El laminado de chapa se vuelve vertical para los fabricantes de tanques

Jan 05, 2024

FIGURA 1. Durante el ciclo de laminación en un sistema vertical alimentado por bobina, el borde delantero se "enrolla" frente a los rodillos dobladores. El borde de fuga recién cortado se empuja hacia el borde de ataque, se clava con tachuelas y se suelda para crear la cubierta enrollada.

Todos los que trabajan en la fabricación de metales probablemente estén familiarizados con la máquina laminadora, ya sea de la variedad de geometría de pinzado inicial, pinzado doble de tres rodillos, geometría de traslación de tres rodillos o cuatro rodillos. Cada uno tiene sus limitaciones y ventajas, pero también comparten un rasgo común: enrollan la hoja y la placa en posición horizontal.

Un enfoque menos familiar consiste en rodar en una orientación vertical. Al igual que otros métodos, rodar verticalmente viene con su propio conjunto de limitaciones y ventajas. Las ventajas casi siempre abordan al menos uno de dos desafíos. Uno son los efectos de la gravedad sobre la pieza de trabajo durante el laminado y el otro implica el manejo ineficiente del material. Mejorar ambos mejora el flujo de trabajo y, en última instancia, la competitividad del fabricante.

La tecnología de laminación vertical no es nueva. Sus raíces se remontan a un puñado de sistemas personalizados creados en la década de 1970. En la década de 1990, ciertos fabricantes de máquinas ofrecían máquinas laminadoras verticales como líneas de productos habituales. La tecnología ha sido adoptada por varias industrias, especialmente en el campo de la producción de tanques.

Los tanques y recipientes comunes a menudo producidos verticalmente incluyen los que se usan en las industrias de alimentos y bebidas, lácteos, vino, cerveza y farmacéutica; Tanques API para almacenamiento de petróleo; y tanques soldados para agricultura o almacenamiento de agua. El rolado vertical reduce drásticamente el manejo de materiales; generalmente produce una curvatura de mayor calidad; y alimenta de manera más efectiva la siguiente etapa de producción para ajuste, alineación y soldadura.

Otra ventaja entra en juego en situaciones donde la capacidad de almacenamiento de material es limitada. El almacenamiento vertical de placas o láminas requiere mucho menos pies cuadrados que las placas o láminas almacenadas en el piso.

Considere un taller que hace rodar un caparazón (o "curso") de un tanque de gran diámetro en un rollo horizontal. Después de rodar, los operadores sueldan por puntos, bajan el marco lateral y luego deslizan la carcasa enrollada. Debido a que el caparazón delgado se arquea por su propio peso, el caparazón debe sostenerse con refuerzos o estabilizadores o girarse a la posición vertical.

Una cantidad tan exorbitante de manipulación (introducir la placa desde una posición horizontal en un rollo horizontal solo para quitarla e inclinarla para apilarla después de enrollarla) puede crear todo tipo de dolores de cabeza en la producción. Al rodar verticalmente, un taller elimina todos los procesos de manipulación intermedios. La hoja o placa se alimenta y enrolla verticalmente, se clava y luego se levanta en orientación vertical para la siguiente operación. Rodado verticalmente, el armazón del tanque no lucha contra la gravedad, por lo que no se hunde por su propio peso.

Algunos laminados verticales ocurren en máquinas de cuatro rodillos, especialmente para tanques de diámetro más pequeño (generalmente con un diámetro de menos de 8 pies) que se enviarán aguas abajo y se trabajarán en orientación vertical. El sistema de cuatro rodillos permite volver a enrollar para eliminar la sección plana no doblada (donde el rodillo sujeta la placa), que puede ser más pronunciada en carcasas de diámetro pequeño.

