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1 de 109
I
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
PROTADA
PORTADA
ANÁLISIS DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN JUNTA SOLDADA Y MATERIALES
DISÍMILES PARA CALIFICAR PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA EN EL CRP
Autor:
Gilberto J. Bravo
Tutor
Ing. Magíster Yrlumar Romero
Octubre de 2022
II
III
IV
DEDICATORIA
Esta tesis está dedicada:
Principalmente a Dios, Jesús de la Misericordia y a Mami María, por ser mi guía,
fortaleza y soporte en este largo proceso de culminar una de mis metas más deseadas.
A mis amados padres Regulo y Nieves, por su dedicación, orientación, amor y
sacrificio en todos estos años, gracias a ellos he logrado llegar hasta aquí y ser la persona
por lo que mis padres se entregaron con amor a mi desarrollo personal.
Especialmente a mis amadas hijas, Madelin Andreina y Silvia Patricia, por estar
siempre presentes, acompañándome, apoyándome, moral, espiritualmente y aportando
sus grandes conocimientos en las etapas del proceso de mi investigación.
V
AGRADECIMIENTOS
Por siempre mi gratitud a Dios, quien con su bendición proteja siempre mi vida y a
toda mi familia por estar siempre presentes en los momentos más difíciles de esta etapa.
Agradezco a la institución y sus docentes de la Escuela de Mecánica de la
Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda por haber compartido sus
conocimientos a lo largo de la preparación de nuestra profesión y de manera muy
especial, a mis tutores, magíster Yrlumar Romero tutora académica y la Ing. Jordi
Dudamel tutora industrial, de mi proyecto de investigación, quienes me han guiado con
entrega y paciencia como docentes y orientadora.
Mi agradecimiento eterno el Ing. José Blanco, por la colaboración prestada en la
revisión y puesta en servicio de la máquina de tracción que fue utilizada para realizar los
ensayos de tracción y doblez. Ensayos fundamentales en el desarrollo y calificación del
procedimiento de soldadura del proyecto.
Un gran agradecimiento a las instituciones INCES Paraguaná y Politécnico Alonso
Gamero; especialmente a la Sra. Elis Colina, coordinadora del INCES, al Sr. Edmundo
Petit, docente y guía durante la realización de los ensayos de tracción y doblez y a
Angélica Lima, coordinadora del área Mecánica del Politécnico, sus apoyos y
transferencia del conocimiento permitieron culminar la última etapa de la investigación.
VI
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
ANÁLISIS DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN JUNTA SOLDADA Y MATERIALES
DISÍMILES PARA CALIFICAR PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA EN EL CRP
Por: Gilberto José Bravo Soto
Tutor: Ing. Magíster Yrlumar Romero
Octubre, 2022
RESUMEN
En la presente investigación se analizaron las propiedades mecánicas de los materiales
disímiles tipo acero aleado de 1-1/4% Cr, ½ Mo, e inoxidable Gr.304 y en la unión soldada
con electrodo ER-309L, con la finalidad de calificar el procedimiento de soldadura en la
Refinería Amuay del CRP. Para esta investigación se consideró como población dos (02)
tipos de materiales bases: ASTM- A-240 Gr.304 y ASTM A-387 Gr.11 y como material
de aporte un electrodo SFA-5.4 E-309 y para las muestras se utilizaron seis (06)
secciones de probetas, dos (02) para ensayos de tracción y dos (02) en los ensayos de
doblez. Así mismo, se utilizó el formato de procedimiento de soldadura (WPS), certificado
por el código ASME en los parágrafos QW-482 y QW-483, como instrumentos para la
recopilación de datos, En general, las propiedades mecánicas de tracción y doblez de la
unión disímil ASTM A-387 Gr.11 y A-240 tipo 304 soldadas con electrodo SFA5.9 ER-
309L, cumplen con los criterios de aceptación según los valores de esfuerzos indicados
en el código ASME, por lo cual estos materiales fueron aprobados para los requerimientos
mecánicos en condiciones de servicio, lo cual permitió la certificación y calificación del
procedimiento (PQR), para su uso en PDVSA y con ello se garantiza la confiabilidad de
sus procesos.
Palabras claves: Soldadura, material disímil, ensayos de tracción y doblez, esfuerzo,
ASTM, ASME, WPS, PQR, código.
VII
EXPERIMENTAL NATIONAL UNIVERSITY
FRANCISCO DE MIRANDA
TECHNOLOGY AREA
EL SABINO ACADEMIC COMPLEX
MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM
ANALYSIS OF MECHANICAL PROPERTIES IN WELDED JOINTS AND DISSIMILAR
MATERIALS TO QUALIFY THE WELDING PROCEDURE IN THE CRP
For: Gilberto José Bravo Soto
Tutor: Ing. Magíster Yrlumar Romero
October, 2022
ABSTRACT
In the present investigation, the mechanical properties of dissimilar materials such as alloy
steel of 1-1/4% Cr, ½ Mo, and stainless Gr.304 and in the joint welded with electrode ER-
309L were analyzed, with the purpose of qualifying the welding procedure in the Amuay
Refinery of the CRP, for this investigation two (02) types of base materials were
considered as population: ASTM- A-240 Gr.304 and ASTM A-387 Gr.11 and as filler
material an SFA electrode -5.4 E-309 and for the samples six (06) sections of specimens
were used, two (02) for tensile tests and two (02) in the bending tests. Likewise, the
welding procedure format (WPS), certified by the ASME code in paragraphs QW-482 and
QW-483, was used as instruments for data collection. In general, the mechanical
properties of traction and bending of the dissimilar joint ASTM A-387 Gr.11 and A-240
TYPE 304 welded with electrode SFA5.9 ER-309L, meet the acceptance criteria
according to the stress values indicated in the ASME code, for which these materials were
approved for the mechanical requirements in service conditions, it allowed the certification
and qualification of the procedure (PQR), for its use in PDVSA and with this the reliability
of its processes was guaranteed.
Keywords: Welding, dissimilar material, tensile and bending tests, stress, ASTM, ASME,
WPS, PQR, code.
VIII
ÍNDICE DE CONTENIDO
PORTADA........................................................................................................................I
DEDICATORIA...............................................................................................................III
AGRADECIMIENTOS .................................................................................................... V
RESUMEN..................................................................................................................... VI
ABSTRACT.................................................................................................................. VII
ÍNDICE DE CONTENIDO............................................................................................ VIII
ÍNDICE DE TABLAS.................................................................................................... XII
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. XIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS ............................................................................................... XV
ÍNDICE DE ANEXOS .................................................................................................. XVI
INTRODUCCIÓN...........................................................................................................17
CAPÍTULO I El PROBLEMA ........................................................................................19
1.1. Planteamiento del Problema ............................................................................19
1.2. Formulación del Problema ...............................................................................22
1.3 Objetivos de la Investigación............................................................................22
1.3.1 Objetivo General..........................................................................................22
1.3.2 Objetivos Específicos .................................................................................22
1.4 Justificación .......................................................................................................23
1.5 Delimitación........................................................................................................24
CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL CONTEXTUAL...............................................26
2.1 Antecedentes de la investigación.....................................................................26
2.2 Bases Teóricas...................................................................................................27
IX
2.2.1. Propiedades mecánicas de los materiales...............................................28
2.2.1.1. Esfuerzo y deformación ......................................................................28
2.2.1.2. Ensayo de tensión o tracción .............................................................29
2.2.1.2.1 Propiedades de tensión o tracción...............................................30
2.2.1.2.1.1 Resistencia a la tensión..................................................30
2.2.1.2.2 Plasticidad ......................................................................................31
2.2.1.2.3. Ductilidad.......................................................................................32
2.2.2. Ensayo de doblez guiado ..........................................................................33
2.2.3. Materiales disímiles....................................................................................34
2.2.3.1 Fundamentos ........................................................................................35
2.2.4. Soldadura....................................................................................................35
2.2.5. Proceso de soldadura................................................................................35
2.2.5.1 Descripción física del proceso GTAW ................................................36
2.2.5.4 Electrodo y su clasificación.................................................................42
2.2.5.5 Medida del electrodo, corrientes recomendadas...............................43
2.2.5.6 Metal de aporte......................................................................................44
2.2.5.7 Clasificación de aporte de soldadura .................................................45
2.2.6. Clasificación de Procedimiento de soldadura .........................................45
2.2.6.1. Metodología para la elaboración del procedimiento de soldadura .45
2.2.6.2. Reconocimiento del proyecto o producto soldado a fabricar .........46
2.2.6.3. Selección del código a trabajar. .........................................................46
2.2.6.4. Definición de variables........................................................................46
X
2.2.6.5. Elaboración de especificación del Procedimiento de Soldadura
(EPS) (WPS).......................................................................................................46
2.2.6.6. Preparación de la junta........................................................................47
2.2.6.7. Desarrollo de la soldadura..................................................................47
2.2.6.8. Inspección visual.................................................................................47
2.2.6.9. Selección y aplicación de ensayos requeridos.................................48
2.2.6.10. Registro de calificación del procedimiento (PQR)..........................48
2.2.6.11. Edición del procedimiento de soldadura.........................................49
2.3 Bases Legales ....................................................................................................49
2.3.1. Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (2000) .............50
2.3.2. Ley Orgánica de Prevención Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo
...............................................................................................................................51
2.3.3. Ley Especial contra los Delitos Informáticos (2001)...............................52
2.4 Definición de Términos .....................................................................................53
2.5 Formulación de la hipótesis..............................................................................56
2.6 Operacionalización de Variables ......................................................................57
CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO...................................................................58
3.1. Nivel de la Investigación ..................................................................................58
3.2. Diseño de la Investigación ...............................................................................58
3.3 Población y Muestra ..........................................................................................59
3.4. Técnicas e Instrumentos de recolección de datos ........................................60
3.5. Validez y Confiabilidad de los Instrumentos de Recolección de Datos.......61
3.6. Fases de la investigación.................................................................................61
XI
3.6.1 Fase I ............................................................................................................61
3.6.2 Fase II ...........................................................................................................62
3.6.3 Fase III ..........................................................................................................62
3.6.4 Fase IV..........................................................................................................62
CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ......................................................63
4.1 Desarrollo experimental ....................................................................................63
4.1.1. Materiales Bases ........................................................................................63
4.1.2. Material de aporte (electrodo) ...................................................................64
4.1.3. Proceso de corte y preparación de la junta .............................................65
4.1.4. Proceso de soldadura................................................................................67
4.1.5. Proceso de corte y mecanizado de las probetas.....................................69
4.1.6. Ensayo de tracción y doblez .....................................................................70
4.2 Resultado y Discusión.......................................................................................73
4.2.1 Ensayo de Tracción.....................................................................................73
4.2.2 Ensayo de Doblez........................................................................................82
4.2.3 Elaboración del formato PQR.....................................................................85
4.2.4 Elaboración del formato WPS ....................................................................88
CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................90
5.1 CONCLUSIONES ................................................................................................90
5.2 RECOMENDACIONES........................................................................................92
REFERENCIAS.............................................................................................................93
ANEXOS .......................................................................................................................96
XII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Tipos de gases para el proceso de soldadura GTAW ...................................... 42
Tabla 2 Clasificación de los electrodos para el proceso GTAW .................................... 43
Tabla 3 Características del electrodo proceso GTAW ................................................... 44
Tabla 6 Material ASTM A 240 tipo 304.......................................................................... 63
Tabla 7 Material ASTM A-387 Gr.11 (1 ¼ %Cr.) ........................................................... 64
Tabla 8 Tipo de Electro ER-309L .................................................................................. 65
Tabla 9 Parámetro del proceso de soldadura utilizado GTAW ...................................... 68
Tabla 10 Propiedades mecánicas de las uniones soldadas .......................................... 82
Tabla 11 Tabla de registro del procedimiento de soldadura (PQR siglas en inglés) ..... 86
Tabla 12 Tabla del procedimiento de soldadura (WPS siglas en ingles)....................... 88
XIII
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Máquina universal para ensayo de tracción o tensión.................................... 30
Figura 2 Características del proceso GTAW ................................................................ 37
Figura 3 Movimiento de iones del proceso de soldadura GTAW.................................. 38
Figura 4 Polaridad (-) utilizada en el proceso de soldadura GTAW.............................. 39
Figura 5 Polaridad (+) utilizada en el proceso de soldadura GTAW............................. 39
Figura 6 Polaridad de la corriente alterna del proceso TIG .......................................... 40
Figura 7 Clasificación del material de aporte proceso TIG (GTAW)............................. 45
Figura 8 Material ASTM A 240 tipo 304........................................................................ 63
Figura 9 Material ASTM A 387 Gr.11 (1 1/4 %Cr) ........................................................ 64
Figura 10 Cortes de secciones se láminas material acero aleado (1 1/4 %Cr-1/2 Mo) e
inoxidable Gr.304 .......................................................................................................... 65
Figura 11 Preparación de junta a tope bisel en V de lámina acero aleado e inoxidable66
Figura 12 Diseño de la junta a tope de bisel en V ........................................................ 66
Figura 13 Diseño de la posición de soldadura en forma horizontal .............................. 67
Figura 14 Proceso de soldadura en la unión disímil ..................................................... 68
Figura 15 Protección de la unión soldada, con manta de fibra cerámica ..................... 69
Figura 16 Corte de sección de la plancha para las pruebas de tracción y doblez........ 70
Figura 17 Diseño de la probeta para el ensayo de tracción, con sus dimensiones ...... 71
Figura 18 Diseño de la probeta para ensayo de doblez de la cara y raíz, con sus
dimensiones .................................................................................................................. 71
Figura 19 Ensayo de tracción utilizando extensómetro ................................................ 72
Figura 20 Ensayo de doblez utilizando matriz para el doblado..................................... 72
Figura 21 Ensayo de tracción de la probeta N°1 .......................................................... 73
Figura 22 Resultados ensayo de tracción en la probeta N°1........................................ 75
Figura 23 Informe del ensayo de tracción de la probeta N°1........................................ 76
Figura 24 Inspección visual de la fractura en la probeta N°1 del ensayo de tracción... 77
Figura 25 Ensayo de tracción de la probeta N°2 .......................................................... 77
Figura 26 Resultados ensayo de tracción de la probeta N°2........................................ 79
Figura 27 Informe de ensayo de tracción de la probeta N°2 arrojada por la máquina de
tracción.......................................................................................................................... 80
XIV
Figura 28 Inspección visual de la fractura en la probeta N°2 del ensayo de tracción... 81
Figura 29 Probeta N°1 y N°2 del ensayo de tracción ................................................... 81
Figura 30 Ensayo de doblez sobre la raíz de la soldadura de una probeta de material
disímil ............................................................................................................................ 83
Figura 31 Probeta de ensayo de doblez sobre la cara de la soldadura (a) vista raíz (b)
vista de cara .................................................................................................................. 83
Figura 32 Probeta de ensayo de doblez sobre la raíz de la soldadura (a) vista de raíz
(b) vista de cara............................................................................................................. 84
XV
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfica 1 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero dulce.......................................... 31
Gráfica 2 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero frágil .......................................... 33
Gráfica 3 Gráfica esfuerzo-deformación de la probeta N°1 .......................................... 74
Gráfica 4 Gráfica esfuerzo-deformación de la probeta N°2 .......................................... 78
XVI
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1 Tabla QW-422 agrupa los materiales ferrosos y no ferrosos para su calificación
...................................................................................................................................... 97
Anexo 2 Tabla A.3 Requerimiento de las propiedades mecánicas de los metales de
soldadura....................................................................................................................... 98
Anexo 3 Figura QW-466.1 describe las dimensiones de la matriz para el ensayo de doblez
...................................................................................................................................... 99
Anexo 4 Tabla QW-451.1 Registra la cantidad de pruebas de tensión y doblez según el
espesor de la probeta.................................................................................................. 100
Anexo 5 Figura QW-462.1(a) se describen la forma, dimensiones de la probeta para el
ensayo de tensión. ...................................................................................................... 101
Anexo 6 Figura QW-463.1(a) indica los espesores y secciones de las probetas de tracción
y doblez. ...................................................................................................................... 102
Anexo 7 Formato QW-482 indica las especificaciones del procedimiento de soldadura
parte frontal y posterior................................................................................................ 103
Anexo 8 Formato QW-483 indica los registros de la calificación del procedimiento (PQR)
parte frontal y posterior................................................................................................ 105
Anexo 9 Reporte de certificación de la prueba del electrodo ER-309L ....................... 107
Anexo 10 Figura QW-462.2 indica la forma y dimensiones de la probeta para doblez 108
Anexo 11 Figura QW-462.3(a) muestra la forma y dimensiones de las probetas para el
ensayo de doblez de cara y raíz................................................................................. 109
17
INTRODUCCIÓN
Históricamente la industria petrolera de Venezuela ha tenido la necesidad de
cumplir con exigentes estándares de calidad para mantener la seguridad y confiabilidad
de sus procesos e instalaciones, por lo que se considera de mucha importancia contar
con procedimientos de soldadura calificados y debidamente registrados, que garanticen
el buen funcionamiento de los equipos y líneas de procesos, basados en los análisis de
las propiedades mecánicas de los materiales, su soldabilidad, mecanismos de corrosión
y los esfuerzos a los que estarán sometidos en los diferentes procesos de producción de
la industria.
El Centro de Refinación Paraguaná (CRP), principal centro refinador del país, solo
posee procedimientos calificados para realizar soldaduras con materiales no disímiles;
por lo que en el presente trabajo de investigación se analizarán las propiedades
mecánicas de las juntas soldadas en materiales disímiles, (ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-
240 tipo 304), y el material de aporte de soldadura (SFA-5.9 ER-309L), con la finalidad
de calificar el procedimiento de soldadura en materiales disímiles en el CRP e incluir este
tipo de materiales con mayor durabilidad en las reparaciones de las instalaciones.
Los objetivos que se plantean son los de identificar, comprobar e interpretar el
comportamiento de las propiedades mecánicas y los resultados obtenidos mediante el
ensayo de tracción y doblez, con la finalidad de determinar si el procedimiento de
soldadura cumple o no con los parámetros mecánicos establecidos para estos materiales
en las normativas de PDVSA y externas.
Las propiedades mecánicas que se obtendrán de las uniones soldadas en
materiales disímiles tienen el propósito de determinar el grado de confiabilidad a la que
estarán sometidas estas uniones en los diferentes ambientes de proceso de las unidades
de producción en la refinería; y así finalmente establecer y justificar parámetros confiables
para la óptima utilización en los diferentes servicios de la producción en refinación.
Para el análisis de los resultados de las probetas ensayadas, se procederá a
cuantificar los resultados que arrojen los ensayos de tracción, registrando
simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten
determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama
18
de esfuerzo y deformación. Estos valores obtenidos del ensayo se comparan con los
valores de los esfuerzos máximo y de fluencia establecidos para los materiales (ASTM
A-387 Gr.11, ASTM A-240 tipo 304), según la norma ASME.
La investigación se desarrollará de la siguiente manera:
Capítulo I: Describe el planteamiento del problema donde se justifica realizar la
calificación del procedimiento de soldadura en los materiales disímiles (ASTM A-387
Gr.11, ASTM A-240 tipo 304), en el CRP. Y para tal fin se requiere de los registros y
análisis de esfuerzos mecánicos de los materiales documentados en las pruebas de
tensión.
Capítulo II: Se desarrolla el marco teórico, fundamentado en antecedentes
referidos a la temática sobre la calificación de procedimientos de soldadura, basándose
en los esfuerzos y deformaciones que ellos soportan durante las pruebas de tracción.
Capítulo III: En este punto se describe el marco metodológico, que presenta los
temas: del diseño de la investigación y las características que la define, la población del
espécimen a estudiar, las muestras se deberán tener siguiendo el código ASME, la
validez y confiabilidad de la información, el cual se fundamenta en los registros de los
materiales establecidos en las tablas del código ASME.
Capítulo IV: Se realiza el desarrollo experimental donde se describen todos los
pasos como, tipos de material bases, material de aporte (electrodo), procesos de
soldadura y los ensayos de tracción, igualmente se evalúan y se discuten los resultados
arrojados en esta investigación y finalmente se enuncian los aspectos administrativos
referido a: recurso humano, materiales consumibles, equipos utilizados para los ensayos,
recursos financieros y cronograma de actividades para la ejecución del proyecto.
Capítulo V: Se emiten las recomendaciones y conclusiones respectivas
enmarcada en los objetivos específicos descritos en el capítulo I de esta investigación.
19
CAPÍTULO I
El PROBLEMA
1.1. Planteamiento del Problema
En el ámbito mundial la industria petrolera sigue creciendo y convirtiéndose en una
insustituible actividad económica que garantiza los recursos energéticos del planeta,
exigiendo de esta manera una constante evolución técnica y un perfeccionamiento en los
procesos de extracción, producción y refinación de los hidrocarburos regidos por estrictas
normas y organizaciones internacionales que establecen y avalan parámetros óptimos
para el desarrollo, seguridad y confiabilidad. Éstas normas y organizaciones han buscado
dar repuestas y aportes para la solución de las fallas más comunes presentadas en las
instalaciones petroleras debido a la degradación de las propiedades mecánicas de los
materiales por efecto de la corrosión en los equipos y sistemas de procesos industriales.
