Norma ASTM B163 de tubos de condensador e intercambiador de calor de aleación de níquel

¿Qué es la ASTM B163?

ASTM B163 es la especificación estándar para tubos de condensador e intercambiador de calor sin costura de níquel y aleaciones de níquel. La publica ASTM International — organización de reconocimiento mundial que elabora normas técnicas para materiales, productos, sistemas y servicios. Depende del comité ASTM B02 de metales y aleaciones no férreos y la mantiene el subcomité B02.07 de níquel y cobalto refinados y sus aleaciones. La especificación remite además a la ASTM B829, que recoge los requisitos generales de las tuberías y tubos sin costura de níquel y aleaciones de níquel, incluidos los de ensayo, inspección, certificación, marcado y embalaje.

¿Qué distingue a la B163 de otras especificaciones de tubo de aleación de níquel, como la B161, la B167 o la B444? La B163 está orientada a una aplicación concreta. Está redactada específicamente para tubos que van a mandrinarse, expandirse o curvarse en placas tubulares y codos en U dentro de intercambiadores de calor y condensadores. Esa orientación aplicada introduce 3 requisitos que no figuran en las especificaciones de tubo de uso general:

• 1. Tabla de radios mínimos de curvatura, que varían según la aleación, el diámetro exterior del tubo, el espesor de pared y el estado de suministro.
• 2. Ensayos de expansión y abocardado, que verifican que cada extremo de tubo puede mandrinarse en la placa tubular sin agrietarse.
• 3. Tubos de mayor límite elástico (para el Inconel 600 y la serie Incoloy 800), que ofrecen un rango de límite elástico controlado para determinados diseños de condensador de alta presión.

El tubo B163 se dimensiona por diámetro exterior y espesor de pared, medio o mínimo. Suministramos este tipo de tubo en diámetros exteriores de 6 a 457 mm, espesores de pared de 1 a 65 mm y longitudes de hasta 22 m.

Radios mínimos de curvatura para la fabricación de tubos en U

Aquí está el rasgo singular de la B163. La tabla 5 de la norma fija el radio de curvatura más cerrado admisible en la fabricación de tubos en U, en función del diámetro exterior del tubo, del espesor de pared medio, de la familia de aleación y del estado de suministro. Por debajo de esos límites se corre el riesgo de agrietamiento en el extradós (la cara exterior de la curva) o de abolladura en el intradós (la cara interior).

El tubo recocido admite curvas más cerradas que el tubo con alivio de tensiones. Por ejemplo, en un tubo de hasta 1/2 pulgada (12.7 mm) de diámetro exterior y 0.046-0.057 pulgadas (1.17-1.45 mm) de espesor de pared, el radio mínimo de curvatura en estado recocido es de 1-3/16 de pulgada (30.2 mm), mientras que con alivio de tensiones es de 1-1/4 de pulgada (31.8 mm).

Nota:Estos radios se aplican a todas las aleaciones salvo la N08810, la N08801 y la N08811. En el tubo de pared mínima, calcule primero el espesor de pared medio equivalente a partir de la tabla de tolerancias y utilice después la tabla 5. El radio de curvatura se mide en la línea central del tubo.

Tratamiento térmico del tubo ASTM B163

Los requisitos de tratamiento térmico varían según la aleación. Los tubos de níquel puro y de Monel 400 se recuecen en atmósfera protectora a temperaturas más bajas (1300-1600 °F / 700-870 °C en el níquel y 1300-1700 °F / 700-925 °C en el Monel). El Inconel 600 y la serie Incoloy 800 requieren temperaturas de recocido superiores.

En el Incoloy 800H (N08810) y el 800HT (N08811), el recocido debe producir un tamaño de grano ASTM 5 o más grueso. Ese crecimiento de grano controlado no es un defecto: es precisamente el mecanismo que confiere a estos tubos su resistencia a la rotura por fluencia por encima de 1100 °F (593 °C). Un grano más fino sacrificaría la resistencia a largo plazo a alta temperatura.

El tubo con alivio de tensiones conserva la resistencia residual del trabajo en frío. La temperatura de alivio de tensiones —habitualmente 525-900 °F / 275-480 °C en el níquel— elimina las tensiones residuales sin recristalizar por completo la estructura granular. La B163 exige que, en el tubo con alivio de tensiones y extremos recocidos, la probeta de tracción se tome de la zona con alivio de tensiones, y no de los extremos recocidos.

Requisitos de ensayo e inspección

Los ensayos de la B163 van más allá de lo que exige una especificación de tubo de uso general. Además del ensayo de tracción y de la prueba hidrostática estándar, la B163 añade un ensayo de abocardado en cada longitud aleatoria de tubo, requisito que verifica directamente si el tubo soporta el proceso de mandrinado en la placa tubular.

Ensayo de tracción

Una probeta por lote, ensayada en dirección longitudinal. Se prefiere la probeta tubular de sección completa. Cuando el tubo es demasiado grande para la máquina de ensayo, se emplea una probeta longitudinal plana. El límite elástico se mide con desviación del 0.2 %.

Ensayo de abocardado

Un extremo de cada longitud aleatoria de tubo se abocarda sobre un mandril cónico. El diámetro exterior del extremo expandido debe aumentar sin que aparezcan fisuras, grietas ni otros defectos visibles. El ensayo reproduce las tensiones que se generan al mandrinar el extremo del tubo en el orificio de la placa tubular. Ninguna otra especificación de tubo de aleación de níquel (B161, B165, B167 o B444) lo exige como ensayo estándar: es exclusivo de la B163.

Prueba hidrostática o ensayo no destructivo (END)

Cada tubo debe superar la prueba hidrostática o un ensayo de corrientes inducidas conforme a ASTM E571. En la prueba hidrostática, la presión de ensayo sigue P = 2St/D, donde S es la tensión admisible en la fibra conforme a la B829. Se rechaza el tubo que presente fugas. Cuando se emplea el END, el patrón de calibración utiliza un taladro de diámetro no superior a 0.031 pulgadas (0.79 mm).

Ensayo de dureza (tubo con alivio de tensiones y extremos recocidos)

En el tubo con alivio de tensiones suministrado con extremos recocidos, el ensayo de dureza Rockwell se realiza sobre la superficie interior, cerca de uno de los extremos. Con ello se comprueba que la zona con alivio de tensiones mantiene la dureza objetivo y que el recocido del extremo no se ha extendido al cuerpo del tubo.