En el caso de válvulas para uso intensivo, el grado del material que figura en el presupuesto es solo el principio.
Una válvula puede fabricarse con el material adecuado.
Puede superar la prueba de presión hidrostática.
Puede tener un aspecto totalmente aceptable antes del envío.
Y aun así, puede fallar después de llegar al lugar.
Esto no es una teoría para nosotros. Es una lección. THINKTANK Aprendí de un proyecto real.
Hace algunos años, suministramos un lote de válvulas reductoras de presión manuales para alta temperatura y alta presión. El cuerpo de la válvula estaba fabricado en acero 15CrMo, tenía un diámetro de DN50 y una presión nominal de PN200.
Durante la inspección de fábrica, las válvulas superaron la prueba hidrostática. No se detectaron fugas durante la prueba. La documentación parecía estar en orden. A simple vista, nada indicaba un problema grave.
Pero una vez que las válvulas llegaron a las instalaciones del cliente, se detectó una fuga.
Retiramos urgentemente las válvulas y solicitamos una inspección más exhaustiva. Las pruebas radiográficas posteriores revelaron grietas en los cuerpos de las válvulas. Estas grietas estaban relacionadas con soldaduras de reparación realizadas durante el proceso de fabricación.
La prueba de presión original no los detectó.
RT lo hizo.
Para THINKTANKFue un encargo complicado. Perdimos dinero con el proyecto. Pero no lo consideramos solo una pérdida comercial. Colaboramos con el cliente, respondimos con rapidez, proporcionamos una solución correctiva y asistencia posventa. Las válvulas suministradas tras la corrección funcionan ahora de forma estable en la planta.
Y lo que es más importante, el proyecto cambió nuestra perspectiva sobre la fabricación de cuerpos de válvulas para altas temperaturas.
Esto nos recordó que la fiabilidad de las válvulas no se basa únicamente en la selección de materiales, sino en todos los procesos posteriores.
El nombre del material es visible. El proceso que hay detrás no lo es.
Cuando un comprador compara dos presupuestos de válvulas, muchas cosas parecen fáciles de comparar.
- Material
- Tamaño
- La calificación de presión
- Conexión final
- Tiempo de entrega
- Precio
Pero muchos de los factores de calidad más importantes están ocultos.
¿El cuerpo fue fundido o forjado?
Si se trató de una pieza fundida, ¿se enfrió y se sometió a un tratamiento térmico adecuado?
¿Se realizó algún trabajo de soldadura de reparación?
¿La soldadura de reparación fue controlada por un procedimiento de soldadura (WPS) calificado?
¿Se realizó el precalentamiento correctamente?
¿Se controlaba la temperatura entre pasos?
¿Se requirió el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y se realizó correctamente?
¿Se realizaron radiografías y ultrasonidos en el cuerpo de la válvula?
¿Se utilizó MT o PT después de la soldadura de reparación?
¿La fundición tenía capacidad para procesar acero de baja aleación resistente al calor, o fue seleccionada únicamente porque el precio era más bajo?
Estas cuestiones no suelen aparecer en la superficie de la válvula terminada. Es posible que no sean visibles después del mecanizado, la pintura, el montaje y el embalaje.
Pero son ellos quienes deciden si una válvula para uso intensivo solo puede superar la prueba de fábrica o si puede funcionar de forma fiable en las instalaciones del cliente.
Por eso, dos válvulas con el mismo grado de material y la misma presión nominal pueden tener niveles de fiabilidad muy diferentes.
El 15CrMo no es Cr-Mo-V, pero la lección nos llevó más lejos.
Técnicamente, el 15CrMo es un acero de baja aleación de cromo-molibdeno resistente al calor. Contiene cromo y molibdeno, pero no contiene vanadio.