De igual manera, los materiales disímiles han sido utilizados ampliamente a nivel
mundial en la industria química, del níquel, petroquímica y en plantas de generación de
electricidad como una alternativa para solucionar los problemas de corrosión o pérdida
de propiedades mecánicas que experimenta un componente o la sección de un equipo.
Fernández, Rodríguez, Correa & Alcántara (2014) evaluaron en su estudio el
comportamiento microestructural de una unión soldada con materiales disímil en una
aleación HK 40 y hierro fundido 24, la cual se realizó en el equipo que presta servicios en
la industria del níquel.
En Latinoamérica, las industrias petroleras y petroquímicas presentan la misma
problemática en cuanto a la pérdida de las propiedades de los materiales, debido a los
efectos corrosivos ocasionados por los tipos de hidrocarburos provenientes de diversos
yacimientos, con diferentes particularidades y características en cada región las cuales
determinan los agentes corrosivos que degradan los materiales expuestos. Por lo tanto,
los daños causados por este problema conllevan a un bajo desempeño por pérdida de
contención en los sistemas de tuberías y equipos, representando considerables pérdidas
de oportunidades y económicas.
En Venezuela contamos con la empresa PDVSA (Petróleos de Venezuela Sociedad
Anónima), dedicada a la explotación, producción, refinación, mercadeo y transporte del
20
petróleo venezolano, razón por la cual sus equipos e instalaciones deben mantener altos
estándares de calidad, desde su fabricación hasta su funcionamiento, para garantizar de
esta manera la confiabilidad y el buen desempeño de las propiedades mecánicas en los
sistemas de producción y refinación en todo el conglomerado de la Corporación nacional.
En este sentido, en los últimos años luego del descubrimiento de nuevos yacimientos de
petróleo, en el oriente y occidente del país, PDVSA ha tenido el reto de adecuar los
materiales de las unidades de procesamiento de crudo para contrarrestar los efectos
corrosivos ocasionados por una mayor concentración de azufre y acidez en los nuevos
hidrocarburos procesados.
En el ámbito local el Centro de Refinación Paraguaná (CRP), tercer complejo
refinador de petróleo más grande del mundo, desde donde se produce el 80% del
combustible que se consume en el país e integrado por tres refinerías: Amuay y Cardón,
localizadas en la Península de Paraguaná del Estado Falcón, y Bajo Grande en el Estado
Zulia; que procesan crudos medianos, pesados y extrapesados con componentes
altamente corrosivos, por lo que se hace necesario el seguimiento y control de las
variables de los procesos operacionales internos para identificar los problemas de la
degradación de las propiedades mecánicas por efectos de la corrosión en las tuberías
y/o equipos de las unidades. De igual forma, se realizan inspecciones continuas para el
mejoramiento de su desempeño mecánico, considerando los fenómenos presentes en
los procesos a los que están constantemente sometidos, (fenómenos como agrietamiento
en servicio, corrosión localizada tipo picaduras, fallas en soldadura, y otros fenómenos
similares).
En el año 1998, con el objetivo de detectar problemas severos de corrosión en
líneas y equipos de alta criticidad en las unidades de procesamiento de crudos PDVSA
desarrolla el Sistema de Inspección de Lazos de Corrosión (SILCO), software interno
utilizado para cargar las mediciones de las variables que arrojan los espesores de las
líneas y equipos, esta medición generan alarmas en el monitoreo de las variables de
operación que pueden ocasionar degradación de las propiedades mecánicas de los
materiales en las plantas bajo seguimiento.
El SILCO, desde su aplicación hasta la actualidad, extrae la data de campo
obtenida de las inspecciones realizadas a las tuberías y/o equipos de proceso, junto con
21
la información referente al comportamiento de las variables operacionales (tipo de
crudos) del Lazo de Corrosión en estudio, esto permite decidir las acciones a tomar con
la finalidad de lograr una adecuada confiabilidad en los circuitos bajo seguimiento.
Tomando en cuenta la importancia estratégica del CRP con respecto al daño en los
equipos y tuberías pudiera generar afectación en la distribución del combustible al país,
generando pérdidas económicas con probabilidad de afectación al personal humano,
unidades e impacto al ambiente.
A partir de los cambios de los patrones de refinación en el CRP las acciones de
corrosión, inspección y seguimiento aplicados para sus unidades en servicios críticos,
han determinado que es necesario realizar cambios metalúrgicos para así reducir la
degradación de las propiedades mecánicas, por pérdida de espesor causada por la
corrosión en las tuberías y equipos, por tal razón es necesario adecuar los sistemas,
utilizando otros tipos de materiales con un alto desempeño mecánico que sean más
favorables dentro de las diferentes plantas de proceso que componen el complejo de
refinación, y así lograr que estos materiales bases y la soldadura aplicadas soporten los
esfuerzos a los que estarán sometidos durante la pruebas de tracción para la calificación
del procedimiento de soldadura.
Basado en los cambios de materiales anteriores, Niebles y Arnedo (2009)
describen la importancia de la elaboración de procedimientos de soldadura en los
sistemas de tuberías y líneas utilizando los materiales disimiles, así como la calificación
de este procedimiento mediante los métodos y criterios del código ASME sección IX, que
son recomendadas a las industrias dedicadas a la fabricación y montaje de plantas
térmicas, tanques, recipientes a presión, tuberías de alta presión y tuberías para el
transporte y almacenamiento de hidrocarburos, en donde frecuentemente se necesita el
cumplimiento de requisitos específicos de calidad en las soldaduras.
No obstante, en esta investigación se pretende analizar las propiedades
mecánicas en junta soldada y materiales disímiles para calificar procedimiento de
soldadura en el CRP, con la finalidad generar aportes para solventar el problema de
degradación de los materiales, determinando las propiedades mecánicas de nuevos
materiales disimiles seleccionados y sus uniones soldadas, para posteriormente realizar
y calificar un nuevo procedimiento de soldadura con estos tipos de materiales disímiles.
22
Todo esto nos permitirá conocer los esfuerzos aceptables que garanticen la confiabilidad
mecánica y con ello contribuir en la disminución de paradas no programadas en las
unidades de procesamiento de combustible que impactarían en la producción y
suministro de combustible al país.
1.2. Formulación del Problema
¿Cuál es el comportamiento de las propiedades mecánicas del material de aporte
(electrodos) en la unión soldada de materiales disímiles mediante ensayos de tracción y
doblez?
¿Cuáles son las propiedades mecánicas de los materiales base disímiles mediante
ensayos de tracción y doblez?
¿Los resultados obtenidos en los ensayos de tracción y doblez en la unión soldada
y en los de materiales disímiles permitirán la calificación del procedimiento de soldadura
en el CRP?
1.3 Objetivos de la Investigación
1.3.1 Objetivo General
Analizar las propiedades mecánicas de los materiales disímiles tipo acero aleado
de 1-1/4% Cr, ½ Mo, e inoxidable Gr.304 y en la unión soldada con electrodo ER-309L
para calificar el procedimiento de soldadura en la Refinería Amuay del CRP
1.3.2 Objetivos Específicos
1. Identificar el comportamiento mecánico en el material de aporte (electrodos) y
materiales bases disímiles utilizados en unión soldada, mediante ensayo de tracción y
doblez.
2. Comprobar las propiedades mecánicas de los materiales base disímiles,
mediante ensayos de tracción y doblez.
3. Interpretar los resultados de sus propiedades mecánicas obtenidas en los
ensayos de tracción y doblez, en la unión de la soldadura con los materiales disímiles
para determinar si corresponden con los valores de esfuerzos mínimos descritos en la
23
tabla QW-422 y los criterios de aceptación del QW-153 para el ensayo de tensión y QW-
163 para el ensayo de doblez del Código ASME sección IX año 2019.
4. Documentar los resultados de aprobación en el formato de Registro de
Calificación del Procedimiento (PQR por sus siglas en inglés) como soporte de la
calificación del procedimiento.
1.4 Justificación
La investigación propuesta busca analizar las ventajas del uso de materiales
disímiles en el proceso para la calificación del procedimiento de soldadura que se utilizará
para las mejoras en los sistemas de tuberías y equipos de la industria petrolera nacional
mediante la aplicación de la teoría de las propiedades mecánicas de los materiales,
diagrama esfuerzo-deformación, conceptos de deformación unitaria, esfuerzo de fluencia,
esfuerzo de máximo, corrosión, soldaduras y tipos de materiales,
Por lo tanto, del punto de vista teórico se deberá establecer los valores
cuantificables durante los ensayos de tracción y doblez y estos serán registrados en los
documentos establecidos para la calificación del procedimiento de soldadura que servirá
como basamento en futuros desarrollos para otros materiales disimiles
En el ámbito práctico los análisis de los resultados de los esfuerzos mecánicos e
indicaciones de los defectos que se obtendrán durante la unión de soldadura en los
materiales disímiles, permitirán determinar la calificación del procedimiento de soldadura,
según los parámetros de esfuerzos descritos en las tablas QW-422 (ver anexo 1: agrupa
los materiales ferrosos y no ferrosos para su calificación) y A.3 (ver anexo 2:
requerimiento de las propiedades mecánicas de los metales de soldadura), del código
ASME, sección IX y sección II parte C respectivamente y los criterios de aceptación según
el parágrafo QW-153 del mismo código. De igual forma, serán evaluadas las indicaciones
de los defectos de acuerdo a los criterios de aceptación descrito en el QW-163 del código
ASME sección IX. Todos estos parámetros de soldadura documentados y calificados,
permiten la aplicación en los sistemas de tuberías y equipos de los procesos de refinación
del CRP.
Por otro lado, el presente estudio desde el punto de vista metodológico responde
a una serie de pasos (procedimientos) que se deben seguir para responder a las
24
interrogantes de investigación, aplicando los diferentes métodos y técnicas de la misma
por lo que representa un aporte significativo para esta área de la ingeniería,
Metodológicamente también se analizarán los esfuerzos a los cuales estarán sometidos
la unión de los materiales bases disimiles (ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-240 tipo 304),
con el aporte de la soldadura (ER-309 o ER-309L especificación ASME SFA 5.9), donde
mediante el ensayo de tracción se obtendrán los valores de esfuerzos máximo y de
fluencia y mediante el ensayo de doblez las indicaciones de defectos. Los resultados de
los esfuerzos y las indicaciones de los defectos obtenidos, serán evaluados según los
criterios de aceptación del QW-153 del código ASME, para el ensayo de tensión, y el
QW-163 del código ASME, para el ensayo de doblez. Finalmente, los valores de los
esfuerzos que arrojen las pruebas de tracción serán comparados con los valores de los
esfuerzos mínimos que se describen en la tabla QW-422 del código ASME sección IX
año 2019, con la finalidad de calificar los procedimientos de soldadura estudiados.
Finalmente, la calificación de los procedimientos de soldaduras con materiales
disímiles en el CRP representa un valioso aporte socioeconómico para el país tomando
en cuenta que, a través de la diversificación de la metalurgia, se contribuye a la
optimización de las uniones soldadas, con la finalidad de garantizar la operatividad y
confiabilidad en los procesos operacionales del CRP. De igual manera agiliza la ejecución
de procedimientos operacionales frecuentes con esfuerzo propio, disminuyendo así las
contrataciones externas para evaluación de este tipo de estrategias.
1.5 Delimitación
El presente estudio pretende evaluar las propiedades mecánicas en las uniones
de los materiales disímiles tipos ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-240 Gr-304 con el material
de aporte (electrodo) ER-309L, según especificación ASME SFA-5.9, para determinar en
las seis (6) probetas a ensayar, los esfuerzos máximos y deformaciones mediante el
ensayo de tracción y las indicaciones de los defectos a través del ensayo de doblez, con
la finalidad de comprobar que los valores obtenidos cumplen con lo requerido para
calificar el procedimiento de soldadura.
El desarrollo y fase práctica de la investigación se realizará durante el primer
semestre del año 2022, en las instalaciones del INCES Paraguaná y la Refinería Amuay
25
del Centro de Refinación Paraguaná (CRP) como aporte para el Departamento de
Corrosión y Materiales.
26
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL CONTEXTUAL
2.1 Antecedentes de la investigación
Castro, (2015). “Influencia de los parámetros del proceso de soldadura
GTAW en la aparición de porosidades en juntas de tuberías de acero SA 106 Gr. B”.
Esta investigación se realizó en el estado Carabobo, La investigación fue de tipo
experimental, ya que se manipularon variables experimentales en condiciones
controladas, con el fin de describir por qué o de qué manera se produce una situación
en particular. “según Tamayo (2003). La investigación fue descriptiva debido a que se
realizó sistemáticamente, además de ser también explicativa ya que se responden las
causas del evento estudiado”.
Mediante el análisis estadístico, se determinó que la combinación de parámetros
estadísticamente menos propensa a presentar poros es un flujo de argón de 0,566
m3 /h (20 ft3 /h) y una intensidad de corriente comprendida entre 80 y 100 A. Además,
para 0,566 m3 /h (20 ft3 /h) se observó una reducción promedio de 93% respecto a
los otros dos valores de flujo de argón. (pp. 1-59-92)
Las variables aportadas en este trabajo permiten desarrollar una guía importante
para el análisis de los resultados que se obtendrán durante el proceso de soldadura
utilizado los parámetros correspondientes en las uniones soldadas con materiales
disímiles en la presente investigación.
Chávez, (2018), “Elaboración y calificación de un procedimiento de soldadura GMAW
para la fabricación de tubería forzada con material ASTM A572 Gr.50. Centrales
Hidroeléctricas Ángel I, II y III. Puno”. La metodología descriptiva establecida en el
presente proyecto elaborado en la nos permitió explicar la elaboración y calificación
del procedimiento específico de soldadura GMAW, siguiendo los lineamientos del
código ASME Sección IX, ésta metodología, sin duda servirá como punto de
referencia de similares investigaciones referidas al campo de la soldadura. (pp. 1-92)
Basándonos en las conclusiones del trabajo de Chávez podemos desarrollar la
calificación de procedimiento de soldadura para los materiales disimiles siguiendo la
metodología y parámetros establecidos en el código ASME sección IX, permitiendo
cumplir con el objetivo planteado en este trabajo y establecer comparaciones en relación
27
a los valores de los esfuerzos arrojados en los ensayos de tensión de los materiales a
probar.
Cordero e Yrauquin, (2016), “Estudio experimental sobre la influencia de la velocidad
de deformación en las propiedades mecánicas del metal expandido”. Esta
investigación fue llevada a cabo en la ciudad de Punto fijo, Edo. Falcón, por los
estudiantes de la Universidad Experimental Francisco de Miranda (UNEFM). En el
desarrollo de la investigación se utilizó la metodología tipo exploratoria con diseño
experimental, para realizar este estudio fueron sometidas 48 probetas a ensayo de
tracción o tensión axial a diferentes velocidades de deformación, donde estas
velocidades constituyen una influencia en las propiedades mecánicas del metal
expandido, por lo tanto, las secciones del metal sometidos a las pruebas, presentan
características favorables para aplicaciones de absorción de energía determinadas
bajo la curva esfuerzo-deformación, observándose en la mayoría de los casos valores
de eficiencia estructural cercanos a uno. (pp. 2-19-53)
El estudio experimental realizado aportan importantes temas relacionado a la
metodología, equipos, gráficas y técnicas utilizadas en este trabajo que servirán como
referencias para el análisis de las propiedades mecánico en la junta soldada con los
materiales disímiles, considerando que para esta investigación se ejecutarán ensayos a
las uniones soldadas donde se obtendrán valores de esfuerzos máximos, lo cual serán
considerados para calificar el procedimiento de soldadura y finalmente documentarlo en
el manual de soldadura del CRP.
Los hallazgos anteriormente mencionados, representan un aporte teórico que
contribuye con la fundamentación de la presentación investigación, por otro lado,
representan una referencia conceptual de base para la construcción y desarrollo de los
procedimientos prácticos diseñados para esta investigación y que de una manera u otra
contribuyen con el cumplimiento de los objetivos.
2.2 Bases Teóricas
En este capítulo se describirán las teorías planteadas por los autores Arias, Avner,
Bermejo, Bravo, García, González, Hernández, López, Marín, Martínez, Méndez, Niebles,
Peña, Vásquez, Radera, Vélez y Villar, en sus publicaciones “Propiedades Mecánicas de
los Materiales”, materiales disímiles, ciencia de los materiales, introducción a la
28
metalurgia física, proceso de soldadura, “Procedimiento de soldadura y Calificación de
Soldadura”, respectivamente. Estas teorías mencionan principalmente las propiedades
mecánicas de los materiales, tales como lo esfuerzo, deformación unitaria y el Diagramas
esfuerzo-deformación, los últimos determinan el esfuerzo, la deformación en los
materiales y los procesos de la evaluación; también menciona ensayo de tracción y
doblez como parte de los ensayos destructivos para dar a conocer las propiedades
mecánicas más relevantes de los materiales.
Finalmente se definen términos básicos que se manejarán en la investigación;
tales como, esfuerzo de cadencia, esfuerzo máximo, especificaciones de soldadura
(WPS), Registro de Calificación del Procedimiento (PQR), soldadura en materiales
disímiles y otros conceptos que servirán de referencia para enriquecer la investigación.
2.2.1. Propiedades mecánicas de los materiales
Son las características inherentes que permite diferenciar un material de otro, desde
el punto de vista del comportamiento mecánico de los materiales de ingeniería, y
también describen la forma como un material se comporta frente a una fuerza externa
aplicada, con el fin de conocer sus respectivas propiedades (Martínez, 2014).
Las propiedades de un material dependen de:
La estructura que presenta el material.
Del proceso o procesos que haya sufrido.
De la composición química. (Martínez, 2014)
2.2.1.1. Esfuerzo y deformación. Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza
externa que tiende a cambiar su forma de tamaño, el cuerpo se resiste a esa fuerza.
La resistencia interna del cuerpo se conoce como esfuerzo (σ) y los cambios en las
dimensiones del cuerpo que la acompañan se llama deformación o alargamiento (ɛ),
ver ecuaciones 1 y 2 (Bermejo, 2010)
29
Ec. 1
(Fuente: Bermejo, 2010, Propiedades mecánicas de los materiales)
Ec.2
(Fuente: Bermejo, 2010, Propiedades mecánicas de los materiales)
2.2.1.2. Ensayo de tensión o tracción. La tracción es la fuerza aplicada
axialmente por unidad de área a un determinado cuerpo (ver figura 1). El ensayo de
tracción es fundamental para determinar las propiedades mecánicas de los metales,
o sea aquellas que definen sus características de resistencia y deformabilidad.
30
Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de elasticidad, la carga
máxima, la resistencia estática, el módulo de elasticidad, etc. Cuando la probeta se
encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la
carga, se estudia la relación con las deformaciones que produce. (Villar Salinas, 2018,
p.5). Para este estudio los parámetros que regirán el ensayo de tracción será los
descritos en el párrafo QW-150 del código ASME sección IX, año 2019 p.17.
Figura 1 Máquina universal para ensayo de tracción o tensión
Nota. Máquina para hacer ensayo de ensayo de tracción y doblez, Bermejo Fabio,
2010, Propiedades mecánicas de los materiales.
El tipo de probetas a ser ensayadas por tensión o tracción, está reglamentada en
la figura QW -462.1 (a), pág. 171 del código ASME sección IX, año 2019 que aplica para
esta investigación (ver Anexo 5: se describen la forma, dimensiones de la probeta para
el ensayo de tensión.).
2.2.1.2.1 Propiedades de tensión o tracción. Las propiedades mecánicas
que son de importancia en ingeniería para el diseño y que puede obtenerse
del ensayo de tensión son:
2.2.1.2.1.1 Resistencia a la tensión. Cuando aumenta la carga aplicada sobre la
pieza a prueba, el esfuerzo y la deformación se incrementan, como lo indica la porción
YM (ver gráfica 1), para un material dúctil, hasta que alcanza el esfuerzo máximo en
el punto M; por lo tanto, la resistente limite o resistencia la tensión es el esfuerzo
31
máximo desarrollado por el material, basado en el área transversal original. (Avner,
1988, p. 53).
Gráfica 1 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero dulce
Nota. Gráfico esfuerzo deformación para un acero dúctil (p.52), por Avner, 1988,
McGrawHillEducation.
2.2.1.2.2 Plasticidad. Capacidad de un material a deformarse ante la acción de una
carga, permaneciendo la deformación al retirarse la misma. Es decir, es una
deformación permanente e irreversible (ver gráfica 1 comportamiento plástico). La
plasticidad es la propiedad mecánica de un material inelástico, natural, artificial,
biológico o de otro tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se
encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima
de su límite elástico. En los metales, la plasticidad se explica en términos de
desplazamientos irreversibles de dislocaciones. En los materiales elásticos, en
particular en muchos metales dúctiles, un esfuerzo uniaxial de tracción pequeño lleva
aparejado un comportamiento elástico. Eso significa que pequeños incrementos en la
tensión de tracción comporta pequeños incrementos en la deformación, si la carga se
vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se
32
tiene una deformación completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado
experimentalmente que existe un límite, llamado límite elástico, tal que si cierta
función homogénea de las tensiones supera dicho límite entonces al desaparecer la
carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su
forma. Es decir, aparecen deformaciones no-reversibles.
