Tuberías y accesorios accesorios de acero Fabricación y ensayos
Josean Iraundegui Madrid, Octubre 2008
Fabricación de Tubería de acero
Tubería Soldada •
Proceso DSAW
Tubería sin Soldadura •
Mandrilado rotativo en caliente
•
Paso de Peregrino
•
Banco de empuje
•
Por extrusión
– Soldadura doble por arco sumergido » Longitudinal y helicoidal » Cualquier Diámetro •
Proceso HFI – Soldadura por Inducción de alta frecuencia » Longitudinal » Hasta 20” Diám.
•
Proceso ERW – Soldadura por resistencia eléctrica » Longitudinal » Hasta 20” Diám.
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Fabricación de tubería – Método DSAW
Soldadura longitudinal •
Alimentada por chapa de dimensiones fijas
•
Se conforma en frío hasta formar un cilindro
•
Se puntea
•
Se suelda por SAW por ambos lados. Automático
Soldadura helicoidal •
La alimentación del material, por bobina continua
•
El diámetro de la tubería, en función del ángulo de entrada del material al tren de conformado. (Paso de la hélice)
•
Se obtiene tubería continua
•
Se corta antes de pasar a la prueba hidráulica
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Fabricación de Tubos – Método DSAW
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Soldadura longitudinal de tubos. Método SAW
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Fabricación de tubería – Proceso HFI
Soldadura longitudinal y diámetros hasta 20” •
Se parte de bobina. – Sanear bordes – Conformar cilindro continuo
•
Soldadura por inducción – El cilindro atraviesa una bobina eléctrica con corriente de alta frecuencia, que por inducción, aumenta la Tª de los bordes de la bobina – Se aplica una presión sobre los bordes hasta que se sueldan – No hay metal de aporte – Hay un recalque de material por ambos lados, que se el imina por rascadores
•
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Tratamiento térmico de alivio de tensiones, también por inducción
Fabricación de Tubos – Método HFI
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Fabricación de tubería – Proceso ERW
Soldadura longitudinal y diámetros hasta 20” •
Idéntico al proceso HFI, salvo en el método de soldadura
•
No es soldadura por inducción, sino por resistencia eléctrica
•
La bobina, conformada está en contacto con dos rodillos, con una diferencia de potencial adecuada que aporta la corriente eléctrica, de baja frecuencia
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Fabricación de tubos sin soldadura – Mandrilado rotativo caliente
•Normalmente para diámetros pequeños, <6” •También para mayores Diám. •Se parte de lingotes calientes
•Calentamiento del lingote en horno hasta 1200-1300ºC •Perforación de los lingotes, con un mandril, que son empujados por rodillos •Reducción del espesor, con un segundo mandril y trenes de rodillos más pequeños SGS Tecnos S.A.
Fabricación de tubos sin soldadura – Paso de Peregrino
•Se calientan las barra y se perfora con un mandril, igual que en el proceso de mandrilado •Se acopla al mandril un émbolo interior que facilita un movimiento de avance y retroceso (paso de peregrino) •El movimiento es facilitado por una pareja de rodillos excéntricos
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Fabricación de tubos sin soldadura – Proceso de extrusión.
•Se basa en la extrusión de lingotes perforados •Se parte de lingotes que se calientan y perforan como en los procesos anteriores •A continuación se realiza el proceso de extrusión contra una matriz. m atriz. •Finalmente se realiza el pulido y el calibrado. SGS Tecnos S.A.
Especificaciones de Tubería de acero
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Requisitos de Inspección - Claves
Las claves de los requisitos más significativos, son: •
A: El fabricante suministrará certificados s/DIN –50049/3.1.B.
