PROCESOS DE SOLDADURA UTILIZADOS EN OLEODUCTOS
PROCESOS DE SOLDADURA
CONVENCIONALES
SMAW SM AW
FCAW
GTAW GTA W
ALTERNATIVOS
SAW
FW
Objetivos
Conocer los procesos de soldadura. Conocer la ejecución ejecuci ón de los procesos desde el punto pun to de vista académico académico.. Interpretar las especificaciones de electrodos y metales de aporte. Controlar las variables variable s del proceso. Control de defectos en las uniones unio nes soldadas.
Objetivos
Conocer los procesos de soldadura. Conocer la ejecución ejecuci ón de los procesos desde el punto pun to de vista académico académico.. Interpretar las especificaciones de electrodos y metales de aporte. Controlar las variables variable s del proceso. Control de defectos en las uniones unio nes soldadas.
PROCESO SMAW
UTILIZADO EN LA SOLDADURA DE LINEA REGULAR EN LOS LOS DOS PRIMEROS PRIMEROS PASES. UTILIZADO EN CRUCES, CRUCES, PASOS PASOS ESPECIALES ESPECIALES Y EMPALMES EMP ALMES PARA TODA LA SOLDADURA. SE UTILIZA EN LAS REPARACIONES DE SOLDADURA PROCESO PR OCESO MUY VERSATIL . LA HABILIDAD HABILIDAD DEL SOLDADOR APORTA AL PROCESO PROCESO PR OCESO DE BAJA PRODUCTIVIDAD . VELOCIDAD DE SOLDADURA BAJA ( 10 – 30 cm/min) EQUIPO SIMPLE DE MANEJAR
Descripción SMAW
Proceso que utiliza el arco eléctrico establecido entre un electrodo consumible y el metal base para formar la unión soldada Es un proceso versátil e insustituible en muchas tareas de soldadura. El control de las corrientes y polaridades permite soluciones técnicas en el proceso.
Esquema básico del proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW)
Máquinas soldadoras Carácterística externa de Intensidad constante. Trabajan con corriente alterna y continua. Varios tipos: Transformadores, Transf-Rectificador, Inversor, Motosoldadoras. En corriente continua con dos polaridades.
(DC -) Polaridad directa (Electrodo al polo negativo) (DC+) Polaridad invertida ( Electrodo al polo positivo)
Influencia de la polaridad en la penetración para electrodos.
Electrodos Varilla metálica con recubrimiento que tiene dos funciones Conductor de corriente. Cierra el circuito Es el metal de aporte fundamental. Existe de varios tipos y para varios materiales base.
Recubrimientos
Mezcla de minerales y materia orgánica, que cumple las siguientes funciones
Genera la atmósfera inerte protectora de la zona de soldadura Estabiliza el arco eléctrico Controla todos los parámetros operacioneales del elctrodo Incorpora elementos aleantes que mejoran las propiedades del cordón. Sirve de metal de aporte
Clasificación de electrodos. Norma AWS A5.1 Aceros al carbono E XX Y Z
E Designa que es un electrodo revestido XX Indica la resistencia a obtener en el cordón de soldadura utilizando tal electrodo en KPSI Y Posición de soldadura en la cual se usa el electrodo. Y = 1 Todas las posiciones Y = 2 Posición plana y horizontales Y = 3 Posición plana Y = 4 Plana. Horizontal, sobrecabeza y vertical descendente
Clasificación de electrodos AWS A5.1 Tabla
Variables del proceso SMAW
Material base. Espesor, Propiedades, posición,etc Tipo de electrodo. Diámetro Amperaje, tipo de corriente Voltaje Velocidad de soldadura
Figura No. 3.2 Efectos del amperaje, longitud del arco y la velocidad de recorrido al soldar, (A) amperaje, longitud de arco y velocidad de recorrido correctos; (B) amperaje demasiado bajo; (C) amperaje demasiado alto; (D) arco demasiado corto; (E) arco demasiado largo; (F) velocidad de recorrido demasiado lenta; (G) velocidad de recorrido excesiva.
Potencia efectiva o Heat Input. Aporte de calor efectivo para la soldadura V * I HI = ⁿ -------
v
SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO CON ALIMENTACIÓN CONTINUA DE ELECTRODO TUBULAR (FCAW
).
FUNDAMENTO TEÓRICO La soldadura por arco con núcleo de fundente (Flux Cored Arc Welding, FCAW) Aprovecha el arco entre un electrodo continuo (metal de aporte) y el charco de soldadura. Este proceso utiliza la protección de un fundente contenido dentro del electrodo tubular. Produce un manto de escoria abundante sobre la superficie de la franja de soldadura.
