proyecto de soldadura

1. 1. TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO
En la soldadura por arco existen muchos parametros y factores que influyen en la calidad de la soldadura
1.1. Calor de Fusi´on.
La utilizaci´on de solventes o pegantes para unir tuber´ıas de polietileno es inaceptable, sin embargo, pueden
usarse ajustes mec´anicos (el fabricante en particular debe consultar primero las instrucciones de instalaci´on).
1.2. Temperatura del Termoelemento Correcta
Debe probarse la exactitud de los term´ometros del termoelemento para la exactitud con un pir´ometro de
superficie o indicadores de barra de l´apiz, por lo menos una vez al d´ıa.
1.3. Presi´on de Fusi´on Adecuada.
Debe consultarse al fabricante del equipo de fusi´on para la conversi´on apropiada de esta presi´on de interfaces
y as´ı calibrar la presi´on de acuerdo al equipo espec´ıfico.
1.4. Severas Condiciones de Temperatura del Ambiente.
El calor extremo y el viento fr´ıo del ambiente alteran el tiempo de enfriamiento de la soldadura, por lo
tanto debe tenerse cuidado con los tiempos de enfriamiento y las condiciones ambientales del lugar en donde se
encuentra la soldadura debido a que estas condiciones son inversamente proporcionales y son las que aseguran
que se complete la fusi´on, adem´as el viento enfr´ıa la placa de calentamiento y puede causar una distribuci´on
desigual de la temperatura. Se debe tener cuidado de que el procedimiento de fusi´on sea protegido de la lluvia,
la nieve u otras condiciones de humedad excesivas.
1.5. T´ecnicas de Fusi´on de Chequeo Doble.
Las presiones del contacto y ciclos de calentamiento / enfriamiento pueden variar dram´aticamente seg´un
el tama˜no de la tuber´ıa y espesor de la misma. Los operadores no deben confiar en un equipo de soldadura
automatizado exclusivamente para la calificaci´on de la soldadura. Adem´as siempre deben hacerse inspecciones
visuales y calificaci´on de cada soldadura, si es necesario deben utilizarse m´etodos de prueba para formular
presiones correctas y obtener los tiempos y las presiones adecuadas para la aplicaci´on.
1.6. Uso de Tiempos de Enfriamiento Adecuados.
Un par´ametro importante en el tiempo de soldadura es utilizar un tiempo de enfriamiento adecuado. Las
soldaduras deben permanecer totalmente estables hasta que la fusi´on se complete. Tiempos de enfriamiento
demasiado cortos, pueden dar una soldadura fr´agil, debido a tensiones internas.
1.7. Suciedad, Aceite y Residuos.
Cualquiera de estos elementos en el porta-elemento, en la cara o en cualquier otra parte de la superficie
de las soldaduras, puede causar una soldadura impropia o defectuosa, la contaminaci´on de la junta soldada
puede reducir o condenar dr´asticamente la vida de la misma. Es recomendable limpiar las ´areas de la tuber´ıa,
despu´es de refrentarlas o lijarlas. Se deben quitar las virutas u otros residuos y para ello se recomienda el uso de
papel absorbente desechable; el uso de solventes puede dejar dep´ositos da˜ninos en la zona donde se realizar´a la
soldadura. Siendo solamente aceptada la aplicaci´on de Alcohol.
1.8. Tiempo de Calentamiento Apropiado
No se deben asumir los tiempos de calentamiento, ya que ´estos est´an determinados. Lea las notas que se
encuentran en cada instructivo del fabricante del equipo, ya que ´estas contienen una explicaci´on apropiada del
punto inicial del ciclo de calor.
1.9. Alineaci´on.
La falta de alineaci´on entre los extremos de la tuber´ıa puede causar una disminuci´on en la vida de la
soldadura y/o reducci´on de la uni´on.
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2. 2. Carbono Equivalente
En la soldadura por arco de aceros al carbono y de baja aleaci´on, el endurecimiento de la zona afectada por
el calor (HAZ) del metal base es causado normalmente por la transformaci´on de la austenita en martensita que
resulta de la r´apida refrigeraci´on del metal de soldadura. El grado de endurecimiento depende del contenido de la
aleaci´on y la velocidad de enfriamiento. Para los aceros al carbono y de baja aleaci´on, el efecto de la composici´on
se eval´ua por medio del carbono equivalente desarrollado emp´ıricamente (Ceq). La siguiente f´ormula se utiliza
m´as com´unmente para determinar el Ceq, la cual est´a aprobada por el Instituto Internacional de Soldadura:
Ceq = C +
(Cu + Ni)
15
+
(Cr + Mo + V )
5
En Jap´on, la siguiente f´ormula se utiliza com´unmente para evaluar la capacidad de endurecimiento de aceros
al carbono y de baja aleaci´on:
Ceq = C +
Si
24
+
Mn
6
+
Ni
40
+
Cr
5
+
Mo
4
+
V
14
En estas f´ormulas, C y otros elementos de aleaci´on representan porcentaje de masa.
