Introducción

Esta lección aborda dos controles especiales para productos tubulares de acero: la determinación de resistencia transversal mediante expansión hidráulica de anillos y la evaluación de dureza en superficies o secciones de pared. En ambos casos, la curvatura, el diámetro, el espesor de pared y la condición del producto gobiernan la validez de la medición.

En productos tubulares, no siempre es posible obtener una dureza confiable o aplicar un ensayo convencional sin considerar la geometría real del producto. Por ello, esta lección establece criterios para decidir entre dureza, tensión convencional o resistencia transversal por anillo.

La idea central es que el tubo no debe tratarse como si fuera una placa plana o una barra maciza. Su forma circular, rectangular, cuadrada o especial puede modificar el modo de sujeción, la forma de aplicar carga, la posibilidad de medir dureza y la forma de calcular esfuerzos.

Desarrollo

El método de resistencia transversal mediante expansión hidráulica utiliza un espécimen anular tomado del producto tubular. Su propósito es evaluar una respuesta en dirección circunferencial sin aplanar previamente la sección del tubo. Esta condición es importante porque el aplanamiento o la deformación previa pueden modificar el estado del material antes del ensayo.

El espécimen anular se coloca en un dispositivo diseñado para expandirlo desde el interior. El equipo utiliza una junta de hule resistente al aceite que, al recibir presión hidráulica, se expande y transmite esfuerzo circunferencial al anillo. De esta forma, el anillo se tensiona alrededor de su circunferencia y permite determinar una resistencia transversal asociada con la geometría tubular.

La máquina de expansión hidráulica no debe entenderse como una máquina de tensión axial convencional. Su función es generar presión interna controlada sobre un anillo de tubo para producir deformación circunferencial. Por ello, la geometría del anillo, el espesor de pared, el diámetro y la forma en que se mide la extensión son elementos esenciales del ensayo.

La figura asociada a la máquina de expansión hidráulica muestra el arreglo general del dispositivo: anillo de tubo, junta de hule, componentes de sujeción y sistema de aplicación de presión. Su función es ayudar a visualizar cómo la presión hidráulica se transforma en tensión circunferencial en el espécimen anular.

Durante el ensayo, la deformación del anillo se mide sobre la circunferencia exterior mediante un extensómetro tipo cadena de rodillos. Este dispositivo rodea el espécimen y permite seguir la expansión circunferencial del anillo mientras aumenta la presión hidráulica.

Las figuras del extensómetro tipo cadena de rodillos muestran el dispositivo en condición sin sujetar y en condición sujetada. Su función es apoyar la comprensión del modo de medición, porque la deformación no se mide como una elongación axial común, sino como cambio de longitud circunferencial sobre el anillo.

Cuando se alcanza la extensión o deformación total deseada, se registra la presión aplicada. A partir de esa presión se calcula el esfuerzo circunferencial mediante la fórmula de Barlow. Esta relación vincula presión, diámetro exterior, espesor de pared y esfuerzo, por lo que las dimensiones usadas deben representar realmente al tubo evaluado.

La fórmula de Barlow puede expresarse en forma de presión y en forma de esfuerzo. En forma de presión, permite relacionar la presión hidráulica con el esfuerzo circunferencial que se desea alcanzar. En forma de esfuerzo, permite calcular el esfuerzo a partir de la presión registrada. En ambos casos, la validez del resultado depende de usar dimensiones medidas y trazables, no datos nominales sin control.

El espesor de pared es un dato crítico en estas ecuaciones. Si el espesor real no coincide con el valor nominal, el esfuerzo calculado puede desviarse de la condición real. Lo mismo ocurre con el diámetro exterior. Por ello, el registro del ensayo debe conservar las dimensiones usadas para aplicar la fórmula y no solo el resultado final.

El método de expansión hidráulica debe utilizarse cuando sea aplicable al producto y a la especificación correspondiente. No debe sustituir sin justificación a un ensayo de tensión convencional ni emplearse cuando la geometría del tubo o el equipo disponible no permitan una medición válida.

La dureza en productos tubulares también requiere control especial. La medición puede realizarse sobre la superficie exterior, sobre la superficie interior o sobre una sección de pared, dependiendo de las limitaciones del producto y de lo que permita la especificación aplicable. Esta flexibilidad no significa que cualquier superficie sea válida; significa que debe seleccionarse una ubicación que permita una lectura representativa y técnicamente confiable.

Cuando se mide dureza en la superficie exterior, la curvatura del tubo puede afectar el contacto entre el indentador y la muestra. Cuando se mide en la superficie interior, el diámetro disponible puede limitar el acceso del equipo. Cuando se mide sobre la sección de pared, la preparación del corte y la estabilidad de la muestra influyen en la lectura. Por ello, la ubicación de dureza debe registrarse claramente.

La preparación superficial puede ser necesaria para obtener valores precisos. Una superficie con cascarilla, descarburización, rugosidad, curvatura pronunciada, oxidación, daño o deformación local puede alterar el valor medido. La preparación debe remover la condición superficial que afecte la indentación, sin modificar indebidamente la zona que se pretende evaluar.

En Brinell, la carga estándar de 3000 kgf puede causar deformación excesiva en productos tubulares de pared delgada. Esa deformación puede producir abultamiento, distorsión o una huella que no represente correctamente la dureza del material. Por ello, pueden requerirse cargas menores o soporte interno cuando la geometría del tubo lo exige.

El uso de soporte interno en Brinell busca reducir la deformación de la pared durante la indentación. Sin ese soporte, la carga puede flexionar o deformar la pared del tubo, especialmente cuando el espesor es reducido. Aun con soporte, debe verificarse que la lectura obtenida sea técnicamente confiable para el producto evaluado.