La mayoría de los laminados verticales para tanques se realizan con máquinas de tres rodillos y geometría de doble pellizco, alimentadas con láminas de metal en bruto o directamente desde una bobina (un método que se está volviendo cada vez más común). En estas configuraciones, los operadores usan medidores de radio o plantillas para medir el radio de la carcasa. Ajustan el rodillo doblador a medida que entra en contacto con el borde delantero de la bobina, luego lo ajustan nuevamente a medida que la bobina continúa alimentando material. A medida que la bobina continúa alimentándose hacia su interior fuertemente enrollado, la recuperación elástica del material aumenta y los operadores mueven los rollos para inducir una mayor flexión para compensar.

La recuperación elástica varía según las propiedades del material y el tipo de bobina. El diámetro interior (ID) de la bobina es importante. En igualdad de condiciones, una bobina con un diámetro de 20 pulg. El ID se enrolla más apretado y exhibe una mayor recuperación elástica que la misma bobina enrollada a 26 pulgadas. IDENTIFICACIÓN.

FIGURA 2. El rodamiento vertical se ha convertido en una parte integral de muchas instalaciones de campo de tanques de almacenamiento. Haciendo uso de una grúa, el proceso generalmente comienza con las capas superiores y avanza hacia las capas inferiores. Observe la única costura de soldadura vertical en las hiladas superiores.

Tenga en cuenta, sin embargo, que el rolado vertical del tanque es muy diferente al rolado de chapa gruesa en un rolado horizontal. Para este último, el operador trabaja para asegurar que los bordes de la placa coincidan con precisión al final del ciclo de laminación. La chapa gruesa laminada a un diámetro reducido no se vuelve a trabajar fácilmente.

Cuando se forma el armazón de un tanque con un rodillo vertical alimentado por bobina, el operador no puede hacer que los bordes se unan al final del ciclo de laminación porque, por supuesto, la lámina proviene directamente de la bobina. Durante el laminado, la lámina tiene un borde de ataque, pero no tendrá un borde de salida hasta que se corte de la bobina. En el caso de estos sistemas, la bobina se enrolla en un círculo completo frente a los rodillos dobladores reales y luego se corta una vez completada (consulte la Figura 1). Después de esto, el borde de fuga recién cortado se empuja hacia el borde de ataque, se fija con tachuelas y luego se suelda para crear la cubierta enrollada.

El predoblado y el relaminado en la mayoría de las configuraciones alimentadas por bobina no son eficientes, lo que significa que tienen secciones de caída (análogas a las secciones planas sin doblar en el laminado sin alimentación por bobina) desde el borde de ataque y de salida que generalmente se desechan. Dicho esto, muchas operaciones consideran que la chatarra es un pequeño precio a pagar por toda la eficiencia en el manejo de materiales que les brinda el rodillo vertical.

Aun así, algunas operaciones quieren sacar el máximo partido al material que tienen, por lo que optan por integrar un sistema de rodillos niveladores. Estos se asemejan a los niveladores de cuatro rodillos altos que se encuentran en las líneas de procesamiento de bobinas, simplemente volteados de lado. Las configuraciones comunes incluyen niveladores de siete y 12 rodillos que utilizan alguna combinación de rodillos inactivos, enderezadores y dobladores. Los niveladores no solo minimizan las secciones de caída desechadas para cada armazón, sino que también aumentan la flexibilidad del sistema; es decir, el sistema puede producir no solo componentes laminados, sino también piezas planas niveladas.

La tecnología de nivelación no puede replicar los resultados del uso de los centros de servicio de sistemas de nivelación expansivos, pero puede producir material lo suficientemente plano como para cortarlo con un láser o plasma. Esto significa que el fabricante puede utilizar el material enrollado tanto para operaciones de laminación vertical como de corte plano.

Imagine que un operador que hace rodar una carcasa para una sección de tanque recibe un pedido de un lote de piezas en bruto destinadas a la mesa de corte por plasma. Después de enrollar el caparazón y enviarlo corriente abajo, configura el sistema para que el nivelador no alimente directamente los rodillos verticales. En su lugar, el nivelador alimenta material plano que se puede cortar a la longitud deseada, creando una pieza en bruto plana para el corte por plasma.

