Introducción
Esta lección cierra el tratamiento de productos tubulares mediante los ensayos de manipulación y doblez de soldaduras. Incluye aplanado, aplanado inverso, aplastamiento, pestañado, abocardado, doblez para tubería usada en serpentines y doblez guiado transversal de soldaduras.
Estas pruebas no son intercambiables. Cada una responde a una forma de carga, deformación u objetivo de evaluación diferente, por lo que debe seleccionarse con base en la especificación aplicable y en el tipo de producto tubular evaluado.
El propósito común de este bloque es demostrar la ductilidad de ciertos productos tubulares bajo deformaciones controladas. Sin embargo, cada prueba observa una condición distinta: compresión entre placas, revisión de soldadura, compresión axial, formación de pestaña, expansión con mandril, doblado de tubería o doblado guiado de soldadura.
Desarrollo
Los ensayos de manipulación en productos tubulares permiten observar cómo responde el material cuando se le impone una deformación definida. A diferencia de una prueba de tensión, estas pruebas no se centran únicamente en una carga máxima o en una propiedad calculada. Su valor técnico está en la respuesta del tubo, del extremo del tubo o de la soldadura frente a una operación de deformación controlada.
El ensayo de aplanamiento se realiza comúnmente con anillos cortados de tubo o tubería. El espécimen se somete a un grado prescrito de aplanamiento entre placas paralelas. Su objetivo es demostrar La ductilidad mediante una compresión controlada entre placas paralelas. La severidad de este ensayo se mide por la distancia entre las placas y varía conforme a las dimensiones del tubo o de la tubería.
El espécimen usado para aplanamiento no debe ser menor de 2 1/2 in. (63.5 mm) de longitud. Debe aplanarse en frío hasta el grado requerido por la especificación de material aplicable. Esto significa que el laboratorio no debe decidir libremente la distancia final entre placas ni el grado de deformación: esos parámetros dependen del producto y del requisito que lo gobierna.
El aplanado inverso se orienta principalmente a tubería soldada eléctricamente. Su finalidad es detectar falta de penetración o traslapes derivados de la remoción de rebaba en la soldadura. El espécimen consiste en una sección de tubo de aproximadamente 4 in. (102 mm) de longitud, dividida longitudinalmente a 90° de cada lado de la soldadura.
Después de abrir la muestra, esta se aplana con la soldadura ubicada en el punto de máximo doblez. Esta posición no es accidental: coloca la soldadura en la zona de mayor exigencia de deformación para observar si existen condiciones relacionadas con la penetración o con la zona de rebaba removida. Por ello, el aplanado inverso no debe confundirse con el aplanamiento general del tubo.
El ensayo de aplastamiento, también llamado en algunos contextos ensayo de recalcado, se usa normalmente en tubos de caldera y otros tubos de presión para evaluar ductilidad. El espécimen es un anillo cortado del tubo, usualmente de aproximadamente 2 1/2 in. (63.5 mm) de longitud.
En este ensayo, el anillo se coloca sobre su extremo y se aplasta axialmente mediante martillo o prensa hasta la distancia prescrita por la especificación de material aplicable. La deformación se aplica en dirección axial al anillo, por lo que no debe interpretarse como equivalente al aplanamiento entre placas ni al abocardado por mandril.
El ensayo de pestañado se utiliza para determinar la ductilidad de tubos de caldera y su aptitud para soportar la operación de doblado hacia una placa tubular. La prueba se realiza con un anillo cortado del tubo, usualmente de longitud no menor a 4 in. (100 mm).
Durante el ensayo de pestañado, se forma una pestaña a ángulo recto respecto al cuerpo del tubo hasta el ancho requerido por la especificación de material aplicable. La herramienta de abocardado y el bloque de matriz mostrados para este ensayo sirven como apoyo para entender cómo se realiza la formación de la pestaña. La finalidad no es medir una carga aislada, sino observar la respuesta del tubo al formar una brida o pestaña controlada.
El ensayo de abocardado se usa para ciertos tipos de tubos de presión como alternativa al ensayo de pestañado. Consiste en introducir un mandril cónico dentro de una sección cortada del tubo, aproximadamente de 4 in. (100 mm) de longitud, hasta expandir el espécimen.
El mandril puede tener una pendiente de 1 en 10 o un ángulo incluido de 60°, según la configuración aplicable. La expansión continúa hasta que el diámetro interior del espécimen aumenta en la extensión requerida por la especificación de material aplicable. Esta prueba evalúa la capacidad del tubo para expandirse bajo una herramienta cónica, por lo que no debe tratarse como equivalente al aplastamiento o al doblez.
El ensayo de doblez para tubería usada en serpentines aplica a tubería de 2 in. y menores. Su finalidad es determinar ductilidad y sanidad de la soldadura. En este ensayo se utiliza una longitud suficiente de tubería de tamaño completo y se dobla en frío alrededor de un mandril cilíndrico.
Para bobinado ordinario, la tubería se dobla en frío a 90° alrededor de un mandril cuyo diámetro es 12 veces el diámetro nominal de la tubería. Para bobinado cerrado, la tubería se dobla en frío a 180° alrededor de un mandril cuyo diámetro es 8 veces el diámetro nominal de la tubería. Estos valores controlan la severidad del doblez y no deben sustituirse por criterios no trazados.
