REQUISITOS DE PRUEBAS DE IMPACTO En Aceros al Carbón y Bajamente Aleados

Antecedentes

Antes de la Adenda 87 de la Sección VIII, División 1, las prueba de impacto en los aceros al carbón y bajamente aleados no era requerida para recipientes diseñados a temperaturas de –20°F y superiores. Comenzó a crecer una preocupación por las fallas frágiles aunque el registro del comportamiento de los recipientes construidos de acuerdo a los requisitos del Código hubiera sido excelente. Las pocas fallas frágiles que habían ocurrido, principalmente habían tenido lugar durante las pruebas hidrostática.

Las reglas de tenacidad a las entallas corrientes están basadas en la teoría de la mecánica de la fractura clásica lineal (LFEM) y a una completa revisión de las pruebas de tenacidad en los materiales; y ahora estas tienen en cuenta totalmente la extensiva buena

experiencia y la baja incidencia de la fractura frágil en la industria de recipientes a presión.

Características de la Prueba de Impacto

La tenacidad a las entallas de un material es una función de: La temperatura

El espesor El esfuerzo

La Mínima Temperatura de Diseño del Metal (MDMT) UG-20(b) – la mas baja temperatura a la cual el recipiente estará expuesto durante el servicio.

MDMT – Tiene que ser marcada en la placa de datos del recipiente con la presión coincidente.

El rango central de las reglas de pruebas de impacto es un conjunto de curvas de excepción de la prueba de impacto las cuales agrupan los aceros comúnmente usadas dentro de cuatro categorías en términos de la MDMT como una función del espesor del componente.

Las curvas de excepción están basadas en la transición abrupta en la tenacidad que exhiben los aceros.

Para un acero dado, cuando la MDMT esta sobre o arriba de la curva de excepción, la demostración de la tenacidad por medio de la prueba de impacto no es requerida.

Prueba de Impacto

UG-84 describe los procedimientos que deben ser usados si la prueba de impacto es requerida. Se debe asumir que el impacto es requerido a no ser que una excepción pueda ser encontrada en la Sub-Sección A o C, UG-84 también dice que los procedimientos y aparatos deben estar conforme a los requisitos de SA-370

Prueba de Impacto

Vea UG-84 Prueba de Impacto en Especimenes tipo Viga Simplemente Apoyadas (Pruebas Tipo Charpy)

UG-84 (C)(4)(b), Prueba de Impacto Charpy

UG-84(c)(4)(b) establece que para los materiales de la Tabla UCS-23 y/o aceros

Inoxidables resistencia a la tensión mayor o igual a 95,000 PSI, y los materiales de

Reglas para la Prueba de Impacto

Para los aceros al carbón y bajamente aleados, siempre se tiene que asumir que la prueba de impacto es requerida. Una vez esto ha sido asumido, las excepciones pueden ser determinadas. De esta manera, se un error es cometido, este será hecho en el lado seguro.

UG-20(f) Excepciones

La prueba de impacto no es obligatoria para materiales P-1 grupos 1 o 2 si: El espesor nominal es

- < ½ pulgada para material listados en la curva A de la Fig.UCS- 66.

- < 1 pulgada para material listados en las curvas B, C o D de la Fig. UCS-66

El recipiente completo deberá ser probado hidrostáticamente de acuerdo a UG- 99(b), (c) O (k).

La temperatura de diseño no es mayor de 650°F ni mas fría que – 20°F (temperatura de operación ocasionales menores de –20°F son aceptables si son debidas a las estaciones).

Las cargas de choque, térmicas o cíclicas no son un factor que controle el diseño (ver UG-22)

UCS-66 Materiales

A no ser que de otra manera sea exceptuado, la prueba de impacto es

requerida para la combinación de la mínima temperatura de diseño del metal y el espesor que caiga por debajo de la curva asignada para ese material. Si la combinación temperatura – espesor esta sobre o arriba de la curva

apropiada, la prueba de impacto del material base no es requerida. Partes tales como cuerpos, boquillas, entradas de hombre, parches de

refuerzo, bridas, placas tubulares, tapas planas, y anexos esenciales para la integridad estructural del recipiente, cuando son soldados a componentes que retengan presión, deberán ser evaluados individualmente por los requisitos de impacto.

Figura UCS-66

Basados en la especificación del material, la prueba de impacto puede no ser requerida si:

Una combinación de la mínima temperatura de diseño del metal y el espesor esta arriba de la curva aplicable en la Fig. UCS-66.

El espesor a ser usado en la Figura es determinado por las definiciones en UCS- 66(a), 1-3.

UCS-66(a) Definiciones

El espesor definido en UCS-66(a) cae en cuatro categorías. Estas son: Fundiciones

Materiales diferentes a fundiciones que son pegados por soldadura a tope Materiales diferentes a fundiciones que son pegados por uniones de esquina. Partes no-soldadas diferentes a fundiciones tales como tapas planas atornilladas.

