Guía para ingenieros en las áreas de inspección de tuberías, mantenimiento y corrosión

INTRODUCION

Este documento sirve de guía para ingenieros y técnicos nuevos en las áreas de inspección de tuberías, mantenimiento y corrosión.

Mi experiencia fue adquirida en la refinería de Barrancabermeja; donde el inspector no se limita únicamente a la medición de espesor si no que realiza inspección visual a todo los componentes y tiene que emitir recomendación si es requerida por ese motivo este documento inicia con un repaso sobre el temas de metales y soldaduras.

En este documento Inicialmente se hace un agradecimiento especial a ingenieros que colaboraron transmitiendo conocimientos, seguidamente se hace descripción de los ACEROS más utilizados, su clasificación y propiedades. Enseguida, se presenta la definición de los procesos de SOLDADURA , la denominación de los electrodos, problemas comunes encontrados en uniones soldadas, tablas con material de aporte para soldar aceros al carbón, cromo, aceros inoxidables Austeniticos, Ferriticos, Martensiticos, aleaciones base niquel, aluminio, corrosión, métodos para controlar la corrosión.

Información referente a tuberías que es un tubo, componentes para tubería, que es un circuito de tubería, tablas de tuberías finalmente todo lo referente a inspección de tuberías.

La parte teórica que describe el documento son basados en los conocimientos prácticos, han sido adquiridos a través de la experiencia obtenida, cursos recibidos por el autor durante 20 años de permanencia en la Refinería de Barrancabermeja.

Por lo tanto el análisis e interpretación de la información aquí suministrada es responsabilidad expresa del autor.

Existen muchas tuberías de diferentes materiales pero este documento trata únicamente de tuberías metálicas.

DANIEL TOLOSA G Técnico inspector SENIOR

ELEMENTOS BASICOS DE LOS ACEROS

DEFINICIÓN E IMPORTANCIA

Los aceros son aleaciones Fe-C que presentan en su composición química contenidos de carbono no mayor al 2%. Existe una gran variedad de aceros al carbono con un amplio r ango de propiedades físicas y mecánicas, dependiendo de los contenidos de silicio, manganeso, molibdeno, cromo y vanadio. Son las aleaciones de acero mas económicas y de amplio uso en el mercado especialmente en la fabricación de estructuras.

En la medida que se necesito obtener aleaciones de acero con mejores propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión y oxidación, se incrementaron las adicciones de cromo y molibdeno, dando paso a los aceros de media y baja aleación.

Los aceros INOXIDABLES son aleaciones base hierro que contienen al menos 11% de CROMO. Ellos obtienen características de INOXIDABLE debido a la formación de una capa de oxido invisible y muy adherente, rica en cromo (cromita Cr 2 O3 ) que aísla el acero de los contaminantes del medio ambiente y lo autoprotegen, especialmente del oxigeno. De allí su nombre de inoxidable. Por tal razón se le puede denominar AUTOPASIVANTE.

A los ACEROS INOXIDABLES se les puede agregar mas cromo u otros elementos para darles una característica o propiedad particular. Tales elementos pueden ser: Níquel, Molibdeno, Cobre, Titanio, aluminio, Tantalio, Columbio, Niobio, Silicio, Nitrógeno, azufre, y el selenio.

Como se trata de un ACERO, contiene por ende CARBONO, el cual normalmente esta presente desde 0.2% hasta 1.1% en peso.

Los elementos que se agregan solos o combinados, en diversas proporciones definen la importancia de cada tipo de inoxidable, porque le dan propiedades especificas que los distinguen de los demás. Las propiedades, que se deben tener en cuen ta cuando se van a SELECCIONAR los aceros inoxidables, están relacionadas con la resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación y sulfatación, facilidad de fabricación, resistencia a la abrasión, resistencia mecánica y resistividad eléctrica.

Sin embargo, la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas, son los factores mas importantes por los cuales un diseñador escoge un ACERO INOXIDABLE.