Este tipo de comportamiento elasto-plástico descrito más arriba es el que se
encuentra en la mayoría de metales conocidos, y también en muchos otros
materiales. El comportamiento perfectamente plástico es algo menos frecuente, e
implica la aparición de deformaciones irreversibles por pequeña que sea la tensión
(Vélez, 2013).
2.2.1.2.3. Ductilidad. La ductilidad de un material se determina a partir de la
cantidad de deformación que le es posible soportar hasta que se fractura. Esta se
determina en un aprueba de tensión mediante dos mediciones:
Elongación ver ecuación 4: Se determina juntando, después de la fractura, las
partes de la muestra y midiendo la distancia entre las marcas puestas en la muestra
antes de la prueba.
Ec.4
(Fuente: Avner, 1988, Introducción a la metalurgia física)
Donde
Lf = longitud de la medida final,
Lo = longitud de la medida original
Al reportar el porcentaje de elongación, debe especificarse la longitud de la medida
original, ya que el porcentaje de elongación variará de acuerdo con la longitud origina.
Reducción de área ver ecuación 5: Ésta también se describe a partir de las mitades
rotas de la muestra bajo la tensión, midiendo para ello el área transversal mínima y
con la fórmula: (Avner, 1988, p 54-55).
Ec. 5
(Fuente: Avner, 1988, Introducción a la metalurgia física)
Donde:
33
Ao = área transversal original
Af = área transversal final
Gráfica 2 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero frágil
Nota. Gráfico esfuerzo deformación para un acero frágil (p.53), por Avner, 1988,
McGrawHillEducation.
2.2.2. Ensayo de doblez guiado
Se realiza sobre probetas estandarizadas mediante un émbolo o punzón también
estandarizado, forzando a la probeta dentro de un aditamento de dimensiones
predeterminadas; lo cual está especificado en la figura QW-466.1 del código ASME
sección IX, año 2019 (ver anexo 3: se describe las dimensiones de la matriz para el
ensayo de doblez).
“El código ASME en su sección IX p.18, desarrolla que las
pruebas de flexión guiada como se describe en QW-160 se
34
utilizan para determinar el grado de solidez y ductilidad de las
juntas de soldadura de ranura”.
La soldadura y zona afectada por el calor deben de estar completamente dentro
de la porción doblada del espécimen. Las probetas no deberán contener
discontinuidades de material abiertas a la superficie mayores a 1/8” (3.2 mm) medidas
en cualquier dirección de la superficie convexa. No se considerarán las
discontinuidades presentes en las esquinas, a no ser que exista evidencia significativa
de que proceden de faltas de fusión, inclusiones de escoria u otras discontinuidades
internas. (López, 2013, p.26)
2.2.3. Materiales disímiles
Consideramos como materiales disímiles a aquellos que sean químicamente
diferentes como en el caso de la unión de Al con Cu; o aquellos con distinto porcentaje
de aleación, como acero al carbono con acero inoxidable; o de estructuras
metalúrgicas distintas, como un acero ferrifico con un acero austenítico. Además, las
distintas combinaciones pueden ser entre metales base, metal de aporte o metal de
soldadura. (Soldargen, 2015)
La mayoría de las uniones entre metales disímiles pueden ser realizadas por
soldadura en estado sólido (explosión, fricción o ultrasonido) o brazing (soldadura
fuerte), donde la aleación entre los metales es normalmente insignificante. En estos
casos sólo se considera la diferencia de las propiedades mecánicas y físicas de los
metales base y su influencia en las condiciones de servicio de la unión. (Soldargen,
2015)
Cuando la unión de los metales disímiles se realiza por un proceso de soldadura
por fusión, la aleación entre los metales base y metal de aporte cuando éste es usado
es importante y requerirá una mayor consideración, dado que el metal de soldadura
resultante puede comportarse muy diferente a uno o a ambos metales base.
(Soldargen, 2015).
La unión de metales con importantes diferencias en las propiedades químicas,
mecánicas y físicas, puede presentar problemas durante y después de la soldadura.
La combinación puede ser de dos o tres metales diferentes, siendo uno de ellos el
metal de aporte. (Soldargen, 2015).
La composición del metal de soldadura resultante puede diferir de la de cualquiera
de los componentes y variará con:
35
Diseño de la junta.
Proceso de soldadura.
Metal de aporte.
Procedimiento de soldadura. (Soldargen, 2015)
2.2.3.1 Fundamentos. En la soldadura de metales disímiles unidos por fusión, las
consideraciones más importantes son la composición y las propiedades del metal de
soldadura.
La composición depende fundamentalmente de la base, del aporte y de la dilución
relativa entre ellos; generalmente aquella no es uniforme, en especial en soldaduras
de multipasadas donde habrá un gradiente de composición desde el metal de
soldadura a cada metal base.
Las características de solidificación del metal de soldadura son influenciadas por
la dilución relativa y el gradiente de composición adyacente a cada metal base. Estas
características son importantes con respecto a la fisuración en caliente del metal de
soldadura durante la solidificación.
En resumen, cuando se diseña una junta de metales disímiles, los factores a
considerar son:
Las características metalúrgicas de la unión, es decir, la aleación resultante.
Las propiedades mecánicas.
Las propiedades físicas. (Soldargen, 2015)
2.2.4. Soldadura
La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos
metales por medio de calor o presión consiste en caldear el material a unir y el de
aporte hasta que se funde, y una vez unidas las piezas se dejan enfriar. Existen
diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor
o la energía para la unión (Bravo, 2012, p.2)
2.2.5. Proceso de soldadura
Los procesos de soldadura son los diferentes métodos (herramientas y medios) por
los cuales se transmite el metal de aporte hacia el metal base para generar la unión
deseada. (Bravo, 2012, p.4).
36
Por lo tanto, el proceso de soldadura TIG (tungsten inert gas), identificado por la
AWS como Gas Tungsten Arc Welding (GTAW). Se considera uno de los procesos
de soldadura por arco que permite un mejor control de las condiciones de operación;
Es considerada una de las técnicas de soldadura más difíciles de aprender y
perfeccionar.
El proceso por Gas Tungsten Arc Welding se traduce como soldadura por arco
eléctrico con electrodo de tungsteno y protección gaseosa también es conocido en el
medio común como TIG que significa Tungsten Inert Gas, ya que posee una zona de
protección mediante un gas inerte que cubre un charco de soldadura y el electrodo
no consumible de tungsteno que crea un arco y transfiere calor al metal base, el gas
generalmente es argón o una mezcla de gases inertes que podrían ser argón y helio,
no es indispensable un metal de aporte pero si se usa este, se coloca en el arco
eléctrico logrando la fusión del mismo con el metal base, la pileta líquida se manipula
controlando la correcta fusión de las partes; el proceso proporciona uniones limpias y
de gran calidad, tiene bajo riesgo de inclusiones de escoria y en muchas ocasiones
simplifica la limpieza final, puede ser manual o automatizado, permite la ejecución de
soldaduras de alta calidad y excelente terminación sobre todo en juntas de pequeño
espesor, hablamos de espesores de entre 0,2 mm a 3 mm, normalmente no supera
los 10 mm, ya que para estos espesores las consideraciones económicas tienden a
favorecer los procesos con electrodo consumible. (Marín, 2016).
2.2.5.1 Descripción física del proceso GTAW. A pesar de ser un proceso de
arco eléctrico se diferencia de los demás procesos de soldadura por arco en 2
aspectos fundamentales, el primero es que el electrodo empleado no se consume y
el segundo es que la soldadura de las partes entre sí puede realizarse con o sin
agregado de metal de aporte, por su modo de operación, puede compararse a la
soldadura Oxyfuel gas Welding (OFW) o soldadura oxiacetilénica, con la diferencia
que en este último el calor desarrollado en éste proceso es producido por una llama
originada en una reacción química de oxígeno y gas (ver figura 2).
El arco eléctrico está dividido en 3 zonas, la catódica que corresponde al polo
negativo del arco, la anódica que corresponde al polo positivo del arco y el plasma
que corresponde al gas en estado ionizado; El arco eléctrico se establece como
consecuencia de la circulación de corriente eléctrica entre el cátodo y el ánodo
37
pasando esta corriente por una columna de gas en estado ionizado llamado plasma
(ver figura 3).
Figura 2 Características del proceso GTAW
Nota. Descripción del proceso de gas Tungsten Arc Welding (GTAW), por A. Marín,
2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
Los electrones, cuya carga es negativa, provienen de la zona catódica que es el
polo negativo y se mueven conjuntamente con los iones negativos del plasma hacia
el ánodo, que es el polo positivo. Los iones positivos del plasma fluyen en sentido
inverso, es decir desde la zona anódica hacia el cátodo. A pesar de estos dos tipos
de circulación de cargas eléctricas, el flujo principal y más intenso de la corriente en
el arco es el producido por el movimiento de los electrones, al igual que sucede en un
circuito de corriente eléctrica.
El arco eléctrico se caracteriza por poseer una elevada intensidad de corriente
eléctrica o amperaje y una baja tensión de arco o bajo voltaje, este fenómeno requiere
una alta concentración de electrones para transportar la corriente, el calor generado
en la zona catódica se debe principalmente al choque producido por los iones
positivos contra la superficie del cátodo, el calor generado en la zona anódica, o sobre
el ánodo, es causado por el choque de los electrones que han adquirido una
aceleración durante su paso a través del plasma y devuelven la energía cinética
adquirida en forma de calor al hacer impacto contra la superficie del ánodo, por eso
es que dependiendo de la polaridad de trabajo se obtiene más calor en el metal base.
38
El plasma del arco, es una mezcla de gas atómico neutro y ionizado (excitado). La
porción más caliente del plasma es la parte central de la columna, donde el
movimiento es más intenso. La parte exterior de la columna del arco es algo más fría
(Marín, 2016).
Figura 3 Movimiento de iones del proceso de soldadura GTAW
Nota. Movimiento de iones del plasma, del proceso de soldadura GTAW por A. Marín,
2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
2.2.5.2 Polaridades de trabajo. Cambiando el gas formador del plasma, se
obtiene un cambio en el balance del calor entre el cátodo y el ánodo, conexionado
según las distintas aplicaciones.
CCEN (Corriente Continua Electrodo al Negativo) Se obtiene buena penetración,
con mayor calor concentrado sobre la pieza (70%), la punta del tungsteno permanece
más fría (30%) por esto permite trabajar con mayores intensidades sin que se funda
el extremo manteniendo su afilado original se usa en la mayoría de las aplicaciones
incluyendo el acero inoxidable y el titanio no se usa en la soldadura de aluminio y
magnesio, los esfuerzos de contracción son menos severos y se produce menor
distorsión del material base (ver figura 4). En una soldadura realizada con CCEN
donde se observa una buena penetración, no existe acción de limpieza (Marín,
2016).
39
Figura 4 Polaridad (-) utilizada en el proceso de soldadura GTAW
Nota. Polaridad CCEN en proceso de soldadura TIG, por A. Marín, 2016,
http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
CCEP (Corriente Continua Electrodo al Positivo) Hay menor penetración y el calor
es más intenso en la punta del electrodo (70%), por esto observamos un deterioro del
electrodo de tungsteno en el que la punta se redondea, los electrones al chocar con
el tungsteno transforman toda su energía cinética en calor por eso se concentra en el
polo positivo (ver figura 5).
En una soldadura realizada con CCEP se obtiene una buena acción de limpieza
como producto del flujo de los iones del gas hacia la superficie de la pieza, cuyos
impactos que se producen con suficiente fuerza, dan lugar a la destrucción de la capa
de óxido superficial (Marín, 2016)
Figura 5 Polaridad (+) utilizada en el proceso de soldadura GTAW
Nota. Polaridad CCEP en proceso de soldadura TIG, por A. Marín, 2016,
http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
40
AC (Corriente Alterna) El calor se distribuye entre el metal base y la punta de
tungsteno, obteniendo una combinación de la ventajas de CCEN y CCEP, tanto el
aluminio como el magnesio no pueden ser soldados con polaridad directa, sino que
debe utilizarse polaridad inversa (electrodo en el polo positivo), la razón de ello se
debe al hecho que dichos metales forman sobre su superficie una capa de óxido que
los protege y para poder romper la misma es necesario producir un bombardeo de
iones (cargas positivas) sobre la misma, si se soldara con corriente continua
deberíamos trabajar con amperajes excesivamente bajos, para proteger el tungsteno,
o bien, utilizar diámetros de electrodos muy grandes.
Para salvar dicho inconveniente, se utiliza corriente alterna en lugar de la continua,
así, solamente el 50% del tiempo el electrodo trabaja en polaridad positiva, lo cual
permite que el mismo se enfríe lo suficiente como para evitar su deterioro, y además
se cumple con el objetivo de limpieza durante el semiciclo positivo (ver figura 6). En
una soldadura realizada con AC se combina una buena limpieza, llevada a cabo
durante el semiciclo positivo, y una adecuada penetración obtenida durante el
semiciclo negativo (Marín Herrera, 2016).
Figura 6 Polaridad de la corriente alterna del proceso TIG
Nota. Polaridad AC en proceso de soldadura TIG, por A. Marín, 2016,
http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
P-DC (Corriente Pulsante) Este tipo de corriente tiene la característica de permitir
trabajar con energías de arco suficientemente altas como para fundir el metal de
aporte, al mismo tiempo que mantiene un bajo aporte térmico global durante la
41
soldadura lo que permite la soldadura en espesores muy finos (menores a 1 mm) sin
el riesgo de producir o perforación, la soldadura de aceros inoxidables austeníticos
en los cuales se debe cuidar que el aporte térmico no exceda los límites establecidos,
minimizar considerablemente la deformación de la junta, un mejor control de la pileta
de fusión de la soldadura, desde el punto de vista operativo, durante el semiciclo de
alta corriente se produce la fusión y deposición de la varilla, mientras que durante el
semiciclo de baja corriente se produce el enfriamiento de la gota de metal depositado.
(Marín Herrera, 2016)
2.2.5.3 Gas de protección. El gas o combinación de gases empleados tienen
influencia en la estabilidad, características y comportamiento del arco y por
consiguiente en el resultado de la soldadura, su función principal es la de protección
en el proceso al evitar el contacto del aire ambiente con el electrodo y el metal fundido,
al momento en que se realiza la soldadura, los gases más empleados en la soldadura
TIG son argón, helio, o una combinación de ellos; los cuales deben tener una alta
pureza (normalmente 99.99%), (ver tabla 1).
El argón es aproximadamente 10 veces más denso que el helio, y un 30% más
denso que el aire, se adapta mejor a la soldadura de metales de menor conductividad
térmica y de poco espesor, en particular para posiciones de soldadura distintas a la
plana, forma una densa nube protectora.
Los gases apropiados para cada tipo de material a soldar se deben escoger muy
bien para mejorar a presencia del cordón y evitar las discontinuidades. (Marín Herrera,
2016)
42
Tabla 1
Tipos de gases para el proceso de soldadura GTAW
Nota. Adaptado de la soldadura TIG. En la
identificación de los Gases para el proceso GTAW
utilizados en los diferentes materiales, por A. Marín,
2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-
gtaw.html
2.2.5.4 Electrodo y su clasificación. La elección del tipo de electrodo va a
depender en gran medida del tipo de material que se quiere soldar, del tipo de
corriente con que se va a trabajar y de las características operativas, el electrodo de
tungsteno o wolframio, empleado en la soldadura GMAW o TIG, es muy duro y
altamente refractario, su punto de fusión es de 3400°C (ver tabla 2). Se diferencia de
los empleados en otros procesos de soldadura por arco eléctrico, porque no se funde
con el calor generado y no aporta material a la soldadura, sin embargo, si se
selecciona un electrodo incorrecto o se aplica un amperaje demasiado alto algunas
partículas del electrodo pueden transferirse a través del arco.
La selección del diámetro del electrodo se deberá efectuar teniendo en cuenta que
el mismo, no debe ser muy pequeño para que se corra el riesgo de fundir el extremo
del mismo, ni muy grande que conduzca a una inestabilidad del arco como
consecuencia de la disminución de la emisión electrónica debido al bajo
calentamiento del electrodo, comercialmente se fabrican en diámetros desde 3/32”
hasta ¼”, pueden ser de tungsteno puro o aleado con cerio, lantano, torio y
zirconio. (Marín Herrera, 2016)
43
Tabla 2
Clasificación de los electrodos para el proceso GTAW
Nota. Adaptado de la soldadura TIG. Clasificación de los
electrodos para el proceso de soldadura GTAW, con sus
características química e identificación, por A. Marín, 2016,
http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
2.2.5.5 Medida del electrodo, corrientes recomendadas. Como en los
demás procesos la medida del electrodo y el amperaje seleccionado va a depender
en gran medida de la habilidad que tenga la persona que ejecuta la operación, el
tipo y espesor del material y la posición de trabajo. (ver tabla 3), (Marín
Herrera, 2016).
44
Tabla 3
Características del electrodo proceso GTAW
Nota. Adaptado de soldadura TIG. Clasificación de los
electrodos para el proceso de soldadura GTAW, de sus
características de espesor, diámetro y corriente, por A.
Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-
gtaw.html
2.2.5.6 Metal de aporte. El proceso GTAW es muy versátil puede o no usar material
de aporte, el aporte puede ser el mismo metal base o pieza a soldar adecuadamente
preparada o varillas de aporte estandarizadas, dependiendo del tipo de material base
a soldar, se deberá seleccionar la varilla adecuada que reúna las propiedades físicas
y químicas para realizar una buena soldadura en la mayoría de los casos se usan
varillas, o se pude usar los mismos electrodos del proceso GMAW los que son
alambres sólidos que son proveídos en rollos de distintos tamaños. (Marín Herrera,
2016)
45
2.2.5.7 Clasificación de aporte de soldadura. La especificación AWS A5.9 dicta
las normas de clasificación del material de aporte para procesos de soldadura con
protección gaseosa (MIG/MAG, TIG y plasma). En este caso, los electrodos se
denominan de la siguiente forma (ver figura 7):
Figura 7 Clasificación del material de aporte proceso TIG (GTAW)
Nota. Clasificación del material de aporte para el proceso GTAW, indicando el tipo de
electrodo, composición química según AISI y contenido de bajo o alto carbono, por A.
Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
2.2.6. Clasificación de Procedimiento de soldadura.
2.2.6.1. Metodología para la elaboración del procedimiento de soldadura.
A continuación, se describe, la importancia de la elaboración de procedimientos de
soldadura en los sistemas de tuberías y líneas, así como la calificación de este
proceso mediante las normativas internacionales ASME.
Esta metodología para la elaboración y calificación del procedimiento de soldadura
es recomendado a industrias que se dedican a: I) La fabricación de estructuras para
edificios, puentes y otras estructuras metálicas, II) Las industrias relacionadas con la
fabricación y montaje de plantas térmicas, tanques y recipientes a presión, tuberías y
otros equipos y líneas de distribución trabajando a presión, III) Las empresas
dedicadas a la fabricación y montaje de equipos y tuberías para el transporte y
ER XXX Y
Indica Electrodo / Varilla
Indica la composición química del deposito
Según la Clase AISI de acero inoxidable
L (bajo contenido de carbono ó H (alto contenido
de carbono)
ER XXX Y
Indica Electrodo / Varilla
Indica la composición química del deposito
Según la Clase AISI de acero inoxidable
L (bajo contenido de carbono ó H (alto contenido
de carbono)
46
almacenamiento de hidrocarburos, IV) La fabricación de equipos de transporte tales
como: aeronaves, automóviles, barcos, trenes y líneas férreas, equipos para
carreteras, etc.,V) La fabricación de equipos y aparatos de consumo doméstico, la
cual frecuentemente necesita el cumplimiento de requisitos específicos de calidad en
las soldaduras. (Niebles y Arnedo, 2009, pp.19-30)
La secuencia general para la elaboración y calificación del procedimiento de
soldadura es relacionada a continuación acorde con los siguientes lineamientos:
2.2.6.2. Reconocimiento del proyecto o producto soldado a fabricar. En
este punto es importante la recolección de información necesaria para el desarrollo
del procedimiento ya que permite identificar qué se va a producir, qué material se
empleará, rango de espesores del material a soldar, tipos de juntas presentes en la
construcción soldada y todas aquellas características y especificaciones
indispensables para el producto con respecto a la unión soldada. (Niebles y Arnedo,
2009)
2.2.6.3. Selección del código a trabajar. Para la elaboración del procedimiento
de soldadura es necesario determinar qué tipo de construcción soldada se va a
trabajar, para posteriormente seleccionar e implementar el código que más se adecue
según los requerimientos (Niebles y Arnedo, 2009)
2.2.6.4. Definición de variables. Es vital la definición de variables que permitan
asegurar la compatibilidad entre material base y depósito de soldadura asegurando
la calidad del producto acorde a las especificaciones de diseño y ejecución de la
soldadura, entre las variables de soldadura se pueden identificar: las esenciales,
esenciales suplementarias y las no esenciales. (Niebles y Arnedo, 2009).
Estas variables que se enuncian en el párrafo anterior me permiten determinar la
población y los elementos que se desarrollarán en la especificación de procedimiento de
soldadura.
2.2.6.5. Elaboración de especificación del Procedimiento de Soldadura
(EPS) (WPS). Es la fase donde se listan las variables y parámetros de soldadura
preliminares que aplican al producto soldado para que el soldador las ejecute sobre
47
una probeta preparada para su soldadura y luego ser probadas determinando si las
propiedades mecánicas de la unión soldada cumplen con lo especificado en el diseño.
