ES2203684T3 - Metodo para formar tubo metalico con costura. - Google Patents

Metodo para formar tubo metalico con costura.

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ES2203684T3
ES2203684T3 ES96907931T ES96907931T ES2203684T3 ES 2203684 T3 ES2203684 T3 ES 2203684T3 ES 96907931 T ES96907931 T ES 96907931T ES 96907931 T ES96907931 T ES 96907931T ES 2203684 T3 ES2203684 T3 ES 2203684T3
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John J. Borzym
Theodore H. Krengel
Charles A. Willetts
Curtis R. Brown
Edward Wiesenthal, Iii
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IDOD Trust
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Abstract

SE EXPONE UN METODO PARA FORMAR TUBO METALICO SOLDADO LONGITUDINALMENTE (20C), QUE TIENE UN REVESTIMIENTO METALICO (56) POR LO MENOS SOBRE UNA SUPERFICIE INTERIOR DEL TUBO (20C), A PARTIR DE UNA LAMINA DE METAL RELATIVAMENTE PLANA CONTINUAMENTE EN MOVIMIENTO (20A). LA CARACTERISTICA PRINCIPAL DEL METODO INVENTIVO ES LA ETAPA, DESPUES DE FORMAR Y SOLDAR EL TUBO METALICO SOLDADO LONGITUDINALMENTE (20C), DE POSICIONAR EL CORDON DE SOLDADURA EN UNA PARTE MAS BAJA DEL TUBO (20C) Y RECALENTAR AL MENOS ESA PARTE MAS BAJA DEL TUBO (20C), PARA FUSIONAR EL REVESTIMIENTO (56). DE ESTE MODO SE HACE DESBORDAR AL REVESTIMIENTO (56) HACIA ABAJO Y REVESTIR LA SUPERFICIE INTERIOR DEL CORDON DE SOLDADURA. EL RESULTADO ES UN TUBO SOLDADO LONGITUDINALMENTE (20C), CON UNA ZONA DEL CORDON DE SOLDADURA MAS RESISTENTE A LA CORROSION.

Description

Método para formar tubo metálico con costuras.
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere a un método mejorado para formar un tubo metálico con costura que tiene un revestimiento metálico. Más en particular, la presente invención se refiere a un proceso que es adecuado para procesos continuos o en línea para formar tubos de metales férricos revestidos con un revestimiento metálico protector que es preferiblemente de zinc, aluminio o cobre y sus aleaciones. Debe entenderse que el proceso puede ser aplicado a tubos de metales no férricos entre los que se incluye, por ejemplo, el latón.
Son perfectamente conocidos métodos para formar continuamente o en línea un tubo de acero con costura a partir de un fleje continuo o de una tira continua para tubos. En una máquina convencional para la formación continua de tubos, el fleje continuo es primeramente limpiado y acondicionado, y es entonces laminado para formar un tubo con costura abierta que tiene bordes que están casi en contacto en la parte superior del tubo. Los bordes son entonces unidos por soldadura por uno de varios métodos convencionales que en general incluyen los pasos de calentar los bordes y unir entonces los bordes por forjadura con rodillos de presión y/o soldar con fundente la costura. Los bordes del tubo pueden ser calentados por ejemplo por soldadura por resistencia eléctrica, por soldadura por arco eléctrico o por soldadura por inducción por corrientes de alta frecuencia. La soldadura por inducción por corrientes de alta frecuencia es una forma de soldadura por resistencia eléctrica en la que el tubo con costura abierta pasa por el interior de una bobina eléctrica de trabajo que crea un fuerte campo magnético que a su vez induce una corriente que circula en torno al tubo, y es soldada la "Uve" formada por los bordes del fleje. En general es situado dentro del tubo un impedidor (impedidor = núcleo magnético hidroenfriado que se coloca dentro del tubo para impedir que la corriente se separe de la zona de soldadura y produzca calentamiento local indeseable) que obliga a la corriente a circular por los bordes del tubo con costura abierta que están casi en contacto, siendo así los bordes del tubo calentados hasta una temperatura de forjadura en caliente. Los bordes del tubo son entonces forjados por rodillos de presión que empujan los bordes fundidos uno contra otro uniéndolos para así formar una costura enteriza.
Son también perfectamente conocidos procesos de galvanización y revestimiento o pintado en línea. El fleje o tira para tubos puede ser galvanizado(a) o pintado(a) en una o en ambas caras antes de la conformación y de la soldadura, o bien la superficie exterior del tubo con costura puede ser galvanizada a base de sumergir el tubo en un baño de zinc fundido. Cuando el fleje es revestido con un revestimiento protector antes de soldar la costura, el revestimiento será eliminado por cremación o se fundirá en la zona de la costura porque la operación de soldadura supone la fusión del material del tubo, que es generalmente acero. Así, la temperatura en la costura puede ser de 1260ºC (2300ºF) o superior. Cuando el fleje es revestido con un metal tal como zinc o aluminio, el metal se fundirá durante la soldadura y fluirá hacia abajo alejándose de la costura, que está situada en la parte superior del tubo. Ha sido también usada una solución de revestimiento con zinc para pintar la superficie exterior de la costura. Sin embargo, los revestimientos de este tipo tienen poca adherencia y son principalmente cosméticos. Se ha intentado también la "metalización" de la superficie de la costura; si bien tales revestimientos son principalmente mecánicos y no proporcionan una unión metalúrgica entre los metales. El hecho de que los anteriores procesos comerciales no logran revestir plenamente y por consiguiente proteger la costura del tubo queda evidenciado por el hecho de que la zona de la soldadura es generalmente la primera en fallar en los ensayos de corrosión acelerada. Se ha comprobado que las superficies metalizadas que cubren la superficie exterior de la costura fallan al verse sometidas a las tensiones mecánicas que van asociadas a la fabricación de los tubos.
La Patente US 5.344.062, concedida a la Idod Trust, describe un método para formar un tubo metálico con costura a partir de un fleje galvanizado a base de conformar el fleje dándole la forma de un tubo y de cerrar el tubo por soldadura, estando la costura situada en una parte inferior del tubo. La costura es entonces recalentada para hacer que el revestimiento del tubo cubra la costura. Sin embargo, esta patente no describe el revestimiento de toda la superficie interior del tubo incluyendo la costura.
El proceso y equipo de formación continua de tubos de esta invención resuelve los problemas anteriormente identificados y produce un tubo metálico revestido que es superior. El proceso de esta invención logra una costura soldada plenamente revestida sin considerables costes adicionales y puede ser usado con procesos y equipos convencionales para la formación de tubos.
Breve exposición de la invención
Según la presente invención, se aporta un método para formar un tubo metálico con costura que tiene un revestimiento metálico sobre al menos una superficie interior de dicho tubo a partir de un fleje metálico relativamente plano que está continuamente en movimiento, estando el método expuesto en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen aspectos adicionales de la invención. El revestimiento metálico comprende un material de revestimiento metálico que es preferiblemente zinc, aluminio, cobre, sus aleaciones u otros metales o aleaciones que tienen una temperatura de fusión que es preferiblemente bastante inferior a la temperatura de fusión del material del tubo. El zinc es el revestimiento protector más común para tubos férricos. Cuando como revestimiento metálico se usa aquí zinc, el mismo está típicamente aleado con un porcentaje de aproximadamente un 0,5% a aproximadamente un 1,25% en peso de aluminio. Determinadas realizaciones preferidas que serán descritas más adelante emplearán otras aleaciones. Con toda alusión que en esta solicitud se haga al zinc como material de revestimiento metálico o galvanización no se pretende limitar la presente invención al zinc en solitario, a no ser que ello se indique específicamente.
Una realización preferida de un método de esta invención incluye el paso de revestir la cara superior de un fleje metálico o de una tira para tubos con un revestimiento metálico, antes de la conformación, siendo el espesor del revestimiento metálico controlado para formar un revestimiento que tenga un espesor que aumente desde una parte central del fleje hacia los bordes laterales. Para lograr el mayor espesor del revestimiento metálico en los bordes laterales del fleje, el fleje puede ser preconformado para darle una forma arqueada abierta hacia abajo antes de aplicar el revestimiento metálico sobre la cara superior del fleje metálico. Se entenderá, sin embargo, que los bordes deberán estar exentos de revestimiento cuando los bordes sean soldados. Por consiguiente, el revestimiento metálico puede ser retirado de los bordes a continuación de la galvanización a base de efectuar un acondicionamiento de los bordes que comprende el paso de cortar los bordes o retirar de otro modo el revestimiento en los bordes. Cuando el espesor del revestimiento metálico aumenta hacia los bordes o cuando el revestimiento tiene espesor suficiente, puede ser posible lograr una refluidificación del revestimiento metálico por sobre la costura sin efectuar un recalentamiento a continuación de la soldadura, particularmente cuando los bordes sean soldados en una atmósfera no oxidante. Sin embargo, se prefiere incluir un paso de recalentamiento de al menos una parte inferior del tubo para lograr un apropiado revestimiento de la superficie de la costura de soldadura.
El proceso incluye entonces el paso de laminar y conformar el fleje dándole la forma de un fleje con forma tubular o tubo con costura abierta que tiene los bordes laterales opuestos distanciados pero casi en contacto y situados preferiblemente en una parte inferior del tubo con costura abierta, o bien se le da la vuelta al tubo a continuación de la soldadura como se describe más adelante. El proceso incluye entonces los pasos de calentar y soldar uno con otro los bordes laterales del fleje para así formar un tubo que tiene una costura soldada preferiblemente en la parte inferior del tubo. El método más preferido incluye los pasos de calentar por corriente de inducción los bordes laterales enfrentados del fleje pasando el fleje continuamente a través de una bobina de inducción, y unir entonces por forjadura los bordes con rodillos de presión para formar un tubo con costura enteriza que tiene una costura soldada orientada hacia abajo.
En las varias realizaciones de la invención en la presente, es decisivo situar la costura soldada en una parte inferior del tubo con costura durante un paso de recalentamiento en el que el revestimiento metálico de la superficie interior del tubo metálico con costura se funde y fluye hacia abajo hacia la costura. En una realización preferida de la presente invención, un revestimiento metálico dispuesto sobre la superficie interior del fleje con forma tubular es engrosado junto a la costura, para que durante el paso de calentamiento el revestimiento metálico se funda y fluya hacia abajo por sobre la costura para así cubrir la costura. En otra realización preferida del método de esta invención, un material de revestimiento metálico es aplicado por pulverización a la superficie interior de la costura soldada durante el paso de calentamiento en el que el material de revestimiento se funde y cubre la superficie interior de la costura soldada. Los otros pasos del proceso no requieren que los bordes laterales distanciados de un fleje con forma tubular o la costura soldada en un tubo metálico con costura sean situados en una parte inferior del mismo. Sin embargo, es preferible orientar los bordes que están casi en contacto esencialmente hacia abajo durante los pasos de calentamiento y soldadura del proceso y durante los pasos de forjadura del proceso.
En una realización alternativa, el proceso de esta invención puede incluir los pasos de conformar y soldar el fleje de una manera convencional, siendo la tira para tubos laminada hacia arriba y siendo la soldadura situada inicialmente en la parte superior del tubo o cerca de la misma. El método de esta invención puede ser también usado en un tubo soldado helicoidalmente, siendo el tubo recalentado cuando la soldadura está situada en la parte inferior del tubo. El método incluye entonces los pasos de calentar por corriente de inducción los bordes laterales enfrentados del fleje a base de pasar el fleje continuamente a través de una bobina de inducción con los bordes que están casi en contacto orientados en general hacia arriba, y unir entonces los bordes por forjadura con rodillos de presión para formar un tubo con costura enteriza que tiene una costura soldada orientada inicialmente hacia arriba. Entonces "se le da la vuelta" al tubo para situar la costura soldada en la parte inferior del tubo antes de un paso de recalentamiento.
