Selección de espesor de tubos cuadrados y rectangulares

Qué es el espesor de los tubos cuadrados y rectangulares?

Los tubos cuadrados y tubos rectangulares, también conocidos como perfiles huecos de acero conformados en frío, son un tipo común de acero estructural hueco. Su espesor es un parámetro clave que afecta directamente a su rendimiento y rango de aplicación. El espesor de un tubo cuadrado o rectangular, a menudo denominado espesor de pared, se refiere a la distancia vertical desde la superficie exterior hasta la superficie interior del tubo; es decir, el espesor de la pared del tubo. Normalmente se especifica en milímetros, como 2,0 mm, 3,0 mm, etc. Este valor representa el espesor real del material y es uno de los indicadores importantes para medir la resistencia estructural de los tubos cuadrados.

En los planos de ingeniería y los contratos de adquisición, el espesor de pared del tubo es un parámetro fundamental que determina directamente las siguientes características del tubo cuadrado:

1. Resistencia estructural y capacidad de carga: Cuanto mayor sea el espesor de pared, mayor será la carga (presión, momento flector) que el tubo cuadrado o rectangular puede soportar, y más estable será la estructura.
2. Peso y coste: El espesor de pared es un factor clave para calcular el peso teórico. Un mayor espesor de pared incrementa significativamente el peso por metro y el coste total.
3. Aplicaciones: Los tubos cuadrados y rectangulares de diferentes espesores son adecuados para campos muy diversos, desde decoración ligera hasta estructuras de carga pesada.

Métodos de medición del espesor: 

Existen dos métodos principales para medir el espesor de los tubos cuadrados y rectangulares: uno es la medición directa, utilizando herramientas como calibradores o medidores de espesor ultrasónicos para medir directamente el espesor de pared del tubo; el otro se basa en especificaciones estándar, verificando si el espesor cumple con el rango de tolerancia especificado en la norma de producción. En aplicaciones prácticas, la combinación de ambos métodos permite determinar con mayor precisión si el espesor del tubo cuadrado cumple con los requisitos.

Rango de espesor de tubos cuadrados y rectangulares:

1) A continuación, se presentan los rangos de espesor comunes según los diferentes procesos de producción:

1. Tubos cuadrados y rectangulares soldados

Tubos cuadrados y rectangulares de pared delgada: Este es el tipo de tubo cuadrado más común, con el rango de espesor más amplio.
Rango común: 0,5 mm ~ 3,0 mm
Características y proceso: Fabricados principalmente con fleje de acero laminado en frío mediante soldadura de alta frecuencia (ERW), con dimensiones precisas y una superficie lisa.
Aplicaciones: Mobiliario, decoración de interiores, estanterías, anaqueles ligeros, carcasas para electrodomésticos.

Tubos cuadrados y rectangulares de pared media:
Rango común: 3,0 mm ~ 6,0 mm
Características y proceso de fabricación: Fabricados con fleje de acero laminado en caliente o en frío, son la base de las aplicaciones estructurales.
Aplicaciones: Estructuras de acero para la construcción (vigas, columnas), bastidores de maquinaria, fabricación de vehículos.

Tubos cuadrados y rectangulares de pared gruesa/extra gruesa:
Espesor habitual: 6,0 mm ~ 20,0 mm o incluso mayor.
Características y proceso de fabricación: Generalmente se fabrican mediante soldadura por arco sumergido (SAW) o se laminan y sueldan a partir de placas especiales de gran espesor.
Aplicaciones: Fábricas de gran tonelaje, plataformas marinas, componentes clave de puentes, cimentaciones de pilotes.

2. Tubos cuadrados y rectangulares sin costura

Espesor habitual: Aproximadamente 2,0 mm ~ 12,0 mm.
Características: Los tubos cuadrados y rectangulares sin costura se forman a partir de tubos redondos sin costura mediante procesos de estirado o laminado en frío. Su espesor de pared está limitado por el espesor de pared del tubo redondo original. Generalmente no se fabrican ni muy delgados ni extremadamente gruesos.
Aplicaciones: Estructuras mecánicas y equipos hidráulicos que requieren alta integridad y resistencia a la presión.

2) Espesores comunes de tubos cuadrados y rectangulares en el mercado

a. Tubos cuadrados de pequeño tamaño (p. ej., 20x20 mm, 25x25 mm, 30x30 mm)

Espesores comunes: 1,0, 1,2, 1,5, 1,8, 2,0, 2,5, 3,0 mm. Los espesores superiores a 3 mm son menos comunes.

b. Tubos cuadrados/rectangulares de tamaño mediano (p. ej., 50x50 mm, 100x50 mm, 100x100 mm)
Espesores comunes: 2,0, 2,5, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0 mm
Estos son los más utilizados en aplicaciones estructurales. Los de 3,0 mm, 4,0 mm y 5,0 mm son los más comunes.

c. Tubos cuadrados/rectangulares de gran tamaño (p. ej., 150x150 mm, 200x200 mm, 300x200 mm)
Espesores comunes: 4,0, 5,0, 6,0, 8,0, 10,0, 12,0 mm

Debido a su gran sección transversal, incluso un espesor de pared de 4,0 mm se considera delgado y propenso al pandeo local; por lo tanto, generalmente se requiere un mayor espesor.