La EPS preliminar puede ser diseñada de acuerdo con QW - 482 del código ASME -
Tanques y recipientes a presión Sección IX, 2004 (ASME, 2004) (Niebles y Arnedo,
2009).
2.2.6.6. Preparación de la junta. Es de vital importancia, preparar la junta antes
de iniciar cualquier soldadura, por tanto, se debe: (a) Identificar los parámetros de
diseño de la junta. En este análisis se realizará junta a tope, (en V, penetración o
Groove ya que recibe varios nombres) (b) Corte de los especímenes de prueba.
Después de identificar el material, y analizar sus características, se debe trazar el
material acorde a las dimensiones que va a poseer la probeta, para así proseguir al
corte que puede ser mecánico o térmico. (c) Preparación y limpieza de los bordes. Es
clave en el procedimiento de la soldadura, preparar los bordes de la pieza acorde al
diseño y tipo de junta, además se debe retirar o remover impurezas o contaminantes
y todo aquello que impida que la soldadura sea efectiva. (d) Ensamble de la junta.
Para el ensamble de juntas a tope se debe tener en cuenta que esta debe estar
alineada para que la unión sea uniforme, por lo que se recomienda la utilización de
grapas cuando se desea soldar tubos y platinas, si es de filete se recomienda que los
bordes estén rectos y no existan espaciamiento entre las superficies de contacto.
(Niebles y Arnedo, 2009)
2.2.6.7. Desarrollo de la soldadura. Se procede a soldar la junta bajo los
procesos y parámetros de soldadura especificados en la EPS (WPS) preliminar, en
su ejecución es recomendado seleccionar al mejor soldador de la empresa, dado que
ellos tienen confiabilidad y conocen del proceso y la técnica de soldadura que mejor
aplica al diseño de la junta y pueden aportar ideas y conceptos valiosos y necesarios.
(Niebles y Arnedo, 2009)
2.2.6.8. Inspección visual. La inspección visual (ANSI/AWS, 2000) es un método
no destructivo de valioso control del proceso mediante el cual una soldadura desde
su fase de preparación hasta su puesta en servicio pueden evaluarse de acuerdo con
los requerimientos aplicables con miras de asegurar la calidad de la soldadura, esta
48
evaluación puede ser llevada a cabo por: en primera instancia por soldadores,
supervisores de soldadura, inspectores de soldadura por parte de los contratistas,
inspectores de soldadura por parte de los propietarios, o inspectores reguladores.
La inspección visual es desarrollada antes, durante y después de la soldadura y tiene
en cuenta aspectos como: I) Conformidad con el procedimiento de soldadura
especificado para la unión soldada, II) Control en la preparación de la junta a soldar,
III) Verificación de condiciones operativas de: equipos de soldadura (calibrados y en
buen estado), materiales de aporte y consumibles, gases, materiales base, IV)
Calidad del cordón de soldadura de raíz, V) Preparación de la raíz de la junta antes
de soldar por el otro lado, VI) Temperatura de precalentamiento y entre pasadas, VII)
Secuencia de pases de soldadura, VIII) Calidad de los cordones de relleno y
presentación de la soldadura, IX) Limpieza entre pasadas, X) Apariencia,
dimensionamiento final de la soldadura, XI) distorsión y deformación generada en la
soldadura, XII) Tratamiento post soldadura, XIII) Otros detalles. (Niebles y Arnedo,
2009)
2.2.6.9. Selección y aplicación de ensayos requeridos. Para la selección de
los ensayos requeridos es necesario: (a) Identificar los ensayos aplicables según
código. Una vez soldada la junta se procede a seleccionar los ensayos acordes al tipo
de junta, ya sea junta de filete o a tope para las platinas o junta de ranura o a tope
para las tuberías tal como lo especifica el código seleccionado. Estas pruebas son
diseñadas para evaluar el efecto de las técnicas de soldadura y la compatibilidad de
los metales base y metales de aporte, algunas de las pruebas comúnmente utilizadas
para la calificación de procedimientos son: tensión, doblez transversal (de cara, raíz
y lado) y longitudinal, saneidad, macroataque, rotura en filetes. (b) Elaboración y
extracción de cupones de prueba. Y (c) Aplicación de los ensayos. Estos deben ser
aplicados una vez sea aprobada la unión soldada por inspección visual y los criterios
de aceptación y de aplicación están definidos por los códigos, para su aplicación se
requiere personal con entrenamiento y certificación en cada ensayo aplicable.
(Niebles y Arnedo, 2009)
2.2.6.10. Registro de calificación del procedimiento (PQR). Una vez
aplicados los ensayos y determinado que las pruebas cumplen con las
especificaciones para lo cual fue concebido en el diseño se procede a formalizar el
49
procedimiento de soldadura registrando en un documento de registro de calificación
de procedimiento de soldadura RCP (PQR siglas en ingles), las pruebas aplicadas,
recuerde las calificaciones de procedimiento de soldadura se hacen para demostrar
la compatibilidad existente entre los metales base, los materiales de aporte, los
procesos de soldadura y la técnica aplicada, y el cual puede ser diseñado de acuerdo
con QW – 483 del código ASME - Tanques y recipientes a presión Sección IX, 2004
(ASME, 2004) (Niebles y Arnedo, 2009)
2.2.6.11. Edición del procedimiento de soldadura. En esta fase se procede a
editar el procedimiento de soldadura que será enviado a producción para la
realización de las soldaduras que están cubiertas dentro de los rangos establecidos
en el procedimiento de soldadura. Procedimientos de Soldadura y Calificación de
Soldadores: una Propuesta. (Niebles y Arnedo, 2009, pp.19-30)
Basado, en los cálculos de ingeniería, tablas, gráficas descritos anteriormente y
mediante comparaciones de las gráficas de esfuerzo- deformación, con ensayos que
serán aplicados a los materiales disímiles, se determinarán los valores de esfuerzos y
deformación que soportan estos materiales, determinar las capacidades máximas que
soporta el material a través de los valores obtenidos en los esfuerzos de ruptura y
demostrar los valores de fluencia máximos para los elementos ensayados.
Por otra parte estos tema descritos aportarán beneficios en la investigación, tales
como los ensayos de tracción y doblez, que serán sometidos todas las probetas y
permitirán analizar los resultados arrojados de los esfuerzos de máximo, de la misma
manera la gráfica esfuerzo vs deformación nos dará información sobre las zonas del
gráfico que se determines lar cargas aplicadas de los esfuerzo y descripciones de la
metodología para la aplicación de la calificación del procedimientos de soldadura (WPS)
y el documentos con registro del procedimiento de soladura (PQR), donde en este se
detallas principalmente los valores de los esfuerzos de los ensayos destructivos en la
unión de soldadura con materiales disímiles.
2.3 Bases Legales
Se definió el marco regulatorio considerando leyes que hacen referencia a las
actividades concernientes a los procesos de investigación, procedimientos y regulaciones
50
de seguridad y salud en el trabajo para realizar los ensayos y actividades relacionadas
con la investigación.
2.3.1. Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (2000)
Art. 141: “La Administración Pública está al servicio de los ciudadanos y ciudadanas
y se fundamenta en los principios de honestidad, participación, celeridad, eficacia,
eficiencia, transparencia, rendición de cuentas y responsabilidad en el ejercicio de la
función pública, con sometimiento pleno a la ley y al derecho” (p. 95).
Para garantizar el cumplimiento de lo establecido en el citado artículo, es de
fundamental importancia la existencia y aplicación de sistemas de control interno, a través
de los cuales se desarrollen las tareas de control y registro en todas y cada una de las
áreas, niveles y funciones de la organización. El sistema de control de registro de bienes
y materiales constituye una de las formas a través de las cuales se lleva a la práctica el
sistema de control interno de una determinada entidad de la administración pública.
Los siguientes artículos de la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela
y la Ley de Ciencias y Tecnologías, permiten abordar el marco legal que orienta y
garantiza la educación, y el acceso de la sociedad al conocimiento y a las Tecnologías
de Comunicación e Información (TICS).
Art. 102: “La educación es un derecho humano y un deber social fundamental,
democrático, gratuito y obligatorio. El estado asumirá como función indeclinable”
Art. 110: “El estado reconocerá el interés público de la ciencia, la tecnología, el
conocimiento, la innovación y sus aplicaciones y los servicios de información
necesarios.”
Cabe destacar que los artículos anteriormente otorgan prioridad especial al desarrollo
educativo de la sociedad, de manera tal que sea accesible, en todos sus niveles, a la
mayoría de los ciudadanos. Igualmente se manifiesta gran interés en el desarrollo
científico y tecnológico. La investigación planteada pretende ser un aporte para el
desarrollo de nuevas estrategias de enseñanza, ya que coloca al alcance de los
estudiantes una modalidad de estudio a distancia, la cual. Esta ley persigue proteger
los sistemas que utilicen tecnologías de información, así como prevenir y sancionar
los delitos cometidos contra o mediante el uso de tales tecnologías (Gaceta Oficial N°
37.313 del 30 de octubre de 2001).
51
En los actuales momentos sobre la problemática de la pandemia que nos mantiene
semiaislados tanto de los salones de clases como del resto de la sociedad, cobran mayor
importancia los mecanismos de enseñanza y tutorialidad a distancia la cual nos permites
comunicarnos por medios de las redes y así poder desarrollar todas las actividades que
se plantean durante esta investigación.
2.3.2. Ley Orgánica de Prevención Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo
Art 59: De las Condiciones y Ambiente en que debe Desarrollarse el Trabajo A los
efectos de la protección de los trabajadores y trabajadoras, el trabajo deberá
desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas de manera que:
1. Asegure a los trabajadores y trabajadoras el más alto grado posible de salud
física y mental, así como la protección adecuada a los niños, niñas y adolescentes y
a las personas con discapacidad o con necesidades especiales.
2. Adapte los aspectos organizativos y funcionales, y los métodos, sistemas o
procedimientos utilizados en la ejecución de las tareas, así como las maquinarias,
equipos, herramientas y útiles de trabajo, a las características de los trabajadores y
trabajadoras, y cumpla con los requisitos establecidos en las normas de salud,
higiene, seguridad y ergonomía.
3. Preste protección a la salud y a la vida de los trabajadores y trabajadoras
contra todas las condiciones peligrosas en el trabajo.
4. Facilite la disponibilidad de tiempo y las comodidades necesarias para la
recreación, utilización del tiempo libre, descanso, turismo social, consumo de
alimentos, actividades culturales, deportivas; así como para la capacitación técnica y
profesional.
5. Impida cualquier tipo de discriminación.
6. Garantice el auxilio inmediato al trabajador o la trabajadora lesionado o
enfermo.
7. Garantice todos los elementos del saneamiento básico en los puestos de
trabajo, en las empresas, establecimientos, explotaciones o faenas, y en las áreas
adyacentes a los mismos.
Art 60: Relación Persona, Sistema de Trabajo y Máquina.
El empleador o empleadora deberá adecuar los métodos de trabajo, así como las
máquinas, herramientas y útiles utilizados en el proceso de trabajo a las
52
características psicológicas, cognitivas, culturales y antropométricas de los
trabajadores y trabajadoras.
En tal sentido, deberá realizar los estudios pertinentes e implantar los cambios
requeridos tanto en los puestos de trabajo existentes como al momento de introducir
nuevas maquinarias, tecnologías o métodos de organización del trabajo a fin de lograr
que la concepción del puesto de trabajo permita el desarrollo de una relación armoniosa
entre el trabajador o la trabajadora y su entorno laboral.
2.3.3. Ley Especial contra los Delitos Informáticos (2001)
Esta ley persigue proteger los sistemas que utilicen tecnologías de información, así
como prevenir y sancionar los delitos cometidos contra o mediante el uso de tales
tecnologías (Gaceta Oficial N° 37.313 del 30 de octubre de 2001).
Art 6: Acceso indebido: El que sin la debida autorización o excediendo la que
hubiere obtenido, acceda, intercepte, interfiera o use un sistema que...
Art 11: Espionaje informático: El que indebidamente obtenga, revele o difunda
la data o información contenidas en un sistema que utilice tecnologías de información
o en cualquiera de sus componentes, será penado con prisión de...
Art 12: Falsificación de documentos: El que, a través de cualquier medio, cree,
modifique o elimine un documento que se encuentre incorporado a un sistema que...
Art 20: Violación de la privacidad de la data o información de carácter personal.
El que por cualquier medio se apodere, utilice, modifique o elimine, sin el
consentimiento de...
Art 22: Revelación indebida de data o información de carácter personal.
Los mencionados artículos confieren la condición de delito informático a aquellas
acciones de personas que accedan sin permiso a un sistema, que practiquen
espionaje o saboteen un sistema informático. Estos hechos acarrean penas de prisión
y multa.
La pertinencia de estas leyes deriva en la protección, sobre el plagio de la
información de los trabajos que son almacenados en las redes de la web, en el caso que
nos ocupa en la investigación la mayor parte de la documentación está tomada de la
plataforma informática. Igualmente, la información en la plataforma interna de PDVSA,
sobre la documentación de carácter confidencial que será maneja durante el desarrollo
53
de esta investigación, la cual está protegida bajo las normativas interna de la institución
para evita fuga de información.
2.4 Definición de Términos
ASME: American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros
Mecánicos)
AWS: American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura)
Corrosión: Deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su
entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que
tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna.
Carga axial: Es la fuerza que va dirigida paralelamente al eje de simetría de un elemento
que conforma una estructura.
Calificación de procedimientos: Es la Declaración de las empresas de que los
procedimientos de soldadura y el personal han sido probados de acuerdo con el código
o especificación apropiado y que han sido encontrados aceptables.
Defectos: Es una discontinuidad o discontinuidades que, por su naturaleza o efecto
acumulado, no logran los criterios de aceptación mínimos pedidos por la norma o
especificación.
Deformación: La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a
esfuerzos externos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o a la
ocurrencia de dilatación térmica.
Deformación plástica: Es la deformación que ocurre en un material cuando se tensa
más allá de sus limite elástico, y el material queda con una deformación permanente
cuando deja de actuar la carga.
Ductilidad: Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse
permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza.
Electrodo: El electrodo consiste en un núcleo o varilla metálica, rodeado por una capa
de revestimiento, donde el núcleo es transferido hacia el metal base a través de una zona
eléctrica generada por la corriente de soldadura.
54
Ensayo de tracción: El ensayo de tracción es una de las técnicas de pruebas mecánicas
más comunes y se utiliza para averiguar qué fuerza y resistencia posee un material,
especialmente, para su aplicación industrial.
Ensayo de doblez: Consiste en aplicarle a una probeta una fuerza constante,
doblándose en forma de U en el centro de la soldadura. La superficie convexa de la
curvatura se examina en busca de grietas u otros defectos.
Esfuerzos: Son magnitudes físicas con unidades de fuerza sobre área utilizadas en el
cálculo de piezas prismáticas como vigas o pilares y también en el cálculo de placas y
láminas
Esfuerzo máximo (σmáx): Valor máximo de la ordenada que puede tomar un material
durante el ensayo de tracción (el punto más alto de la curva), luego de este esfuerzo se
inicia la estricción de la probeta
Esfuerzo a tracción: La intensidad de la fuerza (o sea, la fuerza por área unitaria) se
llama esfuerzo, las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material
por lo que se distribuyen en toda el área, la cual se denota con la letra σ (sigma), éstas
hacen que se separen entre si las distintas partículas que componen una pieza, si tienden
a alargarla y estas se encuentran en sentido opuesto se llama esfuerzo de tracción.
Fragilidad: La fragilidad es la propiedad de algunos metales de no poder experimentar
deformaciones plásticas, de forma que al superar su límite elástico se rompen
bruscamente. La acritud es la propiedad de un metal para aumentar su dureza y su
resistencia por el efecto de las deformaciones.
Límite elástico: El límite elástico o límite de elasticidad, es la tensión máxima que un
material elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes.
Materiales disímiles: Consideramos como materiales disímiles a aquellos que sean
químicamente diferentes como en el caso de la unión de Al con Cu; o aquellos con distinto
porcentaje de aleación, como acero al carbono con acero inoxidable; o de estructuras
metalúrgicas distintas, como un acero ferrítico con un acero austenítico.
Mecánica de los materiales: La mecánica de materiales es una rama de la mecánica
aplicada que trata del comportamiento de los cuerpos sólidos sometidos a varios tipos de
carga.
55
Plasticidad: La plasticidad es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para
poder deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido
a tensiones por encima de su rango elástico. Es decir, la capacidad de deformación
permanente de un metal sin que llegue a romperse
PQR: Procedure Qualification Record (Registro de Calificación del Procedimiento). Es un
documento anexo al WPS cuyos propósitos son en primera instancia calificar el
procedimiento de soldadura y posteriormente ratificar si la soldadura aplicada cumple los
requerimientos exigidos en cuanto a su resistencia mecánica.
Propiedades mecánicas de los materiales: Es la conducta que presentan las
propiedades de los materiales al ser sometidos a fuerzas mecánicas externas que tienden
a alterar su capacidad de equilibrio. También describen la forma como un material se
comporta frente a una fuerza externa aplicada, con el fin de conocer sus respectivas
propiedades.
Punto de fluencia o cadencia: Aparece en el diagrama un considerable alargamiento o
cadencia sin el correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa en los
materiales frágiles.
Resistencia mecánica: Es la capacidad de una máquina bajo la acción de las cargas
aplicadas a sus piezas, soportar sin romperse.
Rigidez: La rigidez es la capacidad de un objeto material para soportar esfuerzos sin
adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.
SILCO: Sistema de Lazos de Corrosión
Soldadura: La American Welding Society (AWS) establece que la soldadura es un
proceso de unión de piezas, de materiales ya sean metálicos o no metálicos, llevándolas
a temperaturas especificas (temperaturas de soldadura), aplicando o no presión y/o
material de aporte. En general, se puede decir que la soldadura es el proceso mediante
el cual se unen entre si piezas separadas aplicándoles calor hasta el punto en el que
estas comiencen a fluir (se fundan) y así obtener como resultado una sola pieza.
Soldabilidad: Este término describe la aptitud que tiene cualquier material de dejarse
soldar y presentar uniones de calidad que cumplan con los requerimientos prescritos por
los diferentes códigos que son aplicados para calificar procedimientos de soldadura.
56
Soldadura metales disímiles: Cuando dos metales diferentes o aleaciones, (por
ejemplo, Cu y Al) se unen entre sí, a este proceso se le denomina “soldadura de metales
disímiles”. Una soldadura de metales disímiles contiene un depósito de soldadura con
una composición química que difiere en varios puntos porcentuales de la composición de
uno de los dos metales diferentes que han sido soldados entre sí.
WPS: Welding Properties Specification (Especificación del Procedimiento de Soldadura).
Es un documento diseñado por personal calificado en el cual se anexan las instrucciones
que debe seguir el soldador al momento de operar, relacionando todas las variables que
deben considerarse (esenciales, no esenciales y suplementarias) y los ensayos de
calificación que se deben aplicar. Todo esto basándose en un código específico.
2.5 Formulación de la hipótesis
Los valores resultantes durante los ensayos de la unión disímil de un material
inoxidable tipo 304 y un acero aleado con 1 ¼ % de Cr., ½ Mo con aporte de soldadura
de ER-309L, son mayores o iguales a los establecidos en las tablas QW-422, A.3 y los
criterios de aceptación del QW-163 del código ASME sección IX de soldadura y sección
II, parte C y D, por lo tanto, estos resultados avalan la calificación del procedimiento de
soldadura.
57
2.6 Operacionalización de Variables
Objetivos específicos Variables Definición Conceptual
Definición
Operacional
Dimensiones Indicadores
Identificar el comportamiento mecánico en
el material de aporte (electrodos) y
materiales bases disímiles utilizados en
unión soldada, mediante ensayo de
tracción y doblez
Esfuerzo máximo
(σ=F/A)
Comprobar las propiedades mecánicas de
los materiales base disímiles mediante
ensayos de tracción y doblez.
Límite de Fluencia o esfuerzo de fluencia (σy yield
strength)
La resistencia a la tracción mínima especificada en el
metal base
La resistencia a la tracción mínima especificada en el
material mas débil de los dos.
La resistencia a la tracción mínima especificada de la
soldadura
Si la probeta se rompe en el metal base fuera de la
soldadura o en la interfaz de soldadura, se aceptará que
el ensayo cumple con los requisitos, siempre que la
resistencia no sea más del 5 % inferior a la resistencia a
la tracción mínima especificada del metal base
Comportamiento
mecánico de los
materiales en el Ensayo
de Doblez
Las probetas dobladas no deben tener discontinuidad
abierta en la zona de soldadura o afectada por el calor
que exceda 1/8 de pulgada (3 mm), medido en cualquier
dirección en la superficie convexa de la probeta
después del doblado.
Acciones de las
Fuerzas
La variable será
analizada mediante
valores obtenidos en los
ensayos de tracción y
doblez
Propiedades
mecánicas de los
materiales
Las propiedades mecánicas de los
materiales se refieren a la capacidad
de los mismos de resistir acciones de
cargas: las cargas o fuerzas actúan
momentáneamente, tienen carácter
de choque (Iglesia Salas, 2013).