El método de esta invención puede entonces incluir el paso de recalentar al menos una parte inferior del tubo hasta la temperatura de fusión del revestimiento metálico, de forma tal que el revestimiento metálico fundido fluye hacia abajo y reviste la costura. El revestimiento metálico de la superficie interior del tubo fluye hacia abajo y se acumula sobre la costura. En una realización preferida, el tubo con costura abierta es soldado en una atmósfera considerablemente no oxidante, y el tubo con costura es recalentado en una atmósfera considerablemente no oxidante para así hacer que el revestimiento metálico fluya hacia abajo por sobre la costura antes de la oxidación de la costura fundida. Esto se logra en la realización descrita encerrando los aparatos de soldadura y recalentamiento en un cerramiento e inyectando un gas no oxidante a presión al interior del cerramiento para mantener una atmósfera no oxidante. En el sentido en el que se la utiliza en la presente, la expresión gas o atmósfera "no oxidante" se refiere a un gas o a una atmósfera que elimina, impide o inhibe la oxidación del metal fundido, tal como los bordes fundidos o semifundidos del tubo o del revestimiento. El gas no oxidante puede incluir lo que en general se consideraría que comprende una atmósfera reductora en la que el gas reacciona con los óxidos metálicos que se encuentran en el fleje metálico a las elevadas temperaturas del presente proceso, retirando con ello con eficacia los óxidos de la superficie del fleje en preparación para la refluidificación del revestimiento metálico. El gas no oxidante puede sin embargo impedir que la superficie metálica forme óxidos en la misma a las temperaturas elevadas. Por consiguiente, el gas o la atmósfera puede ser relativamente inerte, tal como el nitrógeno, pero puede también incluir un gas reductor tal como el hidrógeno. La cantidad de hidrógeno que es necesaria para una adecuada reacción con los óxidos puede variar. Sin embargo, cuando esté incluido hidrógeno, el porcentaje de hidrógeno deberá ser relativamente bajo (p. ej. de no más de aproximadamente un 10%) para evitar una posible explosión. Así, una típica atmósfera no oxidante puede incluir aproximadamente un 95% de nitrógeno y un 5% de hidrógeno. Deberá impedirse que la atmósfera en un cerramiento alcance el equilibrio químico a base de permitir que el gas no oxidante salga del cerramiento preferiblemente pasando por el vértice formado por los bordes del fleje.
La introducción de hidrógeno o de otro gas de eliminación del oxígeno en la presente invención mejora el proceso al eliminar o impedir la formación de óxidos en la superficie del tubo. En términos más generales, sin embargo, la atmósfera no oxidante que se logra en el presente proceso puede ser considerada inerte. Debido al hecho de que el nitrógeno no es completamente inerte, y se sabe del mismo que forma nitruros en determinados procesos de la presente, puede emplearse argón en sustitución de una parte del gas nitrógeno o de todo el mismo en la presente, particularmente en los procesos que suponen revestir la superficie exterior del tubo metálico con costura. Puesto que el argón es más pesado que el oxígeno, el argón resulta particularmente útil en los procesos que incluyen la operación de cubrir con una atmósfera protectora una superficie interior de un tubo estando la costura situada en una parte inferior del tubo. El argón desplazará al oxígeno en la costura y formará una capa protectora de atmósfera no oxidante en la costura.
El proceso puede entonces incluir el paso de escarpar el sobrante de material de la costura soldada de la superficie exterior del tubo metálico con costura para lograr una superficie exterior lisa. Una realización preferida de un método de esta invención incluye el paso de efectuar un doble escarpado de la superficie exterior del tubo metálico con costura en una zona adyacente a la costura soldada. El primer paso de escarpado consiste en escarpar el tubo con costura mediante una herramienta escarpadora mientras la zona adyacente a la costura soldada está aún "al rojo". El tubo es entonces sometido inmediatamente a enfriamiento rápido para reducir la temperatura de la costura soldada hasta una temperatura a la cual es considerablemente menor la propensión a la oxidación, como es p. ej. una temperatura de menos de 148ºC (300ºF). El tubo es entonces pasado por una segunda herramienta escarpadora, que puede consistir en un cepillo de alambre. Este proceso retira los óxidos de la superficie exterior de la soldadura y favorece la refluidificación del revestimiento metálico por sobre la superficie exterior de la costura. En una realización preferida de este método, un fundente es aplicado por pulverización o nebulización a la superficie exterior de la costura antes de refluidificar el revestimiento metálico por sobre la superficie exterior de la costura. El fundente puede ayudar a retirar los óxidos de la superficie, mejorando con ello la refluidificación del material de revestimiento metálico por sobre la superficie exterior de la costura.
Una realización preferida de un método de esta invención incluye el paso de sumergir el tubo metálico con costura en un baño de galvanización que contiene metal fundido tras haber soldado y recalentado el tubo, siendo en este paso la superficie exterior de la costura revestida con el metal. En una realización alternativa, los revestimientos interior y exterior sobre la costura son de zinc, y es usado un solo tanque de galvanización para revestir la cara superior del fleje metálico y la superficie exterior del tubo metálico. Otra realización alternativa de un método de esta invención incluye el paso de revestir la cara superior del fleje metálico con un metal que tenga una temperatura de fusión considerablemente inferior a la temperatura de fusión del fleje metálico, pero superior a la temperatura de fusión del revestimiento metálico usado para revestir la superficie exterior del tubo con costura. Por ejemplo, la cara superior del fleje metálico que posteriormente forma la superficie interior del tubo con costura puede ser revestida con una aleación de zinc, y la superficie exterior del tubo con costura puede ser revestida a base de sumergir el tubo con costura en un baño de galvanización que contenga solamente zinc fundido. El revestimiento exterior de zinc fluye hacia abajo por sobre la superficie exterior de la costura; si bien el revestimiento interior del tubo con costura, que es p. ej. de una aleación de Zn/Al, no se ve afectado durante el paso de revestimiento exterior de este método porque la temperatura de fusión del revestimiento interior es más alta que la temperatura del punto de fusión del baño de galvanización (p. ej. de zinc).
En ciertas aplicaciones puede ser también deseable añadir a la superficie interior del tubo un material de revestimiento metálico que contenga partículas metálicas o polvo metálico, pasando entonces este revestimiento a formar parte del revestimiento cuando el revestimiento es fundido y refluidificado después de la zona de soldadura. El polvo metálico o las partículas metálicas tienen una temperatura de fusión que es considerablemente inferior a la temperatura de fusión del material del tubo, y puede ser puesto o pueden ser puestas en suspensión en un agente fundente convencional que sirve de aglutinante. El material de revestimiento metálico puede ser aplicado usando una lanza que discurre a través de los bordes laterales adyacentes distanciados del fleje con forma tubular y hasta más allá de la zona de soldadura hasta una tobera que aplica por pulverización el material de revestimiento hacia abajo sobre la costura. El material de revestimiento puede ser también añadido en forma de alambre, cinta o folio. El material de revestimiento metálico puede ser el mismo como el revestimiento metálico de la superficie interior o exterior del tubo, o bien puede constar de una aleación del mismo. Cuando el material de revestimiento incluye fundente, el tubo es recalentado y el agente fundente reduce todos los óxidos en la costura y se evapora. El polvo metálico se reunirá sobre la costura o junto a la misma, donde es fundido cuando la temperatura llega a ser la temperatura de fusión del metal de revestimiento, para así cubrir la costura. El material de revestimiento puede excluir el agente fundente, particularmente cuando el uso final previsto para el tubo metálico con costura sea el de usar el tubo como tubería para llevar agua, por ejemplo. El metal de revestimiento en polvo puede ser empujado a través de la lanza a base de soplar a través de la lanza un gas inerte o no oxidante. Se describen también otros métodos para aplicar metal de revestimiento a la superficie interior de las costuras. Preferiblemente, deberá ser mantenida junto al paso de revestimiento una atmósfera no oxidante.
Una realización preferida del método de esta invención incluye el paso de prever un circuito de control que incluye una pluralidad de bobinas calentadoras alternadas, unos medios de control y un sistema de medición ultrasónica que ayuda a mantener un revestimiento metálico uniforme y liso sobre la superficie interior de la costura. El sistema de medición ultrasónica mide el espesor del revestimiento metálico sobre la costura. Los medios de control reciben, recopilan y comparan los datos que son proporcionados por el sistema de medición ultrasónica y controlan el calor que es emitido por las bobinas calentadoras para regular la refluidificación del revestimiento metálico por sobre la costura. Este control es particularmente importante en las aplicaciones comerciales en las que varían con el tiempo la velocidad de la línea y el espesor y la composición del tubo. En una realización alternativa es usado un sistema de medición de la temperatura en lugar del sistema de medición ultrasónica para mantener una temperatura deseada y para así ayudar a controlar la refluidificación del revestimiento metálico interior.
Se comprenderán más plenamente otras ventajas y características meritorias del proceso continuo de formación y revestimiento de tubos de esta invención a la luz de la siguiente descripción de las realizaciones preferidas, de las reivindicaciones y de los dibujos, de los que se da continuación una breve descripción.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1A y 1B son diagramas esquemáticos del proceso de fabricación que ilustran una realización preferida de un proceso continuo de formación y revestimiento de tubos de esta invención;
la Figura 2 es una vista en sección transversal de un fleje metálico a continuación de los pasos de preconformación y galvanización, estando dicha vista tomada en la dirección de las flechas 2-2 de la Figura 1A;
la Figura 3 es una vista en sección transversal del fleje metálico a continuación de un paso de aplanamiento con rodillo, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 3-3 de la Figura 1A;
la Figura 4 es una vista en sección transversal de un fleje metálico plano a continuación de un paso de inversión, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 4-4 de la Figura 1A;
la Figura 5 es una vista en sección transversal de un fleje con forma tubular o tubo con costura abierta formado mediante el proceso, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 5-5 de la Figura 1A;
la Figura 6 es una vista en sección transversal del paso de formación del tubo mediante rodillos de presión con la costura soldada en la parte inferior del tubo, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 6-6 de la Figura 1A;
la Figura 7 es una vista parcial en sección transversal del tubo con costura a continuación de la refluidificación del revestimiento metálico interior sobre la costura, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 7-7 de la Figura 1B;
la Figura 8 es un diagrama esquemático parcial que ilustra una realización preferida de los pasos de soldadura y revestimiento de un proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención;
la Figura 8A es un diagrama esquemático parcial que ilustra una realización preferida de un paso de revestimiento de un proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención;
la Figura 9 es una vista en sección transversal del tubo con costura durante un paso de revestimiento del proceso, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 9-9 de la Figura 8;
la Figura 10 es un diagrama esquemático parcial que ilustra una realización preferida del paso de revestimiento de un proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención;
la Figura 11 es una vista en sección transversal del paso y del aparato de revestimiento del tubo de la Figura 10, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 11-11;
la Figura 12 es un diagrama esquemático parcial del proceso de fabricación que ilustra una realización preferida del paso de revestimiento del proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención;
la Figura 13 es una vista en sección transversal del tubo de la Figura 12, habiendo sido dicha vista tomada en la dirección de las flechas 13-13;
la Figura 14 es un diagrama esquemático parcial del proceso de fabricación que ilustra una realización preferida de un paso de doble escarpado de un proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención;
la Figura 15 es una vista parcial de frente en sección transversal de un borde lateral del fleje a continuación del acondicionamiento de los bordes;
la Figura 16 es una vista parcial de frente en sección transversal de una segunda realización del borde lateral del fleje a continuación del acondicionamiento de los bordes;
la Figura 17 es una vista parcial de frente en sección transversal de un tubo con costura formado a partir de un fleje cuyos bordes fueron acondicionados como se ilustra en la Figura 15;
la Figura 18 es una vista en sección transversal de una realización preferida de un paso de conformación de un proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención; y
la Figura 19 es una vista parcial de frente en sección transversal de un borde lateral del fleje a continuación del paso de conformación de la Figura 18.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención
Como se muestra en los diagramas esquemáticos del proceso de fabricación de las Figuras 1A y 1B y como se ha descrito anteriormente, el proceso de formación y revestimiento de tubos de esta invención está particular pero no exclusivamente adaptado a la elaboración de longitudes sin fin de fleje de acero no tratado o de tira para tubos no tratada tal como se hace normalmente con una máquina para la formación continua de tubos. A pesar de que el proceso está descrito en general con respecto a la formación de tubos de metales férricos revestidos, deberá entenderse que el proceso puede ser aplicado a tubos de metales no férricos entre los que se incluye el latón, por ejemplo. Los mejoramientos que aquí se describen pueden ser usados con fleje prerrevestido, en el que es aplicado un revestimiento metálico a una o a ambas caras del fleje antes de la elaboración. Además, los mejoramientos que aquí se describen pueden ser también usados en un proceso discontinuo o no continuo, y el tubo puede ser formado a base de otros metales o aleaciones. Sin embargo, el proceso de esta invención será descrito en relación con el proceso continuo que está ilustrado en las Figuras 1A y 1B.
