Formación de Insp Inspectores ectores de d e Tubería Tubería de Proc Proceso eso
Curso para Inspectores de Tubería de
Materiales y sus propiedades
Proceso Códigos y Especificaciones Soldadura ASME B 31.3 API 570 Y A574 Isométricos Introducción a los END
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Capitulo 3 Soldadura
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Capitulo 3 Soldadura
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Capítulo 3
Soldadura
1. Solda oldabi bililida dad d de los los Ace Acer os Carbono rbo no equivale qui valente nte Carbono = %C + %Mn + %Ni + %Cr + %Cu + %Mo Equivalente 6 15 5 13 4
Esta fórmula es utilizada para aceros al carbono con contenidos máximos de 0.5%C, 1.5% Mn, 3.5% Ni, 1% Cu y 0.5% Mo.
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Capítulo 3
Soldadura
1. Soldabilidad de los Aceros
El contenido de carbono equivalente se calcula con el fin de predecir con aproximación el rango de temperaturas de precalentamiento necesarias para lograr los mejores resultados. Carbono Equivalente
0.45% Máximo
Temperaturas de precalentamiento sugeridas Opcional
0.45 – 0.60%
35º a 95 ºC
0.60% Mínimo
95º a 190 ºC
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Capítulo 3
Soldadura
2. Tipos de Juntas
UNION A TOPE UNION EN ESQUINA
UNION EN "T"
UNION EN TRASLAPE
UNION DE CANTO
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Capítulo 3
Soldadura
2. Tipos de Soldaduras Convexidad Garganta actual
Garganta efectiva
Pierna y tamaño
Pierna
Garganta teorica
Convexa
Tamaño
Concavidad Garganta actual y Garganta efectiva
Pierna Tamaño
Soldadura de Filete Garganta teorica
Concava
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Capítulo 3
Soldadura
2. Tipos de Soldaduras 1
1.2.3.4.5.6.7.-
2 4
6 5
3 7
11
8
10 12
13
ANGULO DE PREPARACION ANGULO DE BISEL CARA DE PREPARACION ESPESOR DE LA PIEZA ABERTURA DE RAIZ ALTURA O PROFUNDIDAD DE RAIZ CARA DE LA SOLDADURA
Soldadura de Ranura
9 8.- REFUERZO DE LA. CARA 9.- REFUERZO DE RAIZ . 10.- INTERFACE DE LA SOLDADURA . 11.- PIE DE LA SOLDADURA 12.-PROFUNDIDAD DE FUSION 13.- CARA DE RAIZ
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Capítulo 3
Soldadura
3. Proce rocesos sos de Solda oldadur dura a Soldadura old adura por Arco A rco con Metal Re Recubierto cub ierto Shielde hielded d Metal tal Arc Welding (SMAW) AW)
El núcleo del electrodo cubierto consiste en una varilla de metal sólida de acero, o bien una una varilla fabricada fabricada encerrand encerrando o metal en polvo en una funda funda metálica. La varilla del núcleo conduce la corriente eléctrica al arco y suministra metal de aporte a la unión.
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Capítulo 3 3. Proce rocesos sos de Solda oldadura dura - SMAW
Soldadura
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Capítulo 3
Soldadura
3. Proce rocesos sos de Solda oldadura dura - SMAW
Prot rotecci eccióón del electrodo
Electrodo de Alambre
Arco Metal fundido Escoria
Gas de prote proteccion ccion del Recubrimiento del electrodo Gotas de metal y escoria
Metal Solidificado
Metal base
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - SMAW
Soldadura
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SMAW Electrodos Recubiertos
El recubrimiento desempeña una o más de las siguientes funciones: 1
Provee un gas para proteger el arco.
2
Suministra limpiadores, desoxidantes y agentes fundentes
3
Establece las características eléctricas del electrodo
4
Proporciona una capa de escoria que protege la soldadura caliente del aire
5
Constituye un medio para añadir elementos de aleación que modifiquen las propiedades mecánicas
6
En todos los casos, la cobertura contiene la mayor parte de los materiales de protección, limpieza y desoxidación.
