Apendice A

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APENDICE A — ESTÁNDARES ALTERNATIVOS DE ACEPTACIÓN PARA CORDONES DE SOLDADURA CIRCUNFERENCIALES.

A.1 Generalidades

Los criterios de aceptación dados en la sección 9 están basados en criterios empíricos para ejecución y confieren una importancia primordial al tamaño (longitud) de las imperfecciones. Tales criterios han provisto un excelente registro de confiabilidad durante su empleo en servicio por muchos años en líneas de ductos. El uso del análisis empleando la mecánica de fractura y criterios de (“fitness for purpose”) “adecuación al servicio” es un método alternativo para determinar normas de aceptación e incorporar la evaluación del nivel de influencia del tamaño (alto y longitud) de la imperfección. El criterio de “adecuación al servicio” prevé tamaños de imperfecciones permisibles mayores, pero solamente cuando se llevan a cabo ensayos adicionales para la calificación de los procedimientos de soldadura, análisis de esfuerzos y actividades de inspección. Este apéndice presenta el requerimiento mínimo para permitir el uso de normas alternativas de aceptación. Este apéndice no evita el uso de la sección 9 para la determinación de los límites de aceptación de imperfecciones en toda unión soldada ni impone restricción alguna en deformaciones permisibles, dado que esto ha sido cubierto por otros estándares y regulaciones. El uso de este apéndice para la evaluación de cada una de las imperfecciones, incluyendo las fisuras circunferenciales, es una alternativa completamente optativa para la empresa.

Usualmente no es práctico calificar los cordones de soldadura individualmente mediante los criterios de aceptación alternativos, después que un defecto ha sido detectado según la sección 9, debido a que se hace necesario el empleo de ensayos mecánicos para establecer el mínimo nivel de tenacidad a la fractura requerido para el procedimiento de soldadura en consideración. Este apéndice solamente cubre el análisis de cordones de soldadura circunferenciales entre tubos de igual espesor de pared nominal. Se excluyen de estas recomendaciones: las soldaduras en estaciones de bombas o compresores, los accesorios y válvulas en la línea de tubería principal y las soldaduras de reparación. Uniones soldadas sujetas a deformaciones axiales de más de 0.5% tampoco están cubiertas por este apéndice. Los criterios de aceptación alternativos de este estándar están restringidos a secciones de tubería para las cuales la inspección no destructiva es esencialmente aplicada en cordones de soldadura circunferenciales (girth welds). Los criterios de adecuación al servicio pueden ser aplicados a cualquier cordón de soldadura circunferencial de líneas de tuberías que no han

sido excluidas y que cumplen los requerimientos adicionales de este apéndice.

En este apéndice el uso de la frase: “límites de aceptación de imperfecciones” y otras frases conteniendo la palabra “imperfección” no implica una condición defectuosa ni la pérdida de la integridad estructural de la unión soldada. Todas las uniones soldadas contienen ciertas características mo rfológicas descritas como imperfecciones, discontinuidades o defectos. El propósito fundamental de este apéndice es establecer, en la base de un análisis técnico, el efecto de varios tipos, tamaños y formas de tales imperfecciones sobre la conveniencia de uso de la junta soldada para un servicio específico.

Nota: este apéndice contiene solamente valores expresados en unidades: pulgadas - libra; sin embargo, es aceptable realizar evaluaciones con todos los valores expresados en unidades SI.

A.2 Requerimientos adicionales para análisis de esfuerzos

A.2.1 ESFUERZOS AXIALES DE DISEÑO

Para usar este apéndice la compañía debe realizar un análisis de esfuerzos que le permita determinar los máximos esfuerzos axiales de diseño para la tubería. El esfuerzo axial total actuando sobre una discontinuidad o imperfección incluye también esfuerzos residuales provenientes del proceso de soldadura, los cuales, en el caso de soldaduras que no hayan sido sometidas a alivio de tensiones, pueden alcanzar el límite de fluencia del material. La suma de los esfuerzos de tracción aplicados y los esfuerzos residuales pueden exceder el límite de fluencia y es más convenientemente expresarlo como un porcentaje de deformación. Para los criterios de aceptación de este apéndice se ha empleado un límite elástico para una deformación residual de 0,2%. La máxima deformación axial a ser usada para una tubería en particular debe ser determinada por análisis de esfuerzos y documentada por la compañía.

A.2.2 ESFUERZOS CÍCLICOS

A.2.2.1 Análisis

El análisis de esfuerzos cíclicos debe incluir la determinación del espectro de fatiga predicho al cual la tubería estará expuesta a lo largo de su vida de diseño. Este espectro debe incluir, pero no está limitado a, los esfuerzos

58 Norma API 1104 Traducción libre PUCP

impuestos por el ensayo hidrostático, esfuerzos de instalación, y donde sea aplicable, esfuerzos sísmicos y esfuerzos por hundimiento. El espectro debería consistir de varios niveles de esfuerzos axiales cíclicos y del número de ciclos correspondientes a cada nivel de esfuerzos. Si los niveles de esfuerzos varían de ciclo en ciclo, se debería emplear un método de conteo como el método “rainflow” para determinar la cuenta de los niveles de esfuerzos cíclicos y número de ciclos.