Fleje metálico o tira metálica para tubos, que es en general fleje de acero 20, es aportado a la máquina para la formación de tubos en rollos 22 que son montados en un carrete de desenrollamiento 24. El rollo es montado para poder girar libremente sobre el carrete 24, como requiere una máquina para la formación continua de tubos. Como comprenderán los expertos en la materia, el fleje es elaborado por la máquina de manera prácticamente continua y a velocidad constante. El avance del fleje plano o tira para tubos 20 por la máquina es efectuado primariamente mediante el acoplamiento entre el fleje y los rodillos de conformación y calibración, que giran a una velocidad relativamente constante. El fleje 20 es así llevado al interior de la máquina desde el carrete de desenrollamiento 24.
Debido al hecho de que la longitud de cada rollo 22 de fleje de acero es absorbida por la máquina en un período de tiempo relativamente corto, deben preverse medios para empalmar el extremo de un rollo con el siguiente, lo cual es llevado a cabo en la estación de empalme 26. En la estación de empalme 26, el extremo del rollo que está siendo elaborado en la máquina es cizallado o cortado para formar un extremo a escuadra, y el extremo es entonces soldado con el comienzo del rollo siguiente. Se prevé un acumulador convencional 28 que está realizado en forma de un bucle de fleje y tiene una longitud suficiente para que el fleje sea aportado continuamente a la máquina mientras al extremo posterior del rollo se le mantiene estacionario para proceder al cizallamiento y a la soldadura. El bucle puede ser formado a base de aportar el fleje pasando por una serie de rodillos (no ilustrados) que están montados para girar libremente, como es perfectamente conocido en la técnica. Una vez concluido el empalme, el fleje es nuevamente desenrollado pasando por los rodillos acumuladores para la siguiente operación de empalme cuando se haya agotado el rollo siguiente.
Puesto que la tira para tubos del rollo tal como es recibida por la máquina incluye normalmente aceite y puede incluir otros contaminantes, es en general necesario limpiar y preparar el fleje antes del revestimiento, lo cual es llevado a cabo en el proceso descrito en la estación de limpieza 30. En una aplicación típica, el fleje es limpiado y preparado con lavados con agentes alcalinos y enjuagues intermedios a fondo con agua. En el proceso descrito, el fleje es también secado. El fleje ya limpiado está ahora listo para el revestimiento o galvanización.
Si se desea, el fleje puede ser preconformado en una estación de preconformación 32 que tiene una pluralidad de rodillos 34 que conforman el fleje dándole una forma deseada, tal como una forma arqueada como se describe, por ejemplo, en la Patente U.S. Nº 3.696.503 de Krengel et al. El fleje es conformado por una serie de rodillos de conformación que tienen una configuración adecuada y están presentes en número suficiente para conformar el fleje dándole la forma deseada, entre cuyos rodillos se incluyen rodillos que establecen contacto con las caras superior e inferior del fleje. Al ser el fleje conformado de tal manera que adquiere una forma arqueada, la cantidad de revestimiento metálico, p. ej. de zinc, que se adherirá a la superficie será la necesaria para obtener un revestimiento que quedará fuertemente unido a la superficie del fleje y tendrá un espesor deseado, proporcionará un buen cubrimiento y presentará un buen aspecto. Por ejemplo, cuando el fleje sea preconformado para adquirir una forma arqueada abierta hacia abajo, el revestimiento tendrá mayor espesor junto a los bordes, lo cual es ventajoso en el proceso de esta invención.
En una realización descrita, el proceso de esta invención comprende el paso de revestir solamente una cara del fleje, quedando la superficie revestida situada en la superficie interior del tubo al ser formado con el fleje un tubo metálico con costura abierta como se describe a continuación. El método o proceso de esta invención puede ser utilizado con fleje prerrevestido en el que una o ambas caras del fleje estén revestidas con un revestimiento metálico que conste de un material de revestimiento metálico, como p. ej. zinc, que tenga una temperatura de fusión considerablemente inferior a la temperatura de fusión del tubo, como se ha descrito anteriormente. Cuando sea utilizado un fleje pregalvanizado, podrán no ser necesarios el preacondicionamiento, la limpieza y la elaboración del fleje antes de la soldadura. Sin embargo, cuando por ejemplo el fleje pregalvanizado haya sido aceitado para protegerlo contra la oxidación, podrán seguir siendo necesarios el preacondicionamiento y la limpieza.
Puede hacerse entonces que el fleje 20a avance pasando a través del tanque de galvanización o revestimiento metálico 36, donde es aplicado sobre la cara superior del fleje 20a zinc fundido u otro material de revestimiento metálico. El fleje 20a puede ser también sumergido en metal fundido de una manera convencional como se describe, por ejemplo, en la Patente U.S. de Krengel et al. a la que se ha aludido anteriormente. Sin embargo, puesto que el exterior del tubo puede ser revestido posteriormente en el proceso descrito, no es necesario revestir ambas caras del fleje metálico 20a. Al haber sido el fleje 20a preconformado dándole una forma arqueada abierta hacia abajo, como se ha descrito anteriormente, el revestimiento metálico que es aplicado al fleje de forma arqueada fluye hacia abajo hacia los bordes laterales del fleje, de forma tal que el espesor del revestimiento metálico aumenta desde la parte central hacia los bordes, como se muestra en la Figura 2.
En una realización preferida de la invención de la presente, el metal fundido que está presente en el tanque de galvanización 36 constará de una aleación que tiene una temperatura de fusión que es considerablemente inferior a la temperatura de fusión del fleje metálico 20 pero superior a la temperatura de fusión del metal que es usado para revestir el exterior del tubo metálico con costura. La aleación es preferiblemente una aleación que contiene zinc, y es más preferiblemente una aleación de zinc y aluminio. Una adecuada aleación de zinc contiene de aproximadamente un 5% a aproximadamente un 55% en peso de aluminio. Son útiles aquí las aleaciones de zinc que están disponibles comercialmente y son vendidas con los nombres comerciales de Galvalum^{MF} y Galfan^{MF} (MF = marca de fábrica). La aleación llamada Galvalum^{MF} contiene aproximadamente un 55% de aluminio, un 45% de zinc y otros ingredientes secundarios. La aleación llamada Galfan^{MF} contiene aproximadamente un 95% de zinc y aproximadamente un 5% de aluminio y puede incluir mix (mix = aleación que consiste en una mezcla de cerio, lantano y otros metales raros térreos). En el tanque de galvanización 36, el revestimiento metálico 56 es aplicado a la cara superior del fleje metálico 20, que es la cara que formará la superficie interior del tubo con costura abierta. Este revestimiento metálico revestirá la superficie interior de la costura en el tubo metálico con costura cuando el tubo sea recalentado para refluidificar el revestimiento por sobre la costura. En un paso posterior, el tubo metálico con costura puede ser sumergido en un segundo tanque de galvanización que contiene un metal que tiene una temperatura de fusión inferior y revestirá la superficie exterior del tubo incluyendo la costura. Gracias al hecho de ser la superficie interior de la costura revestida con un metal que tiene una temperatura de fusión más alta, la superficie exterior de la costura puede ser revestida sin por ello afectar al revestimiento aplicado sobre la superficie interior del tubo incluyendo la costura. En una realización preferida en grado sumo en la presente, por ejemplo, la aleación metálica que está en el tanque de galvanización 36 es una aleación de zinc y aluminio, como p. ej. Galvalum^{MF}; mientras que el metal que es usado para revestir el exterior del tubo metálico con costura puede constar de zinc.
Puede hacerse entonces que el fleje 20a avance pasando por un rodillo plano 40, donde se le da al fleje una forma prácticamente plana. Este aplanamiento es llevado a cabo en preparación para la conformación del fleje metálico mediante la cual el mismo es transformado en un tubo con costura abierta, como se describe más adelante. Puesto que el fleje 20a puede ser conformado posteriormente en el proceso de forma tal que el revestimiento metálico quede situado sobre una superficie interior del tubo con costura abierta, como se describe más adelante, es deseable reconformar primeramente el fleje metálico 20a para hacer que recupere su forma original, es decir su forma prácticamente plana. Una vez efectuado el aplanamiento, el revestimiento metálico 56 está situado sobre la cara superior del fleje metálico 20a, y el revestimiento tendrá un espesor mayor junto a los bordes del fleje, como se ilustra en la Figura 3.
En una realización preferida de la invención de la presente, se forma con el fleje metálico 20a y con el revestimiento 56 un tubo con costura abierta que tiene los bordes laterales adyacentes o casi en contacto, con el revestimiento metálico sobre la cara interior del fleje metálico y con la costura abierta en la parte inferior del tubo. Por consiguiente, deberá hacerse que el fleje metálico 20a avance pasando por una estación inversora 42 en la cual el fleje metálico y el revestimiento son invertidos de forma tal que el revestimiento metálico 56 queda situado debajo del fleje metálico 20a como se ilustra en la Figura 4. Los dispositivos para invertir material laminar como el fleje 20a son conocidos en la técnica y comprenden en general una serie de rodillos distanciados (no ilustrados) que tuercen el fleje para transponer las caras opuestas del fleje. En una realización alternativa, el fleje metálico 20a puede ser "volteado", por ejemplo, por el procedimiento de situar debajo de la estación de aplanamiento 40 las estaciones posteriores, es decir las estaciones 44 y 58.
En una realización alternativa, el fleje y el revestimiento pueden ser conformados y soldados con la costura en la parte superior del tubo, y el tubo puede ser posteriormente "retorcido" para que la costura quede situada en la parte inferior del tubo, como se describe en nuestra Patente US 5.474.227. En este proceso alternativo, el fleje metálico 20a no es pasado por un inversor, y se deja que el revestimiento 56 quede sobre la cara superior del fleje metálico 20a, como se describe más detalladamente más adelante.
En una máquina convencional, tal como es puesto en el carrete el fleje 20 tiene una anchura que es ligeramente mayor que la anchura que es necesaria para formar el tubo, de forma tal que a cada lado del fleje queda disponible un borde para calibrar adecuadamente el tubo y para poder tener metal recién cortado en los bordes enfrentados que forman la costura del tubo. Los bordes laterales del fleje serán normalmente revestidos con metal del tanque de galvanización 36. Si el revestimiento metálico no es retirado de los bordes laterales del fleje 20a, el revestimiento metálico puede fundirse y fluir pasando a la soldadura durante la soldadura. Esto puede hacer que el revestimiento metálico 56 se vaporice y pueda depositar contaminantes en la soldadura, lo cual puede impedir que el revestimiento metálico fluya por sobre la soldadura y se adhiera a la soldadura durante un posterior paso de recalentamiento. Por consiguiente, es preferible retirar el revestimiento metálico de los bordes laterales antes de la soldadura, particularmente cuando los bordes del tubo con costura abierta sean unidos por soldadura por corriente de alta frecuencia. En la estación 44 de acondicionamiento de los bordes puede ser usado un cortador o afeitador de bordes convencional, que puede ser usado para cortar un borde a escuadra. Más preferiblemente puede hacerse un borde achaflanado, como se describe en la Patente U.S. afín 5.344.062 de Krengel et al. a la que se ha aludido anteriormente, para acomodar el relieve de la recalcadura forjada y para asegurar un buen contacto de soldadura entre los bordes en la operación de soldadura que se describe más adelante. Este afeitado de los bordes retira las impurezas de la superficie proporcionando una mejor superficie a revestir para el revestimiento metálico, y proporciona una cavidad para admitir el material de revestimiento. El afeitado de los bordes también retira el material de revestimiento junto al borde lateral 48, minimizando o eliminando con ello la eliminación por cremación o vaporización de revestimiento metálico 56 durante la soldadura y la deposición de contaminantes de tal eliminación por cremación o vaporización en la soldadura. En una realización alternativa, el material de revestimiento 56 junto a los bordes laterales 48 puede ser retirado sin retirar una importante cantidad de material del fleje, p. ej. a base de quitar raspando el revestimiento metálico 56 de los bordes laterales 48. A continuación del acondicionamiento de los bordes, el revestimiento metálico 56 ha sido retirado de los bordes laterales 48 del fleje arqueado, y el revestimiento metálico 56 tiene preferiblemente un espesor que aumenta desde la parte central hacia los bordes laterales 48.
