.Soldadura Para Inspectores

CURSO DE SOLDADURA PARA INSPECTORES

AUTOR: ENRIQUE VILLALOBOS ASNT NIVEL III RT CERTIFICADO Nº 148704 AWS CWI CERTIFICADO Nº 97121101 Julio 2010


CONTENIDO Introducción Definiciones Lección 1. Introducción a la Soldadura Lección 2. Soldabilidad de los Metales Lección 3. Interpretación de Simbología Simbología y Especificaciones de Soldadura Lección 4. Introducción al Código ASME Sección IX y Sección II Parte C Lección 5. Calificación de Procedimientos de Soldadura según API 1104 Lección 6. Calificación de Soldadores según Código API 1104 Lección 7. Calificación de Soldadores según Código ASME Sección IX Lección 8. Criterios de Aseguramiento de Calidad en Soldadura Lección 9. Niveles de Calificación para Inspectores de Soldadura


Introducción La soldadura es un campo extenso dentro de un área de la Ingeniería Mecánica y Metalúrgica. Su alcance abarca parte de la Ingeniería Civil, Militar, Aeronáutica y Naval. Sin importar en cual área de ellas labore, existen códigos internacionales que permiten que el aprendizaje en un sector específico pueda servir de base para aplicarse en las restantes áreas. Un inspector de soldadura es un profesional que requiere conocimientos, condiciones físicas y ética. Sus responsabilidades y decisiones pueden acarrear consecuencias que pueden generar costos materiales y/o humanos. Usted inicia hoy la responsabilidad de ser un Inspector de Soldadura .


Definiciones AC: Corriente Alterna Aceros: Aleaciones base hierro (Fe) con contenidos de carbono inferiores al 2%. Alta Aleación : Aceros cuyo contenido de elementos aleantes supera el 5%. Aporte de Calor : cantidad de volumen de soldadura depositada por unidad de

longitud, se expresa en Joule/in. Baja Aleación : Aceros cuyos contenidos de elementos aleantes no supera el 5%. Carbono Equivalente: Medida de la tendencia al agrietamiento de AC y baja

aleación. DCRP: Corriente directa, terminal del porta electrodo conectado al negativo de la

máquina. DCSP: Corriente directa, Terminal del electrodo conectado al positivo de la máquina. Electrodo: Material que inicia el arco de soldadura (Puede o no ser consumido). Electrodo de Bajo Hidrógeno : Electrodo cuyo depósito no supera 5 ml/100 gr de

hidrógeno difusible o cuyos contenidos de humedad en el revestimiento no exceda 0.2% en peso. Elementos Aleantes : Elementos agregados con propósitos predeterminados. EWTH: Electrodo de Wolframio con Torio como elemento aleante. EWTH-2: Electrodo de wolframio con 2% de Torio como aleante. Impurezas Latentes: Carbono, Azufre, Fósforo, Manganeso y Silicio. Máxima Temperatura entre Pases : Temperatura más alta que puede aplicarse a

cualquier pase diferente al pase de raíz. Mínimo Precalentamiento : Temperatura más baja del metal base antes de iniciar

los procesos de soldadura (En ningún caso se acepta inferior a 10 ºC (50 ºF). Nivel de Restricción : Valor mecánico cualitativo que determina la imposibilidad de

expandirse libremente al componente durante el proceso de soldadura. Número A: Agrupación de los depósitos de soldadura en base a la composición

química media. Puede obtenerse mediante cartas del fabricante de electrodos o depósitos, o de análisis químicos de las muestras.


Número F: Agrupación de materiales de aportes según grado de dificultad en su

aplicación. Número de Grupo : Sub-división del número P en grupos según la resistencia

mecánica de los materiales. Número P: Aplicable a códigos ASME, es una agrupación de materiales basado en

su composición química media y resistencia mecánica. Número SFA: Aplicable al código ASME, agrupación de materiales de aportes según

características mecánicas, de proceso, de aplicación y de almacenamiento.


Lección 1 Introducción a la Soldadura Soldadura

Se puede definir la Soldadura como un sistema de trabajo que permite la unión de materiales en condiciones satisfactorias, utilizando técnicas razonablemente económicas y seguras. Formas de Hacer una Soldadura

Existen cientos de formas para unir materiales, este curso se limitará a explicar solo tres (3) de ellos, los cuales son: aplicando calor , haciendo presión o una combinación de estos . Sin importar la forma de unión es especialmente importante para un inspector responder estas preguntas: ¿Cuál es el resultado que espero? ¿Está predeterminado el requerimiento mínimo de diseño? Para la mayoría de los casos la respuesta está en las propiedades mecánicas de los miembros a unir.

Soldadura o z r e u f s E

Metal Base

Deformación Fig. 1 Curva Tensión vs Deformación


Es lógico pensar que la soldadura a aplicar debe tener al menos un comportamiento mecánico semejante al de los metales a soldar. Para otro grupo la respuesta estará en la composición química y su resistencia a la corrosión o en la dureza superficial que alcanza. Varios ambientes corrosivos requerirán respuestas resistentes a ellos en adición a los requerimientos básicos. Varios ambientes abrasivos requerirán resistencia al desgaste en adición a los requerimientos básicos. Predeterminado el uso futuro asumiendo las condiciones más severas podemos iniciar nuestro trabajo como Inspectores de Soldadura.


