Proceso de fabricación y campos de aplicación de tubos rectangulares

Qué es un tubo rectangular?

El tubo rectangular es un tubo de acero liviano de paredes delgadas con sección transversal cuadrada hueca, también conocido como perfil de acero conformado en frío, que es un material de tubería común. Es un acero de sección cuadrada con forma y tamaño de sección transversal cuadrada fabricado con tiras o bobinas laminadas en caliente o en frío Q235 (A36) como material base, doblado en frío y soldadura de alta frecuencia. Se utiliza ampliamente en la construcción y la fabricación de maquinaria. , fabricación de automóviles y otros campos. El proceso de fabricación y la tecnología de los tubos rectangulares son cruciales para garantizar su calidad y rendimiento. El material más común es ASTM A500.

Clasificación de tubos rectangulares:

Los tubos de acero rectangulares se dividen en tubos de acero sin costura y tubos de acero soldados (tubos con costura): tubos cuadrados sin costura laminados en caliente, tubos cuadrados sin costura estirados en frío, tubos cuadrados sin costura extruidos y tubos cuadrados soldados.

Entre ellos, los tubos cuadrados soldados se dividen en:
1. Según el proceso: tubo cuadrado soldado por arco, tubo cuadrado soldado por resistencia (alta frecuencia, baja frecuencia), tubo cuadrado soldado con gas, tubo cuadrado soldado con horno;

2. Según la costura de soldadura: tubo cuadrado soldado con costura recta, tubo cuadrado soldado en espiral.

Proceso de fabricación de tubos rectangulares:

Los procesos y tecnologías de fabricación de tubos rectangulares abarcan dos categorías principales: sin costura y soldados. Estos implican diversos métodos de conformado, soldadura y posprocesamiento para satisfacer los requisitos de rendimiento de diferentes aplicaciones.

Los tubos rectangulares sin costura se producen perforando barras de acero redondas sólidas y procesándolas posteriormente mediante laminación en caliente o estirado en frío, lo que da como resultado una estructura sin costuras. Los tubos rectangulares soldados (ERW), por otro lado, se fabrican doblando placas o flejes de acero en frío o en caliente antes de soldarlos.

El proceso de fabricación de tubos rectangulares incluye principalmente: preparación de materia prima, laminado en frío o en caliente, soldadura, enderezamiento, corte y tratamiento superficial.

En primer lugar, la preparación de la materia prima es el primer paso en la fabricación de tubos rectangulares. Las materias primas más utilizadas incluyen acero al carbono, acero aleado, acero inoxidable, etc. Estas materias primas deben someterse a cortes, tratamientos térmicos y otros procesos para cumplir con los requisitos de los tubos rectangulares. 

En segundo lugar, el laminado en caliente o en frío es un paso clave en la fabricación de tubos rectangulares. La laminación en caliente consiste en calentar las materias primas a una determinada temperatura y luego pasarlas por un laminador, mientras que la laminación en frío consiste en laminar a temperatura ambiente. Ambos métodos de laminación producen una sección transversal rectangular de la materia prima.

A continuación, soldar es el proceso de soldar los dos bordes del tubo rectangular. Los métodos de soldadura más utilizados incluyen la soldadura por resistencia, la soldadura por arco y la soldadura por láser. La elección del proceso de soldadura tiene un impacto importante en la calidad y el rendimiento de los tubos rectangulares. El enderezamiento es para asegurar la rectitud y planitud del tubo rectangular. El tubo rectangular se endereza mediante enderezamiento mecánico o enderezamiento hidráulico para cumplir con los requisitos de uso. El corte es el proceso de cortar tubos rectangulares a una longitud determinada. Los métodos de corte más utilizados incluyen cizallamiento, aserrado y oxicorte.

Finalmente, los tubos rectangulares también requieren un tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión y su estética. Los métodos de tratamiento de superficies más utilizados incluyen galvanizado, pulverización y pulido.

El proceso de fabricación y la tecnología de los tubos rectangulares son la clave para garantizar su calidad y rendimiento. A través de una selección razonable de materias primas, la adopción de procesos apropiados de laminado y soldadura, enderezamiento, corte y tratamiento de superficies, se pueden fabricar tubos rectangulares de excelente calidad para satisfacer diversos requisitos de uso.

