Soldadura en tanques y recipientes a presión según código ASME.
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales. SOLDADURA.
Carlos Andrés Galán Albert Vallen Gerson Gerson Jahir Jahi r Lizcano Lizcano
CONTENIDO. INTRODUCCION DEFINICIONES Y CLASIFICACION
DISEÑO JUNTAS INSPECCIÓN REQUISIT REQUI SITOS OS GENERALES ESPECIFICACIONES CONCLUSIONES
CONTENIDO. INTRODUCCION DEFINICIONES Y CLASIFICACION
DISEÑO JUNTAS INSPECCIÓN REQUISIT REQUI SITOS OS GENERALES ESPECIFICACIONES CONCLUSIONES
PREÁMBULO . sociedad americana de ingenieros in genieros mecánicos continuas continu as explosiones de calderas Causas: métodos de fabricación inapro i napropiados, piados, materiales inadecuados y aumento gradual y excesivo excesivo de d e la presión a la cual se estaba operando. 1907, 1907, el primer código cód igo legal de un reglamento para la construcción de calderas de vapor. vapor. Formación de comités para que formulara ormula ra especificaciones especificaciones uniformes uniformes para la construcción de calderas de vapor y otros recipientes a presión especificados para su cuidado durante el servicio. servicio. 1915 el primer código ASME el código ha sufrido sufrido muchos cambios (calderas, tanques y recipientes recipientes a presión) Establecer reglas de seguridad que gobiernen el diseño, la fabricación y la inspección de calderas, tanques tan ques y recipientes a presión
SECCIÓNES. . sección i
-
calderas de potencia
sección ii
-
especificaciones de materiales
sección iii
-
calderas nucleares
sección iv
-
calderas de calentamiento
sección v al viii sección ix
- recipientes a presión -
calificación de soldaduras
Cada 3 años ASME presenta Ediciones nuevas del cada uno de los Códigos
MATERIALES.
clases de materiales acero al carbón o baja aleación materiales no ferrosos aceros de alta aleación fundición de hierro gris fundición de hierro dúctil materiales ferriticos mejorados mediante tratamiento
térmico
DEFINICIÓN. RECIPIENTES A PRESION. ASME sección viii div. 1
cualquier contenedor cerrado capaz de almacenar un fluido a presión manométrica, esta presión puede ser obtenida desde una fuente interna o externa, o por la aplicación de calor desde una fuente directa o indirecta, o cualquier combinación de ellas. una presión de diseño mayor a 100 psi. una temperatura de diseño mayor a 210 ° f – 98 ° C una entrada de calor de 200,000 btu’s/hr.
una capacidad nominal de 120 galones.
recipientes que tengan una presión de diseño que no exceda los 3,000 psi
CLASIFICACION.
POSICIONES DE PLACA.
.
Posición plana 1g. Placa en un plano horizontal con el metal de soldadura depositado por arriba. Posición horizontal 2g. Placa en un plano vertical con el eje de la soldadura horizontal. Posición vertical 3g. Placa en un plano vertical con el eje de la soldadura vertical. Posición sobre cabeza 4g. Placa en un plano horizontal con el metal de soldadura depositado por debajo.
SOLDADOS.
cascaron cilíndrico, cuerpo o envolvente. tapas. boquillas refuerzos de boquillas. soportes o silletas anillos estructura soporte
DISEÑO. El diseñador, en función de los datos que le entrega el usuario o proveedor de la Ingeniería básica: Presión y temperatura de diseño Cargas actuantes Sobreespesor de corrosión Requerimientos de Servicio Radiografiado condiciones de Carga Materiales Base. Metales de Aporte Geometría de las Uniones. Tratamientos Térmicos requeridos Condiciones Especiales de Servicio
ESPESOR. espesor mínimo de componentes que retienen presión temperatura máxima temperatura mínima esfuerzo máximo permisible
Para un cuerpo cilíndrico de pared – delgada, el esfuerzo circunferencial será aproximadamente el doble del esfuerzo longitudinal. En la mayoría de casos, las formulas para el espesor requerido basadas en los esfuerzos circunferenciales.