Nota: Para ver un ejemplo del método “rainflow” revise el texto de N. E. Dowling, “Fatigue Failure Predictions for Complicated Stress-Strain Histories”, Journal of Materials, March 1972, Volume 7, Number 1, pp. 71-87.

La severidad del espectro de carga S*, debería ser calculado a partir de la siguiente fórmu la:

S∗ ∗ = = ΝΝ1 (∆σ(∆σ11 ))33 + + ΝΝ22 (∆σ (∆σ22 ) )33 + ... + ... (A-1)

+ + Νκ Νκ (∆σ(∆σ k)) 33

Donde:

S* = severidad del espectro,

Ni = número de ciclos en el “i-ésimo” nivel de esfuerzos cíclicos.

∆σi = rango de esfuerzos cíclicos en kips (libras por pulgada cuadrada)

Subíndice k = número de niveles de esfuerzos cíclicos,

Subíndice i = rango de incrementos de 1 a k.

El tamaño permisible de las imperfecciones mostrado en la figura A-5 es aplicable cuando S* � 4 x 107. Si S* > 4 x 107, este apéndice no debe ser usado.

A.2.2.2 Efectos del ambiente sobre la fatiga

El crecimiento de las imperfecciones de la soldadura debido a la fatiga es una función de la intensidad de los esfuerzos, el número de ciclos de carga, el tamaño de las imperfecciones y las condiciones ambientales en la punta de la grieta. En la ausencia de elementos contaminantes, las grasas, el petróleo u otros hidrocarburos no son considerados más perjudiciales que el aire. Sin embargo, agua, salmuera y soluciones acuosas que contienen CO2 ó H2S pueden incrementar la velocidad de crecimiento de la grieta por fatiga. Es normal que pequeñas cantidades de estos componentes estén presentes en ambientes no corrosivos de tuberías. Cuando la concentración tanto de CO2 como de H2S supera determinados límites históricos observados en tuberías no corrosivas, este apéndice no debe ser usado, a menos que exista evidencia que los niveles de contaminantes no aceleren la velocidad de crecimiento de la grieta por fatiga. El efecto del ambiente

en el crecimiento de grietas por fatiga en la superficie exterior de la tubería, en cordones de soldadura circunferenciales, es mitigado normalmente por recubrimientos externos y por protección catódica y por consiguiente no limita el uso de este apéndice.

A.2.3 FISURACIÓN POR CARGA SOSTENIDA

Ciertos ambientes pueden favorecer el crecimiento de imperfecciones en servicio bajo carga constante o inducir la fragilización del material en las zonas aledañas a la imperfección al punto que otras imperfecciones inactivas se vuelvan críticas. Estos ambientes contienen típicamente H2S pero también pueden contener hidróxidos fuertes, nitratos o carbonatos. Cuando estas sustancias están presentes dentro de la tubería se debe establecer un nivel mínimo de esfuerzos admisibles y este apéndice no debe ser usado si los esfuerzos calculados exceden este valor admisible. Con respecto al servicio en condiciones ambientales conteniendo H2S, la definición de tales condiciones deben ser aquellas establecidas en la norma NACE MR0175. Asimismo, se ha comprobado en un pequeño número de casos que la exposición de tuberías a suelos conteniendo carbonatos y nitratos produce corrosión bajo tensión (stress corrosion cracking). La fisuración es normalmente axial y esta asociada a esfuerzos circunferenciales más que a esfuerzos axiales. No hay evidencia de fallas de tuberías originadas por corrosión bajo tensión en soldadura circunferencial (girth weld).

La frecuencia y severidad de la corrosión bajo tensión puede ser mitigada por el uso de apropiados recubrimientos y de protección catódica. El uso de este apéndice no esta excluido cuando se previene la exposición a estos ambientes agresivos mediante recubrimientos adecuadamente seleccionados.

A.2.4 CARGA DINÁMICA

El análisis de esfuerzos debe incluir consideraciones de carga dinámica potencial en cordones de soldadura circunferenciales, tales como cargas originadas por la apertura o cierre de válvulas check. Este apéndice no se aplica a soldaduras sometidas a velocidades de deformación mayores a 10-3 s -1 (que correspondería a una velocidad de aplicación de esfuerzos del orden de 30 kips por pulgada cuadrada por segundo para el acero).

A.3 Procedimiento de soldadura A.3.1 GENERALIDADES

Los controles de las variables necesarias para asegurar un nivel aceptable de tenacidad a la fra ctura en un procedimiento de soldadura son más exigentes que

Traducción libre PUCP Soldadura de Tuberías e Instalaciones Relacionadas 59

aquellos que se ejecutan cuando no están presentes exigencias mínimas de tenacidad en la unión soldada. La calificación del procedimiento de soldadura empleando este apéndice debe estar en concordancia con las secciones 5 o 12 de este estándar, con las siguientes excepciones y requerimientos adicionales: a. El ensayo CTOD (Crack-tip-opening displacement) debe ser realizado de acuerdo con A.3.3.

b. La probeta para el ensayo de tracción, empleado para calificar el procedimiento de soldadura no debe fallar en la soldadura.

