Determinacion Del Ensayo de Impacto

 V CONGRESO Ingeniería Mecánica

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Danfer De la la Cruz Carrasco

Fallas en los Materiales O

Las Fallas de materiales y componentes fabricados pueden ocurrir de dos maneras: O O

O

Dúctil Frágil

 ASME da las reglas para ensayos de impacto para determinar la capacidad para resistir a la fractura frágil. 2

Fallas en los Materiales O

Las Fallas de materiales y componentes fabricados pueden ocurrir de dos maneras: O O

O

Dúctil Frágil

 ASME da las reglas para ensayos de impacto para determinar la capacidad para resistir a la fractura frágil. 2

Características que afectan la resistencia a la fractura frágil O

Las propiedades propiedades mecánicas y la composición composición química del: O O O

Metal base. Metal de Soldadura. Componente soldado.

Espesor. O Esfuerzos aplicados. de l metal. meta l. O Temperatura del O

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 Fractura Frágil

O

Falla de un Recipiente a Presión durante la Prueba 4 Hidrostática

Reglas del Código ASME O

O

La falla del recipiente se inicio en una discontinuidad en la soldadura y la baja temperatura del liquido durante el ensayo hidrostático.  Ante el problema el código ASME establece determinar la susceptibilidad del material al comportamiento comportamiento frágil.

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Reglas del Código ASME O

Dos criterios para evitar la fractura frágil: O

O

Primero: Determinar si el material (a la temperatura diseñada) requiere ensayo de impacto o puede entrar en servicio sin ser ensayado.

Segundo: Si falla el primer criterio y el material necesita ser ensayado por impacto, los resultados deben cumplir con los requerimientos del código. 6

Operaciones a Baja Temperatura O

 ASME sección VIII Div 1. O Párrafos UCS-65 a UCS-68 dan los requerimientos para aceros al carbono y baja aleación. Párrafo UHT-6 dan los requerimientos para  Aceros mejorados con tratamiento térmico.

O

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Reglas del Código ASME O

O

El ensayo de Impacto es requerido a menos sea exceptuado por el código. Excepciones a los ensayos de impacto se describen en la Subsección C para cada tipo de material.

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Reglas del Código ASME O

Cuando no se exceptúa, el ensayo de impacto debe ser realizado por el método Charpy en V de acuerdo a UG-84, el cual puede incluir ensayos en: O O O

Materiales bases. Materiales de soldadura. Componente soldado.

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Principio del Método de Ensayo Charpy en V  O

O

UG-84 describe el procedimiento a ser usado si se requiere ensayo de impacto en materiales y soldadura. El procedimiento y el equipo en conformidad con SA-370 o ISO 148. O

Se incluye la Calibración del equipo.

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Principios del Método de Ensayo Charpy en V

11

Principios del Método de Ensayo Charpy en V

Nota: (1) Vea UG-84(c) para espesores de especímenes de tamaño reducido.

Fig. UG-84 Simple Beam Impact Test Specimens (Charpy Type Test) 12

Principios del Método de Ensayo Charpy V  O

Un  “set”  esta compuesto de 3 especímenes.

O

El ensayo determina: O

O

O

La energía absorbida en Ft-lbs requerida para romper el espécimen. La expansión Lateral (mils), medida después de la rotura. Fractura es frágil o dúctil.

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Principios del Método de Ensayo Charpy en V

Lateral Expansion: ∆W= Wf  – Wi Wi = Ancho Original antes de la fractura. Wf = Ancho final después de la fractura.

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Principios del Método de Ensayo Charpy en V Muesca (Notch)

Área de Corte (Mate = Dúctil)

Comparador del Porcentaje de Corte

(ASTM E23) Área de Corte (Brillante = Frágil)

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Determinemos si el ENSAYO de IMPACTO es requerido

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Sección VIII Div 1 - Diagrama de Flujo para Determinar las Excepciones al Ensayo de Impacto Parte UCS  –  Materiales de Acero al Carbono y baja Aleación

UG-20(f) Exceptuado

Basado en P & Gr No., UCS-66(a), Espesores, Temperatura, Cargas & Métodos de Ensayo de Presión

No Exceptuado

Exceptuado

* UCS-66(a) Fig. UCS-66

Basado en el Espesor Nominal por UCS-66(a) y MDMT

No Exceptuado

Exceptuado

UCS-66(b) Fig. UCS-66.1

Basado en el ratio:

treq (E)(1) tnom-C.A.

No Exceptuado

Ensayo de Impacto Requerido por UG-84

(1)

Min. 80%

*NOTA: Vea UCS-68(c) para adicional reducción del MDMT para materiales P- N○. 1 cuando no mandatario PWHT es realizado.

