Cómo se hacen los codos de tubería?

Los codos son accesorios metálicos que se utilizan para cambiar la dirección de las tuberías en una red, desempeñando un papel crucial en el sistema. De todos los accesorios utilizados en una red de tuberías, los codos representan una proporción considerable, generalmente entre el 60 % y el 80 % del total. Por lo general, los codos de diferentes materiales y espesores de pared se fabrican mediante distintos procesos. Este artículo detalla varios de los principales métodos de fabricación de codos, incluyendo el conformado por presión en caliente, el estampado, la soldadura y la extrusión, para proporcionar una referencia completa a técnicos y lectores de industrias afines.

1. Proceso de conformado por empuje en caliente

El proceso de conformado y producción de codos de acero al carbono se basa en el empuje en caliente, que utiliza un empujador especial, un molde y un dispositivo de calentamiento para desplazar la palanquilla de acero sobre el molde. Durante este movimiento, la palanquilla se calienta, se expande y se dobla. Las características de deformación del codo se determinan según la ley de volumen constante, considerando la deformación plástica del material antes y después de la deformación, para así determinar el diámetro de la palanquilla.

El diámetro de la palanquilla es menor que el del codo. Se utiliza un mandril para controlar la deformación de la palanquilla, permitiendo que el flujo de metal comprimido en el arco interior compense la expansión y el adelgazamiento de otras partes, obteniendo así un codo con un espesor de pared uniforme. Los métodos de calentamiento suelen incluir calentamiento por inducción de media o alta frecuencia, calentamiento por llama y calentamiento en horno reverberante. La elección específica depende de los requisitos del producto y de la disponibilidad de energía.

El proceso de formación de codos por empuje en caliente tiene una velocidad de producción rápida y un funcionamiento continuo, lo que es adecuado para la producción en masa. El codo fabricado tiene una apariencia hermosa y un espesor uniforme. Este proceso se ha convertido en el principal método de formación para codos de acero al carbono y codos de acero aleado. También es adecuado para la formación de ciertas especificaciones de codos de acero inoxidable. El método de calentamiento durante el proceso de formación es el calentamiento por inducción de frecuencia media o alta. El anillo puede ser de varias vueltas) o de una sola vuelta), calentamiento por llama y calentamiento por superficie reflectante. El método de calentamiento se determina de acuerdo con los requisitos y las condiciones energéticas del producto formado. Al formar codos de acero aleado, acero inoxidable y acero al carbono, el proceso de conformado por empuje en caliente muestra una eficiencia extremadamente alta y una buena calidad de conformado, con un espesor de pared uniforme, lo que lo hace muy adecuado para la producción en masa continua.

2. Proceso de formación de estampado

El estampado es un proceso de conformado temprano que se utiliza en la producción en masa de codos sin costura. Dependiendo del material, puede elegir estampado en frío o estampado en caliente. Coloque el tubo en bruto en el molde exterior. Después de fusionar los moldes superior e inferior, bajo el empuje de la prensa, el tubo en bruto se mueve a lo largo del espacio reservado entre el molde interior y el molde exterior para completar el proceso de formación.

Los codos de estampado pueden ser estampados en frío o en caliente según el material. El estampado en frío o el estampado en caliente generalmente se selecciona en función de las propiedades del material y la capacidad del equipo. Coloque el tubo en bruto en el molde exterior. Después de fusionar los moldes superior e inferior, bajo el empuje de la prensa, el tubo en bruto se mueve a lo largo del espacio reservado entre el molde interior y el molde exterior para completar el proceso de formación.

La calidad de formación del codo de tubo estampado no es tan buena como la del codo empujado. La desviación del espesor de la pared del codo es grande y la apariencia del codo formado no es hermosa. Además, al formar codos de mayor tamaño, el coste del molde requerido también es muy alto. Sin embargo, en algunas especificaciones de codos, debido al pequeño volumen de producción y al espesor de la pared demasiado grueso o demasiado fino, se puede seleccionar el proceso de estampado.