Cualquier cambio en las variables esenciales especificadas a continuación debe requerir re-calificación del procedimiento de soldadura: a. Un cambio en el proceso de soldadura o método de aplicación.

b. Un cambio en el grado del material del tubo, o del fabricante del mismo, o un cambio básico en la composición química o el procesamiento del acero realizado por el fabricante.

c. Un cambio importante en el diseño de la junta (ej.: cambiar de una junta tipo U a una tipo V). Cambios menores en el ángulo del bisel o en la posición del canal de la junta (welding groove) no son variables esenciales.

d. Un cambio en la posición (con rotación del tubo a una posición estática de la tubería, o viceversa).

e. Un cambio en el espesor de pared nominal superior a ± 0.125 pulgadas.

f. Un cambio en el tamaño o tipo del metal de aporte incluyendo un cambio en el fabricante, así se encuentre el material dentro de una clasificación AWS.

g. Un incremento en el tiempo entre la culminación de la primera pasada ó depósito (cama) de raíz y el inicio de la segunda pasada.

h. Un cambio en la dirección (ej.: de vertical descendente a vertical ascendente, o viceversa)

i. Un cambio de un gas de protección a otro o de una mezcla de gases a otra mezcla diferente.

j. Un aumento o disminución en el caudal de flujo del gas de protección.

Nota: Ambos valores, tanto el alto como el bajo valor del caudal de flujo de gas deben ser establecidos durante el ensayo de calificación del procedimiento de soldadura. Se requerirán ensayos mecánicos completos incluyendo el ensayo CTOD, para ambas condiciones, excepto para el ensayo CTOD de la zona afectada por el calor de la unión, el cual se efectuará para una sola condición de velocidad de flujo de gas.

k. Un cambio en el fundente de protección, incluyendo un cambio en el fabricante, dentro de una clasificación AWS.

l. Un aumento o disminución en el calor de aporte (heat input) de cualquier depósito más allá del rango actualmente calificado en el ensayo de calificación del procedimiento de soldadura. El calor de aporte puede ser calculado a partir de la siguiente ecuación:

J = 60VA/S

Donde:

J = calor de aporte (en joules por pulgada),

V = voltaje,

A = amperaje,

S = velocidad de soldeo (en pulgadas por minuto).

Nota: Ambos valores, tanto el alto como el bajo calor de aporte deben ser establecidos durante el ensayo de calificación del procedimiento de soldadura. Se requerirán ensayos mecánicos completos incluyendo el ensayo CTOD.

m. Un cambio en el tipo de corriente (AC o DC) o un cambio en la polaridad.

n. Un cambio en los requerimientos para el tratamiento térmico.

o. Un cambio en los requerimientos para el tratamiento post soldadura o la adición u omisión de un requerimiento para el tratamiento post soldadura.

p. Para procedimientos automáticos, un cambio en el diámetro exterior del tubo.

A.3.2 ENSAYO DE TENACIDAD A LA FRACTURA

Para usar el criterio alternativo de aceptación de uniones soldadas circunferenciales, la tenacidad a la fractura de la unión soldada debe ser determinada experimentalmente mediante ensayo. El método aplicable para el ensayo de tenacidad a la fractura es el método CTOD. Para los propósitos de este apéndice se considerara como aceptable uno de los dos niveles mínimos de tenacidad a la fractura: 0.005 pulgadas o 0.010 pulgadas.

Los ensayos CTOD deben ser realizados de acuerdo a la norma BS 7448: Parte 2, que se incluye en este apéndice. La probeta de ensayo preferida (B x 2B) debe ser usada. Como se muestra en la Figura A-1, la probeta debería ser orientada de modo que su longitud sea paralela al eje del tubo y su ancho este en la dirección circunferencial; es decir, la línea del vértice de la grieta este orientada en la dirección del espesor. El espesor de la probeta (ver Figura A-2) debería ser igual al espesor del


tubo menos la cantidad mínima necesaria de material que ha de ser eliminado por esmerilado para producir una probeta con la sección transversal rectangular de acuerdo a lo prescrito y con un acabado superficial a partir de un segmento curvo del tubo (la sobremonta del cordón de soldadura debe ser removido). La probeta debería ser atacada después de la preparación inicial a fin de revelar el depósito de soldadura y la geometría de la zona afectada por el calor. Para ensayos del metal depositado el entalle así como el vértice de la fisura generada por fatiga deben ser localizados completamente dentro del depósito; además para preparaciones típicas de cordones de soldadura circunferenciales de tuberías, el vértice de la grieta debería estar ubicado dentro de la unión soldada (ver Figura A-3).