Factores que influyen en la selección del espesor de los tubos cuadrados/rectangulares:

1. Requisitos de mecánica estructural: capacidad de carga, rigidez y estabilidad
Este es el factor más importante que determina el espesor. Los tubos cuadrados/rectangulares más gruesos suelen tener mayor resistencia estructural (resistencia a la presión y al par) y estabilidad, lo que les permite soportar mayores cargas. Por ejemplo, en la construcción de estructuras, se suelen elegir tubos cuadrados o rectangulares de mayor espesor para secciones que requieren soportar cargas pesadas, garantizando así la seguridad y la durabilidad. En cambio, para cargas ligeras o aplicaciones decorativas, los tubos cuadrados o rectangulares de menor espesor pueden resultar más económicos y prácticos.

2. Requisitos de entorno operativo y durabilidad
Entornos corrosivos:
Entornos interiores secos: Bajo riesgo de corrosión; el espesor se puede seleccionar según los requisitos mecánicos.
Entornos exteriores, de alta humedad, costeros o con presencia de productos químicos: Debe considerarse un margen de corrosión. Esto implica añadir 1-2 mm o más al espesor teórico calculado para asegurar la resistencia suficiente, incluso si el material se corroe durante la vida útil prevista.

Condiciones de abrasión: Si el tubo cuadrado o rectangular va a estar expuesto a erosión del material o desgaste mecánico, se requiere un mayor espesor de pared como margen de abrasión.

3. Construcción de conexiones y nodos
Requisitos de soldadura: Si se requiere soldadura biselada en los extremos o el cuerpo del tubo, es necesario un espesor de pared suficiente para garantizar la resistencia de la soldadura y la profundidad de penetración.
Conexiones atornilladas: Si es necesario perforar la pared del tubo y someterla a la fuerza cortante de los pernos, los tubos de pared delgada pueden rasgarse o fallar bajo presión en los orificios; se requiere un mayor espesor de pared para garantizar la resistencia de la conexión.

4. Tecnología de procesamiento y limitaciones de fabricación
Conformabilidad por doblado en frío: Para tubos cuadrados o rectangulares soldados, la materia prima (placa de acero) debe doblarse en frío mediante una matriz. Las paredes delgadas son propensas a arrugarse, mientras que las paredes gruesas son difíciles de conformar y requieren equipos más potentes. Cada fabricante tiene su propio rango de espesores que puede producir.

Limitación de espesor mínimo: Para tubos cuadrados y rectangulares de gran sección, existe un requisito empírico de espesor mínimo de pared para garantizar la rigidez y la estabilidad.

5. Optimización de costos y peso
Costo del material: El espesor de pared es el factor más importante que afecta el peso y el precio de los tubos cuadrados y rectangulares. Si bien se deben cumplir todos los requisitos técnicos y de seguridad, se debe seleccionar el espesor de pared mínimo dentro del rango permitido para lograr una reducción de peso y un ahorro de costos.

Costo del ciclo de vida: En ambientes corrosivos, elegir tubos ligeramente más gruesos puede implicar un costo inicial mayor, pero puede reducir los costos posteriores de mantenimiento y reemplazo, lo que a la larga resulta potencialmente más económico.

Selección del material: 

La elección del espesor de los tubos cuadrados y rectangulares también depende del tipo de material. Los materiales comunes para tubos cuadrados incluyen acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones de aluminio. Los diferentes materiales presentan distintas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, por lo que, incluso con el mismo espesor, su rendimiento real puede variar. Por ejemplo, los tubos cuadrados de acero inoxidable, debido a su excelente resistencia a la corrosión, pueden ser más adecuados para ambientes húmedos o corrosivos que los tubos cuadrados de acero al carbono del mismo espesor.

Estandarización del espesor de los tubos cuadrados:

Diversos sistemas de normas nacionales e internacionales regulan el espesor y las tolerancias de los tubos cuadrados, como las normas nacionales y las normas industriales. Estas normas garantizan la uniformidad e intercambiabilidad de los productos de tubos cuadrados, proporcionando una base para la selección y el uso por parte del usuario. Consultar las normas pertinentes al seleccionar tubos cuadrados puede ayudar a los usuarios a determinar mejor si un producto cumple con sus requisitos.

