Técnica Destacada Vol.2
Fig. 1: Importaciones de GNL en todo el mundo [1]
El GNL es Gas Natural Licuado, en el cual el ingrediente principal, metano, se licua a la temperatura extremadamente baja de menos 161.5 °C. El gas natural licuado ocupa 1/600 parte del volumen del gas natural en estado gaseoso, lo que hace posible el t ransporte de la masa y el almacenamiento mediante naves y tanques de GNL. Además, como el gas natural emite un 20-40% menos CO2 que otros combustibles fósiles como el petróleo y el carbón, se le considera ampliamente como una forma de energía limpia. En consecuencia, se prevé que el consumo de GNL aumente de manera constante como se puede observar en la Fig. 1, la cual muestra el reciente crecimiento de las importaciones de GNL en todo el mundo.
El acero con un 9% de Ni se utiliza comúnmente para los tanques de GNL sobre tierra.
Fig. 2: Los puntos de ebullición de varios gases licuados y metales aplicables para tanques de almacenamiento.
Hay dos tipos de tanques de GNL; uno para las naves de GNL transoceánicas y otro para el almacenamiento en tierra firme. E n cuanto a los tanques de almacenamiento de GNL, pueden ser construidos ya sea por encima o por debajo del suelo. Los tanques sobre tierra suelen adoptar la forma de una estructura de armazón dual de forma cilíndrica con un fondo plano, mientras que los t anques subterráneos son del tipo membrana. Debido a que el tanque interno está expuesto directamente al GNL a menos 161,5 °C, debe tener un alto nivel de resiliencia. Los tanques interiores de los tanques de almacenamiento sobre tierra, por tanto, se fabrican generalmente de acero con un 9% de Ni o de una aleación de aluminio, mientras que los de los tanques subterráneos se fabrican de 304 y/ó 304L de aceros inoxidables austeníticos. La elección del material depende del punto de ebullición del gas correspondiente (consulte la Fig. 2) a causa de que la licuefacción del gas requiere una temperatura baja tan particular. El resto de este artículo presentará a los tanques de GNL sobre tierra con tanques internos de acero con un 9% de Ni y discutirá sobre los insumos de soldadura y los procedimientos relacionados.
Fig. 3: Vista de la sección transversal de un tanque de almacenamiento PCLNG [2].
La Fig. 3 muestra un tanque de almacenamiento de GNL cilíndrico sobre tierra de fondo plano, conocido como un PCLNG. Esta estructura, adoptada ampliamente en países de ultramar, tiene una pared circundante hecha de hormigón pretensado (PC), una carcasa exterior y techo de acero al carbono de servicio a baja temperatura, un tanque interior de acero con un 9% de Ni, y una cubierta interior de aluminio que está suspendida desde el techo de cúpula hecho de acero al carbono en la carcasa cilíndrica de 9% de Ni.
Reglamentos y normas para los tanques de GNL. Una amplia gama de reglamentos y normas definen el diseño, construcción, inspección y mantenimiento de los tanques de GNL hechos de acero con un 9% de Ni. Algunas de los correspondientes ASME, API, BS EN, y JIS se proporcionan a continuación. (1) ASME Sec. VIII, Div. 1: Diseño y fabricación de recipientes a presión; Div. 2: Reglas alternativas. (2) Norma API 620: Diseño y construcción de grandes tanques soldados de almacenamiento de baja presión; Apéndice Q: tanques de almacenamiento de baja presión para gases de hidrocarburos licuados a una temperatura no inferior a -270 °F (-168 °C). (3) BS EN 14620-1(2006): Diseño y fabricación de tanques de acero con fondo plano, cilíndrico y vertical, para el almacenamiento de gases licuados refr igerados con tem peratur as de funcionamie nto de entre 0 °C y -165 °C. (4) JIS B8265(2010): Construcción del recipiente a presión ― Principios Generales; JIS B8267(2008): Construcción del recipiente a presión.