JUNTAS.
JUNTAS CATEGORÍA A-B
Tipo a: Juntas longitudinales soldadas dentro del Cuerpo Principal (casco, envolvente..), Cámaras de Comunicación, Transiciones en Diámetro, o Boquillas; cualquier junta soldada dentro de un Recipiente Esférico, dentro de una Tapa, o dentro de las placas laterales de un recipiente que este sometido a presión.
Tipo b: Juntas circunferenciales soldadas del cuerpo principal (casco, envolvente, anillo..), cámaras de comunicación, boquillas o transiciones en diámetro; juntas circunferenciales soldadas que conecten tapas, a boquillas o cámaras de comunicación
JUNTAS CATEGORÍA C-D . Tipo c: juntas soldadas que conecten bridas, juntas de solapa, tapas planas al cuerpo principal, transiciones en diámetro, boquillas o para cámaras de comunicación, cualquier junta soldada que conecte una placa laterales de un recipiente cerrado que este sometido a presión.
Tipo d: juntas soldadas que conecte boquillas al cuerpo principal, a esferas, a transiciones en diámetro y aquellas juntas que conectan boquillas a cámaras de comunicación.
Eficiencias de las Juntas . Eficiencia de la Soldadura (E). La realización de la soldadura y el calentamiento y rápido enfriamiento al que esta sometido la zona próxima a la soldadura, dan pie a considerar la zona de soldadura como debilitada. en el calculo de los recipientes se introduce una reducción en la tensión máxima admisible multiplicando a esta por un coeficiente denominado eficiencia de la soldadura (E). Se puede definir la eficiencia de las soldaduras, como el grado de confiabilidad que se puede tener de ellas. Según ASME: E = 0.85; si se realiza un radiografiado por puntos a la soldaduras. E = 1; si el radiografiado de las soldaduras es total Multiplicador del Esfuerzo. “E” es un multiplicador del esfuerzo el cual puede ser aplicable a una eficiencia de la junta o
a un factor de calidad
CÓDIGOS ASME PARA CALDERAS Y RECIPIENTES A PRESION .m SECCION – IX •
• •
CONTIENE DOS PARTES MAYORES: QW: PARA CALIFICACIONES DE SOLDADURA QB: PARA CALIFICACIONES DE SOLDADURA POR BRAZING CONTROL DE LA SOLDADURA DE PRODUCCION
•
PARA LAS SOLDADURAS DE ALTA PRESION EL FABRICANTE TIENE QUE:
•
SOLDAR DENTRO DE LOS PARAMETROS DE UN WPS CALIFICADO,
•
EMPLEAR UN OPERARIO DE SOLDADURA CALIFICADO
•
USAR SOLAMENTE EL MATERIAL DE SOLDADURA PERMITIDO EN EL WPS
•
ESTAMPAR O REGISTRAR LA IDENTIFICACION DEL SOLDADOR EN LA JUNTA