Técnicas clave para la producción de tubos rectangulares:

1. La tecnología de conformado de tubos rectangulares se divide en laminado en caliente y laminado en frío.

El laminado en caliente se realiza a altas temperaturas (normalmente >1000 °C), lo que ofrece una alta eficiencia de producción, pero una menor precisión dimensional. Permite producir tubos de paredes gruesas y gran sección. El material presenta una microestructura uniforme, excelente tenacidad y ductilidad, y baja tensión residual.

El laminado en frío (doblado en frío) se realiza a temperatura ambiente, doblando continuamente el tubo hasta obtener la forma deseada mediante una serie de rodillos de conformado, seguido de la soldadura, lo que permite lograr una mayor precisión y calidad superficial. Ofrece una eficiencia de producción extremadamente alta, gran flexibilidad (fácil cambio de especificaciones) y bajo coste.

2. Para tubos sin costura, el estirado en frío mejora aún más la precisión dimensional y el acabado superficial mediante el estirado en matriz; en la tecnología de soldadura, la soldadura automatizada (como la soldadura láser) reduce el error humano y la inspección de la soldadura garantiza la fiabilidad.
3. Las tecnologías de tratamiento de superficies incluyen el decapado, la pasivación y el galvanizado para mejorar la resistencia a la intemperie y la estética.
4. Los procesos de tratamiento térmico (como el recocido y el temple) pueden mejorar la microestructura y las propiedades mecánicas del metal, como ajustar la dureza y la tenacidad del material.

Selección del proceso e impacto en el rendimiento:

a. La selección del proceso para tubos rectangulares depende del material, las especificaciones y la aplicación. Por ejemplo, los tubos rectangulares sin costura son adecuados para entornos de alta presión y alta temperatura (como los de la industria petroquímica) debido a la ausencia de defectos de soldadura; los tubos rectangulares soldados son más económicos y adecuados para estructuras de construcción.

b. El laminado en caliente es económico, pero su precisión es limitada, mientras que el laminado en frío y el trefilado en frío son adecuados para aplicaciones que requieren alta precisión.

El trefilado en frío consiste en trefilar una pieza bruta de tubo laminado en caliente o soldado a temperatura ambiente utilizando una matriz para reducir su diámetro y espesor de pared. Se utiliza principalmente para el acabado posterior de tubos rectangulares sin costura y tubos soldados de alta precisión, mejorando significativamente la precisión dimensional, el acabado superficial y la resistencia del material, pero sacrificando cierta plasticidad.

c. Tratamiento de Superficies y Protección contra la Corrosión
La tecnología de tratamiento de superficies afecta directamente la resistencia a la corrosión; por ejemplo, el galvanizado por inmersión en caliente puede prolongar la vida útil.

Pretratamiento: El decapado (eliminación química de óxido) y el arenado/granallado (eliminación mecánica de óxido) proporcionan una superficie limpia y activada para tratamientos posteriores.
Galvanizado: El galvanizado por inmersión en caliente proporciona una protección catódica duradera; el electrogalvanizado ofrece una mejor apariencia, pero una protección menor.
Recubrimiento: La pulverización con recubrimientos orgánicos como epoxi y poliéster proporciona aislamiento físico y atractivo estético.
Sistema Compuesto de Galvanizado + Recubrimiento: El máximo nivel de protección contra la corrosión.

Control de calidad y tendencias de desarrollo: 

El control de calidad está integrado en todo el proceso de producción, incluyendo pruebas de composición de la materia prima, control de tolerancia dimensional, pruebas no destructivas de soldaduras, inspección de la capa de protección contra la corrosión y pruebas de rendimiento del producto final.

Tendencias de desarrollo:
Alto Rendimiento: Aplicación de grados de acero de mayor resistencia (como S700 y S960) y tecnologías de conformado y soldadura complementarias.
Fabricación Ecológica: Optimización de procesos con ahorro energético y tecnologías de tratamiento de superficies respetuosas con el medio ambiente.
Producción Inteligente: Sistemas de monitorización inteligente de todo el proceso y trazabilidad de la calidad basados en el Internet de las Cosas y el big data.

Áreas de aplicación de tubos rectangulares:

1. Ingeniería de Edificación y Estructuras
Este es el sector con mayor consumo de tubos de acero rectangulares, utilizados principalmente por su eficiente capacidad de carga en vigas, columnas y cerchas.

