1. L'estàndard i el seu abast: què designa ASME SB348 i com encaixen GR1, GR2, CP2 i CP4?
ASME SB348 és la designació de la Societat Americana d'Enginyers Mecànics (ASME) per a l'especificació estàndard per a "Barres i Billets d'aliatge de titani i titani". Funcionalment és idèntic a ASTM B348, però s'adopta específicament per al seu ús al codi de caldera i recipient a pressió ASME (BPVC). Aquesta adopció és fonamental perquè significa que els materials que compleixen SB348 estan aprovats per al seu ús en el disseny i la construcció d'equips a pressió, com ara recipients, intercanviadors de calor i sistemes de canonades.
Els graus en qüestió són tots de titani comercialment pur (CP), diferenciats per la seva resistència, que està controlada pel seu contingut d'oxigen i ferro.
GR1 (Grau 1): El grau CP més dúctil i suau. Ofereix la màxima conformabilitat i resistència a l'impacte però la resistència més baixa.
GR2 (Grau 2): El grau de CP estàndard i més utilitzat. Proporciona un equilibri òptim de resistència, ductilitat i resistència a la corrosió. És el cavall de batalla de la indústria de processos químics.
CP2: aquesta és una designació antiga i antiga que és essencialment equivalent al GR2 modern. Normalment trobareu "GR2" als informes de proves de molí contemporanis.
CP4 / GR4 (Grau 4): El més fort dels graus CP no aliats. S'utilitza quan es requereix la resistència a la corrosió del titani pur, però el disseny requereix una resistència més gran que la que pot proporcionar GR2.
La forma "Barra rodona" és un producte semielaborat fonamental que s'utilitza per mecanitzar components com brides, tiges de vàlvules, eixos de bombes i elements de subjecció per a sistemes de pressió.
2. L'elecció del dissenyador de recipients a pressió: com selecciona un dissenyador entre GR1, GR2 i GR4 per a un recipient amb codi ASME?
La selecció és una compensació clàssica d'enginyeria entre resistència a la corrosió, resistència i fabricabilitat, tot dins del marc del codi ASME.
Trieu ASME SB348 GR1 quan:
La màxima resistència a la corrosió és primordial: la seva ductilitat superior sovint es tradueix en una millor resistència en determinats mitjans agressius i un major marge per a les operacions de conformació.
Es requereix una formabilitat extrema: per a components que requereixen un format en fred sever, com ara caps embuïts o corbes en U complexes en tubs d'intercanviador de calor, la baixa resistència i l'alt allargament de GR1 són ideals.
L'aplicació no està molt estressada: és adequada per a revestiment, deflectors o tubs en serveis de baixa pressió.
Trieu ASME SB348 GR2 quan:
Necessiteu el "millor intèrpret global" estàndard: aquesta és l'opció predeterminada per a la gran majoria d'aplicacions. Ofereix una excel·lent combinació de:
Resistència adequada per a la majoria de dissenys de retenció de pressió.
Excel·lent resistència a la corrosió.
Bona soldabilitat i conformabilitat.
Aplicacions típiques: canonades de processos químics, carcassa i làmines de tubs d'intercanviador de calor, carcassa de recipients i broquets en serveis que involucren clorurs, aigua de mar i àcids oxidants.
Trieu ASME SB348 GR4 quan:
Es necessita una major resistència, però un aliatge no està justificat: si un component dissenyat en GR2 dóna com a resultat una paret molt gruixuda i pesada, canviar a GR4 permet reduir el gruix i el pes de la paret mentre es manté l'excel·lent perfil de corrosió del titani pur.
Per evitar l'ús d'un aliatge de cost més elevat: serveix com a solució rendible per salvar la bretxa entre GR2 i aliatges de titani més cars com el Gr5 (Ti-6Al-4V).
Aplicacions: recipients d'alta pressió, reactors de paret gruixuda i elements de fixació on la resistència GR2 és insuficient.
El disseny final es regeix per ASME Secció II (propietats del material) i Secció VIII (normes de disseny), que proporcionen valors de tensió permesos per a cada grau a diferents temperatures.
3. Resistència a la corrosió en servei industrial: són diferents les propietats de corrosió d'aquests graus CP i com influeix això en la selecció?
Tots els graus de titani comercialment pur (GR1, GR2, GR4) deriven la seva resistència a la corrosió del mateix mecanisme: una capa d'òxid superficial estable, adherent i autocurativa (principalment TiO₂). Per tant, la seva resistència general a la corrosió en la majoria d'ambients és molt similar.
Les diferències crítiques no sorgeixen d'un canvi en l'estabilitat inherent de la capa d'òxid, sinó de la resposta del material a factors mecànics i de fabricació influenciats per la seva resistència i ductilitat.
Resistència a l'erosió-corrosió: en serveis d'alta velocitat (per exemple, impulsors de bombes, broquets d'entrada), el GR4 més dur i fort pot oferir una resistència marginalment millor a l'erosió-corrosió en comparació amb els GR1 i GR2 més suaus.
Resistència a la corrosió de les esquerdes: a les esquerdes estretes (sota juntes, dipòsits) en solucions de clorur calent, tots els graus CP poden ser susceptibles. Tanmateix, la ductilitat superior de GR1 de vegades pot proporcionar un lleuger avantatge permetent que el material es deformi i redueixi l'estanquitat de l'escletxa. Per a aplicacions greus de corrosió per esquerdes, sovint és necessari un grau millorat amb pal·ladi com el GR7.