•
D: El Carbono equivalente del material será =< 0,43 C.E.= C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
•
G: Se requiere ensayo de tracción de probeta longitudinal, según norma aplicable
•
K: Se requiere ensayo de aplastamiento, según norma aplicable
•
R: Todo el material se comprobará por espectrometría
•
Z: Se requiere ensayo de resiliencia según norma aplicable
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Tubería soldada – Inspección y ensayos
Establecidas en las Especificaciones de suministro, y otros documentos contractuales • • •
Especificaciones Técnicas Códigos de Fabricación y construcción Procedimientos del Cliente
API 5L, “Specification por Line Pipe” de A.P.I. • • • • • •
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Sección 3, “Chemical properties and Tests” Sección 4, “Mechanical Properties and Tests” Sección 5, “Hydrostatic Tests” Sección 6, “Dimensions, weights and lengths” Sección 7, “Pipe ends and Thread protectors” Sección 9, “Nondestructive Inspection”
Tubería – Inspección y ensayos Composición Química
Métodos de análisis •
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Los métodos para la obtención de la composición química, tanto en tubos soldados como sin soldadura, se harán según ATM A751 “Standard Methods, Prectices and Definitions for Chemical Analysis of Steel Products”
Elementos a analizar: •
C, Mn, P, S, Si
•
Cb, Va, Ti, si se han añadido durante el afino del acero
Tubería – Inspección y ensayos Composición Química
Tipos de análisis •
Análisis de Colada. – El fabricante, a cada Colada. – Datos según tabla 3.1 (Siguiente diapositiva)
•
Análisis de producto – Muestreo » El fabricante hallará la composición de dos muestras representativas de cada lote fabricado
– Tuberías sin costura » Las muestras pueden ser tomadas de las probetas de tracción, o de un trozo de la tubería acabada
– Tuberías con soldadura » Las muestras pueden ser obtenidas de la propia tubería final, o de probetas de tracción, o aplastamiento
– Variaciones en composición » Se establecen los valores que pueden exceder de los de la tabla 3.1
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Composición Química
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Propiedades Propiedades Mecánicas
Los requisitos mecánicos para los diferentes grados de tubería API 5L, están establecidos en la tabla 4.1
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Para canalizaciones de gas, se emplean normalmente los aceros de grado B y X42, que cumplen holgadamente los requisitos de una presión hasta 4 bar.
Propiedades Propiedades Mecánicas- Probetas de tracción
Los ensayos de Tracción se realizarán de acuerdo con ASTM A370 “Mechanical testing testing of Steel Products, Annex II, Steel tubular Products”
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Para canalizaciones de gas, se emplean normalmente los aceros de grado B y X42, que cumplen holgadamente los requisitos de una presión hasta 4 bar.
Ensayos mecánicos
Además de los ensayos de tracción, para todo tipo de tubos (con o sin soldadura), se realizarán los siguientes
Ensayos de Aplastamiento (Flattening Test) • • •
•
En tubos soldados longitudinalmente (DSAW,ERW, HFI) En tubos soldados helicoidalmente Se hacen ensayos sobre probetas obtenidas de los extremos y de la parte central de los tubos Unos aplastamientos se harán con la soldadura a 0º y otros con la soldadura a 90º
Aceptación (API 5l, 4.11) •
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No deben aparecer grietas al aplastarlo hasta 2/3, 1/3 de OD, OD , y hasta tocar la cara opuesta, dependiendo de la relación D/t
Tuberías con soldadura - Ensayos de Aplastamiento
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Tubos con Soldadura – Ensayos de Plegado
Por cada lote de 50 tubos, o menos, si la producción es menor, se tomarán probetas para el plegado •
Un plegado de cara
•
Un plegado de raíz
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Tubos con Soldadura – Ensayos de Plegado
Las probetas no deberán romperse totalmente, ni aparecer grietas superiores a 1/8” en la soldadura, ZAT o metal base
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Tubos con Soldadura – Ensayos de Plegado
Máquina de Doblado
Probetas de doblado tras el ensayo SGS Tecnos S.A.
Prueba Hidráulica
Todos los tubos serán sometidos a una prueba hidráulica, cuya presión viene dada por la siguiente fórmula, en función del diámetro, espesor y esfuerzo que producirá en el tubo
P = 2St / D Donde
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P = Presión de prueba hidráulica (Psi)
S = Esfuerzo en Psi, igual a un X% del Límite elástico (ver tabla)
t = Espesor de pared del tubo (in.)
D = Diámetro exterior del tubo(in.)
