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Fabricación-Tratamiento térmico

...... La cañería ya soldada essometida a una eliminación del exce-so de soldadura por el exterior e inte-rior. A veces el cordón de soldadura esforjado en frío para lograr un estructuracristalina y propiedades similares alresto de la cañería.Luego se corta a lamedida. Opcionalmete, la cañería pue-de ser sometida a tratamiento térmi-co, decapado y acabado de superficie.

La cañería sin costura es fa-bricada por procedimientos totalmentediferentes. Básicamente se comienzapor fabricar un cuerpo cilíndrico huecomediante la acción de un mandril so-bre una porción cilíndrica delacero(billet) previamente calentado alrojo, alojada dentro de un molde, has-ta perforarlo(pierce). Luego este cuer-po hueco, siempre al rojo, esestirado(draw) empujándolo y con unmandril en su interior, a través de unorificio de menor diámetro. Alternativa-mente puede ser sometido a la acciónexterior, en caliente, de rodillosrotantes excéntricos que reducen el diá-metro de la cañería que avanza y querota sobre su eje, mientras que en suinterior se mantiene un mandril paraajustar el diámetro interno(pilgering).También puede usarse un proceso deextrusión en caliente.

Para ciertos casos se opta porprocesos de estirado o de pilgering enfrío, los que conducen a obtener unmejor acabado de la superficie y unamayor precisión de las medidas y pro-piedades mecánicas mejores. Es ne-cesario incluir etapas de enderezadopara asegurar la linealidad de la cañe-ría. Luego se corta a la dimensión de-seada. Opcionalmente se incluyen eta-pas de tratamiento térmico y de deca-pado.

Tratamiento térmico

Cuando el proceso de fabricación involucra un calenta-miento del material a temperaturas altas, ya sea el total de lapieza(cañerías sin costura) o en zonas localizadas(cañeríacon costura), se produce un cambio estructural del metal quemodifica tanto sus propiedades mecánicas como sus propie-dades de resistencia a la corrosión.

La norma específica de una cañería, diseñada para unaaplicación particular, se preocupa de este especto, especifi-cando el tratamiento térmico necesario según el material.

En general el tratamiento térmico combina a lo menos,las etapas de (1)calentamiento, (2)mantención de la pieza auna temperatura y (3)enfriamiento. Dependiendo de la finali-dad del tratamiento térmico varían tanto las temperaturas re-comendadas para cada etapa como la duración de cada eta-pa y muy importante en la etapa de enfriamiento, la velocidadde enfriamiento.

Los tipos de tratamientos se conocen por nombres pro-pios tales como:

Recocido a disolución (solution annealing):se calienta el material a una temperatura adecuada duranteun tiempo adecuado para lograr que algunos componentespasen a la disolución sólida, seguido de un enfriamientorápido para que éstos permanezcan en disolución.Revenido (tempering):recalentamiento de un material previamente normalizado oendurecido y templado, a una temperatura inferior de la detransformación y luego enfriado a una velocidad adecuadaNormalizado (normalizing):calentamiento de un material a una temperatura superior ala de transformación y enfriado al aire hasta un temperturamuy inferior a la de transformaciónTemplado (quenching):enfriamiento rápidoAliviado de tensiones (stress relieving):calentamiento a una temperatura apropiada, manteniendopor un tiempo suficiente para reducir las tensiones y luegoenfriando lentamente para evitar tensionamiento.Envejecido (ageing):cambio en las propiedades de un material a temperaturaambiente o levemente elevada después de un forjado encaliente, tratamiento térmico o forjado en frío. Puede a

veces deberse a un cambio de fases(precipitación).

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Pruebas y ensayos

Las cañerías son sometidas a una serie de pruebas y ensayos durante su proceso de fabricacióny una vez terminadas, según sean las exigencias de la norma particular, orientada a un tipo de aplicaciónpuntual. Hay ciertas exigencias y pruebas básicas que son comunes a muchas normas particulares, por

lo que se resumen en una norma general (ASTM A530).

Pruebas mecánicas

El detalle y la descripción de las pruebas mecá-nicas, se resumen en la norma ASTM A370. Cada nor-ma particular especifica cuáles de estas pruebas sonnecesarias:* Pruebas de tensión:consiste en determinar el ‘’límite elástico’’(cuando elmaterial se deforma en un cierto %), la ‘’tensión de rup-tura’’ (cuando el material se rompe), la ‘’elongación’’(%de alargamiento en el punto de ruptura) y la ‘’reducciónde área’’(% de reducción en el punto de ruptura).* Pruebas de flexión:determina la ductilidad del material frente a ensayos dedoblado.* Pruebas de dureza:Determina la resistencia del material a la penetración ypuede correlacionarse con la tensión de ruptura. Esca-las comunes son dureza Brinell(HB) y durezaRockwell(HR) especificando la escala B o C ( ejemploescala C se indica HRC).* Pruebas de impacto(Charpy V-notch):Para aceros que pierden la ductilidad a baja temperatu-ra y se vuelven quebradizos. Puede especificarse valo-res mínimos requeridos de energía absorbida en elimpacto(lateral), apariencia de la fractura, expansión la-teral observada o una combinación de éstos a una tem-peratura especificada. También puede requerirse ensa-yos en un rango de temperaturas, para determinar tem-peraturas de transición a la cuál se alcanza una deter-minada energía absorbida en el impacto o apariencia dela fractura.* Pruebas de manipulación:Se relaciona con la ductilidad necesaria para las opera-ciones de fabricación en que se utilizará el productotubular. Estos ensayos son: ‘’prueba de aplastamien-to’’, ‘’prueba de aplastamiento inverso’’, ‘’prueba de com-presión’’, ‘’prueba de pestañado’’, ‘’prueba derebordeado’’, ‘’prueba de doblado’’.