Lección 2 Soldabilidad de los Metales Soldabilidad

Tendencia de un material a unirse con otro satisfaciendo los requisitos pre-determinados. La Soldabilidad es función de tres (3) factores: Diseño de la junta , Metalurgia y Química de la Soldadura. Diseño de la Junta

La forma en la cual se diseñan las juntas, los espesores a unir y la secuencia de soldadura pueden atentar contra la soldabilidad. Diseños básicos deben ser hechos pensando en la facilidad para aplicar la soldadura y en la forma en que ésta se comportará durante el enfriamiento. Influencia de la Relación Ancho / Profundidad A ANCHO

A P PROFUNDIDAD



1

P Fig. 2 Junta a Tope

Las relaciones Ancho/Profundidad próximas a uno (1) resultan en una mejora notable de la soldabilidad. Es frecuente encontrarse con valores Ancho/Profundidad  , estos fenómenos

Fig. 3 Relación ancho/profundidad


Influencia de Altos Espesores

Un incremento del espesor resulta en una reducción de la soldabilidad:

1/2”

Buena Soldabilidad

1

”

Baja Soldabilidad

2”

Pobre Soldabilidad Fig. 4 Influencia del Espesor

2”

Pobre Soldabilidad

1/2”

1 2” 3 ”

Fig. 5 Influencia de la junta

Mejor Soldabilidad por Diseño de Junta


Influencia de la Restricción Sin Restricción

Buena Soldabilidad

El calor de la soldadura expande el tubo Con Restricción

Baja Soldabilidad

El calor de la soldadura expande el tubo pero no tiene libertad para alargarse Fig. 6 Elementos con y sin restricción Antes de soldar sin restricción

Después de soldar sin restricción

Fig. 7 Buena Soldabilidad


Antes de soldar con restricción

Después de soldar con restricción

Fig. 8 Mala Soldabilidad

Metalurgia de la Soldadura

Parte de la soldabilidad de los metales dependerá de la metalurgia o comportamiento cristalino de los mismos. La unión de redes cristalinas semejantes es posible.

Calor

Presión

Buena Soldabilidad


Calor

Presión

Presión

Acero La unión de redes cristalinas diferentes es muy difícil

Aluminio

Acero al carbono carbono e inoxidable

Pobre Soldabilidad

Fig. 9 Redes Cristalinas Cúbicas y Hexagonal

Para que ocurra una soldadura exitosa los enlaces metálicos deben ser continuos y fuertes. Muchos factores “no permiten” que esto ocurra , pero la metalurgia de la soldadura se

encarga de estudiar lo que causa la velocidad de enfriamiento y los elementos aleantes.

Influencia de la Velocidad de Enfriamiento

Estudiando como ocurre el enfriamiento de una gota de metal depositado podemos entender la influencia de esta sobre la soldabilidad.

Fig. 10 Disipación de Calor


La gota fundida posee al entrar en contacto con el metal base unos 2000 ºC (Caso de Aceros) La parte externa de la gota cede rápidamente su calor a los metales base, se solidifica y contrae. El centro, por su parte, es el último en enfriarse y aun en estado líquido es incapaz de resistir la tensión que le produce cada metal base y la contracción a cada lado de la propia gota.

Fig. 11 Grieta por Contracción

La metalurgia nos provee de un recurso de amplia importancia para mejorar la soldabilidad. El Precalentamiento

Mediante el Pre-Calentamiento de los metales base podemos hacer que nuestra gota se enfríe más lentamente dando oportunidad a los cristales a unirse más ordenadamente y reduciendo los esfuerzos sobre el centro de la gota.

400 ºF

400 ºF

Buena Soldabilidad

Fig. 12 Precalentamiento del Metal Base

Muchos códigos de construcción prevén el uso de precalentamiento. AWS, ASME, API entre otros asocian a espesores y a porcentaje (%) de carbono equivalente los precalentamientos mínimos requeridos.


TABLA 1. Precalentamientos Mínimos para ASME Sección I Espesor (Pulg.)

Material

1  5/8  1/2  1/2

P1 Gr 1, 2, 3 P3 P4 Gr 1, 2 P5 A, B, C



% CE

Precalentamiento Mínimo (ºF)

0,30  0,25  0,25  0,20

175 175 250 400



Nota: ASME Sección VIII, ASME B31.3 y 31.1 tienen valores de precalentamiento próximos a estos.

Mínimo Precalentamiento Admisible antes de iniciar una Soldadura es 10º C (50 ºF) No se establecen en los códigos tratados aquí precalentamientos superiores a 500 ºF. Las juntas altamente restringidas podrían requerir precalentamientos superiores. Influencia de los Elementos Aleantes en la Soldabilidad

Un acero común contiene al menos cinco (5) impurezas latentes o inherentes: 

Carbono (C)



Silicio (Si) Hasta 0.90%



Manganeso (Mn) Hasta 1.1 aproximadamente



Azufre (S)



Fósforo (P) Todos los elementos aleantes (agregados con un propósito) producen una pérdida de

soldabilidad. Cromo, Níquel, Molibdeno, Vanadio, Manganeso, Silicio, etc., producen conjuntamente un efecto medible de pérdida de soldabilidad equivalente a la siguiente expresión:

CE  %C 

Mn

6



Cr  Mo  V

5

En líneas generales, porcentajes de carbono equivalente



Ni  Cu

15

que 0,45% serán manejados



con mayor precaución en cuanto a los precalentamientos requeridos.


El CE es una medida de la tendencia al agrietamiento .