Edificios Comerciales y Públicos:
Estructura Principal: Columnas y vigas de acero para edificios de oficinas de gran altura, centros comerciales, estadios y terminales aeroportuarias.
Sistema de Esqueleto de Muro Cortina: Sirve como estructura invisible que soporta muros cortina de vidrio, piedra y otros materiales, y requiere alta precisión y resistencia a la corrosión.
Cerchas y Estructuras Espaciales: Se utilizan para estructuras espaciales de gran envergadura, como cubiertas de estadios y marquesinas de estaciones de tren.

Edificios Industriales:
Estructuras de Fábrica: Columnas, vigas de grúa y cerchas de techo para plantas industriales pesadas.
Plataformas para Equipos y Soportes de Tuberías: Plataformas operativas y soportes para tuberías en plantas químicas y centrales eléctricas.

Edificios Residenciales:
Viviendas con Estructura de Acero: Sirven como componentes portantes en sistemas de vigas y columnas, lo que permite un montaje rápido.
Escaleras, Balcones y Marquesinas: Barandillas, pasamanos y estructuras de soporte.

2. Equipos de Transporte
Se utilizan principalmente sus características de ligereza y alta resistencia como estructura portante.

Industria Automotriz:
Vehículos Comerciales: Las vigas de chasis de camiones y los marcos de cajas de carga se encuentran entre las aplicaciones más clásicas de los tubos de acero rectangulares.
Autobuses y Transporte Público: Bastidores de carrocería y vigas inferiores. Vehículos Especiales: Estructuras de soporte para camiones de bomberos, autocaravanas y camiones cisterna.
Vehículos de Nuevas Energías: Bastidores de carcasas de baterías, componentes estructurales anticolisión de carrocería.

Ferrocarriles y Transporte Ferroviario: 

Metro, Tren de Alta Velocidad, Trenes: Bastidor inferior de carrocería, marco de pared lateral, vigas curvas de techo.

Instalaciones ferroviarias: Marquesinas de andén, soportes de líneas aéreas de contacto.

Construcción naval e ingeniería marina: 

Buques pequeños y medianos: Costillas de casco, vigas de cubierta.

Maquinaria portuaria: Plumas de grúa, pórticos.

3. Fabricación de maquinaria y equipos industriales
Se utilizan principalmente como bastidores de equipos, carriles guía y soportes, y requieren alta rigidez y precisión.

Máquinas herramienta y equipos de automatización: Bancadas de máquinas herramienta CNC, bases de robot, soportes de líneas transportadoras.
Maquinaria agrícola: Bastidores y marcos de cabinas de tractores y cosechadoras.
Maquinaria minera y de construcción: Plumas de excavadoras y cargadoras.
Maquinaria de impresión, textil y alimentaria: Carcasas y estructuras de soporte internas para diversos equipos.

4. Infraestructuras e instalaciones públicas
Gracias a su durabilidad y facilidad de moldeo, se utiliza en estructuras para uso exterior a largo plazo.

Ingeniería de puentes: Estructuras principales de pasos elevados peatonales y puentes paisajísticos; barandillas y accesos de mantenimiento para puentes de gran tamaño.
Energía y Telecomunicaciones: Torres de transmisión, torres de estaciones base de comunicaciones, postes de alumbrado público.
Instalaciones Municipales: Paradas de autobús, barandillas, barreras acústicas, señalización.

5. Almacenamiento, logística y exhibición
Se aprovecha principalmente su facilidad de montaje y alta capacidad de carga.

Sistemas de Almacenamiento: Vigas y columnas para estanterías de alta resistencia (una aplicación importante de tubos de acero rectangulares).
Equipos Logísticos: Carretillas elevadoras, estructuras para contenedores.
Exhibición Comercial: Vitrinas para centros comerciales, stands, estructuras para escenarios.

6. Muebles y decoración del hogar
Se aprovecha principalmente su estética moderna y facilidad de procesamiento.

Mobiliario de Oficina y Residencial: Mesas, sillas, estanterías, estructuras de camas.
Decoración Interior y Exterior: Barandillas de escaleras, ventanas de seguridad, estructuras para terrazas acristaladas, barandillas.

7. Aplicaciones emergentes y especializadas
Energía solar fotovoltaica: El sistema de soporte de las plantas fotovoltaicas requiere resistencia a la corrosión y a las cargas eólicas, por lo que se utilizan ampliamente tubos rectangulares de acero galvanizado.

Edificios modulares: Sirven como estructura portante para casas contenedor y unidades modulares, lo que permite una construcción rápida.

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