BRPI0515511B1

BRPI0515511B1 - Plugue, método para expandir o diâmetro interno de um cano ou tubo metálico utilizando tal plugue, método para fabricação do cano ou tubo metálico, e cano ou tubo metálico

Info

Publication number: BRPI0515511B1
Application number: BRPI0515511-8A
Authority: BR
Inventors: Tatsuya Okui; Koichi Kuroda; Masayoshi Akiyama
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2019-04-30
Also published as: CA2580420C; CA2685217A1; DE602005009228D1; EP1799374A1; BRPI0515511A; JP2008513210A; MX2007003351A; WO2006033376A1; US8079243B2; NO20071612L; CA2580420A1; AU2005285839B2; AU2005285839A1; JP4557006B2; EP1799374B1; CN101022902A; CN100488658C; CA2685217C; AR050752A1; NO339017B1

Abstract

"plugue, método para expandir o diâmetro interno de um cano ou tubo metálico utilizando tal plugue, método para fabricação do cano ou tubo metálico, e cano ou tubo metálico". a presente invenção refere-se um plugue para expandir o diâmetro interno da porção de extremidade de um tubo metálico. a sua seção transversal é um círculo e inclui uma porção cônica e uma porção paralela conectada na extremidade de cauda da porção cônica. o diâmetro da porção cônica aumenta gradualmente da extremidade de cabeça da porção cônica para a extremidade de cauda da porção cônica onde o diâmetro é d1. a distância axial lr do ponto onde o diâmetro d2=d1x0,99 para a extremidade de cauda onde o diâmetro é d1 satisfaz a expressão 22<243>lr((d1-d2)/2)<243>115. o ângulo de conicidade sobre a superfície onde o diâmetro é d2 é maior do que ou igual ao ângulo de conicidade sobre a superfície de cauda da porção cônica após o ponto onde o diâmetro é d2. o diâmetro da porção paralela é d1.

Description

MÉTODO PARA EXPANDIR O DIÂMETRO INTERNO DE UM CANO OU TUBO METÁLICO UTILIZANDO TAL PLUGUE, MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DO CANO OU TUBO METÁLICO, E CANO OU TUBO METÁLI5 CO.

CAMPO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a um plugue para expandir o diâmetro interno de uma porção de extremidade de um cano ou tubo metálico, um método para expandir o diâmetro interno de uma porção de extremidade 10 de um cano ou tubo metálico utilizando tal plugue, e um método para fabricar o cano ou tubo metálico.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Uma alta precisão dimensional é requerida na porção de extremidade de um cano ou tubo metálico suprido para serviço como um tubo de 15 linha ou como bens tubulares de campo de óleo. No suprimento do serviço, um tubo de linha é usualmente soldado no seu tubo de linha adjacente. Se o diâmetro interno da porção de extremidade de um tubo de linha não coincidir precisamente com aquele do tubo de linha adjacente, leva a problemas com a soldagem o que causa defeitos da porção soldada. Os bens tubulares de 20 campo de óleo estão sujeitos a uma operação de rosqueamento nas porções de extremidade de modo a conectá-los nos seus bens tubulares de campo de óleo adjacentes. Se a precisão do diâmetro interno dos bens tubulares de campo de óleo for ruim, a operação de rosqueamento não pode ser apropriadamente completada.

De modo a aperfeiçoar a precisão do diâmetro interno das porções de extremidade de um cano ou tubo metálico, as porções de extremidade são expandidas.

O equipamento para a operação de expansão inclui um mandril 2, um plugue 3, e um cilindro 4 como mostrado nas Figuras 1A, 1B e 1C.

Iniciando da cabeça para a cauda do plugue 3, a geometria do plugue 3 inclui a porção cônica 31 a qual conecta suavemente na porção paralela 32. Os diâmetros em ambas as extremidades da porção cônica 31 são D10 na ·· ·«· ·· .··· C ···«·«·· t ·«·«· *«* · ·· * • ·· v·· ······« » extremidade de cabeça e D11 na extremidade de cauda, com D11 sendo maior do que D10. O ângulo de conicidade R1 da porção cônica 31 é constante. O diâmetro da porção paralela 32 é uniforme através de toda a direção longitudinal e é dado como D11.

Antes da operação de expansão de uma porção de extremidade de um cano metálico (ou um tubo metálico) 1, o cano metálico 1 é firmemente fixo no equipamento utilizando o mandril 2. Na fixação do cano metálico 1, o seu eixo geométrico central fica disposto de modo que este coincida precisamente com o eixo geométrico central do plugue 3 como mostrado na Figura 1A. Então o plugue 3 é empurrado para dentro do cano metálico 1 até a distância prescrita na direção axial do ponto de extremidade como mostrado na Figura 1B. O plugue 3 é empurrado para dentro do cano metálico 1 utilizando o cilindro 4. A porção de extremidade do cano metálico 1 é consequentemente expandida.

