Este artículo trata sobre las técnicas de mecanizado, rolado y doblado de tubos de acero y acero inoxidable. El acero es uno de los metales más utilizados en la producción y el conformado de tubos, elementos tubulares y perfiles metálicos.
Los tubos de acero doblados se utilizan para la fabricación de muchísimos productos. He aquí algunos ejemplos:
- Maquinaria de jardinería
- Cabinas
- Porches
- Marquesinas
- Pasamanos de escaleras
- Luminarias
- Farolas
- Tractores
- Mobiliario urbano, como bancas o aparcamientos para bicicletas
- Equipos de gimnasia
- Manijas y asideros
En este artículo examinamos las principales diferencias entre el tubo de acero y el tubo de acero inoxidable, profundizando en sus propiedades, campos de aplicación, normas y técnicas de conformado, en particular el curvado y el rolado (calandrado).
Características técnicas del tubo de acero
La siguiente tabla muestra las características principales para determinar la calidad de un tubo de acero o acero inoxidable: alargamiento, límite elástico, resistencia a la tracción, dureza, tenacidad, estética, peso.
¿Cómo se fabrica un tubo de acero?
Para el proceso más común de fabricación de tubos de acero y de acero inoxidable se utilizan bobinas. Las bobinas son rollos de chapa metálica producida a base de fundición de metal. En la primera fase de la producción de tubos de acero, las bobinas se cortan longitudinalmente para formar tiras tan anchas como el diámetro del tubo de acero que se desea obtener.
En un segundo paso, estos rollos pasan por una serie de rodillos. Por último, se suelda el tubo para cerrar sus extremos.
Con este método se pueden fabricar tanto tubos de acero redondos, como tubos cuadrados y rectangulares. Con la ayuda de matrices, se pueden fabricar diversos tipos de perfiles de acero con una gran variedad de formas geométricas.
Descubra más: diferencia entre tubos, tubulares y perfiles metálicos
Tipos de tubos de acero según las normas UNE – las aleaciones
Los tubos de acero, también llamados tubos de acero al carbono, se dividen en dos categorías principales:
- Aceros suaves: son tubos de acero muy maleables y fáciles de trabajar, con una elevada resistencia a la tensión y a la compresión, así como una resiliencia superior.
- Aceros duros: La principal característica de estos tubos de acero es su dureza, que sin embargo, también los hace más propensos a la rotura. Los tubos de acero duro son más difíciles de trabajar que los de acero suave. Son ideales para los tratamientos térmicos, como la nitruración o el templado.
Cada tipo de acero se define con una designación que indica sus características.
La siguiente tabla muestra el significado de las designaciones del acero.
| Uso: Primera letra de la designación, puede ser S, E o P | S | Acero estructural | |
| E | Aceros para la industria de la maquinaria | ||
| P | Aceros para recipientes a presióne | ||
| Límite elástico: valor numérico | 235 | Límite elástico mínimo Rp=235 N/mm2 | |
| 355 | Límite elástico mínimo Rp=355 N/mm2 | ||
| Resiliencia: dos letras | J | KV>=27J | R (a 20°) |
| K | KV>=40J | 0 (a 0°) | |
| I | KV>=60J | 2 (a – 20°) hasta a 6 (a – 60°) | |
| Estado de suministro: letra N, M, Q o designación G1, G2, G3 | N | normalizado | |
| M | laminación termomecánica | ||
| Q | revenido | ||
| G1; G2; G3 | efervescente, no efervescente y normalizado | ||
| Campo de aplicación: Letra L, S o W | L | bajas temperaturas | |
| S | construcción naval | ||
| W | resistente a la corrosión atmosférica | ||
Teniendo en cuenta la tabla anterior, la designación S275JR indica que:
- S = acero estructural
- 275 = límite elástico mínimo 275 N/mm2
- JR = resiliencia mínima igual a 20°
Puede leer una clara clasificación de la dureza del acero en función del contenido de carbono en Wikipedia. Aquí solo diremos que las características del tubo de acero, como la elasticidad, la tenacidad y, en general, su trabajabilidad, dependen de los componentes de su aleación.
