La división fundamental en la fabricación: perforación frente a conformado y soldadura
La distinción más fundamental entre tubos de acero sin costura y soldados radica en sus respectivos métodos de fabricación. Los tubos sin costura se forman a partir de un lingote redondo macizo de acero, sin costura longitudinal ni espiral. El proceso de producción comienza calentando un lingote macizo a aproximadamente 1.250 °C y forzándolo sobre una varilla de perforación para crear una envoltura hueca . Este lingote hueco y caliente se pasa luego sucesivamente por juegos de rodillos cóncavos que conforman un tubo con el diámetro exterior y el espesor de pared adecuados el resultado es un tubo con una estructura continua y homogénea: no presenta puntos débiles como los que se encuentran en los tubos soldados. Por contraste, los tubos soldados se fabrican conformando una chapa o bobina de acero en forma tubular y soldando los bordes entre sí. La costura de soldadura constituye la diferencia fundamental, ya que introduce una zona afectada por el calor (HAZ, por sus siglas en inglés) que puede tener propiedades mecánicas distintas del metal base. .
Producción de tubos sin costura: laminación en caliente y estirado en frío
La producción de tubos sin costura se divide principalmente en dos categorías: laminación en caliente y laminación en frío (estirado en frío), cada una adecuada para tubos de distintas especificaciones y aplicaciones. el método de laminación en caliente representa aproximadamente del 80 al 90 % de la producción de tubos sin costura y se utiliza típicamente para diámetros mayores y paredes más gruesas. el proceso implica: preparación del lingote —selección de lingotes de acero redondo de alta calidad y calentamiento a la temperatura adecuada; perforación —uso de una máquina perforadora para transformar el lingote calentado en una envoltura hueca; laminación —uso de un tren de tubos para laminar la envoltura y obtener un tubo de acero del tamaño deseado; calibración y enderezado —para garantizar la precisión dimensional; tratamiento térmico —como normalización y recocido, para mejorar las propiedades mecánicas; e inspección final y empaque los tubos sin costura laminados en caliente ofrecen alta eficiencia de producción y bajo costo, aunque su calidad superficial y precisión dimensional son relativamente menos refinadas para aplicaciones que requieren mayor precisión, se emplea el estirado en frío. Este proceso comienza con una envoltura laminada en caliente como lingote, que se decapada para eliminar la capa de óxido superficial el tubo de acero bruto se procesa luego hasta alcanzar las dimensiones deseadas mediante un tren de laminación en frío o estirado en frío, mejorando significativamente la precisión dimensional y la calidad superficial . Los tubos de acero procesados en frío suelen someterse a recocido para eliminar las tensiones internas y restablecer la plasticidad, seguido de tratamientos de acabado como enderezado, corte y pulido . Los tubos sin costura laminados en frío se caracterizan por una alta precisión dimensional y un acabado superficial liso, lo que los hace adecuados para maquinaria de precisión y sistemas hidráulicos .
Producción de tubos soldados: ERW, LSAW y SSAW
Los tubos de acero soldados se fabrican mediante tres procesos principales: soldadura por resistencia eléctrica (ERW), soldadura por arco sumergido longitudinal (LSAW) y soldadura por arco sumergido en espiral (SSAW), cada uno con materias primas distintas, métodos de conformado y aplicaciones específicas . Tuberías ERW se producen a partir de bobinas anchas laminadas en caliente que pasan por pre-doblado, conformado, soldadura, tratamiento térmico, calibrado, enderezado y corte . El calentamiento por inducción de alta frecuencia funde localmente las superficies de acoplamiento, y la presión hace que se suelden entre sí sin usar electrodos de soldadura. Los tubos ERW ofrecen alta precisión dimensional, espesor uniforme de pared, buena calidad superficial y capacidad para soportar altas presiones, aunque están limitados a diámetros más pequeños y paredes más delgadas . Se utilizan ampliamente en el transporte urbano de gas natural, crudo y productos derivados del petróleo . Tuberías LSAW se forman a partir de placas de acero individuales que se prensan en moldes o máquinas formadoras, mediante soldadura por arco sumergido bilateral y expansión . El método UOE prensa la placa de acero en forma de U, luego en forma de O, solda la junta por dentro y por fuera y la expande mecánicamente. El proceso JCOE forma progresivamente la placa mediante una serie de prensas. Los tubos LSAW ofrecen una amplia gama de especificaciones de producto, con buena tenacidad, plasticidad, uniformidad y densidad de soldadura, destacando en diámetros grandes, paredes gruesas, resistencia a altas presiones y resistencia a bajas temperaturas . Tuberías SSAW se forman alimentando continuamente una bobina de acero en forma de tira en ángulo, creando una costura de soldadura helicoidal mediante soldadura por arco sumergido automática con doble electrodo y doble cara. . El proceso de soldadura helicoidal permite fabricar tubos de gran diámetro adecuados para transportar grandes volúmenes de petróleo y gas. Los tubos SSAW se utilizan ampliamente en la transmisión de petróleo, gas natural y agua, así como en aplicaciones de pilotaje y estructurales.