Después de cortar un lote de espacios en blanco, el operador reconfigura el sistema para reanudar la rodadura de las carcasas de los tanques. Y debido a que está rodando material nivelado, la variabilidad del material (incluidos los diferentes niveles de recuperación elástica) es un problema menor.

En la mayoría de los sectores de fabricación industrial y estructural, los fabricantes tienen como objetivo aumentar la cantidad de fabricación en el taller para simplificar y agilizar la fabricación e instalación en el sitio. Sin embargo, para la fabricación de tanques grandes y estructuras masivas similares, esta regla no se aplica, principalmente debido a los increíbles desafíos de manejo de materiales que crea este trabajo.

Operados en el sitio de trabajo, los rodillos verticales alimentados por bobina simplifican el manejo de materiales y agilizan todo el proceso de fabricación del tanque (consulte la Figura 2). Es mucho más fácil transportar una bobina de metal a un lugar de trabajo que una serie de secciones enormes laminadas en el taller. Además, rodar en el sitio significa que incluso los tanques de mayor diámetro se pueden fabricar con una sola costura soldada verticalmente.

Llevar niveladores al sitio puede hacer que la operación en el sitio sea aún más flexible. Esta es una opción común para la producción de tanques de campo donde la capacidad adicional permite que un fabricante utilice material en espiral enderezado para construir cubiertas o fondos de tanques en el sitio, eliminando el transporte entre el taller y el lugar de trabajo.

FIGURA 3. Algunos rodillos verticales están integrados con sistemas de producción de tanques en el sitio. Los gatos levantan cursos previamente laminados hacia arriba, eliminando la necesidad de una grúa.

Algunas operaciones de campo tienen rodillos verticales integrados dentro de un sistema más grande, que incluye unidades de corte y soldadura que se usan junto con gatos elevadores únicos, que eliminan la necesidad de una grúa en el sitio (consulte la Figura 3).

Todo el tanque está construido de arriba hacia abajo, pero el proceso comienza desde el nivel del suelo. Así es como funciona: el material de la bobina o placa viaja a través de un rollo vertical, ubicado a solo pulgadas de donde se ubicará la pared del tanque en el campo. Luego, la pared se introduce en guías que transportan la lámina a medida que se alimenta alrededor de toda la circunferencia del tanque. El rollo vertical se detiene, se cortan los extremos y se clava y suelda una sola costura vertical. A continuación, los componentes de nervadura de refuerzo se sueldan a la carcasa. A continuación, los gatos levantan la carcasa enrollada hacia arriba. El proceso se repite para el siguiente caparazón debajo.

La soldadura circunferencial se realiza entre las dos secciones laminadas, después de lo cual los componentes del techo del tanque se fabrican en su lugar, todo mientras la estructura aún está cerca del suelo, con solo las dos capas superiores fabricadas. Una vez que se completa el techo, los gatos levantan toda la estructura para la siguiente capa y el proceso continúa, todo sin necesidad de grúa.

Cuando la operación alcanza los cursos más bajos, entra en juego la placa más gruesa. Algunos productores de tanques de campo usan placas de 3/8 a 1 pulgada de espesor, incluso más pesadas en algunos casos. Las placas no vienen en forma de bobina, por supuesto, y pueden ser tan largas que estas secciones inferiores tendrán múltiples costuras de soldadura verticales que conectan las secciones de la placa enrollada. Independientemente, con una máquina vertical en el sitio en el campo, el material de la placa se puede descargar una vez y enrollar en el sitio para utilizarlo directamente en la construcción del tanque.

Dichos sistemas de construcción de tanques personifican la eficiencia en el manejo de materiales que es posible (al menos en parte) gracias al laminado vertical. Por supuesto, como cualquier tecnología, el rolado vertical no es ideal para todas las aplicaciones. Su idoneidad depende de las eficiencias de manejo que cree.

