Proceso de fabricación de tubos: opciones y ventajas de cada uno

El proceso de fabricación de tubos ha cambiado mucho desde el siglo XIX, en que la única técnica que se utilizaba era el laminado, que implicaba largos procesos desde que las planchas de acero laminadas se unían en secciones transversales circulares con rodillos hasta que se soldaban por medio de lo que se llama una costura en un proceso de forja.

Sin embargo, estos procesos han evolucionado hasta el punto que hoy es posible fabricar tubos tanto con soldadura como sin soldadura. Uno de los procesos más utilizados sin soldadura es el que funde el material a la vez que lo introduce introduce en el extremo de un recipiente con la forma circular y luego se fuerza a presión a través de una matriz que lo agujerea y lo convierte en un tubo que sale a través de un orificio ya con las dimensiones aproximadas, y se va enfriando gradualmente.

Los dos principales procesos de fabricación de tubos

Aunque hay quien clasifica en tres los diferentes procesos de fabricación de tubos, nosotros los diferenciamos en dos: sin costura (es decir, sin soldadura, también llamado por estiramiento de acero) o con costura (aquí es donde algunos dividen en dos este tipo, diferenciando la costura longitudinal y la costura helicoidal ya que el proceso de fabricación entre ambos tiene diferencias).

El proceso de fabricación de tubos se clasifica en dos: tubos con costura (soldados) y tubos sin costura (extrusionados).

Fabricación de tubo sin costura (sin soldadura)

Este proceso de fabricación es el más habitual. Como hemos avanzado al principio, parte de un lingote cilíndrico que se calienta en un horno antes del proceso de extrusión, es decir, de su introducción por una matriz cilíndrica y su agujereado por medio de un penetrador.

Se trata de un buen método de fabricación para tubos gruesos difíciles de doblar en un proceso de rolado, y que deben soportar presión en cualquier dirección y que deben ser resistentes a la corrosión, dado que tiene menor tendencia a las impurezas.

Aunque la extrusión es el proceso de fabricación de tubos sin costura más habitual, también existen otros, como por perforación con pistola, pero la extrusión proporciona el diámetro exterior más uniforme y el diámetro interior más concéntrico.

Los tubos sin costura suelen clasificarse en dos tipos:

Tubos mecánicos sin costura estirados en frío (en inglés, Cold Drawn Seamless o CDS)

Habitualmente se fabrican con acero al carbón 1018 (el acero rolado en frío más común) y también con acero al carbón 1026. El proceso de estirado en frío aumenta las propiedades físicas del tubo reduciendo el tiempo de mecanización.

Este tipo de tubo sin costura posee un diámetro interior y exterior más uniformes entre sí, con tolerancias precisas, una buena relación entre resistencia y peso y una mayor facilidad para el mecanizado, comparado con los tubos sin costura acabados en caliente, que vemos a continuación.

En resumen, sus ventajas son:

• Una superficie mejor acabada
• Alta resistencia al peso
• Elevado límite elástico
• Gran precisión dimensional y uniformidad de microestructura.
• Facilidad de mecanización
• Tolerancias ajustadas, que provocan un tiempo de mecanización posterior menor

Tubos mecánicos sin costura acabados en caliente (en inglés, Hot Finished Seamless, HFS)

Normalmente están fabricados con acero al carbón 1026, utilizado habitualmente en la industria de la automoción, de la construcción y en electrodomésticos. Se fabrica generalmente a partir de una barra calentada giratoria y se perfora para crear un tubo hueco. Se usa como alternativa más rentable al tubo mecánico sin costura acabado en caliente, dando lugar a un rango de tolerancias más amplio en el diámetro exterior e interior, por lo que se fabrica focalizando en el diámetro exterior y el grosor de pared.

Esta clase de tubo sin costura tiene como principales ventajas que tiene una buena relación calidad precio, que está disponible en gran variedad de tamaños y que es fácil de mecanizar.

En resumen, sus ventajas son:

• Buena relación calidad-precio en grosores elevados de pared
• Facilidad de mecanizado
• Admite la mayor parte de técnicas de procesamiento
• Disponibilidad en un amplio abanico de medidas

Aplicaciones principales de los tubos sin costura (especialmente los estirados en frío)

Los tubos sin costuras son generalmente los más adecuados para aplicaciones con un alto grado de exigencia como:

• Ingeniería aeroespacial y naval: sistemas hidráulicos, líneas de combustible de alta presión…
• Industria petrolera y gasística: válvulas de seguridad submarinas, líneas de control, transferencia de gas natural licuado o comprimido…
• Industria de la construcción (semiestructural y arquitectónica): tubería arquitectónica y ornamental, pasamanos…

Fabricación de tubo con costura

Costura longitudinal

Es el proceso de fabricación más antiguo, que parte de una lámina de chapa (que se obtiene mediante el enrollado de una bobina de acero hasta lograr el espesor deseado) cortada de acuerdo con el ancho que corresponda con el tamaño del tubo que se producirá. Esta chapa se dobla por medio de rodillos para unir los extremos longitudinalmente para obtener la forma del tubo. Dependiendo de la separación de los rodillos se obtienen diferentes curvas y por lo tanto diferentes diámetros de tubo. La soldadura sella esta unión de forma recta para cerrar el cilindro en un ambiente químicamente neutro.

Soldadura helicoidal (o en espiral)

Este proceso de fabricación de tubo sigue la misma metodología que el del tubo con soldadura longitudinal, con la diferencia de que la soldadura recorre en espiral toda la longitud del diámetro del tubo como si fuera roscada, en vez de en forma recta en la unión longitudinal de la chapa.

Para disimular la soldadura puede aplicarse sobre el tubo soldado un proceso de tratamiento en caliente para forjarla, y luego pasar por tornos para pulir la costura y hacer que sea casi imposible de percibir a simple vista. Hay que tener en cuenta que la soldadura es la parte más débil del tubo, y marcará la máxima tensión que pueda soportar.

El coste de los tubos con costura suele ser menor que el del tubo sin costura, ya que se necesita menos proceso de estirado y templado, y el tiempo de fabricación, por lo tanto, también suele ser menor.

Aplicaciones principales de los tubos con costura

Los tubos con costura suelen abarcar todas las aplicaciones que requieren una buena calidad precio y una disponibilidad de tubo mayor como:

• Industria automotriz
• Mobiliario y decoración
• Electrodomésticos
• Maquinaria industrial
• Industria médica
• Aplicaciones estructurales (en las que mayoritariamente no hay diferencias en el rendimiento entre los tubos con costura y los tubos sin costura).

Tabla comparativa entre tubos soldados y sin costura

Bibliografía y trabajos de interés:

• Tubos soldados VS Tubos sin costura (en inglés)
• Glosario del acero: Extrusión