Para cada ensayo CTOD en la zona afectada por el calor, se debería llevar a cabo una inspección de microdureza en la probeta misma o en una sección transversal del cupón del cual se extrajo la probeta, en una región inmediata a la probeta (ver Figura A-4). El objetivo de esta inspección es localizar el área de mayor dureza (descartando lecturas aisladas anómalas). Esta área estará localizada normalmente en la región de la zona afectada por el calor inmediatamente adyacente a la línea de fusión en la última pasada. El entalle y el vértice de la fisura por fatiga deberían ser colocados de modo que ellos atraviesen el área de mayor dureza, sin considerar el hecho que la mayoría del frente de la grieta por fatiga no estará usualmente localizado en la zona afectada por el calor.

Después del ensayo se debería prestar atención especial a los criterios de validez de 12.4.1 de la norma BS 7448: Parte 2; estos criterios tienen que ver con la geometría del frente de la fisura por fatiga. Para este apéndice el valor apropiado de CTOD debe ser δc, δu, o δm. (Estos valores son términos mutuamente excluyentes definidos por la norma BS 7448: Parte 2 que describe tres posibles y mutuamente excluyentes resultados del ensayo. El valor de δi [CTOD en la iniciación del crecimiento estable de la grieta] no tienen ningún significado con relación a este apéndice y no es necesario que sea medido). Si se emplea el valor δm, se debería tener cuidado al medir el punto de primer alcance de la carga máxima, se debe considerar un posible efecto de “Pop-in cracking” (estallido de la grieta) al controlar el ensayo si es que se produce una caída repentina de la carga. El reporte del ensayo debe incluir todos los puntos especificados en la sección 13 de la norma BS 7448: Parte 2. Se debería prestar particular atención para reportar la posición de la probeta de ensayo en la calificación de la soldadura y poder distinguir si el valor CTOD reportado representa a δc, δu, o δm. El reporte del ensayo debe incluir también una copia legible de la curva de carga-desplazamiento y un registro de la apariencia de la superficie de fractura; este último requerimiento puede ser satisfecho a través de una fotografía nítida de una o de ambas superficies de fractura o por la conservación de una o las dos superficies de fractura. (adecuadamente preservadas e identificada) para su observación directa.

Figura A-1— Ubicación de las probetas para el ensayo CTOD.


Figura A-2 — Ubicación de la probeta para el ensayo CTOD respecto a la pared del tubo

Figura A-3 — Ubicación del entalle para la probeta CTOD correspondiente al depósito de soldadura

Figura A-4 — Ubicación del entalle para la probeta CTOD correspondiente a la ZAC de la unión soldada

Sobremonta del cordón removido

Límite del depósito de soldadura

Sobremonta del cordón debe ser removido

Pared original del tubo

Límite de la zona afectada por el calor

Dimensiones de la probeta CTOD después del

mecanizado

Posición del entalle (en la ubicación de la región de máxima dureza en la ZAC)


Notas:

1. Además de todas las limitaciones, la altura no debe exceder la mitad del espesor de la pared.

2. Para imperfecciones interactuantes, la longitud y la altura de la imperfección deben ser determinadas por la Figura A-6.

3. Para las imperfecciones superficiales, la altura permisible de la imperfección, a*, está sujeta a la restricción de la Nota 1.

4. Para las imperfecciones sub superficiales, la altura permisible de la imperfección, 2a*, está sujeta a la restricción de la Nota 1.

El estado de una imperfección sub superficial es determinado por la Figura A-6, Caso 4.

5. Los límites de longitud de la imperfección se dan en la Tabla A-3.

6. La máxima tensión axial aplicada permitida se puede limitar por otros estándares y regulaciones.

7. Cada una de las curvas considera una deformación residual de 0.002 pulg. por pulgada.

Figura A-5 — Criterio Alternativo de Aceptación para Imperfecciones Planas Circunferenciales.

Tensión Axial Máxima Aplicada, εε a

Tam

año

de

imp

erfe

cció

n r

efer

enci

al,

a*

(pul

gada

s)


A.3.3 ENSAYO CTOD PARA CALIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO

El ensayo CTOD para la calificación del procedimiento debe ser llevado a cabo tal como se describe líneas abajo y debe ajustarse a los detalles del ensayo especificados en A.3.2. Para cada procedimiento de soldadura, tanto el depósito de soldadura como la zona afectada por el calor deben ser ensayadas y cada uno de estos ensayos debe satisfacer los requerimientos de tenacidad a la fractura antes que el criterio de adecuación al servicio pueda ser empleado. Cada ensayo (depósito de soldadura y zona afectada por el calor) debe consistir al menos tres probetas validadas y ensayadas a la temperatura de servicio más baja anticipada (o incluso debajo de ella).

Las tres probetas deben corresponder a cada una de las posiciones nominales en el cupón de soldadura (localizadas a las 12:00, a las 3:00 y a las 6:00 h, en sentido horario) y deberían ser marcadas de forma clara y permanente para identificar su posición original. Si solamente uno de las tres probetas cae por debajo de los requerimientos de tenacidad de fractura, se podrá ensayar un segundo grupo de tres probetas. Cinco de los seis ensayos validados deben cumplir los requerimientos de tenacidad a la fractura para el ensayo completo (depósito de soldadura y zona afectada por el calor) para que se consideren los resultados exitosos.

