Como as válvulas de aço inoxidável são feitas: um processo de fabricação passo a passo

Por dentro do processo de fabricação de válvulas de aço inoxidável

Desde a química de fusão e recozimento em solução até polimento de sede e testes API 598: as decisões que determinam se uma válvula inoxidável ainda veda após cinco anos de serviço.

Uma válvula de aço inoxidável raramente falha porque o tipo de válvula errado foi escolhido. Ele falha devido a uma decisão tomada quatro etapas antes: uma bolsa de porosidade de gás que a radiografia nunca detectou, um corpo resfriado lentamente através da faixa de sensibilização ou um assento dobrado dois centésimos de milímetro fora do plano que passa em um teste de bancada e depois chora após duzentos ciclos térmicos na linha.

Então a conclusão primeiro. O processo de fabricação de válvulas de aço inoxidável é decidido em quatro pontos: controle de material e fusão, rota de conformação (fundição ou forjamento), tratamento térmico e tolerância de usinagem, e pressão final e teste de sede. Todo o resto, da pintura à embalagem, envolve esses quatro.

O que se segue é como o processo realmente funciona em uma fábrica de válvulas, quais padrões regem cada etapa e quais detalhes vale a pena verificar antes de um fornecedor ser aprovado para um projeto.

O processo em ordem: cinco etapas

1. Formação corporal — fundir e depois fundir ou forjar o limite de pressão, com rastreabilidade do número de calor desde a primeira etapa.
2. Tratamento térmico — recozimento por solução para classes austeníticas, normalização e revenido para corpos forjados de carbono e ligas.
3. Usinagem — sedes, disco ou guilhotina, haste e junta corpo-cobertura mantidas nas tolerâncias de desenho.
4. Montagem e vedação — juntas, gaxetas, torque de aperto e montagem do operador.
5. Testee e documentação — testes de carcaça e sede, testes de emissão quando especificado, e um certificado de material que corresponda à válvula física.

Os estágios dois e três são onde a qualidade é incorporada ou perdida silenciosamente. Qualquer pessoa pode comprar um casting sonoro; muito menos fábricas conseguem transformá-lo em uma válvula que mantém uma sede de metal durante uma década de ciclos.

Estágio Um: Derretendo e Formando o Corpo

Cada válvula inoxidável começa com o aquecimento do aço, e a química do derretimento estabelece o limite para o que a válvula acabada pode fazer: cromo para a camada passiva, molibdênio para resistência à corrosão em cloretos, níquel para estabilidade da austenita e carbono mantido baixo o suficiente para evitar a formação de carbonetos posteriormente. Para corpos austeníticos fundidos, a especificação de referência é ASTM A351, com CF8M e CF3M de baixo carbono como classes comuns.

A rota do elenco: CF8M e CF3M

A fundição em areia continua sendo o carro-chefe para corpos acima de cerca de cinco centímetros. O que importa para o comprador é menos o molde e mais o que acontece depois: como os risers são colocados para que o encolhimento seja eliminado do limite de pressão, se as seções críticas são examinadas por radiografia ou teste ultrassônico e se qualquer reparo de solda é documentado e reexaminado. Um fornecedor que relata reparos de solda sem registros está lhe contando algo sobre os registros de todo o resto. Também vale a pena perguntar sobre o conteúdo de ferrita Delta, porque o aço inoxidável austenítico fundido é normalmente mantido em uma faixa controlada de soldabilidade e tenacidade.

A Rota do Forjamento: A182 F316 e A182 F304

O forjamento é utilizado para corpos menores, tampas e hastes de alta pressão, onde uma estrutura forjada com fluxo contínuo de grãos justifica o custo extra. A ASTM A182 cobre os graus austeníticos forjados e a aceitação depende do exame ultrassônico e da química verificada na fábrica, em vez da inferência do forno. Na prática, fundir versus forjar é uma questão de tamanho, classe de pressão e consequência da falha. Uma válvula gaveta classe 300 de quatro polegadas em serviço de água é bem servida por uma fundição sólida; uma válvula classe 2500 de duas polegadas em um coletor de alta pressão não é o local para economizar na conformação.

Estágio Dois: Tratamento Térmico e Condicionamento de Corrosão

Este é o estágio mais frequentemente ignorado na conversa e mais caro para errar. O aço inoxidável austenítico não é endurecido por tratamento térmico – sua resistência vem da própria liga, do trabalho a frio ou de uma camada de revestimento duro. O que o tratamento térmico faz é restaurar a resistência à corrosão.

O recozimento em solução leva o material a aproximadamente 1.040 a 1.120 graus Celsius e depois o resfria rapidamente, em água ou por ar forçado, para que os carbonetos de cromo se dissolvam e permaneçam dissolvidos. Resfrie lentamente na faixa de 425 a 815 graus Celsius e o cromo precipita nos limites dos grãos, deixando zonas sem cromo que convidam à corrosão intergranular. A verificação clássica é o teste prático E ASTM A262, e os registros por trás dele – gráfico do forno, tempo de imersão, método de têmpera – são tão importantes quanto o resultado da aprovação.

Se um fornecedor não puder indicar a temperatura de recozimento, o tempo de imersão e o método de resfriamento para um número de aquecimento específico, ele não poderá indicar o desempenho de corrosão da válvula que você está comprando.

Os corpos forjados seguem uma disciplina comparável com um ciclo diferente: normalização e revenido para tipos de carbono e de baixa liga, recozimento por solução para os austeníticos. As classes martensíticas como 410 e 420 são a exceção, endurecidas por têmpera e revenido, razão pela qual aparecem em componentes de acabamento onde a resistência à erosão supera a resistência máxima à corrosão.

