Como escolher a espessura de chapas de liga para equipamentos de pressão fabricados

Como escolher a espessura de chapas de liga para equipamentos de pressão fabricados

Selecionar a espessura adequada de chapas de liga para equipamentos de pressão fabricados exige mais do que fazer corresponder uma dimensão nominal a um desenho. A pressão e a temperatura de projeto são importantes, mas também o são a sobreespessura para corrosão, as perdas na conformação, os detalhes das soldas e o código de construção aplicável. Uma chapa que parece adequada em um cálculo de pressão pode não atender aos requisitos após a fabricação; uma chapa desnecessariamente espessa pode dificultar a conformação e a soldagem sem resolver o mecanismo de falha real.

A questão prática não é simplesmente “Qual deve ser a espessura do material?”. É “Qual é a espessura mínima que deve permanecer em cada local relevante e qual espessura nominal permitirá obtê-la com segurança?”

Comece pelas condições de projeto, não pela lista de materiais disponíveis

Para um limite de pressão, o ponto de partida é o código de projeto aplicável e o envelope operacional especificado para o equipamento. A ASME Section VIII, por exemplo, contém diferentes regras de construção, dependendo da divisão escolhida. O projetista responsável deve determinar quais regras se aplicam e utilizar as propriedades permitidas do material na temperatura de projeto.

A pressão interna é apenas uma das cargas. A pressão externa ou o vácuo podem fazer com que a flambagem, e não a resistência à tração, seja a preocupação determinante. Gradientes de temperatura, cargas nos bocais, suportes, pressão cíclica e expansão térmica também podem afetar o projeto. Um casco cilíndrico fino que atende à verificação de pressão interna ainda pode precisar de reforço ou de uma configuração diferente para serviço sob vácuo.

Evite substituir diretamente a tensão admissível estabelecida pelo código pela resistência à tração ou ao escoamento à temperatura ambiente. Os valores admissíveis dependem da especificação do material, da forma do produto, da condição, da temperatura e da edição aplicável do código. Uma liga mais resistente não permite automaticamente usar um componente de pressão mais fino, sobretudo se o grau ou a condição propostos não tiverem um valor admissível aplicável.

Separe a espessura mínima requerida da espessura encomendada

Um cálculo normalmente estabelece a espessura requerida para um local e uma condição de carga definidos. O pedido de compra deve então levar em conta o que acontece entre a usina e o componente acabado: tolerâncias permitidas na espessura do produto, conformação, preparação da superfície e qualquer sobreespessura para corrosão especificada. O tratamento exato de cada item deve constar das especificações de projeto e de aquisição do projeto.

Essa distinção é particularmente importante para tampos conformados e dobras acentuadas. O material pode ficar localmente mais fino durante a conformação, e a maior perda pode não ocorrer no ponto onde foi feita a medição da chapa plana. Pergunte ao fabricante como a peça acabada será medida e se o método de conformação pode manter a espessura mínima requerida. Se a resposta não for conclusiva, pode ser justificável começar com uma chapa mais espessa — ou talvez seja necessário alterar a geometria.

Não some duas vezes todas as sobreespessuras possíveis. Por exemplo, esclareça se a espessura indicada no desenho já inclui a sobreespessura para corrosão e a sobreespessura para conformação. Uma terminologia ambígua pode resultar em um pedido com espessura insuficiente ou em uma correção excessiva e dispendiosa.

A sobreespessura para corrosão não substitui a seleção do material

Uma sobreespessura para corrosão pode compensar a perda geral de metal prevista quando o mecanismo e a base de projeto justificam essa abordagem. Ela oferece muito menos segurança quando a preocupação é a corrosão localizada, a corrosão em frestas ou a corrosão sob tensão. Em certas circunstâncias, uma sobreespessura maior pode retardar um vazamento, mas não torna uma liga incompatível adequada ao processo.

