Revestimiento

Introducción

Conocemos la Norma Técnica PETROBRAS N-1707 Rev. C 11/2010, que contiene en sus ítems 3.1-NOTA y 4.2.2 restricciones al uso de láminas blindadas convencionales con espesor de lámina base inferior a 19 mm. . También especifica en el ítem 4.3.5 condiciones para el Tratamiento Térmico de Alivio de Tensiones, determinando el uso de materiales con menor susceptibilidad a la sensibilización, es decir, aceros inoxidables de bajo carbono. Por lo tanto, creemos necesario y oportuno hacer algunas consideraciones técnicas sobre el tema, con el objetivo de considerar la limitación que impone la Norma y tratar de contribuir con subsidios que se consideren útiles para una mejor comprensión del proceso de revestimiento contra explosiones.

El proceso de revestimiento contra explosiones

El revestimiento de metales con explosivos es un ejemplo de proceso de soldadura en estado sólido. Esto se diferencia de la soldadura por fusión en que no hay cambio de fase en la interfaz y el enlace producido se debe a la acción de fuerzas interatómicas de atracción que se desarrollan entre los átomos de las dos superficies unidas. La mayoría de los investigadores coinciden en que el proceso de soldadura por explosión se produce como resultado de la formación de un chorro metálico de alta velocidad resultante del impacto oblicuo entre los materiales a soldar. La aplicación más importante es, sin duda, la producción de láminas bimetálicas en aceros al carbono recubiertos con acero inoxidable, titanio, cobre y aleaciones de cobre como latón naval, níquel y aleaciones de níquel como Inconel, Hastelloy y Monel y aluminio que se producen. en grandes cantidades mediante el proceso de soldadura explosiva principalmente en Estados Unidos de Norteamérica, Alemania, Gran Bretaña, Japón, Suecia y Brasil. En la práctica, los materiales a soldar se disponen horizontalmente, con la placa base en el suelo y la placa de cobertura, o placa móvil, separada de la placa base mediante espaciadores convenientemente calculados. Se aplica una capa uniforme de explosivo a la superficie superior de la placa móvil.A detonação do explosivo projeta a chapa móvel sobre a base. As pressões geradas na região de impacto são de tal ordem que, em consequência das elevadas tensões de cisalhamento produzidas, a resistência ao cisalhamento dos materiais passa a ser desprezível, comportando-se o metal como um fluido de baixa viscosidade, que serve para remover todas as camadas de óxidos que inibiriam a soldagem. Quando todos os parâmetros são adequadamente controlados a interface da solda tem a aparência de uma onda regular. A ondulação, além de ser característica, origina propriedades únicas que distinguem os materiais obtidos por explosão de outros processados convencionalmente.

La predicción de parámetros para obtener un determinado tipo de interfaz implica algunas condiciones de contorno, tales como:

1- La condición límite para la formación del chorro metálico está determinada por la relación entre la velocidad de colisión y la velocidad del sonido del material de la placa base o por la relación entre la velocidad de la placa en movimiento y la velocidad del sonido de su material.

2- Es esencial una presión de impacto crítica, ya que por debajo de esta no se puede realizar soldadura. Esta presión puede estar asociada a la velocidad mínima de impacto de la placa móvil.

3- Algunos investigadores observaron la existencia de una velocidad de flujo crítica (punto de colisión) o transición entre regímenes turbulentos (formación de ondas en la interfaz) y laminares (interfaz plana).

4- Por encima de la velocidad mínima de impacto, las condiciones para obtener las mejores propiedades mecánicas pueden estar asociadas a la energía cinética proporcionada por la placa móvil en la zona de impacto.

5- La distancia de separación entre el plato móvil y la placa base debe estar dentro de unos límites que permitan que el plato móvil alcance su máxima velocidad.

6- La velocidad de detonación del explosivo debe estar directamente ligada a las propiedades sonoras de los materiales laminares y a su configuración inicial (inclinada o paralela).