Objetivo General: Analizar las propiedades mecánicas de los materiales disímiles tipo acero aleado de 1-1/4% Cr, ½ Mo, e inoxidable Gr.304 y en la unión
soldada con electrodo ER-309L para calificar el procedimiento de soldadura en la Refinería Amuay del CRP.
Comparación de los
valores mínimos de
resistencia a la tensión
obtenidos con los
especificados en la tabla
QW-422 y los criterios
de aceptación para la
prueba de tracción y
doblez indicados en el
QW-153 y QW-163
respectivamente
Documentar los resultados de aprobación,
en el registro de calificación del
procedimiento (PQR por sus siglas en
inglés)
Interpretar los resultados de sus
propiedades mecánicas obtenidas en los
ensayos de tracción y doblez, en la unión de
la soldadura con los materiales disímiles
para determinar si corresponden con los
valores de esfuerzos mínimos descritos en
la tabla QW-422 y los criterios de
aceptación del QW-153 para el ensayo de
tensión y QW-163 para el ensayo de doblez
del Código ASME sección IX año 2019
Calificación del
procedimiento
Es el proceso que establece los
parámetros para determinar la
resistencia a la tensión mínima
requerida en la unión de materiales, lo
cual se garantizará la calidad de
soldabilidad en las construcciones
previstas (Autor).
Comportamiento
mecánico de los
materiales en el Ensayo
de Tracción
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  • 1. I UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA ÁREA DE TECNOLOGÍA COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA PROTADA PORTADA ANÁLISIS DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN JUNTA SOLDADA Y MATERIALES DISÍMILES PARA CALIFICAR PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA EN EL CRP Autor: Gilberto J. Bravo Tutor Ing. Magíster Yrlumar Romero Octubre de 2022
  • 2. II
  • 3. III
  • 4. IV DEDICATORIA Esta tesis está dedicada: Principalmente a Dios, Jesús de la Misericordia y a Mami María, por ser mi guía, fortaleza y soporte en este largo proceso de culminar una de mis metas más deseadas. A mis amados padres Regulo y Nieves, por su dedicación, orientación, amor y sacrificio en todos estos años, gracias a ellos he logrado llegar hasta aquí y ser la persona por lo que mis padres se entregaron con amor a mi desarrollo personal. Especialmente a mis amadas hijas, Madelin Andreina y Silvia Patricia, por estar siempre presentes, acompañándome, apoyándome, moral, espiritualmente y aportando sus grandes conocimientos en las etapas del proceso de mi investigación.
  • 5. V AGRADECIMIENTOS Por siempre mi gratitud a Dios, quien con su bendición proteja siempre mi vida y a toda mi familia por estar siempre presentes en los momentos más difíciles de esta etapa. Agradezco a la institución y sus docentes de la Escuela de Mecánica de la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda por haber compartido sus conocimientos a lo largo de la preparación de nuestra profesión y de manera muy especial, a mis tutores, magíster Yrlumar Romero tutora académica y la Ing. Jordi Dudamel tutora industrial, de mi proyecto de investigación, quienes me han guiado con entrega y paciencia como docentes y orientadora. Mi agradecimiento eterno el Ing. José Blanco, por la colaboración prestada en la revisión y puesta en servicio de la máquina de tracción que fue utilizada para realizar los ensayos de tracción y doblez. Ensayos fundamentales en el desarrollo y calificación del procedimiento de soldadura del proyecto. Un gran agradecimiento a las instituciones INCES Paraguaná y Politécnico Alonso Gamero; especialmente a la Sra. Elis Colina, coordinadora del INCES, al Sr. Edmundo Petit, docente y guía durante la realización de los ensayos de tracción y doblez y a Angélica Lima, coordinadora del área Mecánica del Politécnico, sus apoyos y transferencia del conocimiento permitieron culminar la última etapa de la investigación.
  • 6. VI UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA ÁREA DE TECNOLOGÍA COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA ANÁLISIS DE PROPIEDADES MECÁNICAS EN JUNTA SOLDADA Y MATERIALES DISÍMILES PARA CALIFICAR PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA EN EL CRP Por: Gilberto José Bravo Soto Tutor: Ing. Magíster Yrlumar Romero Octubre, 2022 RESUMEN En la presente investigación se analizaron las propiedades mecánicas de los materiales disímiles tipo acero aleado de 1-1/4% Cr, ½ Mo, e inoxidable Gr.304 y en la unión soldada con electrodo ER-309L, con la finalidad de calificar el procedimiento de soldadura en la Refinería Amuay del CRP. Para esta investigación se consideró como población dos (02) tipos de materiales bases: ASTM- A-240 Gr.304 y ASTM A-387 Gr.11 y como material de aporte un electrodo SFA-5.4 E-309 y para las muestras se utilizaron seis (06) secciones de probetas, dos (02) para ensayos de tracción y dos (02) en los ensayos de doblez. Así mismo, se utilizó el formato de procedimiento de soldadura (WPS), certificado por el código ASME en los parágrafos QW-482 y QW-483, como instrumentos para la recopilación de datos, En general, las propiedades mecánicas de tracción y doblez de la unión disímil ASTM A-387 Gr.11 y A-240 tipo 304 soldadas con electrodo SFA5.9 ER- 309L, cumplen con los criterios de aceptación según los valores de esfuerzos indicados en el código ASME, por lo cual estos materiales fueron aprobados para los requerimientos mecánicos en condiciones de servicio, lo cual permitió la certificación y calificación del procedimiento (PQR), para su uso en PDVSA y con ello se garantiza la confiabilidad de sus procesos. Palabras claves: Soldadura, material disímil, ensayos de tracción y doblez, esfuerzo, ASTM, ASME, WPS, PQR, código.
  • 7. VII EXPERIMENTAL NATIONAL UNIVERSITY FRANCISCO DE MIRANDA TECHNOLOGY AREA EL SABINO ACADEMIC COMPLEX MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM ANALYSIS OF MECHANICAL PROPERTIES IN WELDED JOINTS AND DISSIMILAR MATERIALS TO QUALIFY THE WELDING PROCEDURE IN THE CRP For: Gilberto José Bravo Soto Tutor: Ing. Magíster Yrlumar Romero October, 2022 ABSTRACT In the present investigation, the mechanical properties of dissimilar materials such as alloy steel of 1-1/4% Cr, ½ Mo, and stainless Gr.304 and in the joint welded with electrode ER- 309L were analyzed, with the purpose of qualifying the welding procedure in the Amuay Refinery of the CRP, for this investigation two (02) types of base materials were considered as population: ASTM- A-240 Gr.304 and ASTM A-387 Gr.11 and as filler material an SFA electrode -5.4 E-309 and for the samples six (06) sections of specimens were used, two (02) for tensile tests and two (02) in the bending tests. Likewise, the welding procedure format (WPS), certified by the ASME code in paragraphs QW-482 and QW-483, was used as instruments for data collection. In general, the mechanical properties of traction and bending of the dissimilar joint ASTM A-387 Gr.11 and A-240 TYPE 304 welded with electrode SFA5.9 ER-309L, meet the acceptance criteria according to the stress values indicated in the ASME code, for which these materials were approved for the mechanical requirements in service conditions, it allowed the certification and qualification of the procedure (PQR), for its use in PDVSA and with this the reliability of its processes was guaranteed. Keywords: Welding, dissimilar material, tensile and bending tests, stress, ASTM, ASME, WPS, PQR, code.
  • 8. VIII ÍNDICE DE CONTENIDO PORTADA........................................................................................................................I DEDICATORIA...............................................................................................................III AGRADECIMIENTOS .................................................................................................... V RESUMEN..................................................................................................................... VI ABSTRACT.................................................................................................................. VII ÍNDICE DE CONTENIDO............................................................................................ VIII ÍNDICE DE TABLAS.................................................................................................... XII ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. XIII ÍNDICE DE GRÁFICOS ............................................................................................... XV ÍNDICE DE ANEXOS .................................................................................................. XVI INTRODUCCIÓN...........................................................................................................17 CAPÍTULO I El PROBLEMA ........................................................................................19 1.1. Planteamiento del Problema ............................................................................19 1.2. Formulación del Problema ...............................................................................22 1.3 Objetivos de la Investigación............................................................................22 1.3.1 Objetivo General..........................................................................................22 1.3.2 Objetivos Específicos .................................................................................22 1.4 Justificación .......................................................................................................23 1.5 Delimitación........................................................................................................24 CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL CONTEXTUAL...............................................26 2.1 Antecedentes de la investigación.....................................................................26 2.2 Bases Teóricas...................................................................................................27
  • 9. IX 2.2.1. Propiedades mecánicas de los materiales...............................................28 2.2.1.1. Esfuerzo y deformación ......................................................................28 2.2.1.2. Ensayo de tensión o tracción .............................................................29 2.2.1.2.1 Propiedades de tensión o tracción...............................................30 2.2.1.2.1.1 Resistencia a la tensión..................................................30 2.2.1.2.2 Plasticidad ......................................................................................31 2.2.1.2.3. Ductilidad.......................................................................................32 2.2.2. Ensayo de doblez guiado ..........................................................................33 2.2.3. Materiales disímiles....................................................................................34 2.2.3.1 Fundamentos ........................................................................................35 2.2.4. Soldadura....................................................................................................35 2.2.5. Proceso de soldadura................................................................................35 2.2.5.1 Descripción física del proceso GTAW ................................................36 2.2.5.4 Electrodo y su clasificación.................................................................42 2.2.5.5 Medida del electrodo, corrientes recomendadas...............................43 2.2.5.6 Metal de aporte......................................................................................44 2.2.5.7 Clasificación de aporte de soldadura .................................................45 2.2.6. Clasificación de Procedimiento de soldadura .........................................45 2.2.6.1. Metodología para la elaboración del procedimiento de soldadura .45 2.2.6.2. Reconocimiento del proyecto o producto soldado a fabricar .........46 2.2.6.3. Selección del código a trabajar. .........................................................46 2.2.6.4. Definición de variables........................................................................46
  • 10. X 2.2.6.5. Elaboración de especificación del Procedimiento de Soldadura (EPS) (WPS).......................................................................................................46 2.2.6.6. Preparación de la junta........................................................................47 2.2.6.7. Desarrollo de la soldadura..................................................................47 2.2.6.8. Inspección visual.................................................................................47 2.2.6.9. Selección y aplicación de ensayos requeridos.................................48 2.2.6.10. Registro de calificación del procedimiento (PQR)..........................48 2.2.6.11. Edición del procedimiento de soldadura.........................................49 2.3 Bases Legales ....................................................................................................49 2.3.1. Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (2000) .............50 2.3.2. Ley Orgánica de Prevención Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo ...............................................................................................................................51 2.3.3. Ley Especial contra los Delitos Informáticos (2001)...............................52 2.4 Definición de Términos .....................................................................................53 2.5 Formulación de la hipótesis..............................................................................56 2.6 Operacionalización de Variables ......................................................................57 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO...................................................................58 3.1. Nivel de la Investigación ..................................................................................58 3.2. Diseño de la Investigación ...............................................................................58 3.3 Población y Muestra ..........................................................................................59 3.4. Técnicas e Instrumentos de recolección de datos ........................................60 3.5. Validez y Confiabilidad de los Instrumentos de Recolección de Datos.......61 3.6. Fases de la investigación.................................................................................61
  • 11. XI 3.6.1 Fase I ............................................................................................................61 3.6.2 Fase II ...........................................................................................................62 3.6.3 Fase III ..........................................................................................................62 3.6.4 Fase IV..........................................................................................................62 CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ......................................................63 4.1 Desarrollo experimental ....................................................................................63 4.1.1. Materiales Bases ........................................................................................63 4.1.2. Material de aporte (electrodo) ...................................................................64 4.1.3. Proceso de corte y preparación de la junta .............................................65 4.1.4. Proceso de soldadura................................................................................67 4.1.5. Proceso de corte y mecanizado de las probetas.....................................69 4.1.6. Ensayo de tracción y doblez .....................................................................70 4.2 Resultado y Discusión.......................................................................................73 4.2.1 Ensayo de Tracción.....................................................................................73 4.2.2 Ensayo de Doblez........................................................................................82 4.2.3 Elaboración del formato PQR.....................................................................85 4.2.4 Elaboración del formato WPS ....................................................................88 CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................90 5.1 CONCLUSIONES ................................................................................................90 5.2 RECOMENDACIONES........................................................................................92 REFERENCIAS.............................................................................................................93 ANEXOS .......................................................................................................................96
  • 12. XII ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Tipos de gases para el proceso de soldadura GTAW ...................................... 42 Tabla 2 Clasificación de los electrodos para el proceso GTAW .................................... 43 Tabla 3 Características del electrodo proceso GTAW ................................................... 44 Tabla 6 Material ASTM A 240 tipo 304.......................................................................... 63 Tabla 7 Material ASTM A-387 Gr.11 (1 ¼ %Cr.) ........................................................... 64 Tabla 8 Tipo de Electro ER-309L .................................................................................. 65 Tabla 9 Parámetro del proceso de soldadura utilizado GTAW ...................................... 68 Tabla 10 Propiedades mecánicas de las uniones soldadas .......................................... 82 Tabla 11 Tabla de registro del procedimiento de soldadura (PQR siglas en inglés) ..... 86 Tabla 12 Tabla del procedimiento de soldadura (WPS siglas en ingles)....................... 88
  • 13. XIII ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Máquina universal para ensayo de tracción o tensión.................................... 30 Figura 2 Características del proceso GTAW ................................................................ 37 Figura 3 Movimiento de iones del proceso de soldadura GTAW.................................. 38 Figura 4 Polaridad (-) utilizada en el proceso de soldadura GTAW.............................. 39 Figura 5 Polaridad (+) utilizada en el proceso de soldadura GTAW............................. 39 Figura 6 Polaridad de la corriente alterna del proceso TIG .......................................... 40 Figura 7 Clasificación del material de aporte proceso TIG (GTAW)............................. 45 Figura 8 Material ASTM A 240 tipo 304........................................................................ 63 Figura 9 Material ASTM A 387 Gr.11 (1 1/4 %Cr) ........................................................ 64 Figura 10 Cortes de secciones se láminas material acero aleado (1 1/4 %Cr-1/2 Mo) e inoxidable Gr.304 .......................................................................................................... 65 Figura 11 Preparación de junta a tope bisel en V de lámina acero aleado e inoxidable66 Figura 12 Diseño de la junta a tope de bisel en V ........................................................ 66 Figura 13 Diseño de la posición de soldadura en forma horizontal .............................. 67 Figura 14 Proceso de soldadura en la unión disímil ..................................................... 68 Figura 15 Protección de la unión soldada, con manta de fibra cerámica ..................... 69 Figura 16 Corte de sección de la plancha para las pruebas de tracción y doblez........ 70 Figura 17 Diseño de la probeta para el ensayo de tracción, con sus dimensiones ...... 71 Figura 18 Diseño de la probeta para ensayo de doblez de la cara y raíz, con sus dimensiones .................................................................................................................. 71 Figura 19 Ensayo de tracción utilizando extensómetro ................................................ 72 Figura 20 Ensayo de doblez utilizando matriz para el doblado..................................... 72 Figura 21 Ensayo de tracción de la probeta N°1 .......................................................... 73 Figura 22 Resultados ensayo de tracción en la probeta N°1........................................ 75 Figura 23 Informe del ensayo de tracción de la probeta N°1........................................ 76 Figura 24 Inspección visual de la fractura en la probeta N°1 del ensayo de tracción... 77 Figura 25 Ensayo de tracción de la probeta N°2 .......................................................... 77 Figura 26 Resultados ensayo de tracción de la probeta N°2........................................ 79 Figura 27 Informe de ensayo de tracción de la probeta N°2 arrojada por la máquina de tracción.......................................................................................................................... 80
  • 14. XIV Figura 28 Inspección visual de la fractura en la probeta N°2 del ensayo de tracción... 81 Figura 29 Probeta N°1 y N°2 del ensayo de tracción ................................................... 81 Figura 30 Ensayo de doblez sobre la raíz de la soldadura de una probeta de material disímil ............................................................................................................................ 83 Figura 31 Probeta de ensayo de doblez sobre la cara de la soldadura (a) vista raíz (b) vista de cara .................................................................................................................. 83 Figura 32 Probeta de ensayo de doblez sobre la raíz de la soldadura (a) vista de raíz (b) vista de cara............................................................................................................. 84
  • 15. XV ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfica 1 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero dulce.......................................... 31 Gráfica 2 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero frágil .......................................... 33 Gráfica 3 Gráfica esfuerzo-deformación de la probeta N°1 .......................................... 74 Gráfica 4 Gráfica esfuerzo-deformación de la probeta N°2 .......................................... 78
  • 16. XVI ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1 Tabla QW-422 agrupa los materiales ferrosos y no ferrosos para su calificación ...................................................................................................................................... 97 Anexo 2 Tabla A.3 Requerimiento de las propiedades mecánicas de los metales de soldadura....................................................................................................................... 98 Anexo 3 Figura QW-466.1 describe las dimensiones de la matriz para el ensayo de doblez ...................................................................................................................................... 99 Anexo 4 Tabla QW-451.1 Registra la cantidad de pruebas de tensión y doblez según el espesor de la probeta.................................................................................................. 100 Anexo 5 Figura QW-462.1(a) se describen la forma, dimensiones de la probeta para el ensayo de tensión. ...................................................................................................... 101 Anexo 6 Figura QW-463.1(a) indica los espesores y secciones de las probetas de tracción y doblez. ...................................................................................................................... 102 Anexo 7 Formato QW-482 indica las especificaciones del procedimiento de soldadura parte frontal y posterior................................................................................................ 103 Anexo 8 Formato QW-483 indica los registros de la calificación del procedimiento (PQR) parte frontal y posterior................................................................................................ 105 Anexo 9 Reporte de certificación de la prueba del electrodo ER-309L ....................... 107 Anexo 10 Figura QW-462.2 indica la forma y dimensiones de la probeta para doblez 108 Anexo 11 Figura QW-462.3(a) muestra la forma y dimensiones de las probetas para el ensayo de doblez de cara y raíz................................................................................. 109
  • 17. 17 INTRODUCCIÓN Históricamente la industria petrolera de Venezuela ha tenido la necesidad de cumplir con exigentes estándares de calidad para mantener la seguridad y confiabilidad de sus procesos e instalaciones, por lo que se considera de mucha importancia contar con procedimientos de soldadura calificados y debidamente registrados, que garanticen el buen funcionamiento de los equipos y líneas de procesos, basados en los análisis de las propiedades mecánicas de los materiales, su soldabilidad, mecanismos de corrosión y los esfuerzos a los que estarán sometidos en los diferentes procesos de producción de la industria. El Centro de Refinación Paraguaná (CRP), principal centro refinador del país, solo posee procedimientos calificados para realizar soldaduras con materiales no disímiles; por lo que en el presente trabajo de investigación se analizarán las propiedades mecánicas de las juntas soldadas en materiales disímiles, (ASTM A-387 Gr.11, ASTM A- 240 tipo 304), y el material de aporte de soldadura (SFA-5.9 ER-309L), con la finalidad de calificar el procedimiento de soldadura en materiales disímiles en el CRP e incluir este tipo de materiales con mayor durabilidad en las reparaciones de las instalaciones. Los objetivos que se plantean son los de identificar, comprobar e interpretar el comportamiento de las propiedades mecánicas y los resultados obtenidos mediante el ensayo de tracción y doblez, con la finalidad de determinar si el procedimiento de soldadura cumple o no con los parámetros mecánicos establecidos para estos materiales en las normativas de PDVSA y externas. Las propiedades mecánicas que se obtendrán de las uniones soldadas en materiales disímiles tienen el propósito de determinar el grado de confiabilidad a la que estarán sometidas estas uniones en los diferentes ambientes de proceso de las unidades de producción en la refinería; y así finalmente establecer y justificar parámetros confiables para la óptima utilización en los diferentes servicios de la producción en refinación. Para el análisis de los resultados de las probetas ensayadas, se procederá a cuantificar los resultados que arrojen los ensayos de tracción, registrando simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama
  • 18. 18 de esfuerzo y deformación. Estos valores obtenidos del ensayo se comparan con los valores de los esfuerzos máximo y de fluencia establecidos para los materiales (ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-240 tipo 304), según la norma ASME. La investigación se desarrollará de la siguiente manera: Capítulo I: Describe el planteamiento del problema donde se justifica realizar la calificación del procedimiento de soldadura en los materiales disímiles (ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-240 tipo 304), en el CRP. Y para tal fin se requiere de los registros y análisis de esfuerzos mecánicos de los materiales documentados en las pruebas de tensión. Capítulo II: Se desarrolla el marco teórico, fundamentado en antecedentes referidos a la temática sobre la calificación de procedimientos de soldadura, basándose en los esfuerzos y deformaciones que ellos soportan durante las pruebas de tracción. Capítulo III: En este punto se describe el marco metodológico, que presenta los temas: del diseño de la investigación y las características que la define, la población del espécimen a estudiar, las muestras se deberán tener siguiendo el código ASME, la validez y confiabilidad de la información, el cual se fundamenta en los registros de los materiales establecidos en las tablas del código ASME. Capítulo IV: Se realiza el desarrollo experimental donde se describen todos los pasos como, tipos de material bases, material de aporte (electrodo), procesos de soldadura y los ensayos de tracción, igualmente se evalúan y se discuten los resultados arrojados en esta investigación y finalmente se enuncian los aspectos administrativos referido a: recurso humano, materiales consumibles, equipos utilizados para los ensayos, recursos financieros y cronograma de actividades para la ejecución del proyecto. Capítulo V: Se emiten las recomendaciones y conclusiones respectivas enmarcada en los objetivos específicos descritos en el capítulo I de esta investigación.