Após o plugue 3 deslocar-se pela distância prescrita do ponto de extremidade do cano metálico 1, o plugue 3 é puxado de volta na direção oposta à direção que este foi empurrado para dentro como mostrado na Figura 1C. Através deste procedimento a porção de extremidade do cano metálico 1 é acabada de modo que a precisão do diâmetro interno da porção de extremidade coincida precisamente com o valor prescrito. Um aperfeiçoamento da precisão dimensional do diâmetro interno da porção de extremidade do cano metálico 1 é consequentemente obtido.

Um problema, no entanto, é que existe uma diferença no diâmetro interno na direção circunferencial sobre a porção de extremidade expandida do cano metálico, e a geometria interna da seção transversal não é um círculo perfeito. Existe também uma diferença no diâmetro interno na direção axial.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

É um objetivo da invenção prover um plugue que assegure o aperfeiçoamento de precisão dimensional da porção de extremidade de um cano ou tubo metálico, um método para expandir o diâmetro interno de uma porção de extremidade do cano ou tubo metálico utilizando o plugue, e um //0

método para fabricar um cano ou tubo metálico.

De modo a investigar a causa da diferença no diâmetro interno da porção de extremidade expandida do cano metálico 1, os inventores expandiram uma porção de extremidade de um cano metálico 1 utilizando um plugue com uma geometria convencional. O resultado mostrou que o diâmetro interno D20 da porção expandida do cano metálico 1 era maior do que o diâmetro externo D11 da porção paralela 32 do plugue 3 como mostrado na Figura 2. Na parte seguinte desta especificação, a deformação excessiva é denominada deformação excessiva.

Quando a porção de extremidade de um cano metálico 1 é expandida por um plugue 3, a porção 11 sobre o cano metálico 1 onde a porção cônica 31 do plugue 3 que está passando sofre uma deformação de dobramento no sentido da direção externa do cano metálico 1, e a porção 11 do cano metálico 1 é expandida no seu diâmetro interno como um resultado. Apesar da porção 12 no cano metálico 1 onde a porção paralela 32 do plugue 3 está passando não sofre nenhuma deformação de dobramento pela porção cônica 31 do plugue 3, a porção 12 do cano metálico 1 é influenciada pela deformação de dobramento da porção 11 do cano metálico 1 causada pela porção cônica 31 do plugue 3. Devido a este mecanismo, a deformação excessiva ocorre sobre a porção expandida 12 do cano metálico 1.

Através de toda a deformação excessiva, a superfície interna da porção expandida 12 do cano metálico 1 não fica em contato com a superfície da porção paralela 32 do plugue 3. Em outras palavras, não existe nenhuma restrição sobre a porção paralela 32 do plugue 3 dada pelo cano metálico 1, e o cano metálico 1 não recebe nenhuma força de reação da porção paralela 32 do plugue 3 consequentemente. Portanto, a superfície interna da porção expandida 12 do cano metálico 1 torna-se instável permitindo uma deformação excessiva não uniforme. Devido a esta deformação excessiva não uniforme o diâmetro interno da porção expandida 12 do cano metálico 1 não é constante na direção circunferencial, e a seção transversal da porção expandida 12 do cano metálico 1 não é um círculo perfeito. Pela mesma razão, o diâmetro interno da porção expandida 12 do cano metálico 1 torna-se

não uniforme na direção axial.

Os inventores chegaram a uma conclusão de que a precisão dimensional da superfície interna da porção expandida do cano metálico 1 foi aperfeiçoada se a deformação excessiva foi impedida de ocorrer sobre a porção expandida 12 do cano metálico 1 quando a porção paralela 32 do plugue 3 está passando ali. Se a deformação excessiva for evitada, a superfície interna do cano metálico 1 contacta a superfície da porção paralela 32 do plugue 3, e o diâmetro interno da porção expandida 12 do cano metálico 1 torna-se igual ao diâmetro da porção paralela 32 do plugue 3.

De modo a impedir que a deformação excessiva ocorra na porção expandida 12 do cano metálico 1, é suficiente permitir que a deformação excessiva inicie e seja completada antes do diâmetro interno do cano metálico 1 ser expandido para D11 pelo plugue 3. Em outras palavras, é suficiente permitir que a deformação excessiva inicie e seja completada somente na porção 11 do cano metálico 1 onde a porção cônica 31 do plugue 3 está passando.

Os inventores executaram uma investigação sobre a deformação excessiva expandindo as porções de extremidade dos canos metálicos 1 que tem amplas faixas de diâmetro interno e de espessura de parede utilizando o plugue 3. Os resultados recentemente encontrados mostraram que a deformação excessiva foi menor do que 1% do diâmetro D11 da porção paralela 32 do plugue 3 quando a razão de expansão dada pela Expressão (A) é igual ou menor do que 8%. A intensidade de deformação excessiva não era dependente nem da espessura de parede nem do diâmetro interno do cano metálico 1.

Razão de Expansão = (D20-D30)/D30x100 (%) ... (A)

Onde D30 é o diâmetro interno do cano metálico 1 antes deste ser expandido, e D20 é o diâmetro interno do cano metálico 1 após este ser expandido.

Com base no estudo e nos resultados do exame como acima descrito, os inventores fizeram o plugue de acordo com a invenção.