Versiones de FCAW
Procesos semiautomático y automático Trabaja con o sin un escudo adicional de gas de protección externa. Sin protección adicional. Innert shield Gas activo (CO2), para producir mayor penetración en la soldadura. Outer shield
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Los beneficios de FCAW se obtienen al combinarse tres características generales: (1) La productividad de La soldadura de alambre continuo. (2) Las cualidades metalúrgicas que pueden derivarse de un fundente. (3) Una escoria que sustenta y moldea La franja de soldadura. El proceso FCAW combina características de la soldadura por arco de metal protegido (SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco sumergido (SAW).
EQUIPO
FUENTE DE PODER FUENTE DE ALIMENTACIÓN CARRETE DE ALAMBRE ALAMBRE CONTINUO TUBULAR PISTOLA O TORCHA CABLES CILINDRO DE GAS DE PROTECCIÓN (OUTERSHIELD)
FUENTE DE PODER
Las fuentes de poder son de “ VOLTAJE CONSTANTE” por lo tanto la longitud del arco se mantiene automáticamente estable.
TIPO DE CORRIENTE En este proceso existe electrodos que trabajan con :
Polaridad Inversa , CCEP, DC+
Polaridad directa , CCEN , DC-
VARIANTES DEL PROCESO FCAW Tiene dos variaciones principales que difieren en su método de protección del arco y del charco de soldadura
FCAW CON AUTOPROTECCIÓN INNERSHIELD
FCAW CON ESCUDO DE GAS “OUTERSHIELD”
FCAW CON AUTOPROTECCIÓN
Protege el metal fundido mediante la descomposición y vaporización del núcleo de fundente en el calor del arco.
FCAW CON ESCUDO DE GAS
Utiliza un flujo de gas protector además de la acción del núcleo de fundente.
•
En ambos métodos, el material del núcleo del electrodo proporciona una cubierta de escoria sustancial que protege el metal de soldadura durante su solidificación.
ELECTRODOS
El electrodo consiste en una funda de acero de bajo carbono o de baja aleación. El núcleo se encuentra conformado por materiales fundentes y de aleación. La composición del núcleo de fundente va de acuerdo con la clasificación del electrodo y con el fabricante.
CLASIFICACIÓN
Dentro de la soldadura de aceros al carbono se contemplan dos posibilidades:
Los electrodos utilizados para aceros dulces los cuales se clasifican según la norma ANSI/AWS A5.20
Y los electrodos utilizados para aceros de baja aleación. según la norma ANSI/AWS A5.29
Especificación según la ANSI/AWS A5.20 para electrodo tubular.
TIPOS EXXT-1. Los electrodos del grupo T-l están diseñados para usarse con CO2, como gas protector y con corriente CCEP. Los electrodos T-l se caracterizan por tener transferencia por aspersión, bajas pérdidas por salpicaduras, configuración de franja plana o ligeramente convexa y volumen de escoria moderado que cubre por completo la franja de soldadura.
EXXT-2. Los electrodos de esta clasificación se usan con CCEP. Son en esencia electrodos T-l con mayor contenido de manganeso o de silicio, o de ambos, y se diseñan primordialmente para soldaduras de una pasada en la posición plana y para filetes horizontales. Las características del arco y las tasas de deposición son similares a las de los electrodos T-l. EXXT-3. Los electrodos de esta clasificación proveen autoprotección, se usan con CCEP y tienen transferencia por aspersión. El sistema de escoria este diseñado para producir condiciones en las que es posible soldar a muy alta velocidad. No se recomiendan para soldar materiales más gruesos, ni para soldaduras de múltiples pasadas.
EXXT-4. Los electrodos de la clasificación T-4 proveen autoprotección, trabajan con CCEP y tienen transferencia globular. Estos electrodos están diseñados para penetración somera, adaptables a uniones con embonamiento deficiente y soldadura de una o varias pasadas en las posiciones plana y horizontal. EXXT5. Los electrodos del grupo T-5 están diseñados para usarse con escudo de CO2 se utilizan para soldar con una o varias pasadas en la posición plana o en filetes horizontales. Estos electrodos se caracterizan por una transferencia globular, configuraciones de franja ligeramente convexas y una escoria delgada que tal vez no cubra por completo la franja de soldadura.
EXXT6. Los electrodos de la clasificación T-6 proveen autoprotección, trabajan con CCEP y tienen transferencia por aspersión. Estos electrodos sirven para soldar con una o varias pasadas en las posiciones plana y horizontal. EXXT-7. Los electrodos de la clasificación T-7 proveen autoprotección y trabajan con CCEN.El sistema de escoria también está diseñado para desulfurizar casi por completo el metal de soldadura, lo que aumenta su resistencia al agrietamiento. Los electrodos sirven para soldar con una o varias pasadas.