Los aceros Cr-Mo-V son diferentes. Contienen vanadio, lo que mejora la resistencia a la fluencia a altas temperaturas mediante la precipitación de carburos. Esto los hace útiles en aplicaciones exigentes de alta temperatura, como sistemas de vapor, centrales eléctricas, plantas petroquímicas y equipos de válvulas o tuberías de alta presión.
Por lo tanto, nuestro proyecto 15CrMo no fue un caso de fallo del Cr-Mo-V en el sentido químico estricto.
Pero esto nos impulsó a estudiar más a fondo los materiales Cr-Mo y Cr-Mo-V, porque comparten una realidad importante:
No son aceros al carbono comunes.
Puede que parezcan "un acero aleado más" en una lista de materiales, pero sus requisitos de fundición, soldadura, tratamiento térmico e inspección son mucho más exigentes.
Para un fabricante de válvulas, conocer el nombre del material no es suficiente.
Debemos comprender cómo se comporta el material durante el proceso de fabricación.
Tabla 1. Aceros típicos resistentes al calor Cr-Mo y Cr-Mo-V utilizados en servicio a altas temperaturas.
| Grado/Estándar de acero | C (%) | Cr (%) | Mes (%) | V (%) | Aplicaciones industriales típicas |
| 20CrMo / GB/T 3077 | 0.17-0.24 | 0.80-1.10 | 0.15-0.25 | - | Piezas estructurales de alta resistencia y componentes de presión convencionales. |
| 14MoV6-3 / EN 1.7715 | 0.10-0.15 | 0.30-0.60 | 0.50-0.70 | 0.20-0.30 | Tuberías, forjas y bridas de alta temperatura de hasta aproximadamente 530 °C. |
| 21CrMoV5-7 / EN 1.7709 | 0.17-0.25 | 1.20-1.50 | 0.55-0.80 | 0.20-0.35 | Piezas forjadas resistentes al calor, pernos y piezas sometidas a alta presión y temperatura. |
| C12A / ASTM A217 | 0.08-0.12 | 8.00-9.50 | 0.85-1.05 | 0.18-0.25 | Cuerpos de válvulas fundidos de alta temperatura y alta presión para servicio de vapor supercrítico |
El primer riesgo oculto: el control del lanzamiento
Mucha gente piensa que los problemas de fundición se deben principalmente a agujeros de arena, porosidad, contracción o inclusiones.
Estos defectos son reales y suelen estar relacionados con el material de moldeo, el diseño del sistema de vertido, el diseño del bebedero, la limpieza del acero fundido y el control del proceso de fundición.
Sin embargo, en el caso de los cuerpos de válvulas de acero resistente al calor de baja aleación Cr-Mo y Cr-Mo-V, existe otro riesgo menos visible: la tensión interna y la microestructura frágil.
Si una pieza fundida se abre demasiado pronto, se enfría demasiado rápido o no se aísla ni se trata térmicamente adecuadamente, la superficie y el núcleo pueden enfriarse a velocidades muy diferentes. La transformación de fase interna puede no producirse de forma uniforme. Pueden quedar tensiones residuales en el interior del cuerpo de la válvula incluso antes de que comience el mecanizado.
Desde fuera, el molde puede parecer normal.
Tras el mecanizado, la superficie puede parecer limpia.
Después de pintarla, la válvula puede verse perfecta.
Pero internamente, el cuerpo de la válvula ya podría ser sensible.
Una vez realizada la soldadura de reparación en este tipo de pieza fundida, el calor de la soldadura puede provocar grietas alrededor del área reparada.
Por eso, la soldadura de reparación no puede considerarse una simple corrección de taller.
El segundo riesgo oculto: la soldadura de reparación
Para algunos materiales, la soldadura de reparación puede parecer un paso normal del proceso de producción.
- Eliminar el defecto
- Soldarlo
- Máquina
- Continuar la producción
Pero en el caso de los aceros resistentes al calor de baja aleación Cr-Mo y Cr-Mo-V, la soldadura de reparación no consiste simplemente en "añadir metal".