O plugue de acordo com a invenção é para expandir o diâmetro interno de uma porção de extremidade de um cano metálico. O plugue tem

uma seção transversal circular, e inclui uma porção cônica e uma porção paralela conectada na extremidade de cauda da porção cônica. O diâmetro da porção cônica aumenta gradualmente da extremidade de cabeça da porção cônica para a extremidade de cauda da porção cônica onde o diâmetro é D1. A distância axial LR de um ponto da porção cônica onde o diâmetro é D2=D1xO,99 para a extremidade de cauda onde o diâmetro é D1 satisfaz a Expressão (1). O ângulo de conicidade sobre a superfície onde o diâmetro é D2 é maior do que ou igual ao ângulo de conicidade sobre a superfície de cauda da porção cônica após o ponto onde o diâmetro é D2 e o diâmetro da porção paralela é D1.

22<LR/((D1-D2)/2)<115 ... (1)

Para o plugue da presente invenção o ângulo de conicidade sobre a superfície do plugue onde o diâmetro é D2 na porção cônica é maior do que ou igual ao ângulo de conicidade da porção consecutiva do plugue, e o comprimento LR satisfaz a Expressão (1). Portanto, um cano ou tubo metálico sofre pouca deformação de dobramento pela superfície do plugue após o ponto onde o diâmetro do plugue é D2. Como um resultado, o plugue qualificado para gerar a deformação excessiva quando o cano ou tubo metálico está passando sobre a superfície de cauda do plugue do ponto onde o diâmetro do plugue é D2. Como está acima descrito, a intensidade de deformação excessiva é menor do que 1 % do diâmetro D1 da porção paralela do plugue, e a deformação excessiva termina quando o cano ou tubo metálico está passando sobre a zona do plugue definida pelo ponto onde o diâmetro do plugue é D2 e a porção de extremidade da porção cônica. Em outras palavras, a porção do cano ou tubo metálico onde a porção paralela do plugue está passando não sofre uma deformação excessiva. Com isto, a superfície interna do cano ou tubo metálico contacta a superfície da porção paralela do plugue. Devido à influência deste efeito, o diâmetro interno do cano ou tubo metálico torna-se igual ao diâmetro da porção paralela do plugue, e a precisão dimensional da porção expandida do cano ou tubo metálico aumenta.

Um método para expandir o diâmetro interno de uma porção de extremidade de um cano ou tubo metálico de acordo com a presente invenção inclui as etapas de empurrar o plugue para dentro do cano ou tubo metálico na direção axial de uma extremidade do cano ou tubo metálico por uma distância prescrita, e parar de empurrar o plugue e recuar na direção inversa para o exterior do cano ou tubo metálico.

No método de expansão do diâmetro interno de uma porção de extremidade de um cano ou tubo metálico de acordo com a presente invenção o cano ou tubo metálico é expandido pela utilização do plugue acima descrito. Com isto, o diâmetro interno da porção de extremidade do cano ou tubo metálico torna-se igual ao diâmetro da porção paralela do plugue, e a precisão dimensional do diâmetro interno é aperfeiçoada.

O método para fabricar um cano ou tubo metálico de acordo com a presente invenção inclui as etapas de perfurar um tarugo na direção axial para fabricar um envoltório oco, alongando o dito envoltório oco na direção axial dimensionando o diâmetro externo do envoltório oco alongado para fabricar o cano ou tubo metálico, empurrar um plugue para dentro do cano ou tubo metálico na direção axial de uma extremidade do cano ou tubo metálico por uma distância prescrita, e parar de empurrar o plugue e recuar na direção inversa para o exterior do cano ou tubo metálico.

No método para fabricar um cano ou tubo metálico de acordo com a presente invenção, o cano ou tubo metálico pai é expandido no seu diâmetro interno pela utilização do plugue acima descrito. Com isto, o diâmetro interno da porção de extremidade do cano ou tubo metálico coincide exatamente com o diâmetro da porção paralela do plugue, e a precisão dimensional do diâmetro interno para a porção expandida é aperfeiçoada.

Um cano ou tubo metálico de acordo com a invenção inclui uma primeira porção cilíndrica oca próximo da porção central do cano ou tubo metálico, uma segunda porção cilíndrica oca sobre pelo menos uma das duas porções de extremidade do cano ou tubo metálico, e uma porção cônica que conecta a primeira e a segunda porções cilíndricas ocas. O diâmetro externo da primeira porção cilíndrica oca é DA, e o diâmetro externo da segunda porção cilíndrica oca é DB o qual é maior do que o diâmetro externo ···« · · · ·

DA da primeira porção cilíndrica oca. O diâmetro externo da porção cônica aumenta gradualmente da primeira porção cilíndrica oca para a segunda porção cilíndrica oca. A distância axial LE que fica entre os pontos da porção cônica onde os diâmetros externos são DC=DBxO,99 e DB satisfaz a Ex5 pressão (2).