M´axima dureza de la HAZ vs Ceq de un acero dulce de 20 mm de grosor y aceros de alta resistencia a la
tracci´on (Soldadura de cord´on-sobre-chapa con un electrodo D5016)
Como se muestra en la figura la maxima dureza de la HAZ aumenta a medida que aumenta el Ceq, ilustrando
el efecto profundo y el efecto directo que el carbono tiene sobre la dureza. Otros elementos de aleaci´on tambi´en
afectan a la dureza, pero con una menor influencia. En total, afectan a la dureza de la soldadura. Como se
indica en la Fig., la dureza m´axima de la HAZ de un acero al carbono o de baja aleaci´on puede ser estimada
de acuerdo a la f´ormula Hmax = (666Ceq + 40)40. Sin embargo, el uso m´as importante de este concepto no
ha sido dado para predecir la dureza, sino la temperatura m´ınima de precalentamiento necesaria para evitar la
formaci´on de martensita dura o una microestructura con una mala ductilidad.
Tal microestructura, en conjunci´on con la restricci´on de la junta de soldadura y el contenido de hidr´ogeno
del metal de soldadura, puede causar agrietamiento en fr´ıo en la soldadura. Como se muestra en la siguienta
figura, agrietamiento debajo del cord´on, un tipo de agrietamiento en fr´ıo se produce en la HAZ; aumenta en
conjunto con el Ceq.
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3. Efecto del Ceq del metal base en el agrietamiento debajo del cord´on (Metal Base: acero de C-Mn de 38 mm de
grosor; Electrodo revestido: E6010 de 3.2 mmØ: Condiciones de Soldadura: 100A/25V/25cpm; Longitud del
cord´on: 32 mm)
Por las razones expuestas, el Ceq es un indicador que puede ayudar a predecir la capacidad de endurecimiento o
soldabilidad del metal base. Es decir, cuanto mayor sea el Ceq, mayor es la dureza y m´as alta es la temperatura
de precalentamiento esperadas. Esta es la raz´on por la que el Ceq puede ser incluido en las especificaciones de
materiales y los c´odigos de construcci´on de soldadura, ya sea como una gu´ıa obligatoria o de recomendaci´on
para la regulaci´on de la selecci´on del acero o para el control de los procedimientos de soldadura.
2.1. Acero estructural de alta resistencia y baja aleaci´on de acuerdo con el est´andar
ASTM A 588/A 588M
(Hasta 50 KSI (345 MPa) m´ınimo punto de fluencia, con resistencia la corrosi´on atmosf´erica)
2.1.1. Uso:
Esta especificaci´on est´a destinada principalmente para uso en puentes y edificios en los que la disminuci´on en
peso o mayor durabilidad son importantes. La resistencia a la corrosi´on atmosf´erica de este acero en la mayor´ıa
de los ambientes es sustancialmente mejor que la de los aceros al carbono estructurales con o sin adici´on de
cobre. Cuando es debidamente expuesto a la atm´osfera, este acero es adecuado para muchas aplicaciones sin
ning´un tipo de recubrimiento (pintura).
2.1.2. Composici´on qu´ımica acero A588
Nota: Para cada reducci´on de 0,01 % por debajo del m´aximo especificado de carbono, un aumento del 0,06 %
de manganeso por encima de la cantidad m´axima prevista ser´a permitido, hasta el m´aximo de 1,35 %.
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4. 2.1.3. Calculos
Ceq = C +
(Cu + Ni)
15
+
(Cr + Mo + V )
5
+
Mn + Si
6
Ceq = 0,16 +
(0,2 + 0,29
15
+
(0,48 + 0,003 + 0,029)
5
0,39 + 1,05
6
= 0,535
Ceq = 0,535
Entonces una vez calculado el Ceq se utiliza la tabla para ver el nivel de susceptibilidad en funci´on del nivel
hidrogeno.
