Los accesorios de tubería son componentes pequeños, pero a menudo determinan si un sistema de tuberías se mantiene hermético y seguro, o si presenta fugas y fallas. Entre los muchos tipos de accesorios, los forjados son dos de los más utilizados en tuberías industriales.
Comprender cómo difieren en estructura, rendimiento e instalación es esencial para los ingenieros y compradores que desean resistencia a largo plazo e integridad contra fugas.
Accesorios forjados vs. herrajes forjados
¿Qué son los herrajes forjados?
En tuberías, los accesorios forjados suelen fabricarse a partir de tubos, tuberías o placas ya trabajados (laminados, extruidos o estirados). El término «forjado» simplemente significa que el metal ha sido trabajado plásticamente en lugar de moldeado directamente a partir de metal fundido.
Los accesorios forjados típicos incluyen:
- Codos soldados a tope (radio corto y radio largo)
- Tees y tes reductoras
- Reductores concéntricos y excéntricos
- Tapas y extremos de boquillas
Estos generalmente se rigen por normas como ASME B16.9 y especificaciones de materiales como ASTM A234 (acero al carbono/aleado) y ASTM A403 (acero inoxidable). Muchos se fabrican con tubos o placas sin costura conformados en caliente y posteriormente tratados térmicamente.
¿Qué son los accesorios forjados?
Los accesorios forjados se producen a partir de tochos o barras sólidas que se calientan y deforman para darles forma mediante forja Prensas o martillos. Tras el forjado, las piezas se mecanizan hasta alcanzar las dimensiones finales.
Los accesorios forjados más comunes incluyen:
- Codos, tes y acoplamientos para soldadura de enchufe
- Codos, tes, acoplamientos y tapones roscados
- Uniones, tapas y salidas (por ejemplo, weldolets, sockolets)
Estos suelen estar cubiertos por ASME B16.11, con materiales como ASTM A105, A182 y otros grados forjados.
Dónde se ubican en el panorama de estándares
- Accesorios de soldadura a tope forjados → ASME B16.9 + ASTM A234 / A403 / A420, etc.
- Accesorios forjados (enchufe/roscados) → ASME B16.11 + ASTM A105 / A182, etc.
Ambas familias pueden servir en servicios críticos, pero están optimizadas para diferentes tamaños, clasificaciones de presión y tipos de conexión.
Cómo se producen los accesorios forjados y labrados
La ruta de fabricación configura directamente la microestructura del metal y las posibles vías de fuga.
Ruta de fabricación de herrajes forjados
Pasos típicos para accesorios de soldadura a tope forjados:
- Comience desde una tubería, tubo o placa (sin costura o soldada).
- Conformado en caliente mediante doblado por inducción, prensado o extrusión.
- Se crea una costura longitudinal laminando y soldando la placa en algunos diámetros grandes.
- Tratamiento térmico para restaurar la tenacidad y aliviar la tensión.
- Mecanizado final y acabado dimensional.
Dado que los accesorios forjados se fabrican con materiales prefabricados, el metal base suele presentar una estructura de grano refinado y buena tenacidad. Sin embargo, la presencia de costuras soldadas genera zonas afectadas por el calor (ZAC) y posibles puntos de defectos.
Ruta de fabricación de accesorios forjados
Pasos típicos para accesorios forjados:
- Cortar tochos o barras a medida.
- Calentar hasta temperatura de forja.
- Utilice forjado en matriz abierta o cerrada para formar una forma aproximada.
- Recorte el rebaba y forje más si es necesario para los contornos.
- Tratamiento térmico para lograr las propiedades mecánicas requeridas.
- Mecanizar orificios internos, roscas y extremos para soldadura de encaje.
La forja comprime el metal y alinea los granos para seguir la geometría de la pieza, creando una estructura densa, compacta y, generalmente, libre de defectos.