Considere um vaso fabricado que contenha um líquido com cloretos. A decisão depende de mais do que a concentração de cloretos: temperatura, acidez, oxigênio, depósitos, condições de fluxo e produtos químicos de limpeza podem alterar o risco. As frestas em conexões ou sob depósitos merecem atenção, assim como a superfície exposta do casco. Se o mecanismo de corrosão não estiver claro, solicite uma avaliação de corrosão e considere testar materiais e soldas representativos no ambiente real.

O acesso para inspeção também é importante. Um componente que não possa ser inspecionado eficazmente ao longo da vida útil prevista pode exigir outro material ou abordagem de projeto, em vez de um aumento arbitrário da espessura da parede.

Compare os graus de liga na condição fabricada

Monel 400 e Monel K-500 ilustram por que a espessura não pode ser escolhida apenas com base em uma tabela de resistência. Ambos são ligas de níquel-cobre, mas o K-500 ganha resistência por meio de endurecimento por precipitação e pode apresentar diferentes considerações de usinagem, conformação e soldagem. Em geral, o Monel 400 é a opção mais simples de avaliar quando a conformabilidade e a fabricação por soldagem são fatores importantes; isso não garante sua adequação a todos os fluidos ou aplicações de código.

Para construções soldadas, estabeleça a condição requerida do material e examine como a soldagem e qualquer tratamento térmico posterior podem afetar as propriedades. Confirme que o grau, a forma do produto e a condição selecionados são permitidos pelo código aplicável e que podem ser fornecidos procedimentos de soldagem qualificados e inspeção adequada. Não se deve presumir que a resistência da chapa de base represente todas as regiões de um conjunto soldado.

A Shandong Titanium Nickel Special Steel Co., Ltd. fornece ligas especiais de famílias à base de níquel e de outros materiais. Sua oferta de chapas de aço de liga Monel inclui tiras e chapas de Monel 400 e K-500, com uma faixa de espessura declarada de 0.1–100 mm. Essa faixa é um ponto de partida para uma consulta de fornecimento, não uma confirmação de que todos os graus, condições e dimensões estejam disponíveis ou sejam adequados para serviço sob pressão.

A fabricação pode determinar a escolha entre duas espessuras aceitáveis

Quando duas espessuras nominais parecem viáveis, envolva o fabricante antes de escolher a mais espessa. A espessura adicional aumenta as forças de conformação e pode exigir um raio de dobra, uma preparação de junta ou uma sequência de soldagem diferentes. Também aumenta o volume de solda e pode elevar a distorção ou as tensões residuais se o plano de fabricação não for ajustado.

Por outro lado, pode ser mais difícil soldar uma chapa mais fina sem distorção ou perfuração, e ela pode exigir suporte temporário durante a montagem. A largura da chapa é outra variável prática: uma chapa mais larga pode reduzir o número de juntas, mas somente se a oficina puder manuseá-la e conformá-la e se o produto requerido estiver disponível na condição especificada.

Portanto, a comparação útil é entre processos de fabricação completos, e não apenas entre pesos de material. Inclua o número provável de soldas, o método de conformação, o acesso para inspeção e o risco de ficar abaixo da espessura mínima final.

O que confirmar antes de liberar o pedido

Forneça ao fornecedor e ao fabricante uma especificação coerente: designação da liga, especificação de produto aplicável, condição do material, dimensões nominais e tolerâncias, documentação requerida e quaisquer requisitos específicos do projeto para ensaios ou superfície. Confirme se a documentação de ensaio da usina identificará a corrida do material fornecido e comprovará a conformidade com a especificação encomendada.

Antes da aprovação, verifique a compatibilidade entre três documentos: o cálculo de projeto, o desenho de fabricação e o pedido de compra do material. Eles devem concordar quanto ao material aplicável, à sobreespessura para corrosão e à espessura mínima final. Se for proposta uma alteração na espessura disponível em estoque ou na condição do material, encaminhe-a ao projetista responsável para análise, em vez de tratá-la como uma substituição de compra.