Per què canonades d'alumini per al servei de pressió?
En el processament de fluids industrials, les plantes petroquímiques i l'enginyeria marítima, la canonada que connecta els recipients a pressió ha de suportar una pressió interna elevada, temperatures extremes i ambients agressius. L'acer al carboni es torna perillosament trencadís a temperatures inferiors a -zero, mentre que l'acer inoxidable sovint és pesat i car. Els aliatges de la sèrie 5xxx d'alt-magnesi solucionen aquests problemes: els tubs d'alumini 5083 i 5086 ofereixen una relació de resistència-a-pess alta, resistència a la corrosió de grau-marin i un rendiment fiable a temperatures criogèniques, cosa que els converteix en una opció provada per als sistemes de canonades de pressió i procés.
Aliatge 5083 per a canonades de pressió
L'aliatge 5083 conté entre un 4,0 i un 4,9 per cent de magnesi, el que el converteix en un dels aliatges d'alumini estàndard no tractables-calor-més forts. Es basa en l'enfortiment de la solució sòlida-i l'enduriment per tensió en lloc d'un tractament tèrmic. En servei a pressió, el seu avantatge clau és la capacitat de suportar pressions internes més altes, cosa que permet als enginyers especificar parets més primes i reduir significativament el pes de la xarxa de canonades sense comprometre el factor de seguretat. El manganès afegit perfecciona l'estructura del gra i millora la tenacitat a la fractura, donant a l'aliatge una forta resistència a l'esquerda per corrosió per tensió-en entorns industrials exigents.
Aliatge 5086 per a la conformabilitat i la ductilitat
L'aliatge 5086 conté una mica menys de magnesi, normalment entre un 3,5 i un 4,5 per cent. Ofereix una resistència a la tracció final ligerament inferior a la del 5083, però destaca per la conformabilitat i la ductilitat. Un tub sense soldadura 5086 és l'opció òptima per a xarxes de canonades complexes que requereixen una flexió, envasament i encaminament extensius CNC al voltant de geometries de vaixells ajustades, perquè el contingut de magnesi més baix fa que l'aliatge sigui molt resistent a l'esquerda durant el treball en fred intens. És prou fort per complir els requisits del codi de pressió, mentre que és prou dúctil per simplificar la fabricació i reduir els costos d'instal·lació.
Comparació de la composició química
Tots dos aliatges comparteixen el mateix equilibri d'alumini i límits similars per a la majoria dels elements. Els rangs típics són el magnesi del 4,0 al 4,9 per cent per al 5083 i del 3,5 al 4,5 per cent per al 5086, el manganès del 0,40 al 1,0 per cent per a tots dos, el silici fins al 0,40 per cent, el ferro fins al 0,40 per cent per al 5083 i el 0,50 per cent per al 5083 i el 0,50 per cent per al 5080, 5 per cent, el zinc fins al 5080. 0,25 per cent, coure fins a 0,10 per cent i titani fins a 0,15 per cent. Aquests valors segueixen els límits de composició estàndard publicats per als dos aliatges; Les dades precises del lot s'han de prendre dels informes de proves de materials certificats.
Propietats mecàniques i compliment del codi
Els valors mínims típics per a la canonada 5083 en el tremp O són la resistència a la tracció de 275 MPa (40 ksi), la resistència a la fluència de 125 MPa (18 ksi) i l'allargament del 16 per cent; per a la canonada 5086, les xifres corresponents són 240 MPa (35 ksi) de tracció, 105 MPa (15 ksi) de rendiment i 16 per cent d'allargament. La duresa Brinell és típicament de 70 a 95 HB per a 5083 i de 65 a 85 HB per a 5086. Tots dos aliatges estan aprovats per a aplicacions a pressió segons el codi de calderes i recipients a pressió ASME, i la canonada de pressió-se subministra habitualment a ASTM B241, l'especificació per a tubs extrusats i sense soldadura sense soldadura. La soldadura es realitza amb GTAW (TIG) o GMAW (MIG) amb farciment ER5183 per a 5083 i ER5356 per a 5086; la zona-afectada per la calor conserva un alt percentatge de resistència-del metall base, que és fonamental per a la integritat de les articulacions.
Rendiment criogènic i corrosiu
Per sota de menys 40 graus centígrads, els acers al carboni experimenten una transició de -a-fràgil, cosa que crea un perill per a la seguretat en el servei criogènic. En canvi, l'alumini 5083 i 5086 mantenen la ductilitat i aconsegueixen una resistència a la fluència a temperatures extremadament baixes, per això són estàndard per transportar gas natural liquat a menys 162 graus centígrads, nitrogen líquid a menys 196 graus centígrads i oxigen líquid. La capa d'òxid-natural i auto-reparadora també ofereix als dos aliatges una excel·lent resistència a l'aigua de mar, als vapors químics i als contaminants atmosfèrics sense els costosos recobriments i revestiments necessaris per a l'acer al carboni.
Garantia de Qualitat i Traçabilitat
Les canonades de pressió requereixen una inspecció rigorosa. Les proves hidrostàtiques verifiquen els límits d'explosió, les proves de corrents de Foucault i la inspecció de penetrants de colorants detecten defectes interns o superficials, i les proves d'ultrasons escanegen el gruix de la paret per detectar buits, porositat o inclusions. Els materials es poden subministrar amb aprovacions de classificació com ara DNV, ABS o Lloyd's Register, juntament amb la gestió de qualitat ISO 9001, i cada enviament pot incloure informes de proves de materials certificats EN 10204 3.1 que documentin la composició química exacta i les propietats mecàniques. Les canonades estan disponibles en programes estàndard, així com amb diàmetres exteriors personalitzats i gruixos de paret adaptats als requisits de cabal i pressió.
Preguntes freqüents
P: La canonada d'alumini 5083 pot substituir l'acer inoxidable a les canonades criogèniques?
R: En molts casos, sí. 5083 ofereix una resistència criogènica comparable o millor que l'acer inoxidable, tot i que pesa aproximadament entre un 60 i un 65 per cent menys, la qual cosa redueix el suport estructural i els costos de transport. No obstant això, l'alumini té un límit de temperatura màxim inferior, per la qual cosa està destinat al servei ambiental o criogènic.
P: És millor una canonada sense costures o una canonada extruïda per als recipients a pressió?
R: Per a aplicacions crítiques i d'alta-pressió, cal un tub extruït sense soldadura subministrat a ASTM B241. Es produeix perforant una palangana sòlida, de manera que no té corda de soldadura longitudinal, eliminant el punt més feble on una canonada pot esclatar sota pressió.
P: Quin aliatge és més fàcil de doblegar per a un encaminament complex?
R: 5086 és la millor opció per a la flexió. El seu contingut de magnesi lleugerament més baix li confereix una major elongació i ductilitat, cosa que fa que sigui molt menys probable que s'esquerdi al radi exterior d'una corba estreta en comparació amb l'aliatge 5083 més rígid.
P: Quin metall d'aportació s'ha d'utilitzar per soldar aquestes canonades?
R: Es recomana el cable de farciment ER5183 per a la soldadura de canonades 5083 i ER5356 per a canonades 5086, mantenint la força de la junta i la resistència a la corrosió. GTAW i GMAW són processos adequats.
P: Com es verifica la qualitat interna de les canonades d'alumini de-paret gruixuda?
R: Les proves d'ultrasons escanegen tota la longitud i el gruix per detectar buits interns, porositat o inclusions de la fosa o extrusió de billets, i les proves hidrostàtiques verifiquen el límit d'explosió dels productes classificats-de pressió.