EXXT-8. Los electrodos de la clasificación T-8 proveen autoprotección y trabajan con CCEN. El sistema de escoria tiene características que permite soldar en todas las posiciones con estos electrodos; además, confiere al metal de soldadura buenas propiedades de impacto a bajas temperaturas y lo desulfuriza hasta un nivel bajo EXXT-10. Los electrodos de la clasificación T-l0 proveen autoprotección y trabajan con CCEN. Los electrodos sirven para hacer soldaduras de una sola pasada en materiales de cualquier espesor en las posiciones plana, horizontal y cuesta abajo (hasta 20°). EXXT-ll. Los electrodos de la clasificación T-ll proveen autoprotección y trabajan con CCEN, y producen un arco uniforme tipo rocío. Se trata de electrodos de propósito general para soldar con una o varias pasadas en todas las posiciones.
Especificación según la ANSI/AWS A5.29 para de acero de baja aleación
ELECTRODO TUBULAR E71T8-K6 Posee un óptimo rendimiento en posición vertical en caliente, para pases de relleno y presentación. Utilizado para tuberías de oleoducto , cruces de campos, oleoductos árticos. Excelente resistencia al fisuramiento, y altas propiedades en el ensayo Charpy. Recomendado para tuberías desde grado API X42 a X70. Utiliza polaridad directa CCEN DC-
EXXT1-X. Los electrodos del grupo Tl-X están diseñados para usarse con escudo de CO2,se caracterizan por tener transferencia por aspersión, bajas pérdidas por salpicaduras, configuraciones de franja planas o ligeramente convexas y un volumen moderado de escoria que cubre por completo la franja de soldadura. E XXT4-X. Los electrodos de la clasificación T4-X proveen autoprotección, trabajan con CCEP y tienen transferencia globular. El sistema de escoria está diseñado para crear condiciones de tasa de deposición alta y para desulfurizar el metal de soldadura y para soldar con una o varias pasadas en las posiciones plana u horizontal.
EXXT5-X. Los electrodos del grupo T5-X están diseñados para usarse con CCEP y escudo de CO2. Ciertos electrodos T5-X están diseñados para soldar fuera de posición con CCEN y mezclas de argón CO2. Estos electrodos se caracterizan por una transferencia globular, configuración de franja ligeramente convexa y capa de escoria delgada, que tal vez no cubra por completo la franja. EXXT8-X. Los electrodos de la clasificación T8-X proveen autoprotección y trabajan con CCEN. El sistema de escoria tiene características que permiten usar estos electrodos en todas las posiciones. Los electrodos se usan para soldar con una o varias pasadas.
EL FUNDENTE Si se seleccionan los componentes de núcleo correctos (en combinación con la composición de la funda), es posible lograr lo siguiente:
Producir características de soldadura que van desde altas tasas de deposito en posición plana, hasta fusión y forma de franja de soldadura apropiadas en la posición vertical o cenital. Variar el contenido de elementos de aleación del metal de soldadura, desde acero dulce con ciertos electrodos hasta acero inoxidable de alta aleación con otros.
FUNCIONES PRIMARIAS DEL FUNDENTE:
Conferir al metal de soldadura ciertas propiedades mecánicas, metalúrgicas y de resistencia a la corrosión Mediante la atmósfera protectora protege el metal fundido del oxígeno y el nitrógeno del aire. Limpieza y desoxidación al extraer impurezas del metal fundido
Produce escoria protectora que protege el metal del aire durante la solidificación Estabiliza el arco brindando un camino eléctrico uniforme reduciendo las salpicaduras y facilitando el depósito de franjas lisas, uniformes y del tamaño correcto.
VARIABLES DE SOLDADURA
Las variables de soldadura son los factores que se pueden ajustar para controlar la calidad de una soldadura. Existen tres grupos de variables que son:
Variables Preseleccionadas Variables Primarias Variables Secundarias
Variables Preseleccionadas: Son aquellas que se fijan antes de empezar el trabajo de soldadura. Estas son:
Diámetro del alambre electrodo Composición química del alambre electrodo Tipo de protección.
Variables Primarias: Son aquellas que controlan el proceso luego de que se han establecido las variables preseleccionadas.
Controlan la forma del cordón, la estabilidad del arco, el régimen de soldadura y la cantidad de soldadura aportada. Estas variables son:
Corriente de soldadura Voltaje de arco Velocidad de soldadura o de avance
Variables Secundarias:
Pueden ser modificadas de manera continua Son a veces difíciles de medir con precisión No afectan directamente al cordón, si no que afectan a las variables primarias las mismas que a su vez a la soldadura.
Estas son: Velocidad de alimentación del alambre Distancia libre del electrodo (stick out) Ángulo de boquilla Distancia entre la tobera del gas y la pieza.
Efecto de la velocidad de alimentación con respecto al Amperaje
EFECTO DE LA CONSTITUCIÓN DEL ELECTRODO EN LA TAZA DE APORTACIÓN.