Se elige un bajo nivel de hidrogeno (H2 seg´un tabla). Dando como resultado:
Nivel de susceptibilidad en funci´on de nivel de hidrogeno Acero A 588 Grado A=F En funci´on del nivel
de susceptibilidad, nos ubicamos en la tabla de temperaturas minimas de precalentamiento y para este caso
se asume un nivel de restricci´on ALTO, el espesor de la placa que es 20mm, teniendo ubicadas ya estas dos
variables se tiene como resultado;
Temperatura de Precalentamiento ACERO A 588= 320F=160 C
3. Ensayos no destructivos de las uniones soldadas END
Debidoa la importancia de la localizaci´on de posibles defectos en ocasiones frecuentes es preciso complementar
el control visual con otros ensayos m´as complejos de ejecutar que adoptan el t´ermino gen´erico de (END)
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS entre los cuales los m´as importantes son:
INSPECCI´ON POR L´IQUIDOS PENETRANTES
INSPECCI´ON POR PART´ICULAS MAGN´ETICAS
INSPECCI´ON RADIOGR´AFICA
INSPECCI´ON POR ULTRASONIDOS
3.1. INSPECCI´ON POR L´IQUIDOS PENETRANTES
En la inspecci´on por l´ıquidos penetrantes se utiliza un l´ıquido que se aplica sobre la pieza, este penetra por
capilaridad en las grietas, que posteriormente una vez limpiado externamente, el que ha quedado en el interior
suda y se puede observar como nos detecta las imperfecciones superficiales.
3.2. INSPECCI´ON POR PART´ICULAS MAGN´ETICAS
Si a una pieza se la somete entre sus extremos a un campo magn´etico y en su superficie se encuentra cualquier
defecto que interrumpa las l´ıneas de fuerza, en ese punto o defecto se situar´an las part´ıculas detectando el defecto.
Es aplicable ´unicamente a materiales ferromagn´eticos.
3.3. INSPECCI´ON RADIOGR´AFICA
Se verificar´a que los soldadores emplean los par´ametros de soldadura adecuados y que utilizan correctamente
los consumibles ( materiales de aporte, fundentes y gases de protecci´on), las temperaturas de precalentamiento
y las temperaturas entre pasadas.
Los Rayos x son radiaciones que se desplazan a la velocidad de la luz. Sus longitudes de onda son m´ınimas
por lo que poseen una gran penetraci´on y siempre en l´ınea recta. Los RX se producen al activar un electrodo
que emite un haz de electrones. Los Rx son emitidos continuamente por el n´ucleo de ´atomos radiactivos. Ambos
al atravesar el elemento met´alico detectan por la diferencia de penetraci´on cualquier defecto que al incidir sobre
una placa fotogr´afica queda reflejado. Se utilizan para detectar los defectos internos en las uniones soldadas que
los dos anteriores m´etodos no nos lo pueden detectar.
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5. 3.4. INSPECCI´ON POR ULTRASONIDOS
Se utiliza la propagaci´on del sonido por medio de ondas. La velocidad de propagaci´on es funci´on de la
densidad del medio por lo que una variaci´on en ella por la presencia de un defecto determina su localizaci´on.
Es un complemento a la inspecci´on radiogr´afica y tambi´en se utilizan para detectar los defectos internos en las
uniones soldadas que los dos anteriores m´etodos no nos lo pueden detectar.
3.5. Eleccion del metodo de Ensayos no Destructivos para pruebas de soldadura
Para las pruebas de las probetas de soldadura hemos elegido dos tipos de Ensayos no Destructivos y el
procedimiento para realizar estos ensayos son los siguientes:
3.5.1. INSPECCI´ON VISUAL
Introducci´on La inspecci´on visual se inicia cuando los materiales llegan a la obra, contin´ua durante todo
el proceso de soldadura y finaliza cuando el t´ecnico examina el equipo o pieza terminada, marca las zonas a
reparar y completa su informe de inspecci´on.
Desarrollo de la inspecci´on La inspecci´on visual tiene lugar antes, durante y despu´es de la soldadura.
Antes de la soldadura:
Comprobaci´on de los certificados de los materiales de base y de aportaci´on, verificando si cumplen lo
indicado en los planos y especificaciones de construcci´on.
Medici´on de los materiales para asegurarse que los di´ametros, longitudes, anchos y espesores cumplen los
requisitos aplicables.
Inspecci´on de las superficies y a lo largo de sus bordes para detectar posibles defectos a fin de detectar
incrustaciones, ´oxidos, grietas, laminaciones, cortes defectuosos o cualquier otra discontinuidad que pudiera
afectar a la soldadura posterior.