22<LE/((DB-DC)/2)<115 ... (2)

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figuras 1A a 1C são vistas que mostram a primeira até a terceira 10 etapas no processo de expandir um tubo utilizando um plugue convencional;

Figura 2 é uma vista esquemática para utilização na explicação ilustrada sobre a causa de discrepância no diâmetro interno da porção expandida pelo processo de expansão;

Figura 3 é uma vista lateral de uma geometria de plugue de a15 cordo com uma modalidade da presente invenção;

Figura 4 é uma vista esquemática para utilização na explicação ilustrada sobre o processo de deformação do cano ou tubo metálico expandido pela utilização do plugue mostrado na Figura 3;

Figura 5 é uma vista lateral de um plugue com uma geometria 20 diferente da modalidade da invenção;

Figuras 6A a 6C são vistas que mostram a primeira até a terceira etapas no processo de expandir um cano ou tubo metálico utilizando o plugue mostrado na Figura 3;

Figura 6D é uma vista lateral de um cano ou tubo metálico ex25 pandido utilizando o plugue mostrado na Figura 3;

Figuras 7A e 7B são vistas laterais de outros exemplos de canos ou tubos metálicos expandidos utilizando o plugue mostrado na Figura 3; e

Figura 8 é uma vista lateral do plugue utilizado de acordo com um exemplo.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

Agora, uma modalidade da invenção será detalhada em conjunto com os desenhos acompanhantes nos quais as mesmas ou corresponden8

tes partes estão denotadas pelos mesmos caracteres de referência e a mesma descrição não é repetida.

1. Plugue

Referindo à Figura 3, de acordo com a modalidade inclui tal geometria que inicia da porção cônica 301 da cabeça seguida pela porção paralela 302 continuada. A geometria da seção transversal do plugue 30 é um círculo.

A porção cônica 301 tem um tal papel de expandir o diâmetro interno da porção de extremidade do cano ou tubo metálico. O diâmetro da porção cônica 301 aumenta gradualmente da extremidade de cabeça da porção cônica 301 na direção da extremidade de cauda da porção cônica 301 onde o diâmetro é D1.

Na porção cônica 301, o ângulo de conicidade R1 sobre a superfície no ponto onde o diâmetro D2=D1x0,99 é maior do que o ângulo de conicidade sobre a superfície de cauda da porção cônica 301 seguindo o ponto onde o diâmetro é D2. Além disso, a distância axial LR que fica entre os pontos com o diâmetro D2 e o diâmetro D1 satisfaz a seguinte Expressão (1):

22<LR/((D1-D2)/2)<115 ... (1)

De modo a impedir que uma deformação excessiva ocorra quando o cano ou tubo metálico passe sobre a porção paralela 302 na operação de expansão, é suficiente permitir que o início da deformação excessiva inicie enquanto o cano metálico está passando sobre a porção cônica 301, e deixá-la terminar na porção cônica 301. O ângulo de conicidade R2 pode ser feito menor adotando uma grande LR para um dado (D1-D2). Para uma tal geometria, como mostrado na Figura 4, o plugue 30 não contacta a superfície interna do cano ou tubo metálico 1 sobre a superfície da zona de cauda 50 após o ponto onde o diâmetro do plugue é D2. A deformação excessiva ocorre sobre o cano ou tubo metálico 1 quando o cano ou tubo metálico 1 está na zona traseira 50.

Quando a razão de expansão de um cano ou tubo metálico 1 é menor do que ou igual a 8%, a intensidade de deformação excessiva é menor do que 1% de D1 como acima descrito. Portanto, se os inventores permi9

tirem que a deformação excessiva ocorra na zona 50 que conecta imediatamente após o ponto onde o diâmetro do plugue é D2 (=D1xO,99), o diâmetro interno do cano ou tubo metálico 1 após o completamento da deformação excessiva não excede D1.

A superfície interna do cano metálico 1 após a deformação excessiva contacta novamente a porção cônica 301 do plugue e fica ligeiramente expandida na zona 51 até esta atingir o ponto de entrada da porção paralela do plugue. No entanto o ângulo de conicidade R2 da superfície do plugue 30 é pequeno como está acima descrito e a razão de expansão dada ao cano ou tubo metálico 1 na zona 51 é muito pequena. Em outras palavras, a força de contato exercida sobre a superfície interna do cano ou tubo metálico 1 pela porção cônica 301 do plugue 30 na zona 51 é muito pequena. Com isto, a deformação excessiva devido à força exercida sobre a superfície interna do cano ou tubo metálico 1 na zona 51 dificilmente ocorre. Como um resultado, a superfície interna do cano ou tubo metálico 1 contacta a superfície da porção paralela 302 do plugue 30 enquanto esta está passando sobre a porção paralela 302.

Devido a este mecanismo, o diâmetro interno é sempre mantido constante como D1 sem nenhuma flutuação do diâmetro interno nas direções longitudinal e circunferencial quando uma operação de expansão do diâmetro interno da porção de extremidade do cano ou tubo metálico é executada pela utilização do plugue 30 com a geometria de acordo com a modalidade.