Los reglamentos y las normas más comúnmente aplicados en todo el mundo son ASME Sec. VIII y API 620. La Tabla 1 proporciona una comparación de las tensiones admisibles en los tanques de GNL sobre tierra de acero con un 9% de Ni. Dependiendo de la norma utilizada, la tensión admisible varía y el espesor de la placa de la carcasa difiere en consecuencia. Como se observa en la Tabla 1, ASME y JIS calculan la tensión admisible en relación a la resistencia de la junta de soldadura a tope, mientras que la API utiliza la resistencia del metal de soldadura. Table 1: Allowable stresses of aboveground LNG tanks made of 9% Ni steel Fórmula para
Resistencia
Tensión
calcura la
estándar
admisible
tensión admisible
(MPa)
(MPa)
Código o norma
Valor más
API 620
pequeño entre
Appendix Q
*1
1/3 σBM y
σBM*1 ≥ 660 σYM*2 ≥ 360
220
2/3 σYM*2
ASME Sec. VIII
Div. 1
1/3.5 σB*3
Div. 2
*3
B 8265
1/2.4 σB
*3
σB ≥ 660
*3
1/4 σB
σB*3 ≥ 660
JIS B 8267
σB*3 ≥ 660
1/3.5 σB
*3
190 280 190 190
*1: Resistencia a la tracción de un metal soldado. *2: Resistencia de prueba de un metal soldado. *3: Resistencia a la tracción de una junta a tope soldada. Cuando se calcula el nivel de la tensión admisible de un acero con un 9% de Ni según la API 620 Apéndice Q, el valor más bajo de l a fuerza entre la placa (por ejemplo, templado y enfriado ASTM A553 Tipo I: σB ≥ 690 MPa; σY ≥ 585 MPa) y el metal de soldadur a (por ejemplo, JIS
Z 3225 D9Ni-1: σB ≥ 660 MPa; σY ≥ 360 MPa), la resistencia del metal de soldadura a saber, es adoptada como la norma de la resistencia en general. Además, el apéndice Q permite utilizar la resistencia a la tracción de 690 MPa y la resistencia de prueba de 400 MPa como los valores máximos permitidos para la determinación de la tensión admisible, a pesar de que deben ser puestos a prueba y comprobados. Por lo tanto, la API permite adoptar el diseño de mayor resistencia, lo cual hace que la reducción del espesor de la placa sea posible. En 1960, una prueba destructiva que implicó un recipiente a presión de gran tamaño hecho de acero con un 9% de Ni, la cual se llevó a cabo en los EE.UU., probó que el acero con un 9% de Ni podría ser utilizado de forma segura sin el tratamiento térmico posterior a la soldadura que se realiza para aliviar la tensión. Desde entonces, los tanques de gran capacidad de acero con un 9% de Ni se han construido extensamente. Con el tiempo, ya que las capacidades de los tanques han ido aumentando cada vez más, el espesor de la placa aplicada también ha ido en aumento. Mientras que los tanques con una capacidad de 80.000 litros kilo (kl) tendrían una cáscara interior de acero con un 9% de Ni con un espesor máximo de la placa de 30 mm, los tanques de 140.000 kl requieren que la placa sea de 40 mm de espesor. En la actualidad, el diseño de los tanques de 200.000 k l está bajo investigación; estos requerirían placas con un espesor de 50 mm , alcanzando la capacidad máxima del tanque.