La Figura 15 ilustra una realización preferida de un borde lateral 48 del fleje 20 a continuación del acondicionamiento de los bordes en la estación 44 de la Figura 1A. Como se muestra, el revestimiento metálico 56 ha sido retirado de los bordes 48 como se indica con líneas imaginarias, habiendo así quedado al descubierto los bordes del fleje metálico 20. En la realización preferida del borde lateral 48 que está ilustrada en la Figura 15, el borde interior 300 es preferiblemente cortado a un ángulo \alpha, como está ilustrado, siendo así retirada una parte triangular 302 del fleje metálico 20 y del revestimiento metálico 56a. Más preferiblemente, el borde 300 es cortado en arco para impedir la formación de un revestimiento más delgado en el vértice 303. El extremo o borde 304 es cortado a escuadra con el fleje, y la superficie exterior 306 es dejada al descubierto, como está ilustrado. En el sentido en el que estos vocablos son usados en la presente, el vocablo "interior" se refiere a la cara del fleje que forma la superficie interior del tubo, y el vocablo "exterior" se refiere a la cara del fleje que forma la superficie exterior del tubo.
En las realizaciones que se describen, el revestimiento metálico 56 que cubre las caras interior y exterior del fleje es preferiblemente retirado para dejar al descubierto o al desnudo al fleje de acero junto a los bordes 304, para que así sea eliminado por cremación o vaporizado menos revestimiento metálico 56 durante la soldadura y para que por consiguiente sea minimizada o eliminada la deposición de contaminantes en la soldadura. Los extremos 304 quedan preferiblemente a escuadra y al descubierto para asegurar una buena soldadura. Finalmente, a las superficies interiores 300 adyacentes a los extremos 304 se les da preferiblemente una forma que define en el tubo una cavidad o depresión cóncava interior que admite el revestimiento metálico al fluir el metal de revestimiento fundido hacia abajo por sobre la soldadura o costura dentro del tubo, como se describe más adelante. En otra realización, puede ser cortado un borde exterior para retirar los contaminantes que inhibirían el flujo del revestimiento metálico por sobre la superficie de la costura. Como alternativa, el revestimiento metálico 56 puede ser retirado por raspado de los bordes laterales del fleje 20a antes de la soldadura. Como se ha descrito anteriormente, el fleje 20 puede ser plano, o bien puede haber sido preconformado presentando una forma arqueada 20a como se muestra en la Figura 2.
La Figura 16 ilustra una realización preferida alternativa del borde lateral 448 del fleje 20. Como se ha descrito anteriormente con referencia a la Figura 15, el revestimiento metálico 456a que cubre las caras interior y exterior del fleje 20 es preferiblemente retirado para dejar al desnudo al fleje de acero junto a los extremos 404, para que así sea eliminado por cremación o vaporizado menos revestimiento 456 durante la soldadura. En la realización que está ilustrada en la Figura 16, sin embargo, el revestimiento metálico 456 tiene un espesor que aumenta hacia los bordes 448, lo cual está ilustrado con cierta exageración en la Figura 16. Como se ha descrito anteriormente, esto hace que sea mayor la cantidad de metal de revestimiento que puede ser refluidificada por sobre la costura soldada en el proceso de esta invención. El deseado espesor total del revestimiento metálico está ilustrado con la línea de trazos que está indicada con la referencia 456b. En la estación 44 de acondicionamiento de los bordes (Figura 1A) es retirada del fleje de acero una parte 402, de tal manera que la superficie 400 que queda al descubierto forma junto a la costura soldada una cavidad o depresión cóncava que admite el metal de revestimiento fundido como se ha descrito anteriormente. Los extremos 404 se dejan con preferencia relativamente planos y en general transversales con respecto a las caras interior y exterior del fleje 20 para asegurar una buena soldadura sin deposición de contaminantes en la soldadura, y la superficie exterior 406 se deja al descubierto para limitar la vaporización del revestimiento metálico, como se ha descrito anteriormente.
La Figura 17 ilustra el tubo 20c junto a la costura 71 a continuación de la soldadura. La realización del tubo con costura 20c que está ilustrada en la Figura 17 fue formada a base de un fleje que tenía superficies 300 achaflanadas o cortadas a ángulo hacia el interior junto a la costura soldada 71, como se ha descrito anteriormente con referencia a la Figura 15. Como comprenderán los expertos en la materia, la forjadura de los bordes 304 fundidos mediante los rodillos de presión 68 redunda en la formación de rebabas recalcadas en las superficies interior y exterior del tubo. La rebaba exterior 312 es retirada por una herramienta escarpadora 70; si bien la rebaba interior 310 (que está exagerada en esta figura) no puede ser escarpada o retirada utilizando medios convencionales. Como se ha descrito anteriormente, la altura de la rebaba interior 310 puede ser reducida a base de achaflanar la superficie interior junto al borde lateral como se ilustra con el número de referencia 300 en la Figura 15, o bien a base de prever una parte de espesor reducido como se ilustra con el número de referencia 400 en la Figura 16. Además, la superficie achaflanada 300 guía al metal fundido del revestimiento 56 hacia abajo hacia la parte recalcada 310 de la costura 71 y proporciona una superficie limpia y una cavidad para admitir el metal fundido durante un paso de recalentamiento del proceso.
A continuación de la estación 44 de acondicionamiento de los bordes, el fleje 20a puede ser preconformado en una segunda estación de preconformación (no ilustrada) que tiene una pluralidad de rodillos que conforman el fleje dándole una forma arqueada como se describe, por ejemplo, en la Patente U.S. Nº 3.696.503 de Krengel et al. a la que se ha aludido anteriormente, y prácticamente de la misma manera como se ha descrito anteriormente con respecto a la primera estación de preconformación 32. En esta estación de preconformación, el fleje metálico 20a es preconformado de tal manera que se le da una forma arqueada abierta hacia abajo, con el revestimiento debajo del fleje metálico 20a.
Como se muestra en la Figura 5, en la estación de conformación 58 el fleje metálico 20a es entonces laminado siendo así convertido en un fleje con forma tubular o tubo con costura abierta 20b que tiene los bordes laterales 48 adyacentes o casi en contacto. El fleje metálico es conformado progresivamente siendo así convertido en un tubo con costura abierta al pasar por entre los rodillos 60. Los rodillos están soportados rotativamente en ejes verticales y horizontales (no ilustrados) de una manera convencional. En el proceso preferido de formación y revestimiento de tubos de esta invención, los bordes laterales del fleje son deformados y doblados hacia abajo y hacia el interior uno hacia otro al ser formado el tubo, en lugar de ser deformados y doblados hacia arriba como se hace en una máquina convencional para la formación de tubos. Los bordes laterales del fleje 48 son entonces laminados para quedar casi en contacto en la parte inferior del tubo con costura abierta 20b; si bien los bordes laterales adyacentes 48 quedan ligeramente distanciados. El tubo con costura abierta 20b pasa entonces a la estación 62 de soldadura del tubo, donde los bordes laterales del fleje son soldados como se describe más adelante.
Como se muestra en la Figura 18, una realización preferida de un aparato de conformación del fleje de la presente invención utiliza rodillos de conformación para conformar el fleje metálico dándole la forma de un fleje con forma tubular mientras es añadido adicional material de revestimiento a la zona que está junto a los bordes laterales del fleje. El fleje metálico 20a es pasado por entre los rodillos de conformación 59 y 61 en la estación de conformación 58. Los rodillos están soportados rotativamente en ejes horizontales 63 de una manera convencional. Los rodillos 59 y 61 aplican una presión considerable a las caras opuestas del fleje metálico 20a para así conformar progresivamente el fleje metálico 20a de forma tal que los bordes laterales 48 del fleje metálico son aproximados mientras se forma un tubo con costura abierta o fleje con forma tubular. Una cinta de material de revestimiento 56b es añadida al fleje metálico 20a a base de disponer la cinta entre una cara del fleje 20a y el rodillo 59 o 61. En la Figura 18, la cinta 56b es dispuesta entre el rodillo 61 y el fleje 20a junto a los bordes laterales 48 del fleje 20a. La presión que es aplicada por los rodillos 59 y 61 da lugar a la aplicación de la cinta de material de revestimiento 56b a presión al fleje metálico junto a un borde lateral 48 del mismo.
La Figura 19 ilustra una realización preferida de un borde lateral 48 del fleje 20 durante la conformación en la estación 58 de la Figura 18. Como se muestra, el revestimiento metálico 56 ha sido retirado del borde 48 como se ilustra con líneas imaginarias, habiendo así quedado al descubierto el borde lateral 304 del fleje metálico 20a. El borde interior 300 ha sido cortado, como está ilustrado, habiendo sido retirada una parte triangular 302 del fleje metálico 20a y del revestimiento metálico 56a. El extremo o borde 304 es cortado a escuadra con este fleje. El revestimiento metálico que cubre una superficie del fleje metálico 20a ha sido retirado para así dejar al descubierto el fleje de acero junto a los bordes 304, para que durante la soldadura sea eliminado por cremación o vaporizado menos revestimiento metálico 56, y para que por consiguiente sea minimizada o eliminada la deposición de contaminantes en la soldadura. Ha sido añadido y aplicado a presión al material de revestimiento 56 adicional material de revestimiento 56b realizado en forma de una cinta. El material de revestimiento metálico adicional puede ser añadido junto a los bordes laterales 48 del fleje sobre cualquier cara del fleje (o sobre ambas caras del mismo), proporcionando con ello adicional material de revestimiento junto a la superficie de la costura en el interior o en el exterior del tubo metálico con costura. El material de revestimiento adicional 56b puede ser refluidificado en un paso de recalentamiento que será descrito más adelante, proporcionando un mejor cubrimiento de la superficie de la costura soldada en el tubo metálico con costura.
La realización preferida del aparato de soldadura del tubo de esta invención utiliza la inducción por corriente de alta frecuencia para calentar los bordes laterales enfrentados del tubo con costura abierta 20b. Como se muestra en la Figura 1A, el aparato de soldadura por corriente de alta frecuencia incluye una bobina de trabajo 64 que está conectada a una fuente de corriente alterna de alta frecuencia (no ilustrada). La bobina de trabajo 64 crea un fuerte campo magnético que a su vez induce corriente en el tubo con costura abierta junto a la bobina de trabajo. Está situado dentro del tubo con costura abierta 20b un impedidor 66. El impedidor 66 incluye una parte 76 que constituye un soporte o pedestal y discurre hacia arriba por entre los bordes laterales adyacentes enfrentados 48 del tubo con costura abierta 20b. Un impedidor convencional para la soldadura por corriente de alta frecuencia consta de un tubo no metálico que rodea a uno o varios núcleos de ferrita. Se hace que circule por sobre y a través de los núcleos de ferrita agua o líquido refrigerante para la refrigeración de los rodillos para retirar el calor que es producido por las pérdidas por histéresis magnética y por corrientes parásitas. A las frecuencias que son usadas para la soldadura por corriente de alta frecuencia (típicamente de 200 a 800 kHz), la corriente circula por en torno al tubo y a lo largo de la "Uve" formada por los bordes aproximados del fleje, calentando los bordes hasta una temperatura de forjadura en caliente, con lo cual los bordes son fundidos al menos parcialmente. Como comprenderán los expertos en la materia, el tubo de material férrico, que es habitualmente un producto de pared gruesa, está siendo soldado a frecuencias más bajas de hasta 60 kHz. Cuanto más baja sea la frecuencia, tanto más ancha será la zona del tubo que es calentada. En el proceso de esta invención, sin embargo, es preferible limitar la zona que es calentada hasta una temperatura superior a la temperatura de fusión del revestimiento para reducir menos el revestimiento, particularmente cuando la costura está situada inicialmente en la parte superior del tubo, como se describe en una realización alternativa más adelante. Los bordes son entonces unidos por forjadura mediante rodillos de presión 68, como se muestra en la Figura 6, siendo así formada una costura enteriza 71. Preferiblemente, los rodillos de presión 68 tienen un rebaje 75 (que está exagerado en aras de la claridad) que está situado junto a la costura soldada 71 del tubo 20c durante el paso de soldadura del proceso, particularmente cuando el tubo 20c contiene sobre el mismo un revestimiento exterior, para impedir que se deposite sobre el rodillo de presión 68 zinc fundido. Cuando el fleje sea de acero, la temperatura de los bordes será de aproximadamente 1260ºC (2300ºF) o más. El tubo con costura 20c es entonces pasado por una herramienta escarpadora 70 que retira la rebaba 72 de la parte exterior de la costura, como se muestra en la Figura 1A. Un rodillo de respaldo 74 está en contacto con la superficie opuesta del tubo, oponiendo resistencia a la presión de la herramienta escarpadora 70.