Quando a distância axial LR não é menor do que o valor limite inferior na Expressão (1), o efeito acima descrito aparece mais eficientemente. A razão para o valor limite superior 115 na Expressão (1) é que se a distância axial LR exceder este valor, o comprimento total do plugue 30 tornase tão longo que este aumenta tanto o custo de fabricação do plugue quanto o custo de fabricação do equipamento para a operação de expansão. Em resumo, o efeito da presente invenção claramente aparece mesmo quando o valor limite superior é maior do que 115.

O efeito acima descrito é mais eficiente mente obtido quando a /7 razão de expansão é menor do que ou igual a 8%, mas este é também obtenível em um certo grau quando a razão de expansão é maior do que 8%.

Apesar da geometria da porção cônica 301 ser reta na Figura 3, outras geometrias desta são também permitidas. Por exemplo, uma superfície curva sobre a porção cônica 301 é também permitida como mostrado na Figura 5. Em resumo, é suficiente que o diâmetro da porção cônica 301 aumente gradualmente da extremidade de cabeça da porção cônica 301 na direção da extremidade de cauda da porção cônica 301 onde o diâmetro é D1 satisfazendo tais condições de que o ângulo de conicidade R1 é maior do que o ângulo de conicidade R2 e a distância axial LR satisfaz a Expressão (1). O ângulo de conicidade R definido para um tal plugue 30 que tem uma geometria curva sobre a porção cônica 301 na Figura 5 é o ângulo formado por uma linha tangente sobre a superfície da porção cônica 301 e uma linha paralela ao eixo geométrico do plugue 30. Mais especificamente, o ângulo formado pela linha tangente sobre a superfície em um ponto onde o diâmetro do plugue é D2 e uma linha paralela ao eixo geométrico do plugue 30 é o ângulo de conicidade R1, e o ângulo formado pela linha tangente sobre a superfície de cauda da porção cônica 301 após o ponto onde o diâmetro é D2 e uma linha paralela ao eixo geométrico do plugue 30 é o ângulo de conicidade R2.

Apesar dos dois ângulos de conicidade R1 e R2 serem diferentes na Figura 3, é permitido que estes ângulos tenham o mesmo valor. Quando um cano ou tubo metálico é expandido por um plugue que tem um ângulo de conicidade R2 constante e satisfazendo a Expressão (1), a deformação excessiva dificilmente ocorre no cano ou tubo metálico que passa sobre a porção cônica e a porção paralela do plugue. Portanto, o efeito da presente invenção pode ser eficientemente obtido. No entanto, o custo do equipamento de expansão é alto porque o comprimento axial do plugue da extremidade de cabeça da porção cônica até o ponto onde o diâmetro é D2 é grande para um tal plugue.

Em resumo, é suficiente que os ângulos de conicidade satisfaçam tal relação como R1>R2 e a distância axial LR satisfaça a Expressão

(1).

Não existe nenhuma restrição sobre o material do plugue. Por exemplo, o material pode ser ou um aço rápido ou um carbureto cementado. Não existe nenhuma restrição sobre a rugosidade de superfície do plugue 30, e uma superfície acabada por revestimento é também aceitável.

2. Método de Fabricação

Um método de fabricação de um cano ou tubo metálico de acordo com a modalidade será descrito. O aço fundido é produzido ou por um alto forno ou por um forno elétrico e é então refinado por um método convencional.

Após o refinamento estar completo, o aço fundido é processado por um método de fundição contínuo ou por um método de fundição de lingote para ser por exemplo, uma chapa grossa, uma barra, um tarugo, ou um lingote.

A chapa, a barra ou o lingote é processado por trabalho a quente para transformar-se em um tarugo. O processo de trabalho a quente pode ser ou um processo de rolagem a quente ou um processo de forjamento a quente.

No processo seguinte, um tarugo é perfurado por um laminador de perfuração para transformar-se em um envoltório oco (processo de perfuração). O envoltório oco é alongado na direção longitudinal por um laminador de mandril (processo de alongamento). Após o processo de alongamento, o diâmetro externo do envoltório oco é dimensionado para o valor especificado (processo de dimensionamento).

Após o processo de dimensionamento, a porção de extremidade do envoltório oco (cano ou tubo metálico) é expandida (processo de expansão). No parágrafo seguinte uma explicação é dada sobre o processo de expansão, a saber, o método para expandir a porção de extremidade de um cano ou tubo metálico.

Como mostrado nas Figura 6A até 6C, o equipamento para a operação de expansão inclui um mandril 2 e um cilindro 4. Um cano ou tubo metálico 1 suprido após o processo de dimensionamento é fixo no equipa12

mento de expansão pelo mandril 2. Um plugue 30 está posicionado no topo de cilindro 4 do equipamento de expansão por um método bem conhecido. Um ajuste é feito no alinhamento preciso do eixo geométrico do cano ou tubo metálico 1 e aquele do plugue 30 (Figura 6A).

Após o ajuste dos dois eixos geométricos do plugue 30 e do cano ou tubo metálico 1 concêntricos na mesma posição, o plugue 30 é empurrado para dentro do cano ou tubo metálico 1 de uma extremidade para uma posição específica. Devido a esta operação a porção de extremidade do cano ou tubo metálico é expandida pelo plugue 30 (Figura 6B). Após o plugue 30 ser empurrado até a posição específica o plugue 30 é puxado de volta na direção inversa pelo utilização do cilindro 4 e retirado do cano ou tubo metálico 1 (Figura 6C).