Muchos autores han tabulado una relación entre el porcentaje (%) de CE y los requerimientos de Precalentamiento. Estos son una aproximación de esos requerimientos. %CE

ºF Mínimo

0.40 a  0.50  0.50 a  0.55  0.55 a ≤ 0.65  0.65

200 250 300 400

Nota: Combinaciones de alto carbono equivalente con altos espesores y restricciones podrá requerir precalentamientos más altos. Aun tomando todas las consideraciones consideraciones de diseños de juntas, precalentamiento precalentamiento y carbono equivalente pueden quedar Esfuerzos Residuales en la soldadura. Entendamos Esfuerzos Residuales como cargas actuando sobre la soldadura antes de que ésta entre a prestar un servicio. Carga Máxima

Límite Elástico o z r e u f s E

Esfuerzo Residual

Deformación Fig. 13 Curva Esfuerzo vs Deformación


Aun en ausencia ausencia de de cargas cargas externas ya la soldadura soldadura parece parece estar trabajando trabajando Para entender que lo causa requerimos volver a las redes cristalinas y a las velocidades de enfriamiento. Sin Esfuerzos Residuales:

L

L L

Fig. 14 Red Cristalina en equilibrio Con Esfuerzos Residuales:

L’

L’

L’

Fig. 15 Red Cristalina Aumentada

Teniendo una longitud L’ mayor que L es equivalente a pensar que está bajo alguna carga.

Existen varios factores que producen este esfuerzo residual, sin embargo, es el Hidrógeno el mayor causante.


Este pequeño átomo llena las vacantes de la red cristalina deformando sus dimensiones.

H

Sin Hidrógeno

Con Hidrógeno

Fig. 16 Redes Cristalinas Cúbicas

No se puede evitar la presencia de hidrógeno al momento de soldar. El inspector tiene la responsabilidad de reducir su presencia al mínimo posible. La Metalurgia prevé un medio para reducir los esfuerzos residuales. Tratamientos Térmicos

También conocidos como tratamientos para liberación de hidrógeno o tratamiento de relajación de esfuerzos, son una herramienta muy usada por los constructores y su requerimiento en muchos casos es mandatorio. Usualmente al terminar total o parcialmente los componentes soldados se aplican ciclos controlados de temperaturas y tiempos específicos.

T E M P E R A T U R A

Sostenido Rata de Enfriamiento Rata de Calentamiento

Tiem o Fig. 17. Esquema de un Tratamiento Térmico


Un tratamiento térmico aplicado a una soldadura de acero al carbono o de baja aleación causa dos efectos favorables. 

Libera el Hidrógeno



Relaja los Esfuerzos

Cada código de construcción tiene reglas para hacer tratamientos térmicos. Código ASME Sección I, los requiere para cualquier espesor . Código ASME Sección VIII, los requiere para espesores de acero al carbono que superen 1 ½”. Código ASME B31.3, los requiere para espesores que superen ¾” .

Algunos servicios los los requieren para cualquier cualquier espesor espesor soldado, soldado, tal es el caso de: de: 

Servicios Letales



Manejos de Aminas



Manejos de H 2S

La liberación de hidrógeno se inicia a temperaturas cercanas a 200 ºC (450 ºF), pero las temperaturas y tiempos usados para aceros al carbono y de baja aleación regularmente son:

600 a 650 ºC 1000 a 1250 ºF

Sostenidos de

1 Hr Pulg.

En ningún caso el sostenido podrá ser menor que 15 minutos para un tratamiento térmico independientemente de su espesor. Denominados PWHT (Post Weld Heat Treatment) por sus siglas en inglés, resulta la herramienta metalúrgica más eficaz para reducir los esfuerzos que produce la soldadura.


Química de la Soldadura

Algunos efectos químicos pueden atentar contra la soldabilidad. soldabilidad. En especial estudiaremos los fenómenos causados por la Afinidad Química y la Difusión . Afinidad Química

Algunos elementos químicos poseen la tendencia a unirse para formar moléculas. En soldadura hay que estudiar este fenómeno a altas temperaturas. La velocidad de oxidación es nuestro ejemplo más palpable. Un acero al carbono puede oxidarse a una tasa muy baja a temperatura ambiente. Si incrementamos la temperatura el proceso se acelera hasta el punto que no aísla el metal fundido del oxígeno, entonces no tendría sentido soldar. De la forma de proteger el metal soldado del oxígeno y de la manera de aportar el calor nacen los diferentes Procesos de Soldadura . Algunos elementos químicos pueden entrar en el metal soldado y combinarse a altas temperaturas con otros afines químicos. Un ejemplo de este fenómeno resulta de soldar aceros inoxidables austeníticos. Su condición de inoxidable se la produce básicamente el Cromo. Durante el proceso de soldadura el carbono tiene tanta afinidad con el cromo que lo concentra a su alrededor produciendo un fenómeno denominado “ Precipitación de Carburos

de Cromo (Cr 4C)”. Cr

Cr

C

Cr

Cr

Fig. 18 Radical de Carburo de Cromo


Dado que cada átomo de carbono atrae cuatro (4) de cromo, la protección del cromo se pierde en las áreas donde hay más carbono y la condición de inoxidable desaparece. Los químicos han compensado el fenómeno reduciendo el carbono el la soldadura y agregando un elemento que, a altas temperaturas es de mayor afinidad con el carbono. A estos aceros inoxidables se les denomina estabilizados con Niobio (Columbio ). Difusión

Otro proceso químico que afecta la soldabilidad es conocido como Difusión. Este proceso se incrementa con la temperatura pero ocurre en la fase sólida.

Carbono

Tiempo y

Carbono

Temperatura

Hierro

Hierro Fig. 19 Fenómeno de Difusión

La difusión puede ser un fenómeno a largo plazo con temperaturas bajas, pero a temperaturas de soldadura, los elementos de mayor concentración entran a zonas de menor concentración produciendo soldaduras con características inesperadas. Es común unir aceros inoxidables con aceros al carbono para aplicaciones de protección contra la corrosión. Los aceros inoxidables tienen contenidos de carbono de 0,12% máximo. Los aceros al carbono tienen contenidos de carbono de 0,25%. Durante la soldadura el carbono del acero al carbono difunde hacia el acero inoxidable pudiendo alcanzar valores que permitan una excesiva formación de carburos de cromo o formen otras Micro-Estructuras que no favorezcan los requerimientos contra la corrosión.


