Brida de titanio con junta solapada para tuberías aeroespaciales

Brida de solape de titanio para tuberías aeroespaciales

Una brida de solape consta de dos piezas que cumplen dos funciones. El muñón se suelda a la tubería y forma la cara de sellado y el límite de presión; el anillo de apoyo se coloca detrás de él, soporta la carga del perno y puede girarse hasta que los agujeros se alineen. En una instalación de aeronaves o de soporte en tierra, esa característica única ahorra horas, ya que una junta oculta detrás de un soporte se puede alinear girando el anillo en lugar de forzar la tubería. También abre una opción de material que las bridas de titanio puro no tienen: el anillo no está en contacto con el fluido, por lo que puede ser de un grado más económico o una aleación diferente, mientras que la parte en contacto con el fluido permanece de titanio.

Las dos piezas y sus funciones

Dado que el anillo nunca entra en contacto con el proceso, el límite de presión lo constituye únicamente el muñón. Por eso un conjunto de solape puede tener la misma clasificación que un cuello de soldadura utilizando un anillo más delgado y ligero, y por qué el anillo puede ser reemplazado sin cortar la tubería si se daña una rosca o un agujero.

¿Cómo se compara con otras juntas?

La comparación no se trata de qué junta es más fuerte en abstracto. Se elige una junta de solape cuando el conjunto tiene que desmontarse, o cuando los agujeros de los pernos no se pueden garantizar que se alineen en la fábrica. Se elige un cuello de soldadura cuando la junta se realizará una vez y nunca se abrirá. La mayoría de los sistemas de soporte en tierra aeroespaciales contienen ambos, porque la línea se ensambla en módulos y cada módulo tiene una o dos juntas que deben ser desmontables.

¿Por qué gira el anillo y por qué es importante?

Dos bridas atornilladas solo se acoplan si los agujeros de los pernos coinciden. Con bridas fijas, eso tiene que ser diseñado en el tramo de tubería, y un tramo que está unos grados desviado se convierte en un elemento de rehacer. Con una junta de solape, el anillo es libre de girar un círculo completo, por lo que los agujeros se alinean a mano durante el montaje. La misma libertad permite que la junta se abra y se vuelva a montar sin perturbar la alineación de la tubería, que es la razón por la que el diseño sobrevive en aeronaves, bancos de pruebas y equipos de soporte en tierra donde el acceso es deficiente y el tiempo de inactividad es costoso.

El precio de esa libertad es un juego de funcionamiento entre el diámetro interior del anillo y el cubo del muñón. Es una grieta, y en un entorno marino o químico, una grieta es un sitio de corrosión. En las tuberías aeroespaciales, el medio suele ser combustible, fluido hidráulico, nitrógeno o aire, por lo que la grieta es una preocupación mecánica más que química, pero el diámetro interior del anillo y el cubo aún deben mecanizarse con un juego que permita la rotación sin que el anillo se incline y cargue la junta de manera desigual.

Soldadura del muñón

El muñón se suelda a tope a la tubería, por lo que la soldadura es una junta de penetración completa que puede ser radiografiada o inspeccionada por ultrasonidos. El titanio se suelda bajo argón con la raíz purgada a un bajo nivel de oxígeno, típicamente por debajo de 100 ppm, y la soldadura terminada se decapada o cepilla para eliminar el óxido coloreado que se forma si se pierde el blindaje. Un tinte pajizo o azul es aceptable en algunas especificaciones, una escala púrpura o gris no lo es, y una superficie blanca escamosa significa que la soldadura debe ser cortada.

Para trabajos aeroespaciales, el procedimiento de soldadura está cualificado y el operario está certificado, se controla la entrada de calor para proteger la capa alfa, y la junta se inspecciona por penetrante y radiografía antes de que el conjunto sea probado a presión. El muñón se mecaniza con una preparación de soldadura que coincide con la pared de la tubería, y el diámetro interior se ajusta al diámetro interior de la tubería para que no haya escalón para que el flujo actúe.

Materiales y peso

El muñón es normalmente Gr2 para resistencia a la corrosión o Gr5 donde la resistencia y la temperatura lo exigen. El anillo puede ser del mismo grado, de un grado inferior o de una aleación completamente diferente, porque es solo una abrazadera. En un skid aeroespacial, esta decisión vale la pena tomarla explícitamente: un anillo de titanio en un muñón de titanio es lo más sencillo y evita cualquier par galvánico, mientras que un anillo de acero o aluminio ahorra costes y peso, pero necesita una barrera para evitar la corrosión por contacto en un entorno húmedo.

Con 4,51 gramos por centímetro cúbico, el titanio tiene aproximadamente el 57 por ciento de la densidad del acero, y la geometría de solape elimina el pesado cubo que necesita un cuello de soldadura. El resultado es una junta que pesa menos que el cuello de soldadura que reemplaza, manteniendo una superficie mojada de titanio, que es exactamente la combinación que buscan las especificaciones de tuberías aeroespaciales.

Tolerancias e inspección

Una junta de solape se juzga por cuatro dimensiones: la escuadra de la cara del muñón con respecto al diámetro interior, la rugosidad de la cara, el juego del diámetro interior del anillo y la posición del agujero del perno. La cara se mecaniza a 3,2 a 6,3 micrómetros Ra para una junta de espiral, el anillo se comprueba su planitud para que no se incline bajo carga, y el patrón de agujeros se verifica en una CMM según ANSI B16.5 o el dibujo. Los números de colada se estampan en el anillo y se registran en el certificado, y el conjunto se prueba hidrostáticamente a 1,5 veces la clasificación donde la especificación lo requiere.

Para clientes aeroespaciales, el paquete de documentos suele incluir el certificado de material según ASTM B381, el registro del tratamiento térmico, la cualificación del procedimiento de soldadura y del operario, los informes de penetrante y radiografía, y el informe dimensional. Vale la pena acordar esa lista en la etapa de consulta, porque un certificado que tiene que ser reemitido después del envío cuesta más que la brida.

Notas de instalación

Coloque el anillo sobre el muñón antes de soldar, no después, y compruebe que gira libremente con el muñón en su lugar. Ajuste la junta a la cara del muñón, no al anillo, porque el anillo no sella. Apriete en patrón de estrella en al menos dos etapas, y compruebe la junta a presión de funcionamiento. El titanio se agarrota con titanio, por lo que los espárragos llevan un compuesto antiagarrotamiento, y donde el anillo es de una aleación diferente, una arandela aislante mantiene la pareja fuera de la junta.

Pedido de un conjunto de solape

Especifique el tamaño y el programa de la tubería, el patrón del muñón, la clase, el tipo de cara, el grado del muñón y del anillo, el acabado superficial y el nivel de inspección. Por ejemplo: Brida de solape ANSI B16.5 Clase 300, NPS 2, muñón Schedule 40S en Gr2, anillo de bronce de aluminio, cara elevada, radiografía en la soldadura, certificado 3.1. Indique si el anillo debe girar libremente después del montaje, ya que eso determina el juego del diámetro interior y la tolerancia de mecanizado.

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