La falla de una simple probeta que no cumpla los requerimientos de CTOD requiere el ensayo de un segundo grupo de probetas para el depósito de soldadura o de la zona afectada por el calor; no se requiere volver a ensayar nuevamente aquella zona del cordón cuyos resultados fueron satisfactorios en el primer grupo de probetas Los ensayos en el depósito de soldadura y en la zona afectada por el calor deben cumplir satisfactoriamente ambos los requerimientos de la tenacidad a la fractura para que el procedimiento de soldadura deba ser calificado de acuerdo a los criterios alternativos de aceptación.

Las probetas que sean maquinadas incorrectamente, que no cumplan con los criterios de curvatura del frente de fisura por fatiga, o que la fractura posterior presente substanciales imperfecciones de soldadura adyacentes al frente de la grieta, se consideraran y definirán como probetas invalidadas. Las probetas invalidadas deben ser

desechadas y reemplazadas por nuevas probetas sobre la base de un reemplazo uno a uno.

El procedimiento de soldadura puede ser calificado para cumplir un requerimiento mínimo de tenacidad a la fractura de 0.005 pulgadas o 0.010 pulgadas y de esta manera ser considerado aplicable para ser usado con el criterio de aceptación. Un intento fallido de calificación para un mínimo CTOD de 0.010 pulgadas puede calificar todavía para un nivel CTOD de 0.005 pulgadas.

A.4 Calificación de soldadores Los soldadores deben ser calificados de acuerdo a la Sección 6. Para soldadura automática, la unidad de soldadura y cada operador deberán ser calificados de acuerdo a 12.6.

A.5 Inspección y Límites de Aceptación

A.5.1 IMPERFECCIONES PLANAS

La longitud y altura de una imperfección, así como su profundidad bajo la superficie deben ser establecidas a través de adecuadas técnicas de inspección no destructiva, o justificadas de otra forma, antes que se tome alguna decisión de aceptación o rechazo. Las radiografías convencionales, tal como se describen en 11.1, son adecuadas para medir imperfecciones pero es insuficiente para determinar la altura, especialmente en imperfecciones planas como grietas, faltas de fusión, socavación, y algunos tipos de falta de penetración. Se consideran técnicas aceptables, el empleo de ultrasonido, técnicas de radiografía empleando densitómetros o estándares de referencia visual, técnicas de imagen acústica, limitaciones inherentes de tamaño de imperfecciones debido a la geometría de la junta, o cualquier otra técnica capaz de determinar la altura de las imperfecciones, teniendo en cuenta que la precisión de la técnica haya sido establecida y que el error potencial este incluido en la medida realizada; es decir, la determinación de la altura de la imperfección debe ser conservadora.

Tabla A-1—Límites de aceptación para imperfecciones volumétricas interiores.

Tipo de imperfección Altura o ancho Longitud porosidada < t/4 ó 0,25 pulg. < t/4 ó 0,25 pulg.

escoria < t/4 ó 0,25 pulg. 4t quemadura no reparada t/4 2t

Nota: Los límites simplificados dados en esta tabla pueden ser aplicados para niveles mínimos de CTOD de 0,005 pulg. ó 0,010 pulg., pero únicamente dentro de los lineamientos de éste apéndice. Alternativamente, la compañía puede elegir tratar estas imperfecciones como imperfecciones planas y usar la Figura A-5. Esta tabla no debe ser usada con las imperfecciones volumétricas conectadas (figura A-6, caso 1) e imperfecciones (Figura A-6, Casos 3 y 4), los cuales deben ser evaluados con ayuda de la Figura A-5. aLimitada a 3% del área proyectada.


Se acepta el uso de radiografía convencional (ver 11.1) para identificar imperfecciones que luego empleen otros medios para medir la altura de las mismas. Los límites de aceptación de imperfecciones planas circunferenciales se muestran en la Figura A-5. Las imperfecciones planas que son transversales a la girth weld, tales como fisuras transversales deben ser reparadas o removidas.

A.5.2 IMPERFECCIONES VOLUMÉTRICAS

Las imperfecciones volumétricas (tridimensionales) cómo escorias, porosidades, contenidas en materiales con alta tenacidad a la fractura son mucho menos probables a provocar fallas que imperfecciones planas y pueden ser evaluadas empleando el mismo método usado para imperfecciones planas o mediante el método simplificado en la Tabla A-1. Las imperfecciones volumétricas conectadas deberán ser tratadas como imperfecciones planas y ser evaluadas de acuerdo al criterio de la Figura A-5

A.5.3 QUEMADO DE ARCO (ARC BURNS)

La quemadura de arco puede ocurrir en superficies internas o externas del tubo como resultado de encendidos de arco imprevistos o inapropiadas conexiones a tierra. Ellas aparecen generalmente como una picadura o cavidad visible a simple vista o como un área densa en la radiografía. La cavidad puede estar rodeada por una zona afectada por el calor endurecida y puede presentar una menor tenacidad que el material base o que el depósito de soldadura. Los límites de aceptación para quemaduras de arco que no han sido reparadas se indican en la Tabla A-2 y están basados en la premisa que la zona afectada por el calor (ZAC) tendrá una tenacidad “nula” pero que cualquier imperfección plana originada dentro de la ZAC es embotada en el extremo de la zona. Información substancial indica que la profundidad del quemado de arco, incluyendo la ZAC, es menor que la mitad del ancho de la región quemada.

