La normativa ASTM A312
La normativa ASTM A312 es la norma de referencia para la fabricación de tubos de acero inoxidable realizados con o sin soldadura y deformados plásticamente en frío. La normativa abarca numerosos aspectos relacionados tanto con la geometría como con el material. En particular, define:
- La composición química: se define el rango de numerosos elementos, desde los principales para los aceros austeníticos, como el carbono, el cromo y el níquel, hasta elementos secundarios pero importantes para las características de resistencia del tubo, como el azufre, el fósforo, el manganeso y otros elementos.
- Las propiedades mecánicas: se realizan numerosas pruebas a partir de la caracterización a tracción y se enumeran los valores de esfuerzo de fluencia y rotura mínimos requeridos.
- El proceso de manufactura: se indican los procesos de producción de las diversas categorías de tubos disponibles.
- Tratamientos térmicos: se especifican las condiciones ambientales necesarias para realizar un tratamiento de recocido.
- Tolerancias: se indican las tolerancias tanto en el espesor del tubo (en relación con el diámetro) como en el diámetro exterior (en relación con la longitud y el tipo de tubo), además de la longitud misma del tubo.
Materiales para los tubos astm
Los materiales utilizados para la fabricación de tubos sin soldadura son los aceros austeníticos 304L y 316L. Estos materiales, como se ha visto en otros artículos, representan un punto fuerte para la fabricación de componentes en contacto con fluidos y, por lo tanto, sujetos a problemas de corrosión. La diferencia entre los dos materiales radica principalmente en el cromo, que varía entre el 18 y el 20% para el 304 y entre el 16 y el 18% para el 316, y en el níquel, que varía entre el 8 y el 13% para el 304 y entre el 10 y el 14% para el 316. Además, el tubo fabricado en acero austenítico 316L contiene también un porcentaje entre el 2 y el 3% de molibdeno, elemento necesario para favorecer la resistencia a la corrosión, especialmente si se trata de corrosión bajo tensión o corrosión por picadura (pitting).
Otras características de los tubos astm sin soldadura
En la ficha técnica de Intertubi, además de las características ya vistas sobre la composición química, es posible encontrar información relacionada con:
- La tolerancia: en particular, según el diámetro del tubo y la relación entre el espesor y el diámetro exterior (especialmente si dicha relación es mayor o menor al 5 %), es posible definir el rango en el que puede variar el espesor.
- Las propiedades mecánicas: se indican los datos relativos a la resistencia al límite elástico (170 MPa) y a la rotura (485 MPa) para ambos materiales utilizables en los tubos.
- La tolerancia sobre el diámetro: se observa que el margen de tolerancia positivo aumenta a medida que crece el diámetro, mientras que el margen negativo permanece constante y es de -0,8 mm.
Dentro de la sección dedicada del catálogo de Intertubi es posible encontrar las dimensiones y características fundamentales de los tubos sin soldadura. Además de las ya descritas, se incluyen:
- Diámetro: expresado en pulgadas, desde ½” hasta 8”. Es una característica fundamental para determinar el acoplamiento con la racordería hidráulica correspondiente.
- Diámetro exterior: expresado en milímetros según el sistema métrico, desde 21,34 hasta 219,10 mm. Es importante para determinar el espacio requerido durante la fase de diseño.
- Espesor de pared: varía entre 2,11 y 3,76 mm para la serie SCH10S, de 2,77 a 8,18 mm para la serie SCH40S y de 3,73 a 12,70 mm para la serie SCH80S. El aumento del espesor implica tanto un incremento del peso como de la rigidez del tubo.
- Peso: desde 1 hasta 19,94 kg para la serie SCH10S, de 1,26 a 42,49 kg para la serie SCH40S y de 1,62 a 64,57 kg para la serie SCH80S. Es una característica relevante en la fase de diseño, especialmente para los cálculos estructurales de los edificios donde se instalarán estos tubos.
Lo que se desprende del análisis de estas tablas es que existe una amplia variedad de productos fabricados, tanto en lo que respecta al peso como a las dimensiones posibles. Esto permite satisfacer las necesidades de todos los clientes, facilitando la adaptabilidad a distintos tipos de instalaciones, tanto civiles como industriales.
¿Por qué evitar la soldadura en los tubos?