Especificaciones y características de un acero con un 9% de Ni Tabla 2: Especificaciones ASTM y JIS p ara aceros con un 9% de Ni Norma
ASTM
JIS G 3127
A553
A353
Máx. grosor de la
SL9N 520
Type I
SL9N 590
50
50
50
100
Tratamiento térmico
NNT
QT
NNT
QT
C (%)
≤ 0.13
≤ 0.12
Si (%)
0.15-0.40
≤ 0.30
Mn (%)
≤ 0.90
≤ 0.90
P (%)
≤ 0.035
≤ 0.025
S (%)
≤ 0.035
≤ 0.025
Ni (%)
8.50-9.50
8.50-9.50
0.2%PS (MPa)
≥ 515
≥ 520
TS (MPa)
690-825
El (%), t: Grosor.(mm)
≥ 20.0
placa. (mm)
≥ 585
≥ 590
690-830
≥ 21 (6 ≤ t ≤ 16) ≥ 25 (t > 16)
*1
≥ 21 (t > 20)
*2
IV (J) a −196°C
≥ 34
≥ 34
LE*3 (mm) a −196°C
≥ 0.38
-
*1
≥ 41
*1: Con una muestra de tipo placa de acuerdo con JIS Z 2201 N°5 (GL: 50 mm). *2: Con una muestra redonda según JIS Z 2201 N°4 (GL: 50 mm). *3: Expansión Lateral. El acero con un 9% de Ni es ferrítico, y posee excelentes propiedades mecánicas a las temperaturas criogénicas, así como buenas características de corte, doblado (flexión) y soldadura. La Tabla 2 muestra las especificaciones del ASTM y JIS para el acero con un 9% de Ni. Los aceros que se utilizan en la construcción de tanques de GNL son principalmente ASTM A353 y A553 Tipo I; y JIS G3127 SL9N520 y SL9N590. A353 y G3127 SL9N520 se expresan como mat erial de normalización doble y revenido (NNT), m ientras que A553 Tipo I y G3127 SL9N590, figuran como material templado y revenido (QT). En comparación con NNT, el material QT tiene la mayor resistencia a prueba de 0,2%, así como mayor resistencia al impacto en la placa más gruesa. Debido a estos factores, el material de QT se utiliza principalmente para las piezas de trabajo pesado, tales como el armazón y la parte inferior. Hay dos precauciones importantes a considerar al manipular acero con un 9% de Ni antes de que se proporcione a la soldadura. (1) Cuando la deformación de procesamiento del acero con un 9% de Ni en el proceso de trabajo en frío excede el 3%, la propiedad de impacto disminuye en gran cantidad en proporción a la velocidad de deformación, y en este caso, el tratamiento térmico posterior es recomendado como se especifica en la API 620 Apéndice Q. (2) El acero con un 9% de Ni tiene la desventaja de ser fácilmente magnetizado. La atención es necesaria para evitar que se c onvierta magnético durante la fabricación, transporte y procesamiento tal como corte y plegado. Durante el transporte, es especialmente aconsejable evitar el uso de grúas magnéticas para la elevación y para mantener la placa de acero con un 9% de Ni lejos de los cables de alta tensión. El magnetismo residual en el acero con un 9% de Ni causará un golpe del arco magnético, desarrollando un arco inestable durante la soldadura. Algunos fabricantes prefieren especificar su propio límite de 50 Gauss o menos a la hora de aceptar un acero con u n 9% de Ni de los proveedores de placas. Otra solución para el golpe del arco magnético es aplicar soldadura AC para el SMAW, lo cual ya es ampliamente aceptado por los fabricantes.
Especificaciones y características de los consumibles de soldadura Tabla 3: Especificaciones AWS y JIS para insumos de soldadura relacionados con el acero con un 9% de Ni Proceso
SMAW
Norma AWS
A5.11/A5.11M:2005
Especificaciones para
Electrodos de soldadura de níquel y de aleaciones de
níquel para soldadura por arco de metales blindados
Electrodos de aleciones de FCAW
A5.34/A5.34M:2007
níquel para soldadura por arco con núcleo de f undente
GMAW GTAW
Electrodos y barras de A5.14/A5.14M:2005
soldadura al descubierto de
SAW
niquel y aleaciones de niquel.
Proceso
Norma JIS
SMAW
Z 3225:1999
GTAW
Z 3332:1999
Especificaciones para
Electrodos revestidos para aceros con un 9% de níquel
Barras de relleno e hilos sólidos de soldadura TIG para aceros con un 9% de níquel.