Diferencias de rendimiento y costo
Los distintos procesos de fabricación generan perfiles diferentes en cuanto a rendimiento, costo y dimensiones. Los tubos sin costura, al carecer de junta soldada, se consideran más resistentes y fiables . Ofrecen una homogeneidad excepcional en dirección circunferencial y, por tanto, presentan una alta resistencia a la presión interna y a la torsión. No obstante, los procesos modernos y las pruebas de control de calidad han reducido al mínimo la diferencia de robustez entre ambos tipos. . En la práctica, las técnicas modernas de soldadura —especialmente ERW/HFW— producen juntas con una resistencia igual o superior a la del metal base . Los tubos soldados son más lisos, más uniformes y más económicos de fabricar que los tubos sin costura . Por lo general, los tubos sin costura cuestan un 20–40 % más que los tubos soldados y tienen plazos de entrega más largos para tamaños grandes . La resistencia inherente del tubo soldado se considera formalmente aproximadamente un 20 % menor que la del tubo sin costura equivalente (según exigen las normas) . También difiere la uniformidad del espesor de pared: los tubos soldados suelen lograr una tolerancia de ±10 % o mejor, mientras que en los tubos sin costura es típica una excentricidad de ±12,5 % .
Ámbitos de aplicación: cuándo elegir cada tipo
La elección entre tubo sin costura y tubo soldado depende de los requisitos de presión, el tamaño del tubo, el presupuesto y el plazo de entrega . Se exige o se prefiere fuertemente el uso de tuberías sin costura en aplicaciones de alta presión, como las industrias de hidrocarburos, refinerías, exploración y perforación de petróleo y gas, y cilindros hidráulicos, así como para servicios de alta temperatura por encima de 400 °C, servicios de baja temperatura por debajo de −46 °C y servicios ácidos (sour service), donde debe minimizarse el riesgo de agrietamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) . Asimismo, se prefieren las tuberías sin costura para tuberías de pequeño diámetro (NPS 2 y menores), donde su uso es la práctica estándar . Las especificaciones habituales para tuberías sin costura incluyen ASTM A106, A335 y API 5L . Las tuberías soldadas suelen ser aceptables —y a menudo preferibles— para oleoductos de gran diámetro (NPS 24+), donde las tuberías sin costura no están disponibles o resultan prohibitivamente costosas , para aplicaciones estructurales según ASTM A500 o EN 10219, y para transporte de agua y redes de servicios públicos de baja presión . Las tuberías soldadas se usan comúnmente en instalaciones de edificios para agua no potable, como agua de baja presión, calefacción, refrigeración y gas . Las especificaciones comunes de tuberías soldadas incluyen ASTM A53 Tipo E, API 5L y ASTM A671/A672 . El factor de eficiencia de la junta soldada (E) en ASME B31.3 determina si una tubería soldada cumple con los requisitos de presión de diseño: para tuberías ERW examinadas según la norma aplicable, E = 0,85 a 1,0; para tuberías sin costura, E = 1,0 siempre . Al comprender estas diferencias fundamentales en los procesos, los ingenieros y los profesionales de compras pueden seleccionar el tipo de tubería que equilibra de forma óptima los requisitos técnicos con las consideraciones económicas para cada aplicación específica.