Rockwell también presenta limitaciones en productos tubulares. La curvatura, el diámetro exterior, el diámetro interior, el espesor de pared y la superficie disponible pueden impedir una medición regular confiable. Si el penetrador no asienta correctamente o si la pared no proporciona soporte suficiente, el número de dureza puede no representar al material.

Cuando el espesor de pared no permite utilizar Rockwell regular, puede aplicarse Rockwell superficial dentro de los límites establecidos por las tablas aplicables. Rockwell superficial usa cargas menores y puede ser útil para paredes más delgadas o condiciones donde una indentación profunda no sería adecuada.

TABLE A2.1 – Wall Thickness Limitations of Superficial Hardness Test on Annealed or Ductile Materials for Steel Tubular Products funciona como apoyo para identificar limitaciones de espesor de pared cuando el material tubular está en condición recocida o dúctil. Su uso ayuda a decidir si un ensayo superficial puede aplicarse sin producir una lectura no confiable por falta de soporte de pared.

TABLE A2.2 – Wall Thickness Limitations of Superficial Hardness Test on Cold Worked or Heat Treated Material for Steel Tubular Products cumple una función semejante para material trabajado en frío o tratado térmicamente. Esta separación es necesaria porque la condición del material puede modificar la respuesta frente a la indentación.

Las tablas de limitación de espesor no deben interpretarse como permiso automático para ensayar cualquier tubo por dureza superficial. Deben usarse junto con la geometría real del producto, la condición metalúrgica, la preparación superficial, el equipo disponible y la especificación aplicable.

Cuando el diámetro exterior, el diámetro interior o el espesor de pared impiden obtener valores de dureza exactos, la alternativa establecida es Especificar y ensayar propiedades de tensión. Esta regla evita aceptar lecturas de dureza no confiables como sustituto de una propiedad mecánica que debe evaluarse por otro medio.

La decisión entre dureza, tensión convencional y resistencia transversal por anillo debe tomarse antes del ensayo. Debe basarse en la geometría real del tubo, la especificación aplicable, la capacidad del equipo, la superficie disponible, el espesor de pared y la finalidad de la evaluación.

En la aplicación real, el registro debe indicar si se utilizó expansión hidráulica de anillo, dureza Brinell, Rockwell, Rockwell superficial o tensión convencional. También debe conservar diámetro exterior, diámetro interior cuando aplique, espesor de pared, superficie ensayada, condición de material, preparación superficial, tabla consultada, ecuación empleada y criterio de decisión.

Referencias a tablas, notas y figuras

FIG. A2.6 – Testing Machine for Determination of Transverse Yield Strength from Annular Ring Specimens funciona como apoyo visual para comprender el equipo de expansión hidráulica usado con especímenes anulares. Su función es mostrar la relación entre el anillo, la junta de hule, el sistema de presión y la determinación de resistencia transversal.

FIG. A2.7 – Roller Chain Type Extensometer, Unclamped muestra el extensómetro tipo cadena de rodillos antes de sujetarse al anillo. Su función es apoyar la comprensión del dispositivo usado para medir la deformación circunferencial.

FIG. A2.8 – Roller Chain Type Extensometer, Clamped muestra el extensómetro tipo cadena de rodillos sujetado al espécimen. Su función es explicar cómo se controla la medición durante la expansión hidráulica.

Equation (A2.2) – Barlow formula – pressure form presenta la forma de la fórmula de Barlow orientada a presión. Su función es relacionar presión, diámetro exterior, espesor de pared y esfuerzo circunferencial dentro del método de expansión hidráulica.

Equation (A2.3) – Barlow formula – stress form presenta la forma de la fórmula de Barlow orientada a esfuerzo. Su función es calcular el esfuerzo circunferencial a partir de la presión y las dimensiones del tubo.

NOTE A2.3 – Barlow’s formula may be stated two ways aclara que la fórmula de Barlow puede expresarse en dos formas equivalentes de uso: una orientada a presión y otra orientada a esfuerzo. Su función es evitar confundir ambas formas de la relación.

TABLE A2.1 – Wall Thickness Limitations of Superficial Hardness Test on Annealed or Ductile Materials for Steel Tubular Products sirve como apoyo documental para revisar limitaciones de espesor de pared en productos tubulares recocidos o dúctiles antes de aplicar dureza Rockwell superficial.

TABLE A2.2 – Wall Thickness Limitations of Superficial Hardness Test on Cold Worked or Heat Treated Material for Steel Tubular Products sirve como apoyo documental para revisar limitaciones de espesor de pared en productos tubulares trabajados en frío o tratados térmicamente antes de aplicar dureza Rockwell superficial.

Conclusión

La resistencia transversal y la dureza en productos tubulares requieren controles especiales porque la curvatura, el diámetro y el espesor de pared pueden afectar directamente la medición. No debe asumirse que Brinell, Rockwell o Rockwell superficial son aplicables sin revisar diámetro, pared, superficie y límites de uso.

El método de expansión hidráulica permite evaluar resistencia transversal en un anillo tubular mediante presión interna y medición circunferencial, pero exige dimensiones reales, registro de presión y aplicación correcta de la fórmula de Barlow.

Cuando la geometría del tubo impide una medición confiable de dureza, debe recurrirse a la evaluación por propiedades de tensión conforme a la especificación aplicable. Esta decisión protege la validez del resultado y evita usar una lectura de dureza fuera de su alcance técnico.

Pregunta Reflexiva

¿Por qué un tubo de pared delgada podría requerir un método distinto de evaluación mecánica en lugar de aceptar directamente una lectura de dureza?