Aunque el proceso de estampado ha sido reemplazado gradualmente por el empuje u otros métodos de producción, sigue siendo una opción viable en algunos casos especiales. Por ejemplo, para la fabricación de lotes pequeños y codos de paredes gruesas, el proceso de estampado tiene las ventajas de un funcionamiento flexible y de bajo costo.

3. Proceso de conformado por soldadura / Codo soldado de dos mitades

Los codos soldados de dos mitades (también conocidos como codos empalmados) se fabrican con placas de acero y se utilizan principalmente para la producción de codos de gran diámetro (DN600 y superiores).

Proceso de fabricación:
Primero, se dibuja un diagrama de desarrollo en la placa de acero según las especificaciones del codo. A continuación, se cortan dos piezas en forma de abanico mediante corte por gas o plasma. Las placas de acero cortadas se calientan y se prensan para formar dos carcasas de codo. Posteriormente, las dos carcasas se unen y sueldan para formar un codo completo con dos cordones de soldadura longitudinales. Finalmente, los cordones de soldadura se someten a pruebas radiográficas o ultrasónicas para garantizar la calidad de la soldadura.

Características técnicas:
Los codos soldados de dos mitades son adecuados para codos de gran diámetro (DN600 y superiores) y su coste es inferior al de los codos sin costura. Sin embargo, debido a la presencia de soldaduras, su resistencia es menor que la de los codos sin costura, y la zona de soldadura constituye un punto débil. Este proceso es adecuado para condiciones de presión media y baja; se debe tener precaución al seleccionarlo para condiciones de alta presión. Una vez que las soldaduras superan la detección de defectos, el sellado cumple con los requisitos convencionales.

Precauciones: 

Se recomienda el uso de codos sin costura en condiciones de alta presión, alta temperatura o con fluidos corrosivos. Se deben realizar ensayos no destructivos después de la soldadura; solo los codos que cumplan con los requisitos pueden salir de fábrica. Este proceso es adecuado para sistemas de tuberías de presión media y baja, como agua, aire comprimido y vapor.

4. Proceso de conformado por extrusión

Además de los procesos de fabricación principales mencionados anteriormente, también se pueden utilizar otros métodos para fabricar codos de acero al carbono, como el proceso de fabricación de codos de "cintura de camarón". Los codos de cintura de camarón se fabrican soldando múltiples secciones de tubo laminado en diferentes ángulos y son adecuados para fabricar codos grandes de cualquier tamaño superior a 1,5D. Este proceso es relativamente complejo y laborioso de operar, y la calidad de conformado no es tan buena como la de los procesos mencionados anteriormente, pero aún tiene utilidad en escenarios específicos.

El codo para tubería fabricado mediante el proceso de extrusión tiene una alta calidad de formación y una hermosa apariencia, y es especialmente adecuado para la fabricación de codos de paredes delgadas. Sin embargo, el proceso de extrusión tiene requisitos más altos en cuanto a moldes, costos más altos y no es adecuado para la producción en masa. Por lo tanto, al seleccionar un proceso de extrusión, se deben considerar de manera integral factores como los requisitos del producto, la escala de producción y el costo.

Otros procesos de fabricación:

Además de los principales procesos de fabricación mencionados anteriormente, también se pueden utilizar otros métodos para fabricar codos de acero al carbono, como el proceso de fabricación de codos de cintura de camarón. El codo de cintura Xiami se suelda utilizando múltiples secciones de tubo enrollado con diferentes ángulos. Es adecuado para fabricar codos grandes de cualquier tamaño con codos mayores a 1,5D. Este proceso es relativamente complejo, problemático de operar y la calidad del conformado no es tan buena como el proceso antes mencionado, pero aún tiene valor de aplicación en escenarios específicos.

Además, la producción de codos para tuberías también puede adoptar procesos como la fundición y la soldadura de placas medianas. El proceso de fundición es adecuado para fabricar codos grandes y complejos, pero el coste es elevado y el ciclo de producción largo. El proceso de soldadura de placa mediana consiste en presionar la placa de acero en la mitad del cuerpo del tubo del codo y luego soldar los dos medios cuerpos del tubo para formar un codo completo. Es adecuado para fabricar codos de diámetro mediano y pequeño.

