que pode causar falha nas propriedades originais do material.
Por que ocorre tensão residual durante a flexão?
A tensão residual ocorre porque a tensão interna não foi totalmente liberada durante o processo de dobra.
Como reduzir a deformação durante a flexão?
Utilize ferramentas de dobra apropriadas e máquinas de dobra controladas por CNC para gerenciar o raio, evitando alongamento ou compressão excessivos.
O que é o fenômeno rebote?
O rebote ocorre quando o material retorna parcialmente à sua forma original após a flexão, causando desvios.
Referências
- As tensões intrigantes nas curvas dos tubos https://www.comsol.com/blogs/the-intriguing-stresses-in-pipe-bends
- Contexto de SIFs e índices de tensão para cargas de momento de componentes de tubulação https://www.osti.gov/biblio/841246
- Fatores de Intensificação de Tensão (i-Fatores), Fatores de Flexibilidade (k-Fatores) e sua Determinação para Componentes de Tubulações Metálicas B31J – 2017 https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/b31j-stress-intensification-factors-flexibility-factors-determination-metallic-piping-components/2017/pdf
