El ángulo de conformado de la tubería de acero en espiral es el ángulo agudo formado entre la línea central de la banda de acero (o bobina) y el eje de la tubería conformada. En la fabricación de tuberías SSAW, este se calcula mediante la fórmula cos α = B / (π × D), donde B es el ancho de la banda y D es el diámetro medio de la tubería. Dicho ángulo determina el ancho de banda necesario para un diámetro de tubería específico, por lo que influye directamente en el uso de materia prima, la calidad del conformado y la eficiencia de la producción. A continuación se presenta la fórmula, seguida de un ejemplo de cálculo.
La fórmula del ángulo de conformado para tubería de acero en espiral (SSAW) es:
cos α = B / (π × D)
Donde:
α = ángulo de conformado, el ángulo agudo entre la línea central de la banda o bobina de acero y el eje de la tubería de acero en espiral conformada
B = anchura de la banda o bobina
D = diámetro medio de la tubería de acero (diámetro exterior − espesor de pared)
Una vez conocidos B y D, calcula la relación B / (π × D) y luego halla el arcocoseno para obtener α.
Diámetro medio D = 1.016 − 16 = 1.000 mm
π × D = 3,1416 × 1.000 = 3.141,6 mm
cos α = 1.500 / 3.141,6 = 0,4775
α = arccos(0,4775) ≈ 61,5°
En este caso, el ángulo de formación de la tubería helicoidal es de aproximadamente 61,5°. La fórmula también puede reorganizarse para determinar el ancho de la banda para un ángulo elegido: B = π × D × cos α.
Como muestra la fórmula, el ángulo de conformado y el ancho de la banda están relacionados para cualquier diámetro de tubería dado. Por tanto, la elección del ángulo de conformado influye en los siguientes aspectos:
Materia prima: Es posible fabricar tuberías del mismo diámetro a partir de bandas de distintos anchos modificando el ángulo; así, este determina qué anchos de bobina pueden utilizarse y el grado de aprovechamiento de los mismos.
Conformado y calidad del producto: El ángulo define la orientación de la costura de soldadura helicoidal y, con ello, la calidad de la tubería acabada.
Eficiencia de la producción: El ángulo también determina la longitud de la costura de soldadura helicoidal por metro de tubería, lo que repercute en el tiempo de soldadura.
El ángulo de conformado de la tubería SSAW también determina la geometría de la soldadura helicoidal. Dado que los bordes de la banda discurren paralelos a la línea central de la misma, el cordón de soldadura se sitúa formando un ángulo α respecto al eje de la tubería. De ello se derivan dos características de la soldadura.
Longitud de la costura de soldadura. La longitud de la soldadura helicoidal por metro de tubería es:
L = 1 / cos α = π × D / B
En el ejemplo anterior (α ≈ 61,5°), esto resulta en aproximadamente 2,1 m de soldadura por metro de tubería. Una banda más ancha para el mismo diámetro implica un ángulo menor y una costura más corta.
Esfuerzo en la soldadura. Una costura recta se extiende a lo largo del eje de la tubería, por lo que el esfuerzo circunferencial total actúa sobre ella. Una costura helicoidal está inclinada respecto a la dirección circunferencial, de modo que el esfuerzo que actúa sobre ella es menor. Bajo presión interna, y considerando que el esfuerzo axial es la mitad del esfuerzo circunferencial:
σ = σh × √(¼ × sin²α + cos²α)
donde σh es el esfuerzo circunferencial. Para un ángulo α ≈ 61,5°, σ equivale aproximadamente al 65 % de σh.
Por consiguiente, un ángulo de conformado mayor implica una banda más estrecha, una mayor longitud de soldadura por metro y un menor esfuerzo en la soldadura.
