Controle dimensional do carretel de tubo de aço inoxidável: pontos de levantamento, tolerâncias e alinhamento do furo do parafuso

O que é o controle dimensional do carretel de tubo?

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O controle dimensional é o processo de comprovar que um conjunto de tubos pré-fabricados corresponde ao seu desenho isométrico dentro dos limites acordados, de modo que ele se encaixe no local sem força.

Um carretel de tubo é construído em uma oficina e instalado semanas depois em uma fábrica. Entre esses dois eventos, ninguém consegue consertar um erro facilmente. Um carretel com 6 mm de comprimento a mais ou com um flange girado por um furo de parafuso significa corte em campo, nova soldagem ou entrega rejeitada.

O custo é maior para o aço inoxidável. O corte e a soldadura de aço inoxidável necessitam de gás de purga, controle de entrada de calor e, muitas vezes, repassivação. O retrabalho também adiciona mais calor, o que adiciona mais distorção. É mais barato medir cuidadosamente na primeira vez.

Há também uma razão de segurança. Quando um carretel desalinhado é colocado no lugar com parafusos, a tensão fica presa na tubulação. Essa tensão carrega os parafusos do flange, a junta e o bocal do equipamento na outra extremidade. Um bom controle dimensional evita esse problema na sua origem.

Onde você deve colocar pontos de levantamento em um carretel de tubo?

Coloque pontos de levantamento topográfico nos recursos que definem a conexão: centros de face de junta de flange, vértices de cotovelo e T, linhas de centro de ramificação, cordões de solda e acessórios de suporte, todos medidos a partir de um ponto de referência.

Um ponto de levantamento topográfico é um local marcado no carretel onde você faz uma medição. Escolher os pontos certos é mais importante do que possuir equipamentos caros. A tabela abaixo lista os pontos que recomendamos para cada carretel.

Quatro regras de dados que evitam erros cumulativos

• Use um dado.Escolha o centro da face do flange ou a extremidade do carretel e meça cada ponto a partir dele. Adicionar comprimentos segmento por segmento acumula pequenos erros.
• Mark aponta sempre da mesma maneira.Use canetas de tinta ou matrizes certificadas com baixo teor de cloretos e enxofre.
• Mantenha o aço carbono longe do inoxidável.Use ferramentas e escovas de aço inoxidável dedicadas. Partículas de ferro causam manchas de ferrugem posteriormente.
• Combine o modelo.Os pontos de levantamento no carretel devem corresponder aos pontos de dimensão no desenho isométrico, para que os valores medidos e desenhados sejam comparados diretamente.

Qual método de medição funciona melhor: fita, estação total, rastreador a laser ou digitalização 3D?

Use uma fita de aço para bobinas padrão de ±3 mm, uma estação total para bobinas multiplanas grandes, um rastreador a laser ou braço articulado para bobinas de ±1,5 mm ou mais apertadas e digitalização 3D para capturar condições complexas existentes no local.

Nenhum método é “melhor” em todos os casos. A ferramenta certa depende da tolerância, do tamanho do carretel e do custo de estar errada. A comparação abaixo é baseada no desempenho típico do instrumento.

Regra prática:o instrumento deve ser pelo menos três a quatro vezes mais preciso do que a tolerância que você está verificando. Uma fita com ±2 mm de incerteza no mundo real não pode provar uma tolerância de ±1,5 mm.

Quais tolerâncias dimensionais se aplicam aos carretéis de tubos de aço inoxidável?

Não existe uma tolerância universal única. ASME B31.3 corrige o alinhamento do flange (1 mm por inclinação de 200 mm, deslocamento do furo do parafuso de 3 mm); todo o resto, incluindo a duração total, vem da especificação do contrato ou do projeto.

Isso surpreende muitos compradores. ASME B31.3 informa como alinhar juntas flangeadas e como alinhar soldas circunferenciais dentro dos limites do procedimento de soldagem e do projeto de engenharia. Ele não publica uma tabela de "erros de comprimento de spool permitidos". Esses números vêm do seu pedido de compra, da especificação do seu cliente ou de uma estrutura internacional como a ISO 13920 para estruturas soldadas.

Fonte: ASME B31.3, parágrafo. 335.1(c) e 328.4 (coluna de código). As colunas comerciais e estanques são faixas ilustrativas comumente vistas nas especificações de fabricação. Eles não são requisitos de código. O pedido de compra ou especificação de engenharia prevalece.

Qual documento vence quando limita o conflito?

ASME B31.3 declara que suas regras de alinhamento de flange se aplicam “a menos que especificado de outra forma no projeto de engenharia”. Na prática, a ordem é:(1)o projeto de engenharia ou especificação do cliente,(2)o pedido de compra,(3)o código mínimo. Um limite de projeto mais restrito sempre supera um limite de código mais flexível. Alguns profissionais chegam a reduzir pela metade o limite do código para alinhamento da face do flange, usando 0,5 mm por 200 mm.