Hilos sólidos de soldadura por SAW
Z 3333:1999
arco sumergidos y fundentes para aceros con un 9% de Ni
Los insumos de soldadura que se utilizan generalmente para soldar aceros con un 9% de Ni son de aleación de Ni alta, tales como el tipo Inconel (aleación de Ni-Cr) y el ti po Hastelloy (aleación de Ni-Mo), a pesar de que sus composiciones químicas son bastante diferentes de las del acero con un 9 % de Ni. Aunque la resistencia de alta aleación de Ni es más baja que la del acero con un 9% de Ni, no causa f racturas frágiles, incluso a temperaturas criogénicas debido a su microestructura austenítica completa. La primera aplicación del acero con un 9% de Ni en Japón se realizó en el año 1966 para un tanque de oxígeno licuado, en la c ual los electrodos de tipo Inconel fueron utilizados. Desde entonces, con las continuas mejoras en l a automatización de la soldadura, la resistencia al agrietamiento, y la fuerza del metal de soldadura, los insumos de soldadura de tipo Hastelloy (aleación Ni-Mo) cada vez son más y más utilizados. El molibdeno (Mo) en los insumos de soldadura de tipo Hastelloy se ha encontrado eficaz al evitar el agrietamiento en caliente. El AWS especifica cuáles son los insumos de soldadura para los aceros con un 9% de Ni en A5.11, A5.14 y A5.34, como parte de las especificaciones de los insumos de soldadura de níquel y de aleaciones de níquel. Por el contrario, el JIS establece los reglamentos específicos de los insumos de soldadura para ser utilizados con aceros con un 9% de Ni en Z 3225, Z 3332 y Z 3333 como se muestra en la Tabla 3. Sólo en lo que respecta al FCAW, el JIS no especifica directamente cuáles son los insumos que se utilizarán con los aceros con un 9% de Ni.
Electrodos revestidos para aceros con un 9% de Ni Tanto las especificaciones AWS como JIS de electrodos revestidos para soldadura de acero con un 9% de Ni se m uestran en la Tabla 4; mientras que los electrodos revestidos recomendados por Kobe Steel, en la Tabla 5. Tabla 4: Especifaciones AWS y JIS de los electrodos revestidos para aceros con un 9% de Ni AWS A5.11
Classifi-
JIS Z 3225
cation. ENiCrFe-9
ENiCrMo-6
ENiMo-8
D9Ni-1
D9Ni-2
C (%)
≤ 0.15
≤ 0.10
≤ 0.10
≤ 0.15
≤ 0.10
Si (%)
≤ 0.75
≤ 1.0
≤ 0.75
≤ 0.75
≤ 0.75
Mn (%)
1.0-4.5
2.0-4.0
≤ 1.5
1.0-4.0
≤ 3.0
Ni (%)
≥ 55.0
≥ 55.0
≥ 60.0
≥ 55.0
≥ 60.0
Cr (%)
12.0-17.0
12.0-17.0
0.5-3.5
10.0-17.0
-
Mo (%)
2.5-5.5
5.0-9.0
17.0-20.0
≤ 9.0
15.0-22.0
W (%)
≤ 1.5
1.0-2.0
2.0-4.0
-
1.5-5.0
0.5-3.0
0.5-2.0
-
0.3-3.0
-
≤ 12.0
≤ 0.10
≤ 0.10
≤ 0.15
≤ 12.0
Nb+Ta (%) Fe (%)
0.2%PS (MPa) TS (MPa) El (%) 0IV (J)
a -196°C
-
-
-
≥ 360
≥ 650
≥ 620
≥ 650
≥ 660
≥ 25
≥ 35
≥ 25
≥ 25
-
-
-
Av ≥ 34 Cada ≥ 27
Tabla 5: Electrodos revestidos de PREMIARC™ para aceros con un 9% de Ni y las propiedades de sus metales depositados Designación
NI-C70S
Comercial
NI-C70H
NI-C1S
AWS A5.11
ENiCrFe-9
ENiCrMo-6
ENiMo-8
JIS Z 3225
D9Ni-1
-
D9Ni-2
Característica
Tipo Inconel
Tipo Inconel
Tipo Hastelloy
Polaridad
AC
AC
AC
clase de nave
NK*1
-
NK*1
C (%)
0.09
0.08
0.03
Si (%)
0.26
0.42
0.49
Mn (%)
2.26
2.85
0.28
Ni (%)
67.6
68.1
68.6
Cr (%)
13.9
12.9
1.9
Mo (%)
3.7
7.1
18.6
W (%)
0.6
1.2
2.9
Nb+Ta (%)
1.7
0.9
-
Fe (%)
9.8
5.5
6.8
0.2%PS (MPa)
430
460
440
TS (MPa)
705
725
730
El (%)
41
42
48
IV (J) a -196°C
62
77
83
Aproximación a la
*1: Posiciones NK para Nippon Kaiji Kyokai. El PREMIARC TM NI-C70H es un electrodo revestido de nuevo desarrollo que muestra una resistencia de prueba de 0.2% mucho mayor que otros electrodos revestidos convencionales para los aceros con un 9% de Ni.