Grado
Tamaño
X
Tiempo (s)
B
=> 2 3/8
60
5
X42
=< 5 9/16
60
5
6 5/8 – 8 5/8
75
5
10 ¾ - 18
85
5
90
10
20
API 5L – Ensayos No Destructivos
Todas las soldaduras de los tubos de diámetro =>2 examinadas al 100% •
”, serán
3/8
Tubos soldados por DSAW – Examen radiográfico al 100%, o – Examen Ultrasónico de los bordes (8”) y examen radiográfico del resto – Examen por partículas magnéticas de los biseles
•
Tubos soldados por HFI, ERW – Examen Ultrasónico automático + manual en los bordes, o – Examen automático por Partículas magnéticas + manual en los bordes – Examen por partículas magnéticas de los biseles
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Dimensiones
Diámetro •
Definido en función del caudal y de las pérdidas de carga
Espesor •
•
Definido por la presión interior de diseño de las canalizaciones y por los esfuerzos admisibles El cálculo del espesor mínimo de pared (mm), según UNE 60.309
t = P.D / 20.Le.F.C Siendo: t: P: D: Le: SGS Tecnos S.A.
Espesor de pared (mm) Presión de diseño (bar) Diámetro exterior (mm) Límite el elástic stico o (N (N/mm /mm2)
F: Coeficiente de emplazamiento (UNE 60305) C: Coeficiente de la soldadura (UNE 60309)
Dimensiones API 5L
Para el acopio de los tubos se ha de elegir un espesor comercial superior al de diseño. API establece los siguientes espesores standard
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Dimensiones API 5l - Longitudes
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Salvo que se acuerde otra cosa entre comprador y fabricante, la longitud de los tubos y sus tolerancias serán las le la siguiente tabla:
Tubería API-5L - Extremos
Los extremos pueden ser •
Roscados
•
Planos
•
Biselados – Salvo que se especifique otra cosa, los extremos serán biselados con un ángulo de 30º + 5º, -0º – Los tubos sin soldadura que van a ser mecanizados interiormente (counterbore), (counterbore), presentarán un ángulo de transición interna máximo, de:
Espesor de pared (t)
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Máximo ángulo de counterbore
t < 10,6 mm
7º
10,6 < t < 14,1 mm
9,5º
14,1 < t < 16,9 mm
11º
t > 16,9 mm
14º
Tubería API-5L - Marcado
Todos los tubos deberán ser marcados con la siguiente información •
Nombre o marca del fabricante
•
Especificación de suministro (API 5L, ASTM A106, etc..)
•
Diámetro nominal
•
Peso por metro
•
Grado del acero (B, X42, etc..)
•
Proceso de fabricación (Sin soldadura, DSAW, ERW, etc..)
•
Tratamiento térmico, si existe
•
Presión de prueba hidráulica
•
Nº de fabricación, lote,colada
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Tubería API-5L – Marcado (cont)
Para diámetros inferiores a 1,5”, • •
la tubería se suministra en bultos No se marca cada tubo. Se marca con una etiqueta metálica que se adosa al fleje del bulto
Tuberías sin costura de diámetro superior a 3” y tuberías soldadas de D<16” •
Se marca cada tubo por el exterior entre 18 y 30” de los extremos
•
Se puede marcar por el interior, de mutuo acuerdo
Tuberías soldadas de D>16” •
Se marca cada tubo por el interior a una distancia inferior a 6” de los extremos
•
Se puede marcar además por el exterior, de mutuo acuerdo
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Recubrimiento Recubrimiento de tuberías de acero
En tuberías enterradas, para evitar la corrosión
Revestimiento exterior = Protección pasiva anticorrosión
Material más utilizado, Polietileno (PE) •
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El recubrimiento se hace con ayuda de un adhesivo y, a veces, con una cara de resina epoxi, que mejoras las características caracterí sticas
Recubrimiento con polietileno
1.- Granallado superficie exterior 2.- Calentamiento tubo, 160 – 250ºC 3.- Recubrimiento electrostático con el adhesivo y resina epoxi 4.- Extrusión en continuo del adhesivo sobre el tubo 5.- Enfriamiento de la tubería recubierta 6.- Inspección en continuo del espesor de PE, y resistencia eléctrica de la capa 7.- Terminación de los extremos. Libres para soldadura
Norma DIN 30.670
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Espesor : 3 mm.aprox Resistencia eléctrica: Sin chispas a una tensión de 25 volts.
Accesorios de acero
Clasificación, según el proceso de fabricación: •
Accesorios Forjados – Bridas, manguitos, weldolets, válvulas de pequeño diámetro (venteos, drenajes, acometidas)
•
Accesorios laminados – Tes, codos, reducciones, caps
•
Accesorios fundidos – Válvulas de diámetro medio y grande (válvulas de línea)
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Especificaciones de accesorios
Para los accesorios utilizados en canalizaciones de gas, las especificaciones a aplicar son las indicadas a continuación
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Accesorios de acero – Cont.