Como funciona o alinhamento do furo do parafuso e por que o limite de 3 mm é importante?

Os furos dos parafusos devem ultrapassar as linhas centrais do flange e os furos correspondentes não podem ser deslocados em mais de 3 mm (ASME B31.3 parágrafo. 335.1(c)). Em flanges comuns, um deslocamento de 3 mm deixa menos de 0,2 mm de espaço livre para o parafuso.

O que significa "straddle".Em um flange ASME B16.5 padrão, nenhum furo fica na linha central superior, inferior ou lateral. Os buracos ficam aos pares em cada lado. Se ambos os flanges forem feitos desta forma e ambos forem soldados corretamente, os furos ficarão alinhados.

Por que 3 mm é apertado.Em flanges comuns Classe 150 e Classe 300, cada furo é cerca de 1/8 pol. (3,2 mm) mais largo que seu parafuso. Quando dois furos estão deslocados em 3 mm, a passagem livre deixada para o parafuso é o diâmetro do furo menos 3 mm. Para um flange NPS 6 Classe 150 (furos de 7/8 pol., parafusos de 3/4 pol.), isso tem 22,2 mm − 3 mm=19.2 mm de abertura para um parafuso de 19,05 mm. A margem é de apenas 0,17 mm. Adicione um pouco de rugosidade na rosca e o parafuso não entrará.

Quanta rotação equivale a 3 mm?Quanto menor o flange, maior será o deslocamento em graus. A tabela converte o deslocamento em rotação do flange no círculo do parafuso.

Um flange em um carretel grande só precisa ser girado menos de um grau para consumir toda a margem. É por isso que uma simples verificação visual não é suficiente.

Como manter os furos dos parafusos alinhados durante a fabricação

• Defina a orientação antes de virar.Marque a linha central de referência no desenho e, em seguida, prenda o flange com os furos abrangendo essa linha.
• Use um dispositivo de alinhamento de flange ou pinos.Aparafusar o flange a um acessório rígido mantém a rotação e a inclinação da face durante o remate e a soldagem.
• Verifique antes e depois da soldagem.A contração da solda pode torcer um flange. Meça novamente o deslocamento do furo do parafuso e a inclinação da face no carretel acabado.
• Confirme a orientação do desenho.Verifique se a isométrica indica a posição do furo (straddle ou na linha central para casos especiais) antes de cortar qualquer tubo.
• Não amplie os furos para esconder erros.Limar furos enfraquece a face do flange e esconde uma falha de fabricação que retornará em serviço.

​​​​​​​Como o tipo de flange altera a dificuldade de alinhamento?

Os flanges de juntas sobrepostas são os mais fáceis de alinhar porque giram livremente; flanges de pescoço de solda são fixadas por pontos; os flanges deslizantes adicionam uma segunda variável porque também deslizam ao longo do tubo.

O tipo de flange decide quando e como a rotação é “travada”. A comparação abaixo ajuda você a escolher um tipo quando o alinhamento do furo do parafuso é crítico, por exemplo, na última ligação de um trecho de tubulação.

Como a contração e a temperatura da soldagem afetam as dimensões do carretel de aço inoxidável?

O aço inoxidável se move mais que o aço carbono: ele se expande cerca de 40% mais com a temperatura e retém o calor da solda em uma área pequena, distorcendo mais. Meça a uma temperatura estável e registrada e planeje as tolerâncias dos testes de soldagem.

Duas propriedades do material explicam a diferença. O aço inoxidável austenítico possuimaior coeficiente de expansão térmicae umcondutividade térmica muito menorque o aço carbono. O calor permanece próximo à solda em vez de se espalhar, então o encolhimento e a distorção são maiores.

Exemplo trabalhado.Um carretel tipo 304 de 6 m de comprimento é medido em uma oficina fria a 10 graus e verificado novamente ao sol da tarde a 30 graus. O carretel tem 6.000 mm × 17,2 × 10⁻⁶ × 20 graus ≈2.1 mmmais longo. Se a tolerância for de ±3 mm, a oscilação de temperatura por si só utilizou a maior parte dela.

Maneiras práticas de controlar o movimento

• Registrar temperaturacom cada relatório dimensional e medir sempre a uma temperatura semelhante (por exemplo, de manhã cedo na loja).
• Equilibre a sequência de soldagem.Alterne os lados do tubo e solde as juntas opostas, para que as forças de contração sejam canceladas.
• Limitar a entrada de calor e a temperatura entre passesde acordo com o WPS qualificado. Menos calor significa menos distorção e protege a resistência à corrosão.
• Deixe uma margem de corteem uma extremidade de ajuste de campo quando a dimensão de ligação final é incerta.
• Faça um teste.Solde uma junta de teste com seu próprio WPS e meça o encolhimento real. Use esse número, não um genérico.