Estágio Três: Usinagem da sede, disco e haste

A usinagem é onde a intenção do projeto se torna geometria e onde pequenos números têm grandes consequências. Vale a pena lembrar algumas tolerâncias ao revisar um desenho ou relatório de inspeção:

• Acabamento da superfície do assento. As sedes de metal são normalmente lapidadas até obter uma rugosidade superficial na região de Ra 0,4 a 0,8 micrômetros. Faces mais ásperas realizam o primeiro teste hidrostático e depois vazam quando a expansão diferencial move o disco.
• Ângulo do assento e largura de contato. Uma sede cônica com uma fração de grau de desvio ou uma faixa de contato muito larga aumenta o torque de abertura e reduz a vida útil da sede. A lapidação é feita em pares combinados para que a sede e o disco se desgastem.
• Acabamento da haste e forma do fio. As roscas da haste laminadas proporcionam melhor fluxo de grãos e resistência à fadiga do que as roscas cortadas, e uma haste da haste polida prolonga a vida útil da gaxeta, reduzindo a abrasão nos anéis.
• Revestimento duro. As sobreposições à base de cobalto são depositadas, resfriadas, reusinadas e depois verificadas com corante penetrante. Uma cobertura que não é inspecionada após a usinagem é uma quantidade desconhecida.

Nada disso aparece em um folheto. Ele aparece em um relatório de inspeção do primeiro artigo e explica por que duas válvulas de aço inoxidável com dimensões face a face idênticas e classificações de pressão idênticas podem se comportar de maneira muito diferente após três anos na mesma linha.

Etapa Quatro: Montagem, Vedação e Controle de Torque

A montagem parece simples e não é. As superfícies inoxidáveis ​​permanecem passivas apenas enquanto permanecem limpas; Marcas de ferramentas de ferro livre, cloretos e aço carbono tornam-se locais de iniciação para corrosão por pite. Plantas disciplinadas usam ferramentas de aço inoxidável dedicadas, solventes sem cloreto e canetas de marcação, e mantêm o limite de pressão coberto entre as operações.

• Gaxetas em espiral com enchimento de grafite para serviços em altas temperaturas, gaxetas à base de PTFE onde a temperatura permitir.
• Anéis de gaxeta de grafite com um anel lanterna e uma sobreposta com carga dinâmica, para que a gaxeta permaneça carregada enquanto assenta.
• Aparafusamento apertado em estrela com um torque declarado, com o lubrificante especificado, porque o torque sem uma suposição de atrito significa muito pouco.
• Uma haste anti-explosão, um assento traseiro onde o projeto fornece um, e uma almofada de montagem do operador que combina com o atuador em vez de ser adaptada a ele.

Estágio Cinco: Teste de Pressão, Sede e Emissão

O teste é a última chance de detectar o que os estágios anteriores perderam e deve ter como alvo modos de falha específicos, em vez de ser realizado como um ritual. Os testes do casco comprovam o limite de pressão, os testes da sede comprovam o fechamento, os testes da sede traseira comprovam a contenção secundária da haste e os testes de emissão e incêndio cobrem condições que uma bancada não pode reproduzir diretamente.

As válvulas com sede metálica merecem uma observação aqui. Ao contrário dos projetos de sede macia, eles não podem fornecer vedação estanque a bolhas em todos os tamanhos, e é por isso que as especificações indicam uma taxa de aceitação em vez de uma cláusula geral de vazamento zero. Escrever “sem vazamento” em uma especificação com sede metálica não melhora a válvula; simplesmente transfere o argumento para o relatório de inspeção.

Para ácido ou offshore petróleo e gás serviço, estes testes deixam de ser extras opcionais. Eles se tornam o pacote de qualificação que decide se a válvula será aceita no local.

O que verificar antes de aprovar uma linha de válvula inoxidável

A maior parte dos riscos de aquisição em válvulas inoxidáveis é o risco de documentação. A válvula na caixa pode estar correta; o problema é que nada na papelada permite provar isso cinco anos depois, durante uma interrupção, quando um vazamento precisa ser explicado.

• Um certificado de teste de material de acordo com EN 10204 3.1, com números de calor correspondentes às marcações na carroceria, capô e acabamento.
• Identificação positiva do material em órgãos de serviços críticos ou, no mínimo, em amostra documentada do lote.
• Registros de tratamento térmico vinculados ao número do calor, incluindo o gráfico do forno, em vez de uma declaração de uma linha.
• Relatórios de testes de pressão e sede emitidos por válvula ou por lote, com meio de teste, pressão, duração e resultado.
• Uma declaração de limpeza e embalagem sem cloreto, com proteção final e dessecante para armazenamento prolongado.
• Procedimento de soldagem e qualificação do soldador de acordo com ASME IX quando estiver envolvido revestimento duro ou reparo de fundição aprovado.

Se você estiver substituindo válvulas existentes em vez de especificar novas, estas notas considerações de atualização de válvula de aço inoxidável cobrir o lado do retrofit da mesma questão.

O processo de fabricação das válvulas de aço inoxidável não é exótico. Fusão, conformação, recozimento, usinagem, montagem e testes são etapas bem compreendidas, com padrões publicados por trás delas. O que separa os fornecedores é o quão rigorosamente cada etapa é controlada e quão completamente ela é registrada.

Os compradores que entendem essa sequência param de comparar válvulas inoxidáveis ​​apenas pelo preço, porque podem ver qual é a diferença na compra: um calor que foi verificado, uma peça fundida que foi examinada, um recozimento que foi mapeado, uma sede que foi lapidada em pares combinados e um relatório de teste que ainda pode ser produzido quando for importante.