  • 19. 19 CAPÍTULO I El PROBLEMA 1.1. Planteamiento del Problema En el ámbito mundial la industria petrolera sigue creciendo y convirtiéndose en una insustituible actividad económica que garantiza los recursos energéticos del planeta, exigiendo de esta manera una constante evolución técnica y un perfeccionamiento en los procesos de extracción, producción y refinación de los hidrocarburos regidos por estrictas normas y organizaciones internacionales que establecen y avalan parámetros óptimos para el desarrollo, seguridad y confiabilidad. Éstas normas y organizaciones han buscado dar repuestas y aportes para la solución de las fallas más comunes presentadas en las instalaciones petroleras debido a la degradación de las propiedades mecánicas de los materiales por efecto de la corrosión en los equipos y sistemas de procesos industriales. De igual manera, los materiales disímiles han sido utilizados ampliamente a nivel mundial en la industria química, del níquel, petroquímica y en plantas de generación de electricidad como una alternativa para solucionar los problemas de corrosión o pérdida de propiedades mecánicas que experimenta un componente o la sección de un equipo. Fernández, Rodríguez, Correa & Alcántara (2014) evaluaron en su estudio el comportamiento microestructural de una unión soldada con materiales disímil en una aleación HK 40 y hierro fundido 24, la cual se realizó en el equipo que presta servicios en la industria del níquel. En Latinoamérica, las industrias petroleras y petroquímicas presentan la misma problemática en cuanto a la pérdida de las propiedades de los materiales, debido a los efectos corrosivos ocasionados por los tipos de hidrocarburos provenientes de diversos yacimientos, con diferentes particularidades y características en cada región las cuales determinan los agentes corrosivos que degradan los materiales expuestos. Por lo tanto, los daños causados por este problema conllevan a un bajo desempeño por pérdida de contención en los sistemas de tuberías y equipos, representando considerables pérdidas de oportunidades y económicas. En Venezuela contamos con la empresa PDVSA (Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima), dedicada a la explotación, producción, refinación, mercadeo y transporte del
  • 20. 20 petróleo venezolano, razón por la cual sus equipos e instalaciones deben mantener altos estándares de calidad, desde su fabricación hasta su funcionamiento, para garantizar de esta manera la confiabilidad y el buen desempeño de las propiedades mecánicas en los sistemas de producción y refinación en todo el conglomerado de la Corporación nacional. En este sentido, en los últimos años luego del descubrimiento de nuevos yacimientos de petróleo, en el oriente y occidente del país, PDVSA ha tenido el reto de adecuar los materiales de las unidades de procesamiento de crudo para contrarrestar los efectos corrosivos ocasionados por una mayor concentración de azufre y acidez en los nuevos hidrocarburos procesados. En el ámbito local el Centro de Refinación Paraguaná (CRP), tercer complejo refinador de petróleo más grande del mundo, desde donde se produce el 80% del combustible que se consume en el país e integrado por tres refinerías: Amuay y Cardón, localizadas en la Península de Paraguaná del Estado Falcón, y Bajo Grande en el Estado Zulia; que procesan crudos medianos, pesados y extrapesados con componentes altamente corrosivos, por lo que se hace necesario el seguimiento y control de las variables de los procesos operacionales internos para identificar los problemas de la degradación de las propiedades mecánicas por efectos de la corrosión en las tuberías y/o equipos de las unidades. De igual forma, se realizan inspecciones continuas para el mejoramiento de su desempeño mecánico, considerando los fenómenos presentes en los procesos a los que están constantemente sometidos, (fenómenos como agrietamiento en servicio, corrosión localizada tipo picaduras, fallas en soldadura, y otros fenómenos similares). En el año 1998, con el objetivo de detectar problemas severos de corrosión en líneas y equipos de alta criticidad en las unidades de procesamiento de crudos PDVSA desarrolla el Sistema de Inspección de Lazos de Corrosión (SILCO), software interno utilizado para cargar las mediciones de las variables que arrojan los espesores de las líneas y equipos, esta medición generan alarmas en el monitoreo de las variables de operación que pueden ocasionar degradación de las propiedades mecánicas de los materiales en las plantas bajo seguimiento. El SILCO, desde su aplicación hasta la actualidad, extrae la data de campo obtenida de las inspecciones realizadas a las tuberías y/o equipos de proceso, junto con
  • 21. 21 la información referente al comportamiento de las variables operacionales (tipo de crudos) del Lazo de Corrosión en estudio, esto permite decidir las acciones a tomar con la finalidad de lograr una adecuada confiabilidad en los circuitos bajo seguimiento. Tomando en cuenta la importancia estratégica del CRP con respecto al daño en los equipos y tuberías pudiera generar afectación en la distribución del combustible al país, generando pérdidas económicas con probabilidad de afectación al personal humano, unidades e impacto al ambiente. A partir de los cambios de los patrones de refinación en el CRP las acciones de corrosión, inspección y seguimiento aplicados para sus unidades en servicios críticos, han determinado que es necesario realizar cambios metalúrgicos para así reducir la degradación de las propiedades mecánicas, por pérdida de espesor causada por la corrosión en las tuberías y equipos, por tal razón es necesario adecuar los sistemas, utilizando otros tipos de materiales con un alto desempeño mecánico que sean más favorables dentro de las diferentes plantas de proceso que componen el complejo de refinación, y así lograr que estos materiales bases y la soldadura aplicadas soporten los esfuerzos a los que estarán sometidos durante la pruebas de tracción para la calificación del procedimiento de soldadura. Basado en los cambios de materiales anteriores, Niebles y Arnedo (2009) describen la importancia de la elaboración de procedimientos de soldadura en los sistemas de tuberías y líneas utilizando los materiales disimiles, así como la calificación de este procedimiento mediante los métodos y criterios del código ASME sección IX, que son recomendadas a las industrias dedicadas a la fabricación y montaje de plantas térmicas, tanques, recipientes a presión, tuberías de alta presión y tuberías para el transporte y almacenamiento de hidrocarburos, en donde frecuentemente se necesita el cumplimiento de requisitos específicos de calidad en las soldaduras. No obstante, en esta investigación se pretende analizar las propiedades mecánicas en junta soldada y materiales disímiles para calificar procedimiento de soldadura en el CRP, con la finalidad generar aportes para solventar el problema de degradación de los materiales, determinando las propiedades mecánicas de nuevos materiales disimiles seleccionados y sus uniones soldadas, para posteriormente realizar y calificar un nuevo procedimiento de soldadura con estos tipos de materiales disímiles.
  • 22. 22 Todo esto nos permitirá conocer los esfuerzos aceptables que garanticen la confiabilidad mecánica y con ello contribuir en la disminución de paradas no programadas en las unidades de procesamiento de combustible que impactarían en la producción y suministro de combustible al país. 1.2. Formulación del Problema ¿Cuál es el comportamiento de las propiedades mecánicas del material de aporte (electrodos) en la unión soldada de materiales disímiles mediante ensayos de tracción y doblez? ¿Cuáles son las propiedades mecánicas de los materiales base disímiles mediante ensayos de tracción y doblez? ¿Los resultados obtenidos en los ensayos de tracción y doblez en la unión soldada y en los de materiales disímiles permitirán la calificación del procedimiento de soldadura en el CRP? 1.3 Objetivos de la Investigación 1.3.1 Objetivo General Analizar las propiedades mecánicas de los materiales disímiles tipo acero aleado de 1-1/4% Cr, ½ Mo, e inoxidable Gr.304 y en la unión soldada con electrodo ER-309L para calificar el procedimiento de soldadura en la Refinería Amuay del CRP 1.3.2 Objetivos Específicos 1. Identificar el comportamiento mecánico en el material de aporte (electrodos) y materiales bases disímiles utilizados en unión soldada, mediante ensayo de tracción y doblez. 2. Comprobar las propiedades mecánicas de los materiales base disímiles, mediante ensayos de tracción y doblez. 3. Interpretar los resultados de sus propiedades mecánicas obtenidas en los ensayos de tracción y doblez, en la unión de la soldadura con los materiales disímiles para determinar si corresponden con los valores de esfuerzos mínimos descritos en la
  • 23. 23 tabla QW-422 y los criterios de aceptación del QW-153 para el ensayo de tensión y QW- 163 para el ensayo de doblez del Código ASME sección IX año 2019. 4. Documentar los resultados de aprobación en el formato de Registro de Calificación del Procedimiento (PQR por sus siglas en inglés) como soporte de la calificación del procedimiento. 1.4 Justificación La investigación propuesta busca analizar las ventajas del uso de materiales disímiles en el proceso para la calificación del procedimiento de soldadura que se utilizará para las mejoras en los sistemas de tuberías y equipos de la industria petrolera nacional mediante la aplicación de la teoría de las propiedades mecánicas de los materiales, diagrama esfuerzo-deformación, conceptos de deformación unitaria, esfuerzo de fluencia, esfuerzo de máximo, corrosión, soldaduras y tipos de materiales, Por lo tanto, del punto de vista teórico se deberá establecer los valores cuantificables durante los ensayos de tracción y doblez y estos serán registrados en los documentos establecidos para la calificación del procedimiento de soldadura que servirá como basamento en futuros desarrollos para otros materiales disimiles En el ámbito práctico los análisis de los resultados de los esfuerzos mecánicos e indicaciones de los defectos que se obtendrán durante la unión de soldadura en los materiales disímiles, permitirán determinar la calificación del procedimiento de soldadura, según los parámetros de esfuerzos descritos en las tablas QW-422 (ver anexo 1: agrupa los materiales ferrosos y no ferrosos para su calificación) y A.3 (ver anexo 2: requerimiento de las propiedades mecánicas de los metales de soldadura), del código ASME, sección IX y sección II parte C respectivamente y los criterios de aceptación según el parágrafo QW-153 del mismo código. De igual forma, serán evaluadas las indicaciones de los defectos de acuerdo a los criterios de aceptación descrito en el QW-163 del código ASME sección IX. Todos estos parámetros de soldadura documentados y calificados, permiten la aplicación en los sistemas de tuberías y equipos de los procesos de refinación del CRP. Por otro lado, el presente estudio desde el punto de vista metodológico responde a una serie de pasos (procedimientos) que se deben seguir para responder a las
  • 24. 24 interrogantes de investigación, aplicando los diferentes métodos y técnicas de la misma por lo que representa un aporte significativo para esta área de la ingeniería, Metodológicamente también se analizarán los esfuerzos a los cuales estarán sometidos la unión de los materiales bases disimiles (ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-240 tipo 304), con el aporte de la soldadura (ER-309 o ER-309L especificación ASME SFA 5.9), donde mediante el ensayo de tracción se obtendrán los valores de esfuerzos máximo y de fluencia y mediante el ensayo de doblez las indicaciones de defectos. Los resultados de los esfuerzos y las indicaciones de los defectos obtenidos, serán evaluados según los criterios de aceptación del QW-153 del código ASME, para el ensayo de tensión, y el QW-163 del código ASME, para el ensayo de doblez. Finalmente, los valores de los esfuerzos que arrojen las pruebas de tracción serán comparados con los valores de los esfuerzos mínimos que se describen en la tabla QW-422 del código ASME sección IX año 2019, con la finalidad de calificar los procedimientos de soldadura estudiados. Finalmente, la calificación de los procedimientos de soldaduras con materiales disímiles en el CRP representa un valioso aporte socioeconómico para el país tomando en cuenta que, a través de la diversificación de la metalurgia, se contribuye a la optimización de las uniones soldadas, con la finalidad de garantizar la operatividad y confiabilidad en los procesos operacionales del CRP. De igual manera agiliza la ejecución de procedimientos operacionales frecuentes con esfuerzo propio, disminuyendo así las contrataciones externas para evaluación de este tipo de estrategias. 1.5 Delimitación El presente estudio pretende evaluar las propiedades mecánicas en las uniones de los materiales disímiles tipos ASTM A-387 Gr.11, ASTM A-240 Gr-304 con el material de aporte (electrodo) ER-309L, según especificación ASME SFA-5.9, para determinar en las seis (6) probetas a ensayar, los esfuerzos máximos y deformaciones mediante el ensayo de tracción y las indicaciones de los defectos a través del ensayo de doblez, con la finalidad de comprobar que los valores obtenidos cumplen con lo requerido para calificar el procedimiento de soldadura. El desarrollo y fase práctica de la investigación se realizará durante el primer semestre del año 2022, en las instalaciones del INCES Paraguaná y la Refinería Amuay
  • 25. 25 del Centro de Refinación Paraguaná (CRP) como aporte para el Departamento de Corrosión y Materiales.
  • 26. 26 CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL CONTEXTUAL 2.1 Antecedentes de la investigación Castro, (2015). “Influencia de los parámetros del proceso de soldadura GTAW en la aparición de porosidades en juntas de tuberías de acero SA 106 Gr. B”. Esta investigación se realizó en el estado Carabobo, La investigación fue de tipo experimental, ya que se manipularon variables experimentales en condiciones controladas, con el fin de describir por qué o de qué manera se produce una situación en particular. “según Tamayo (2003). La investigación fue descriptiva debido a que se realizó sistemáticamente, además de ser también explicativa ya que se responden las causas del evento estudiado”. Mediante el análisis estadístico, se determinó que la combinación de parámetros estadísticamente menos propensa a presentar poros es un flujo de argón de 0,566 m3 /h (20 ft3 /h) y una intensidad de corriente comprendida entre 80 y 100 A. Además, para 0,566 m3 /h (20 ft3 /h) se observó una reducción promedio de 93% respecto a los otros dos valores de flujo de argón. (pp. 1-59-92) Las variables aportadas en este trabajo permiten desarrollar una guía importante para el análisis de los resultados que se obtendrán durante el proceso de soldadura utilizado los parámetros correspondientes en las uniones soldadas con materiales disímiles en la presente investigación. Chávez, (2018), “Elaboración y calificación de un procedimiento de soldadura GMAW para la fabricación de tubería forzada con material ASTM A572 Gr.50. Centrales Hidroeléctricas Ángel I, II y III. Puno”. La metodología descriptiva establecida en el presente proyecto elaborado en la nos permitió explicar la elaboración y calificación del procedimiento específico de soldadura GMAW, siguiendo los lineamientos del código ASME Sección IX, ésta metodología, sin duda servirá como punto de referencia de similares investigaciones referidas al campo de la soldadura. (pp. 1-92) Basándonos en las conclusiones del trabajo de Chávez podemos desarrollar la calificación de procedimiento de soldadura para los materiales disimiles siguiendo la metodología y parámetros establecidos en el código ASME sección IX, permitiendo cumplir con el objetivo planteado en este trabajo y establecer comparaciones en relación
  • 27. 27 a los valores de los esfuerzos arrojados en los ensayos de tensión de los materiales a probar. Cordero e Yrauquin, (2016), “Estudio experimental sobre la influencia de la velocidad de deformación en las propiedades mecánicas del metal expandido”. Esta investigación fue llevada a cabo en la ciudad de Punto fijo, Edo. Falcón, por los estudiantes de la Universidad Experimental Francisco de Miranda (UNEFM). En el desarrollo de la investigación se utilizó la metodología tipo exploratoria con diseño experimental, para realizar este estudio fueron sometidas 48 probetas a ensayo de tracción o tensión axial a diferentes velocidades de deformación, donde estas velocidades constituyen una influencia en las propiedades mecánicas del metal expandido, por lo tanto, las secciones del metal sometidos a las pruebas, presentan características favorables para aplicaciones de absorción de energía determinadas bajo la curva esfuerzo-deformación, observándose en la mayoría de los casos valores de eficiencia estructural cercanos a uno. (pp. 2-19-53) El estudio experimental realizado aportan importantes temas relacionado a la metodología, equipos, gráficas y técnicas utilizadas en este trabajo que servirán como referencias para el análisis de las propiedades mecánico en la junta soldada con los materiales disímiles, considerando que para esta investigación se ejecutarán ensayos a las uniones soldadas donde se obtendrán valores de esfuerzos máximos, lo cual serán considerados para calificar el procedimiento de soldadura y finalmente documentarlo en el manual de soldadura del CRP. Los hallazgos anteriormente mencionados, representan un aporte teórico que contribuye con la fundamentación de la presentación investigación, por otro lado, representan una referencia conceptual de base para la construcción y desarrollo de los procedimientos prácticos diseñados para esta investigación y que de una manera u otra contribuyen con el cumplimiento de los objetivos. 2.2 Bases Teóricas En este capítulo se describirán las teorías planteadas por los autores Arias, Avner, Bermejo, Bravo, García, González, Hernández, López, Marín, Martínez, Méndez, Niebles, Peña, Vásquez, Radera, Vélez y Villar, en sus publicaciones “Propiedades Mecánicas de los Materiales”, materiales disímiles, ciencia de los materiales, introducción a la
  • 28. 28 metalurgia física, proceso de soldadura, “Procedimiento de soldadura y Calificación de Soldadura”, respectivamente. Estas teorías mencionan principalmente las propiedades mecánicas de los materiales, tales como lo esfuerzo, deformación unitaria y el Diagramas esfuerzo-deformación, los últimos determinan el esfuerzo, la deformación en los materiales y los procesos de la evaluación; también menciona ensayo de tracción y doblez como parte de los ensayos destructivos para dar a conocer las propiedades mecánicas más relevantes de los materiales. Finalmente se definen términos básicos que se manejarán en la investigación; tales como, esfuerzo de cadencia, esfuerzo máximo, especificaciones de soldadura (WPS), Registro de Calificación del Procedimiento (PQR), soldadura en materiales disímiles y otros conceptos que servirán de referencia para enriquecer la investigación. 2.2.1. Propiedades mecánicas de los materiales Son las características inherentes que permite diferenciar un material de otro, desde el punto de vista del comportamiento mecánico de los materiales de ingeniería, y también describen la forma como un material se comporta frente a una fuerza externa aplicada, con el fin de conocer sus respectivas propiedades (Martínez, 2014). Las propiedades de un material dependen de: La estructura que presenta el material. Del proceso o procesos que haya sufrido. De la composición química. (Martínez, 2014) 2.2.1.1. Esfuerzo y deformación. Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza externa que tiende a cambiar su forma de tamaño, el cuerpo se resiste a esa fuerza. La resistencia interna del cuerpo se conoce como esfuerzo (σ) y los cambios en las dimensiones del cuerpo que la acompañan se llama deformación o alargamiento (ɛ), ver ecuaciones 1 y 2 (Bermejo, 2010)
  • 29. 29 Ec. 1 (Fuente: Bermejo, 2010, Propiedades mecánicas de los materiales) Ec.2 (Fuente: Bermejo, 2010, Propiedades mecánicas de los materiales) 2.2.1.2. Ensayo de tensión o tracción. La tracción es la fuerza aplicada axialmente por unidad de área a un determinado cuerpo (ver figura 1). El ensayo de tracción es fundamental para determinar las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquellas que definen sus características de resistencia y deformabilidad.