Las características del tubo de acero también determinan su idoneidad para un uso particular, como la fabricación de herramientas o en la industria de la construcción, la edificación.
Es importante señalar, que hasta 2006 prácticamente cada país 16tenía una designación diferente para indicar el tipo de aleación de acero. No fue sino hasta el 2006, que se introdujo una norma que define de forma inequívoca y general las aleaciones de acero.
La designación actual acero S275JR, por ejemplo, no existía antes de 2006 y correspondía a diferentes designaciones en Italia, Alemania, España y Estados Unidos.
- Italia: Fe 430 B
- Alemania: St 44-2
- España: AE 275B
- Estados Unidos: A 529
Como puede verse en el ejemplo anterior, el acero S355JR, en Italia se llamaba FE 510 B, en Alemania St 44-2, en España AE355B y en Estados Unidos A633.
Definición del acero con los sistemas alfanumérico y numérico
Hay que tener en cuenta que hasta ahora nos hemos referido a la norma europea UNE EN alfanumérica, pero también existe una norma UNE EN numérica, como se muestra en la siguiente tabla.
El sistema alfanumérico designa los aceros en función de su uso y de sus propiedades mecánicas y físicas. El sistema numérico, en cambio, define el acero con un número característico de 5 dígitos en el que cada valor tiene su propio significado:
- El primer dígito es el material.
- El segundo y tercer dígitos indican el grupo de material de la norma de referencia.
- El cuarto y quinto dígitos indican el orden secuencial de cada tipo de material.
| DESIGNACIÓN UNE EN 10027-1 (alfanumérica) | DESIGNACIÓN UNE EN 10027-2 (numérica) |
|---|---|
| S235JR | 1.0038 |
| S235JO | 1.0114 |
| S235J2 | 1.0117 |
| S275JR | 1.0117 |
| S275JO | 1.0143 |
| S275J2 | 1.0145 |
| S355JR | 1.0045 |
| S355JO | 1.0553 |
| S355J2 | 1.0577 |
| S355K2 | 1.0596 |
| SJ450JO | 1.0590 |
| E295 | 1.0050 |
| E355 | 1.0060 |
| E360 | 1.0070 |
El tubo de acero inoxidable
El tubo de acero inoxidable se denomina así porque contiene un (mínimo) de 10,5% de cromo, lo que otorga al tubo de acero la capacidad de resistir la corrosión.
Hay varios tipos de acero inoxidable:
- aceros inoxidables martensíticos
- aceros inoxidables austeníticos
- aceros inoxidables ferríticos
- aceros inoxidables austeno-ferríticos
Características técnicas del tubo de acero inoxidable
Los aceros inoxidables más utilizados en el doblado de tubos son los aceros austeníticos, en particular:
- AISI 304
- AISI 316
¿Qué significa AISI?
Las siglas AISI significan American Iron and Steel Institute, el Instituto Americano del Hierro y el Acero, de las que deriva el nombre de la norma.
| ACEROS INOXIDABLES |
|---|
| AISI 301 |
| AISI 304 |
| AISI 304L |
| AISI 310 |
| AISI 310S |
| AISI 316 |
| AISI 316L |
| AISI 321 |
| AISI 410 |
| AISI 420 |
| AISI 430 |
Las siglas AISI, que son la designación estándar del acero inoxidable, pueden ir seguidas de tres dígitos. La siguiente tabla muestra el significado del primer dígito.
| AISI 2XX | Acciaio austenitico al cromo- nichel-manganese |
| AISI 3XX> | Acciaio austenitico al cromo-nichel |
| AISI 4XX | Acciaio ferritico o martensitico al cromo |
| AISI 5X | Acciaio martensitico al cromo medio |
| AISI 6XX | Acciaio indurente per precipitazione al cromo. |
Los últimos dos dígitos, que no se muestran en la tabla, sirven para distinguir los distintos tipos de material.