Lección 3 Interpretación de Simbología y Especificaciones de Soldadura Simbología Básica :

Fig. 20 Simbología de Soldadura

El símbolo básico de soldadura es una flecha con una serie de especificaciones que conforman un lenguaje que debe ser conocido por el inspector, así tenemos como ejemplos:

Fig. 21 Símbolos de Soldadura


FIG. 22 Otros Símbolos de Soldadura


1/2"

50° SAW

1° OPERACIÓN SMAW

SMAW Y ARCO AIRE 3/4"

1/16" 60°

60°

50° SAW 2° OPERACIÓN

Soldadura Alternada

1/4"

3-10

3"

3-10 10"

3"

3"

10"

3"

FIG. 23 Simbología Convencional


Símbolos de Ensayos No-Destructivos

AET

Emisión Acústica

ET

Corrientes de Eddy

LT

Prueba de Fuga

MT

Partículas Magnéticas

PT

Líquidos Penetrantes

RT

Radiografía

UT

Ultrasonido

VT

Inspección Visual

Soldaduras a Tope : es la soldadura que se hace en la unión de dos piezas de metal más ó

menos alineadas en un mismo plano. Tipos de Soldaduras a Tope:

Sencilla

Doble

Fig. 24 Ranura Cuadrada Sencilla y Doble

Bisel Sencillo

Bisel Doble

Fig. 25 Bisel en “V” Sencillo y Doble

Sencillo

Doble Fig. 26 Bisel en “U” Sencillo y Doble


Sencillo

Doble

Fig. 27 Bisel en “J” Sencillo y Doble

Fig. 28 Bisel Sencillo

Sencillo

Doble

Fig. 29 Bisel Acampanado Sencillo y Doble

Sencillo

Doble

Fig. 30 Bisel Acampanado en “V” Sencillo y Doble


Soldaduras a Filete: es

una u na soldadura s oldadura

de

sección

transversal transversa l aproximadamente

triangular, que une dos superficies generalmente en ángulo recto, en juntas tipo “t”,

solapadas y en esquina. Tipos de Soldaduras a Filete:

Fig. 31 Filete En Juntas Tipo “T”

Fig. 32 Filete en Juntas Tipo Solape

Fig. 33 Filete de Juntas en Esquina


3

4 1

2

Fig. 34 Partes de Junta en Filete

1

Garganta Efectiva (Base de los diseños)

2

Garganta Actual

3

Base del Filete

4

Altura del Filete Filete


Lección 4 Introducción al Código ASME Sección IX y Sección II Parte C La Sección IX del Código ASME fue creada con el propósito de calificar los procedimientos de soldadura y los soldadores para calderas y recipientes a presión en construcciones nuevas. La Sección IX no cubre :

*

Los parámetros de la soldadura en producción.

*

Estándares de aceptación para inspecciones en calderas y recipientes a presión.

*

Algunos procesos de soldaduras detallados detallados por los códigos de construcción.

*

Los tiempos y temperaturas requeridos para el PWHT.

Responsabilidades del Fabricante en la Calificación de Procedimientos:

Cada manufacturador tiene que: *

Preparar un WPS escrito.

*

Preparar un PQR PQR basado en la soldadura realizada y reportar los resultados de los ensayos mecánicos y químicos si se requieren.

*

Listar los parámetros para la soldadura de producción.

*

Establecer un programa de control de calificaciones. calificac iones.

*

Mantener la calidad de la soldadura de la organización.

*

Establecer la compatibilidad metalúrgica de los metales de depósitos y metales bases.

Responsabilidades de cada Fabricante en la Calificación de Soldadores:

Cada manufacturador tiene que: *

Verificar que cada prueba este hecha de acuerdo con un WPS (calificado (calific ado o no).

*

Verificar y certificar las pruebas.

*

Calificar a cada soldador para cada proceso que se requiera usar.


*

Mantener la identificación identificac ión de los soldadores.

*

Establecer un control de calificaciones. calificac iones.

*

Establecer los niveles de calidad de las soldaduras hechas por la organización.

Proceso de Soldadura. Definición: un proceso de soldadura está básicamente definido por la forma en la cual se

protege el metal fundido a altas temperaturas y por el medio que se utiliza para generar el calor. Ejemplos: SMAW

GMAW O E S O C R P

SAW, ESW GTAW

Fig. 35 Procesos de Soldadura

Parámetros para Seleccionar un Proceso de Soldadura:

*

Dimensiones y forma de la pieza a soldar

*

Posición a ser usada

*

Abertura de la raíz

*

Preparación de la junta

*

Equipos disponibles

*

Consumibles (electrodos) disponibles

*

Disponibilidad Disponibili dad de soldadores y operarios

*

Economía

*

Seguridad

Procesos de Soldaduras cubiertos por la Sección IX:

*

OFW:

Oxyfuel welding

*

SMAW:

Shield Metal Arc Welding


*

SAW:

Submerged Arc Welding

*

GMAW:

Gas Metal Arc Welding

*

FCAW:

Flux Core Arc Welding

*

GTAW:

Gas Tungsten Arc Welding

*

PAW:

Plasm Arc Welding

*

ESW:

Electro Slag Welding

*

EGW:

Electro Gas Welding

*

EBW:

Electron Beam Welding

*

Stud Welding

*

Inertia and Continuous Drive Friction

Procesos Especiales cubiertos por la Sección IX:

Rellenos resistentes a la corrosión ( Overlay): *

SMAW.

*

SAW.

*

GMAW.

*

PAW.

Rellenos para endurecimiento superficial ( Hard Facing). *

SMAW.

*

SAW.

*

GMAW.

*

OFW.

*

PAW.

