ESPOCH FACULTAD DE MECANICA Escuela de Ingen Ingeniería iería Automotriz Automo triz SOLDADURAS ESPECIALES
NORMA API 1104 Integrantes: GRUPOS: Vargas Sebastián, Merchán Alex, Tisalema Julio, Sagbay Luis, Flores Franklin.
Semestre: 10mo A Periodo Académico: Septiembre 2013 – 2013 – Enero Enero 2014
Fecha: 09-12-2013
Docente: Ing. Cevallos Edgar Riobamba- Ecuador
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SOLDADURAS DE TUBERÍAS Y FACILIDADES RELACIONADAS Objetivos: Estudiar el alcance y utilización de la Norma API 1104 con los conocimientos adquiridos adquiridos por nuestro nuestro tutor. Interpretar los apartados que componen la misma, con el fin de obtener los conocimientos necesarios sobre actividades de Inspección, Ensayos y Control en base a los los requeri requerimientos mientos de la la norma. orma. Conocer Conoce r los los cri c riterios terios de aceptación acep tación de esta norma. norma.
INTRODUCCIÓN Dentro de la industria en general, actualmente es de suma importancia la aplicación de soldaduras en tuberías metálicas, porque su utilización es muy amplia, sobre todo en las empresas que se dedican a transportar y/o conducir fluidos como petróleo y sus derivados derivados,, gases gases combusti combustib b les, otros. El propósito de esta Norma es presentar métodos para la producción de soldaduras de alta calidad, a través del empleo de soldadores calificados que utilicen procedimiento de soldadura, materiales y equipos aprobados. Este propósito también incluye presentar métodos de inspección para asegurar el análisis correcto de la calidad de soldadura mediante el uso de técnicos calificados y métodos y equipos aprobados. Se aplica tanto a nuevas nuevas construcciones construcciones como a soldadura en servicio. servicio. La norma API 1104, nos presenta de algunos capítulos, entre los cuales destacamos los temas tales como la calificación de los procesos de soldadura, la calificación de los soldadores, el diseño y preparación de las juntas para soldadura y la inspección de y ensayos de soldaduras.
REQUISITO Todos los trabajos realizados de acuerdo a la norma API 1104 deben cumplir o exceder los requerim req uerimien ientos tos establecidos esta blecidos en la misma, misma, ya ya que establece esta blece requerim req uerimientos ientos de mínima calidad de construccio construccio nes soldadas.
ESPECIFICACIONES Equipamiento : El equipamiento para soldadura por gas o arco deberá ser del tamaño apropiado y esta en condiciones adecuadas. Para soldadura por arco los rangos de amperaje y voltaje deberán ser los utilizados en la calificación del procedimiento. Para soldadura por gas, el tipo de gas, características de la llama y tobera deberán ser los utilizados en la califi calificac cac ión ió n del procedim proce dimiie nto. 2
Materiales : Tuberías Tuberías y accesorios acce sorios (Metales base): base ): API 1104 se aplica aplica a los sigui siguiee ntes materiales: ateriales : Tuberías Tuberías de acuerdo acuerdo a API 5L. Especificac Especificac iones ASTM aplicables. aplicables. Se puede utilizar además en materiales con propiedades mecánicas y composición química que cumplan con algunas de las normas indicadas aunque no hayan sido fabricado fabricadoss de acuerdo a las mi mismas
Metales de aporte: Deberán ser s er de acuerdo a las sigui siguiee ntes normas: normas: AWS AWS AWS AWS
5.1 5.2 5.5 5.17
AWS 5.18 AWS 5. 20 AWS 5.28 AWS 5.29
CALIFICACION CALIFICACION DE PROCEDIMIENTOS PROCEDIM IENTOS Especificar un procedimiento de soldadura y calificarlo antes de comenzar con la soldadura de producción. producción. La califi calificac cac ión ió n deberá debe rá ser realizada realizada por medio de d e ensayos destructivos. destructivos. Solo pueden realizarse los cambios de las variables esenciales (material base, material de aporte, características eléctricas, velocidad de avance, pre calentamiento, otros)
Registros:
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La calificación de un procedimiento genera un REGISTRO DE CALIFICACION DE PROCEDIMIENTO (PQR). El mismo se mantiene tanto tiempo tiempo como el proced pro cedim imiento iento sea utilizado utilizado..