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SMAW Tabla No. 1
Especificaciones de la AWS para electrodos recubiertos Tipo de electrodo Especificaciones de la AWS
Acero al carbono
A 5.1
Acero de baja aleacion
A 5.5
Acero resistente a la corrosion
A 5.4
Hierro colado
A 5.15
Aluminio y aleaciones de aluminio
A 5.3
Cobre y aleaciones de cobre
A 5.6
Níquel y aleaciones de niquel
A 5.11
Recubrimientos
A 5.13 y A 5.21
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SMAW Designaciones para clasificaciones mandatorias
Electrodo Resistencia a la tensión en libras por pulgada al cuadrado. Posición de soldadura, tipo de recubrimiento, Tipo de corriente. E XX YY
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SMAW Principales Defectos
1) Poros 2) Escoria 3) Falta de Fusión 4) Falta de Penetración 5) Grietas 6) Grietas de Estrella
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GMAW Soldadura por Arco con Metal con protección de gas Gas Gas Metal Arc Welding (GMAW)
El proceso de soldadura GMAW emplea un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura. El proceso se realiza bajo un escudo de gas suministrado externamente.
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GMAW
El
proceso
GMAW
se
basa
en
la
alimentación automática de un electrodo continuo
consumible
que
se
protege
mediante un gas de procedencia externa. Los únicos controles manuales que el soldador
requiere
semiautomática
para
la
operación
son los de velocidad y
dirección del desplazamiento, así como también el posicionamiento de la pistola.
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GMAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GMAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GMAW
Soldadura
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3. Procesos de Soldadura - GMAW
Modos de transferencia de metal: (a) Spray, (b) Globular y (c) corto circuito
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GMAW
Factores para determinar la transferencia
1.
Magnitud y tipo de la corriente de soldadura.
2.
Diámetro del electrodo
3.
Composición del electrodo
4.
Extensión del electrodo
5.
Gas protector
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GMAW CLASIFICACION DE ELECTRODOS PROCESO GMAW
Electrodo ó barra Resistencia a la tensión en libras por pulgada al cuadrado. Alambre solido (S), ó compuesto (C)
ER
XX
S
Alambre solido
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GMAW Principales Defectos
1) Poros 2) Falta de Fusión 3) Falta de Penetración 4) Grietas
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GTAW Soldadura por Arco con Tungsteno y protección de Gas Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)
El proceso de soldadura TIG es el proceso de soldadura por arco con gas de protección el cual utiliza la intensidad de calor generada por el arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno y el metal base que será soldado, por tal motivo el electrodo de tungsteno no es consumible y en este proceso como a diferencia de otros el aporte se provee separadamente.
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GTAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GTAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GTAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GTAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - GTAW
Soldadura
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GTAW TIPOS DE GASES DE PROTECCIÓN
Los gases de protección normalmente utilizados con el proceso TIG son inertes. La palabra “inerte” significa que el gas no se puede combinar químicamente con otros elementos para formar compuestos, Argón, helio o una mezcla de este tipo de gases son de los más comunes. El argón es el más popular y el menos caro. El argón y el helio o la mezcla de estos dos, son los mas comunes de gas inerte empleados como escudos de protección. ARGON
El argón grado soldadura se refina hasta una pureza mínima del 99.95%.
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GTAW
HELIO
El helio de grado soldadura se refina hasta una pureza de por lo menos el 99.99%. Con valores fijos de corriente de soldadura y longitud de arco, el helio transfiere mas calor al trabajo que el argón. El mayor poder de calefacción del arco de helio puede ser ventajoso al soldar metales con alta conductividad térmica y en aplicaciones de alta velocidad.
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GTAW TIPO DE ELECTRODO DE TUNGSTENO
CÓDIGO DE COLOR
CLASIFICACIÓN AWS
TIPO DE CORRIENTE
Puro
Verde
EWP
AC
Zirconio
Café
EW Zr
AC
1% Torio
Amarillo
EW Th-1
DCEN
2% Torio
Rojo
EW Th-2
DCEN
El punto de fusión del tungsteno es 3410ºC.