UCS-66(a)

Indiferentes de la especificación del material, la prueba de impacto siempre será requerida:

Cuando el espesor gobernante de cualquier junta soldada exceda 4 pulgadas y la MDMT<120°F, luego un material con prueba de impacto tiene que ser usado. Para cualquier componente que exceda 6” de espesor pegado por tornillos si la

mínima temperatura de diseño es menor de 120°F.

UCS-66(b), Reducción

UCS-66(b) permite el uso de la Fig. UCS-66.1 para poder reducir adicionalmente la temperatura encontrada en la Fig. UCS-66.

Además, UCS-66(b) coloca dos restricciones para poder usar la Fig. UCS-66.1 Estas son:

El recipiente tiene que estar en servicio estacionario.

La mínima temperatura de diseño del metal no puede ser menor de –50°F, a no ser que la relación entre el esfuerzo actual en tensión y el

esfuerzo admisible sea menor que 0.4, en cuyo caso, la prueba de impacto no es requerida y la temperatura de –50°F no es aplicable.

La prueba de impacto es requerida para todos los materiales que estén a menos de –50°F a no ser que la relación entre los esfuerzos actuales y los esfuerzos admisibles sean 0.4 o menos, en cuyo caso la prueba de impacto no es requerida

hasta temperaturas tan bajas como –150°F.

UCS-66(c), Excepción

UCS-66(c) establece que las bridas de acero ferritico ANSI-B-16.5 usadas a temperatura de diseño del metal mayor o igual que –20°F, no requieren pruebas de impacto. Estas excepción puede también aplicar

para los accesorios ANSI-B-16.11. UCS-66(d), Excepción

UCS-66(d) permite una excepción de la prueba de impacto para los materiales menores de 0.098 pulgadas de espesor y para las tuercas siempre y cuando ninguno de estos sea usado por debajo de –50°F.

UCS-66(e)

UCS-66(e) dice que las marcas del fabricante en los materiales requeridas por la especificación del material no deberán ser estampadas

con letra de golpe en placas de menos de ¼” de espesor, ano ser que las excepciones sean cumplidas.

A no ser que especificaciones este exceptuando por la Fig. UCS-66, los materiales que tengan una resistencia mínima especificada a la cedencia

mayor de 65 k si tienen que tener prueba de impacto.

UCS-66(g)

Los materiales que tienen prueba de impacto por requisitos de la especificación de materiales efectuado por el fabricante del material no necesitan ser re-probados por el Fabricante del recipiente o de la parte, para una MDMT no menor que la temperatura requerida para la prueba

de impacto en la especificación de materiales.

Espesor Gobernante para la Prueba de Impacto.

El espesor a ser usado en la Fig. UCS-66 se determina por las definiciones en UCS-66(a)(1-3)

UCS-66(a)(1) Partes Soldadas:

(a) – juntas a tope – el espesor nominal de la junta soldada más gruesa (b)– juntas a esquina – la más delgada de las partes unidas

(c) – tapas planas – el máximo entre la más delgada de las dos partes o t/4

Las pruebas de impacto es requerida para cualquier componente soldado cuyo espesor gobernante excede de 4” y cuya MDMT<120°F

El espesor gobernante para las fundiciones es el mayor espesor nominal de la fundición.

UCS-66(a)(3)

El espesor gobernante de las partes no soldadas (p. Ej. Bridas atornilladas, placas tubulares, tapas planas) es el espesor del componente plano dividido por 4

(t/4). Si el espesor gobernante de la parte no soldada es >6” y la MDMT <+120°F, materiales con prueba de impacto tienen que ser usados. El espesor usado en la Fig. UCS-66 esta en la condición no corroída

UCS-67 Pruebas de Impacto a los Procedimientos de Soldadura

Pruebas a las Especificaciones de los Procedimientos de Soldadura UCS-67(a)

Soldaduras Hechas Con Metal de Aporte – el metal soldado debe tener prueba de impacto según UG-84 cuando:

(1) – cualquiera de los metales base tenga que tener prueba de impacto (2) – se estén uniendo materiales con prueba de impacto (Tabla UG-84.3) o

metales base de las curvas C o D, y –50°F<MDMT<-20°F, (a no ser que los consumibles de soldaduras hayan sido clasificados por pruebas de impacto a una temperatura no mas tibia que –50°F de acuerdo a la especificación

SFA aplicable)

(3) – se estén uniendo materiales cuya especificación requiera prueba de impacto [ UCS-66(g) para MDMT<-50°F

Soldaduras Hechas Sin El Uso de Metal de Aporte – tiene que tener prueba de impacto cuando:

El espesor en la soldadura > ½” para todas las MDMT El espesor en la soldadura > 5/16” y la MDMT < +50°F NOTA: Esto no incluye materiales para Tubos y Tubería ERW.