Para el acopio de los accesorios, se deberá indicar además; •
Accesorios Forjados – Diámetro nominal – Presión nominal – Espesor de pared
•
1.- El diámetro nominal es el de la tubería al que se conectan
Accesorios laminados – Diámetro nominal – Espesor de pared
•
Notas
2.- El espesor del accesorio se deberá mecanizar hasta coincidir con el da la tubería
Accesorios fundidos – Diámetro nominal – Presión nominal – Espesor de pared
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3.- La presión nominal es función del material, de la Tª y Presión de diseño (rating en Libras)
Diseño de biseles para espesores de pared distintos
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Accesorios - Codos
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Accesorios – Tes estándar
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Accesorios de acero - Reducciones
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Accesorios de Acero - Caps
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Accesorios de acero – Enchufe (Socket)
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Accesorios Roscados - Dimensiones
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Accesorios de Acero - Weldolets
+ Info
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Accesorios de acero - Sockolet
+ Info
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Accesorios de acero - Trheadolet
+ Info
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Accesorios de acero - Elbolets
Soldado al codo
Soldado al codo
Soldado al codo
Soldado al tubo a tope
Soldado al tubo a enchufe (socket)
Roscado al tubo (Threaded)
+ Info
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Bridas y uniones embridadas
Se utilizan para unir tuberías de diámetro >2” La unión embridada consiste en dos discos de acero separados por una junta (gasket), que son unidos por espárragos y tuercas hasta alcanzar un gran sellado.
La unión de la brida a la tubería es por soldadura (generalmente)
Las bridas se identifican por
•
Especificación del material
•
Diámetro
•
Espesor
•
Presión nominal (rating)
•
Tipo de la cara de la junta
Para canalizaciones de gas el habitual suele ser rating 150 libras según ANSI B.16.5
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Tipos de Brida
Los tipos de brida más empleados son •
Brida ciega (Blind or Blank Flange)
•
Brida deslizante (Slip On Flange)
•
Brida Loca (Lap Joint Flange)
•
Brida de Enchufe (Socket Welding Flange)
•
Brida roscada (Threaded Flange)
•
Brida de Cuello soldada (Welding Neck Flange)
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Brida Ciega – Blind/Blank Flange
Es una brida plana, sin orificio central
Se emplea como cierre en una tubería o en una apertura de algún recipiente a presión o boca de hombre
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Brida Deslizante – Slip On
Están mecanizadas en su interior hasta conseguir c onseguir un orificio central con un diámetro un poco mayor que la tubería a la que va a ir soldada
La tubería se desliza en su interior y se suelda a la brida por el interior y el exterior de ésta
Es más barata y menos voluminosa v oluminosa que la W.N.
No aguanta tantos esfuerzos como la W.N.
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Brida Loca – Lap Joint J oint
Idéntica a la Slip On salvo que el radio de acuerdo entre el núcleo y la cara de la brida es mayor.
El diámetro del orificio es igual que el del Stub end al que finalmente va acoplada
Se desliza la brida sobre el tubo. Se suelda el stub end al tubo
Se desliza la brida contra el stub end y luego se une a la otra brida
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Brida de Enchufe – Socket Welding
Idéntica a la Slip On salvo que el orificio interno tiene un “counterbore” un poco mayor mayor que el O.D. de la tubería
El diámtero menor del orificio es igual que qu e el I.D. el tubo
Se desliza la brida sobre el tubo por el lado de diámetro mayor
Se suelda por el exterior e interior
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Brida Roscada – Threaded Flange
Idéntica a la Slip On salvo que el orificio interno está roscado
La unión al tubo es, pues, roscada, no soldada
Se emplea en sistemas a baja presión, p resión, temperatura ambiente, y en zonas con riesgo de explosión, donde la soldadura pudiera se r un peligro.
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Brida de cuello Soldado – Welding Neck
Conocida como de Cuello alto (High hub)
Diseñada para transmitir esfuerzos a la tubería, reduciendo así la concentración de esfuerzos en la base de la brida
Empleadas cuando se requiere soldadura a Tope
Los bordes están biselados
Es la más resistente, y también la más cara.
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