Hilos tubulares para aceros con un 9% de Ni Tabla 6: FCWs de PREMIARC™ para aceros con un 9% de Ni y las propiedades de sus metales depositados Designación
DW-N70S
Comercial
AWS A5.34
-
DW-N709SP
(ENiMo13-T)*1 ▪ Tipo Hastelloy para
soldadura en todas las Feature
Aplicable a la
posiciones.
soldadura vertical
▪ Excelentes valores de
descendente
CTOD y resistencia al agrietamiento en caliente.
Gas de protección
80%Ar-20%CO2
80%Ar-20%CO2
C (%)
0.05
0.02
Si (%)
0.20
0.21
Mn (%)
5.91
2.75
Ni (%)
62.6
62.1
Cr (%)
16.8
6.9
Mo (%)
10.2
17.6
W (%)
-
2.4
Nb+Ta (%)
2.0
-
Fe (%)
1.8
7.7
0.2%PS (MPa)
425
450
TS (MPa)
715
710
El (%)
46
46
IV (J) a −196°C
106
90
LE (mm) a −196°C
-
1.40
*1: La clasificación del ENiMo 13-T no se ha publicado aún pero pronto se dará a conocer por AWS. Una nueva especificación AWS A5.34 fue establecida y hecha pública en el año 2007, como se muestra en la Tabla 3. Especifica las composiciones químicas y las pruebas de tensión en la misma manera que en A5.11 y A5.14. La aplicación de hilos tubulares (FCWs) para los tanques de GNL hechas a base de acero con un 9% de Ni había sido limitada debido a que un estricto control de las condiciones de soldadura en un rango minúsculo era requerido para evitar el agrietamiento en caliente, y la soldadura en todas las posiciones era difícil. Sin embargo, como se muestra en la Tabla 6, Kobe Steel ha desarrollado dos tipos de FCWs para la correcta soldadura con aceros de un 9% de Ni que puedan resolver estos problemas, y recientemente se han puesto en funcionamiento. El PREMIARCTM DW-N70Sestá diseñado para soldar por mano y un nuevo FCW, el PREMIARC TM DWN709SP, para la soldadura en todas las posiciones como se muestra en la Tabla 6. El DW-N709SP se introduce aquí como el A5.34 (ENiMo13-T), debido a que aún no existe tal clasificación en A5.34. De acuerdo con las últimas informaciones, el A5.34 revisado, el cual cubrirá al ENiMo13-T, será emitido por AW S pronto. Para obtener información técnica más detallada sobre el DW-N709SP, por favor consulte la sección "Kobelco Welding Today, vol. 13 N°1, 2010". Una junta a tope soldada en acero con un 9% de Ni por el DW-N709SP dio resultados muy satisfactorios en las pruebas de tensión, impacto, CTOD, y flexión como se muestra en la Tabla 7. La visión general de la junta de soldadura y el aspecto de las muestras de la prueba de flexión se muestran en la Fig. 4. Además, la Fig. 5 muestra el resultado de la prueba de agrietamiento llevada a cabo por FISCO en un metal de soldadura del DW-N709SP. La zona libre de agrietamientos ha llegado a ser mucho más amplia, incluso a velocidades de soldadura más rápidas, cuando la susceptibilidad contra el agrietamiento en caliente s e vuelve bastante crítica.
