Què és el tub de costura en espiral ASTM A139?
ASTM A139/A139M és l'especificació estàndard per a canonades d'acer soldades per fusió elèctrica-(arc)-en què la costura es forma helicoïdal, més comunament coneguda com a costura espiral o canonada soldada en espiral. L'especificació cobreix mides nominals de canonades de 4 polzades (NPS 4) i més grans, fabricades amb tira o bobina d'acer al carboni que es forma en una hèlix i s'uneix mitjançant soldadura d'arc submergit tant a la superfície interior com a l'exterior. Com que la costura discorre en diagonal a través de la canonada en lloc d'una única línia longitudinal, la canonada es comporta de manera diferent als productes soldats longitudinalment o sense costures en determinades condicions de càrrega, i els enginyers haurien d'entendre aquestes diferències abans d'especificar-les.
El tub de costura en espiral es va desenvolupar com una forma econòmica de produir tubs de gran-diàmetre a partir d'una cinta relativament estreta. La mateixa amplada de la bobina es pot formar en molts diàmetres diferents simplement canviant l'angle de l'hèlix, cosa que fa que el procés sigui molt flexible per a diàmetres no-estàndards. L'ASTM A139 reconeix quatre graus, designats A, B, C i D, per ordre d'augment del límit elàstic mínim. L'estàndard també cobreix tant la canonada d'extrem llisa com la de l'extrem bisellat, amb superfícies nues o recobertes segons acordin el comprador i el fabricant.
És important tenir en compte que la canonada ASTM A139 està destinada principalment al transport de líquids, vapor, gas o aire a pressions moderades i amb finalitats estructurals. No està pensat per a serveis d'alta-temperatura on es requereixi resistència a la fluència, ni és adequat automàticament per a un servei àcid. Aquestes aplicacions exigeixen especificacions diferents com ASTM A106, A333, API 5L o materials qualificats segons NACE MR0175/ISO 15156, i l'enginyer responsable ha de fer coincidir l'especificació amb les condicions reals del servei.
Designacions de grau i propietats mecàniques
Els quatre graus d'ASTM A139 es defineixen pel seu límit elàstic mínim i la seva resistència a la tracció mínima, tal com es mostra a les taules de la norma. En termes SI, els valors nominals utilitzats a tota la indústria són aproximadament:
| Grau | Resistència mínima de rendiment | Resistència a la tracció mínima | Servei típic |
|---|---|---|---|
| A | 205 MPa (30 ksi) | 330 MPa (48 ksi) | Aigua i drenatge a baixa pressió- |
| B | 240 MPa (35 ksi) | 415 MPa (60 ksi) | Aigua general i gas{0}}a baixa pressió |
| C | 290 MPa (42 ksi) | 435 MPa (63 ksi) | Línies de procés i d'aigua{0}}a pressió més alta |
| D | 315 MPa (46 ksi) | 455 MPa (66 ksi) | Servei hidràulic i estructural exigent |
Aquestes xifres són els valors citats amb més freqüència en la literatura tècnica i la documentació del projecte; el document rector de qualsevol contractació és sempre l'edició actual d'ASTM A139/A139M juntament amb l'ordre de compra. Com que l'especificació es basa en la química-en lloc de la forma-del producte-, el fabricant ha de demostrar el compliment mitjançant anàlisis de calor, proves de tracció, proves d'aplanament o flexió i una prova hidrostàtica a cada canonada, exactament tal com exigeixen les clàusules d'especificacions.
La composició química està controlada dins dels límits establerts per la norma. Carboni, manganès, fòsfor i sofre són els principals elements monitoritzats, i els límits es seleccionen de manera que el material es mantingui soldable amb els procediments convencionals. Per a aplicacions que requereixin una resistència addicional, el comprador pot complementar l'especificació base amb proves d'impacte Charpy V-, restricció de l'equivalent de carboni o examen ultrasònic, tot això s'hauria d'escriure a la consulta en lloc de suposar.
El procés de fabricació de costures helicoïdals
La producció de canonades de costura en espiral és contínua i altament mecanitzada. Una bobina de cinta d'acer al carboni-laminada en calent es desenrotlla, s'anivella i es retalla les vores-, i després s'introdueix a una màquina de conformació amb un angle d'hèlix controlat. Les vores es dobleguen progressivament de manera que la cinta forma un cilindre continu, i les vores de toc es solden mitjançant el procés d'arc submergit. Com que la costura no és paral·lela a l'eix de la canonada, tant les soldadures internes com les externes es dipositen al llarg de l'hèlix, per la qual cosa el procés també es coneix com a canonada espiral de soldadura d'arc submergit (DSAW) de doble cara.