Calidad de las láminas bimetálicas revestidas contra explosiones

En la década de 1970, durante la fase de implementación en Brasil de la tecnología Explosion Metal Processing, el IPT realizó estudios sobre el desarrollo y producción de grandes láminas bimetálicas, de acero inoxidable con espesor de 3 mm en acero al carbono, de interés para PETROBRAS. Las conclusiones están contenidas en al menos dos trabajos publicados en su momento. Boletín Técnico de PETROBRAS, Río de Janeiro, 20 (3): 193-203, jul./septiembre. 1977, publica el Informe sobre Producción Experimental de Placas Revestidas Soldadas por Explosión presentando los resultados de la evaluación técnica y económica del uso del proceso de soldadura por explosión, desarrollado por el IPT en la producción experimental de placas de acero al carbono ASTM A 516, grado 70 y acero inoxidable. acero ASTM A 240, tipo 304, con base en la especificación ASTM A 264. El Informe fue elaborado por los Ingenieros Sérgio Luiz Benini y José Paulo Silveira, ambos de DIOBI/SEGEN.

Las conclusiones fueron las siguientes:

4- El proceso de soldadura por explosión desarrollado por IPT produce placas revestidas de calidad satisfactoria con relación a los requisitos de la especificación ASTM A 264, cuando el espesor de la placa base es igual o mayor a 19 mm (3/4 in.).

5- Para placas base con un espesor inferior a 19 mm, el proceso de soldadura aún requiere investigación adicional. Estas láminas podrán satisfacer la especificación ASTM antes mencionada, siempre y cuando sean sometidas a un tratamiento térmico posterior a la soldadura y se evalúen las consecuencias de esta operación sobre la resistencia a la corrosión del acero inoxidable.

6- El proceso de fabricación puede proporcionar un ahorro apreciable de divisas, además de competir, en condiciones de mercado nacional, con el proceso de laminación, para espesores superiores a 20-25 mm (datos relativos a la combinación acero al carbono/acero inoxidable tipo 405).

Estudios adicionales fueron realizados por el IPT, con miras a la producción de láminas antiexplosivas de acero inoxidable en acero al carbono, con espesores de lámina base inferiores a 19 mm.

El trabajo del IPT Calidad de Placas Bimetálicas de Acero Inoxidable - Acero al Carbono obtenidas por Explosión publicado en la Revista METALURGIA-ABM, Vol. 34, N° 250, Septiembre 1978, contiene los experimentos realizados, los resultados obtenidos, las pruebas de evaluación y las conclusiones. Las pruebas de calificación fueron realizadas en los Laboratorios de Materiales y Metalografía, supervisados ​​por el Ingeniero Metalúrgico Tibério Cescon de la División Metalurgia de ese Instituto. Las pruebas realizadas permitieron concluir que los resultados obtenidos estuvieron dentro de los límites de los requisitos de la norma ASTM A 264, con una excepción: algunas probetas con un espesor total de 14,3 mm no pasaron la prueba de flexión. Además, todas las muestras que fallaron se cortaron con la dimensión más grande paralela al frente de onda, en la interfaz. Todos los cortados con la longitud transversal delante de las olas pasaron la prueba. De esta observación se puede deducir que las ondas en la interfaz imprimen características de 'frisos endurecidos'. Para explicar este efecto se puede hacer una analogía con el cartón ondulado: las piezas cortadas con una longitud paralela a los frisos del cartón ondulado resisten a la flexión y se rompen fácilmente.Sin embargo, cuando las muestras se cortan transversalmente a los frisos corrugados, ofrecen poca resistencia a la flexión y no se rompen cuando se doblan hasta 180°. Usando esta analogía muy simple, y suponiendo que las ondas en la interfaz actúan como 'férulas', consideremos lo que puede suceder en una prueba de flexión cuando la línea es transversal a la dirección de propagación de la onda y el acero al carbono está bajo tensión: cómo La carga aumenta la tensión en los puntos más alejados de la cara del acero inoxidable, las 'virolas' (pliegues) alcanzan el límite elástico antes que el acero inoxidable.

La deformación comienza en los engarces a lo largo de la línea bajo carga. La rigidez de las fibras adyacentes obliga al flujo a continuar en la línea bajo carga. Como el acero es relativamente delgado en comparación con otras láminas bimetálicas, y dado que el acero inoxidable se endureció mediante trabajo en frío, el acero inoxidable domina la prueba de flexión, provocando que el acero se rompa. Los resultados de las pruebas y problemas descritos parecen ser los únicos de los cuales, hasta donde sabemos, no se ha reportado nada todavía en la literatura internacional, hasta el momento de nuestros estudios. Posiblemente debido a que la soldadura explosiva de láminas relativamente delgadas no es comercialmente competitiva en países donde se produce a gran escala el acero inoxidable, o por coliminación, que se utiliza para producir láminas bimetálicas. La conclusión de este estudio fue que Brasil estaba en condiciones de producir láminas bimetálicas dentro de las especificaciones requeridas, pero con una limitación técnica en el espesor total, probablemente 15,8 mm, por debajo del cual los requisitos de la prueba de flexión no podrían cumplirse sin un alivio de tensiones mediante tratamiento térmico. . Posteriormente, en la década de 1990, estudios realizados por