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ESPECIFICACION ESPECIFICACION DE PROCEDIMIENTOS PROCEDIM IENTOS Información: Procesos de soldadura. Materiales de tubos y accesorios deberán ser agrupados considerando que los ensayos de calificación fueron realizados sobre el material con la tensión de fluencia fluencia mínima ínima especifi esp ecificad cad a del mayor del de l grupo. Diámetros y espesores de pared: Los rangos de diámetros y espesores para los cuales cuales el procedimi procedimie nto es aplicable aplicable deberán debe rán ser agrupado agrupados. s. 5
Diseño Diseño de junta: junta: esquema. Tipo Tipo de d e respal respa ldo. Metales de aporte y Nº de pasadas: pasada s: (Nº mí mínimo nimo y secuencia). secuencia). Características eléctricas. Característi Car acterísticas cas de la llama. llama. Posición y dirección dirección de soldadura. MAXIMO tiempo tiempo entre pasada pa sadass (raíz y 1º-1º- - 2º y final final)) Tipo Tipo y remoción remoción de presentadores. prese ntadores. Limpi Limpiee za y/o amolado. Precalentamiento. Gases de protección y caudal. Tipo de Flux. Velocidad de avance (rang (ra ngo o en e n inch inch (mm)/mí (mm)/mín.). n.).
Variables Esenciales: Los cambios en las mismas requieren recalificación del procedimiento. Son variables que según API 1104 110 4 afectan afecta n la la unión unión metalúr metalúr gica gic a . Otros cambios que no estén dados en el grupo de las variables esenciales pueden ser realizados en el procedimiento sin necesidad de recalificación, siempre que la especif espe cifiicac ió n del procedimi procedimie nto sea revi revisada para mostrar los cambios. cambios. Las variabl variables es que la la norma norma API 1104 110 4 considera considera esenciales esenciales son las sigui siguie ntes : Proceso o método de aplicación. Metales base: Constituye una variable esencial un cambio en el metal base. A los fines fines de la Norma No rma los los metales base ba se se agrupan como sigu siguee : a) Tensión de fluencia mínima especificada menor o igual a 42.00psi (290MPa). b) Tensión de fluencia mínima especificada mayor que 42.00psi (290MPa) pero menor que 65.000psi (448MPa). c) Para materiales con tensión de fluencia mínima especificada mayor o igual a 65.00psi (448MPa), cada grado recibe un ensayo por separado. Cuando se suelden dos materiales de grupos separados deberá utilizarse el procedim procedimie nto para el de mayor mayor resisten resistenci cia. a.
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Diseño de junta: Constituye una variable esencial un cambio mayor en el diseño de junta (desde V a U o a filete). Cambios menores por ejemplo un cambio en los ángul ángulos os de bisel o talones no son variables esencial ese ncial.. Posición Espesor de la pared. Metales de aporte: Uno de los siguientes cambios en los metales de aporte constituye una una variable esencial ese ncial.. a) Un cambio cambio desde un grupo grupo a otro (Tabla (Tabla 1) b) Para tuberías con tensión de fluencia mínima especificada mayor o igual a 65.000psi 65.0 00psi (448MPa), (448M Pa), un cambio cambio en la clasificac clasificaciió n AWS del metal de aporte apor te Características eléctricas: Un cambio de DC positivo a DC negativo o viceversa o un un cam ca mbio de DC a AC o viceversa viceversa Tiempo entre pasada Progresión Gas de protección y caudal Fundentes Velocidad Velocidad de soldadura Precalentamiento Tratami Tratamie nto térmico térmico pos soldadura (PWHT) (PW HT)
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ENSAYO DE PROBETAS DE CALIFICACION. Figura Figura 3 muestra la ubicación de las las probetas probe tas.. La Tabla Tabla 2 da la cantidad cantidad de probetas. probetas .
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Para tuberías menores de 2,375inch (60,3mm) se deben ensayar 2 cupones para obtener la cantidad de probetas Para tuberías menores o iguales de 1,315inch (33,4mm) el ensayo de la sección completa reemplaza cuatro muestras de rotura de muesca de sección reducida y doblez de raíz. raíz.
ENSAYO DE TRACCION Aceptación:
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La resistencia a la tracción deberá ser mayor o igual a la resistencia mínima especificada del material de la tubería, pero no necesariamente mayor o igual a la real. Pueden darse dos casos: Que la probeta se rompa en el metal base (fuera de la soldadura y línea de fusión) fusión) y cumpla cumpla los requi req uisitos sitos mínimos mínimos de acepta ace ptación. ción. Que la probeta se rompa r ompa en la la soldadura o lílínea de fusión. fusión. Si la probeta se rompe con una resistencia menor a la del material de la cañería la califi calificac cac ión ió n será s erá rechazada. •
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ENSAYO DE ROTURA DE MUESCA Aceptaci Aceptac ión: La superfic superfic ie fracturada fracturada deberá debe rá mostrar penetración y fusión fusión completa. completa. La porosidad por osidad se s e evalúa evalúa según su tamaño. La escoria esc oria se evalúa evalúa según su s u tamaño.