La característica principal de estos tubos es que no se fabrican mediante procesos de soldadura, evitando así todos los problemas que este proceso conlleva. De hecho, el diseño y la realización de uniones soldadas representan siempre un desafío tanto para el diseñador como para el fabricante, ya que nunca es fácil determinar de antemano la resistencia de una junta soldada. La única forma de comprobarlo, también en el caso de los tubos, es mediante pruebas destructivas, siendo la alternativa más común diseñar considerando la posibilidad de defectos internos usando coeficientes de seguridad preventivos.
Los defectos que pueden encontrarse en una pieza soldada son numerosos y variados, y dependen de muchas causas:
- Defectos dimensionales: formación de convexidades que pueden generar roturas frágiles;
- Fusión incompleta: provoca una soldadura ineficaz y reduce la resistencia del componente;
- Penetración inadecuada: creando una ranura de tamaño inferior al espesor de los componentes que se están uniendo;
- Porosidad: puede generarse tras quedar atrapado el gas en el interior del metal fundido durante la soldadura;
- Inclusiones sólidas: atrapamiento de diversos tipos de impurezas que reducen la limpieza y la resistencia del componente soldado;
- Grietas: tanto en caliente como en frío, pueden ser causadas por diversos fenómenos como la dilatación térmica y la contracción volumétrica tras cambios de temperatura.
Estos son solo algunos de los defectos posibles, pero lo que se concluye, incluso valorando los beneficios que puede ofrecer la soldadura, es que la producción de tubos sin soldadura reduce significativamente los defectos y mejora la resistencia de las estructuras.
Profundización sobre los defectos de soldadura: el problema de las inclusiones
Como ya se ha introducido en el parágrafo específico, el proceso de soldadura es muy delicado desde el punto de vista tecnológico, ya que requiere operarios especializados y mucho cuidado en su aplicación. Entre los distintos tipos de defectos que pueden encontrarse en una soldadura, destacan:
- Las inclusiones gaseosas;
- Las inclusiones sólidas.
Las inclusiones gaseosas son vacíos que se generan dentro del cordón de soldadura debido al atrapamiento de gases que pueden tener orígenes diversos. En particular, los gases pueden desarrollarse durante la fusión del metal o del material de aporte. Además, pueden ser gases de protección utilizados durante la soldadura que quedan atrapados en el proceso. Las soluciones pueden ser múltiples, pero requieren mucho cuidado y atención, y el resultado no puede garantizarse al 100%. Por este motivo, los tubos sin soldadura representan una excelente solución para evitar este problema.
Las inclusiones sólidas, por otro lado, pueden aparecer debido a contaminaciones de la zona fundida durante la realización del cordón de soldadura. Al ser impurezas, constituyen un punto de rotura de la estructura, lo que empeora localmente las características mecánicas, además de actuar como puntos de inicio en posibles grietas. Sin duda, controlando el material de aporte y el proceso se puede mejorar este aspecto, pero el riesgo siempre está presente. También en este caso, queda bastante claro que, al no realizarse soldadura, los tubos sin soldadura parten con ventaja desde el punto de vista cualitativo.
Ventajas de los tubos sin soldadura
La estructura y las características de los tubos sin soldadura han sido ampliamente descritas en los párrafos anteriores, evaluando cuáles pueden ser los defectos que pueden presentarse y cuáles son los puntos fuertes que derivan de la eliminación del proceso de soldadura.
En este apartado se profundiza aún más en estos aspectos, destacando algunas de las posibles ventajas del uso de tubos sin soldadura. En particular, se pueden mencionar:
- mayor facilidad de instalación. Al eliminar la fase de soldadura, se reducen también las intervenciones de operadores especializados para el control e instalación, disminuyendo así las etapas de mantenimiento, los costes y los tiempos de puesta en servicio;
- mayor integridad estructural. El uso de soldaduras compromete parcialmente la estructura cristalina del tubo, modificando localmente su composición y alterando las propiedades tanto en la zona de fusión (ZF) como en la zona afectada térmicamente (ZAT);
- reducción de las fases de diseño y simulación. De hecho, gracias a las herramientas hoy ampliamente difundidas en el sector de la soldadura y de las estructuras mecánicas, es posible simular la estanqueidad y la resistencia de un conjunto. La soldadura, en comparación con una unión mecánica, presenta mayores dificultades que derivan principalmente de la variación microestructural introducida en el punto anterior.
Estas ventajas, aunque no son las únicas, pueden parecer menos evidentes que los defectos descritos en los párrafos anteriores, pero constituyen aspectos adicionales importantes a considerar durante el diseño y la elección de los tubos.