Se trata de una operación metalúrgica.
El arco de soldadura crea una zona localizada de alta temperatura. El cuerpo de la válvula circundante es mucho más frío y mucho más denso. Si el precalentamiento es insuficiente, la zona afectada por el calor puede enfriarse demasiado rápido después de la soldadura.
En los aceros al cromo-molibdeno, esto puede generar una zona afectada por el calor dura y frágil. Si además hay presencia de hidrógeno debido a la humedad, los materiales de soldadura o un control deficiente, la combinación de una microestructura dura, hidrógeno y tensiones residuales puede provocar agrietamiento en frío.
Estas grietas pueden no aparecer de inmediato. Pueden aparecer horas o días después, o solo hacerse visibles durante una inspección o mantenimiento posterior.
En el caso de los aceros Cr-Mo-V, el riesgo es aún mayor. Se añade vanadio para mejorar la resistencia a altas temperaturas, pero tras la soldadura, los materiales que contienen vanadio pueden ser propensos al agrietamiento por recalentamiento, también conocido como agrietamiento por alivio de tensiones. Esto puede ocurrir durante el tratamiento térmico posterior a la soldadura o al inicio del funcionamiento a alta temperatura.
Por eso, estos materiales no son imposibles de soldar.
Pero son implacables.
Requieren un precalentamiento adecuado, un aporte de calor controlado, control de la temperatura entre pasadas, prácticas de soldadura con bajo contenido de hidrógeno, procedimientos de soldadura (WPS) cualificados, un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) adecuado cuando sea necesario y un ensayo no destructivo (NDE) final.
Saltarse un paso puede no revelar un problema de inmediato.
Pero el riesgo persiste dentro del cuerpo de la válvula.
Tabla 2. Clasificación del número P de la Sección IX de ASME y sensibilidad a la soldadura.
| Número P de ASME | Sistema de aleación de metal base | Grados típicos de materiales ASTM | Sensibilidad de la soldadura y requisitos clave del proceso |
| P-Nº 1 | Aceros al carbono-manganeso | ASTM A216 WCB/WCC, ASTM A105 | Soldabilidad relativamente buena; el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) puede estar exento en ciertas aplicaciones de pared delgada según los requisitos del código. |
| P-Nº 4 | Aceros 1.25Cr-0.5Mo | ASTM A217 WC6, ASTM A182 F11 | Se requiere una mayor templabilidad, un precalentamiento controlado y un control preciso del procedimiento de soldadura. |
| P-No. 5A | Aceros 2.25Cr-1Mo | ASTM A217 WC9, ASTM A182 F22 | Alta sensibilidad a la soldadura; normalmente se requiere un precalentamiento estricto y un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). |
| P-No. 5B | Aceros de 5Cr a 9Cr Mo sin vanadio | ASTM A217 C5, ASTM A217 C12 | Sensibilidad de soldadura muy alta; el aporte térmico, la temperatura entre pasadas y el tratamiento térmico posterior a la soldadura deben controlarse cuidadosamente. |
| P-No. 5C / 15E | Aceros aleados de Cr-Mo-V | ASTM A217 C12A, ASTM A182 F91 | Extremadamente sensible a los ciclos térmicos de soldadura; alto riesgo de agrietamiento por recalentamiento/agrietamiento por alivio de tensiones; se requieren procedimientos de soldadura (WPS) estrictos, control de temperatura del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y ensayos no destructivos (END). |
El tercer riesgo oculto: creer que las pruebas hidrostáticas son suficientes.
Nuestro proyecto con acero 15CrMo también nos enseñó a no sobreestimar las pruebas hidrostáticas.
Es necesario realizar pruebas hidrostáticas. Estas confirman que la barrera de presión no presenta fugas bajo una condición de prueba específica.
Pero las pruebas hidrostáticas no permiten ver el interior del metal.