El doblez guiado transversal de soldaduras se utiliza para determinar la ductilidad de soldaduras por fusión. En este ensayo, la soldadura debe quedar al centro de la probeta. Los especímenes son aproximadamente de 1 1/2 in. (38 mm) de ancho y al menos 6 in. (152 mm) de longitud.
Para ensayos de doblez de cara y raíz, las probetas se preparan conforme a la figura correspondiente para esos especímenes. Para ensayos de doblez lateral, las probetas se preparan conforme a la figura correspondiente para espécimen lateral. El dispositivo de doblez guiado debe conservar la geometría del punzón y las dimensiones principales del útil de doblado indicadas para este ensayo.
Una prueba de doblez guiado transversal consiste en una probeta de doblez de cara y una probeta de doblez de raíz, o bien en dos probetas de doblez lateral. Esta diferencia es importante porque cada tipo de probeta somete una zona distinta de la soldadura a la condición crítica de tracción o deformación.
En el doblez de cara, la superficie interior de la tubería queda contra el punzón. En el doblez de raíz, la superficie exterior de la tubería queda contra el punzón. En el doblez lateral, una de las superficies laterales se convierte en la superficie convexa de la probeta doblada. Estas configuraciones no son equivalentes y deben registrarse con precisión.
La falla del doblez guiado de soldadura depende de la aparición de grietas en el área de doblez, conforme a la naturaleza y extensión descritas en la especificación de producto. Por ello, la evaluación no debe reducirse únicamente a indicar que la probeta fue doblada. Debe observarse el área de doblez y compararse con el criterio aplicable.
En operación de laboratorio, el técnico debe seleccionar la prueba de manipulación aplicable, registrar geometría de la muestra, longitud del espécimen, condición de ensayo en frío cuando corresponda, ubicación de soldadura, mandril, distancia de aplanado, herramienta o dispositivo usado, temperatura de ensayo y criterio de aceptación indicado por la especificación aplicable.
La selección incorrecta del ensayo puede producir conclusiones erróneas. Un tubo que supera un ensayo de abocardado no demuestra automáticamente el mismo comportamiento frente a aplanamiento inverso. Una soldadura que cumple un doblez guiado no equivale necesariamente a que el tubo completo tenga la misma respuesta frente a aplastamiento. Cada prueba debe interpretarse dentro de su objetivo y condición de deformación.
Referencias a tablas, notas y figuras
FIG. A2.9 – Reverse Flattening Test funciona como apoyo visual para comprender la apertura y aplanamiento de una muestra de tubo soldado eléctricamente con la soldadura ubicada en la zona de máximo doblez. Su función es apoyar la interpretación del aplanado inverso, no sustituir el criterio de la especificación aplicable.
FIG. A2.10 – Crush Test Specimen funciona como apoyo visual para el espécimen de aplastamiento usado en tubos de caldera u otros tubos de presión. Su función es mostrar la forma del anillo que se coloca sobre su extremo y se comprime axialmente.
FIG. A2.11 – Flaring Tool and Die Block for Flange Test funciona como apoyo visual para la herramienta y el bloque de matriz recomendados en el ensayo de pestañado. Su función es ilustrar la formación controlada de la pestaña a ángulo recto con el cuerpo del tubo.
FIG. A2.12 – Tapered Mandrels for Flaring Test funciona como apoyo visual para los mandriles cónicos utilizados en el ensayo de abocardado. Presenta las configuraciones de pendiente 1 en 10 y ángulo incluido de 60° como geometrías de herramienta para expandir la sección tubular.
FIG. A2.13 – Transverse Face- and Root-bend Test Specimens funciona como apoyo visual para probetas transversales de doblez de cara y raíz con la soldadura al centro. Su función es diferenciar las configuraciones usadas para evaluar distintas zonas de la soldadura.
FIG. A2.14 – Side-bend Specimen for Ferrous Materials funciona como apoyo visual para probetas de doblez lateral. Su función es mostrar la geometría del espécimen cuando una superficie lateral se convierte en la superficie convexa durante el doblez.
FIG. A2.15 – Guided-bend Test Jig funciona como apoyo visual para el dispositivo de doblez guiado. Su función es mostrar el punzón y el útil de doblado que controlan la geometría del ensayo.
Conclusión
Los ensayos de manipulación del Anexo A2 evalúan ductilidad y sanidad bajo deformaciones específicas de productos tubulares. No constituyen un único ensayo general ni aplican automáticamente a todo producto tubular.
La selección correcta exige distinguir entre aplanado, aplanado inverso, aplastamiento, pestañado, abocardado, doblez para tubería usada en serpentines y doblez guiado transversal de soldaduras. También exige registrar los parámetros que controlan la severidad de cada prueba.
La interpretación debe mantenerse vinculada con la especificación aplicable. El resultado de una prueba de manipulación solo tiene sentido técnico cuando se conoce qué condición se deformó, qué dispositivo se usó, qué dimensión controló la severidad y qué criterio se aplicó para evaluar la respuesta del producto o de la soldadura.
Pregunta Reflexiva
Si dos productos tubulares pasan pruebas de manipulación distintas, ¿por qué no sería correcto concluir que ambos tienen el mismo comportamiento frente a cualquier operación de conformado?