Como aparato de soldadura del tubo puede también utilizarse un aparato de soldadura por corriente alterna o por corriente continua que es conocido en la técnica en lugar del aparato de soldadura por corriente de alta frecuencia. Corriente alterna o corriente continua es aplicada a los lados opuestos del tubo metálico y produce una polaridad opuesta en la zona adyacente a los bordes enfrentados del tubo con costura abierta, calentando con ello los bordes hasta una temperatura de forjadura en caliente, a la cual los bordes son fundidos al menos parcialmente. El uso de tal técnica de soldadura por corriente alterna o por corriente continua elimina la necesidad de un impedidor dentro del tubo. Esto proporciona más espacio en el tubo, haciendo con ello que resulte más fácil llevar a cabo otros pasos en el tubo, como es p. ej. el paso de depositar adicional material de revestimiento para revestir la superficie interior del tubo, siendo éste un paso que será descrito más adelante. En un aparato de soldadura por corriente alterna o por corriente continua, los bordes laterales 48 pueden ser unidos por forjadura mediante rodillos de presión 68 en un punto mucho más cercano a aquél en el que los bordes laterales son calentados hasta una temperatura de forjadura en comparación con el aparato de soldadura por corriente de alta frecuencia que ha sido descrito anteriormente. Por consiguiente, en un aparato de soldadura por corriente alterna o por corriente continua se logra más fácilmente mantener una atmósfera no oxidante junto a la zona de soldadura, como se describe más adelante.
En una modalidad preferida del proceso de soldadura y revestimiento de tubos de esta invención, los bordes del tubo con costura abierta son soldados en una atmósfera no oxidante. En la realización de la estación 62 de soldadura del tubo de la Figura 1A, el aparato de soldadura está encerrado dentro de un cerramiento 78. El cerramiento 78 puede constar de una sencilla envoltura que permite la entrada del tubo 20b a su través y donde al menos el interior y preferiblemente el exterior del tubo metálico 20b es mantenido en una atmósfera no oxidante. Sin embargo, el tubo con costura abierta 20b entra preferiblemente en el cerramiento a través de una junta de gas 82 tal como la descrita en la Patente afín U.S. Nº 5.344.062 de Krengel et al. a la que se ha aludido anteriormente. La principal finalidad de llevar a cabo el paso de calentamiento y soldadura en un cerramiento que contiene una atmósfera no oxidante es la de proteger contra la oxidación la superficie interior del tubo con costura, y en particular la superficie interior de la costura. Tal oxidación puede impedir que el revestimiento metálico se refluidifique por sobre la superficie de la costura soldada. Al preverse una atmósfera no oxidante, el gas no oxidante formará una capa gaseosa que cubrirá la zona de soldadura con un gas no oxidante. En el proceso en el que la costura está situada en la parte inferior del tubo, el gas no oxidante comprende preferiblemente un gas que es más pesado que el oxígeno, como es p. ej. el argón. Puesto que la soldadura está situada en una parte inferior del tubo, el paso de introducir el argón en la zona de soldadura hará que el argón desplace al gas oxidante que está situado en la zona de soldadura y cubra la zona de soldadura con una atmósfera no oxidante.
En el sentido en el que se la utiliza en la presente, la expresión gas o atmósfera "no oxidante" se refiere a un gas o una atmósfera que elimina, impide y/o inhibe la oxidación del fleje metálico, incluyendo lo que se consideraría en general que comprende una atmósfera inerte (como p. ej. de nitrógeno) o una atmósfera reductora (como p. ej. de hidrógeno), como se ha descrito anteriormente.
La junta de gas 82 incluye un tapón interior que puede estar hecho a base de una cerámica o de un plástico termoendurente resistente al rozamiento, tal como nilón reforzado, quedando dicho tapón alojado en el interior del tubo con costura abierta 20b. La parte que constituye el cuerpo del tapón es en general cilíndrica y tiene un diámetro exterior que es casi igual al diámetro interior del tubo con costura abierta, para así quedar ajustadamente alojada dentro del tubo. El tapón incluye una parte que constituye un soporte radial relativamente delgado y queda alojada entre los bordes del tubo con costura abierta. Un orificio 86 de paso de gas discurre a través de la parte que constituye el soporte entrando en la parte que constituye el cuerpo del tapón, que tiene una salida que inyecta un gas no oxidante al interior del tubo con costura abierta. La tubería 92 conecta una fuente de gas no oxidante 94 a la entrada de la parte que constituye el soporte de la junta de gas 82. Una junta hermética exterior de fibra, cerámica o plástico se ajusta apretadamente a la superficie exterior del tubo con costura abierta 20b, constituyendo así una junta hermética para el tubo con costura abierta al entrar el mismo en la atmósfera no oxidante que reina en el cerramiento 78. A través de la tubería 98 es también inyectado gas no oxidante al interior del cerramiento 78. Es también inyectado gas no oxidante al interior del impedidor a través de la tubería 104, que está conectada al pedestal 76 del impedidor. En la realización descrita, antes de entrar en el cerramiento 78 en el que reina la atmósfera no oxidante el tubo es secado y limpiado por un soplante 106 que sopla aire caliente al interior del tubo con costura abierta 20b. El soplante seca el tubo y retira por soplado del tubo los pequeños residuos a través de los bordes laterales 48 distanciados. El tubo con costura 20c sale entonces de la cámara 78 de atmósfera no oxidante a través de la junta hermética 112, que puede ser una junta de gas como la que se describe más adelante. Un tapón cilíndrico 117 está unido por un cabo de unión 119 al extremo del impedidor 66. El tapón 117 reduce o minimiza el escape de gas no oxidante del interior del tubo con costura. En los procesos en los que se usa un aparato de soldadura por corriente alterna o por corriente continua, el tapón 117 debe ser unido por el cabo de unión 119 a un soporte suspendido dentro del tubo con costura abierta 20b. A continuación es escarpada una rebaba 72 pasando el tubo 20c por sobre la herramienta escarpadora 70.
En un proceso alternativo de formación y revestimiento de tubos en continuo, el fleje metálico 20a no pasa por la estación inversora 42, con lo cual se deja el revestimiento 56 sobre la cara superior del fleje 20a. En la estación de conformación 58, los bordes laterales del fleje son deformados o doblados hacia arriba y hacia el interior uno hacia el otro al ser formado el tubo, como en una máquina convencional para la formación de tubos. Los bordes laterales del fleje son entonces laminados de forma tal que quedan casi en contacto uno con otro en la parte superior del tubo con costura abierta 20b, que tiene un revestimiento metálico 56 en la parte interior del tubo con costura abierta, quedando los bordes laterales adyacentes 48 ligeramente distanciados. El tubo con costura abierta 20b entra entonces en la estación 62 de soldadura del tubo, donde los bordes laterales del fleje son soldados, como se ha descrito anteriormente, quedando la costura en una parte superior del tubo. En el proceso continuo alternativo de esta invención, el tubo 20c es entonces retorcido helicoidalmente a continuación de la soldadura para situar la costura soldada 71 en la parte inferior del tubo, como se describe, por ejemplo, en nuestra patente afín U.S. 5.474.227. A continuación de este paso de retorcimiento, la costura estará situada en la parte inferior del tubo. Será por consiguiente obvio que el hecho de situar esta costura en una parte inferior del tubo es importante durante el proceso de refluidificar el revestimiento metálico por sobre la superficie de la costura, pero no es decisivo durante el proceso de soldadura, a pesar de que se prefiere hacerlo.
Como se ha descrito anteriormente, el revestimiento metálico 56 adyacente a los bordes laterales enfrentados del tubo se fundirá o será eliminado por cremación en la zona de soldadura en virtud de la temperatura de forjadura que es inducida por la bobina de trabajo 64. Por consiguiente, el revestimiento 56 adyacente a los bordes deberá ser retirado para minimizar la eliminación por cremación del revestimiento en la soldadura o junto a la misma y para así minimizar la deposición de contaminantes en la costura soldada. Además, la costura de soldadura 71 es relativamente rugosa y por consiguiente difícil de revestir. Cuando el tubo es galvanizado después de la soldadura, el revestimiento metálico tenderá a retirarse de la costura al salir el tubo del baño de galvanización porque la costura está normalmente situada en la parte superior del tubo. En una realización del proceso de soldadura y revestimiento de tubos de la presente invención, los bordes 48 que están casi en contacto están situados cerca de la parte inferior del tubo cuando son soldados los bordes, como se muestra en la Figura 5, de forma tal que el revestimiento de zinc o de otro material que es fundido en virtud del proceso de soldadura fluirá hacia abajo por sobre la costura, revistiendo nuevamente la costura con zinc fundido. Cuando el espesor del revestimiento de zinc 56 está incrementado junto a la costura o cuando el revestimiento tiene espesor suficiente, el revestimiento de zinc o de otro metal que es fundido en el proceso de soldadura puede ser suficiente para revestir de nuevo plenamente la costura sin recalentamiento, en dependencia del espesor del revestimiento, del diámetro del tubo y de la velocidad de la línea. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones será necesario fundir de nuevo el revestimiento metálico para hacer que el revestimiento metálico fluya hacia abajo por sobre la costura y cubra la costura. En una realización preferida, como se describe más adelante, puede ser aplicado adicional material de revestimiento a una parte inferior de la superficie interior del tubo 20c para obtener un mejor revestimiento sobre la costura.
A continuación de la soldadura, el tubo con costura 20c entra en una estación de limpieza 84 donde la superficie externa del tubo soldado 20c es limpiada a continuación del escarpado. En una aplicación típica, la superficie exterior de la costura soldada es primeramente limpiada y provista de rugosidad con un cepillo de alambre rotativo para retirar la cascarilla, y es a continuación limpiada con ácido muriático, que retira además todo el óxido que pueda estar presente, y es a continuación enjuagada a fondo. La superficie interior del tubo soldado 20c sigue estando en una atmósfera no oxidante durante este paso de elaboración.
Una realización alternativa preferida de la invención que aquí se describe comprende el paso de pasar el tubo con costura por un proceso de escarpado tras haber revestido el tubo, siendo con dicha operación de escarpado retirados los óxidos de la superficie exterior de la costura, como se muestra en la Figura 14. El tubo con costura 20c sale de la estación de soldadura 62 a través de la junta de gas 112 mientras la soldadura 71 que ha sido efectuada en el tubo con costura 20c está aún caliente, es decir a una temperatura de más de aproximadamente 593ºC (1100ºF). El tubo con costura 20c pasa entonces por sobre una herramienta escarpadora 70 que retira una parte considerable de la rebaba 72 de la parte exterior de la costura. Un rodillo de respaldo 74 está en contacto con la superficie opuesta del tubo, oponiendo resistencia a la presión de la herramienta escarpadora 70. Puesto que la superficie exterior de la costura 71 está aún caliente y en la atmósfera (es decir que ya no está en una atmósfera no oxidante), la superficie exterior de la costura se oxidará. A continuación de este paso de escarpado, en la estación de enfriamiento rápido 80 el tubo es enfriado inmediatamente hasta una temperatura a la cual es minimizada la oxidación de la superficie exterior de la costura 71, o sea p. ej. hasta una temperatura de menos de aproximadamente 149ºC (300ºF). A pesar de que a estas temperaturas se ve reducida en gran medida la propensión a la oxidación de la superficie exterior de la costura, una capa fina de la superficie exterior de la costura puede contener óxidos que impedirán la correcta refluidificación del revestimiento metálico exterior por sobre la superficie exterior de la costura 71. Por consiguiente, el tubo metálico con costura 20c es pasado por sobre un segundo aparato escarpador que retira esta fina capa oxidada. Como se muestra en la Figura 14, el segundo aparato escarpador es un cepillo de alambre 182 que gira en sentido contrario al de las agujas del reloj contra la dirección de desplazamiento del tubo 20c que está continuamente en movimiento. Como alternativa, este paso en el que es efectuada la operación de escarpado "en frío" incluye todo proceso que sirva para retirar la capa exterior de la superficie de la costura que contiene óxidos, quedando incluidos entre dichos procesos los de escarpado, amolado, cepillado con cepillo de alambre y abrasión.