Con el proceso de soldadura "Innershield" se puede usar altas intensidades de corriente y pequeños diámetros de electrodo tubular Es capaz de producir una alta taza de aportación; por lo tanto, son posibles mayores velocidades de soldadura
TRANSFERENCIA DEL METAL DE APORTE AL MATERIAL BASE TRANSFERENCIA GLOBULAR.
Se forma una gota de metal fundido cuyo diámetro es 2 y 3 veces el diámetro del alambre electrodo. Al desprenderse esta gota, adquiere una forma irregular y un movimiento rotativo
Aplicaciones
Se emplea para soldar aceros al carbono, aceros de baja aleación, aceros inoxidables y hierros colados. Sirve para soldar uniones traslapadas en láminas y placas, Para revestimiento y recubrimiento de superficies duras.
FCAW tiene amplia aplicación en trabajos de fabricación, mantenimiento en planta, y construcción en el campo.
Se usa para soldar ensambles que se ajustan a los códigos:
De calderas y recipientes de presión de la ASME, A las reglas del American Bureau of Shipping La ANSI/AWS Dl.l. Código de soldadura estructural de acero. Y la API 1104. Soldadura de Oleoductos.
Ventajas del Proceso FCAW
Comparado con electrodo revestido, se tiene un porcentaje de aportación de 4 veces mayor. Soldaduras de mejor calidad, excelente apariencia, cordones uniformes y suaves Este proceso es más flexible y adaptable que el proceso de arco sumergido (SAW). Se puede soldar una gran variedad de aceros y de diferentes espesores.
Bajo condiciones normales no rmales se elimina el problema de absorción absorció n de humedad y de almacenamiento lo cual que ocurre con electrodos de bajo contenido de Hidrógeno (AWS. (AWS. E- 7018). Provee de un rápido llenado lle nado de juntas junt as de soldaduras de gran espesor Requeridos Requerid os a menudo cuando se hacen reparaciones. reparacione s.
Tiene un alto factor fa ctor de operación y maniobrabilidad, además los cordones depositados poseen buen mecanizado. Produce una alta velocida velocidad d de soldadura soldadu ra con respecto al SMAW, puede llegar a ser hasta 5 veces mayor. Es económico en los diseños diseño s de junta ya que no se necesita prepararlas hasta espesores de 3/8" (9mm.); de esta manera se puede ahorrar entre el 33% y el 50% 50 % en este trabajo.
Fácil de usar, usar, necesita necesit a menor limpieza limpie za inicial que en el caso cas o del GMAW, además produce menor distorsión que el SAW. Es un proceso ampliamente difundido, especialmente para aceros de espesores medios (4 < e < 10 mm ), donde el GMAW, no es recomendable usarse y el SAW no es conveniente usa usarr. Este proceso es usado también para mantenimiento mantenimie nto (recuperación de superficies), superf icies), se puede soldar aceros al carbono y de alta resistencia (HSLA), (HSL A), aceros de medio carbono, y aún aceros inoxidables.
Limitaciones del Proceso FCAW
El proceso FCAW actual está limitado a la soldadura de metales ferrosos y aleaciones con base de níquel. El proceso produce una cubierta de escoria que es preciso eliminar. El alambre de electrodo para FCAW cuesta más por unidad de peso que el alambre de electrodo sólido, excepto en el caso de algunos aceros de alta aleación. El equipo es más costoso y complejo que el que se requiere para SMAW; no obstante, el aumento en la productividad casi siempre compensa esto.
El alimentador de alambre y la fuente de potencia deben estar relativamente cerca del punto de soldadura. El equipo es mas complejo que el de SMAW, por lo que requiere mayor mantenimiento. Se genera mayor cantidad de humos y vapores (en comparación con GMAW o SAW).
PROCESO GTAW (TIG)
PROCESO POR ARCO ELECTRICO QUE UTILIZA UN ELECTRODO NO CONSUMIBLE Y PROTECCION GASEOSA INERTE. ALTA CALIDAD DE SOLDADURA. PROCESO DE BAJA PRODUCTIVIDAD. VELOCIDAD DE SOLDADURA MENOR QUE LA DE SMAW. ALTO COSTO. REQUIERE ALTO ENTRENAMIENTO DE SOLDADORES.
APLICACIONES DE GTAW /TIG
EN LA INDUSTRIA PETROLERA PARA SOLDADURA DE TUBERIA DE OLEODUCTOS EN EL PASE DE RAIZ Y EN CALIENTE. DOS PRIMEROS PASES. SOLDADURA DE ESTACIONES EN TUBERIA DE DIAMETRO PEQUEÑO. REFINERIAS. AREA CATALITICA. ACERO INOXIDABLE.