Si la grieta es interna y no ha penetrado completamente el espesor de la pared, el medio de prueba no tiene vía de fuga.
Si una grieta está completamente cerrada por la tensión residual, es posible que el agua no penetre en ella durante la prueba.
Si el defecto se encuentra en la zona afectada por el calor, pero no se ha manifestado en la superficie, la válvula aún podría superar la prueba de presión.
Esto no significa que la prueba de presión sea inútil.
Significa que la prueba de presión tiene un límite.
Para cuerpos de válvulas sometidos a altas temperaturas, altas presiones o condiciones de servicio severas, las pruebas hidrostáticas deben complementarse con un examen no destructivo adecuado.
La radiografía puede revelar muchos defectos internos.
La técnica de ultrasonidos es especialmente importante para detectar defectos planares internos en secciones gruesas.
La técnica MT resulta útil para detectar grietas superficiales y cercanas a la superficie en materiales ferromagnéticos.
La tomografía por emisión de positrones (PT) puede detectar defectos superficiales cuando corresponda.
Cada método tiene su función específica. Ninguno de ellos debe considerarse un sustituto universal de los demás.
Un plan de inspección riguroso debe tener en cuenta el tipo de material, el espesor de la pared, el historial de reparaciones, la clase de presión, las condiciones de servicio y las consecuencias de una posible falla.
Tabla 3. Métodos de pruebas hidrostáticas y END para la inspección del cuerpo de la válvula
| Método de inspección/prueba | Principio / Método de prueba | Defectos detectados eficazmente | Limitaciones clave |
| Prueba de presión hidrostática / API 598 | Presuriza el cuerpo y los asientos de la válvula con agua o gas para verificar el límite de presión y el rendimiento del sellado. | Fugas a través de la pared, fallas importantes en los límites de presión y fugas en los asientos. | No puede detectar de forma fiable grietas internas, grietas cerradas o defectos que no hayan penetrado el espesor de la pared. |
| Pruebas radiográficas / RT | Utiliza radiación de rayos X o rayos gamma para inspeccionar discontinuidades internas mediante la variación de densidad en películas o imágenes digitales. | Porosidad interna, inclusiones de escoria, cavidades de contracción y algunas grietas abiertas o con orientación favorable. | Menos sensible a grietas planas muy cerradas; la detección depende de la orientación de la grieta y de la calidad de la imagen. |
| Ensayos ultrasónicos / UT | Utiliza ondas sonoras de alta frecuencia y señales reflejadas para detectar discontinuidades internas. | Defectos planares internos, falta de fusión, grietas y defectos en secciones gruesas | Requiere operadores cualificados, condiciones de superficie adecuadas y una interpretación cuidadosa. |
| Ensayo de partículas magnéticas / MT | Utiliza fugas de flujo magnético y partículas magnéticas para revelar defectos superficiales o cercanos a la superficie en materiales ferromagnéticos. | Grietas superficiales y subsuperficiales, solapamientos, costuras y discontinuidades. | Solo apto para materiales ferromagnéticos; no puede detectar defectos internos profundos. |
| Ensayo de líquidos penetrantes / PT | Utiliza la acción capilar del líquido penetrante para revelar defectos que abren la superficie. | Grietas, poros y discontinuidades que abren la superficie | No puede detectar defectos internos cerrados o subsuperficiales; la preparación de la superficie es fundamental. |
Las carrocerías forjadas ayudan, pero no eliminan la necesidad de control.
Tras experimentar riesgos relacionados con la fundición, muchos ingenieros prefieren los cuerpos de válvulas forjados para aplicaciones de servicio pesado.
Esto tiene sentido.
El forjado puede mejorar la densidad interna y reducir el riesgo de contracción, porosidad, holgura y otros defectos relacionados con la fundición. También puede reducir la probabilidad de tener que realizar soldaduras de reparación antes del envío.