•
INSPECCIONAR LA SOLDADURA PARA DETECTAR LOS DEFECTOS
INSPECCIÓN DE LA SOLDADURA: ALGUNAS CONSIDERACIONES PARA LA INSPECCIÓN SON: •
•
•
•
•
•
•
QUE LOS MATERIALES SEAN ACEPTABLES PARA EL CODIGO Y CUMPLAN LOS CRITERIOS DE DISEÑO. QUE LA GEOMETRÍA DE LOS ARMADOS O ENSAMBLES CUMPLAN CON LOS REQUISITOS DE LOS WPS Y TODOS LOS PUNTOS DE ARMADO SEAN ACEPTABLES. EL PASE DE RAIZ DEBE SER INSPECCIONADO POR EL PERSONAL DE SOLDADURA PARA PREVENIR PROBLEMAS POSTERIORES EN LA VIDA DE LA JUNTA. INSPECCIONAR EL SANEADO DE LA RAIZ O EL ESMERILADO PARA ASEGURAR QUE UN METAL SANO ES OBTENIDO ANTES DE SOLDAR LOS DEMÁS PACES. EXAMINAR VISUALMENTE LA SOLDADURA FINAL EFECTUAR CUALQUIER END REQUERIDO ASEGURAR QUE TODA LA DOCUMENTACION APROPIADA
RESPONSABILIDADES RESPONSABILIDADES DEL INSPECTOR AUTORIZADO ANTES DE LA CONSTRUCCIÓN •
VERIFICAR QUE LOS PROCEDIMIENTOS CUMPLEN CON LA SECCIÓN IX
•
VERIFICAR QUE LOS PROCEDIMIENTOS HAN SIDO CALIFICADOS APROPIADAMENTE
•
VERIFICAR QUE TODOS LOS SOLDADORES Y OPERADORES DE SOLDADURA ESTEN CALIFICADOS APROPIADAMENTE
•
ASEGURARSE QUE LOS REQUISITOS DEL MANUAL DE C. DE C. HAYAN SIDO SEGIDOS
•
DURANTE LA CONSTRUCCIÓN:
•
ASEGURARSE QUE TODA LA SOLDADURA SEA HECHA DENTRO DE LOS PARAMETROS DEL WPS
• •
VERIFICAR QUE LOS LIMITES DE CALIFICACION DE LOS SOLDADORES NO SEAN EXCEDIDAS O QUE NO HAYAN EXPIRADO
•
•
•
DURANTE LA CONSTRUCCIÓN: ASEGURARSE QUE TODA LA SOLDADURA SEA HECHA DENTRO DE LOS PARAMETROS DEL WPS VERIFICAR QUE LOS LIMITES DE CALIFICACION DE LOS SOLDADORES NO SEAN EXCEDIDAS O QUE NO HAYAN EXPIRADO
RESPONSABILIDADES DEL FABRICANTE CUANDO SE CALIFICAN LOS PROCEDIMIENTOS ES RESPONSABILIDAD DEL FABRICANTE: •
PREPARAR UN PQR BASADO EN LOS DATOS REGISTRADOS DURANTE LA SOLDADURA DEL CUPON.
•
ESTABLECER UN PROGRAMA PARA CONTROLAR LAS CALIFICACIONES .
•
LISTAR LOS PARAMETROS PARA LA CONSTRUCCIÓN.
•
•
PREPARAR UN WPS ESCRITO QUE RELACIONE TODAS LAS VARIABLES REQUERIDAS PARA EL PROCESO (S). ASEGURAR LA COMPATIBILIDAD METALURGICA DEL METAL DE APORTE Y EL METAL BASE.
PROCEDIMIENTOS ENTRE COMPAÑIAS
PERMITE EL USO DE PROCEDIMIENTOS ENTRE COMPAÑIAS DIFERENTES SIN RECALIFICACION SIEMPRE Y CAUNDO ELLAS SEAN DE UNA MISMA ESTRUCTURA CORPORATIVA. CADA DIVISION O COMPAÑIA TIENE QUE SATISFACER AL ASME DURANTE LA REVISION CONJUNTA DE LOS CONTROLES NECESARIOS QUE ESTÁN CONTENIDOS EN EL MANUAL.