L'angle de l'hèlix és una de les variables més importants del procés. Un angle més pronunciat produeix una longitud de costura més curta per unitat de canonada, però també augmenta la component de càrrega que ha de suportar la soldadura quan la canonada està a pressió. A la pràctica, l'angle s'optimitza de manera que la soldadura, que normalment és més forta que el metall principal, no sigui l'element limitant del disseny. Aquesta consideració geomètrica és la raó per la qual la canonada espiral pot aconseguir un comportament d'explosió comparable a la canonada longitudinal quan la qualitat de la soldadura és equivalent.
Els paràmetres de soldadura es controlen mitjançant sistemes de bucle tancat-que supervisen el corrent, la tensió, la velocitat de desplaçament i l'alimentació del fil. La zona de soldadura normalment s'examina mitjançant proves ultrasòniques automatitzades a banda i banda de la costura, i els extrems de la canonada es calibran mecànicament per restaurar la rodonesa després de la soldadura. Les toleràncies dimensionals per al diàmetre, el gruix de la paret, la rectitud i la perpendicularitat dels extrems es verifiquen amb l'estàndard, perquè la geometria deficient als extrems és una causa freqüent de problemes de soldadura en camp.
Proves i garantia de qualitat
Cada llargada de canonada ASTM A139 es sotmet a una prova hidrostàtica, en la qual la canonada s'omple d'aigua i es pressuritza al nivell calculat a partir del gruix de la paret i la resistència a la fluència del grau. La prova verifica l'estanquitat-de fuites i demostra que la soldadura i el metall de matriu poden suportar l'esforç del cèrcol requerit. Més enllà de la prova hidrostàtica, l'especificació requereix proves d'aplanament en mostres representatives, que revelen la solidesa i la ductilitat de la soldadura, i proves de tracció que confirmen la classificació de resistència del grau.
Quan la canonada es destina a un servei crític, els compradors solen afegir requisits addicionals: inspecció 100% ultrasònica de la soldadura, examen radiogràfic de soldadures de camp al lloc d'instal·lació, identificació positiva del material a cada calor o inspecció de tercers- amb proves presencials. És una pràctica estàndard a la indústria exigir certificats de prova de molí (MTR) que tracen cada calor de l'acer fins a les seves anàlisis químiques i els resultats de les proves mecàniques, donant a l'usuari final un registre auditable de qualitat.
Protecció de superfícies, manipulació i emmagatzematge
La canonada de costura en espiral surt del molí amb un acabat de molí que no ofereix protecció contra la corrosió a llarg termini{0}. Per al servei soterrat, la canonada s'ha de recobrir externament i el sistema de recobriment s'ha d'aplicar després que la superfície hagi estat netejada amb un gran-abrasiu fins a almenys Sa 2,5 i s'hagi donat un perfil de superfície adequat. Els sistemes habituals inclouen epoxi de fusió-, polietilè de tres-capes o polipropilè de tres-capes i sistemes de quitrà-de hulla o epoxi líquid en projectes antics. Els revestiments interns com el morter de ciment o epoxi líquid s'utilitzen quan el fluid transportat és corrosiu o on s'ha de mantenir l'eficiència del flux.
La disciplina d'emmagatzematge té un efecte directe sobre la vida útil de la canonada. Les canonades s'han d'emmagatzemar en un terreny pla amb fusta o goma per mantenir-les fora del sòl, apilar-les amb la posició de la costura de soldadura girada entre capes per evitar la càrrega puntual de la soldadura, i equipades amb taps protectors per evitar que l'aigua i els residus entrin en el forat. En entorns humits o costaners, els períodes d'emmagatzematge s'han de minimitzar o les canonades s'han d'emmagatzemar sota cobert, perquè les picades superficials que s'inicien en l'emmagatzematge no desapareixeran un cop soterrada la línia.
Consideracions sobre disseny i enginyeria d'aplicacions
La canonada de costura espiral s'utilitza àmpliament per a xarxes de transmissió d'aigua de gran-diàmetre, sistemes de reg, línies d'entrada i sortida d'aigua bruta, circuits d'aigua de refrigeració, embornals i pilotes, línies de dragatge i sistemes de recollida de gas de baixa-a-pressió a moderada. El seu avantatge de cost creix a mesura que augmenta el diàmetre, ja que el procés consumeix menys energia i material per unitat de canonada lliurada que la producció sense soldadura equivalent. Per a diàmetres superiors a aproximadament 24 polzades, la canonada de costura en espiral és sovint l'opció més econòmica disponible.