En el caso de cuerpos de válvulas sometidos a alta presión y alta temperatura, el forjado puede proporcionar una mayor confianza en la integridad del material base.
Pero el forjado no altera la composición química del acero.
Si una pieza forjada está hecha de acero Cr-Mo o Cr-Mo-V, la sensibilidad a la soldadura sigue existiendo.
Si la válvula requiere soldadura a tope en los extremos, recubrimiento duro del asiento, soldadura por superposición o soldadura de reparación localizada, se siguen aplicando las mismas reglas metalúrgicas.
Por lo tanto, la conclusión correcta no es que "la falsificación lo soluciona todo".
La conclusión correcta es:
El forjado reduce muchos riesgos de defectos físicos, pero no elimina la necesidad de disciplina en la soldadura, control del tratamiento térmico y ensayos no destructivos.
Tabla 4. Materiales de retención de presión para altas y bajas temperaturas.
| Grado/Estándar del material | Tipo de material / Característica microestructural | Temperatura mínima de diseño típica | Temperatura máxima de servicio típica | Lógica del diseño metalúrgico y aplicaciones típicas |
| ASTM A216 WCB | Acero al carbono fundido | -29 ° C / -20 ° F | 425 ° C / 800 ° F | Acero fundido de uso general para aplicaciones en agua, petróleo, gas y procesos convencionales. |
| ASTM A352 LCB / LCC | Acero al carbono/carbono-manganeso fundido a baja temperatura | -46 ° C / -50 ° F | 345 ° C / 650 ° F | Diseño con bajo contenido de carbono y mayor resistencia a bajas temperaturas; utilizado para servicio en frío, tuberías de baja temperatura y equipos a presión. |
| ASTM A352 LC3 | Acero fundido a baja temperatura con 3.5 % de níquel | -101 ° C / -150 ° F | 340 ° C / 650 ° F | La aleación con níquel mejora la tenacidad a bajas temperaturas; se utiliza para aplicaciones criogénicas o de baja temperatura más exigentes. |
| ASTM A217 C12A | Acero fundido 9Cr-1Mo-V | -29 ° C / -20 ° F | 649 ° C / 1200 ° F | Acero martensítico resistente al calor con contenido de vanadio para válvulas de vapor de alta temperatura y alta presión y para aplicaciones de potencia supercrítica. |
¿Por qué la misma válvula puede tener un precio diferente?
Esta es la parte que muchos compradores no ven.
Una válvula más económica puede utilizar el mismo nombre de material.
Puede tener la misma clasificación de presión.
Puede que supere la misma prueba hidrostática.
Incluso puede que tenga el mismo aspecto después de pintarlo.
Pero el proceso de control oculto puede ser completamente diferente.
Un proveedor puede exigir un control estricto de la fundición, registros de tratamiento térmico, aprobación de soldadura de reparación, control de WPS, registros PWHT, RT, UT, MT y PT cuando sea necesario.
Otro proveedor podría centrarse únicamente en el mecanizado, el montaje y las pruebas de presión finales.
La diferencia no siempre es visible en el momento del parto.
Pero es real.
La radioterapia y la ecografía cuestan dinero.
El tratamiento térmico posterior a la soldadura cuesta dinero.
Los procedimientos de soldadura cualificados cuestan dinero.
Rechazar una pieza fundida defectuosa cuesta dinero.
Utilizar una fundición más avanzada cuesta dinero.
Un enfriamiento más lento, un mejor tratamiento térmico y una inspección más estricta cuestan dinero.
Pero estos costes forman parte de la fiabilidad.
Cuando una válvula se utiliza en condiciones de servicio leves, algunos requisitos pueden no ser necesarios. Sin embargo, en aplicaciones de alta temperatura, alta presión y servicio severo, eliminar estos controles para reducir costos puede simplemente trasladar el riesgo de la fábrica a las instalaciones del cliente.
Eso no supone un ahorro de costes.
Eso es transferencia de riesgo.
