Norma ASTM B829 de tuberías y tubos sin costura de aleación de níquel

¿Qué es la ASTM B829?

La ASTM B829 es la especificación de requisitos generales que aporta el marco técnico común a todas las especificaciones de tuberías y tubos sin costura de níquel y aleaciones de níquel del comité B02. Consolida los requisitos que, de otro modo, se repetirían en cada una de las 16 especificaciones de producto, desde la B161 (tubería y tubo de níquel 200/201) hasta la B729 (tubería y tubo de aleación 20).

Cuando la B829 entra en conflicto con la especificación de producto, prevalece esta última. Esta jerarquía deja en la especificación de producto la autoridad final sobre los requisitos propios de cada grado, mientras que la B829 aporta el marco común de dimensiones, ensayos, ensayos no destructivos y certificación.

Especificaciones de producto gobernadas por la ASTM B829

La B829 se aplica a 16 especificaciones ASTM de tuberías y tubos sin costura de aleación de níquel. Cada una cubre una familia de aleaciones y unas condiciones de servicio concretas.

Cuando se especifica una tubería o un tubo sin costura de níquel conforme a la B161, la B163, la B167, la B407, la B423, la B444 o cualquier otra especificación cubierta, las tolerancias dimensionales, los procedimientos de ensayo no destructivo, la fórmula de la prueba hidrostática y los requisitos de certificación proceden de la B829.

ASTM B829 frente a A1016 y B751: requisitos generales del níquel frente a los del acero inoxidable

Tres especificaciones de requisitos generales gobiernan familias de producto distintas. Saber cuál se aplica resulta esencial para especificar correctamente.

La diferencia clave entre la B829 y la A1016 está en la base de la tensión en la fibra de la prueba hidrostática. La B829 emplea el menor de dos valores: 2/3 del límite elástico mínimo o 1/4 de la resistencia a la tracción mínima. Se trata de un doble criterio más conservador, que tiene en cuenta la mayor tasa de endurecimiento por deformación de las aleaciones de níquel.

Requisitos de ensayo (apartado 5)

El apartado 5 de la B829 define cinco métodos de ensayo. Solo se aplican uno o varios de ellos cuando así lo establece la especificación de producto o el pedido de compra.

Ensayo de abocardado (apartado 5.1)

La probeta se abocarda con una herramienta de expansión de 60° de ángulo cónico hasta que el diámetro exterior aumenta un 30 %. La probeta abocardada no debe agrietarse a través de la pared. Ese 30 % de expansión es más exigente que la tabla escalonada de la A1016 (del 21 al 68 % según la relación DI/DE), porque las aleaciones de níquel presentan mayor ductilidad y capacidad de endurecimiento por deformación.

Prueba hidrostática (apartado 5.2)

Cada tubería o tubo se ensaya a una presión interna de 1000 psi (6.9 MPa), siempre que la tensión en la fibra —calculada mediante P = 2St/D— no supere la tensión admisible. La tensión admisible S es el menor de dos valores: 2/3 del límite elástico mínimo especificado con desviación del 0.2 % o 1/4 de la resistencia a la tracción mínima especificada. La presión de ensayo se mantiene al menos 5 segundos. Previo acuerdo, se admite ensayar por encima de 1000 psi.

Ensayos no destructivos: corrientes inducidas y ultrasonidos (apartado 5.3)

El ensayo de corrientes inducidas se realiza conforme a ASTM E426 o E571, con un taladro de 0.031 in. (0.79 mm) o una entalla de profundidad igual al 12.5 % del espesor de pared o a 0.004 in. (0.1 mm), el valor que resulte mayor. El ensayo por ultrasonidos se realiza conforme a E213, con entallas longitudinales de la misma profundidad en el diámetro exterior y en el interior. La calibración se efectúa al inicio y al final de cada tanda de producción, cada 4 horas durante el ensayo y después de cualquier cambio o avería del equipo.

Ensayos de tracción y de dureza (apartados 5.5 y 5.6)

El ensayo de tracción se realiza conforme a ASTM E8/E8M. Se prefiere el ensayo de sección completa; cuando no es posible, se emplea una probeta longitudinal plana o la sección cilíndrica de mayor tamaño posible. El ensayo de dureza se realiza conforme a ASTM E18 (Rockwell), sobre la superficie interior de una probeta cortada o sobre la pared interior próxima al extremo de la tubería.