O que é um fluxo de trabalho prático de controle dimensional?

Use cinco pontos de retenção: componentes no recebimento, ajuste antes da soldagem, após a soldagem, relatório final e pré-embarque. Cada ponto de espera possui uma medição, um registro e uma regra de aprovação ou reprovação.

As verificações de adaptação (ponto de espera 2) pagam-se a si próprias. Leva minutos para mover um flange antes de soldar e horas para cortá-lo depois.

Quais são os erros dimensionais mais comuns e como evitá-los?

A maioria dos erros de carretel vem de cinco causas: erro de medição cumulativo, rotação do flange, inclinação da face, temperatura e distorção de soldagem, e cada uma tem uma etapa simples de prevenção.

Um aviso sobre remédios.Não use calor intenso ou martelamento para endireitar o aço inoxidável sem um procedimento qualificado. O aquecimento descontrolado pode causar sensibilização e reduzir a resistência à corrosão.

Como você deve especificar o controle dimensional em um pedido de compra?

Escreva a tolerância, o ponto de referência, a orientação do furo do flange, as condições de medição e o formato do relatório no pedido de compra. Se eles não forem anotados, os padrões de código serão aplicados e serão mais flexíveis do que a maioria dos projetos espera.

Tolerâncias governantes:comprimento total, posição da ramificação, inclinação da face do flange e deslocamento do furo do parafuso, cada um com um número e uma unidade.

Desenho de referência e referência:o número da revisão isométrica e qual ponto é a referência.

Orientação do furo do parafuso:ultrapassar a linha central, salvo indicação em contrário.

Detalhes do flange:tipo, classe de pressão, revestimento e acabamento, com a norma vigente (por exemplo ASME B16.5).

Subsídio de corte:qual extremidade é cortada sob medida e quantos milímetros restam.

Condições de medição:tipo de instrumento, calibração e temperatura de referência (ou necessidade de registrá-la).

Registros de inspeção:os pontos de espera, o formato do relatório e quem testemunha.

Marcação e limpeza:marcadores com baixo teor de cloreto, somente ferramentas de aço inoxidável, faces de flange protegidas.

Perguntas frequentes

P: Qual é a tolerância padrão para um carretel de tubo de aço inoxidável?

A: Não existe uma tolerância universal única. A ASME B31.3 define limites de alinhamento do flange (1 mm por inclinação da face de 200 mm, deslocamento do furo do parafuso de 3 mm), mas não define tolerâncias gerais de comprimento do carretel. A maioria das especificações comerciais usa cerca de ±3 mm para dimensões gerais e ±1,5 mm para ligações críticas. O pedido de compra ou especificação de engenharia prevalece.

P: O que significa “os furos dos parafusos ultrapassam a linha central”?

A: Isso significa que nenhum furo de parafuso fica exatamente na linha central vertical ou horizontal do flange. Em vez disso, um par de furos fica igualmente em cada lado da linha central. Esta é a orientação padrão para flanges ASME B16.5 e permite que dois flanges sejam aparafusados ​​sem que ninguém precise adivinhar qual lado está "para cima".

P: Até que ponto os furos dos parafusos do flange podem ficar desalinhados de acordo com a ASME B31.3?

A: A menos que o projeto de engenharia indique o contrário, os furos dos parafusos do flange devem estar alinhados com um deslocamento máximo de 3 mm (1/8 pol.), conforme ASME B31.3 parágrafo. 335.1(c). Muitos projetos especificam um limite mais restrito, como 1,5 mm, porque 3 mm deixa muito pouca folga para a passagem do parafuso.

P: Um carretel desalinhado pode ser colocado na posição com os parafusos?

A: Não deveria ser. Forçar um carretel desalinhado no lugar bloqueia a tensão na tubulação e pode sobrecarregar os parafusos do flange, juntas e bicos do equipamento. Fixe o carretel (reorientar, aparar ou soldar novamente) em vez de confiar na tensão do parafuso para fechar a lacuna.

P: Por que preciso registrar a temperatura ao medir uma bobina de aço inoxidável?

A: O aço inoxidável se expande cerca de 40% mais que o aço carbono. Um carretel tipo 304 de 6 m cresce cerca de 2 mm para cada subida de 20 graus. Isso representa dois terços de uma tolerância típica de ±3 mm, portanto, medições feitas à sombra fria e ao sol quente podem discordar.

P: Qual método de medição devo usar para bobinas com tolerância restrita?

A: Para tolerâncias de ±1,5 mm ou mais, ou para conexões com equipamentos rotativos, use um rastreador a laser ou uma CMM de braço articulado. Fitas métricas e medidores de distância a laser são adequados para trabalhos padrão de ±3 mm. Sempre confirme se o certificado de calibração do instrumento está atualizado.