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Excepciones por los párrafos del código UG-20(f). O O

O

Limitado para materiales P-N .1, Gr.1 o 2. Espesores no deben exceder: O 13mm para materiales de la curva A. O 25mm para materiales de las curvas B, C o D. El recipiente debe ser ensayado hidrostáticamente.

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Excepciones por los párrafos del código UG-20(f)(cont.) O

O

La temperatura de diseño no mayor a 345 °C ni menor a -29°C Cargas de choque térmico, mecánico y cíclicas no deben controlar el diseño.

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Sección VIII Div 1 - Diagrama de Flujo para Determinar las Excepciones al Ensayo de Impacto Parte UCS  –  Materiales de Acero al Carbono y baja Aleación

UG-20(f) Exceptuado

Basado en P & Gr No., UCS-66(a), Espesores, Temperatura, Cargas & Métodos de Ensayo de Presión

No Exceptuado

Exceptuado

* UCS-66(a) Fig. UCS-66

Basado en el Espesor Nominal por UCS-66(a) y MDMT

No Exceptuado

Exceptuado

UCS-66(b) Fig. UCS-66.1

Basado en el ratio:

treq (E)(1) tnom-C.A.

No Exceptuado

Ensayo de Impacto Requerido por UG-84

(1)

Min. 80%

*NOTA: Vea UCS-68(c) para adicional reducción del MDMT para materiales P- N ○. 1 cuando el no mandatario PWHT es realizado.

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UCS-66 Materiales O

O

Fig. UCS-66 es usado para determinar el MDMT y establecer si aplican las excepciones al ensayo de impacto. El ensayo de impacto es requerido por una combinación de Mínima Temperatura de Diseño (MDMT) y espesor, los cuales están por debajo de la curva asignada al material.

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22

Temperatura en el cual el componente puede ser usado sin ensayo de impacto (MDMT) .

Ingrese al gráfico por este eje usando el espesor nominal

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UCS-66 Materiales UCS-66(a) (cont.) O Cada parte del recipiente deben ser evaluados en forma individual. Ejemplo: Casco, Cabezal, boquillas, entrada de hombre, plancha de refuerzo, bridas, tube sheets, tapas planas, plancha de respaldo (si permanecen) y accesorios esenciales para la integridad estructural del recipiente que se sueldan al componente.

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UCS-66 Materiales UCS-66(a) (cont.) evaluación para los requerimientos del O La ensayo de impacto es basado en cada individual material: O O O

Clasificación. MDMT. Espesor.

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26

27

UCS-66(a)(1) Espesor Gobernante. O

Excepto fundiciones, el espesor gobernante estará de acuerdo a lo siguiente: O

O

Juntas a tope (excepto cabezales planos y tube sheets) el espesor gobernante es el espesor mas grueso de la junta a unir.

Juntas en esquina, a filete o traslape, el mas fino de las dos piezas a unir.

28

UCS-66(a) Espesor Gobernante. O

Ensambles soldados compuestos de mas de dos componentes (ejm. Boquilla al casco unido con una plancha de refuerzo), debe determinarse el espesor gobernante y MDMT de cada junta individual, la mas alta temperatura del ensamble debe ser usado como MDMT.

29

30

UCS-66(a) Espesor Gobernante. O

Espesor gobernante de cabezales conformados (no soldados), el mayor espesor entre: la parte plana de la brida dividido entre 4 o el mínimo de la parte conformada. Parte conformada

T/4

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Sección VIII Div 1 - Diagrama de Flujo para Determinar las Excepciones al Ensayo de Impacto Parte UCS  –  Materiales de Acero al Carbono y baja Aleación

UG-20(f) Exceptuado

Basado en P & Gr No., UCS-66(a), Espesores, Temperatura, Cargas & Métodos de Ensayo de Presión

No Exceptuado

Exceptuado

* UCS-66(a) Fig. UCS-66

Basado en el Espesor Nominal por UCS-66(a) y MDMT

No Exceptuado

Exceptuado

UCS-66(b) Fig. UCS-66.1

Basado en el ratio:

treq (E)(1) tnom-C.A.

No Exceptuado

Ensayo de Impacto Requerido por UG-84

(1)

Min. 80%

*NOTA: Vea UCS-68(c) para adicional reducción del MDMT para materiales P- N ○. 1 cuando no mandatario PWHT es realizado.

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UCS-66(b) Reducción del MDMT sin Ensayo de Impacto. O

(b) Cuando la relación coincidente indicada en la figura UCS-66.1 es menor a uno. O

La relacion coincidente es basado en los espesores del t requerido y el t nominal sin CA.