Verificaci´on de las secciones punteadas para soldadura, comprobando que las aberturas de ra´ız y dise˜no
de la uni´on cumplen las especificaciones aplicables, verificando:
1. Preparaci´on de bordes, dimensiones y acabado de la superficie.
2. Alineaciones y limpieza de las superficies, especialmente en los bordes al soldar.
3. Alineaciones y limpieza de las superficies, especialmente en los bordes al soldar.
4. Los materiales de aporte, comprobando que los electrodos, varillas, fluxes y gases cumplen con sus corres-
pondientes especificaciones de calidad.
5. Cuando se empleen electrodos de bajo contenido en hidr´ogeno, verificar´a que estos consumibles se al-
macenan y manejan siguiendo las recomendaciones de su fabricante y que son retiradas para su uso de
recipientes estancos y de estufas en las que se mantiene la temperatura correcta.
Revisi´on de las especificaciones de los procesos, procedimientos y consumibles, asegur´andose
que son perfectamente conocidos por los soldadores.
Durante la soldadura.
Se comprobar´a que los soldadores est´an previa y debidamente certificados y que se aplica correctamente
el procedimiento homologado.
Se observar´a el dep´osito de los cordones prestando una especial atenci´on a la pasada de ra´ız, m´as susceptible
de fisurarse que las de relleno, debido a que se enfr´ıa r´apidamente, para la detecci´on de posibles grietas y
para evitar que queden escorias atrapadas en ella. Se inspeccionar´a el saneado de la ra´ız para verificar si
es adecuado proseguir la soldadura.
Inspeccionar la limpieza de la uni´on, el sistema de limpieza de los cordones, la preparaci´on para soldar el
segundo lado de la uni´on, la secuencia de la soldadura y las deformaciones que se produzcan.
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6. Inspeccionar la limpieza de la uni´on, el sistema de limpieza de los cordones, la preparaci´on
para soldar el segundo lado de la uni´on, la secuencia de la soldadura y las deformaciones que se
produzcan.
Despu´es de la soldadura.
Se examinar´a la terminaci´on de la soldadura, mediante reglas, galgas y escuadras para verificar que sus
dimensiones son correctas. Se comprobar´a en las uniones en ´angulo que sus catetos, gargantas, convexidad
y /o concavidad cumplen las especificaciones aplicables.
Se limpiar´a cuidadosamente la superficie antes de las inspecciones, empleando un cepillo de cerdas de
alambre de acero r´ıgido y de bronce en la soldadura de aceros inoxidables. Se examinar´a el aspecto de las
soldaduras, su rugosidad, salpicaduras y restos de escoria en las zonas colindantes.
Se inspeccionar´a para detectar las posibles discontinuidades tales como cr´ateres en los extremos de los
cordones, grietas, falta de penetraci´on, mordeduras, solapamientos y sobreespesores, en relaci´on con los
c´odigos y reglamentos aplicables.
Marcar con claridad las zonas a repasar empleando l´apices marcadores que no se borren f´acilmente.
Inspeccionar las zonas reparadas y marcarlas adecuadamente con la decisi´on adoptada preparando un
informe escrito en el que se incluya el n´umero y la denominaci´on del trabajo, fecha, lugar y resultados de
la inspecci´on.
An´alisis de la informaci´on De las observaciones efectuadas, se puede obtener una informaci´on muy pro-
vechosa acerca del grado de calidad alcanzado. A la vista del conjunto terminado, puede detectar si se han
producido alabeamientos o deformaciones. Estudiando la superficie de la soldadura, puede conocer si el trabajo
se ejecut´o de forma correcta, ya que cuando se suelda con los par´ametros adecuados la soldadura adquiere un
contorno regular con aguas y penetraci´on uniformes.
Defectos y discontinuidades visibles: El Inspector examinar´a y estudiar´a los defectos y discontinuidades
visibles para evaluar sus caracter´ısticas en funci´on de los c´odigos o especificaciones aplicables al trabajo que
inspeccionan.
3.5.2. POR ULTRASONIDOS
Introducci´on. Fundamento del m´etodo El examen por ultrasonidos es un ensayo no destructivo que utiliza
la propagaci´on del sonido, tanto en s´olidos como en l´ıquidos, para realizar un control de cualquier material sus-
ceptible de ser atravesado por aqu´ellos. Presenta caracter´ısticas perfectamente comparables con las de cualquier
onda mec´anica.