En otra realización alternativa de la presente invención, después del paso de escarpado "en frío" es aplicado por pulverización un fundente a la superficie exterior de la costura. Como se muestra en la Figura 14, un pulverizador de chorro 187 está dirigido a la superficie exterior del tubo metálico con costura 20c en el sitio por el que pasa la superficie exterior de la costura. El pulverizador de chorro 187 está conectado a una fuente de fundente 185 que contiene preferiblemente sales potásicas de flúor y boro que son suministradas p. ej. por la Crown Alloys y son vendidas con el nombre comercial de "SIL45White". El fundente es aplicado por pulverización o nebulización a la superficie exterior de la soldadura p. ej. a base de soplar un gas no oxidante a través del fundente líquido formando una fina pulverización o niebla que es aplicada a la zona de la soldadura en la superficie exterior del tubo. El fundente reduce todos los óxidos que puedan estar presentes en la superficie exterior de la soldadura, proporcionando con ello una superficie que admitirá fácilmente el revestimiento metálico por sobre la superficie exterior de la costura 71 durante un paso de refluidificación o de galvanización.
En el proceso de esta invención, una parte inferior del tubo 20c es entonces recalentada hasta una temperatura superior a la temperatura de fusión del revestimiento metálico pero considerablemente inferior a la temperatura de fusión del tubo, y el material de revestimiento se funde y reviste la costura. Cuando el revestimiento metálico consta de una aleación de zinc que contiene no menos de aproximadamente un 99% de zinc, la temperatura de la parte inferior del tubo es con preferencia de aproximadamente 440ºC (825ºF) a aproximadamente 468ºC (875ºF). En la realización descrita del proceso de esta invención, frente a la parte inferior del tubo está situada una bobina de inducción 110 que calienta la parte inferior del tubo 20c, fundiendo con ello una parte del revestimiento metálico. Debido al hecho de que la costura está situada en la parte inferior del tubo, el revestimiento de zinc o de otro metal que se funde fluye hacia abajo hacia la costura. En una realización preferida, el revestimiento metálico 56 está engrosado en puntos adyacentes a la superficie interior de la costura 71. Al ser calentada la parte inferior del tubo, el revestimiento metálico 56 se funde, fluye hacia abajo y se reúne en la parte inferior del tubo, revistiendo la costura 71 con un revestimiento metálico protector 56a, como se muestra en la Figura 7. En una realización alternativa preferida de la presente invención, es aplicado adicional material de revestimiento a la superficie interior de la costura 71, como se describe más adelante. La bobina de inducción 110 está preferiblemente situada dentro de un cerramiento 88, con lo cual el tubo es mantenido dentro de una atmósfera no oxidante durante el recalentamiento, para evitar la oxidación de las superficies de la soldadura que están al descubierto antes de revestir la soldadura. La superficie interior del tubo ha permanecido en una atmósfera no oxidante al retener el tapón 118 al gas no oxidante dentro del tubo y al impedirse así que entren en el tubo gases oxidantes. El cerramiento 88 puede no ser más que una camisa que encierra al tubo en la zona calentada. En tal caso, la bobina de inducción 110 puede estar situada fuera del cerramiento. Como se comprenderá, la costura 71 puede estar preferiblemente situada cerca de la parte inferior del tubo, particularmente cuando esté revestida tan sólo la superficie interna del tubo, de tal manera que el revestimiento metálico 56 "bañe" la soldadura revistiéndola. Sin embargo, la costura puede estar situada en cualquier sitio en la parte inferior del tubo, siempre que la bobina de inducción 110 esté situada junto a la costura. Más preferiblemente, la costura está situada en el tercio inferior del tubo. Cuando la costura esté distanciada de la parte inferior del tubo, el revestimiento metálico fundido fluirá por sobre la costura, lo cual es ventajoso.
En el sentido en el que se le utiliza en la presente, el vocablo "recalentar" puede comprender las operaciones de mantener la temperatura del tubo soldado 20c o llevar la temperatura del tubo soldado a aproximadamente la temperatura de fusión del revestimiento, o bien puede incluir más preferiblemente la operación de calentar suplementariamente una parte inferior del tubo hasta una temperatura aproximadamente igual a la temperatura de fusión del revestimiento metálico, que es preferiblemente de zinc o de una aleación de zinc. La costura 71 del tubo puede ser enfriada hasta una temperatura inferior a la temperatura de fusión del revestimiento metálico entre el paso en el que es efectuada la operación de soldadura y el paso en el que es efectuada la operación de recalentamiento en la presente invención. Por consiguiente, el recalentamiento puede comprender la operación de calentar una parte inferior del tubo desde una temperatura inferior a la temperatura de fusión del revestimiento metálico hasta una temperatura aproximadamente igual a la temperatura de fusión del revestimiento metálico o superior a aproximadamente dicha temperatura. En dependencia del diámetro del tubo y de la velocidad de la línea, puede no ser necesario un calentamiento adicional para hacer que el revestimiento metálico fluya por sobre la costura. Como alternativa, puede dejarse que el tubo se enfríe desde la temperatura de soldadura, y entonces puede hacerse que el tubo se mantenga a aproximadamente la temperatura de fusión del revestimiento metálico por medio de una bobina de inducción paralela. Puesto que el paso en el que es efectuada la operación de soldadura en la presente invención concentra una gran cantidad de calor en una zona localizada situada en torno a la costura soldada, este calor se disipará en general por el material del tubo retirándose de la costura soldada 71. Por consiguiente, el recalentamiento puede también consistir en dejar que el calor se disipe por el material del tubo, haciendo con ello que la parte inferior del tubo quede a una temperatura aproximadamente igual a la temperatura de fusión de un material de revestimiento o superior a aproximadamente dicha temperatura.
En una realización alternativa de la presente invención, una parte del tubo que contiene la costura 71 es aplanada, y entonces esta parte del tubo 20c es recalentada hasta una temperatura aproximadamente igual a la temperatura de fusión del revestimiento metálico 56 con la costura 71 en una parte inferior del tubo. El tubo 20c incluye una parte inferior aplanada que tiene una costura 71 y una parte superior redondeada. Una parte inferior del tubo 20c tiene un radio de curvatura que es considerablemente mayor que el radio de curvatura de la parte superior del tubo. Preferiblemente, el radio de curvatura de la parte inferior es al menos unas cinco veces el radio de curvatura de la parte superior del tubo 20c. Al ser recalentada, la parte inferior aplanada del tubo permitirá que tenga lugar un flujo más lento del material de revestimiento fundido 56 por sobre la superficie interior de la costura soldada 71 en el paso en el que es llevada a cabo la operación de revestimiento como se ha descrito anteriormente. El aplanamiento del material 20 del tubo puede ser llevado a cabo en la estación de conformación 58, de tal manera que el fleje con forma tubular 20b queda conformado con unas partes aplanadas junto a los bordes laterales 48 del tubo 20b. El tubo es entonces soldado según el paso anteriormente descrito en el que es llevada a cabo la operación de soldadura. Como alternativa, el tubo aplanado puede ser conformado de manera convencional en una estación de conformación a continuación de la herramienta escarpadora 70 y antes de la estación de limpieza 84. El tubo es reconformado en la estación de calibración 118 para así formar un tubo que es prácticamente redondo.
Como se muestra en las Figuras 8 y 9, una realización preferida de la presente invención incluye una lanza 77 que aplica material de revestimiento a la superficie interior de la costura preferiblemente en un punto en el que al menos una parte inferior del tubo es calentada hasta la temperatura de fusión del revestimiento metálico. Como se ha descrito anteriormente, cuando el fleje metálico 20a ha sido revestido en la estación de galvanización 36 de la Figura 1A, el revestimiento metálico 56 puede ser eliminado por cremación en la zona de soldadura durante la soldadura debido a las temperaturas extremas que son inducidas en los bordes del tubo con costura abierta que están casi en contacto. Como alternativa, el revestimiento 56 puede haber sido retirado junto a los bordes laterales 48 del fleje metálico 20 en la estación 44 de acondicionamiento de los bordes, como se ha descrito anteriormente. Puede haber una cantidad de revestimiento que sea insuficiente para cubrir la superficie interior de la costura 71 durante el recalentamiento de la parte inferior del tubo. Puede ser importante hacer que las superficies interiores que distan de la costura soldada no sean empobrecidas en material de revestimiento metálico para evitar la oxidación, la corrosión o el deterioro de estas superficies del tubo. Se prevé por consiguiente una lanza 77 que discurre hacia arriba entre los bordes enfrentados del tubo con costura abierta 20b y a continuación axialmente por sobre el impedidor 66 hasta una tobera 73 que preferiblemente sobresale hacia abajo para aplicar un material de revestimiento metálico sobre la costura que está situada en la parte inferior del tubo. En una realización alternativa, la lanza discurre a través del impedidor 66. La lanza 77 está preferiblemente conectada a una fuente de material de revestimiento que está a presión neumática 74.
El material de revestimiento consta preferiblemente de partículas ultrafinas o de un polvo del metal de revestimiento, incluyendo zinc o aleación de zinc en polvo. El material de revestimiento metálico puede ser el mismo metal como el revestimiento metálico 56, o bien puede ser una aleación del revestimiento metálico 56. Puesto que ciertos metales de revestimiento pueden ser explosivos en forma de polvo (como es p. ej. el caso del polvo de aluminio), el material de revestimiento puede ser aplicado en otras formas, tal como en forma de metal fundido, de cinta metálica, de folio o de alambre. El material de revestimiento metálico puede contener fundente (p. ej. en un porcentaje tan pequeño como el de un 2% de fundente o menos), o bien puede estar en suspensión en fundente. El fundente puede estar en forma sólida o líquida. Un fundente adecuado para un material de revestimiento zonal es el fabricado y vendido por la Engelhard Corporation de Plainville, Massachusetts, con el nombre comercial de "Ultra-Flux", que es una pasta que está hecha a base de agua y contiene sales potásicas de flúor y boro. El material fundente puede ser diluido en una proporción de al menos aproximadamente 2:1 con agua para obtener una viscosidad lo suficientemente baja como para aplicar el material de revestimiento en forma de una pulverización. El material de revestimiento puede excluir la viscosidad para que el material de revestimiento sea aplicado en forma de una pulverización. El material de revestimiento puede excluir el fundente y puede ser aplicado a base de soplar un gas no oxidante que contenga metal de revestimiento en polvo a través de la lanza 77 sobre la costura 71. Al ser aplicado con fundente, el material de revestimiento metálico, que es preferiblemente una aleación de Zn/Al, comprende al menos aproximadamente un 90% en peso del material de revestimiento. El fundente contenido en el material de revestimiento reduce y elimina químicamente los óxidos en la costura y forma una capa protectora, impidiendo que se formen en la costura óxidos adicionales.
El material de revestimiento puede ser aplicado cuando al menos la parte inferior del tubo soldado sea calentada por bobinas de inducción 110 para refluidificar el revestimiento metálico 56. Para facilitar la referencia, la lanza 77 está ilustrada en la Figura 8 sobre las bobinas 110. Sin embargo, se prevé que las líneas de flujo que son producidas por las bobinas pueden hacer que resulte difícil aplicar el material de revestimiento encima de las bobinas de inducción 110. Por consiguiente, una realización preferida de la presente invención incluye el paso de aplicar el material de revestimiento metálico tras haber sido recalentado el tubo 20c, después de las bobinas de inducción. La mayor parte del fundente (cuando el mismo esté presente) será eliminada por cremación en la costura 71, dejando que las partículas de aleación de Zn/Al del material de revestimiento se fundan y se saturen y se unan a la costura, formando con ello un revestimiento adherente liso sobre la superficie interior de la costura 71. En otra realización, cuando la costura está situada en una parte superior del tubo puede ser posicionada encima del tubo una lanza que aplicará por pulverización el material de revestimiento metálico hacia abajo sobre la superficie exterior del tubo en un sitio por el que pase la superficie exterior de la costura. Es así aplicado a la superficie exterior de la costura un revestimiento metálico que es similar al anteriormente descrito y aplicado para la superficie interior del tubo. El material de revestimiento puede ser también aplicado por pulverización hacia arriba a la superficie exterior de la costura en una parte inferior del tubo soldado, como se describe más adelante.