Quemaduras de arco que contienen grietas visibles a simple vista o a través de radiografías convencionales no son cubiertas por este apéndice y deben ser reparadas o removidas.

A.5.4 INTERACCIÓN DE IMPERFECCIONES

Si las imperfecciones adyacentes están lo suficientemente juntas, ellas pueden ser consideradas como una sola imperfección más grande. La Figura A-6 debe ser empleada para determinar si existen o no interacciones. Si ello ocurre, el tamaño de la imperfección efectiva mostrado

en la Figura A-6 debe ser registrado y posteriormente esta discontinuidad efectiva debe ser evaluada mediante el criterio de aceptación aplicable. Si se indica la necesidad de reparación, cualquier interacción de imperfecciones debe ser reparada de acuerdo con A-8.

A.6 Registro Un representante de la compañía debe registrar a través

de un formato adecuado el tipo, la localización y las dimensiones de todas las imperfecciones de acuerdo con este apéndice. Este registro debe ser completado con las radiografías u otros registros de ensayos no destructivos realizados a la tubería.

A.7 Ejemplo A.7.1 DESCRIPCIÓN

Considere un proyecto de tubería de 36 pulgadas de diámetro exterior y 0.812 pulgadas de espesor de pared. El tubo es de un acero API 5L-65. Las soldaduras de campo de tubo a tubo son hechas mediante el proceso GMAW automatizado y son inspeccionados 100% mediante ensayos no destructivos (END). El procedimiento de soldadura ha sido calificado teniendo en cuenta como criterio de aceptación un valor CTOD de 0.010 pulgadas de acuerdo a este apéndice. El análisis de esfuerzos ha permitido estimar la deformación máxima axial aplicada de 0,002 pulgadas por pulgada. Ninguna de las restricciones de A.2.2 a A.2.4. ha sido violada. La compañía ha decidido emplear una técnica END capaz de determinar la altura de las imperfecciones y tienen suficiente documentación para demostrar que las imperfecciones no serán mayores en 0,050 pulgadas que los resultados indicados en el reporte de inspección. La compañía ha aceptado aplicar esta técnica END solamente a imperfecciones que no pasan el criterio de aceptación establecido en la Sección 9 y que emplean radiografía convencional para determinar la conformidad de acuerdo a los criterios de la sección.

A.7.2 CALCULOS Y CRITERIO DE ACEPTACIÓN

Los pasos para calcular las dimensiones permitidas de imperfecciones planas se muestran en los epígrafes A.7.2. hasta A.7.2..9.

A.7.2.1 Paso 1

Se debe recabar la siguiente información pertinente:

a. El diámetro exterior del tubo, D, es 36 pulgadas.


b. El espesor de pared de tubo, t, es 0.812 pulgadas.

c. El mínimo CTOD calificado es 0.010 pulgadas.

d. La deformación axial máxima aplicada, Îa, es 0.002 pulgadas/ pulgada.

e. El error permitido para la inspección es de 0.050 pulgadas.

A.7.2.2 Paso 2

Se emplea la Figura A-5 para determinar a*. Para εa = 0.002 pulg. y CTOD = 0.010 pulg., resulta un valor a* = 0.36 in.

A.7.2.3 Paso 3

Se determina la altura “tentativa” de la imperfección superficial admisible (aall,s,t) (ver Figura A-5, Nota 3) y la altura enterrada (buried) de la imperfección permisible (2a all,b,t ) (ver Figura A-5, Nota 4).

Para imperfecciones superficiales

a all,s,t = a* = 0.36 pulgadas Para imperfecciones enterradas:

2a all,b,t = 2a* = 0.72 in. Tabla A-2— Límites de aceptación para quemaduras

de arco no reparadas

Dimensiones medidas Límite de aceptación Ancho < t ó 5/16 pulgadas Longitud (en todas direcciones)

< t ó 5/16 pulgadas

Profundidad (al fondo del cráter) 1/16 pulgada

Nota: los límites dados en esta tabla se aplican para los valores mínimos de CTOD de 0,005 pulg ó 0,010 pulg, pero solamente dentro de los lineamientos de este apéndice.

A.7.2.4 Paso 4

Los tamaños tentativos de imperfección admisibles son comparados con la Figura A-5, Nota 1, para determinar el tamaño máximo de imperfección permisible:

a max = 0.5t = 0.406 pulgadas

Para imperfecciones superficiales

a all,s,t ≤ a max

por lo tanto,

a all,s = a all,s,t = 0.360 pulg.