Um cano ou tubo metálico 1 fabricado pelo processo acima descrito inclui uma primeira porção cilíndrica oca 101, uma segunda porção cilíndrica oca 102 na extremidade do cano ou tubo metálico 1, e a porção cônica 103 a qual conecta suavemente a primeira e a segunda porções cilíndricas ocas (Figura 6D). O diâmetro externo da primeira porção cilíndrica oca 101 é DA, e o diâmetro externo DB da segunda porção cilíndrica oca 102 expandida é maior do que DA.

A geometria da porção cônica 103 do cano ou tubo metálico 1 é determinada pela geometria do plugue 30. O diâmetro interno da porção cônica 103 do cano ou tubo metálico 1 aumenta gradualmente do diâmetro interno da primeira porção 101 para o diâmetro interno D1 da segunda porção 102. A distância axial LR que fica entre o ponto onde o diâmetro interno do cano ou tubo metálico 1 é D2=D1xO,99 até o ponto onde o diâmetro interno do cano ou tubo metálico 1 é D1 satisfaz a Expressão (1). Em resumo, a geometria interna da porção cônica 103 do cano ou tubo metálico 1 é quase a mesma que a geometria externa da porção cônica 103 do plugue 30.

A geometria externa da porção cônica 103 do cano ou tubo metálico 1 é quase a mesma que a geometria interna da porção cônica 103 do cano ou tubo metálico 1. Para ser preciso, o diâmetro externo da porção cônica 103 aumenta gradualmente do valor DA sobre a primeira porção cilín-

drica oca 101 para DB na segunda porção cilíndrica oca 102. Além disso, a distância axial LE que fica entre o ponto da porção cônica 103 onde o diâmetro externo é DC=DBxO,99 e o ponto da porção cônica 103 onde o diâmetro externo é DB satisfaz a seguinte Expressão (2):

22<LE/((DB-DC)/2)<115 ... (2)

A geometria do cano ou tubo metálico 1 expandido pelo método de expansão acima descrito pode ser ou como aquela ilustrada na Figura 6D ou como aquela que tem duas extremidades expandidas 102 como mostrado na Figura 7A. Alternativamente, pode também ser como aquela ilustrada na Figura 7B com uma extremidade tendo uma segunda porção cilíndrica oca 102, a outra extremidade tendo uma terceira porção cilíndrica oca 104 reduzida e uma porção cônica cilíndrica 105 que conecta suavemente a terceira porção cilíndrica oca 104 e a primeira porção cilíndrica oca 101. A geometria da terceira porção cilíndrica oca 104 e a porção cônica cilíndrica 105 está formada, por exemplo, pela utilização de um tal método que a porção de extremidade do cano metálico 1 é empurrada para dentro de uma matriz.

No método de fabricação acima descrito, o processo de expansão é colocado após o processo de dimensionamento, mas é permitido colocar um processo para endireitamento da porção dobrada do envoltório oco ou um processo para aperfeiçoar a redondeza do envoltório oco antes do processo de dimensionamento. Por exemplo, o endireitamento do envoltório oco pode ser conseguido permitindo que o envoltório oco passe através de um endireitador.

É também permitido dar ao envoltório oco um tratamento térmico para regular ou aperfeiçoar a resistência ou a ductilidade do envoltório oco entre o processo de dimensionamento e o processo de endireitamento.

É permitido reduzir a porção de extremidade do cano ou tubo metálico por um processo de estampagem de modo a regular a geometria interna do envoltório oco após o processo de endireitamento. Por exemplo, é permitido regular o diâmetro interno do envoltório oco sobre a porção de extremidade do cano ou tubo metálico empurrando-a para dentro de uma matriz, e então o processo de expansão pode ser executado.

É permitido sujeitar a porção expandida a um tratamento térmico de modo a livrar-se das tensões redundantes ou da tensão residual sobre a porção de extremidade expandida que podem ser geradas pelo processo de expansão. O tratamento térmico pode também ser executado após o pro5 cesso de expansão de modo a ajustar as características do cano ou tubo metálico tais como a resistência e a tenacidade.

No método acima descrito para fabricar um cano ou tubo metálico, um cano ou tubo de aço sem costura foi fabricado para sujeitá-lo ao processo de expansão, mas é também permitido utilizar um cano ou tubo de 10 aço soldado como um envoltório oco para o processo de expansão.

Exemplo

Uma medição foi executada sobre a redondeza e a precisão da superfície interna e a precisão da superfície externa sobre os tubos metálicos expandidos pela utilização de plugues de várias geometrias.