En una realización alternativa de la presente invención, el paso de elaboración que consiste en aplicar un material de revestimiento a la superficie interior de la costura incluye la operación de depositar un alambre, una cinta o un folio que consta de un metal de revestimiento en un punto en el que al menos la parte inferior del tubo es calentada hasta una temperatura superior a la temperatura de fusión del metal de revestimiento. El alambre se fundirá parcialmente y se adherirá a la superficie interior de la costura y se desplazará junto con el tubo, introduciendo con ello material adicional a través de los bordes laterales distanciados del tubo y junto con el tubo. El metal de revestimiento se fundirá saturándose y uniéndose a la superficie interior de la costura, formando con ello un revestimiento liso sobre la superficie interior de la costura 71.
En cualquiera de las realizaciones alternativas que han sido descritas anteriormente y comprenden la operación de añadir un material de revestimiento metálico, el material de revestimiento metálico se fundirá en un punto en el que la parte inferior del tubo 20c es calentada hasta al menos aproximadamente la temperatura de fusión del material de revestimiento metálico. Cuando, por ejemplo, el revestimiento metálico 56 sea insuficiente para revestir la superficie de la costura soldada, el material de revestimiento metálico se fundirá y cubrirá la superficie de la costura soldada, como se muestra en la Figura 7 y como se ha descrito anteriormente. El material de revestimiento metálico 56a y el revestimiento metálico 56 se fusionarán preferiblemente junto a la superficie de la costura soldada para así formar un revestimiento metálico uniforme sobre toda la superficie interior o exterior del tubo metálico 20c. El material de revestimiento metálico añadido puede tener una temperatura de fusión superior o inferior a la del revestimiento metálico 56 para incrementar o reducir la fluidez del material de revestimiento y/o la temperatura de fusión del mismo.
Como se muestra en las Figuras 1A y 8, la bobina de inducción 110 está situada después del impedidor 66 y de la bobina de trabajo 64. La temperatura del tubo 20c en la línea A en las Figuras 1A y 8 es la temperatura de forjadura del fleje metálico 20, que es p. ej. de 1260ºC (2300ºF), o una temperatura más alta. La temperatura del tubo 20c en la línea B en las Figuras 1A y 8 debe ser inferior a la temperatura de vaporización del revestimiento metálico 56 y es preferiblemente poco más o menos igual o inferior a la temperatura de fusión del revestimiento metálico 56. Por consiguiente, la distancia entre el paso de forjadura y el paso de revestimiento de la presente invención deberá ser suficiente para permitir que la temperatura de la parte del tubo que incluye la costura disminuya hasta llegar a ser al menos una temperatura a la que no se vaporice o hierva el revestimiento metálico 56. Preferiblemente, deberá dejarse que la costura se enfríe hasta una temperatura inferior a aproximadamente la temperatura de fusión del revestimiento metálico 56. Puede dejarse que la costura 71 se enfríe hasta una temperatura inferior a la temperatura de fusión del revestimiento metálico 56, efectuándose a continuación un recalentamiento hasta la temperatura de fusión del revestimiento metálico 56. Un experto en la materia comprenderá que la velocidad de enfriamiento entre las líneas A y B dependerá al menos de la velocidad del tubo en su desplazamiento a lo largo del proceso y del espesor del fleje metálico 20 y del tubo metálico 20c.
Una realización preferida de la presente invención incluye el paso de metalizar una superficie exterior de la costura soldada, como se muestra en la Figura 8A. El tubo con costura 20c entra a través de una junta de gas 96 en el cerramiento 88, en cuyo interior es mantenida una atmósfera no oxidante, como se ha descrito anteriormente. El tubo 20c pasa por sobre una primera bobina de inducción 110a que calienta una parte inferior del tubo 20c hasta una temperatura inferior a aproximadamente la temperatura de fusión del revestimiento metálico 56. El aparato de revestimiento 81 aplica un material de revestimiento metálico a la superficie exterior del lugar en el que está situada la costura soldada 71 en una parte inferior del tubo 20c. El tubo 20c pasa entonces por sobre una segunda bobina de inducción 110b, donde una parte inferior del tubo 20c es calentada hasta aproximadamente la temperatura de fusión del material de revestimiento metálico. El calentamiento del tubo hasta una temperatura superior a la temperatura de fusión del material de revestimiento metálico ayuda a adherir el material de revestimiento metálico a la superficie exterior del tubo, incluyendo la superficie exterior de la costura. El tubo 20c sale entonces del cerramiento 88 a través de una junta de gas 116 que puede ser del tipo convencional o bien una tobera aisladora. El aparato de revestimiento 81 puede incluir una lanza del tipo que ha sido descrito anteriormente, pero puede también incluir un aparato de revestimiento térmico del tipo que es conocido en la técnica, incluyendo un aparato de revestimiento por soplete o un aparato de metalización con pistola de plasma. Debido al hecho de que una parte inferior del tubo 20c es calentada hasta casi la temperatura de fusión del material de revestimiento metálico, la aplicación del material de revestimiento por medio del aparato de revestimiento 81 resulta más eficaz y efectiva gracias al hecho de que se logra una buena adherencia del material de revestimiento a la superficie exterior de la costura 71. El calentamiento adicional que es efectuado por la segunda bobina calentadora 110b asegura la correcta fusión del material de revestimiento sobre la superficie exterior de la costura y da lugar a la formación de una superficie de revestimiento lisa sobre la costura. La atmósfera no oxidante que reina en el interior del cerramiento 88 asegura que la superficie exterior de la costura 71 no se oxidará ni impedirá que el material de revestimiento se adhiera a la superficie exterior de la costura 71. En una realización alternativa, la superficie exterior del tubo 20c puede ser revestida con un material de revestimiento metálico que tenga una temperatura de fusión más alta, como es p. ej. el caso de la aleación de zinc, y la superficie interior del tubo 20c puede ser revestida con un material de revestimiento metálico que tenga una temperatura de fusión más baja, como es p. ej. el caso del zinc, para reprimir o impedir el goteo del material de revestimiento por sobre la superficie exterior del tubo.
Como se muestra en las Figuras 10 y 11, una realización preferida comprende un circuito de control para recalentar el tubo metálico con costura después de haber sido el tubo soldado y escarpado. El circuito de control comprende una serie de bobinas calentadoras alternadas 162, 164 y 166 que calientan al menos una parte inferior del tubo metálico con costura. Cada bobina está conectada en paralelo a unos medios de control 170. Un sistema de medición ultrasónica comprende medidores ultrasónicos 180a y 180b que están previstos respectivamente antes y después de las bobinas calentadoras y transmiten a los medios de control 170 información relativa al espesor del revestimiento 56 sobre la superficie interior del tubo 20c. Los medios de control 170 reciben, recopilan y comparan los datos aportados por los medidores ultrasónicos anterior y posterior 180a y 180b, respectivamente, y regulan las distintas bobinas calentadoras para incrementar o reducir el calor que es emitido y la zona que es abarcada por el calentamiento según sea necesario para lograr una correcta refluidificación del revestimiento 56 por sobre la superficie interior de la costura 71. Un experto en la materia comprenderá que la cantidad de zinc que fluirá hacia abajo por la superficie interior del tubo con costura es casi proporcional a la cantidad de superficie calentada. Puesto que la zona a abarcar y el espesor de revestimiento de zinc disponible para esta refluidificación varían continuamente, se ha comprobado que resulta ventajoso el circuito de control. El circuito de control es capaz de localizar el revestimiento 56 sobre la costura 71. Si la temperatura en la zona adyacente a la soldadura 71 es demasiado alta, el revestimiento metálico que cubre la pared casi vertical del tubo metálico con costura y la parte superior del tubo metálico con costura se fundirá y fluirá hacia abajo hacia la costura 71. Si se funde demasiado revestimiento metálico, estas superficies quedarán al descubierto y serán susceptibles de experimentar oxidación de manera muy similar a como era susceptible de hacerlo la costura antes de la refluidificación. Si es aportado demasiado poco calor a la zona adyacente a la soldadura, será insuficiente la cantidad de revestimiento metálico que fluirá hacia abajo hacia la costura 71, y parte de la costura o toda ella quedará al descubierto y será susceptible de experimentar oxidación. La Figura 11 ilustra una sección transversal del tubo durante el recalentamiento y los gradientes térmicos preferidos del tubo y del revestimiento durante el recalentamiento del tubo metálico con costura 20c. En la parte inferior del tubo metálico con costura 20c, allí donde está situada la costura 71, dicha costura es correctamente bañada y por consiguiente revestida con el revestimiento metálico 56, con lo cual queda formado en el producto final consistente en el tubo metálico con costura un revestimiento metálico liso sobre la superficie interior de la costura.
En una realización alternativa del circuito de control preferido según la invención, un sistema de medición de la temperatura puede sustituir al sistema de medición ultrasónica anteriormente descrito. El sistema de medición de la temperatura puede estar situado ya sea antes y después de las bobinas calentadoras, o bien y como alternativa después de las bobinas calentadoras 162, 164 y 166. El sistema de medición de la temperatura proporciona a los medios de control 170 información relativa a la temperatura de la parte inferior del tubo 20c, por ejemplo. Los medios de control 170 reciben, recopilan y comparan estos datos suministrados por el sistema de medición de la temperatura y regulan las bobinas calentadoras para incrementar o reducir el calor que es emitido por las bobinas calentadoras para que el revestimiento metálico de una parte inferior del tubo se funda y fluya hacia abajo hacia la costura; pero sin que se funda el revestimiento metálico de una parte superior del tubo, manteniéndose el mismo prácticamente intacto dentro de la parte superior del tubo 20c. Un sistema de medición de la temperatura del tipo que es útil aquí es suministrado por la Land Infrared, de Crystal, Pennsylvania, siendo vendido con el nombre comercial de Landmark X Thermometer. Son también útiles aquí los Modelos Nº RP-42 o RP-10 del sistema llamado System 3 Ratio Thermometer.
Antes de galvanizar la superficie exterior del tubo con costura 20c, el tubo es calentado en el cerramiento de calentamiento 88 hasta una temperatura que se aproxima a la temperatura del zinc fundido o de la aleación fundida del tanque de galvanización, o sea hasta una temperatura de aproximadamente 454ºC (850ºF). A pesar de que para calentar el tubo pueden usarse cualesquiera medios adecuados, incluyendo, por ejemplo, los calentadores internos y externos convencionales, el método preferido utiliza un calentador por corrientes de inducción que tiene bobinas 90 e induce una corriente en el tubo, como se ha descrito anteriormente. Puesto que el revestimiento metálico aplicado sobre la superficie interior del tubo con costura 20c, que es p. ej. un revestimiento metálico que consta de una aleación de Zn/Al, tiene una temperatura de fusión que es más alta que la del revestimiento metálico exterior, que es p. ej. de zinc, el revestimiento metálico interior aplicado sobre la superficie interior de la costura 71 no se ve afectado durante este paso. Un gas no oxidante, que es preferiblemente nitrógeno, es inyectado al interior del cerramiento de calentamiento 88 a través de la tubería 93 que procede de una fuente de gas como el utilizado para la junta de gas 96 del tipo conocido en esta rama de la técnica. El tubo precalentado entra entonces a través del acoplamiento 140 en la caja 98 cerrada herméticamente. La caja 98 incluye un depósito inferior 103 que está preferiblemente llenado con zinc fundido. Un gas no oxidante, que es p. ej. gas nitrógeno con un bajo nivel de hidrógeno, es inyectado al interior de la cámara superior 144 de la caja a través de la tubería 107. El tubo entra entonces en el tanque de galvanización 108 a través de una junta de gas convencional 111. Desde el depósito inferior 103 de la caja es bombeado al interior del tanque de galvanización 108 zinc fundido por la bomba 102. El tubo 20c entra así en el tanque de galvanización 108 por debajo del nivel del zinc fundido como se muestra en la Figura 1B; si bien es inyectado al interior de la parte superior del tanque de galvanización a través de la tubería 114 nitrógeno o algún otro gas no oxidante, siendo así mantenida una atmósfera no oxidante en el tanque de galvanización para reducir la oxidación y la escoria. El tubo 20c sale entonces del tanque de galvanización a través de una junta de gas 115 pasando al interior de la cámara superior 144 de la caja, y el tubo pasa entonces a través de la junta de gas 116 final.