Tipos de Soldadura cubiertas por la Sección IX:

La Sección IX sólo cubre tres tipos de soldadura: *

Groove Weld (Soldadura de Ranuras):

Ranura en U. Ranura en J. Ranura en V. Ranuras de penetración parcial. Overlay.


Lección 5 Calificación de Procedimientos de Soldadura según API 1104 Introducción al Código API 1104 En general, este código cubre los requerimientos de soldaduras a tope, filetes y stud welds en aceros al carbono y de baja aleación empleados para fabricar tuberías de compresión, bombeo y transmisión de crudos, gases derivados, dióxido de carbono, entre otros. Los procesos de soldadura que permiten son: SMAW



SAW



GTAW



O

combinaciones de éstos

FCAW



PAW



OFW



Este código tiene sus propias reglas para calificar los procedimientos de soldadura. También tiene sus propios criterios de aceptación para la evaluación por radiografía industrial (Gammagrafía), Ultrasonido, Líquidos Penetrantes y Partículas Magnéticas. Nota: Las variables esenciales para calificar procedimientos de soldadura y soldadores no se

aproximan a las usadas por ASME IX. Concepto de API 1104 Procedimiento de soldadura calificado

Es un método probado y detallado mediante el cual obtendremos propiedades mecánicas deseadas. Los detalles de un procedimiento de soldadura API 1104 pueden resumirse llenando la forma 1 anexa.


Variables esenciales:

Materiales con resistencia de fluencia ≤ 42.000 PSI



Materiales con resistencia de fluencia ≥ 42.000 pero

Metal Base

65.000 PSI



Materiales con resistencia a la fluencia ≥ 65.000 PSI

Un cambio entre la resistencia del material con el que fue calificado el procedimiento de soldadura o cualquier otro grupo requerirá su re-calificación. Para materiales con resistencia a la fluencia ≥ 65.000 PSI, cada grado debe ser calificado

por separado. Para unir dos materiales de diferentes grupos el procedimiento se preparara para el más fuerte de ambos. Diseño de Juntas

Un cambio de V a U o viceversa requerirá recalificación del procedimiento de soldadura. Cambios menores en el grado de inclinación de los biseles no requerirán recalificación . Posiciones

Un cambio de la posición de tubo fijo a tubo rotado ò viceversa requerirá recalificación del procedimiento de soldadura. Espesores

Un cambio de los rangos de espesores permitidos será motivo de recalificación del procedimiento de soldadura. 

Rango 1

T ≤ 0,188” (4.8 mm)



Rango 2

T ≥ 0,188” (4,8 mm) a ( 0,750”) (19 mm)



Rango 3

T ≥ 0,750” (19 mm)


Metal de Aporte (Electrodos)

Un cambio de un grupo de metal de aporte a otro grupo requerirá la recalificación del procedimiento de soldadura Ejemplo Grupo

Especificación AWS

Electrodos

1 2 3 5

A 5.1-A5.5 A5.5 A5.1-A5.5 ó A5.5 A5.18

E6010/E7010 E8010/E9010 E7018/E8018/E9018 ER-70S-2/ER70S-6 ER-70S-2/ER70S- 6

Características Eléctricas

Un cambio de DC electrodo positivo a DC electrodo negativo, requerirá la recalificación del procedimiento. Un cambio de AC a DC o viceversa requerirá la recalificación del procedimiento. Tiempo entre Pases

Un incremento del máximo tiempo reportado entre el final del pase de raíz y el inicio de otros pases requerirá la recalificación del procedimiento . Progresión de la Soldadura

Un cambio en la dirección de la progresión vertical, requerirá recalificar el procedimiento. Gas de Protección

Para los procesos GTAW, FCAW, GMAW un cambio en el tipo de gas de protección requerirá recalificar el procedimiento. Incremento ò reducciones mayores a la rata de flujo también requerirán recalificar el procedimiento. Velocidad de Aporte

Un cambio de la velocidad de aporte fuera del rango escrito en el procedimiento de soldadura requerirá recalificación.


Precalentamiento

Una disminución del mínimo precalentamiento descrito en el procedimiento de soldadura requerirá recalificación. recalificación. Tratamientos Térmicos

La adición del tratamiento térmico (PWHT) es causa de recalificación del procedimiento. La eliminación del tratamiento térmico (PWHT) es causa de recalificación del procedimiento. Tipo y N° de Pruebas requeridas para Calificar un Procedimiento de Soldadura bajo API 1104

Fuente: Code API Standard 1104, 20 th Edition, November 2005


Localización de las Probetas, Calificación de Procedimientos de Soldadura bajo API 1104

Fuente: Code API Standard 1104, 20 th Edition, November 2005


Mínimo Requerimiento para los Resultados de Tensión (API 1104)

La resistencia a la tensión en la soldadura o zona afectada por el calor tiene que ser igual o mayor que el especificado para el material base. Si el espécimen rompe fuera del área de la soldadura o zona afectada por el calor la prueba se considera aceptable si el valor valor final de la resistencia resistenci a es, al menos, igual a la resistencia del metal base. En ningún caso la resistencia a la tensión de las probetas necesitará superar el valor actual de resistencia del metal base. Mínima Resistencia para Nick-Break

-

Deben mostrar completa fusión o penetración

-

Ninguna evidencia de porosidad debe superar 1/16”

-

La sumatoria de porosidad (  1/16”) no deb e exceder el 2% del área expuesta.

-

Las escorias no deben exceder 1/32” (0.8 mm) de profundidad y su máxima longitud será el valor menor entre 1/8” (3.2 mm) o la mitad del espesor nominal del tubo.

-

Escorias sucesivas deben estar separadas al memos ½” (12.7 mm).