CLASIFICACION DE LOS ACEROS

Los aceros son comúnmente divididos en 6 grupos:

1. Aceros para maquinaria

2. Aceros al carbono

3. Aceros de baja y media aleación.

4. Aceros inoxidables Austeniticos

5. Aceros inoxidables Ferriticos.

6. Aceros inoxidables Martensiticos

7. Aceros inoxidables Dúplex (ferritico-austenitico)

Aceros para maquinaria

· Laminado en caliente

· Calibrado en proceso similar al trefilado.

· Torneado

· Recocido: Viene con dureza 180-220 HB

· Bonificado: Viene con dureza 280-320 HB Aceros al carbono para temple y revenido S1035 – S1040 – S1045

Acero de resistencia media, tratados térmicamente por temple convencional en aceite, permite obtener durezas de 55-58 HRC.

Aplicaciones

· Herramienta agrícola

· Pernos, ejes, tornillos grado 5

Aceros al carbono para temple y revenido S 4140 – S4337 – S4340

Aceros de gran templabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga, viene en estado Bonificado con 30-32 HRC Aplicaciones

Tornillería de alta resistencia grado 8, bielas para motores, ejes de transmisión.

Tratamientos Térmicos

Para un buen rendimiento de la herramienta, además de la selección adecuada del acero, importa mucho que el tratamiento térmico sea apropiado.

Recocido

Se utiliza para ablandar el material y dejarlo optimo para el mecanizado.

Temple

Se utiliza para darle dureza al material y así elevar las propiedades mecánicas.

Revenido

Se efectúa inmediatamente después del temple para alivio de tensiones.

Normalizado

Se utiliza para homogenizar la estructura después de un mecanizado fuerte.

Tratamientos térmicos de los aceros para herramientas

Como logra un buen tratamiento térmico

· Dar relevo de tensiones luego del mecanizado.

· Tener un buen acabado superficial.

· Evitar aristas vivas.

· Respetar las temperaturas de temple y tiempo de inmersión al baño.

· Evitar cambios bruscos de espesores y secciones.

· Luego del temple revenir antes que la pieza llegue a temperatura ambiente.

· Analizar el tamaño y la forma de la pieza para su correcta colocación en el baño y el medio ambiente.

Factores que intervienen para que la herramienta no tomen la dureza requerida

Cuando no toman dureza:

1. No calentar a una temperatura lo suficientemente elevada.

2. No enfriar con la rapidez requerida, especialmente cuando se emplean hornos al vació.

3. Descarburizacion de la superficie del metal lo cual causa una superficie suave

4. Retención de austenita como resultado de un calentamiento a temperaturas excesivamente altas, o por tener metal carburizado.

5. Mezcla accidental de grados de acero.

AISI / SAE 1020

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y CARACTERÍSTICAS MECANICAS:

TEMPERATURAS DE TRATAMIENTO TERMICO

AISI / SAE 1045

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y CARCTERISTICAS MECANICAS

TEMPERATURAS DE TRATAMIENTOS TERMICOS

AISI / SAE 8620

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y CARCTERISTICAS MECANICAS

TEMPERATURAS DE TRATAMIENTO TERMICO

AISI / SAE 4340

COMPOSICIÓN QUÍMICA Y CARACTERÍSTICAS MECANICAS

TRATAMIENTOS TERMICOS

AISI / SAE 420

COMPOSICIÓN QUÍMICA

TRATAMIENTO TERMICO

ACEROS AL CARBONO

GENERALIDADES

Los ACEROS AL CARBONO, pueden definirse simplemente como aleaciones de hierro y carbono (Fe-C), las cuales no contienen mas de 2.0% de carbono. Desde 1920, una gran variedad de aceros han sido desarrollados para múltiples usos.