Onda longitudinal y transversal
La onda longitudinal: Se denomina as´ı, debido a que la direcci´on de las oscilaciones se realiza longitu-
dinalmente, es decir en la direcci´on de la propagaci´on. Este tipo de ondas se propaga tanto en s´olidos, l´ıquidos
y gases. Como puede observarse, se producen compresiones a intervalos de tiempo constantes. Se definen las
tres magnitudes siguientes: Se denomina as´ı, debido a que la direcci´on de las oscilaciones se realiza longitudi-
nalmente, es decir en la direcci´on de la propagaci´on. Este tipo de ondas se propaga tanto en s´olidos, l´ıquidos y
gases. Como puede observarse, se producen compresiones a intervalos de tiempo constantes. Se definen las tres
magnitudes siguientes:
La longitud de Onda: como la distancia entre dos puntos que ejercen una misma presi´on.
La frecuencia: se define como el n´umero de oscilaciones que realiza cada part´ıcula en la unidad de tiempo.
Se mide en ciclos por segundo (c.p.s.)
La velocidad de propagaci´on: nos indica la velocidad con que se efect´ua la propagaci´on de la presi´on a
lo largo del medio y se mide en m/s. Es funci´on del medio de transmisi´on elegido y, por tanto es una
constante del material.
Las tres magnitudes anteriores est´an relacionadas mediante la expresi´on: f = c/λ
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7. La onda transversal: Se denomina as´ı, debido a que en este caso las part´ıculas no oscilan en la direcci´on
de la propagaci´on sino en ´angulo recto con respecto a ´esta, es decir, transversalmente. Las part´ıculas se mueven
sinusoidalmente arriba y abajo, por medio de fuerzas de corte. Este tipo de ondas s´olo se propagan en s´olidos,
no propag´andose en los l´ıquidos y gases. La frecuencia de la onda y su velocidad est´an definidas de igual forma
que para las ondas longitudinales. La longitud de onda viene determinada por la distancia existente entre dos
planos que tengan sus part´ıculas en un mismo estado de presi´on.
Corrientemente, las ondas sufren perturbaciones en cuerpos finitos debidas a reflexiones y refracciones en las
superficies l´ımites. Es decir, las ondas longitudinales pueden transformarse en ondas transversales y viceversa.
Propagaci´on de ondas Cuando una onda sonora incide bajo un determinado ´angulo respecto a la normal
en una superficie que limita dos medios, parte del haz es reflejado y parte es transmitido al segundo medio,
produci´endose un fen´omeno de refracci´on que consiste en que el haz transmitido experimenta un cambio en
la direcci´on de propagaci´on respecto a la direcci´on de incidencia. Si un haz de ultrasonidos incide sobre la
superficie de separaci´on de dos medios se produce, al igual que en ´optica, una reflexi´on y una refracci´on, pero
en este caso, adem´as, ocurre un fen´omeno denominado cambio de modos, que consiste en que un tipo de onda
puede convertirse en otra. La figura muestra como el rayo longitudinal XO, que incide sobre el plano l´ımite de
separaci´on de los medios 1 y 2, se refleja y se refracta dando lugar a los rayos OY y OZ longitudinales y a los
OY’ y OZ’ transversales.
En el examen de soldaduras, se procura que en el medio a examinar s´olo se propague un tipo de ondas.
Variando el ´angulo de incidencia se puede lograr que en el medio 2 la refracci´on de la onda longitudinal se
produzca ya en la superficie l´ımite, con lo cual ´unicamente tendremos una onda transversal en este medio.
Desde el punto de vista practico, el mayor ´angulo utilizado para las ondas transversales refractadas es el de 80o
.
Informaci´on previa a la inspecci´on El t´ecnico en soldadura, antes de comenzar el examen por ultrasonidos
de un cord´on, debe informarse acerca de los siguientes puntos:
Clase de material a examinar: Le puede ayudar a saber si en las zonas adyacentes al cord´on va a encontrar
estructuras de grano fino o grueso, que determinar´a la frecuencia a emplear.
Espesor de la chapa: Le va a servir para elegir el ´angulo a emplear y para conocer las distancias del salto
y medio salto entre las cuales se va a desplazar el palpador durante la ejecuci´on del examen.
Dise˜no de junta.
Procedimiento de soldadura utilizado.
Si la soldadura ha sufrido, o no, alg´un tratamiento t´ermico.
Existencia de anillos de respaldo en el cord´on de ra´ız.
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