Mínimos Requerimientos para Pruebas de Dobles

Todos los espécimen sometidos a esta prueba deben cumplir con: -

Ninguna grieta debe superar 1/8” (3.2 mm) o la mitad del espesor del tubo bajo examen,

lo que sea menor. -

Grietas originadas en los bordes (Esquinas) no deben ser consideradas si no superan 1/4” (6 mm) a menos que se evidencie una discontinuidad.


Lección 6 Calificación de Soldadores según Código API 1104 , Edición 2005. En concordancia con API 1104, un soldador tiene que ser calificado para demostrar su habilidad para ejecutar soldaduras siguiendo un procedimiento de soldadura calificado. Las pruebas deben ser hechas en condiciones semejantes alas que se usaran en las soldaduras de producción. Variables Esenciales para Calificar Soldadores según API 1104 .

Cambio de Proceso de Soldadura

Cambio de la combinación de procesos de soldador, salvo cuando el soldador este calificado por separado en los procesos usados. Cambio en la Progresión Vertical (Subiendo o bajando) Un Cambio de Grupo de Aporte o Electrodo desde :

Grupo 1, 2

ó

Grupo 3

Grupo 3

ó

Grupo 1, 2

Un Cambio de Diámetro Externo desde :

-



2.375” (60.3 mm)

-



2.375” (60.3 mm) a 0.750” (19 mm)

-



12.750”

Cambio del Espesor

-



0.188” (4.8 mm)

-



0.188” (4.8 mm) a 0.750” (19 mm)

-



0.750” (19 mm)


Cambio de Posición

Cambios de una posición a otra, excepto para soldadores que presenten prueba en tubos fijos colocados aproximadamente a 45º del eje vertical quienes quedan calificados para todas las posiciones en juntas a tope o filete. Cambio en el Diseño de la Junta

Un cambio del bisel de V a U o viceversa. La eliminación de respaldo o backing para soldadores previamente calificados con respaldo.

Prueba de Calificación

Todas las pruebas deben ser 100% examinadas visualmente. Deben estar libres de: a. Grietas b. Inadecuada penetración c. Quemaduras d. Socavaciones que superen 1/32” profundidad Cualquier falla en los requerimientos de la inspección visual puede detener el proceso de calificación.


Calificación por Tipo y N° de Pruebas Destructivas Requeridas

Fuente: Code API Standard 1104. 20 th Edition, November 2005 Localización de las Pruebas Destructivas


Fuente: Code API Standard 1104. 20 th Edition, November 2005

Calificación de Soldadores mediante Ensayos No-Destructivos

Pueden ser calificados los soldadores mediante Ensayo Radiográfico. Los resultados radiográficos deben satisfacer los requerimientos del API 1104 página 21 párrafos 9.3. Soldadores rechazados por métodos destructivos o no destructivos destructi vos pueden intentar la calificación nuevamente, previo acuerdo entre el constructor y el cliente. En todo caso el soldador debe recibir un período de entrenamiento.


Lección 7 Calificación de Soldadores según Código ASME Sección IX

Con esta lección buscamos lograr que los participantes apliquen correctamente todos los lineamientos esenciales para calificar soldadores (WPQ) y operarios de soldadura (WOPQ). Responsabilidades

De acuerdo con la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), cada manufacturador es responsable de calificar los soldadores u operarios que laboren dentro de su corporación. Un Soldador, es quien realiza las acciones durante la ejecución de las soldaduras. Estas operaciones pueden ser manuales o semiautomáticas. El propósito de calificar a un soldador es determinar sus habilidades para realizar depósitos de soldaduras aceptables. Un Operador de Soldadura, es quien manipula máquinas o equipos automáticos para realizar sus labores. El propósito de calificar a un operador de soldadura es determinar la habilidad para manipular los equipos de soldadura. Consideraciones Importantes

Los criterios de aceptación para soldadores y operarios dados por la Sección IX, son diferentes a los dados por los códigos de construcción. Nunca use los códigos de construcción como criterio para calificar soldadores u operarios.


LIMITES DE ESPESORES

LIMITES EN LAS POSICIONES

LIMITES EN LOS DIÁMETROS

Fig. 36. Calificación de Soldadores

Tabla 3. Límites de Espesores Calificados Tipo de Junta

Espesor de la Probeta (Nota 1)

Espesor T Calificado Máx. (Nota 2)

-----

------

------

Doblez Lado

Doblez Cara

Doblez Raíz

Ranura

Hasta 3/8” Inclusive

2t

Nota (7)

1

1

2t

Nota (7)

1

1

Máx. a ser Soldado

2

---

---

Ranura

> 3/8” Esp.

Ranura

> ½”



½”

Tipo y N° de Pruebas Requeridas (Nota 3-4)

Nota de QW-452.1

Cuando se use uno, dos o más soldadores en una prueba, el espesor (t) depositado por cada uno en cada proceso debe determinar su calificación individual. Dos o más tubos de diferentes espesores pueden ser usados en la prueba para determinar el espesor de metal depositado y este puede ser aplicado a los soldadores de producción de bajo diámetro en concordancia con QW-452.3. Para calificar tres o más soldadores empleando iguales o diferentes procesos un espesor de 3/4” como mínimo tiene que ser usados.

Un total de cuatro probetas son requeridas para calificar las posiciones 5G y 6G en concordancia con QW-302.3. Doblez de cara y raíz puede ser usado para calificar una combinación de: - Un soldador usando dos procesos. -

Dos soldadores usando el mismo o diferente proceso.

-

Si espesores de pruebas de 3/8” o mayores dobles de lado puede sustituir al doblez de cada y raíz.