Todos ellos son básicamente aleaciones base Hiero Carbono, pero algunos difieren en su contenido de carbono, mientras otros contienen otros elementos como aleantes. De esta manera se han producido varias clases de aceros , con un amplio rango de características y propiedades físicas y mecánicas, indispensables para los requerimientos específicos de muchas aplicaciones industriales.

Todos los procesos modernos de la manufactura del acero al carbono, parten del hierro fundido, el cual es transformado en acero por la oxidación de impurezas con el aire. El Carbono, si licio y Manganeso son removidos por oxidación, pero el fósforo y azufre requieren un proceso de oxidación básica. Los principales métodos de fabricación del acero para subsiguiente rolado o forjado son: Open Herat básico, básico eléctrico, oxigeno básico y ácido bessemer. Cada proceso de estos requiere de una carga de materiales especiales, fundición de hierro con chatarra o sencillamente chatarra. El tipo de material a usar depende de la composición química y características del acero a obtener.

TIPOS DE ACERO AL CARBONO

En la mayoría de los procesos de fabricación de los aceros al carbono, la reacción primaria es la combinación del Carbono y Oxigeno para formar un gas. Si el oxigeno disponible para esta reacción no es removido antes o durante el moldeado por adicción de Silicio, Aluminio o cualquier otro desoxidante, los productos gaseosos se quedan dentro del baño metálico. El control eficiente de estos gases determinan la calidad del acero y por lo tanto el tipo de acero. Si no queda gas atrapado en el metal, se le conoce como acero MUERTO o Killed Stell. Si alguna cantidad de gas queda inmersa en el acero este se llamara Acero semi muerto (Semi -Killed Stell) y si no se efectúa desoxidación el acero se llamara acero Rimmed. Los desoxidantes actúan mas eficientemente cuando el acero llega a 1600ºC.

KILLED STELL (70000 psi desoxidado y pasivado).

Este tipo de acero es completamente desoxidado y esencialmente no hay evolución de gas durante el proceso de solidificación. Consecuentemente se forma una cavida d o burbuja grande en la parte superior del molde, la cual es removida del acero para obtener un acero muy puro.

Este tipo de acero presenta una composición química muy uniforme si se compara con otros tipos de acero. Contiene alrededor de 0.25% de carbono , 0.10% de Silicio mínimo y algunos con pequeñas cantidades de aluminio, puesto que este es desoxidante.

Los mas conocidos son: A-200, A-515, A-516, A-517.

SEMI KILLED STELL (60000 psi )

Este acero presenta una pequeña variación en su composición. El es parcialmente desoxidado con silicio, Aluminio o ambos, pero no se consigue una suficiente retención de evolución del gas, así que la zona superior del molde presentara las concavidades mas grandes en donde parcialmente se aloja el gas y en el resto las ca vidades son mínimas especialmente hacia las zonas de alta solidificación. Estos aceros contienen entre 0.15% y 0.25% de Carbono y aproximadamente 0.05% de Silicio. En laminas la mas conocida en la GCB es A -285.

RIMMED STELL

Existe una marcada diferencia entre la composición química de estos aceros en toda su longitud en un lingote. Las cantidades de carbono, Azufre, fósforo e inclusiones no metálicas se concentraran en el centro del molde. Mientras un promedio mas bajo de estos alean ates se encuentran en la parte exterior del lingote. Una marcada evolución de gas durante la solidificación ocurre en los extremos del molde. Cuando la solidificación empieza, la concentración de elementos se incrementa en el liquido, mientras las burbujas se concentran en la parte solidificada.

Estos aceros normalmente contienen menos de 0.25% de Carbono, menos de 0.60% de Manganeso y 0.01% de Silicio máximo. El patrón de la estructura de los RIMMED STELL se conserva durante el rolado y sus inclusiones se deforman a lo largo de la laminación. Su tamaño y ubicación definen la calidad del rimmed stell. En laminas la mas conocida en la GCB es la A – 283.