Como se ha descrito anteriormente, otros han reconocido las ventajas de mantener el tanque o cuba de galvanización en una atmósfera inerte o no oxidante. Sin embargo, tales esfuerzos no han sido plenamente exitosos porque hay que entrar periódicamente en la caja 98 para reponer el zinc y para efectuar tareas de mantenimiento. En un aparato preferido según esta invención para constituir el baño de galvanización, sin embargo, el tanque de galvanización puede estar cerrado herméticamente y situado dentro de una caja cerrada herméticamente. Por consiguiente, puede entrarse en la caja 98 para reponer el zinc, por ejemplo, sin exponer el tanque de galvanización a una atmósfera oxidante, lo cual perjudicaría la calidad del revestimiento de zinc sobre el tubo. Además, es posible controlar la presión del gas no oxidante en el cerramiento de calentamiento 88, en la caja 98 y en el tanque de galvanización 108. En la realización más preferida, la presión del gas no oxidante en el tanque de galvanización 108 es mayor que la presión de gas en la caja 98, con lo cual no penetrará al interior del tanque de galvanización aire u otro gas contaminante. Análogamente, la presión reinante en la cámara de calentamiento 88 es mayor que la presión reinante en la caja 98, para evitar que se produzcan penetraciones de gas oxidante al interior de la cámara de calentamiento. Deberá entenderse que son conocidas en la técnica otras aplicaciones para reponer el zinc que permiten no perturbar el tanque o cuba.
En una realización alternativa de la presente invención, la superficie exterior de la soldadura 71 puede ser revestida térmicamente en lugar de galvanizar la superficie exterior de la costura, como se ha descrito anteriormente. El paso de elaboración en el que es efectuado el revestimiento térmico incluye un proceso de revestimiento por soplete o un proceso de metalización con pistola de plasma, que son procesos que son conocidos en la técnica.
El tubo es entonces enfriado a base de sumergir el tubo en agua fría o en otro refrigerante en la cámara de enfriamiento 113, con lo cual es solidificado el revestimiento metálico sobre el tubo. Se impide que el gas no oxidante escape del interior del tubo mediante un tapón cilíndrico 117 que puede estar unido al extremo del impedidor mediante un cabo de unión 119. El tapón 117 puede estar hecho de un plástico termoendurente resistente al rozamiento, tal como el nilón, y está preferiblemente situado lo bastante después de la bobina de inducción 110 y a continuación del enfriamiento como para evitar que pueda resultar dañado el tapón. El tapón 117 ayuda a mantener la atmósfera no oxidante en el interior del tubo con costura, manteniendo con ello una capa protectora de gas no oxidante sobre la costura. El tapón 117 impide también que entre oxígeno y aire al interior del tubo con costura. Cuando se utiliza un aparato de soldadura por corriente alterna o por corriente continua, el tapón 117 puede estar unido a un soporte suspendido sobre la superficie interior del tubo, o bien puede estar unido al extremo de la lanza 77 mediante el cabo de unión 119.
A continuación del enfriamiento, el tubo 20c entra en la estación de calibración final 118, que incluye una pluralidad de rodillos calibradores y enderezadores 120. A continuación de ello, en 122 el tubo es inundado y lavado con una solución acuosa de cromato que ataca químicamente y sella el revestimiento de zinc antes del acabado final. En una máquina convencional para la formación de tubos, en 124 el tubo es entonces marcado con marcas que indiquen la identificación del producto y con las marcas adicionales que puedan ser especificadas por el cliente. En la estación 126 de pintado del exterior puede ser entonces aplicada una capa de laca transparente, o bien puede ser aplicado otro revestimiento protector. Entonces puede ser usada una bobina de calentamiento por corriente de inducción 128 para secar el tubo, y el tubo es finalmente cortado a la longitud deseada en la estación de corte 130.
En una realización alternativa, se usa un solo tanque de galvanización para revestir las superficies interior y exterior de la costura de un tubo metálico con costura. Como se muestra en las Figuras 10 y 11, es aplicado un revestimiento 56 a la cara superior del fleje metálico 20 tras haber sido el mismo limpiado y preconformado para darle una forma arqueada abierta hacia abajo. El fleje metálico 20 entra en la caja 158 cerrada herméticamente, y a continuación en el tanque de galvanización 148 a través de juntas de gas del tipo que es conocido en la técnica. Exactamente igual como en el caso del aparato de revestimiento de la Figura 1B, la caja 158 incluye un depósito inferior 138 que está preferiblemente llenado con metal fundido, como p. ej. zinc fundido o aleación de zinc fundida. Un gas no oxidante, que es preferiblemente nitrógeno e hidrógeno, es inyectado al interior del tanque de galvanización 148 por la bomba 142. El fleje metálico 20a entra en el tanque de galvanización 148 por encima del nivel del zinc fundido, como se muestra en la Figura 13. El revestimiento metálico, que es preferiblemente zinc fundido o aleación de zinc fundida, es aplicado a la cara superior del fleje metálico 20a a base de bombear el zinc fundido del contenido de zinc fundido del tanque 148 aplicándolo al fleje metálico 20a usando la bomba 149. El zinc fluye hacia abajo hacia lo bordes laterales del fleje, de forma tal que el espesor del revestimiento aumenta desde la parte central hacia los bordes. El fleje metálico 20a sale entonces del tanque de galvanización 148 y de la caja 158 preferiblemente a través de una junta de gas o bien preferiblemente a través de una tobera aisladora del tipo que se describe en la Patente afín U.S. 5.344.062 de Krengel et al. a la que se ha aludido anteriormente. Como se ha descrito anteriormente, se hace que el fleje metálico 20a pase por las estaciones de aplanamiento, inversión, acondicionamiento de los bordes, preconformación, conformación, soldadura y limpieza. El tubo metálico con costura 20c entra entonces de nuevo en la caja 158 cerrada herméticamente a través del acoplamiento 200 y en el tanque de galvanización 148 a través de una junta de gas convencional 220. El tubo 20c entra en el tanque de galvanización por debajo del nivel del zinc fundido, como se muestra en la Figura 13. Es inyectado gas no oxidante al interior de la parte superior del tanque de galvanización 148 a través de la tubería 147, siendo así mantenida una atmósfera no oxidante en el tanque de galvanización para reducir la oxidación y la escoria. El tubo 20c sale del tanque de galvanización a través de la junta de gas 175 pasando al interior de la cámara superior 152 de la caja 158, y el tubo pasa a través de una junta de gas final 176.
En esta realización del aparato y proceso de esta invención con los que es realizada la operación del paso por el baño de galvanización, un tubo metálico con costura es revestido tanto en la superficie interior como en la superficie exterior del mismo en un solo tanque de galvanización que está cerrado herméticamente y situado en una caja cerrada herméticamente. Es posible reponer el zinc sin exponer al tanque de galvanización a una atmósfera oxidante, y controlar la presión del gas no oxidante en la caja 158 y en el tanque de galvanización 148 de forma tal que no penetre en el tanque de galvanización 148 aire u otro gas contaminante. Adicionalmente, con la costura en la parte inferior del tubo 20c, cuando el tubo pasa por el tanque de galvanización 148 el revestimiento de la superficie interior del tubo se fundirá y fluirá por sobre la costura, donde la bañará y formará un revestimiento liso sobre la superficie interior de la costura 71. Habiendo pasado por el tanque de galvanización, la superficie exterior de la costura 71 habrá quedado también revestida, quedando así la costura protegida contra la oxidación.
Como se comprenderá ahora, la conformación y la soldadura y el revestimiento del tubo de la manera que aquí se ha descrito permiten lograr el revestimiento de las superficies interior y exterior de la costura sin que para ello sean necesarios equipos de revestimiento específicos. Se han descrito aquí varios medios para revestir con metal fundido las superficies interior y exterior de la costura de un tubo metálico con costura. Estos medios pueden ser usados en solitario o en combinación, según requieran los parámetros de la aplicación específica de que se trate, entre los cuales se incluyen el diámetro del tubo, la velocidad de la máquina, el material del tubo y del revestimiento, la temperatura de soldadura, etc. Además, el proceso y el equipo de esta invención para la formación y el revestimiento de tubos pueden ser objeto de varias modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, como se ha descrito anteriormente, el proceso de esta invención puede ser utilizado en un proceso de tipo discontinuo en el que el tubo es cortado a una longitud a continuación de la soldadura y los pedazos de tubo son entonces girados para situar la costura en la parte inferior del tubo antes de calentar al menos la parte inferior del tubo para fundir el revestimiento metálico y hacer que el revestimiento metálico fundido fluya por sobre la costura. Además, pueden ser aplicadas configuraciones de mezcla a las superficies interior y exterior del tubo junto a la costura para dirigir el flujo de metal fundido al interior de la costura, estando incluida entre dichas configuraciones una configuración en forma de espina de arenque que es conocida en la técnica. El tubo puede ser también recalentado por cualesquiera medios de calentamiento adecuados entre los que se incluyen los calentadores de calor radiante. Además, el método de esta invención puede ser utilizado para revestir la costura de tubos que tengan secciones transversales especiales, estando incluidos entre dichos tubos los tubos cuadrados y los tubos rectangulares. Finalmente, el tubo puede ser soldado por otros medios convencionales entre los que se incluyen, por ejemplo, los de soldadura por resistencia o de soldadura con fundente.
Habiendo descrito el proceso de esta invención, pasamos ahora a reivindicar la invención como se expone a continuación.

Claims (9)

1. Método para formar un tubo metálico con costura (20c) que tiene un revestimiento metálico (56) sobre al menos una superficie interior de dicho tubo (20c) a partir de un fleje metálico relativamente plano (20) que está continuamente en movimiento, comprendiendo dicho método los pasos de:
a) conformar un fleje metálico (20) que tiene un revestimiento metálico (56) sobre al menos una cara de dicho fleje (20) convirtiéndolo en un fleje con forma tubular (20b) que tiene bordes laterales (48) adyacentes, enfrentados y distanciados y dicho revestimiento (56) sobre una superficie interior o exterior de dicho fleje con forma tubular (20b), constando dicho revestimiento metálico (56) de un material de revestimiento metálico y teniendo dicho revestimiento metálico una temperatura de fusión que es considerablemente inferior a la temperatura de fusión de dicho fleje metálico (20);
b) calentar dichos bordes adyacentes (48) de dicho fleje (20) hasta al menos una temperatura aproximadamente igual a la temperatura de forjadura de dicho fleje (20) y soldar solidariamente dichos bordes adyacentes (48) para formar un tubo (20c) que tiene una costura soldada (71);
c) enfriar dichos bordes adyacentes (48) de dicho fleje (20) hasta una temperatura inferior a aproximadamente la temperatura de vaporización de dicho revestimiento (56);
d) recalentar al menos una parte inferior de dicho tubo (20c) hasta al menos aproximadamente la temperatura de fusión de dicho revestimiento metálico (56), con dicha costura soldada (71) en una parte inferior de dicho tubo (20c);
estando dicho método caracterizado por el paso de:
e) revestir dicha superficie interior de dicha costura (71) con material de revestimiento metálico (56) formando con ello un tubo (20c) con dicho material de revestimiento metálico sobre toda una superficie interior de dicho tubo (20c) incluyendo dicha superficie interior de dicha costura (71).
2. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 1, en el que dicho revestimiento metálico (56) sobre dicha superficie interior de dicho tubo (20c) es suficiente para hacer que dicho revestimiento metálico (56) fluya por sobre dicha superficie interior o exterior de dicha costura soldada y la revista.
3. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 1, que comprende el paso de añadir material de revestimiento metálico (56) a dicha superficie interior de dicha costura (71).
4. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 1, en el que dichos bordes adyacentes (48) son enfriados hasta aproximadamente la temperatura de fusión de dicho revestimiento metálico (56).
5. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 4, comprendiendo dicho método el paso de añadir material de revestimiento metálico (56) a dicha superficie interior de dicha costura (71).
6. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 5, en el que dicho material de revestimiento metálico (56) es añadido antes de recalentar dicha parte inferior de dicho tubo (20c).
7. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 1, en el que dichos bordes adyacentes (48) son enfriados hasta una temperatura inferior a la temperatura de fusión de dicho revestimiento metálico (56).
8. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 7, comprendiendo dicho método el paso de añadir material de revestimiento metálico (56) a dicha superficie interior de dicha costura (71) antes de recalentar dicha parte inferior de dicho tubo (20c).
9. Método para formar un tubo con costura y revestido como se ha descrito en la reivindicación 1, en el que el recalentamiento de dicha parte inferior de dicho tubo (20c) hace que dicho revestimiento metálico (56) fluya hacia dicha costura (71), y en el que el paso de fundir dicho material de revestimiento metálico (56) incluye el paso de añadir material de revestimiento metálico (56) a dicha superficie interior de dicha costura (71).
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