Para imperfecciones enterradas:

2a all,b,t > a max

por consiguiente,

2a all, b = a max = 0.406 pulg.

A.7.2.5 Paso 5

De acuerdo a la figura A-5, Nota 5, se consulta la tabla A-3 para determinar los límites de la longitud de imperfección admisible. Las dimensiones de las imperfecciones relevantes son registradas como sigue:

Para a/t = 0.25,

a1 = 0.25t = 0.203 pulg. 2c1 = 0.4D = 14.4 pulg. 2c2 = 4t = 3.25 pulg.

A.7.2.6 Paso 6

La relación D/t es registrada y comparada para su conformidad con la Tabla A-3, Note 2, de la siguiente manera:

D/t = 36/0.812 = 44.3 > 17

Por consiguiente, 2c2 es mantenido invariable.

A.7.2.7 Paso 7

La altura límite a1 para imperfecciones cortas (shallow imperfections), es comparada con el tamaño máximo de imperfección admisible para determinar si las imperfecciones mayores al 25% del espesor de pared del tubo son permitidas.

Para imperfecciones superficiales,

a1 < a all,s

2c 2,s = 2c 2 = 3.25 pulg.


Figura A-6 — Criterio de evaluación de interacción de imperfecciones

Caso 1

Caso 2

Caso 3

Caso 4

Caso 5

Existe interacción si

Si existe interacción, el tamaño de imperfección es

s < c1 + c2

s1 < c1 + c2 y

s2 < a1 + a2

s1 < c1 + c2 y

s2 < a1 + a2/2

d < a

s1 < c1 + c2 y

s3 < a1 + a2

ae = a2

2ce = 2c1 + s + 2c2

2ae = 2a1 + s2 + 2a2

2ce = 2c1 + s1 + 2c2

ae = 2a1 + s2 + a2

2ce = 2c1 + s1 + 2c2

ae = d + 2a

2ce = 2c

2ae = 2a3

2ce = 2c1 + s1 + 2c2


Para imperfecciones enterradas:

a1 < 2a all,b

2c 2,b = 2c 2 = 3.25 in.

Nota: Si el tamaño admisible de una imperfección superficial o enterrada ha sido menor que a1, el valor correspondiente de 2c2

debería ser igual a cero y el valor de a1 se reduciría al valor de aall correspondiente determinado en A.7.2.4.

Tabla A-3 — Límites en la longitud de imperfecciones

Relación de altura a espesor

de pared

Longitud de imperfección admisible, 2c

0 < a/t < 0,25 0,4 D

0,25 < a/t < 0,50 4t (ver nota 2)

0,50 < a/t 0

Nota:

1. Los límites dados en esta tabla se aplican para los valores mínimos de CTOD de 0,005 pulg ó 0,010 pulg, pero solamente dentro de los lineamientos de este apéndice.

2. Este valor es aplicable cuando D/t es mayor que 17. Figura A-7 es aplicable cuando D/t es menor ó igual a 17.

A.7.2.8 Paso 8

Se elabora una tabla de dimensiones de imperfecciones admisibles de acuerdo a la Tabla A-3. La Tabla A-4 representa un ejemplo de dicha tabla, usando las dimensiones admisibles y la notación de este ejemplo.

A.7.2.9 Paso 9

Las dimensiones aceptables para imperfecciones planas son determinadas a partir de las dimensiones admisibles substrayendo la tolerancia de error de la inspección de cada valor de profundidad y altura:

aacc = aall – [tolerancia de error de la inspección]

La Tabla A-5 muestra las dimensiones aceptables para imperfecciones planas correspondientes a este ejemplo.

A.7.3 EVALUACIÓN DE IMPERFECCIONES

La Tabla A-1 muestra los límites aceptables para porosidad, escoria y quemaduras de arco no reparadas. Como se indica en la nota de la tabla, la compañía podría elegir a tratar estas imperfecciones como imperfecciones planas y usar los mismos criterios de aceptación. En este ejemplo la compañía eligió no considerarlos de esa forma y empleó los tamaños determinados en la Tabla A-1. Los criterios de aceptación están dados en la Tabla A-6. El factor de precisión de la inspección no ha sido incluido en este caso debido a que el tamaño de las imperfecciones admisibles son realmente más pequeñas que los tamaños de imperfecciones tolerables (desde el punto de vista de tenacidad a la fractura) para imperfecciones planas.

La Tabla A-6 incluye también criterios de aceptación para quemadura de arco determin ados a partir de la Tabla A-2.