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - GTAW Principales Defectos
1) Poros 2) Falta de Fusión 3) Falta de Penetración 4) Grietas 5) Inclusiones de Tungsteno
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - FCAW Soldadura por Arco con Electrodo de Fundente Flux Cored Arc Welding (FCAW)
La soldadura por arco con núcleo de fúndente Flux Cored Arc Welding (FCAW) es un proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de metal de aporte y el charco de soldadura, con o sin un escudo adicional de gas de procedencia externa, y sin aplicación de presión. Durante la soldadura, se produce un manto de escoria abundante sobre la superficie de la franja de soldadura. El aspecto que distingue al proceso FCAW de otros procesos de soldadura por arco es la inclusión de ingredientes fundentes dentro de un electrodo de alimentación continua.
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - FCAW
Soldadura
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Soldadura
3. Procesos de Soldadura - FCAW El proceso FCAW combina características de soldadura por arco de metal protegido (SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco sumergido (SAW).
El gas protector (por lo regular dióxido de carbono o una mezcla de argón y dióxido de carbono o una mezcla de Argón y nitrógeno del aire al formar una envoltura alrededor del arco y sobre el charco de soldadura.
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - FCAW
Soldadura
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - FCAW
Soldadura
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Capítulo 3
Soldadura
3. Procesos de Soldadura - FCAW DESIGNA UN ELECTRODO
E
X
X
T -X
INDICA LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN MÍNIMA DEL METAL DE SOLDADURA DEPOSITADO EN UNA PRUEBA DE SOLDADURA REALIZADA CON EL ELECTRODO EN CONDICIONES ESPECÍFICAS. INDICA LA POSICIÓN DE SOLDADURA PRIMARIA PARA QUE SE DISEÑO EL ELECTRODO 0 – POSICIONES PLANA Y HORIZONTAL 1 – TODAS LAS POSICIONES INDICA LAS CAPACIDADES DE USO Y RENDIMIENTO
INDICA UN ELECTRODO CON NÚCLEO DE FUNDENTE
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Capítulo 3
Soldadura
3. Procesos de Soldadura - FCAW Tabla No. 5 Requerimientos de Protección y Polaridad para Electrodos de FCAW de Acero Medio Protector Externo EXXT-1 (múltiples pasadas) CO2 EXXT-2 (pasada única) CO2 EXXT-3 (pasada única) Ninguno EXTT-4 (múltiples pasadas) Ninguno EXTT-5 (múltiples pasadas) CO2 EXTT-6 (múltiples pasadas) Ninguno EXTT-7 (múltiples pasadas) Ninguno EXTT-8 (múltiples pasadas) Ninguno EXXT-10 (pasada única) Ninguno EXTT-11 (múltiples pasadas) Ninguno EXTT-G (múltiples pasadas) * EXXT-GS (pasada única) * * Segun lo concebido entre el proveedor y el usuario Clasificación de la AWS
Corriente y Polaridad cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo cc, electrodo positivo * *
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Capítulo 3
Soldadura
3. Procesos de Soldadura - FCAW Principales Defectos
1) Poros 2) Escoria 3) Falta de Fusión 4) Falta de Penetración 5) Grietas
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Capítulo 3
Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SAW Soldadura por Arco Sumergido Submerged Arc Welding (SAW)
En la soldadura por arco sumergido, el arco está cubierto por fúndente, el cual desempeña un papel preponderante porque ( 1) la estabilidad del arco depende
del fúndente, (2) las propiedades mecánicas y
químicas del depósito de soldadura final se pueden controlar con el
fúndente y (3) la calidad de la soldadura puede ser afectada por la forma como se maneje el fúndente.
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Capítulo 3 3. Procesos de Soldadura - SAW
Soldadura
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Capítulo 3
Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SAW Electrodos y Fundentes de Acero al Carbono
La especificación AWS A 5.17 describe los requisitos que deben cumplir los electrodos y fundentes para soldadura por arco sumergido de aceros al carbono.