Tabla de comparación de procesos
Tabla 1 – Ruta de fabricación: Accesorios forjados vs. herrajes forjados
| Aspecto | Herrajes forjados | Accesorios forjados | Efecto sobre el rendimiento |
| Material de partida | Tubo, tubería o placa (laminado/forjado) | Tocho o barra sólida | Ambos parten de material trabajado; la forja añade más trabajo. |
| Método de formación | Conformado en caliente, doblado, prensado y, a veces, soldadura. | Forja en caliente bajo alta presión | La forja introduce un flujo de grano direccional más fuerte |
| Posibles soldaduras | Costuras longitudinales o acumulaciones de soldadura en algunos tamaños | Sin costura longitudinal en la carrocería (sección sólida) | Las soldaduras pueden ser lugares potenciales de fugas o grietas. |
| Conexión típica | Soldadura a tope a tubería | Soldadura por enchufe o unión roscada | Diferentes vías de fuga y métodos de instalación |
| Normas principales | ASME B16.9, ASTM A234/A403, etc. | ASME B16.11, ASTM A105/A182, etc. | Cada uno gobernado por sus propias dimensiones y pruebas. |
Metalurgia y resistencia mecánica
Estructura de grano en herrajes forjados
Los accesorios forjados heredan su estructura de grano del tubo o placa del que proceden:
- El laminado y la extrusión producen granos alargados a lo largo del eje del tubo.
- La formación de codos y reductores puede modificar la orientación del grano, pero a menudo mantienen una estructura trabajada y refinada.
- Si el accesorio incluye una costura de soldadura, habrá una región de metal de soldadura y una ZAT, cada una con diferentes microestructuras.
Esta estructura suele ofrecer buena resistencia y tenacidad, pero cualquier costura o soldadura se convierte en una zona que debe controlarse cuidadosamente.
Estructura de grano en accesorios forjados
Los accesorios forjados sufren una intensa deformación plástica durante el forjado:
- Los granos se refinan y comprimen, reduciendo huecos y discontinuidades.
- El flujo de grano se puede orientar para rodear curvas y cambios en el espesor de la sección.
- El resultado es un metal denso y homogéneo con una resistencia superior a la iniciación y propagación de grietas.
Comparación de fuerza (cualitativa)
Tanto los accesorios forjados como los forjados pueden cumplir o superar las propiedades mecánicas mínimas exigidas por sus normas. Sin embargo, los accesorios forjados suelen ofrecer:
- Rendimiento y resistencia a la tracción ligeramente superiores para el mismo grado de material.
- Propiedades más consistentes en todo el cuerpo del accesorio.
- Mejor respuesta a cargas de impacto y vibraciones.
Resistencia a la fatiga y a la vibración
Bajo presión cíclica o vibración mecánica, defectos como fallas de soldadura, inclusiones o porosidad se vuelven críticos. Aquí:
- Los accesorios forjados con buena calidad de soldadura pueden funcionar muy bien.
- Los accesorios forjados, con secciones sólidas y flujo de grano direccional, a menudo tienen una ventaja en resistencia a la fatiga, especialmente en conexiones de alta presión y diámetro pequeño.
Integridad de fugas: Uniones soldadas vs. cuerpos sólidos
La integridad de las fugas no solo tiene que ver con la resistencia del metal, sino también con dónde pueden formarse las vías de fuga.
Trayectorias de fugas en herrajes forjados
En el caso de los accesorios soldados a tope forjados, las principales vías de fuga potenciales son:
- La soldadura a tope entre el accesorio y la tubería (defectos de raíz, falta de fusión, porosidad).
- Cualquier soldadura de costura longitudinal en el propio accesorio.
- Adelgazamiento o desalineación localizada en la unión de soldadura.
Por lo tanto, la integridad de las fugas depende en gran medida de:
- Calificación de procedimientos de soldadura (WPS/PQR).
- Habilidad y formación de soldadores
- Ensayos no destructivos (RT, UT, PT, MT) y criterios de aceptación.
Cuando se ejecutan correctamente, las uniones soldadas a tope pueden ser extremadamente herméticas, con un orificio interno liso que minimiza la turbulencia y la erosión.
Trayectorias de fugas en accesorios forjados
En el caso de conexiones roscadas o soldadas por encastre forjadas, las posibles vías de fuga incluyen:
- Soldaduras de encaje, donde la falta de penetración, un espacio incorrecto o una fusión de raíz deficiente pueden crear grietas o fisuras.
- Uniones roscadas, que dependen de la calidad de la rosca y del sellador (cinta, sellador). Una instalación incorrecta puede dejar microfugas.
- Corrosión por grietas en espacios estrechos, especialmente en medios agresivos.
Los cuerpos forjados rara vez presentan fugas a través del metal; el riesgo está principalmente en la interfaz de conexión.