SOLDADORES ENTRE COMPAÑIAS
PERMITE EL USO DE SOLDADORES ENTRE COMPAÑIAS DIFERENTES SIN LA RECALIFICACION SIEMPRE Y CUANDO AMBAS COMPAÑIAS ESTEN DENTRO DE LA MISMA ESTRUCTURA CORPORATIVA Y CADA DIVISION O COMPAÑÍA SATISFAGA AL ASME EN LOS CONTROLES NECESARIOS ESTÁN CONTENIDOS EN EL MANUAL DE C. DE C. ESTO DEBE SER DEMOSTRADO EN LA REVISION CONJUNTA
PROCESOS DE SOLDADURA LA SECCIÓN IX ESPECIFICAMENTE ESPECIFICAMENTE NO RELACIONA TODOS LOS PROCESOS PROC ESOS DE SOLDADURA. LOS PROCESOS PROCESOS RELACIONADOS REL ACIONADOS SON: •
OFW: OFW: SOLDADURA CON OXIGENO Y COMBUSTIBLE
•
SMAW: SMAW : SOLDAURA SOLDAURA DE ARCO CON C ON ELECTODO REVESTIDO
•
SAW: SAW: SOLDADURA DE ARCO SUMERGIDO SUMERGIDO
•
GMAW: GMAW: SOLDADURA DE ARCO CON ELECTRODO ELECTR ODO METALICO METALICO Y GAS DE PROTECCION
•
FCAW: FCAW : SOLDADURA DE ARCO CON C ON ELECTRODO ELECTRO DO DE CORAZON DE FUNDENTE FUNDENTE
•
GTAW: GTAW: SOLDADURA SOLDADURA DE ARCO CON ELECTODO ELEC TODO DE TUNGSTENO TUNGSTENO Y GAS DE PROTECCIO N
•
PAW PAW: SOLDADURA DE ARCO CON PLASMA
•
ESW: ESW : SOLDADURA CON ELECTRO-ESCORIA
•
EGW: EGW: SOLDADURA SOLDADURA CON CO N ELECTRO-GAS ELECTRO -GAS
•
EBW: EBW: SOLDADURA SOLDADURA CON CO N CHORRO DE ELECTRONES ELECTR ONES
•
EW: SOLDADURA DE PERNOS
Orientación Orient ación de la Soldadura Los Tres Tres Tipos de Soldaduras Sold aduras Relacionados Relacionad os por la Sección IX (1) Soldaduras So ldaduras de Ranura: Se pueden p ueden hacer soldadu soldadura rass de ranura ranu ra en cupones cup ones de ensayos en sayos orientados en cualqu cu alquiera iera de las posiciones p osiciones
ENSAYOS DE TRACCION Y DOBLEZ ENSAYOS TRANSVERSAL DE SOLDADURAS DE RANURA Orientación de la
Soldadura Soldad ura
Posiciones de Ensayos para Soldaduras de Espárragos •
Las soldaduras de espárragos se pueden hacer en muestras de prueba orientadas en cualquiera de las posiciones que se describen anteriormente, con exclusión de Posición Plana 1G.. En todos los casos, el esparrago estará perpendicular a la superficie de la placa o tubo
POSICIONES SOLDADURAS DE FILETE
POSICIONES DE ENSAYOS SOLDADURAS DE FILETES EN PLANCHAS y TUBOS
ENSAYOS DE SOLDADURA DE FILETE
TIPO Y PROPOSITOS DE ENSAYOS Y EXAMENES Ensayos Mecánicos Ensayos de Tracción. Los ensayos de tracción se usan para determinar la resistencia última de juntas de soldadura en ranura. Para aprobar el ensayo de tracción, la muestra tendrá una resistencia a la tracción no menor que: (a) La mínima resistencia a la tracción especificada del metal base; o (b) La mínima resistencia de tracción especificada del más débil de los dos, si se usan metales base de resistencias de tracción mínima diferentes; o (c) La mínima resistencia a la tracción especificada del metal de soldadura cuando la Sección aplicable suministre disposiciones para el uso de metal de soldadura que tenga la resistencia a temperatura ambiente inferior a la del el metal base; (d) Si la muestra se rompe en el metal base fuera de la soldadura o interfase de la soldadura la prueba será aceptada como satisface los requerimientos, siempre y cuando la resistencia no sea más del 5% por debajo de la mínima resistencia a la tracción especificada del metal base. •
TIPO Y PROPOSITOS DE ENSAYOS Y EXAMENES •
Ensayos de Doblez Guiado. Los ensayos de doblez guiados se usan para determinar el grado de solidez y ductilidad de juntas de soldadura en ranura.
La soldadura y la zona afectada por el calor de una muestra de soldadura de doblez transversal deben estar completamente dentro de la porción doblada de la muestra despues del ensayo. Las muestras de doblez guiado no deben tener discontinuidades abiertas en la soldadura o zona afectada por el calor (HAZ) que exceda 1/8” (3mm), medido en cualquier
dirección sobre la superficie convexa de la muestra después del doblez.