ENSAYO DE PLEGADO 9
Evalúa la aparición de fisuras o defectos en superficies, en metal de soldadura o borde de fusión. De acuerdo al espesor espe sor de la la muestra el plegado plegado puede ser de raíz, raíz, de cara o lateral. Aceptación: Porosidad y fisuras menores a 3mm o la mitad del espesor (lo que sea menor) 6mm para defectos en e n bordes borde s de probetas probe tas no no relacionados relacionados con la la soldadura.
CALIFICACION CALIFICACION DE SOLDADURAS SOLDAD URAS EN FILETE FILETE La Figu Figura ra 10 muestra muestra los detalles detalles de las las probetas probe tas a realizar. realizar. Aceptaci Aceptac ión: Las probetas deberán deb erán presentar: prese ntar: fusión fusión y penetración penetr ación com co mpleta La máxim máximaa dimens dimensión ión del poro aislad aislado o debe d eberá rá ser menor menor de 1,6mm 1, 6mm.. El área máxi máxima de poros po ros deberá ser se r menor al 2% del área evaluada. evaluada. Las inclusiones de escoria menores de 0,8mm de ancho y 3mm de profundidad (o la mitad del espesor – espesor – el el menor menor de ambos ambos)) Debe existir existir al menos 12mm de separación separ ación entre escorias adyacentes. • • • •
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CALIFICACION CALIFICACION DE SOLDADORES SOLDAD ORES • • • •
De debe deb e utilizar utilizar un proced pro cedim imien iento to previ pre viamente amente calificad calificado. o. El soldador antes de comenzar comenzar la soldadura soldadura de producción deberá debe rá ser califi calificado cado.. Debe cumplir cumplir con los los requisitos requisitos de la la norma norma para la cali calificac ficac ión. ió n. Se evalúa evalúa por métodos étodo s destructi des tructivos vos o radiográficos. radiográficos. 10
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Probetas Probe tas de ensayos necesari necesa rias as para la califi calificac cac ió n, criterios criterios de aceptación La califi calificac cac ión ió n deberá debe rá ser conducida conducida por un inspector autorizado autorizado 6.2.2 6.2. 2 y 6.2.3 6.2. 3 Variables Variables esenciales esenciales para la la cali calificac ió n del soldado soldador. r.
Existe Existen n dos d os tipos de cali ca lifi ficc ación ac ión:: Cali Ca lifi ficac cac ión ió n sim s imple ple y califica calificacc ión múlt últ iple
Calificación Simple: • • • •
Deberá soldar un tubo tubo compl c ompleto eto o segmentos segmentos de tubos Soldadura So ldadura en posici pos ición ón fija fija o móvil móvil.. En posici pos ición ón fija fija los ejes de tubería en el plano horizontal o a 45º. 45º . Pude cali calificar ficar a tope, fil filete o en conexiones conexiones con penetración completa. completa.
Calificación Múltiple Probetas: Para lograr una calificación múltiple el soldador deberá soldar dos cupones de soldadura. 1) Soldadura a tope de una tubería de diámetro exterior ≥6.625 in (168,3mm) y espesor de pared ≥0,250in (6,4mm), sin respaldo, posición fija – eje a 5º con la horizon horizonta tal. l. Criterios Criterios de aceptación acep tación 6.4 ;6.5 y 6.6. 2) Con las mismas dimensiones de las anteriores deberá el soldador deberá cortar, presentar presentar y soldar soldar una deriv derivación ación sobre la tuberí tubería. a. Eje Eje tuberí tuberíaa horiz orizontal ontal deriv derivación ación verticalme verticalmente nte hacia hacia abajo. abajo . La La soldadura final final deberá debe rá presentar una una buena apari apa rienci encia. a.
La soldadura deberá presentas penetración completa alrededor de la circunferencia entera. La raíz no debe contener quemaduras mayores de 1/4in (6mm). ENSAYOS DESTRUCTIVOS La Norma establece: Figura Figura 12 (ubicación de las probetas probe tas)) en el diámetro exterior Tabla 3: Cantidad de probetas. Para diámetro exterior ≤ 1,315in (33,4mm) se realiza un ensayo de tracción en probeta probeta compl completa. eta.
