ASTM E1681: Ensayo KIH en metal
El test KIH es un ensayo de mecánica de fractura para determinar el factor umbral de intensidad de tensiones (KIH) de un material metálico en un entorno de hidrógeno. La norma ASTM E1681 distingue entre dos tipos de carga: el ensayo KIH con desplazamiento constante y el ensayo KIH con fuerza constante en probetas CT prefisuradas por fatiga.
El objetivo de estos ensayos KIH conforme a la norma ASTM E1681 es evaluar la idoneidad de los metales para su uso en tuberías y gaseoductos especiales para el transporte de hidrógeno.
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Normas destacadas para el ensayo KIH
Las siguientes normas son relevantes para el ensayo KIH y la determinación del factor umbral de intensidad de tensiones (KIH) en un entorno de hidrógeno:
- ASME B31.12 – Standard on Hydrogen Piping and Pipelines
Esta norma define la seguridad de las tuberías y gaseoductos y contiene requisitos para los tubos que transportan hidrógeno gaseoso y líquido. - ASME BPVC.VIII.3 - ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Division 3, Alternative Rules for Construction of High Pressure Vessels
Esta norma contiene las condiciones marco para realizar ensayos con hidrógeno comprimido y, en función del método de ensayo, contiene otros requisitos para el cálculo del KIH. - ASTM E1681 - Standard Test Method for Determining Threshold Stress Intensity Factor for Environment-Assisted Cracking of Metallic Materials
La norma ASTM E1681 especifica cómo determinar el factor umbral de intensidad de tensión (KIH) para la fisuración inducida por hidrógeno.
Realizar ensayos según ASTM E1681
Antes del ensayo KIH se somete a fatiga la probeta CT con una máquina de ensayos servohidráulica. A continuación, esta probeta CT previamente fisurada se somete a tensión en un entorno de hidrógeno gaseoso. La norma ASTM E1681 distingue principalmente entre dos tipos de carga: o bien la probeta se mantiene bajo desplazamiento constante (constant displacement) o bien bajo fuerza constante (constant force) durante un determinado período de tiempo. El crecimiento de grieta o la fractura puede producirse, pero no tiene por qué.
Para el ensayo KIH (constant displacement) no se requiere ninguna máquina de ensayos. Aquí la probeta se somete a precarga hasta una deformación constante específica mediante un tornillo en un entorno inerte. Se utiliza un extensómetro clip on para medir la expansión de esta probeta CT atornillada load line displacement). El ensayo KIH (fuerza constante) requiere una máquina de ensayos, como p. ej. una máquina de ensayos de fluencia electromecánica, que somete la probeta TC a una determinada fuerza de tracción.
Para el ensayo KIH (ensayo KIH (desplazamiento constante), debe tenerse en cuenta una secuencia de trabajo específica:
- Vibración de la probeta de CT en una máquina de ensayos dinámicos
- Expansión de la probeta CT en atmósfera inerte con el extensómetro clip on
- Carga de la probeta CT e introducción en el autoclave
- Presurización del autoclave con hidrógeno comprimido durante 1.000 horas
- Extracción de la probeta CT para la inspección visual de la superficie fracturada
Valores característicos relevantes según ASTM E1681
Estas características según ASTM E1681 se utilizan para evaluar la resistencia de un metal a la formación de grieta inducida por el hidrógeno:
- KIH
KIH es la abreviatura inglesa de «Threshold Stress Intensity Factor». KIH se define como el valor umbral del factor de intensidad de tensiones. - KIEAC y K EAC
EAC es la abreviatura inglesa de "Evironmental Assisted Cracking" (fisuración inducida por ambiente, FIAC). IEAC y KEAC se definen como el valor más alto del factor de intensidad de tensión en el que no se produce ni fallo ni crecimiento de grieta. IEAC se entiende, por tanto, como la tensión máxima admisible en las muescas y grietas existentes que sigue garantizando un funcionamiento seguro.
Requisitos en las probetas de ensayos según ASTM E1681
Al seleccionar las probetas para el ensayo KIH, es importante cumplir el tamaño y el espesor mínimo de las probetas requeridos en la norma ASTM E1681.
Se admiten las siguientes formas de probeta:
- Probetas CT atornilladas (para el ensayo KIH «constant displacement»)
- Probetas CT (para el ensayo KIH «constant force»)