•
•
•
Ensayos de Soldadura de Filete. se usan para determinar el tamaño, el contorno y el grado de solidez de soldaduras con filete. Ensayos de Tenacidad de Muesca.se usan para determinar la tenacidad de muesca del conjunto soldado. Ensayo de Soldadura de Espárragos. (de doblez de desviación, de martillado, de torsión, o de tracción ) se usan para determinar aceptabilidad de soldadura de espárragos.
Examen Visual
REQUISITOS GENERALES
Registro de Calificación del Procedimiento
El Registro de Calificación del Procedimiento o PQR es un registro de los valores actuales de las variables esenciales – y otras variables como se desee – usadas cuando se suelda un ensamble para la prueba. 1. Welding procedure specification (WPS) 2. Procedure qualification record (PQR) 3. Welders performance qualification (WPQ) 4. Welding Operator Performance Qualifications
REQUISITOS GENERALES
Contenido del PQR Verificaciones de las propiedades
mecánicas de la soldadura por la documentación de los ensayos destructivos así también suministrando prueba de soldabilidad Lista las variables actuales usadas para hacer la
soldadura Lista las variables esenciales para cada proceso
usado
REQUISITOS GENERALES
Especificación del Procedimiento de Soldadura
La Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS) es el procedimiento utilizado para hacer las soldaduras
REQUISITOS GENERALES
Contenido del WPS
Como
mínimo,
este variables esenciales,
tiene
que
relacionar las no-esenciales, y esenciales suplementarias requeridas y especificadas para el proceso (s). Únicamente las esenciales y esenciales suplementarias (cuando aplican) necesitan ser calificadas.
REQUISITOS GENERALES
Es importante hacer notar que el WPS tiene que listar los rangos aceptables ha ser seguidos cuando sé este haciendo una soldadura. Es también importante recordar que el intento del WPS es: dar directivos al personal envuelto en la soldadura.
REQUISITOS GENERALES
Calificación de Habilidad del Soldador o del Operador
El Registro de la Calificación de Habilidad del Soldador o del operador es un documento usado para registrar las calificaciones de los soldadores u operadores de soldadura. El WPQ / WOPQ documenta que los soldadores u operadores tienen la habilidad necesaria para depositar un metal de soldadura sano para el proceso dentro de los límites de calificación.
REQUISITOS GENERALES
Contenido del WPQ/WOPQ
El WPQ / WOPQ contiene:
Las variables esenciales y los resultados de las pruebas
Los rangos para los cuales el soldador u el Operador esta calificado
Otra información como se desee (por ejemplo, posiciones especiales).
REQUISITOS GENERALES
Variables Esenciales para el Soldador
Una variable esencial para el soldador se define como una condición la cual, cuando se cambia, afectará la habilidad del soldador para depositar un metal de soldadura sano. Los soldadores no tienen variables no-esenciales ni esenciales suplementarias.
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura Tópicos de la Lección
Los cinco pasos para calificar un WPS La responsabilidad del fabricante por el WPS Los Reportes de Calificación de los
Procedimientos (PQRs) Escribiendo un WPS Calificando un WPS Las variables de soldadura para SMAW
de
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura Las variables esenciales y no esenciales
relativas a cada proceso usado en el procedimiento. Las variables esenciales suplementarias
cuando la prueba de impacto sea requerida. Los rangos aceptables (p.ej. los calificados). Otra información que se desee para un
control adicional.
de
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Los Cinco Pasos para Calificar un WPS
En la calificación de un WPS, cinco pasos generales tienen que ser seguidos. Aspectos a Considerar Cuando se Prepara un WPS
La compatibilidad del metal soldado y el metal
base Las propiedades metalúrgicas
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura Las propiedades mecánicas deseadas Los requisitos de servicio La habilidad de los soldadores El equipo disponible La localización de las soldaduras La economía
de
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
La Responsabilidad del Fabricante por el WPS
El fabricante tiene responsabilidades especificas con respecto a la preparación y calificación de los procedimientos. Entre las responsabilidades del fabricante están las siguientes: Preparar y calificar el WPS. Supervisar directamente y controlar al soldador
durante la soldadura de los cupones de prueba.