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Entre en el gráfico por el eje vertical , usando el ratio de esfuerzo (entre 0 -1)

 Valor de reducción permitido que puede ser descontado a la temperatura del gráfico previo.

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UCS-66(b) Reducción del MDMT sin Ensayo de Impacto. O

Recipientes con MDMT mayores o iguales a -48oC, la MDMT determinada puede ser reducida por la Fig. UCS-66.2 O

Debe cumplirse lo indicado en UCS-66(b) 1,2 y 3.

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UCS-66(b) Reducción del MDMT sin Ensayo de Impacto. O

Fig. UCS-66.1 puede también ser usado para ciertos componentes no sometidos a tensiones. Ejemplo: Cabezales planos, tapas, tubesheets y bridas (incluido tuercas y pernos).

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UCS-66(b) Reducción del MDMT sin Ensayo de Impacto. O

O

Para MDMT menores a -40oC los ensayos de impacto son requeridos para todos los materiales excepto lo permitido en UCS-68(c). Para MDMT menores a -48oC y no menor a -105oC con una relación coincidente menor o igual a 0.35, ensayo de impacto no es requerido.

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Sección VIII Div 1 - Diagrama de Flujo para Determinar las Excepciones al Ensayo de Impacto Parte UCS  –  Materiales de Acero al Carbono y baja Aleación

UG-20(f) Exceptuado

Basado en P & Gr No., UCS-66(a), Espesores, Temperatura, Cargas & Métodos de Ensayo de Presión

No Exceptuado

Exceptuado

* UCS-66(a) Fig. UCS-66

Basado en el Espesor Nominal por UCS-66(a) y MDMT

No Exceptuado

Exceptuado

UCS-66(b) Fig. UCS-66.1

Basado en el ratio:

treq (E)(1) tnom-C.A.

No Exceptuado

Ensayo de Impacto Requerido por UG-84

(1)

Min. 80%

*NOTA: Vea UCS-68(c) para adicional reducción del MDMT para materiales P- N○. 1 cuando el no mandatario PWHT es realizado.

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UCS-68(c) Excepción cuando PWHT es realizado. O

O

Si tratamiento térmico post soldadura (PWHT) es realizado cuando no es requerido, una reducción de 17oC a la temperatura del ensayo se puede permitir para materiales P-N 1. El resultado de la excepción puede ser de -48oC.

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Temperatura que puede ser usado por el recipiente sin ensayo de impacto.

41

Si no es posible exceptuar el ensayo de impacto O

O

O

Debemos realizar ensayo de impacto de acuerdo a UG-84. Evaluar el uso de materiales bases con buena tenacidad. La soldadura y el elaboración del PQR deben seguir lo requerido en UG-84(f). 42

Soldadura  Tenacidad en la ZAC  – 

O

O

Durante la soldadura el material base adyacente a la línea de fusión experimenta varios cambios debido a la temperatura. Esta zona es llamada ZAC y esta compuesta de varias subzonas.

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Soldadura - Zona ZAC

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Soldadura - Zona ZAC O

O

O

O

Zona de grano grueso tiene estructura bainítica y martensítica con alta dureza y baja tenacidad. Zona de grano fino con buena tenacidad. Zona intercrítica, parcialmente transformada. Presenta incrustaciones duras y frágiles. Zona subcrítica, no difiere mucho del metal base.

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Soldadura  Calor de Aporte  – 

O

O

O

O

El ancho de la ZAC aumenta con el incremento del Calor de aporte y el precalentamiento. La zona de grano grueso aumenta con el incremento de la ZAC.  Altos calores de aporte reducen la tenacidad. Bajos calores de aporte mejoran la tenacidad.

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Soldadura  Calor de Aporte  – 

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Soldadura  Dureza en la ZAC  – 

O

O

O

O

La zona de grano grueso tienen altos valores de dureza . Bajos calores de aporte aumentan la dureza. Si los valores máximos de dureza son requeridos, deben ser controlados. Propiedades de Tenacidad inversamente proporcionales.

y Dureza

son

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Soldadura  Dureza en la ZAC  – 

49

Consideración en soldadura O

Emplée bajo calor de aporte, siga recomendaciones del fabricante del acero.

O

Use cordones rectos no oscilantes.

O

Use multipases en vez de pases simples.

O

O

O

las

 Adecuado precalentamiento. Temper Bead en el último pase. Realice Post calentamiemto permitido por el fabricante.

(PWHT)

si

es 50

Temper Bead

51