Prueba hidrostática

Cada tira de cañería es sometida a unaprueba hidrostática que produce en la pareduna tensión no inferior al 60% del límite elás-tico mínimo especificado para ese material(aceros al carbono y aceros aleados ferríticos)o 50% del límite elástico mínimo especifica-do (aceros aleados austeníticos). La presiónhidróstática aplicada y la tensión resultantese relacionan por la fórmula de Barlow:

P=2St/Den que

P = presión hidrostática (psi o Mpa)S = tensión en la pared de la cañería (psi oMpa)t = espesor de pared nominal (pulgadas o mm)D = diámetro externo (pulgadas o mm)

Independientemente de los valores de presiónhidrostática calculados de la fórmula deBarlow, rigen los siguientes límites máximosde presión hidrostática usados:

2500 psi (17.0 Mpa) para D ≤ 3.5 pulgadas

2800 psi (19.0 Mpa) para D > 3.5 pulgadas

la cañería es mantenida a la presión de prue-ba a lo menos 5 segundos sin que se produz-can fugas. La costura debe ser inspaccionadaen toda su longitud.

El cliente puede solicitar otros valores de pre-sión de prueba y acordarlos con el fabrican-te.

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Otros ensayos

Ensayos no destructivos

En reemplazo de las pruebashidrostáticas puede recurrirse a ‘’ensayos conultrasonido’’ (se marca UT) para detectar fallasen la aleación o ‘’ensayos por corrientes enremolino’’(se marca ET) para detectardiscontinuidades en el metal.

Estas pruebas se aplican después decada etapa de procesado mecánico de la ca-ñería, tratamiento térmico o enderezado.

Un ensayo por rayos X de las costuraspuede ser requerido por el usuario (se marcaRT).

Ensayo de composición

Muchas normas especifican el análisisquímico del material de la colada para asegu-rar al cliente que el acero está dentro de lanorma en cuanto a composición. El número demuestras por lote a analizar está explícitamente

establecido.

Ensayo de corrosiónintergranular

La norma ASTM A262 da los detallesde estos ensayos aplicados a acerosausteníticos para determinar su susceptibilidada la corrosión intergranular, mediante la acciónde diversas soluciones corrosivas de ensayo(práctica A, B, C, E, F).

Algunos ensayos permiten clasificarvisualmente los resultados como aceptable ono-aceptable. Otros en cambio dan informacióncuantitativa en base a pérdida de peso, quepermite determinar la susceptibilidad relativa ala corrosión intergranular, de diferentes mate-

riales.

Ensayo de tamaño de grano

El tamaño de grano se determina por observa-ción al microscopio de una muestra debidamente pu-lida y atacada, con una disolución corrosiva adecua-da, del acero o aleación.

El tamaño de grano determina una serie de pro-piedades mecánicas de resistencia del material (re-sistencia a la fractura, resistencia a la fatiga), siendoa veces conveniente un tamaño de grano fino y otrasveces un tamaño de grano grueso. El tamaño de gra-no está íntimamente relacionado con el tratamientotérmico aplicado al material. Los detalles de ensayo yevaluación de los resultados está descritos en la nor-

ma ASTM E112.

Medidas y tolerancias

Las medidas de diámetro, espesor de pared ypeso/metro de cañerías en USA, han sidoestandarizadas por la ANSI, existiendo dos tablas demedidas complementarias ANSI B 36.10 y ANSI B36.19. Los diámetros externos en pulgadas son diá-metros nominales(NPS), siendo el diámetro real siem-pre mayor que el NPS hasta NPS< 14’’.

Los espesores de pared son expresados enun número arbitrario llamado Schedule (SCH), cuyaequivalencia en pulgadas o mm varía según el NPSde la cañería. De este modo el espesor SCH 10 noes igual en cañerías de pequeño diámetro que encañerías de mayor diámetro.

Dentro de la norma general A530 se especifi-ca tolerancias de peso de cañerías(+10%, -3.5% has-ta NPS 12’’; +10%, -5% sobre NPS 12’’), toleranciade espesor de pared( + (15 - 20)%, - 12.5% segúnNPS), variación de diámetro interno( +0, - 1/16’’), va-riación de diámetro externo( +(0.015’’ - 0.187’’), -0.031’’según NPS), variación de longitud( + - 1/4’’),