Las siglas AISI también pueden ir acompañadas de una letra, que tiene los siguientes significados:
| L | Presencia de carbono en porcentajes muy bajos |
| Ti | Presencia de titanio |
| F | Presencia de azufre |
| N | Presencia de nitrógeno |
Diferencia entre el tubo de acero y el tubo de acero inoxidable
Esta tabla muestra la diferencia en la composición de las dos aleaciones metálicas: el acero y el acero inoxidable
| Aleación metálica | Composición |
| Acero | Principalmente hierro y carbono |
| Acero inoxidable | Principalmente carbono, cromo y níquel |
La siguiente tabla muestra algunas diferencias entre los tubos de acero y los tubos de acero inoxidable en lo que respecta al coste, la trabajabilidad y el uso previsto. Tenemos en cuenta, en particular, el coste, el precio de mercado, el aspecto de la superficie del tubo, la resistencia a la corrosión y la trabajabilidad, especialmente el doblado, el calandrado y la soldadura.
| Tubo de acero | Tubo de acero inoxidable | |
|---|---|---|
| Precio de mercado | – costoso | + costoso |
| Peso | igual | igual |
| Aspecto de la superficie | Opaco | brillante, reflejante |
| Resistencia a la corrosión | No | Sí |
| Soldadura | + simple | + difícil |
| Usos: | tubos no visibles, a menos que tengan acabados especiales (como pintura, galvanizado) | tubos visibles, normalmente sin necesidad de tratamiento especial |
Los tubos de acero inoxidable suelen considerarse «mejores» por su resistencia a la corrosión y sus propiedades mecánicas. En realidad, la elección de la aleación metálica del tubo —acero o acero inoxidable— debe hacerse teniendo en cuenta estos tres factores:
- Precio
- Peso
- El uso previsto
¿Cuándo es mejor elegir el tubo de acero inoxidable?
El tubo de acero inoxidable no se corroe, por esta razón se utiliza en entornos exteriores, especialmente en zonas con alta alcalinidad (por ejemplo, en zonas marítimas) o con alta acidez.
Normalmente se prefiere el tubo de acero inoxidable al de acero, sobre todo cuando el aspecto estético de la superficie es especialmente importante, ya que el tubo queda a la vista.
A continuación se indican los principales sectores industriales en los que se utilizan los tubos de acero inoxidable:
- Industria alimentaria
- Construcción naval
- Diseño de interiores, como sillas, percheros
- Mobiliario urbano
- Ingeniería de instalaciones
- Piscinas
- Sector médico
- Equipos de gimnasia
Este vídeo muestra el doblado de un tubo de acero inoxidable con un diámetro Ø20×2 para fabricar un asidero para los asientos de un carrusel en un parque de atracciones. El conformado se realiza con la técnica de rolado: el tubo tiene 4 dobleces con curvatura de radio fijo y 3 dobleces de radio variable. El proceso se llevó a cabo con una dobladora de tubos CNC que permite emplear dos herramientas diferentes.
En este vídeo se pueden ver, a su vez, los diferentes pasos del trabajo de un tubo de acero inoxidable. El tubo se utilizará para fabricar modernos dispensadores de cerveza. Tras la primera fase de corte del tubo de acero inoxidable, este se tornea en uno de sus extremos. A continuación, se dobla y, por último, se mecaniza en un centro de mecanizado en el que se realizará un orificio roscado, que por estar demasiado cerca de la parte doblada, no pudo realizarse antes del doblado en frío.
¿Cuándo es mejor elegir el tubo de acero?
El tubo de acero, también llamado tubo de acero al carbono, es preferible al de acero inoxidable cuando es necesario soldarlo. Otra razón por la que se suele preferir el tubo de acero inoxidable, es debido a que su precio es mucho más bajo.