1/8 ”

SMAW Calificado Hasta ¼”

1/2 ”

SMAW

Calificado Hasta el Máximo a ser Soldado

Límites en los Diámetros:

El QW-452.3 , presenta los siguientes límites: Diámetro Externo del Tubo (Prueba)

Mínimo Diámetro Calificado

Menor que 1”

Tamaño Soldado

Entre 1 y 2 7/8”

1” hasta Infinito

Mayor 2 7/8”

2 7/8” hasta Infinito

Nota: 2 - 7/8” de diámetro externo es considerado igual a un tubo de 2 - 1/2” NPS.

Mecánicos (Doblez/Fractura) Métodos de Calificación Radiográfico Ultrasonido

Fig. 37 Métodos para Calificar Soldadores


Pruebas Mecánicas para Soldadores

Pruebas

Cantidad y Tipo de Ensayos

Ranuras en plancha doblez.

2 de doblez

Ranuras en tubos (pipes) (1G - 2G)

2 de doblez

Ranuras en tubos (pipes) (5G - 6G)

2 de doblez

Filetes en planchas

2 Macros y Fractura

Filetes en tubos

2 Macros y Fractura

Criterios de Aceptación de las Pruebas Mecánicas

Los criterios de aceptación para las pruebas mecánicas están dados por: -

QW-163 para doblez.

-

QW-188 para filetes.

Tales criterios son:

-

Dobles: alguna discontinuidad que exceda

1/8” medido por el lado convexo de la

superficie afectada por el dobles, no es aceptada. -

Macro/para filete: visualmente no debe presentar alguna grieta o falta de fusión. Indicaciones lineales en la raíz menores que 1/32” son aceptables.

-

Fractura/para Fractura/p ara filetes: No rompa la fractura, no debe mostrar incompleta fusión en la raíz y alguna inclusión o porosidad más grandes que 3/8” para planchas o más grande que el 10% del espesor para pipes y tubos.

Nota: Las soluciones para macroataques están reglamentadas en QW-470.

Criterios para Calificar Soldadores por Radiografía Indicaciones lineales:

-

Alguna falta de fusión o incompleta penetración no no es permitida.

-

Alguna indicación alargada mayor que: 1/8” para espesores < 3/8”. 3/8” . 1/3” t para t > 3/8” hasta 2 - 1/4”. 3/4” para t > 2 - 1/4”.


-

Algún grupo de escorias alineadas mayor que t en una longitud de 12t no es permitido, excepto que la distancia entre las sucesivas imperfecciones sea mayor que 6L, siendo L la imperfección más larga del grupo.

Indicaciones Redondeadas

-

Máximo 20%t ó 1/8”, lo que sea menor.

-

Para t < 1/8” Máximo 12 indicaciones en 6” longitud

-

Para t > 1/8” use las tablas del Apéndice L. (Ver Anexo 10 )

Fallas en las Pruebas de Calificación Soldadores: Cuando un soldador falla en las pruebas mecánicas o radiográficas puede

presentar otras pruebas bajo las siguientes condiciones. De inmediato:

-

Debe realizar dos pruebas consecutivas de al menos 6” longitud.

-

Si se decide calificarlo en producción por el método radiográfico debe hacerse en las primeras 12” de producción.

-

Si falló empleando medios mecánicos los dos nuevos cupones deben ser pasados solo por medios mecánicos.

-

Si falló empleando el método radiográfico los nuevos cupones no podrán ser ensayadas por medios mecánicos.

Tiempo después : Si el soldador entrena durante un lapso prudencial, una sola prueba será

suficiente. Límites en las Calificaciones de Soldadores según la Posición Tipo de Prueba

Posición

Posiciones Calificadas (Láminas y Tubos)

Tubo con bisel Tubo con bisel Tubo con bisel Tubo con bisel Tubo con bisel Tubo con bisel

1G 2G 5G 6G 2G + 5G Posición especial

F F, H F, V, O Todas Todas F + Posición Especial


Tipo de Prueba

Posición

Posiciones Calificadas (Láminas y Tubos)

Lámina con bisel Lámina con bisel Lámina con bisel Lámina con bisel Lámina con bisel Lámina con bisel Lámina con bisel

1G 2G 3G 4G 3G + 4G 2G + 3G + 4G Posición especial

F F, H F, V F, OH F, V, OH Todas F + Posición Especial

Nota: F= Posición plana H = Posición horizontal V = Posición vertical OH = Posición sobre cabeza

No. DE F

RESPALDO

POSICION

DIAMETROS

ESPESOR

Fig. 38 Variables Esenciales para los Soldadores

Advertencia : La mayor variable esencial para un soldador es el Proceso de Soldadura . Ver Anexo 11 para analizar las Variables Esenciales para soldadores en los procesos

S.M.A.W y G.T.A.W


Lección 8 Criterios de Aseguramiento de Calidad en Soldadura El aseguramiento de calidad aplicable a soldadura son una serie de acciones planificadas en tres (3) etapas: Primera Etapa: Antes de Iniciar los Trabajos de Soldadura

Un grupo multidisciplinario, regularmente conformado por diseñadores, dibujantes, inspectores de soldadura y supervisores de construcción estudian las posibilidades de ejecución del proyecto y definen: -

Procesos a usar

-

Diseños de la juntas

-

Disponibilidad Disponibili dad de consumibles

-

Forma de calificar los soldadores u operarios

-

Secuencia de ensamble

-

Ensayos No-Destructivos No-Destr uctivos requeridos

-

Frecuencia de examinación, entre otros.

Segunda Etapa: Durante el Proceso de Soldadura

En esta etapa es donde el inspector de soldadura adquiere un papel vital para el proyecto. Entre sus responsabilidades están: -

Hacer mapas de soldadura (Incluyendo consumibles)

-

Hacer auditorias de campo (Según frecuencia predeterminada)

-

Verificar que los soldadores puedan interpretar los WPS

-

Verificar que los soldadores actúen como inspectores de sus propias soldaduras

-

Programar la ejecución de Ensayos No Destructivos Destructi vos

-

Mantener registro de los índices de rechazo generales

-

Mantener registro de los índices de rechazo por soldador

-

Tomar acciones correctivas ante la aparición recurrente de defectos

-

Realizar inspección visual al 100% de las soldaduras, entre otras.


