O princípio de funcionamento da trefilação a frio
A trefilação a frio reduz a seção transversal de um tubo puxando-o através de uma matriz enquanto o metal está em temperatura ambiente. A matriz define o diâmetro externo e um mandril dentro do tubo define o diâmetro interno, de modo que as duas dimensões e a espessura da parede entre elas são todas controladas por ferramentas e não por um passe de laminação. Como a deformação ocorre abaixo da temperatura de recristalização, o metal endurece à medida que é reduzido, o que aumenta a sua resistência e dureza e ao mesmo tempo melhora o acabamento superficial.
Duas consequências decorrem diretamente do princípio. A primeira é a precisão: uma combinação de matriz e mandril produz as mesmas dimensões em todas as peças, de modo que a faixa de tolerância é muito mais estreita do que na laminação a quente. A segunda é um limite de quanto pode ser feito em uma passagem, porque um tubo endurecido com muito trabalho perde ductilidade e irá rachar antes de chegar à próxima matriz. O recozimento intermediário é inserido sempre que a redução acumulada se aproxima desse limite, razão pela qual um produto trefilado a frio é descrito pelo seu cronograma de trefilação.
Sequência do Processo
Seleção e inspeção do tubo-mãe: um tubo oco sem costura laminado a quente de tamanho, classe e parede apropriados é escolhido para que a redução necessária seja alcançada.
Tratamento térmico e desincrustação: a cavidade pode ser recozida para amolecê-la, e sua incrustação superficial é removida por decapagem com ácido ou por jateamento.
Tratamento químico de superfície: são aplicados um revestimento de conversão de fosfato e uma película de lubrificante ou sabão, para que o tubo carregue o lubrificante para dentro da matriz e o metal não grude no ferramental.
Trefilação a frio: a extremidade pontiaguda do tubo é agarrada e puxada através da matriz sobre um mandril em uma bancada de estiragem, ou o tubo é laminado a frio em um moinho Pilger para reduções mais pesadas.
Recozimento intermediário: aplicado onde a redução total deve ser dividida em vários passes, restaurando a ductilidade antes do próximo estiramento.
Tratamento térmico final: o recozimento brilhante em uma atmosfera protetora é usado onde uma superfície livre de óxido é necessária, e um tratamento de alívio de tensão é usado onde a estabilidade dimensional é importante.
Endireitamento, corte e acabamento final: o tubo é endireitado, cortado em comprimento fixo e as extremidades são faceadas ou chanfradas conforme desenho.
Inspeção final: verificações dimensionais, testes de correntes parasitas ou ultrassônicos, testes hidrostáticos ou de pressão de ar e inspeção visual do furo, seguida de marcação e proteção.
Métodos de desenho e o que eles mudam
| Método | Efeito no tubo |
|---|---|
| Afundando sem mandril | Reduz o diâmetro externo enquanto a parede engrossa; usado para dimensionamento intermediário em vez de precisão final |
| Desenhar sobre um plugue ou mandril fixo | Controla o diâmetro interno à medida que o externo é reduzido, o que proporciona o melhor controle da parede e é a base da produção de tubos de precisão |
| Desenhando sobre um plugue flutuante | Ferramentas mais simples com bom controle do diâmetro interno, amplamente utilizadas em tamanhos pequenos e médios |
| Desenho de mandril móvel | O mandril viaja com o tubo, reduzindo o atrito e permitindo reduções mais pesadas por passe |
| Peregrinação fria | Rola em vez de puxar o tubo, proporcionando reduções muito grandes com uma boa superfície e controle firme da parede |
Mudanças de propriedade produzidas por trabalho a frio
A trefilação a frio aumenta o rendimento e a resistência à tração, reduz o alongamento e aumenta o nível de tensão interna do tubo. O tamanho da alteração depende da redução e da classe, portanto, um tubo trefilado e sua contraparte recozida da mesma classe não são intercambiáveis no cálculo de resistência. O tubo é normalmente fornecido em uma condição de entrega definida: trefilado a frio e recozido, trefilado a frio e com alívio de tensão ou trefilado a frio conforme fornecido. A condição de entrega deve portanto ser informada na consulta, pois fixa as propriedades mecânicas que serão certificadas.
A operação de trefilação também melhora o furo. A matriz e o mandril produzem uma superfície lisa com rugosidade controlada, reduzem a excentricidade da parede herdada do tubo-mãe e melhoram a retilineidade. Estas são as propriedades que tornam um tubo sem costura trefilado a frio adequado para barris hidráulicos, linhas de instrumentos e tubos trocadores de calor, onde o furo é uma superfície funcional.
Pontos de controle de qualidade e defeitos comuns
Excentricidade da parede e variação do diâmetro interno, que decorrem da qualidade do tubo mãe e do alinhamento da matriz e do mandril.
Arranhões internos, dobras e marcas de{0}}pega causadas por lubrificação inadequada ou mandril desgastado.
Fissuração transversal na extremidade estirada, o que indica que a redução por passe superou a ductilidade disponível.
Tensão residual e perda de retidão após o corte, controlada pelo tratamento de alívio de tensões e pela prática correta de alisamento.
Descarbonização superficial ou óxido, controlada pela atmosfera do forno de recozimento.
A inspeção desses defeitos é realizada com medidores dimensionais, medidores de passagem e não passagem, testes de correntes parasitas ou ultrassônicos para detecção de paredes e defeitos, e testes hidrostáticos ou de pressão de ar, onde a integridade da pressão faz parte do requisito. Os registros são rastreáveis ao número de calor do tubo-mãe e ao cronograma de desenho utilizado, de modo que as propriedades mecânicas certificadas para o tubo acabado possam ser rastreadas ao longo do processo.
Perguntas frequentes
P: A trefilação a frio torna o aço mais forte?
Sim, por endurecimento por trabalho. O rendimento e a resistência à tração aumentam com a redução e o alongamento quedas, razão pela qual a condição de entrega deve ser especificada e certificada.
P: Por que o recozimento é necessário entre passes de trefilação?
Cada passagem consome ductilidade. Quando a redução acumulada deixaria o tubo muito duro ou muito quebradiço para a próxima passagem, um recozimento restaura a ductilidade e permite uma redução adicional.
P: Qual é a vantagem de um tubo estirado a frio em relação a um tubo laminado a quente?
Tolerâncias de diâmetro e parede mais estreitas, melhor concentricidade, furo mais liso e melhor acabamento superficial, tudo isso reduz a usinagem e melhora o desempenho do tubo como elemento de máquina.
P: Um tubo sem costura trefilado a frio é sempre recozido na extremidade?
Não. A condição final de entrega depende da aplicação, sendo fornecidas as condições recozido e trefilado. Uma condição de alívio de tensão também é usada onde a estabilidade dimensional é crítica.
P: Quais padrões se aplicam a tubos sem costura trefilados a frio?
GB/T 3639 para tubos de aço sem costura de precisão trefilados ou laminados a frio, EN 10305-1 para tubos trefilados a frio sem costura e ASTM A519 para tubos mecânicos, com classes sem costura também cobrindo A179, A192 e A213 para trocadores de calor e serviços de caldeiras.
P: O que causa rachaduras na extremidade de um tubo trefilado?
Uma redução excessiva por passe em relação à ductilidade do material ou um recozimento incompleto. Reduzir a redução do passe ou adicionar um recozimento elimina o problema.