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As geometrias dos plugues utilizados no teste estão dadas na Figura 8 e na Tabela 1. As definições dos diâmetros externos D1 e D2, o ângulo de conicidade R1 e R2 e a distância axial LR são as mesmas que aquelas na Figura 3. O diâmetro DO é o diâmetro na extremidade de cabeça do píugue. A distância axial LB é o comprimento da porção paralela do plugue. O valor F1 na Tabela 1 é calculado pela seguinte Expressão (3):

F1=LR/((D1-D2)/2) ...(3)

As geometrias dos plugues de amostra 1 até 3 e 6 até 8 caem dentro da faixa geométrica da presente invenção, enquanto que aquelas dos plugues de amostra 4, 5, 9 e 10 estavam fora da faixa geométrica da presente invenção e o valor F1 era menor do que o valor limite da Expressão (1). Referindo às geometrias dos plugues de amostra N— 5 e 10, os ângulos de conicidade R1 e R2 eram constantes e o valor de F1 não satisfaz a Expressão (1).

O diâmetro externo do tubo metálico preparado para o teste para cada plugue era de 300 mm, e o comprimento era de 4000 mm. Os valores do diâmetro interno D100 e a espessura de parede estavam dados na Tabela 1. Os plugues foram presos na máquina de teste um por um, e a porção de extremidade de um tubo metálico foi expandida pela utilização do plugue de amostra preso na máquina. O plugue foi empurrado para dentro do tubo metálico da extremidade até que a distância entre a extremidade de cabeça do plugue e a extremidade do tubo metálico ficaram em 200 mm. Após puxar o plugue para fora do tubo metálico, o diâmetro interno D200 do tubo metálico foi medido sobre a porção de extremidade a qual é equivalente à segunda porção cilíndrica oca 102 na Figura 6D. Um calibre foi utilizado para medir o diâmetro interno da porção expandida em oito pontos distribuídos no mesmo passo na direção circunferencial. O valor médio dos oito diâmetros internos medidos foi adotado como o diâmetro interno D200 da porção expandida. Os valores medidos do diâmetro interno D200 estão mostrados na Tabela 1.

A definição de redondeza foi dada pela diferença entre o maior e o menor diâmetro medidos na direção circunferencial. Quando a redondeza era menor do que ou igual a 0,5 mm, o que está marcado por um círculo a17

berto na Tabela 1, o tubo expandido era aceito, e quando esta excedia 0,5 mm, o que está marcado x na Tabela 1, o tubo expandido era rejeitado.

O diâmetro externo DB da segunda porção cilíndrica foi também medido. Mais especifícamente, pela utilização de um calibre o diâmetro externo foi medido em oito pontos na direção circunferencial em um passo constante, e o valor médio dos oito valores medidos foi adotado como o diâmetro externo DB da porção expandida. Pela utilização do valor DB, o valor DC=DBxO,99 foi calculado. A distância axial LE que fica sobre a superfície externa entre o ponto com o diâmetro externo DC e o ponto com o diâmetro externo DB foi também medida por um calibre. Pela utilização dos diâmetros externos medidos DB e DC, e a distância axial LE, o valor F2 indicado na Tabela 1 foi calculado pela seguinte Expressão (4):

F2=LE/((DB-DC)/2) ...(4)

Resultado do Exame

Como mostrado na Tabela 1, os diâmetros internos D200 do tubo metálico expandido pelos plugues N— 1 até 3 eram todos 288,4 mm e eram iguais ao diâmetro D1 da porção paralela do plugue utilizado para cada tubo. A redondeza era menor do que 0,5 mm para todos os tubos.

Os diâmetros internos D200 do tubo metálico expandido pelos plugues 6 até 8 eram todos 247,2 mm e eram iguais ao diâmetro D1 da porção paralela do plugue utilizado para cada tubo. A redondeza era menor do que 0,5 mm para todos os tubos.

As geometrias das porções cônicas dos tubos de amostra N~ 1 até 3 e N— 6 até 8, as quais são equivalentes à porção cônica 103 do tubo metálico na Figura 5D, eram quase as mesmas que as geometrias da porção cônica de cada plugue utilizado para a expansão. O valor F2 caiu dentro da faixa dada pela Expressão (2).

Os diâmetros internos D200 dos tubos de amostra N~ 4, 5, 9, e 10 eram maiores do que o diâmetro D1 da porção paralela do plugue. A razão para esta discrepância foi atribuída ao fenômeno de deformação excessiva o qual surgiu sobre a porção paralela do plugue. A redondeza excedeu 0,5 mm para todos os tubos, e o valor F2 era menor do que o valor limite • · · · • · ♦ ♦ · » ·

inferior da Expressão (2).

A espessura de parede não afetou a precisão dimensional e a redondeza da porção expandida.