Definición de lote y muestreo

A efectos del análisis químico, el lote lo constituye una colada. Para todos los demás ensayos (tracción, dureza, tamaño de grano, abocardado y ensayos no destructivos), el lote lo constituye todo el material de una misma colada, un mismo tamaño nominal y un mismo estado de suministro. Cuando el tratamiento térmico final se realiza en horno discontinuo, se limita al material de una misma carga. Cuando se realiza en horno continuo, comprende todo el material de una tanda de producción procesado a la misma temperatura, tiempo y velocidad.

Lote máximo: 20,000 lb (9,100 kg). Cuando el material no puede identificarse por colada, el lote se limita a 500 lb (227 kg) de una misma aleación, estado y tamaño nominal. Ese tope de 20,000 lb es más estricto que el de la A1016, que no fija un límite de peso explícito, y refleja el mayor valor y la mayor criticidad de los productos de aleación de níquel.

Aplicaciones principales de las especificaciones gobernadas por la B829

Intercambiadores de calor químicos y petroquímicos

El tubo sin costura de Inconel 625 (B444) y el tubo de Incoloy 825 (B423) son los materiales principales de los intercambiadores de calor de plantas químicas que manejan medios con cloruros, ácidos mixtos y desulfuración de gases de combustión. La B829 aporta el marco de tolerancias que garantiza que estos tubos encajen con precisión en los orificios de la placa tubular durante la fabricación del haz.

Condensadores y calentadores de agua de alimentación de centrales eléctricas

Los tubos de condensador B163 de Inconel 600 (N06600), Monel 400 (N04400) e Inconel 625 (N06625) se emplean en condensadores de superficie refrigerados por agua de mar en centrales eléctricas costeras. Los requisitos de prueba hidrostática y de ensayo no destructivo de la B829 verifican la integridad sin costura del tubo a lo largo de décadas de servicio en condiciones de cloruros muy corrosivas.

Aplicaciones de fondo de pozo y de proceso en petróleo y gas

El tubo sin costura de Incoloy 825 (B423) y la tubería de aleación 20 (B729) se emplean en producción de gas amargo, unidades de alquilación con ácido sulfúrico y tuberías de la superestructura de plataformas marinas. El cálculo conservador de la tensión en la fibra de la B829 —el menor entre 2/3 del límite elástico y 1/4 de la resistencia a la tracción— aporta el margen de seguridad que exigen las aplicaciones de aleación de níquel de alta presión y consecuencias graves en caso de fallo.

Sector nuclear y aeroespacial

El tubo sin costura de Inconel 600/690 de la B167, empleado en tubos de generadores de vapor nucleares, y el Incoloy 800H de la B407, empleado en tuberías de alta temperatura nucleares y aeroespaciales, siguen la B829 en cuanto a tolerancias dimensionales y criterios de ensayo no destructivo. Las prescripciones de tamaño de grano de la especificación (conforme a E112) son esenciales para predecir la vida a fluencia en estas aplicaciones de alta temperatura.

Propiedades físicas de los grados de aleación de níquel habituales

Propiedades físicas clave de las principales aleaciones cubiertas por las especificaciones gobernadas por la B829.

Certificación y marcado del producto

Cuando así lo establece el contrato de compra, el fabricante emite un certificado en el que declara que el material se ha fabricado, ensayado e inspeccionado conforme a la especificación. Cuando se especifica, se acompaña de un informe de ensayo con los resultados reales.

Cada pieza de diámetro exterior igual o superior a 3/4 in. (19 mm) y longitud superior a 3 ft (914 mm) se marca con el nombre o la marca del fabricante, la denominación del material o su número UNS, «ASTM», el número de la especificación de producto, el número de colada, la clase cuando proceda y el tamaño nominal. El marcado no debe provocar contaminación perjudicial: es un requisito clave en las aleaciones de níquel, sensibles a la contaminación por metales de bajo punto de fusión (cinc, plomo y cobre) durante la fabricación y la soldadura.