Fig. 5: Resultados de la prueba de agrietamiento FISCO de los metales soldados de PREMIARC
TM
DWN709SP
mmostrando una resistencia superior al agrientamiento en caliente que el FCW convencional.
Tabla 7: Propiedades de la junta soldada del PREMIARC™ DW -N709SP en la posición de soldadura 3G
Propiedades
Medidas
738 MPa
Resistencia a la tracción a
(Fractura en el metal de
temperatura ambiente*1
soldadura)
Resistencia al impacto en −196°C
88, 91, 89 (Av. 88) (J)
CTOD en −196°C (δM)
0.39, 0.39, 0.38 (Av. 0.38)
Flexión longitudinal, 180°
Bien
*1: El metal base es ASTM A553 Tipo I, con 28mm de grosor, y de ranura de doble V.
TM
Fig. 4: PREMIARC
DW-N709SP exhibe
una fusión
completa en la posición 3G de la junta a tope, además de una excelente ductibilidad en la prueba de flexión.
Alambre de soldadura Tig para aceros con un 9% de Ni Tabla 8: Especificaciones AWS y JIS de los cables TIG para aceros con un 9% de Ni, y las propiedaes del cable de relleno correspondiente de PREMIARCTM TG-S709S Designación
Clasificaciones
comercial
Propiedades *1 AWS A5.14
JIS Z 3332
ERNiMo-8
YGT9Ni-2
TG-S709S ▪ Cable y barra de
Características
-
-
tipo Hastelloy ▪ Adecuado para
GTAW automático Aproximación a
-
-
NK
C (%)
≤ 0.10
≤ 0.10
0.02
Si (%)
≤ 0.75
≤ 0.75
0.03
Mn (%)
≤ 1.5
≤ 3.0
0.03
Ni (%)
≥ 60.0
≥ 60.0
70.4
Cr (%)
0.5-3.5
-
2.0
Mo (%)
17.0-20.0
15.0-22.0
19.0
W (%)
2.0-4.0
1.5-5.0
3.0
Fe (%)
≤ 10.0
≤ 12.0
5.5
0.2%PS (MPa)
-
≥ 360
460
TS (MPa)
-
≥ 660
730
El (%)
-
≥ 25
47
IV (J) a −196°C
-
la clase de nave
Av ≥ 34, Cada ≥ 27
160
*1: Las composiciones químicas son para los cables. Las propiedades mecánicas son para los metales depositados. Desde que el proceso MC-TIL de Kobe Steel para soldadura TIG automática fue desarrollado en 1973, ha sido ampliamente aplicado por los fabricantes de tanques, particularmente en Japón. En el extranjero, se ha adoptado en más de 10 unidades de tanques de GNL de acero con un 9% de Ni y en alrededor de 60 unidades en el mercado interno japonés.
Esta eficiente soldadura TIG automática implica la aplicación de una alta corriente de soldadura y la deformación intencionada de la dirección del arco mediante fuerza magnética, y es capaz de mantener la solidez del metal de soldadura, la ventaja principal de el GTAW. Es dos veces más eficiente que el SMAW y cuatro veces más que el GTAW m anual. Además, el proceso reduce la tasa de defectos a casi cero y mejora el tiempo de culminación, el costo total y la calidad de la soldadura. Las especificaciones AWS y JIS de cables TIG para aceros con un 9% de Ni y las propiedades del alambre de relleno correspondiente de PREMIARCTM TG-S709S se muestran en la Tabla 8.