A modalidade da invenção foi mostrada e descrita simplesmente por meio da ilustração da presente invenção. Portanto, a invenção não está limitada às modalidades acima descritas e várias mudanças e modificações podem ser feitas na mesma sem afastar-se do escopo da invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

O plugue de acordo com a invenção pode ser amplamente ado10 tado para expandir um cano ou tubo metálico, e mais especificamente este é aplicável para a expansão de um tubo de linha e bens tubulares de campo de óleo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Plugue (30) para utilização na expansão do diâmetro interno de uma porção de extremidade de um cano ou tubo metálico (1), em que o dito plugue (30) tendo uma seção transversal circular e incluindo uma porção cônica (301) e uma porção paralela (302) conectada na extremidade de cauda da dita porção cônica (301), em que o diâmetro da dita porção cônica (301) aumenta gradualmente da extremidade de cabeça da dita porção cônica (301) para a extremidade de cauda da dita porção cônica (301) onde o diâmetro é D1, caracterizado pelo fato de que a distância axial LR de um ponto da dita porção cônica (301) onde o diâmetro é D2=D1x0,99 para a extremidade de cauda onde o diâmetro é D1 satisfaz a Expressão (1):

22<LR/((D1-D2)/2)<115 ... (1) o ângulo de conicidade (R1) sobre a superfície onde o diâmetro é D2 é maior do que ou igual ao ângulo de conicidade (R2) sobre a superfície de cauda da dita porção cônica (301) após o ponto onde o diâmetro é D2, e o diâmetro da dita porção paralela (302) é D1.
2. Método para expandir o diâmetro interno de uma porção de extremidade de um cano ou tubo metálico (1) compreendendo as etapas de:

empurrar um plugue (30) para dentro do cano ou tubo metálico (1) na direção axial de uma extremidade do cano ou tubo metálico (1) por uma distância prescrita; e parar de empurrar o dito plugue (30) e puxar de volta na direção inversa para o exterior do cano ou tubo metálico (1), em que em que o dito plugue (30) tem uma seção transversal circular e inclui uma porção cônica (301) e uma porção paralela (302) conectada na extremidade de cauda da dita porção cônica (301), em que o diâmetro da dita porção cônica (301) aumenta gradualmente da extremidade de cabeça da dita porção cônica (301) para a extremidade de cauda da dita porção cônica (301) onde o diâmetro é D1,

Petição 870180071290, de 15/08/2018, pág. 4/10 sendo o referido método caracterizado pelo fato de que a distância axial LR de um ponto da dita porção cônica (301) onde o diâmetro é D2=D1x0,99 para a extremidade de cauda onde o diâmetro é D1satisfaz a Expressão (1):

22<LR/((D1-D2)/2)<115 ... (1) o ângulo de conicidade (R1) sobre a superfície onde o diâmetro é D2 é maior do que ou igual ao ângulo de conicidade (R2) sobre a superfície de cauda da dita porção cônica (301) após o ponto onde o diâmetro é D2, e o diâmetro da dita porção paralela (302) é D1.
3. Método para fabricar um cano ou tubo metálico (1) compreendendo as etapas de:

perfurar um tarugo na direção axial para fabricar um envoltório oco;

alongar o dito envoltório oco na direção axial;

dimensionar o diâmetro externo do dito envoltório oco alongado para fabricar o dito cano ou tubo metálico (1);

empurrar um plugue (30) para dentro do dito cano ou tubo metálico (1) na direção axial de uma extremidade do cano ou tubo metálico (1) por uma distância prescrita; e parar de empurrar o dito plugue (30) e puxar de volta na direção inversa para o exterior do cano ou tubo metálico (1), em que o dito plugue (30) tem uma seção transversal circular e inclui uma porção cônica (301) e uma porção paralela (302) conectada na extremidade de cauda da dita porção cônica (301), em que o diâmetro da dita porção cônica (301) aumenta gradualmente da extremidade de cabeça da dita porção cônica (301) para a extremidade de cauda da dita porção cônica (301) onde o diâmetro é D1, sendo o referido método caracterizado pelo fato de que a distância axial LR de um ponto da dita porção cônica (301) onde o diâmetro é D2=D1x0,99 para a extremidade de cauda onde o diâmetro é D1 satisfaz a Expressão (1):

Petição 870180071290, de 15/08/2018, pág. 5/10

22<LR/((D1-D2)/2)<115 ... (1) o ângulo de conicidade (R1) sobre a superfície onde o diâmetro é D2 é maior do que ou igual ao ângulo de conicidade (R2) sobre a superfície de cauda da dita porção cônica (301) após o ponto onde o diâmetro é D2, e o diâmetro da dita porção paralela (302) é D1.
4. Cano ou tubo metálico (1) que compreende uma primeira porção cilíndrica oca (101) próximo de uma porção central do dito cano ou tubo metálico (1), uma segunda porção cilíndrica oca (102) sobre pelo menos uma das duas porções de extremidade do dito cano ou tubo metálico (1), e uma porção cônica (103) que conecta as ditas primeira e a segunda porções cilíndricas ocas (102), em que o diâmetro externo da dita primeira porção cilíndrica oca (101) é DA, o diâmetro externo da dita segunda porção cilíndrica oca (102) é DB maior do que o diâmetro externo DA da dita primeira porção cilíndrica oca (101), o diâmetro externo da dita porção cônica (103) aumenta gradualmente de DA para DB da primeira porção cilíndrica oca (101) para a segunda porção cilíndrica oca (102), caracterizado pelo fato de que a distância axial LE entre os pontos onde o diâmetro DC=DBx0,99 e DB satisfaz a Expressão (2):

22<LE/((DB-DC)/2)<115 ... (2)