  • 30. 30 Permite obtener, bajo un estado simple de tensión, el límite de elasticidad, la carga máxima, la resistencia estática, el módulo de elasticidad, etc. Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia la relación con las deformaciones que produce. (Villar Salinas, 2018, p.5). Para este estudio los parámetros que regirán el ensayo de tracción será los descritos en el párrafo QW-150 del código ASME sección IX, año 2019 p.17. Figura 1 Máquina universal para ensayo de tracción o tensión Nota. Máquina para hacer ensayo de ensayo de tracción y doblez, Bermejo Fabio, 2010, Propiedades mecánicas de los materiales. El tipo de probetas a ser ensayadas por tensión o tracción, está reglamentada en la figura QW -462.1 (a), pág. 171 del código ASME sección IX, año 2019 que aplica para esta investigación (ver Anexo 5: se describen la forma, dimensiones de la probeta para el ensayo de tensión.). 2.2.1.2.1 Propiedades de tensión o tracción. Las propiedades mecánicas que son de importancia en ingeniería para el diseño y que puede obtenerse del ensayo de tensión son: 2.2.1.2.1.1 Resistencia a la tensión. Cuando aumenta la carga aplicada sobre la pieza a prueba, el esfuerzo y la deformación se incrementan, como lo indica la porción YM (ver gráfica 1), para un material dúctil, hasta que alcanza el esfuerzo máximo en el punto M; por lo tanto, la resistente limite o resistencia la tensión es el esfuerzo
  • 31. 31 máximo desarrollado por el material, basado en el área transversal original. (Avner, 1988, p. 53). Gráfica 1 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero dulce Nota. Gráfico esfuerzo deformación para un acero dúctil (p.52), por Avner, 1988, McGrawHillEducation. 2.2.1.2.2 Plasticidad. Capacidad de un material a deformarse ante la acción de una carga, permaneciendo la deformación al retirarse la misma. Es decir, es una deformación permanente e irreversible (ver gráfica 1 comportamiento plástico). La plasticidad es la propiedad mecánica de un material inelástico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico. En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones. En los materiales elásticos, en particular en muchos metales dúctiles, un esfuerzo uniaxial de tracción pequeño lleva aparejado un comportamiento elástico. Eso significa que pequeños incrementos en la tensión de tracción comporta pequeños incrementos en la deformación, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se
  • 32. 32 tiene una deformación completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un límite, llamado límite elástico, tal que si cierta función homogénea de las tensiones supera dicho límite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no-reversibles. Este tipo de comportamiento elasto-plástico descrito más arriba es el que se encuentra en la mayoría de metales conocidos, y también en muchos otros materiales. El comportamiento perfectamente plástico es algo menos frecuente, e implica la aparición de deformaciones irreversibles por pequeña que sea la tensión (Vélez, 2013). 2.2.1.2.3. Ductilidad. La ductilidad de un material se determina a partir de la cantidad de deformación que le es posible soportar hasta que se fractura. Esta se determina en un aprueba de tensión mediante dos mediciones: Elongación ver ecuación 4: Se determina juntando, después de la fractura, las partes de la muestra y midiendo la distancia entre las marcas puestas en la muestra antes de la prueba. Ec.4 (Fuente: Avner, 1988, Introducción a la metalurgia física) Donde Lf = longitud de la medida final, Lo = longitud de la medida original Al reportar el porcentaje de elongación, debe especificarse la longitud de la medida original, ya que el porcentaje de elongación variará de acuerdo con la longitud origina. Reducción de área ver ecuación 5: Ésta también se describe a partir de las mitades rotas de la muestra bajo la tensión, midiendo para ello el área transversal mínima y con la fórmula: (Avner, 1988, p 54-55). Ec. 5 (Fuente: Avner, 1988, Introducción a la metalurgia física) Donde:
  • 33. 33 Ao = área transversal original Af = área transversal final Gráfica 2 Gráfica esfuerzo-deformación de un acero frágil Nota. Gráfico esfuerzo deformación para un acero frágil (p.53), por Avner, 1988, McGrawHillEducation. 2.2.2. Ensayo de doblez guiado Se realiza sobre probetas estandarizadas mediante un émbolo o punzón también estandarizado, forzando a la probeta dentro de un aditamento de dimensiones predeterminadas; lo cual está especificado en la figura QW-466.1 del código ASME sección IX, año 2019 (ver anexo 3: se describe las dimensiones de la matriz para el ensayo de doblez). “El código ASME en su sección IX p.18, desarrolla que las pruebas de flexión guiada como se describe en QW-160 se
  • 34. 34 utilizan para determinar el grado de solidez y ductilidad de las juntas de soldadura de ranura”. La soldadura y zona afectada por el calor deben de estar completamente dentro de la porción doblada del espécimen. Las probetas no deberán contener discontinuidades de material abiertas a la superficie mayores a 1/8” (3.2 mm) medidas en cualquier dirección de la superficie convexa. No se considerarán las discontinuidades presentes en las esquinas, a no ser que exista evidencia significativa de que proceden de faltas de fusión, inclusiones de escoria u otras discontinuidades internas. (López, 2013, p.26) 2.2.3. Materiales disímiles Consideramos como materiales disímiles a aquellos que sean químicamente diferentes como en el caso de la unión de Al con Cu; o aquellos con distinto porcentaje de aleación, como acero al carbono con acero inoxidable; o de estructuras metalúrgicas distintas, como un acero ferrifico con un acero austenítico. Además, las distintas combinaciones pueden ser entre metales base, metal de aporte o metal de soldadura. (Soldargen, 2015) La mayoría de las uniones entre metales disímiles pueden ser realizadas por soldadura en estado sólido (explosión, fricción o ultrasonido) o brazing (soldadura fuerte), donde la aleación entre los metales es normalmente insignificante. En estos casos sólo se considera la diferencia de las propiedades mecánicas y físicas de los metales base y su influencia en las condiciones de servicio de la unión. (Soldargen, 2015) Cuando la unión de los metales disímiles se realiza por un proceso de soldadura por fusión, la aleación entre los metales base y metal de aporte cuando éste es usado es importante y requerirá una mayor consideración, dado que el metal de soldadura resultante puede comportarse muy diferente a uno o a ambos metales base. (Soldargen, 2015). La unión de metales con importantes diferencias en las propiedades químicas, mecánicas y físicas, puede presentar problemas durante y después de la soldadura. La combinación puede ser de dos o tres metales diferentes, siendo uno de ellos el metal de aporte. (Soldargen, 2015). La composición del metal de soldadura resultante puede diferir de la de cualquiera de los componentes y variará con:
  • 35. 35 Diseño de la junta. Proceso de soldadura. Metal de aporte. Procedimiento de soldadura. (Soldargen, 2015) 2.2.3.1 Fundamentos. En la soldadura de metales disímiles unidos por fusión, las consideraciones más importantes son la composición y las propiedades del metal de soldadura. La composición depende fundamentalmente de la base, del aporte y de la dilución relativa entre ellos; generalmente aquella no es uniforme, en especial en soldaduras de multipasadas donde habrá un gradiente de composición desde el metal de soldadura a cada metal base. Las características de solidificación del metal de soldadura son influenciadas por la dilución relativa y el gradiente de composición adyacente a cada metal base. Estas características son importantes con respecto a la fisuración en caliente del metal de soldadura durante la solidificación. En resumen, cuando se diseña una junta de metales disímiles, los factores a considerar son: Las características metalúrgicas de la unión, es decir, la aleación resultante. Las propiedades mecánicas. Las propiedades físicas. (Soldargen, 2015) 2.2.4. Soldadura La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos metales por medio de calor o presión consiste en caldear el material a unir y el de aporte hasta que se funde, y una vez unidas las piezas se dejan enfriar. Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energía para la unión (Bravo, 2012, p.2) 2.2.5. Proceso de soldadura Los procesos de soldadura son los diferentes métodos (herramientas y medios) por los cuales se transmite el metal de aporte hacia el metal base para generar la unión deseada. (Bravo, 2012, p.4).
  • 36. 36 Por lo tanto, el proceso de soldadura TIG (tungsten inert gas), identificado por la AWS como Gas Tungsten Arc Welding (GTAW). Se considera uno de los procesos de soldadura por arco que permite un mejor control de las condiciones de operación; Es considerada una de las técnicas de soldadura más difíciles de aprender y perfeccionar. El proceso por Gas Tungsten Arc Welding se traduce como soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno y protección gaseosa también es conocido en el medio común como TIG que significa Tungsten Inert Gas, ya que posee una zona de protección mediante un gas inerte que cubre un charco de soldadura y el electrodo no consumible de tungsteno que crea un arco y transfiere calor al metal base, el gas generalmente es argón o una mezcla de gases inertes que podrían ser argón y helio, no es indispensable un metal de aporte pero si se usa este, se coloca en el arco eléctrico logrando la fusión del mismo con el metal base, la pileta líquida se manipula controlando la correcta fusión de las partes; el proceso proporciona uniones limpias y de gran calidad, tiene bajo riesgo de inclusiones de escoria y en muchas ocasiones simplifica la limpieza final, puede ser manual o automatizado, permite la ejecución de soldaduras de alta calidad y excelente terminación sobre todo en juntas de pequeño espesor, hablamos de espesores de entre 0,2 mm a 3 mm, normalmente no supera los 10 mm, ya que para estos espesores las consideraciones económicas tienden a favorecer los procesos con electrodo consumible. (Marín, 2016). 2.2.5.1 Descripción física del proceso GTAW. A pesar de ser un proceso de arco eléctrico se diferencia de los demás procesos de soldadura por arco en 2 aspectos fundamentales, el primero es que el electrodo empleado no se consume y el segundo es que la soldadura de las partes entre sí puede realizarse con o sin agregado de metal de aporte, por su modo de operación, puede compararse a la soldadura Oxyfuel gas Welding (OFW) o soldadura oxiacetilénica, con la diferencia que en este último el calor desarrollado en éste proceso es producido por una llama originada en una reacción química de oxígeno y gas (ver figura 2). El arco eléctrico está dividido en 3 zonas, la catódica que corresponde al polo negativo del arco, la anódica que corresponde al polo positivo del arco y el plasma que corresponde al gas en estado ionizado; El arco eléctrico se establece como consecuencia de la circulación de corriente eléctrica entre el cátodo y el ánodo
  • 37. 37 pasando esta corriente por una columna de gas en estado ionizado llamado plasma (ver figura 3). Figura 2 Características del proceso GTAW Nota. Descripción del proceso de gas Tungsten Arc Welding (GTAW), por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html Los electrones, cuya carga es negativa, provienen de la zona catódica que es el polo negativo y se mueven conjuntamente con los iones negativos del plasma hacia el ánodo, que es el polo positivo. Los iones positivos del plasma fluyen en sentido inverso, es decir desde la zona anódica hacia el cátodo. A pesar de estos dos tipos de circulación de cargas eléctricas, el flujo principal y más intenso de la corriente en el arco es el producido por el movimiento de los electrones, al igual que sucede en un circuito de corriente eléctrica. El arco eléctrico se caracteriza por poseer una elevada intensidad de corriente eléctrica o amperaje y una baja tensión de arco o bajo voltaje, este fenómeno requiere una alta concentración de electrones para transportar la corriente, el calor generado en la zona catódica se debe principalmente al choque producido por los iones positivos contra la superficie del cátodo, el calor generado en la zona anódica, o sobre el ánodo, es causado por el choque de los electrones que han adquirido una aceleración durante su paso a través del plasma y devuelven la energía cinética adquirida en forma de calor al hacer impacto contra la superficie del ánodo, por eso es que dependiendo de la polaridad de trabajo se obtiene más calor en el metal base.
  • 38. 38 El plasma del arco, es una mezcla de gas atómico neutro y ionizado (excitado). La porción más caliente del plasma es la parte central de la columna, donde el movimiento es más intenso. La parte exterior de la columna del arco es algo más fría (Marín, 2016). Figura 3 Movimiento de iones del proceso de soldadura GTAW Nota. Movimiento de iones del plasma, del proceso de soldadura GTAW por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html 2.2.5.2 Polaridades de trabajo. Cambiando el gas formador del plasma, se obtiene un cambio en el balance del calor entre el cátodo y el ánodo, conexionado según las distintas aplicaciones. CCEN (Corriente Continua Electrodo al Negativo) Se obtiene buena penetración, con mayor calor concentrado sobre la pieza (70%), la punta del tungsteno permanece más fría (30%) por esto permite trabajar con mayores intensidades sin que se funda el extremo manteniendo su afilado original se usa en la mayoría de las aplicaciones incluyendo el acero inoxidable y el titanio no se usa en la soldadura de aluminio y magnesio, los esfuerzos de contracción son menos severos y se produce menor distorsión del material base (ver figura 4). En una soldadura realizada con CCEN donde se observa una buena penetración, no existe acción de limpieza (Marín, 2016).
  • 39. 39 Figura 4 Polaridad (-) utilizada en el proceso de soldadura GTAW Nota. Polaridad CCEN en proceso de soldadura TIG, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html CCEP (Corriente Continua Electrodo al Positivo) Hay menor penetración y el calor es más intenso en la punta del electrodo (70%), por esto observamos un deterioro del electrodo de tungsteno en el que la punta se redondea, los electrones al chocar con el tungsteno transforman toda su energía cinética en calor por eso se concentra en el polo positivo (ver figura 5). En una soldadura realizada con CCEP se obtiene una buena acción de limpieza como producto del flujo de los iones del gas hacia la superficie de la pieza, cuyos impactos que se producen con suficiente fuerza, dan lugar a la destrucción de la capa de óxido superficial (Marín, 2016) Figura 5 Polaridad (+) utilizada en el proceso de soldadura GTAW Nota. Polaridad CCEP en proceso de soldadura TIG, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html
  • 40. 40 AC (Corriente Alterna) El calor se distribuye entre el metal base y la punta de tungsteno, obteniendo una combinación de la ventajas de CCEN y CCEP, tanto el aluminio como el magnesio no pueden ser soldados con polaridad directa, sino que debe utilizarse polaridad inversa (electrodo en el polo positivo), la razón de ello se debe al hecho que dichos metales forman sobre su superficie una capa de óxido que los protege y para poder romper la misma es necesario producir un bombardeo de iones (cargas positivas) sobre la misma, si se soldara con corriente continua deberíamos trabajar con amperajes excesivamente bajos, para proteger el tungsteno, o bien, utilizar diámetros de electrodos muy grandes. Para salvar dicho inconveniente, se utiliza corriente alterna en lugar de la continua, así, solamente el 50% del tiempo el electrodo trabaja en polaridad positiva, lo cual permite que el mismo se enfríe lo suficiente como para evitar su deterioro, y además se cumple con el objetivo de limpieza durante el semiciclo positivo (ver figura 6). En una soldadura realizada con AC se combina una buena limpieza, llevada a cabo durante el semiciclo positivo, y una adecuada penetración obtenida durante el semiciclo negativo (Marín Herrera, 2016). Figura 6 Polaridad de la corriente alterna del proceso TIG Nota. Polaridad AC en proceso de soldadura TIG, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html P-DC (Corriente Pulsante) Este tipo de corriente tiene la característica de permitir trabajar con energías de arco suficientemente altas como para fundir el metal de aporte, al mismo tiempo que mantiene un bajo aporte térmico global durante la
  • 41. 41 soldadura lo que permite la soldadura en espesores muy finos (menores a 1 mm) sin el riesgo de producir o perforación, la soldadura de aceros inoxidables austeníticos en los cuales se debe cuidar que el aporte térmico no exceda los límites establecidos, minimizar considerablemente la deformación de la junta, un mejor control de la pileta de fusión de la soldadura, desde el punto de vista operativo, durante el semiciclo de alta corriente se produce la fusión y deposición de la varilla, mientras que durante el semiciclo de baja corriente se produce el enfriamiento de la gota de metal depositado. (Marín Herrera, 2016) 2.2.5.3 Gas de protección. El gas o combinación de gases empleados tienen influencia en la estabilidad, características y comportamiento del arco y por consiguiente en el resultado de la soldadura, su función principal es la de protección en el proceso al evitar el contacto del aire ambiente con el electrodo y el metal fundido, al momento en que se realiza la soldadura, los gases más empleados en la soldadura TIG son argón, helio, o una combinación de ellos; los cuales deben tener una alta pureza (normalmente 99.99%), (ver tabla 1). El argón es aproximadamente 10 veces más denso que el helio, y un 30% más denso que el aire, se adapta mejor a la soldadura de metales de menor conductividad térmica y de poco espesor, en particular para posiciones de soldadura distintas a la plana, forma una densa nube protectora. Los gases apropiados para cada tipo de material a soldar se deben escoger muy bien para mejorar a presencia del cordón y evitar las discontinuidades. (Marín Herrera, 2016)
  • 42. 42 Tabla 1 Tipos de gases para el proceso de soldadura GTAW Nota. Adaptado de la soldadura TIG. En la identificación de los Gases para el proceso GTAW utilizados en los diferentes materiales, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso- gtaw.html 2.2.5.4 Electrodo y su clasificación. La elección del tipo de electrodo va a depender en gran medida del tipo de material que se quiere soldar, del tipo de corriente con que se va a trabajar y de las características operativas, el electrodo de tungsteno o wolframio, empleado en la soldadura GMAW o TIG, es muy duro y altamente refractario, su punto de fusión es de 3400°C (ver tabla 2). Se diferencia de los empleados en otros procesos de soldadura por arco eléctrico, porque no se funde con el calor generado y no aporta material a la soldadura, sin embargo, si se selecciona un electrodo incorrecto o se aplica un amperaje demasiado alto algunas partículas del electrodo pueden transferirse a través del arco. La selección del diámetro del electrodo se deberá efectuar teniendo en cuenta que el mismo, no debe ser muy pequeño para que se corra el riesgo de fundir el extremo del mismo, ni muy grande que conduzca a una inestabilidad del arco como consecuencia de la disminución de la emisión electrónica debido al bajo calentamiento del electrodo, comercialmente se fabrican en diámetros desde 3/32” hasta ¼”, pueden ser de tungsteno puro o aleado con cerio, lantano, torio y zirconio. (Marín Herrera, 2016)
  • 43. 43 Tabla 2 Clasificación de los electrodos para el proceso GTAW Nota. Adaptado de la soldadura TIG. Clasificación de los electrodos para el proceso de soldadura GTAW, con sus características química e identificación, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html 2.2.5.5 Medida del electrodo, corrientes recomendadas. Como en los demás procesos la medida del electrodo y el amperaje seleccionado va a depender en gran medida de la habilidad que tenga la persona que ejecuta la operación, el tipo y espesor del material y la posición de trabajo. (ver tabla 3), (Marín Herrera, 2016).