Por último, se suele elegir por la mayor cantidad de acabados que se pueden realizar al trabajarlo y por su mayor resistencia. Las industrias en las que se utiliza con frecuencia el tubo de acero son:
- Carpintería metálica ligera
- Carpintería media/pesada
- Fabricación de maquinaria agrícola
- Fabricación de cabinas para tractores y maquinaria diversa
- Fabricación de estructuras metálicas de diversos tipos
- Fabricación de barredoras industriales
- Mobiliario
- Maquinaria para el sector forestal
- Teleféricos
- Sector ferroviario, en particular para la fabricación de marcos para ventanas (también de aluminio), reposabrazos para los asientos o asideros.
El siguiente vídeo muestra algunos procesos realizados en tubos de acero:
En este vídeo se puede ver el doblado de tubos de acero S355 de sección 100×100×8 mm. Estos tubos de acero se utilizarán en la fabricación de maquinaria para el sector agrícola.
Doblado de tubos de acero: técnicas y procesos
El doblado y el calandrado (rolado) son, junto con la soldadura y el corte láser, los principales procesos a los que se someten los tubos de acero.
El curvado del tubo de acero se realiza con una maquinaria especial denominada máquina dobladora.
Mediante este proceso de conformado, en frío o caliente, el tubo es doblado a partir de un radio fijo, al cual se le llama radio de curvatura.
El rolado del tubo de acero se realiza con máquinas llamadas calandrias. El proceso de doblado se realiza pasando un tubo a través de 3 o 5 rodillos. El rolado del tubo de acero se diferencia del curvado, en que es posible realizar radios de curvatura variables en el tubo.
Además, el radio de curvatura que se puede lograr en el tubo de acero mediante la técnica de rolado es mucho mayor que el que se puede obtener con la técnica de doblado en frío.
El siguiente vídeo muestra una serie de tubos, tubulares y perfiles especiales de acero, acero inoxidable y aluminio, curvados utilizando nuestras máquinas dobladoras de tubos CNC de alta precisión.
Otros mecanizados de tubos de acero
Los tubos, tubulares y perfiles de acero y acero inoxidable pueden procesarse de diversas maneras dependiendo del uso final que se pretenda darles. Muchos de estos procesos pueden realizarse al mismo tiempo que el curvado o el rolado del tubo de acero:
- Corte láser – Máquina para cortar barras de tubo y realizar taladros, avellanados, cortes oblicuos, ranuras y marcas o rótulos. El corte por láser se ha convertido en una técnica de procesamiento de tubos indispensable, además de realizar cortes exactos en los tubos de acero con absoluta precisión.
Leer el artículo: Importancia del corte láser en el mecanizado, curvado y rolado de tubos
- Soldadura – Proceso que permite ensamblar varios tubos. El uso final del tubo de acero curvado casi siempre requiere el ensamblaje con otros tubos o placas para obtener un producto terminado. Leer el artículo: Curvado de tubos en lugar de la soldadura
- Fresado – El fresado se utiliza para realizar diversos trabajos, como agujeros o cortes especiales en tubos de acero, utilizando máquinas especiales llamadas centros de mecanizado. Se utiliza principalmente para procesos de mecanizado que, por lo general, sólo pueden realizarse después de haber doblado el tubo.
- Torneado – Proceso de mecanizado, que permite reducir el espesor del tubo de acero.
- Aplastamiento – Normalmente se utiliza para aplastar el extremo del tubo.
- Rotulado mecánico – El rotulado se utiliza para identificar/denominar cada uno de los tubos producidos. Este proceso se lleva a cabo porque es fundamental para garantizar la trazabilidad de los tubos que componen un producto.
- Recorte – Se realiza en los extremos del tubo, que deben ser rectos. En caso de que el tubo no tenga un extremo recto o si el extremo es demasiado corto, el tubo se doblará con el material sobrante en los extremos, para recortarse posteriormente.
- Roscado – Proceso por medio del cual se desbasta una rosca para poder introducir un tornillo. En este caso, la perforación no debe sufrir ninguna ovalización para que el tornillo pueda introducirse con facilidad.