Prob Probetas etas de ensayos Probetas de tracción: •
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Para el soldador no se evalúa la resistencia a la tracción.
Si la probeta se rompe en el metal base (fuera de la soldadura y línea de fusión) esta aprobada. Si la probeta se rompe en la soldadura o línea de fusión: deberá cumplir con los requisitos requisitos de los ensay e nsayos os de muesca.
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EXAMEN VISUAL La soldadura deberá estar libre de: Fisuras Falta de penetración Quemaduras Deberá tener “buena “buena apariencia” apariencia” (aspecto (aspe cto uni uniforme y adecuado) adec uado) Socavaduras Mantener en valor mínimo el descuelgue de raíz en soldaduras semiautomáticas y automáticas. • • • • • •
ENSAYO DE TRACCION Aceptación: La resistencia a la tracción deberá ser mayor o igual ala resistencia mínima especificada del material de la tubería, pero no necesariamente mayor o igual a la real. Pueden darse dos casos: Que la probeta se rompa en el metal base (fuera de la soldadura y línea de fusión) fusión) y cumpla cumpla los requi req uisitos sitos mínimos mínimos de acepta ace ptación. ción. Que la probeta se rompa en la soldadura o línea de fusión: Si la probeta rompe con una resistencia menor a la del material de la cañería la calificación será rechazada. •
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CALIFICACION CALIFICACION DEL SOLDADOR POR RADIOGRAFIA RAD IOGRAFIA La cali calificació n de soldadores en soldaduras soldaduras a tope podrá ser por radiografía radiografía 6.6.2: Los criterios de aceptación de la radiografía se muestran en 9.3. Indica lo que no se debe hacer
RECALIFICACION Si la falla se produce por condiciones no evitables, la recalificación puede ser inmediata. Para futuras uturas calificac calificacio iones nes se necesita una práctica p previ revia. a. La calificación del soldador es indefinida salvo por condiciones: Contractuales, regul regulatori ator ia s o de competencia competencia
DISEÑO Y PREPARACION PRODUCCION • • • •
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DE
JUNTAS
PARA
SOLDADURA
EN
Se deben debe n utilizar utilizar procedim proce dimiie ntos y soldadores calificados. calificados. Preparación previa Para tubos tubos de espesor igual igualee s deberá debe rá se menor menor de 3mm. 3mm. El sobre espesor deberá ser menor de 1,6mm. El llenado no puede ser inferior a la superficie exterior. Dos piletas no pueden comenzar en la misma posición. El ancho de la soldadura final final deberá deb erá ser aproxim apr oximada ada me nte 3mm mayor al a l bisel ini inicia cial. l.
REPARACION Y REMOCION DE DEFECTOS Autorización para reparar:
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a) Las fisuras pueden ser reparadas con autorización previa y si están de acuerdo a 9.3.10. La longitud es menor al 8% de la longitud soldada y con un procedim procedimiento de reparación reparación.. b) Defectos en la raí ra íz y llllenado pueden ser reparados repara dos con previa previa autorizac autorizaciió n c) Defectos en el llllenado puede repararse reparars e sin previa previa autorizació autorización. n. Se requiere calificar un procedimiento de reparación para b y c sin cambio de proceso de soldadu soldadura ra o reparo soldadu soldaduras ras previ previame ame nte reparadas
REPARACION Y REMOCION DE DEFECTOS Proce Procedim dimie iento nto de reparación. reparación. Como Co mo mínimo mínimo debe deb e incluir incluir:: Método de detección detec ción del defecto. defecto. Método de elimin eliminac aciió n de defectos Forma de detectar detec tar la eliminació eliminació n del defecto Requisitos Requisitos de precal preca lentamie entamie nto y temperatura entre pasa pasadas. das. Variables Variables de soldadura. Requisito Requisito de END
CERTIFICACIÓN CERTIFICACIÓN DEL PERSON PERSONAL AL DE LA PRUEBA NO N O DESTRUCTIV DESTR UCTIVA A El personal de ensayo no destructivo debe estar certificado en los niveles I, II y III según las recomendaciones de la ASNT, Practica Recomendada No. SNT-TC-1A, ACCP, u otro programa de certificación nacional reconocida que sea aceptado por la compañía en cuanto al método utilizado. Solo el personal Nivel II ó III debe interpretar resultados resultados del ensayo Radiografía Partículas magnéticas Líquidos penetrantes Ultrasonido
Fuente : Norma API 1104 API STANDARD 1104 NINET NIN ETEE EENTH NTH EDITION, SEPTE S EPTEMBER MBER 1999
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