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Mantener el WPS y el PQR mientras la
soldadura esta siendo efectuada. Certificar el PQR. Recopilar y certificar una lista de todos los
procedimientos calificados para uso en los trabajos Código
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Contenido del WPS
Como mínimo, un WPS tiene que relacionar las variables esenciales y no esenciales para el proceso (s) y las variables esenciales suplementarias cuando la prueba de impacto sea requerida.
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
El Reporte de Calificación del Procedimiento
El PQR es un documento que soporta el WPS por medio de la documentación de los resultados de la soldadura y las pruebas de un cupón de prueba. El PQR puede también modificar cuando la calificación especifica no cubre los rangos especificados en el WPS.
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Contenido del PQR
Cuando se suelda un ensamble para prueba, solamente lo testificado realmente y los datos actuales pueden ser registrados en el PQR. Como mínimo, sin embargo, el PQR tiene que documentar: Las variables esenciales de los procesos usados en el
procedimiento Cuando sea aplicable, las variables esenciales
suplementarias
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Cualquier otra información puede ser incluida si se desea y es medida. Formatos para la Soldadura
Los formatos mostrados en el Código para la calificación de un procedimiento de soldadura de acuerdo con el Código están en QW-482 para el WPS y QW-483 para el PQR. Estos formatos son recomendados, son ejemplos no obligatorios. Desde que toda la información requerida por el Código sea relacionada, cualquier formato que se desee puede ser usado en vez de los formatos del Código.
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Nota:
Un fabricante tiene que tener un WPS. Este documento, o conjunto de documentos, describe los parámetros a ser usados para la soldadura. Un WPS puede referir los planos de producción para cubrir algunas variables. Un WPS Código puede tener muchas páginas o varios documentos siempre y cuando todas las variables requeridas estén relacionadas y todos los requisitos del Código sean cumplidos.
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura
de
Escribiendo una Especificación del Procedimiento de Soldadura
Cuando se está escribiendo un WPS, se debe primero determinar cuál es la utilización intentada para este, la disponibilidad del equipo para soldar, y la habilidad de los soldadores usando este procedimiento. Existen cuatro consideraciones generales:
Especificaciones de los Procedimientos Soldadura (1) (2) (3) (4)
Cuales materiales base van a ser soldados? Cuales metales de aporte serán usados? Cuales procesos de soldadura serán usados? Cuales restricciones de servicio o producción son requeridas?
de
CONCLUSIONES
La Sección IX del Código ASME para calderas y recipientes
a presión, establece los requerimientos de calificación de soldadores y procedimientos de soldadura para ser aplicados en la fabricación y reparación de equipos sometidos a presión, calderas y equipos relacionados tanto durante la fabricación como en su posterior mantenimiento y reparación. También se aplica las tuberías a presión para conducción de
vapor y tuberías a presión de plantas de procesos, petroquímicas, químicas y refinerías. Esta norma es referenciada para su uso por varios Códigos
constructivos, tales como el ASME BPVC Sección VIII y Sección I, así como también por ASME B 31.1, B 31.3 y B 31.8.
CONCLUSIONES La
metodología empleada para la elaboración de procedimientos de soldadura y calificación del soldador bajo código se convierte en una herramienta de trabajo en el aseguramiento de calidad de la unión soldada que facilita la elaboración e interpretación de las especificaciones del procedimiento, el registro de la calificación del mismo y la calificación del soldador a supervisores, técnicos e ingenieros y personal afín con la tecnología de soldadura. Principalmente dirigido a inspectores de control de calidad,
personal de ingeniería, supervisores de montaje, inspectores de soldadura, personal de ensayos no destructivos, inspectores de obra y de contrato, de empresas que realizan el diseño, la fabricación y montaje, mantenimiento y operación de equipos bajo presión y ductos a presión.
BIBLIOGRAFIA
ASME - Boiler and pressure vessel, section IX – Qualification standard for welding and brazing procedure, welders, brazers, and welding and brazing operator. USA. (2004).