Especificaciones estándar para tolerancias de espesor de tubos cuadrados y rectangulares:

El espesor de pared de los tubos cuadrados y rectangulares está sujeto a estrictas normas nacionales. Cuando el espesor de pared de un tubo cuadrado o rectangular no supera los 10 mm, su desviación admisible está claramente limitada, es decir, no debe exceder el ±10 % del espesor nominal. Si el espesor de pared supera los 10 mm, la desviación admisible se ajusta al ±8 % del espesor de pared. Estas precisas especificaciones estándar tienen como objetivo garantizar la seguridad y la fiabilidad de los tubos cuadrados y rectangulares durante su uso.

Importancia y escenarios de aplicación de las especificaciones: 

Como material estructural importante, los tubos cuadrados y rectangulares se utilizan ampliamente en numerosos campos, como la construcción, la construcción de puentes y la fabricación de maquinaria. La desviación admisible en el espesor de pared afecta directamente a la capacidad de carga y la vida útil de los tubos cuadrados y rectangulares. Por lo tanto, controlar estrictamente las tolerancias de espesor de pared es crucial para garantizar la calidad y la seguridad del proyecto. Por ejemplo, en la construcción de edificios, los tubos cuadrados y rectangulares se utilizan comúnmente en la construcción de estructuras de soporte y muros de carga. La uniformidad y estabilidad del espesor de pared son vitales para la estabilidad general del edificio.

Consideraciones especiales para el espesor de pared en curvas y zonas soldadas:

Cabe destacar que las desviaciones permitidas en el espesor de pared mencionadas anteriormente no incluyen el espesor en curvas ni en zonas soldadas. Esto se debe a que estas zonas desempeñan un papel fundamental en la estructura de los tubos cuadrados y rectangulares, y su espesor de pared suele requerir un control más preciso para garantizar la resistencia e integridad generales de la estructura. Durante la producción y el control de calidad, estas zonas críticas se someten a pruebas y evaluaciones adicionales para asegurar que cumplan con los estándares más exigentes.

Conclusión: 

En aplicaciones prácticas, la selección del espesor del tubo cuadrado requiere una consideración exhaustiva de múltiples factores. En primer lugar, están los requisitos del escenario de aplicación, incluyendo la magnitud de la carga, las condiciones ambientales y la vida útil. En segundo lugar, están los factores de coste; los tubos cuadrados más gruesos suelen ser más caros, por lo que debe lograrse un equilibrio entre economía y practicidad, cumpliendo a la vez con los requisitos de rendimiento. Finalmente, está la facilidad de procesamiento e instalación. Los tubos cuadrados más gruesos suelen ser más pesados, lo que dificulta su procesamiento y transporte, mientras que los tubos cuadrados más delgados son más fáciles de manipular e instalar.

Consideraciones de compra:
Tolerancia de espesor: Los tubos cuadrados y rectangulares presentan desviaciones de espesor admisibles (tolerancias positivas y negativas). Por ejemplo, un espesor nominal de pared de 3,0 mm podría estar comprendido entre 2,7 mm y 3,3 mm, lo cual se considera aceptable. Para aplicaciones exigentes, el rango de tolerancia del espesor de pared (es decir, el espesor real no debe ser inferior al espesor nominal) debe definirse claramente con el proveedor.

Estabilidad y relación ancho/espesor: En el diseño estructural de elementos a compresión, es necesario verificar la relación ancho/espesor (altura de la sección/espesor de pared) del tubo para evitar inestabilidad localizada. Las normas establecen límites superiores para esta relación, lo que determina directamente el espesor mínimo de pared requerido para una dimensión transversal dada.

Preguntas frecuentes:

Qué relación existe entre el grosor de un tubo cuadrado y su capacidad de carga?

Esta es una pregunta común. En resumen, los tubos cuadrados más gruesos generalmente tienen mayor resistencia y estabilidad estructural, y pueden soportar cargas mayores. Por ejemplo, en la construcción, se suelen elegir tubos cuadrados más gruesos para las piezas que deben soportar cargas pesadas para garantizar la seguridad y la durabilidad. En cambio, para cargas ligeras o aplicaciones decorativas, los tubos cuadrados más delgados pueden ser más económicos y prácticos.

Es siempre mejor un tubo cuadrado más grueso?

Si bien los tubos cuadrados más gruesos ofrecen mayor resistencia, las paredes excesivamente gruesas pueden añadir peso y coste innecesarios, e incluso generar desperdicio en algunas aplicaciones. El grosor del tubo cuadrado debe ajustarse razonablemente a las necesidades reales para evitar un sobredimensionamiento o un subdimensionamiento.

Cuáles son las tolerancias de grosor para tubos cuadrados y rectangulares?

Según las normas nacionales, la desviación admisible del espesor de pared de los tubos cuadrados y rectangulares no debe superar el ±10 % del espesor nominal cuando este no sea superior a 10 mm, ni el ±8 % cuando sea superior a 10 mm. Esta normativa garantiza la calidad y la seguridad de los tubos cuadrados y rectangulares, pero cabe señalar que no se aplica al espesor de pared en las curvas ni en las zonas soldadas.

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