Cables SAW y fundentes para aceros con un 9% de Ni Tabla 9: Especificaciones AWS para el cable S AW; especificaciones para el cable SAW y combinaciones d el fundente para aceros con un 9% de Ni AWS A5.14
JIS Z 3333
Classification ERNiMo-8
FS9Ni-F/YS9Ni
FS9Ni-H/YS9Ni
Aplicable a
cable
Metal Soldado
Metal Soldado
C (%)
≤ 0.10
≤ 0.10
≤ 0.10
Si (%)
≤ 0.75
≤ 1.5
≤ 1.5
Mn (%)
≤ 1.5
≤ 3.5
≤ 3.5
Ni (%)
≥ 60.0
≥ 60.0
≥ 60.0
Cr (%)
0.5-3.5
-
-
Mo (%)
17.0-20.0
10.0-25.0
10.0-25.0
W (%)
2.0-4.0
-
-
Fe (%)
≤ 10.0
≤ 20.0
≤ 20.0
0.2%PS (MPa)
-
≥ 365
≥ 365
TS (Mpa)
-
≥ 660
≥ 660
El (%)
-
≥ 25
≥ 25
IV (J) a −196°C
-
Av. ≥ 34
Av. ≥ 34
Cada ≥ 27
Cada ≥ 27
En sus especificaciones SAW, la AWS regula sólo los cables en A5.14, mientras que J IS especifica la combinación de alambre y fundente; como se muestra en la Tabla 3 y la Tabla 9. El cable SAW de Kobe Steel y las combinaciones de fundentes se muestran en la Tabla 10. Tabla 10: Combinaciones de alambre y fundente de PREMIARC™ SAW para aceros con un 9% d e Ni y las propiedades de sus metales depositados.
Designación
Clasificación
Composición química (%)
Propiedades mecánicas
Aproximación
comercial.
Características
(Fundente/
AWS
JIS
alambre)
A5.14
Z 3333
Pol.
a la clase de nave
C
Si
Mn
Ni
Cr
Mo
W
Fe
0.2%PS (MPa)
TS
El
IV (J) a
(MPa) (%) −196°C
▪ Insumos de
PF-N3/ US-709S
ER NiMo-8 (wire)
FS9NiF/YS9Nil
tipo Hastelloy ▪ Adecuado para
la posición de
AC, DCEP
-
0.03 0.12 1.70 64.1 1.6 16.6 2.5 14.7 400
690
44
80
0.03 0.74 0.58 64.0 1.7 17.2 2.7 14.9 410
680
43
70
soldadura 1G
PF-N4/ US-709S
ER NiMo-8 (wire)
FS9Ni-
▪ Insumos de
F/YS9Nil
tipo Hastelloy ▪ Adecuado para
DCEP NK
la posición de soldadura 2G
Procedimientos y control de soldadura El factor clave para la construcción económica y cualitativa de un tanque es reducir al mínimo la cantidad de trabajo en el lugar de fabricación. Esto puede lograrse a través de la adopción del diseño modular, en el cual cada módulo es fabricado en una planta y enviado al lugar donde después se llevarán a cabo los trabajos de conexión. Incluso la cúpula de un tanque de GNL se fabrica en una planta y es conectada a la carcasa en el lugar, utilizando el proceso de levantamiento por aire. Las juntas de soldadura que se llevan a cabo usualmente en los componentes del acero con un 9% de Ni, se muestran en la Fig. 6. La Tabla 11 muestra los procedimientos de soldadura utilizados en las juntas individuales.
Fig. 6: Vista de la sección transversal de las juntas de soldadura típicas en el armazón y fondo de un tanque de acero con un 9% de Ni en el lugar de fabricación. (Consulte la Tabla 11 para ver los procedimientos de soldadura individuales)
Tabla 11: Procedimientos de soldadura para juntas individuales (Consulte la Fig. 6 para cada número de junta) ①
N°de junta
Componente
Tipo de junta
Posición de Soldadura*1 Proceso de Soldadura*2
②
③
④
Armazón
Armazón
Armazón de
lateral
lateral
abajo a lado
Doble V
Doble V
Bisel doble
Recubrimiento
3G
2G
2G
2F
SAW
SAW
Auto-TIG
Auto-TIG
SMAW FCAW Auto-TIG
*1: 3G (Ranura vertical); 2G (Ranura horizontal); 2F (Filete horizontal). *2: El equipo de soldadura de Kobelco auto-TIG se encuentra disponible sólo en Japón. [Note: Inconel es una marca registrada de Special Metals Corp. Hastelloy es una marca registrada de Haynes International.]