Los electrodos sólidos
se clasifican
según la química del
depósito. Los fundentes se clasifican con base en las propiedades del metal de soldadura específicos.
que se obtienen
cuando se usan con electrodos
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Indica Fundente Indica la resistencia mínima a la tensión (en incrementos de 10 000 psi 69 Mpa) del metal de soldadura depositado de acuerdo con las condiciones de soldadura dadas y empleando el fúndente que se clasifica y un electrodo con la clasificación específica que se indica. Designa las condiciones de tratamiento térmico en que se efectuaron las pruebas. “A” indica recién soldado, y “P”, tratado térmicamente después de la soldadura. El tiempo y la temperatura del tratamiento térmico post soldadura son los que se especifican. Indica la temperatura mínima (en ºF) a la que la resistencia al impacto del metal de soldadura arriba mencionado es de 27 J (20 pies-lb) o más.
F X X X –E X X X
E indica un electrodo sólido; EC indica un electrodo compuesto Clasificación del electrodo empleado para reducir la soldadura a la que se refiere lo anterior
EJEMPLOS F7A6-EM12K es una designación completa. Se refiere a un fúndente que produce metal de soldadura que, en la condición recién soldada, tiene una resistencia a la tensión de por lo menos 70 000 psi (480 Mpa) y resistencia al impacto. Charpy de muesca en “V” de por lo menos 27 J (20 ft-lb) a –51 o C (-60oF) cuando se produce con un electrodo EM12K en las condiciones que prescribe esta especificación. F7A4-EC1 es una designación completa para un fúndente cuando también cuando también se indica la marca del electrodo empleado para la clasificación. Se refiere a un fúndente que con dicho electrodo produce metal de soldadura que, en la condición recién soldada, tiene una resistencia a la tensión de por lo menos 70 000 psi (480 Mpa) y energía Charpy de muesca en “V” de por lo menos 27 J (20 pies –lb) a –40 oC (-40oF), cuando se produce en las condiciones que prescribe esta especificación.
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Capítulo 3
Soldadura
3. Procesos de Soldadura - SAW Principales Defectos
1) Poros 2) Escoria 3) Falta de Fusión 4) Falta de Penetración 5) Grietas
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso DISCONTINUIDADES INHERENTES AL PROCESO Porosidad La principal causa de porosidad son la suciedad, el óxido y la humedad en la superficie del metal base, en los electrodos o gases y en el equipo de soldadura (Sistema de enfriamiento y rodillos conductores de alambre). Ver. Figura No. 3
La porosidad puede distribuirse en una soldadura de la siguiente forma: 1)
Porosidad dispersa
2)
Porosidad agrupada
3)
Porosidad alineada POROSIDAD DISPERSA
POROSIDAD ALARGADA
POROSIDAD ALINEADA
Figura No. 3 Porosidades en Soldadura
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Inclusiones de Escoria
Este término es utilizado para describir los óxidos y otros sólidos no metálicos que son atrapados dentro de la soldadura o entre la soldadura y el metal base. Ver Figura No. 4 La mayoría de las inclusiones de escoria pueden ser prevenidas preparando adecuadamente la ranura antes de depositar cada cama de soldadura, corrigiendo los contornos que son difíciles de penetrar con el arco.
Figura No. 4 Inclusiones de escoria Inclusiones de Tungsteno
En el proceso GTAW (TIG) se utiliza un electrodo no consumible de tungsteno para crear el arco entre este y la pieza metálica a soldar. El contacto ocasional de electrodo de tungsteno con el metal fundido puede transferir partículas del electrodo al metal fundido, figura No. 5
Figura No. 5 Inclusión de escoria
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Fusión Incompleta
Esta falta de fusión entre capas adyacentes de soldadura o entre metal base y soldadura. Ver Figura No. 6 La fusión incompleta puede ser causada por problemas al aumentar la temperatura del metal base, (o soldadura previamente depositada), para llegar al punto de fusión.