Aplicación y selección de codos para tuberías:

Los codos para tuberías se utilizan ampliamente en sistemas de tuberías en las industrias del petróleo, gas natural, industria química, energía hidroeléctrica, construcción y calderas. Al seleccionar accesorios de codo, se deben considerar múltiples factores, incluido el medio, la presión, la temperatura, el diámetro de la tubería y el material, las especificaciones y los métodos de conexión del codo.

Preguntas frecuentes (FAQ):

P1: Qué es mejor en calidad, un codo prensado en caliente o un codo estampado?

R: Los codos prensados en caliente son de mejor calidad.

El proceso de prensado en caliente controla el flujo del metal a través de un mandril, compensando el exceso de metal en el arco exterior con el arco interior, lo que resulta en un espesor de pared uniforme y sin defectos de adelgazamiento. Los codos estampados tienen un espesor de pared aproximadamente un 10 % menor en el arco exterior y son menos estéticos que los codos prensados en caliente. Por lo tanto, el prensado en caliente se prefiere para la producción en masa, mientras que el estampado se considera solo para lotes pequeños o codos de pared gruesa.

P2: Cómo distinguir entre codos sin costura y codos soldados?

R: El método más directo es observar la presencia de cordones de soldadura en las superficies interior y exterior.

Los codos sin costura tienen superficies interior y exterior lisas, sin rastros de cordones de soldadura. Los codos soldados (codos de dos mitades soldadas) presentan dos soldaduras longitudinales visibles en la superficie; los codos de "cintura estrecha" tienen múltiples soldaduras circunferenciales. Además, los codos sin costura se utilizan normalmente para diámetros inferiores a DN600, mientras que los codos soldados se utilizan principalmente para codos de diámetro extragrande superiores a DN600.

P3: Qué tipo de codo se usa con más frecuencia, uno de 90 grados o uno de 45 grados?

R: Los codos de 90 grados son los más comunes. En los sistemas de tuberías industriales, representan más del 70 % del total de codos utilizados y son la opción estándar para curvas en ángulo recto en las tuberías. Los codos de 45 grados se utilizan principalmente en situaciones que requieren curvas suaves o una menor resistencia al flujo, como en las entradas y salidas de bombas y en tuberías de larga distancia. Los codos de 180 grados son los menos utilizados, principalmente en equipos especiales como intercambiadores de calor.

P4: Cuáles son los diferentes radios de curvatura de los codos? Cómo elegirlos?

R: Los codos se dividen principalmente en dos tipos según su radio de curvatura: codos de radio largo (R=1,5D) y codos de radio corto (R=1,0D), donde R representa el radio de curvatura y D el diámetro nominal del codo.

Los codos de radio largo presentan menor resistencia al flujo y menor caída de presión, lo que los convierte en la opción preferida para la mayoría de las condiciones de funcionamiento. Los codos de radio corto tienen una estructura compacta y ahorran espacio, pero presentan mayor resistencia al flujo y solo se utilizan cuando el espacio es limitado. En proyectos de ingeniería convencionales, más del 90 % de los codos utilizan un diseño de radio largo.

P5: Qué inspecciones se requieren después de la fabricación de los codos?

A: Las siguientes inspecciones suelen requerirse tras la fabricación de codos:

● Inspección visual (ausencia de grietas, pliegues u otros defectos en la superficie);
● Inspección dimensional (diámetro exterior, espesor de pared, radio de curvatura, etc., conforme a las normas);
● Medición del espesor de pared (confirmar que el espesor mínimo de pared no sea inferior al valor requerido);
● Ensayos no destructivos (radiológicos o ultrasónicos, utilizados para codos soldados o codos sin costura de alta presión);
● Ensayo de dureza (utilizado para codos de acero aleado).

Los codos de acero al carbono convencionales generalmente solo requieren inspecciones visuales y dimensionales, mientras que los codos de acero aleado o de alta presión requieren ensayos más exhaustivos.

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