Rendimiento de fugas en soldadura a tope, soldadura por encaje y rosca
Uniones soldadas a tope (accesorios forjados):
- Excelente para alta temperatura y alta presión.
- Ángulo liso; bueno para alto flujo y control de erosión.
- Depende en gran medida de la calidad de la soldadura, pero es fácil de inspeccionar mediante RT/UT.
Uniones soldadas por enchufe (accesorios forjados):
- Especialmente indicado para servicios de alta presión en sistemas de tuberías de pequeño calibre. Las soldaduras cortas en espacios reducidos son más difíciles de inspeccionar.
- Riesgo de falta de espacio o desalineación si no se siguen los procedimientos.
Uniones roscadas (accesorios forjados):
- Sencillo y rápido para tamaños pequeños.
- Mayor riesgo de fugas; no recomendado para altas vibraciones, altas temperaturas o fluidos letales.
Presión, temperatura y condiciones de servicio
Clasificaciones de presión
- Los accesorios de soldadura a tope forjados se pueden utilizar en una amplia gama de clases de presión (por ejemplo, sistemas diseñados según clasificaciones de presión y temperatura ASME para bridas y tuberías).
- Los accesorios forjados a menudo vienen en clases de presión específicas, como Clase 3000, 6000 y 9000 para conexiones roscadas y de enchufe.
En aplicaciones de alta presión y de pequeño calibre, los accesorios forjados suelen ser la opción predeterminada, mientras que los tamaños más grandes utilizan accesorios de soldadura a tope forjados.
Temperatura y fluencia
Para servicios de alta temperatura y sensibles a la fluencia (por ejemplo, vapor sobrecalentado):
- Los accesorios forjados soldados a tope permiten una soldadura continua y un orificio liso, lo cual es preferido en muchos códigos y prácticas industriales.
- Las uniones roscadas y soldadas por enchufe suelen estar limitadas o prohibidas para altas temperaturas, especialmente en servicios críticos.
Medios y nivel de riesgo
El tipo de fluido en la línea también determina la elección:
- Medios inflamables, tóxicos o peligrosos para el medio ambiente → fuerte preferencia por sistemas completamente soldados (accesorios forjados soldados a tope) o accesorios forjados sólidos con soldaduras de alta integridad.
- Servicios no peligrosos como aire, nitrógeno, agua de refrigeración → tanto forjados como forjados pueden ser aceptables, dependiendo de la presión y el tamaño de la tubería.
Normas, códigos y requisitos de inspección
Códigos de tuberías clave
Códigos de diseño importantes como ASME B31.1 (tuberías de potencia) y ASME B31.3 (tuberías de proceso) proporcionan reglas y orientación para:
- Cuándo se deben utilizar accesorios de soldadura a tope.
- Cuándo se permiten o restringen los accesorios roscados o de soldadura por enchufe.
- Requisitos mínimos de examen para soldaduras y uniones.
Requisitos de END
Accesorios forjados para soldadura a tope:
- Las soldaduras a tope a menudo están sujetas a pruebas radiográficas (RT) o ultrasónicas (UT), especialmente en líneas de alto riesgo.
- También se pueden examinar posibles costuras en el montaje.
Accesorios forjados:
- Se puede realizar una inspección puntual del cuerpo mediante UT para detectar defectos internos.
- Las soldaduras de enchufe se controlan con mayor frecuencia mediante métodos de superficie (PT/MT) e inspección visual.
Pruebas hidrostáticas
Los accesorios forjados y forjados, cuando son suministrados por fabricantes de buena reputación, generalmente se prueban hidrostáticamente o se producen de acuerdo con estándares que garantizan el rendimiento de la presión cuando se instalan correctamente.
Consideraciones de instalación, fabricación y mantenimiento
Habilidad y accesibilidad en soldadura
- Las soldaduras a tope en accesorios forjados requieren un ajuste adecuado, espacio entre las raíces y soldadura de penetración completa.
- Las soldaduras a enchufe en accesorios forjados necesitan un espacio de enchufe correcto y un control cuidadoso para evitar soldar en exceso y crear elevadores de tensión.
En bastidores o plataformas de tuberías muy estrechos, los accesorios forjados pequeños pueden ser más fáciles de instalar que las uniones soldadas a tope completas.
Espacio y distribución
- Los codos soldados a tope forjados, especialmente los de radio largo, son ideales para un flujo suave y cambios de dirección graduales, pero ocupan más espacio físico.