El Ing. João Bosco da Silva Bastos (información privada/interna) permitió concluir y recomendar los siguientes procedimientos:

1- En láminas blindadas con espesores de acero al carbono como placa base de 15,8 mm y espesores inferiores, utilizar aceros inoxidables austeníticos tipo 304L/316L en lugar de 304/316, que es una condición de diseño de los recipientes a presión.

2- Realizar TTAT de acuerdo con ASME Sección VIII, Div I con enfriamiento controlado y rápido al pasar por una temperatura de 450 °C para evitar una posible sensibilización. El tratamiento térmico tiene como objetivo reducir las tensiones introducidas por la soldadura por explosión, restaurando la ductilidad del acero al carbono, permitiendo al material la resistencia necesaria al ensayo de flexión según lo prescrito en la norma ASTM A264.

3- Estas dos soluciones combinadas reducen drásticamente la formación de carburos de cromo con la consiguiente reducción de la pérdida de cromo en la estructura de acero inoxidable 304L/316L, evitando una disminución de la resistencia a la corrosión o corrosión en los límites de grano debido a la formación de estos carburos de cromo. resultante de tomar el TTAT

Consideraciones finales

En el estudio de las bases científicas del Procesamiento de Metales mediante Explosivos, un punto fundamental es el estudio de la interacción de explosivos y material metálico, partiendo de los tres principios fundamentales de la física aplicada a la interacción de materiales con diferentes impedancias:

1°- Ley de conservación de la masa (masa interceptada por un frente de onda = masa detrás del frente de onda);

2°- Ley de conservación del momento (impulso = cantidad de movimiento);

3°- Ley de conservación de la energía (trabajo = cambio de energía cinética + cambio de energía interna).

En ninguna de las ecuaciones resultantes, utilizadas para determinar los parámetros para la soldadura por explosión, se tiene en cuenta la influencia de condiciones externas a los materiales. Lo que rige son las condiciones intrínsecas de los materiales. Como se ha visto anteriormente, la soldadura de diferentes materiales utilizando la energía liberada por una explosión se produce si hay un impacto suficiente, y esto ocurre si la placa móvil está equipada con una velocidad mínima para hacerlo. En el revestimiento al vacío, las propiedades de los materiales no cambian. Por estar en el vacío, es de imaginar que se necesita menos impulso (menos explosivo) para darle a la placa móvil la velocidad mínima necesaria para un buen impacto de soldadura, es decir, una energía de impacto igual o ligeramente mayor que la deformación plástica. energía de los metales, materiales y formación de un chorro metálico, condición obligatoria para que se produzca la soldadura. Es decir, la velocidad de la placa móvil y, en consecuencia, el impacto, son las mismas que en el proceso al aire libre. Cabe destacar, además, que la resistencia atmosférica puede considerarse insignificante dada la magnitud de la presión de detonación del explosivo. Por tanto, coincidimos en que el proceso de vacío presenta una ventaja significativa en relación a los problemas ambientales, con la supresión del ruido de explosión, lo que permite realizar el proceso en lugares llanos y habitados. A menos que se realice un análisis más profundo, tenemos dudas sobre otras posibles ventajas que propaga este proceso, en relación con las de los materiales procesados ​​al aire libre. Finalmente, con los argumentos aquí presentados, queremos considerar el límite recomendado en la bien elaborada Norma PETROBRAS N-1707: límite de 19 mm como espesor mínimo para placa base, en las llamadas placas antiexplosivos convencionales, ya que a partir de Desde el punto de vista técnico, las láminas bimetálicas se producen habitualmente por explosión, con espesores menores, cumpliendo con los requisitos de las especificaciones. A la espera de la adecuada revisión de este límite, que se refleja en el producto nacional, MULTICLAD se pone enteramente a disposición de PETROBRAS para cualquier desarrollo posterior que pueda contribuir al enriquecimiento de las bases de la atractiva tecnología de Procesamiento de Metales por Explosión, implementada y utilizada industrialmente. en nuestro País, con calidad asegurada.