VENTAJAS TECNOLÓGICAS

La mayor aplicación a nivel mundial en la mayoría de los servicios, esta dada para los aceros al carbono. Su ventaja competitiva se basa en su costo y facilidad de fabricación, porque se dispone de materia prima en abundancia.

El diseño de las aleaciones de baja y media aleación y de los inoxidables, marcaron un suceso extraordinario en el ámbito mundial, porque estos aceros empezaron a poseer cualidades importantes por encima de los aceros al carbono. Las características que se tuvieron en cuenta para ir dándole especificas aplicaciones, fueron las siguientes:

· Resistencia a la corrosión

· Resistencia a la sulfidación y oxidación.

· Alta resistencia mecánica a temperatura ambiente

· Alta resistencia mecánica a alta temperatura.

· Manejabilidad y tecnología de fácil fabricación

· Facilidad de limpieza

· Ductilidad

· Estabilidad de las propiedades altas temperaturas

· Resistencia a la abrasión y a la erosión

· Tenacidad

· Reflectibilidad

· Propiedades magnéticas

· Conductividad térmica

· Expansión térmica

· Resistividad Eléctrica

· Rigidez

Tecnológicamente los aceros están disponibles en diferentes formas:

Platinas, Laminas, barras, foil, alambr es, alambrones, forjados, fundiciones, tubería en sus tres formas (Tubes, Pipes, Tubing).

Estos productos están agrupados, de acuerdo con la AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM) en las siguientes normas:

Laminas y platinas ASTM A-283, A-285, A-515, A-516, A-335 y A-240. Barras de acero en AISI 1010, 1020, 4120,4340, ASTM A -479. Elementos forjados en ASTM A-181, A-105, A-473.

Tubería TUBE en ASTM A-178, A-179, A-213, A-333, A- 249, A-268, A269, A 511, A-632, A-668, A- 771 y A-791.

Tubería PIPE en ASTM A-53, A-106, A-312, A-376, A-409, A-430, A-731, A-813 y A-814. Accesorios ASTM A-234, A-193, A194.

El A 333 es usado en planta de Etileno para manejo de productos a temperaturas bajo cero viene en grados 3 y 6, el grado 6 es soldable con E 7018 -1 no requiere tratamiento térmico; el grado 3 es saldable con 8018 C2 requiere tratamiento térmico.

USOS DE LOS ACEROS AL CARBONO

Se utilizan para el manejo de derivados del petróleo a relativas bajas temperaturas, crudo con bajos contenidos de azufre y ácidos orgánicos (menor de 1% en peso de azufre), vapor, diferentes tipos de aguas (industrial, condensada, potable), gases de combustión a baja temperatura etc.

Su temperatura de uso se limita hasta 600ºF en ambientes con bajos contenidos de oxigeno.

Los aceros al carbono no pueden ser utilizados en servicios de alta presión con hidrógeno, servicios de alta temperatura o en fluidos de alta peligrosidad. Son débiles ante las bacterias de agua industrial, ácido naftenico.

SOLDABILIDAD

Los aceros al carbono tienen alta capacidad para combinarse entre si y con otras aleaciones. Cuando se van a soldar entre si, no hay que tomar especiales medidas de precaución, ni se debe tener preocupación por la estabilidad de la zona soldada; en general el acero se define como bien SOLDABLE.

Los factores que mas influyen para su soldabilidad son la composición química porque al calentarse y enfriarse rápidamente no se producen grandes alteraciones de sus propiedades. Existen algunas limitaciones en donde hay que realizar trat amiento térmico de relevo de esfuerzos en servicios especiales y cuando se sueldan formas irregulares o altos espesores.

El metal de aporte y la zona afectada por el calor no reviste alteraciones profundas y en general se conservan propiedades mecánicas, de impacto, de resistencia a la corrosión, tenacidad y ductilidad.

Soldaduras recomendadas para aceros al carbón, aceros al Níkel, aceros base Cromo, Níkel Cobre, para bajas temperaturas de servicio