- Los accesorios forjados son muy compactos, lo que los hace atractivos en espacios reducidos, colectores cercanos o conexiones de instrumentos.
Inspección y reparación
- Las soldaduras a tope son más fáciles de examinar con RT/UT y proporcionan un registro de inspección claro.
- Las soldaduras de enchufe y los accesorios roscados son más difíciles de inspeccionar internamente; las pruebas de fugas y el examen visual se vuelven más importantes.
- Reemplazar un accesorio forjado en sistemas congestionados de pequeño calibre puede ser tedioso; reemplazar un codo forjado grande puede requerir cortar y volver a soldar múltiples juntas.
Costo vs. Rendimiento: Visión del ciclo de vida
Costo inicial
- El costo del material por kilogramo puede ser similar, pero los accesorios forjados pueden ser más caros por pieza debido al forjado y al mecanizado.
- Los accesorios de soldadura a tope forjados pueden ser relativamente más baratos para diámetros más grandes, pero los costos de mano de obra de soldadura y NDT son significativos.
Fabricación y mano de obra
- Soldaduras a tope:más tiempo de soldadura, más consumibles de soldadura, más END, mano de obra más calificada.
- Uniones roscadas y de enchufe:Menos soldadura, fabricación más sencilla, pero aún así requieren montadores expertos para garantizar un montaje adecuado.
Costo de fugas y fallas
El verdadero coste no es sólo el material y la mano de obra sino:
- Paradas no planificadas
- Pérdida o contaminación del producto
- Incidentes de seguridad y limpieza ambiental
- Sanciones regulatorias y daños a la reputación
En servicios de alto riesgo, gastar más en accesorios de mayor integridad (ya sean forjados o soldados a tope) generalmente está justificado.
Tabla de comparación de costos y riesgos
Tabla 2 – Compensaciones típicas entre costo y rendimiento
| Guión | Tipo de ajuste preferido | Impacto del costo inicial | Riesgo de fugas y fallos |
| Vapor de gran calibre y alta temperatura | Soldadura a tope forjada | Mayor costo de soldadura/END | Riesgo bajo si las soldaduras están bien ejecutadas |
| Línea de proceso de alta presión y pequeño calibre | Soldadura por enchufe forjada | Precio unitario más alto | Muy bajo si la soldadura se realiza correctamente |
| Aire o nitrógeno de uso general, diámetro pequeño | Roscado forjado/soldadura por encastre | Menor costo de fabricación | Moderado; depende de la calidad de la instalación |
| Agua de refrigeración a baja presión, gran diámetro | Soldadura a tope forjada | Material moderado + soldadura | Bajo; las consecuencias de las fugas generalmente son manejables |
Escenarios de aplicación: ¿Cuál opción es mejor?
Cuando se prefieren generalmente los herrajes forjados
Los accesorios de soldadura a tope forjados suelen ser la primera opción cuando:
- El tamaño de la tubería es de mediano a grande (por ejemplo, DN 50 y superior).
- El servicio es de alta temperatura o alta energía (por ejemplo, líneas de vapor principales).
- Se requiere un sistema de orificio liso completamente soldado para lograr eficiencia y limpieza del flujo.
- Los códigos o clientes especifican que no se permiten uniones roscadas ni soldaduras por encastre en ciertas categorías de servicio.
Cuando se prefieren generalmente los accesorios forjados
Los accesorios forjados suelen elegirse cuando:
- El tamaño de la tubería es de pequeño calibre (por ejemplo, DN 50 y menos).
- La presión de servicio es alta y exige conectores compactos y resistentes.
- El sistema incluye instrumentación, drenajes, respiraderos, líneas de muestra, colectores y otros accesorios de pequeño calibre.
- El espacio es limitado, como en patines o cerca de las boquillas de los equipos.
Ejemplos de estilo de caso
Ejemplo 1: ramal de hidrocarburos de alta presión de 2″
Una T y codos forjados para soldadura a tope brindan resistencia robusta e integridad contra fugas en un espacio pequeño y confinado donde el acceso a la soldadura a tope es difícil.
Ejemplo 2: Línea de proceso de refinería de 16″
Los codos, tes y reductores soldados a tope forjados ofrecen excelentes características de flujo e integridad estructural, con soldaduras completamente inspeccionadas por RT/UT.