El inspector se lleva copias de la Tabla A-6 y de la Figura A-6 al lugar de trabajo y lleva a cabo los siguientes pasos para cada imperfección localizada en la placa radiográfica:

a. El inspector determina el tipo de imperfección y longitud a partir de la radiografía

b. El inspector compara el tipo y longitud con el criterio de aceptación de la Sección 9. Si las imperfecciones son aceptables, no se requerirá la reparación o remoción de las imperfecciones.

c. Si las imperfecciones no cumplen con el criterio de aceptación de la Sección 9, el inspector determina la altura de la imperfección (y la proximidad a la superficie, en el caso de las imperfecciones enterradas) con el empleo de una técnica auxiliar de inspección (si la técnica auxiliar permite medir también la longitud de la imperfección, la compañía puede decidir, al mismo tiempo, mejorar la estimación de la longitud de la imperfección).

d. El inspector compara las imperfecciones con la Figura A-6 para determinar si existen interacciones y si las imperfecciones enterradas nominales podrían ser tratadas como tales o como imperfecciones superficiales. Si existen interacciones con otras imperfecciones o superficies libres, el inspector deberá registrar los nuevos tamaños de imperfecciones efectivas como se muestra en la Figura A-6.


Nota: esta figura es aplicable solamente cuando 3 ≤ D/t ≤ 17 y 0,25 ≤ a/t ≤ 0,50

Figura A-7 — Límite de la longitud de imperfecciones profundas en tuberías de pared gruesa.

Tabla A-4 — Dimensiones admisibles de imperfecciones para el ejemplo tratado en el apéndice.

Imperfecciones superficiales Imperfecciones enterradas Altura Longitud admisible Altura Longitud admisible

0 - a 1,s 2 c1 0 - a 1,b 2 c1 a 1,s - a all,s 2 c2,s a 1,b - a all,b 2 c2,b

0 - 0,203 pulg. 14,40 pulg. 0 - 0,203 pulg. 14,40 pulg. 0,204 - 0,360 pulg. 3,25 pulg. 0,204 - 0,406 pulg. 3,25 pulg.

Tabla A-5 — Dimensiones aceptables de imperfecciones planas para el ejemplo tratado en el apéndice.

Imperfecciones superficiales Imperfecciones enterradas

Altura medida (pulg.)

Longitud admisible (pulg.)

Altura medida (pulg.)

Longitud admisible (pulg.)

0 - 0,153 14,40 0 - 0,153 14,40 0,154 - 0,310 3,25 0,154 - 0,356 3,25

> 0,310 0,00 > 0,356 0,00

D/t

2c/t

Aplicación sólo cuando 3 ≤ D/t ≤ 17

y 0,25 ≤ a/t ≤ 0,50


e. El inspector compara las dimensiones de las imperfecciones con la tabla A-6 para determinar la aceptación final. Si las imperfecciones son aceptables, no se requerirán reparaciones ni rebajes en el cordón. Pero el empleo de la tabla A.6 requiere que el tipo, ubicación y las dimensiones de las imperfecciones sean registradas y archivadas completamente. Si las imperfecciones no son aceptables, entonces será necesario reparar o remover las imperfecciones.

Tabla A-6 — Ejemplo de criterio alternativo de

aceptación.

Tipo de imperfección Rango de

alturas (pulg.)

Longitud aceptable

(pulg.)

Imperfecciones planas superficiales

0 - 0,153 0,154 - 0,310

14,400 3,250

Imperfecciones planas enterradas

0 - 0,153 0,154 - 0,356

14,400 3,250

Porosidada 0,203a 0,203ª

Escoria 0,203b 3,250

Quemón no reparado 0,203b 1,620

Quemadura de arco no reparada

1/16 b 5/16c

a Tamaño aceptable para todas las dimensiones b Altura aceptable c Ancho y longitud aceptable

A.8 Reparación Cualquier imperfección que no sea aceptable bajo los

criterios de este apéndice debe ser reparada o removida de acuerdo a las Secciones 9 y 10.

A.9 Nomenclatura a = máxima altura de una imperfección superficial o

la mitad de la altura de una imperfección

enterrada medida en una dirección radial (ver Figura A-8).

a* = tamaño de imperfección de referencia (ver Figura A-5).

a acc = tamaño aceptable de imperfección plana = a all – [error tolerado para la inspección]

a all = tamaño de imperfección admisible.

amax= tamaño máximo de imperfección admisible a e = tamaño de imperfección efectiva (ver Figura A-6).

a b = tamaño de imperfección enterrada.

a s = tamaño de imperfección superficial. a t = tamaño de imperfección tentativo

a 1 = altura límite de imperfección “shallow” B = espesor de la probeta CTOD.

2c1 = longitud máxima de imp erfección “shallow”.

2c2 = longitud máxima de imperfección profunda.

D = diámetro exterior de tubo.

d = profundidad de una imperfección enterrada medida respecto de la superficie libre más cercana (ver Figuras A-6 y A-8).

J = calor de aporte (heat input).

S* = severidad del espectro de fatiga

t = espesor de pared nominal del tubo.

δ = desplazamiento de la apertura del borde de la grieta (Crack-tip opening displacement “CTOD”), en pulgadas

δc = CTOD en cualquier condición de fractura instable o estallido de grieta sin evidencia de un crecimiento lento de la grieta.

δu = CTOD en cualquier condición de fractura instable o estallido de grieta con evidencia de crecimiento lento de la grieta.

δm = CTOD cuando se alcanza por primera vez la carga máxima.

Figura A-8 — Nomenclatura para dimensiones de imperfecciones superficiales y enterradas


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