Análise do comportamento mecânico de tubos de aço com variação dimensional

Abstract

Um dos principais processos de fabricação de tubos de aço é a conformação de chapas de aço e posterior a soldagem por indução de alta frequência (HFIW). Independente da aplicação, estas estruturas devem suportar esforços mecânicos a que serão submetidas, e é através do ensaio mecânico de tração que os tubos serão testados para determinar suas propriedades mecânicas. O objetivo geral deste trabalho consiste em avaliar o comportamento mecânico de tubos de aço soldados da classe SAE 1012 com variação dimensional, a partir da análise de dados experimentais de um banco de dados de propriedades mecânicas e de composição química. O limite de escoamento (LE), o limite de resistência à tração (LRT) e o alongamento (AL) são as principais propriedades mecânicas a serem observadas em tubos de aço soldados. Dependendo do diâmetro externo, o tubo poderá ser ensaiado inteiro ou através de um corpo de prova retirado do mesmo. O material empregado na fabricação do tubo influenciará em suas propriedades mecânicas finais, bem como a relação espessura/Diâmetro (t / D). Um estudo de caso utilizando mais de três mil dados brutos experimentais de LE, LRT e AL, bem como de composição química, de tubos de aço da classe SAE 1012 soldados de um banco de dados da empresa Tuper S/A foi utilizado para verificar as médias e desvios padrões de cada elemento da composição química e a influência do diâmetro e da espessura no LE, LRT e AL. Os resultados mostram que a composição química, em média, atende as tolerâncias do SAE 1012, conforme Norma J403 e que esta composição é muito próxima à composição encontrada por outros pesquisadores. Comparando os resultados com algumas referências, LE teve uma pequena parte dos dados não qualificados, enquanto que LRT teve um maior número de dados não qualificados. Ao calcular as médias aritméticas de LE, LRT e AL em relação ao diâmetro externo e espessura do tubo observou-se que apenas 1 resultado (do total de 3.141) ficou fora do limite de confiança de 99,7%. As propriedades mecânicas LE e LRT não apresentaram uma lei de tendência de acréscimo ou decréscimo em função do diâmetro e da espessura. No entanto, LE e LRT acrescem em função da razão t / D, enquanto que AL decresce.

Abstract: One of the main manufacturing processes of steel tubes is the shaping of steel plates and subsequent to high frequency induction welding (HFIW). Regardless of application, these structures must withstand the mechanical stresses to which they will be subjected, and it is through the mechanical tensile test that the tubes will be tested for their mechanical properties. The general objective of this work is to evaluate the mechanical behavior of welded steel tubes of class SAE 1012 with dimensional variation, from the analysis of experimental data of a database of mechanical properties and chemical composition. The yield strength (LE), the tensile strength (LRT) and the elongation (AL) are the main mechanical properties to be observed in welded steel tubes. Depending on the outside diameter, the tube may be tested either whole or through a specimen taken from it. The material used to manufacture the tube will influence its final mechanical properties as well as the thickness / Diameter ratio (t / D). A case study using more than 3,000 experimental data of LE, LRT and AL, as well as chemical composition, of SAE 1012 grade steel tubes welded from a Tuper S / A database was used to verify the means and standard deviations of each element of the chemical composition and the influence of diameter and thickness on LE, LRT and AL. The results show that the chemical composition, on average, meets the tolerances of SAE 1012, according to Norm J403 and that this composition is very close to the composition found by other researchers. Comparing the results with some references, LE had a small part of the unqualified data, while LRT had a higher number of unqualified data. When calculating the arithmetic averages of LE, LRT and AL in relation to external diameter and tube thickness, it was observed that only 1 result (out of the total of 3,141) was outside the 99.7% confidence limit. The mechanical properties LE and LRT did not present an increase or decrease trend law as a function of diameter and thickness. However, LE and LRT increase as a function of the t / D ratio, while AL decreases.