Els enginyers de disseny haurien d'avaluar tres punts abans d'especificar ASTM A139. En primer lloc, s'ha de comparar la pressió de funcionament amb la tensió permesa segons el grau i el codi de disseny aplicable, utilitzant la mateixa fórmula de gruix-de paret que per a qualsevol canonada soldada. En segon lloc, la presència de càrregues cícliques, moviment de terra o corrosió externa hauria de provocar requisits addicionals de duresa i inspecció. En tercer lloc, s'ha de planificar el mètode d'unió al camp: la soldadura a tope-del tub de costura en espiral segueix les mateixes regles de qualificació del procediment que qualsevol canonada d'acer al carboni, però la ubicació de la costura als extrems s'ha de gestionar de manera que la soldadura helicoïdal no creï concentracions d'esforç a la intersecció de la soldadura de circumferència.
Preguntes freqüents
ASTM A139/A139M és l'especificació estàndard per a canonades d'acer soldades per fusió elèctrica-(arc)-en què la costura es forma helicoïdal, més comunament coneguda com a costura espiral o canonada soldada en espiral. L'especificació cobreix mides nominals de canonades de 4 polzades (NPS 4) i més grans, fabricades amb tira o bobina d'acer al carboni que es forma en una hèlix i s'uneix mitjançant soldadura d'arc submergit tant a la superfície interior com a l'exterior. Com que la costura discorre en diagonal a través de la canonada en lloc d'una única línia longitudinal, la canonada es comporta de manera diferent als productes soldats longitudinalment o sense costures en determinades condicions de càrrega, i els enginyers haurien d'entendre aquestes diferències abans d'especificar-les. El tub de costura en espiral es va desenvolupar com una forma econòmica de produir tubs de gran-diàmetre a partir d'una cinta relativament estreta. La mateixa amplada de la bobina es pot formar en molts diàmetres diferents simplement canviant l'angle de l'hèlix, cosa que fa que el procés sigui molt flexible per a diàmetres no-estàndards. L'ASTM A139 reconeix quatre graus, designats A, B, C i D, per ordre d'augment del límit elàstic mínim. L'estàndard també cobreix tant la canonada d'extrem llisa com la de l'extrem bisellat, amb superfícies nues o recobertes segons acordin el comprador i el fabricant. És important tenir en compte que la canonada ASTM A139 està destinada principalment al transport de líquids, vapor, gas o aire a pressions moderades i amb finalitats estructurals. No està pensat per a serveis d'alta-temperatura on es requereixi resistència a la fluència, ni és adequat automàticament per a un servei àcid. Aquestes aplicacions exigeixen especificacions diferents com ASTM A106, A333, API 5L o materials qualificats segons NACE MR0175/ISO 15156, i l'enginyer responsable ha de fer coincidir l'especificació amb les condicions reals del servei.
L'estàndard aplicable depèn del producte i servei: API 5L per a canonades de línia, ASTM A53 i A106 per a canonades d'acer al carboni, ASTM A312 i A213 per a acer inoxidable i sèrie ASME B16 per a dimensions i accessoris; l'ordre hauria de nomenar l'estàndard i la seva edició.
Les mides oscil·len entre el forat petit i el gran diàmetre segons l'estàndard del producte, amb el gruix de la paret expressat en números de programació de SCH10 a XXS o en mil·límetres; l'ordre indica el diàmetre exterior, el gruix de la paret i la longitud.
Hi ha disponibles graus d'acer al carboni com ara API 5L B a X70 i ASTM A106 B, acers aliats i graus inoxidables com 304/304L, 316/316L i dúplex, cadascun amb propietats mecàniques i químiques certificades.
Cada lot es prova per a la composició química, les propietats mecàniques, les dimensions i la integritat de la pressió, amb proves hidrostàtiques i un examen no-destructiu segons la norma, i el certificat documenta els resultats.
Hi ha superfícies pintades, envernissades, oliades, galvanitzades o revestides de negre, amb extrems llisos, bisellats o roscats; Els taps de plàstic i els protectors d'extrem d'acer protegeixen la canonada durant el transport.