UCS-67(c)

La zona afectada por el calor de la soldadura HAZ debe tener prueba de impacto cuando:

(1) el metal base requiere prueba de impacto

(2) las soldaduras tengan un pase individual > ½” de espesor, y la MDMT < +70°F

(3) se estén uniendo materiales con prueba de impacto [UCS-66(g)] para una MDMT < -50°F

UCS-67(d)

Pruebas de impacto a la Producción del recipiente de acuerdo con UG-84(i) puede ser obviadas para cualquiera de las siguiente condiciones:

(1) metales de soldadura que estén uniendo metales base que estén exceptuados de pruebas de impacto por UCS-66 y la MDMT>-20°F

(2) metales de soldadura definidos en UCS-67(a)(2) [Curvas C/D o especificaciones con prueba de impacto y –50°F<MDMT<-20°F] o (a)(3) [especificación con prueba de impacto y MDMT<-50°F]

(3) La HAZ en aceros exceptuados de prueba de impacto por UCS-66 excepto cuando aplique UCS-67(c)(3) [especificación con prueba de impacto y MDMT<-50°F

UCS-68 Diseño

UCS-68 permite una reducción en la temperatura de 30°F para la mínima temperatura de diseño del metal cuando el PWHT sea efectuado y este no sea requerido por otra parte del Código. Esto es aplicable únicamente a materiales P1.

Zone Affected Heat

UNF-65

Recuerde, existen otros requisitos diferentes a los establecidos para los aceros al carbón. Por ejemplo, los materiales no –ferrosos, la prueba de impacto no es requerida para:

Aleaciones de aluminio formadas si se usan a, o arriba de –452°F.

Cobre y aleaciones de cobre, níquel y aleaciones de níquel y fundiciones de aleaciones de aluminio si se usan a, o arriba de –325°F

Titanio y zirconio cuando se usan a, o arriba de –75°F.

UHA-51 Pruebas de Impacto – Materiales Altamente Aleados UHA-51 fue revisado completamente en la Adenda 94 El párrafo esta organizado en la siguiente manera: Requisitos de la Prueba

UHA-51(a) Espécimen, el criterio de aceptación y los requisitos para la re-prueba para los metales base, la soldadura y la HAZ.

Nota: La errata en UHA-51(a)(3) – la primera oración contiene la frase “.... pero no menor que 0.10 pulg... “y debe ser”.... pero no menor que 0.010 pulgadas UHA-51(b) Requisitos para la soldadura y la HAZ

UHA-51(c) Requisitos especiales para tratamientos térmicos Excepciones a la Prueba

UHA-51(d) Metales base y la HAZ UHA-51(e) Soldaduras

UHA-51(f) Soldaduras ( de producción) del recipiente UHA-51(g) Excepción por bajo esfuerzo

UHA-51 Requisitos de Impacto para Materiales Base

Son requeridas las pruebas de impacto Para los Aceros Altamente Aleados (Inoxidables)?

Si No Si No No No Si Si 1) Ferriticos 2) Cr/Ni C>0.10% 3) Cr/Ni>AISI Materiales 304, 304L, 316, 316L, 347, Temp.>- 325°F UHA-51(a) Temp.>- 425°F UHA-51(a) No se requieren pruebas UHA-51(a) UHA-51(b)(6) Pruebas – para el Material Base – La Pruebe el WPS UG-84(h)

UHA-51 Requisitos de Impacto, Materiales de Soldadura No Si No Si Si No Si -150°F>Temp.>-325°F Procesos

SMAW, GTAW, GMAW

Contenido de Carbón <0.10% Proceso = SMAW No se requieren Pruebas de Producción Pruebe el Metal Soldado Pruebe el WPS No

UHA-51(c) Metal Base

UHA-51(c) Requiere Prueba de Impacto cuando los Tratamientos Térmicos son efectuados NOTA: Estos Requisitos Prevalecen Sobre las Otras Excepciones En UHA-51.

Cuando los tratamientos térmicos sean efectuados como sigue, las pruebas de impacto son requeridas a la temperatura mas fría entre 70°F o la MDMT:

(c)(1) SS Austeniticos: 900°F a 1650°F

(c)(2) SS dúplex austeniticos – ferriticos: 600°F a 1750°F (c)(3) SS ferriticos al cromo: 800°F a 1350°F

Cambio en la Adenda por venir:

(c)(4) SS martensiticos al cromo: 800°F a 1350°F

Clasificación de los Aceros Inoxidables

Como fue brevemente descrito en la Sección 2 de este seminario, los aceros inoxidables están subdivididos dentro de cinco clasificaciones: austeniticos cromo –

níquel, austeniticos cromo – manganeso - níquel, dúplex austeniticos – ferriticos, ferriticos, y martensiticos. Ejemplos de materiales de acero inoxidable típicos en la

Sección VIII, División 1 podrían ser clasificados como sigue:

Stainless Steel

CLASIFICACIÓN NOMBRE COMUN DE LA