Considere un fabricante que instala un rodillo vertical sin bobina para una combinación de trabajos, la mayoría de los cuales son carcasas de diámetro reducido que requieren predoblado (doblado de los bordes delantero y trasero de la pieza de trabajo para minimizar la parte plana sin doblar). Esos trabajos son teóricamente factibles en un rollo vertical, pero el predoblado es mucho más engorroso en la orientación vertical. En la mayoría de los casos, el rolado vertical en una gran cantidad de trabajos que requieren predoblado simplemente no es eficiente.

Además de los problemas de manejo de materiales, los fabricantes integran el balanceo vertical para evitar luchar contra la gravedad (nuevamente, para evitar el arqueamiento de grandes caparazones sin soporte). Pero si una operación implica solo rodar una placa lo suficientemente fuerte como para mantener su forma durante todo el proceso de rodadura, rodar esa placa verticalmente tiene menos sentido.

De manera similar, los trabajos asimétricos (elipses y otras formas inusuales) a menudo se forman mejor en rollos horizontales con, si es necesario, soportes elevados. En estos casos, los soportes hacen algo más que evitar el hundimiento inducido por la gravedad; guían el trabajo a través del ciclo de laminación y ayudan a mantener la forma asimétrica de la pieza de trabajo. Los desafíos de manipular dicho trabajo en una orientación vertical probablemente eliminarían cualquier beneficio del rodamiento vertical.

El mismo pensamiento se aplica al rodamiento de conos. Hacer rodar un cono se basa en la fricción entre los rodillos y las diferentes cantidades de presión de un extremo del rodillo al otro. Haz rodar un cono verticalmente y la gravedad añade aún más complicaciones. Pueden existir casos únicos, pero para todos los efectos, el cono rodar verticalmente no es práctico.

El uso vertical de máquinas de geometría de traslación de tres rodillos tampoco suele ser práctico. En estas máquinas, los dos rodillos inferiores se mueven de lado a lado en cualquier dirección; el rollo superior se puede ajustar hacia arriba y hacia abajo. Los ajustes permiten que estas máquinas doblen geometrías complejas y laminen una variedad de espesores de material. En la mayoría de los casos, esos beneficios no mejorarían rodando en la orientación vertical.

Al elegir un rollo de placa, es importante investigar cuidadosa y minuciosamente y considerar el uso de producción previsto de la máquina. Los rodillos de placas verticales tienen una función más limitada que los rodillos horizontales tradicionales, pero ofrecen ventajas críticas en la aplicación adecuada.

En comparación con sus primos horizontales, los rollos de placa verticales suelen tener características de diseño, operación y construcción más básicas. Además, los rodillos a menudo están sobredimensionados para la aplicación, lo que elimina la necesidad de incorporar la coronación (y los efectos de barril o reloj de arena en la pieza de trabajo que ocurren cuando la coronación no está ajustada correctamente para el trabajo en cuestión). Cuando se combinan con un desbobinador, forman un material delgado para la totalidad de un tanque de taller que normalmente no supera los 21 pies y 6 pulgadas de diámetro. Los cursos superiores de diámetro mucho mayor de los tanques erigidos en el campo pueden tener solo una costura de soldadura vertical, en lugar de tres o más con la producción de placas.

Una vez más, la mayor ventaja de rodar verticalmente surge cuando un tanque o recipiente debe construirse en una orientación vertical debido al efecto de la gravedad sobre un material más delgado (digamos, hasta 1/4 o 5/16 pulgadas). La producción horizontal obligaría al uso de anillos de refuerzo o estabilización para sujetar la parte redonda de la pieza laminada.

La verdadera ventaja del rodillo vertical está en la eficiencia del manejo de materiales. Cuantas menos veces sea necesario manipular un caparazón, menos posibilidades hay de que se dañe y se vuelva a trabajar. Considere los tanques de acero inoxidable que ahora tienen una gran demanda de la industria farmacéutica más activa que nunca. El manejo brusco puede causar problemas estéticos o, peor aún, romper la capa de pasivación y crear un producto contaminado. Un rodillo vertical, trabajando en conjunto con los sistemas de corte, soldadura y acabado, puede reducir el manejo y la posibilidad de contaminación. Cuando esto sucede, un fabricante puede cosechar los beneficios.