  • 44. 44 Tabla 3 Características del electrodo proceso GTAW Nota. Adaptado de soldadura TIG. Clasificación de los electrodos para el proceso de soldadura GTAW, de sus características de espesor, diámetro y corriente, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso- gtaw.html 2.2.5.6 Metal de aporte. El proceso GTAW es muy versátil puede o no usar material de aporte, el aporte puede ser el mismo metal base o pieza a soldar adecuadamente preparada o varillas de aporte estandarizadas, dependiendo del tipo de material base a soldar, se deberá seleccionar la varilla adecuada que reúna las propiedades físicas y químicas para realizar una buena soldadura en la mayoría de los casos se usan varillas, o se pude usar los mismos electrodos del proceso GMAW los que son alambres sólidos que son proveídos en rollos de distintos tamaños. (Marín Herrera, 2016)
  • 45. 45 2.2.5.7 Clasificación de aporte de soldadura. La especificación AWS A5.9 dicta las normas de clasificación del material de aporte para procesos de soldadura con protección gaseosa (MIG/MAG, TIG y plasma). En este caso, los electrodos se denominan de la siguiente forma (ver figura 7): Figura 7 Clasificación del material de aporte proceso TIG (GTAW) Nota. Clasificación del material de aporte para el proceso GTAW, indicando el tipo de electrodo, composición química según AISI y contenido de bajo o alto carbono, por A. Marín, 2016, http://soldadurayestructuras.com/proceso-gtaw.html 2.2.6. Clasificación de Procedimiento de soldadura. 2.2.6.1. Metodología para la elaboración del procedimiento de soldadura. A continuación, se describe, la importancia de la elaboración de procedimientos de soldadura en los sistemas de tuberías y líneas, así como la calificación de este proceso mediante las normativas internacionales ASME. Esta metodología para la elaboración y calificación del procedimiento de soldadura es recomendado a industrias que se dedican a: I) La fabricación de estructuras para edificios, puentes y otras estructuras metálicas, II) Las industrias relacionadas con la fabricación y montaje de plantas térmicas, tanques y recipientes a presión, tuberías y otros equipos y líneas de distribución trabajando a presión, III) Las empresas dedicadas a la fabricación y montaje de equipos y tuberías para el transporte y ER XXX Y Indica Electrodo / Varilla Indica la composición química del deposito Según la Clase AISI de acero inoxidable L (bajo contenido de carbono ó H (alto contenido de carbono) ER XXX Y Indica Electrodo / Varilla Indica la composición química del deposito Según la Clase AISI de acero inoxidable L (bajo contenido de carbono ó H (alto contenido de carbono)
  • 46. 46 almacenamiento de hidrocarburos, IV) La fabricación de equipos de transporte tales como: aeronaves, automóviles, barcos, trenes y líneas férreas, equipos para carreteras, etc.,V) La fabricación de equipos y aparatos de consumo doméstico, la cual frecuentemente necesita el cumplimiento de requisitos específicos de calidad en las soldaduras. (Niebles y Arnedo, 2009, pp.19-30) La secuencia general para la elaboración y calificación del procedimiento de soldadura es relacionada a continuación acorde con los siguientes lineamientos: 2.2.6.2. Reconocimiento del proyecto o producto soldado a fabricar. En este punto es importante la recolección de información necesaria para el desarrollo del procedimiento ya que permite identificar qué se va a producir, qué material se empleará, rango de espesores del material a soldar, tipos de juntas presentes en la construcción soldada y todas aquellas características y especificaciones indispensables para el producto con respecto a la unión soldada. (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.3. Selección del código a trabajar. Para la elaboración del procedimiento de soldadura es necesario determinar qué tipo de construcción soldada se va a trabajar, para posteriormente seleccionar e implementar el código que más se adecue según los requerimientos (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.4. Definición de variables. Es vital la definición de variables que permitan asegurar la compatibilidad entre material base y depósito de soldadura asegurando la calidad del producto acorde a las especificaciones de diseño y ejecución de la soldadura, entre las variables de soldadura se pueden identificar: las esenciales, esenciales suplementarias y las no esenciales. (Niebles y Arnedo, 2009). Estas variables que se enuncian en el párrafo anterior me permiten determinar la población y los elementos que se desarrollarán en la especificación de procedimiento de soldadura. 2.2.6.5. Elaboración de especificación del Procedimiento de Soldadura (EPS) (WPS). Es la fase donde se listan las variables y parámetros de soldadura preliminares que aplican al producto soldado para que el soldador las ejecute sobre
  • 47. 47 una probeta preparada para su soldadura y luego ser probadas determinando si las propiedades mecánicas de la unión soldada cumplen con lo especificado en el diseño. La EPS preliminar puede ser diseñada de acuerdo con QW - 482 del código ASME - Tanques y recipientes a presión Sección IX, 2004 (ASME, 2004) (Niebles y Arnedo, 2009). 2.2.6.6. Preparación de la junta. Es de vital importancia, preparar la junta antes de iniciar cualquier soldadura, por tanto, se debe: (a) Identificar los parámetros de diseño de la junta. En este análisis se realizará junta a tope, (en V, penetración o Groove ya que recibe varios nombres) (b) Corte de los especímenes de prueba. Después de identificar el material, y analizar sus características, se debe trazar el material acorde a las dimensiones que va a poseer la probeta, para así proseguir al corte que puede ser mecánico o térmico. (c) Preparación y limpieza de los bordes. Es clave en el procedimiento de la soldadura, preparar los bordes de la pieza acorde al diseño y tipo de junta, además se debe retirar o remover impurezas o contaminantes y todo aquello que impida que la soldadura sea efectiva. (d) Ensamble de la junta. Para el ensamble de juntas a tope se debe tener en cuenta que esta debe estar alineada para que la unión sea uniforme, por lo que se recomienda la utilización de grapas cuando se desea soldar tubos y platinas, si es de filete se recomienda que los bordes estén rectos y no existan espaciamiento entre las superficies de contacto. (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.7. Desarrollo de la soldadura. Se procede a soldar la junta bajo los procesos y parámetros de soldadura especificados en la EPS (WPS) preliminar, en su ejecución es recomendado seleccionar al mejor soldador de la empresa, dado que ellos tienen confiabilidad y conocen del proceso y la técnica de soldadura que mejor aplica al diseño de la junta y pueden aportar ideas y conceptos valiosos y necesarios. (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.8. Inspección visual. La inspección visual (ANSI/AWS, 2000) es un método no destructivo de valioso control del proceso mediante el cual una soldadura desde su fase de preparación hasta su puesta en servicio pueden evaluarse de acuerdo con los requerimientos aplicables con miras de asegurar la calidad de la soldadura, esta
  • 48. 48 evaluación puede ser llevada a cabo por: en primera instancia por soldadores, supervisores de soldadura, inspectores de soldadura por parte de los contratistas, inspectores de soldadura por parte de los propietarios, o inspectores reguladores. La inspección visual es desarrollada antes, durante y después de la soldadura y tiene en cuenta aspectos como: I) Conformidad con el procedimiento de soldadura especificado para la unión soldada, II) Control en la preparación de la junta a soldar, III) Verificación de condiciones operativas de: equipos de soldadura (calibrados y en buen estado), materiales de aporte y consumibles, gases, materiales base, IV) Calidad del cordón de soldadura de raíz, V) Preparación de la raíz de la junta antes de soldar por el otro lado, VI) Temperatura de precalentamiento y entre pasadas, VII) Secuencia de pases de soldadura, VIII) Calidad de los cordones de relleno y presentación de la soldadura, IX) Limpieza entre pasadas, X) Apariencia, dimensionamiento final de la soldadura, XI) distorsión y deformación generada en la soldadura, XII) Tratamiento post soldadura, XIII) Otros detalles. (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.9. Selección y aplicación de ensayos requeridos. Para la selección de los ensayos requeridos es necesario: (a) Identificar los ensayos aplicables según código. Una vez soldada la junta se procede a seleccionar los ensayos acordes al tipo de junta, ya sea junta de filete o a tope para las platinas o junta de ranura o a tope para las tuberías tal como lo especifica el código seleccionado. Estas pruebas son diseñadas para evaluar el efecto de las técnicas de soldadura y la compatibilidad de los metales base y metales de aporte, algunas de las pruebas comúnmente utilizadas para la calificación de procedimientos son: tensión, doblez transversal (de cara, raíz y lado) y longitudinal, saneidad, macroataque, rotura en filetes. (b) Elaboración y extracción de cupones de prueba. Y (c) Aplicación de los ensayos. Estos deben ser aplicados una vez sea aprobada la unión soldada por inspección visual y los criterios de aceptación y de aplicación están definidos por los códigos, para su aplicación se requiere personal con entrenamiento y certificación en cada ensayo aplicable. (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.10. Registro de calificación del procedimiento (PQR). Una vez aplicados los ensayos y determinado que las pruebas cumplen con las especificaciones para lo cual fue concebido en el diseño se procede a formalizar el
  • 49. 49 procedimiento de soldadura registrando en un documento de registro de calificación de procedimiento de soldadura RCP (PQR siglas en ingles), las pruebas aplicadas, recuerde las calificaciones de procedimiento de soldadura se hacen para demostrar la compatibilidad existente entre los metales base, los materiales de aporte, los procesos de soldadura y la técnica aplicada, y el cual puede ser diseñado de acuerdo con QW – 483 del código ASME - Tanques y recipientes a presión Sección IX, 2004 (ASME, 2004) (Niebles y Arnedo, 2009) 2.2.6.11. Edición del procedimiento de soldadura. En esta fase se procede a editar el procedimiento de soldadura que será enviado a producción para la realización de las soldaduras que están cubiertas dentro de los rangos establecidos en el procedimiento de soldadura. Procedimientos de Soldadura y Calificación de Soldadores: una Propuesta. (Niebles y Arnedo, 2009, pp.19-30) Basado, en los cálculos de ingeniería, tablas, gráficas descritos anteriormente y mediante comparaciones de las gráficas de esfuerzo- deformación, con ensayos que serán aplicados a los materiales disímiles, se determinarán los valores de esfuerzos y deformación que soportan estos materiales, determinar las capacidades máximas que soporta el material a través de los valores obtenidos en los esfuerzos de ruptura y demostrar los valores de fluencia máximos para los elementos ensayados. Por otra parte estos tema descritos aportarán beneficios en la investigación, tales como los ensayos de tracción y doblez, que serán sometidos todas las probetas y permitirán analizar los resultados arrojados de los esfuerzos de máximo, de la misma manera la gráfica esfuerzo vs deformación nos dará información sobre las zonas del gráfico que se determines lar cargas aplicadas de los esfuerzo y descripciones de la metodología para la aplicación de la calificación del procedimientos de soldadura (WPS) y el documentos con registro del procedimiento de soladura (PQR), donde en este se detallas principalmente los valores de los esfuerzos de los ensayos destructivos en la unión de soldadura con materiales disímiles. 2.3 Bases Legales Se definió el marco regulatorio considerando leyes que hacen referencia a las actividades concernientes a los procesos de investigación, procedimientos y regulaciones
  • 50. 50 de seguridad y salud en el trabajo para realizar los ensayos y actividades relacionadas con la investigación. 2.3.1. Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (2000) Art. 141: “La Administración Pública está al servicio de los ciudadanos y ciudadanas y se fundamenta en los principios de honestidad, participación, celeridad, eficacia, eficiencia, transparencia, rendición de cuentas y responsabilidad en el ejercicio de la función pública, con sometimiento pleno a la ley y al derecho” (p. 95). Para garantizar el cumplimiento de lo establecido en el citado artículo, es de fundamental importancia la existencia y aplicación de sistemas de control interno, a través de los cuales se desarrollen las tareas de control y registro en todas y cada una de las áreas, niveles y funciones de la organización. El sistema de control de registro de bienes y materiales constituye una de las formas a través de las cuales se lleva a la práctica el sistema de control interno de una determinada entidad de la administración pública. Los siguientes artículos de la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela y la Ley de Ciencias y Tecnologías, permiten abordar el marco legal que orienta y garantiza la educación, y el acceso de la sociedad al conocimiento y a las Tecnologías de Comunicación e Información (TICS). Art. 102: “La educación es un derecho humano y un deber social fundamental, democrático, gratuito y obligatorio. El estado asumirá como función indeclinable” Art. 110: “El estado reconocerá el interés público de la ciencia, la tecnología, el conocimiento, la innovación y sus aplicaciones y los servicios de información necesarios.” Cabe destacar que los artículos anteriormente otorgan prioridad especial al desarrollo educativo de la sociedad, de manera tal que sea accesible, en todos sus niveles, a la mayoría de los ciudadanos. Igualmente se manifiesta gran interés en el desarrollo científico y tecnológico. La investigación planteada pretende ser un aporte para el desarrollo de nuevas estrategias de enseñanza, ya que coloca al alcance de los estudiantes una modalidad de estudio a distancia, la cual. Esta ley persigue proteger los sistemas que utilicen tecnologías de información, así como prevenir y sancionar los delitos cometidos contra o mediante el uso de tales tecnologías (Gaceta Oficial N° 37.313 del 30 de octubre de 2001).
  • 51. 51 En los actuales momentos sobre la problemática de la pandemia que nos mantiene semiaislados tanto de los salones de clases como del resto de la sociedad, cobran mayor importancia los mecanismos de enseñanza y tutorialidad a distancia la cual nos permites comunicarnos por medios de las redes y así poder desarrollar todas las actividades que se plantean durante esta investigación. 2.3.2. Ley Orgánica de Prevención Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo Art 59: De las Condiciones y Ambiente en que debe Desarrollarse el Trabajo A los efectos de la protección de los trabajadores y trabajadoras, el trabajo deberá desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas de manera que: 1. Asegure a los trabajadores y trabajadoras el más alto grado posible de salud física y mental, así como la protección adecuada a los niños, niñas y adolescentes y a las personas con discapacidad o con necesidades especiales. 2. Adapte los aspectos organizativos y funcionales, y los métodos, sistemas o procedimientos utilizados en la ejecución de las tareas, así como las maquinarias, equipos, herramientas y útiles de trabajo, a las características de los trabajadores y trabajadoras, y cumpla con los requisitos establecidos en las normas de salud, higiene, seguridad y ergonomía. 3. Preste protección a la salud y a la vida de los trabajadores y trabajadoras contra todas las condiciones peligrosas en el trabajo. 4. Facilite la disponibilidad de tiempo y las comodidades necesarias para la recreación, utilización del tiempo libre, descanso, turismo social, consumo de alimentos, actividades culturales, deportivas; así como para la capacitación técnica y profesional. 5. Impida cualquier tipo de discriminación. 6. Garantice el auxilio inmediato al trabajador o la trabajadora lesionado o enfermo. 7. Garantice todos los elementos del saneamiento básico en los puestos de trabajo, en las empresas, establecimientos, explotaciones o faenas, y en las áreas adyacentes a los mismos. Art 60: Relación Persona, Sistema de Trabajo y Máquina. El empleador o empleadora deberá adecuar los métodos de trabajo, así como las máquinas, herramientas y útiles utilizados en el proceso de trabajo a las
  • 52. 52 características psicológicas, cognitivas, culturales y antropométricas de los trabajadores y trabajadoras. En tal sentido, deberá realizar los estudios pertinentes e implantar los cambios requeridos tanto en los puestos de trabajo existentes como al momento de introducir nuevas maquinarias, tecnologías o métodos de organización del trabajo a fin de lograr que la concepción del puesto de trabajo permita el desarrollo de una relación armoniosa entre el trabajador o la trabajadora y su entorno laboral. 2.3.3. Ley Especial contra los Delitos Informáticos (2001) Esta ley persigue proteger los sistemas que utilicen tecnologías de información, así como prevenir y sancionar los delitos cometidos contra o mediante el uso de tales tecnologías (Gaceta Oficial N° 37.313 del 30 de octubre de 2001). Art 6: Acceso indebido: El que sin la debida autorización o excediendo la que hubiere obtenido, acceda, intercepte, interfiera o use un sistema que... Art 11: Espionaje informático: El que indebidamente obtenga, revele o difunda la data o información contenidas en un sistema que utilice tecnologías de información o en cualquiera de sus componentes, será penado con prisión de... Art 12: Falsificación de documentos: El que, a través de cualquier medio, cree, modifique o elimine un documento que se encuentre incorporado a un sistema que... Art 20: Violación de la privacidad de la data o información de carácter personal. El que por cualquier medio se apodere, utilice, modifique o elimine, sin el consentimiento de... Art 22: Revelación indebida de data o información de carácter personal. Los mencionados artículos confieren la condición de delito informático a aquellas acciones de personas que accedan sin permiso a un sistema, que practiquen espionaje o saboteen un sistema informático. Estos hechos acarrean penas de prisión y multa. La pertinencia de estas leyes deriva en la protección, sobre el plagio de la información de los trabajos que son almacenados en las redes de la web, en el caso que nos ocupa en la investigación la mayor parte de la documentación está tomada de la plataforma informática. Igualmente, la información en la plataforma interna de PDVSA, sobre la documentación de carácter confidencial que será maneja durante el desarrollo
  • 53. 53 de esta investigación, la cual está protegida bajo las normativas interna de la institución para evita fuga de información. 2.4 Definición de Términos ASME: American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) AWS: American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura) Corrosión: Deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. Carga axial: Es la fuerza que va dirigida paralelamente al eje de simetría de un elemento que conforma una estructura. Calificación de procedimientos: Es la Declaración de las empresas de que los procedimientos de soldadura y el personal han sido probados de acuerdo con el código o especificación apropiado y que han sido encontrados aceptables. Defectos: Es una discontinuidad o discontinuidades que, por su naturaleza o efecto acumulado, no logran los criterios de aceptación mínimos pedidos por la norma o especificación. Deformación: La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos externos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o a la ocurrencia de dilatación térmica. Deformación plástica: Es la deformación que ocurre en un material cuando se tensa más allá de sus limite elástico, y el material queda con una deformación permanente cuando deja de actuar la carga. Ductilidad: Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza. Electrodo: El electrodo consiste en un núcleo o varilla metálica, rodeado por una capa de revestimiento, donde el núcleo es transferido hacia el metal base a través de una zona eléctrica generada por la corriente de soldadura.
  • 54. 54 Ensayo de tracción: El ensayo de tracción es una de las técnicas de pruebas mecánicas más comunes y se utiliza para averiguar qué fuerza y resistencia posee un material, especialmente, para su aplicación industrial. Ensayo de doblez: Consiste en aplicarle a una probeta una fuerza constante, doblándose en forma de U en el centro de la soldadura. La superficie convexa de la curvatura se examina en busca de grietas u otros defectos. Esfuerzos: Son magnitudes físicas con unidades de fuerza sobre área utilizadas en el cálculo de piezas prismáticas como vigas o pilares y también en el cálculo de placas y láminas Esfuerzo máximo (σmáx): Valor máximo de la ordenada que puede tomar un material durante el ensayo de tracción (el punto más alto de la curva), luego de este esfuerzo se inicia la estricción de la probeta Esfuerzo a tracción: La intensidad de la fuerza (o sea, la fuerza por área unitaria) se llama esfuerzo, las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área, la cual se denota con la letra σ (sigma), éstas hacen que se separen entre si las distintas partículas que componen una pieza, si tienden a alargarla y estas se encuentran en sentido opuesto se llama esfuerzo de tracción. Fragilidad: La fragilidad es la propiedad de algunos metales de no poder experimentar deformaciones plásticas, de forma que al superar su límite elástico se rompen bruscamente. La acritud es la propiedad de un metal para aumentar su dureza y su resistencia por el efecto de las deformaciones. Límite elástico: El límite elástico o límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Materiales disímiles: Consideramos como materiales disímiles a aquellos que sean químicamente diferentes como en el caso de la unión de Al con Cu; o aquellos con distinto porcentaje de aleación, como acero al carbono con acero inoxidable; o de estructuras metalúrgicas distintas, como un acero ferrítico con un acero austenítico. Mecánica de los materiales: La mecánica de materiales es una rama de la mecánica aplicada que trata del comportamiento de los cuerpos sólidos sometidos a varios tipos de carga.
  • 55. 55 Plasticidad: La plasticidad es la propiedad mecánica que tienen algunos metales para poder deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico. Es decir, la capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse PQR: Procedure Qualification Record (Registro de Calificación del Procedimiento). Es un documento anexo al WPS cuyos propósitos son en primera instancia calificar el procedimiento de soldadura y posteriormente ratificar si la soldadura aplicada cumple los requerimientos exigidos en cuanto a su resistencia mecánica. Propiedades mecánicas de los materiales: Es la conducta que presentan las propiedades de los materiales al ser sometidos a fuerzas mecánicas externas que tienden a alterar su capacidad de equilibrio. También describen la forma como un material se comporta frente a una fuerza externa aplicada, con el fin de conocer sus respectivas propiedades. Punto de fluencia o cadencia: Aparece en el diagrama un considerable alargamiento o cadencia sin el correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa en los materiales frágiles. Resistencia mecánica: Es la capacidad de una máquina bajo la acción de las cargas aplicadas a sus piezas, soportar sin romperse. Rigidez: La rigidez es la capacidad de un objeto material para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos. SILCO: Sistema de Lazos de Corrosión Soldadura: La American Welding Society (AWS) establece que la soldadura es un proceso de unión de piezas, de materiales ya sean metálicos o no metálicos, llevándolas a temperaturas especificas (temperaturas de soldadura), aplicando o no presión y/o material de aporte. En general, se puede decir que la soldadura es el proceso mediante el cual se unen entre si piezas separadas aplicándoles calor hasta el punto en el que estas comiencen a fluir (se fundan) y así obtener como resultado una sola pieza. Soldabilidad: Este término describe la aptitud que tiene cualquier material de dejarse soldar y presentar uniones de calidad que cumplan con los requerimientos prescritos por los diferentes códigos que son aplicados para calificar procedimientos de soldadura.
  • 56. 56 Soldadura metales disímiles: Cuando dos metales diferentes o aleaciones, (por ejemplo, Cu y Al) se unen entre sí, a este proceso se le denomina “soldadura de metales disímiles”. Una soldadura de metales disímiles contiene un depósito de soldadura con una composición química que difiere en varios puntos porcentuales de la composición de uno de los dos metales diferentes que han sido soldados entre sí. WPS: Welding Properties Specification (Especificación del Procedimiento de Soldadura). Es un documento diseñado por personal calificado en el cual se anexan las instrucciones que debe seguir el soldador al momento de operar, relacionando todas las variables que deben considerarse (esenciales, no esenciales y suplementarias) y los ensayos de calificación que se deben aplicar. Todo esto basándose en un código específico. 2.5 Formulación de la hipótesis Los valores resultantes durante los ensayos de la unión disímil de un material inoxidable tipo 304 y un acero aleado con 1 ¼ % de Cr., ½ Mo con aporte de soldadura de ER-309L, son mayores o iguales a los establecidos en las tablas QW-422, A.3 y los criterios de aceptación del QW-163 del código ASME sección IX de soldadura y sección II, parte C y D, por lo tanto, estos resultados avalan la calificación del procedimiento de soldadura.
  • 57. 57 2.6 Operacionalización de Variables Objetivos específicos Variables Definición Conceptual Definición Operacional Dimensiones Indicadores Identificar el comportamiento mecánico en el material de aporte (electrodos) y materiales bases disímiles utilizados en unión soldada, mediante ensayo de tracción y doblez Esfuerzo máximo (σ=F/A) Comprobar las propiedades mecánicas de los materiales base disímiles mediante ensayos de tracción y doblez. Límite de Fluencia o esfuerzo de fluencia (σy yield strength) La resistencia a la tracción mínima especificada en el metal base La resistencia a la tracción mínima especificada en el material mas débil de los dos. La resistencia a la tracción mínima especificada de la soldadura Si la probeta se rompe en el metal base fuera de la soldadura o en la interfaz de soldadura, se aceptará que el ensayo cumple con los requisitos, siempre que la resistencia no sea más del 5 % inferior a la resistencia a la tracción mínima especificada del metal base Comportamiento mecánico de los materiales en el Ensayo de Doblez Las probetas dobladas no deben tener discontinuidad abierta en la zona de soldadura o afectada por el calor que exceda 1/8 de pulgada (3 mm), medido en cualquier dirección en la superficie convexa de la probeta después del doblado. Acciones de las Fuerzas La variable será analizada mediante valores obtenidos en los ensayos de tracción y doblez Propiedades mecánicas de los materiales Las propiedades mecánicas de los materiales se refieren a la capacidad de los mismos de resistir acciones de cargas: las cargas o fuerzas actúan momentáneamente, tienen carácter de choque (Iglesia Salas, 2013). Objetivo General: Analizar las propiedades mecánicas de los materiales disímiles tipo acero aleado de 1-1/4% Cr, ½ Mo, e inoxidable Gr.304 y en la unión soldada con electrodo ER-309L para calificar el procedimiento de soldadura en la Refinería Amuay del CRP. Comparación de los valores mínimos de resistencia a la tensión obtenidos con los especificados en la tabla QW-422 y los criterios de aceptación para la prueba de tracción y doblez indicados en el QW-153 y QW-163 respectivamente Documentar los resultados de aprobación, en el registro de calificación del procedimiento (PQR por sus siglas en inglés) Interpretar los resultados de sus propiedades mecánicas obtenidas en los ensayos de tracción y doblez, en la unión de la soldadura con los materiales disímiles para determinar si corresponden con los valores de esfuerzos mínimos descritos en la tabla QW-422 y los criterios de aceptación del QW-153 para el ensayo de tensión y QW-163 para el ensayo de doblez del Código ASME sección IX año 2019 Calificación del procedimiento Es el proceso que establece los parámetros para determinar la resistencia a la tensión mínima requerida en la unión de materiales, lo cual se garantizará la calidad de soldabilidad en las construcciones previstas (Autor). Comportamiento mecánico de los materiales en el Ensayo de Tracción