Vulnerabilitat induïda per la fabricació: durant la soldadura i el conformat, es poden introduir tensions residuals. En un estat molt tensat, el material pot ser més susceptible a certes formes de corrosió, com ara el cracking per corrosió per tensió (SCC), tot i que el titani és molt resistent. La major resistència del GR4 dóna lloc a tensions residuals més altes per a la mateixa soca, que és una consideració en entorns agressius.
Informació de selecció: per a la majoria de serveis químics estàndard (aigua de mar, clorats, nitrats), el rendiment de corrosió de GR1, GR2 i GR4 és efectivament idèntic. Per tant, l'elecció es basa en els requisits de disseny mecànic en lloc d'una diferència significativa en la resistència química.
4. Fabricació per al compliment del codi: quines són les consideracions clau de soldadura i conformació per a barres de titani SB348 CP en projectes ASME?
La fabricació de titani CP per a projectes de segells ASME requereix un estricte compliment dels procediments per mantenir la resistència a la corrosió i les propietats mecàniques del material.
Soldadura (GTAW/TIG és estàndard):
Excel·lent soldabilitat: tots els graus CP (GR1, GR2, GR4) es consideren excel·lents per a la soldadura. No són propensos a esquerdes després de la soldadura.
El requisit absolut: blindatge. El factor més crític és protegir el bassal de soldadura fos i la zona calenta afectada per la calor (HAZ) de la contaminació atmosfèrica per l'aire (oxigen i nitrogen). Això requereix:
Blindatge primari: argó o heli d'alta puresa de la torxa TIG.
Trailing Shield: un dispositiu connectat a la torxa per inundar el cordó de soldadura de refrigeració amb gas inert.
Purga posterior: la part de l'arrel de la soldadura s'ha de purgar amb argó per evitar l'oxidació de la part inferior.
Metall d'aportació: el metall d'aportació normalment coincideix amb el grau de metall base (per exemple, ERTi-2 per soldar GR2). Tanmateix, és comú i acceptable utilitzar un metall d'aportació un grau inferior en resistència (per exemple, ERTi-2 per soldar GR4) per maximitzar la ductilitat de la soldadura. Això s'ha d'especificar a l'especificació del procediment de soldadura (WPS).
Formació i plegat:
Formació en fred: tots els graus CP es formen fàcilment en fred. GR1, amb la seva ductilitat més alta, és el millor per a operacions de conformació severes. GR2 és adequat per a la majoria de flexió i conformació. GR4, en ser el més fort, requereix majors forces de conformació i té més elàstica.
Formació en calent: per a formes més complexes, la conformació en calent es realitza entre 425 graus - 650 graus (800 graus F - 1200 graus F). Això s'ha de fer en un forn amb una atmosfera lleugerament oxidant o inert per evitar la captació d'hidrogen, que pot fragilitzar el titani.
Totes les activitats de fabricació, especialment la soldadura, s'han de realitzar d'acord amb un WPS qualificat segons ASME Secció IX.
5. Verificació i certificació del material: quina documentació i proves es requereixen perquè una barra de titani ASME SB348 s'utilitzi en un vaixell amb segell de codi?
L'ús de qualsevol material en un vaixell amb segell de codi ASME requereix una verificació rigorosa per garantir que s'ajusta a l'estàndard especificat. Això ho proporciona el fabricant/proveïdor del material en forma de documentació específica.
1. Certificat de compliment (C de C): document del proveïdor que indica que el material compleix els requisits de ASME SB348 i el grau especificat. Aquest és el nivell mínim de certificació.
2. Informe de prova de molí (MTR) / Certificat de conformitat: aquest és el document crucial i normalment requerit. Un MTR no és un simple certificat; és un informe detallat que conté els resultats reals de les proves del lot de material (calor) a partir del qual es va produir la barra. Ha d'incloure:
Número de calor: un identificador únic que proporciona una traçabilitat completa a la fosa original.
Anàlisi química: resultats reals per a tots els elements especificats a SB348 per al grau (per exemple, Ti, O, Fe, N, C, H).
Propietats mecàniques: Resultats reals de les proves de tensió (resistència a la tracció, límit elàstic, allargament) realitzades en mostres de la mateixa calor i condició.
Proves addicionals: si s'especifica a la comanda de compra, es poden incloure els resultats de proves addicionals, com ara proves d'aplanament (per a tubs) o proves de duresa.
3. Identificació del material: la pròpia barra física s'ha de marcar amb la informació rellevant, normalment utilitzant un estampat o etiquetes de baixa tensió, que inclouen:
Nom o logotip del fabricant
Especificació (p. ex., ASME SB348)
Grau (p. ex., GR2)
Número de calor
Mida
El fabricant del vaixell és responsable de revisar el MTR per verificar el compliment abans que el material s'utilitzi en la construcció. L'inspector que representa el titular del segell "U" o "UM" auditarà aquests registres com a part de la seva supervisió. Aquesta rigorosa cadena de documentació i traçabilitat és fonamental per a la seguretat i fiabilitat dels equips a pressió ASME.