Fusion incompleta
Fusion incompleta en la cara de la ranura
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Fusion incompleta entre camas de soldadura
Fusion incompleta entre la soldadura y el metal base
Figura No. 6 Falta de Fusion o Fusion Incompleta
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Penetración incompleta
Es la falta de llenado de la raíz de una ranura. Ver Figura No. 7 Este defecto es indeseable principalmente en soldaduras sujetas a esfuerzos de tensión o de doblez. El área no fundida actúa como un concentrador de esfuerzos que puede ocasionar una falla. La causa más frecuente de este tipo de discontinuidades es el diseño inadecuado de ranuras en el cual no es adecuado al proceso de soldadura o a las condiciones de construcción.
Penetración incompleta con inserto consumible
Penetración incompleta en la junta
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Penetración incompleta en la junta o Penetración parcial
Figura No. 7 Penetración incompleta
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Socavado
Es una discontinuidad superficial la cual se localiza directamente en el metal base adyacente a la soldadura. Ver Figura No. 8
SOCAVADO
Figura No. 8 Socavado Debido a que esta discontinuidad es superficial es particularmente peligrosa en aquellas estructuras que se encuentren cargadas bajo esfuerzos cíclicos.
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Falta de llenado
La falta de llenado es la condicion en el cual la cara de la soldadura o la superficie de la raíz de la ranura se extiende por debajo de la superficie adyacente del metal base. Es resultado de la falla del soldador de completar el llenado de la junta. Ejemplo de esto se muestra en la figura No. 9
Falta de llenado usando FCAW en acero
Figura No. 9 Falta de llenado
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Traslape
El traslape es una protusion de la no fusión de la soldadura y el metal base mas alla del pie de soldadura y la raíz de la soldadura. El traslape es una discontinuidad superifcial, 2 causas comunes del traslape es la insuficiente velocidad de avance y la preparacion inpropia del metal base. Ver figura No. 10
Traslape
Figura No. 10 Traslape
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso Grietas
Esta discontinuidad es considerada generalmente como la más crítica, debido que son caracterizadas como lineales y de extremos afiliados, lo cual facilita su propagación si se aplica un esfuerzo adicional. Las grietas se inician cuando la carga o el esfuerzo aplicado a un componente, excede su esfuerzo de resistencia a la tensión, esto es, cuando existe una condición de sobrecarga. Un factor que ayuda en la generación y propagación de grietas es la presencia de concentradores de esfuerzos tales como: socavados, faltas de penetración, fusión incompleta, debido a esto, es común ver grietas asociadas con este tipo de discontinuidades. En las Figuras. Nos. 11 se ilustran algunas de estas indicaciones.
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso
LEYENDAS 2.- Grietas de cara 3.- Grietas en la Z.A.C. 5.- Gretas longitudinales 6.- Grietas en la raíz 7.- Grietas en la superficie de la raíz
LEYENDAS 9.- Grietas en el pie 10.- Grietas transversales 11.- Grietas internas 12.- Grietas en la intreface de la soldadura 13.- Grietas en el metal de soldadura
Figuras No. 11 Defectos
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso
LEYENDAS
1.- Grietas crater 2.- Grietas de cara 4.- Laminaciones 5.- Gretas longitudinales 6.- Grietas en la raíz 13.- Grietas en el metal de soldadura
Figuras No. 11 Defectos
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso
Grieta longitudinal
Grieta longitudinal
Grieta transversal
Grieta transversal
Grietas longitudinales y porosidad alineada
Figuras No. 11 Grietas
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso
GRIETA TRANSVERSAL
GRIETA EN LA GARGANTA
Figuras No. 11 Grietas
Formación de Inspectores de Tubería de Proceso
GRIETA DE CRATER
GRIETA LONGITUDINAL PROPAGANDOSE EN GRIETAS DE CRATER
Figuras No. 11 Grietas
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GRIETA DE PIE
GRIETAS EN EL PIE DE LA SOLDADURA Figuras No. 11 Grietas