Lo que THINKTANK Cambió después de este proyecto.
Tras el proyecto de la válvula reductora de presión 15CrMo PN200, reforzamos nuestros estándares de calidad internos para los cuerpos de válvulas de acero de baja aleación resistente al calor.
Para aplicaciones críticas, la radiografía (RT) y la ultrasonografía (UT) ya no se consideran requisitos opcionales del cliente. Dependiendo del material, el espesor de la pared, la clase de presión, el historial de reparaciones y las condiciones de servicio, pueden convertirse en requisitos internos obligatorios incluso cuando el cliente no las solicita específicamente.
También nos volvimos más estrictos con los proveedores de fundición.
Prestamos más atención a si comprenden el acero de baja aleación resistente al calor, y no solo a si saben verter el material. El control de la refrigeración, los registros de tratamiento térmico, el historial de reparación de defectos y los informes de ensayos no destructivos (END) cobraron mayor importancia en nuestra evaluación de proveedores.
En la soldadura de reparación, prestamos mayor atención a que el proceso de soldadura se controle mediante procedimientos, y no solo por experiencia. El precalentamiento, la temperatura entre pasadas, las prácticas con bajo contenido de hidrógeno, los registros de tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) y la inspección posterior a la reparación se consideran ahora parte fundamental del proceso de calidad.
Esta experiencia también cambió nuestra mentalidad interna.
Un cuerpo de válvula no se considera homologado únicamente por haber superado la prueba de presión final.
Se considera apto porque se controlaron los procesos críticos previos a la prueba de presión.
La responsabilidad de un proveedor se revela cuando surgen problemas.
Ningún fabricante quiere hablar de un proyecto fallido.
Pero creo que la experiencia real debe incluir tanto el éxito como el fracaso.
Ese pedido de 15CrMo nos costó dinero, pero nos aportó algo mucho más valioso: una comprensión más profunda del riesgo en la fabricación.
Respondimos al cliente.
Hemos resuelto el problema.
Hemos mejorado nuestros estándares internos.
Y las válvulas reparadas ya funcionan de forma estable en la planta.
Esto es importante para nosotros, porque la responsabilidad de un proveedor no solo se demuestra cuando todo va bien.
Se muestra cuando aparece un problema.
¿Respondemos con rapidez?
¿Afrontamos la causa raíz con honestidad?
¿Mejoramos el proceso o simplemente reemplazamos el producto?
¿Podemos convertir una lección dolorosa en un estándar mejor para el próximo cliente?
Para THINKTANKEste proyecto pasó a formar parte de nuestra filosofía de calidad.
La selección de materiales es solo el comienzo.
Tras 18 años en la industria de las válvulas, sigo sintiendo que hay mucho más que aprender.
Cuanto más profundizamos en la fabricación de válvulas, más comprendemos que una válvula industrial no es un producto sencillo.
Una válvula fiable para aplicaciones exigentes no se crea simplemente eligiendo el material adecuado.
Se construye mediante el control de la fundición, la calidad de la forja, la disciplina de la soldadura, el tratamiento térmico, la planificación de la inspección, la gestión de proveedores y la responsabilidad de la ingeniería.
Estas cosas no siempre son visibles desde el exterior.
Puede que no resulten obvios en una cita.
Es posible que no se detecten durante una visita a la fábrica.
Pero están ocultos dentro de la válvula.
Y cuando la válvula se instala en un emplazamiento real, bajo presión real, temperatura real y condiciones de funcionamiento reales, estos controles invisibles se hacen visibles a través del rendimiento.
Esta es la razón THINKTANK Continúa estudiando los materiales, mejorando la gestión de proveedores y reforzando los requisitos de inspección.
Porque en las válvulas sometidas a condiciones de servicio exigentes, la fiabilidad no depende únicamente del material seleccionado.
Se trata de cómo se controla cada proceso que hay detrás de ese material.