Fondo
SMAW FCAW Auto-TIG
La Fig. 7 muestra ejemplos de configuraciones de ranura para SMAW, GTAW, SAW y FCAW en posiciones de soldadura designadas en la figura. La Fig. 8 muestra la soldadura de filete horizontal (2F) en el techo de un tanque de GNL con un hilo tubular DW-N709SP. La Fig. 9 muestra la soldadura de una junta tope superior (4G) a lo largo de la placa de fondo de un tanque de GNL con un equipo automático de soldadura TIG utilizando un alambre TIG de TG-S709S. Estas fotos fueron tomadas en una obra en construcción en Japón, donde los más grandes tanques de GNL sobre tierra utilizaban una estructura de cúpula cilíndrica de fondo plano con doble coraza (Fig. 10). La cúpula también está hecha de acero con un 9% de Ni.
Fig. 7: Configuraciones típicas de ranura para SMAW, GTAW, SAW y FCAW utilizadas para juntar los componentes del acero con un 9% de Ni en la fabricación de un tanque de GNL.
Fig 8: La soldadura de filete horizontal (2F) en el techo de un tanque de GNL se lleva a cabo con el hilo tubular de TM
PREMIARC
DW-N709SP.
Fig. 10: Vista de la sección transversal del fondo plano con doble coraza del tanque de cúpula cilíndrica [3].
Fig. 9: La soldadura a tope superior (4G), a lo largo de la placa de fondo de un tanque de GNL, se lleva a cabo con un equipo automático de soldadura TIG utilizando el cable TIG de PREMIARC
TM
TG-S709S.
Consejos para obtener mejores resultados de soldadura en acero con un 9% de Ni Los insumos de alta aleación de Ni son, en general, sensibles al agrietamiento en caliente; típicamente en los tanques de GNL, se requiere de una soldadura muy disímil. Las siguientes precauciones especiales para evitar el agrietamiento en caliente y la dilución del metal base deben ser tomadas en consideración.
Las grietas de cráteres deben ser eliminadas: Los insumos de soldadura de Kobe Steel para acero con un 9% de Ni, han de mostrado ser los adecuados a través de las pruebas llevadas a cabo por FISCO para medir la susceptibilidad al agrietamiento en c aliente. Sin embargo, debido a que las grietas de cráteres (un tipo de grieta en caliente) son frecuentes y difíciles de evitar, se recomienda intensamente esmerilar el cráter cada vez que el arco se detenga.
La dilución del metal base afecta a las propiedades mecánicas del metal de soldadura: Cuando el metal base se diluye en el metal de soldadura por arco, la química del metal de soldadura puede cambiar. Estos cambios pueden ser más significativos en la soldadura disímil, disminuyendo la resistencia a la tracción del metal de soldadura. Se aconseja que compruebe las condiciones de soldadura y que asegure que la resistencia a la tracción y la resistencia de prueba de 0,2% cumpla con los requisitos de la prueba de procedimiento por adelantado. Referencias [1] JOGMEC (Japan Oil, Gas and Metals National Corporation), Mercado y Demanda del GNL, 2010. [2] Revisión de Ingeniería de Ishikawajima-Harima, Vol. 50, No. 1 (2010).
[3] Industrias pesadas de Ishikawajima- Harima, Tanque de GNL ― Su Estructura, Materiales y Técnicas de Soldadura, Hierro & Acero, (1978) No. 1. [4] Kobe Steel, Reporte Técnico de Soldadura, (1996) No. 314 [5] Kobe Steel, Manual de Procedimientos de Soldadura, Soldadura de Tanques de GLP y GNL