Tercera Etapa

-

Identificar y liberar las soldaduras para continuar otros procesos (Pintura, prueba hidrostática, tratamientos térmicos)

- Preparar documentación Con toda la información manejada en las tres (3) etapas se deben contestar todas las preguntas que se haría un asegurador si falla una soldadura durante la prueba hidrostática o en servicio.

-

¿Qué material base se soldó? Materiales

-

¿Quién manufacturó el metal base? Materiales

-

¿Está el lote o colada del metal base disponible? Materiales

-

¿Qué proceso de soldadura se usó? Medios Escritos

-

¿Se calificó calific ó el procedimiento de soldadura aplicado? Medios Escritos

-

¿Se siguieron todos los pasos descritos en el procedimiento de soldadura? Ídem

-

¿Quién Soldó? Mano de Obra

-

¿Existen evidencias de la calificación? calificac ión? Medios Escritos

-

¿Conoce el manufacturador del material de aporte? Materiales

-

¿Conoce el número de lote o colada del aporte usado en esta junta? Materiales

-

¿Existen evidencias de ensayos no destructivos destructi vos a esa junta o a un área cercana que la represente? Medios Escritos

“si usted puede contestar todas estas preguntas, su trabajo fue satisfactorio”

Las 11 preguntas se resumen en las 5 M: Materiales, Máquinas, Mano de Obra, Medios Escritos, Medio Ambiente.


Calidad de la Soldadura

En su término más general se considera una soldadura de calidad aquella que cumpla con los propósitos predeterminados de diseño ó con un código o norma aplicable a la manufactura del producto fabricado.

CALIDAD DE LA SOLDADURA

PROCED. CALIFICADO

SOLDADOR CALIFICADO

CONSUMIBLES CALIFICADOS

Fig. 39 Factores que Afectan la Calidad de la Soldadura

Cuando un problema de soldadura es detectado (dureza, resistencia, grietas, poros, escorias, falta de penetración o fusión) los tres factores que afectan la calidad de la soldadura deben ser revisados. Solo la combinación correcta de un buen procedimiento, soldador y consumibles, logrará soldaduras exitosas. La calidad de la soldadura puede ser “monitoreada” empleando algunos de los ensayos

siguientes: DETERMINACIÓN DE CALIDAD DE SOLDADURA

INSPECCIÓN VISUAL

INSPECCIÓN RADIOGRÁFICA

INSPECCIÓN ULTRASÓNICA

INSPECCIÓN CON LIQUIDOS PENETRANTES

Fig. 40 Esquema de Calidad para la Soldadura

INSP INSPEC ECCI CI N CON CON PARTÍCULAS MAGNÉTICAS


Los inspectores de soldadura con la responsabilidad de realizar el monitoreo de la producción deben reunir tres requisitos básicos: 1. Conocer el área de soldadura, soldadura, materiales, materiale s, ensayos destructivos y no destructivos, normas, códigos y especificaciones. 2. Ser físicamente apto, con frecuencia frecuenci a los trabajos de soldadura son realizados en lugares altos ó de difícil acceso, adicionalmente se requiere de una buena visión con o sin lentes correctivos. 3. Tener ética profesional, los inspectores de soldadura son profesionales que deben tomar decisiones que pueden ó no ser favorables a los intereses de los fabricantes ó contratistas, en todo caso sus decisiones deben estar soportadas sobre argumentos contundentes y claramente expresados en sus informes. INSPECCIÓN VISUAL (VT) PARTÍCULAS MAGNÉTICAS (MT)

RADIOGRAFIA (RT) SOLDADURA

ULTRASONIDO (UT)

LIQUIDOS PENETRANTES (PT)

Fig. 41 Herramientas para Mantener la Calidad de Soldaduras

Otros métodos usados no cubiertos en este curso son: - Pruebas de fuga (L.T.) - Corrientes de EDDY (ET).


Inspección Visual

Cada código de construcción tiene unos criterios de inspección visual de soldaduras. Alcance: El método de inspección visual alcanza las revisiones pertinentes antes, durante y

después de realizar la soldadura. La limpieza, preparación, junta, alineamiento, precalentamiento, materiales base, materiales de aporte, tratamientos térmicos, están incluidos bajo este método. Limitaciones: Aun cuando la inspección visual esta limitada a detectar solo discontinuidades

superficiales, superficial es, las estadísticas demuestran que el 80% de las imperfecciones encontradas por otros métodos pueden ser detectadas usando correctamente la inspección visual. Líquidos Penetrantes Alcance: La inspección con líquidos penetrantes es un método muy sensitivo para detectar

discontinuidades superficiales. Pueden ser aplicados a una gran cantidad de materiales (Aceros, plásticos, cerámicas, etc.) con la sola limitación de los materiales porosos. Existen dos variantes en la aplicación de este método: -

Visible

-

Fluorescente

Ventajas

-

Es un método muy económico

-

Fácil aplicación

-

Equipos portátiles

-

Requiere un tiempo de entrenamiento relativamente corto.

Desventajas

-

Sólo puede detectar discontinuidades superficiales ó abiertas a la superficie.

-

Algunas sustancias contenidas en los líquidos penetrantes (halógeno) puede causar deterioro a las soldaduras o materiales donde se aplican.

-

Las superficies a examinar deben estar libres de depresiones o en detalles que puedan enmascarar discontinuidades o dificultar la interpretación.

-


Partículas Magnéticas Alcance: Este método de inspección solo puede ser aplicado sobre materiales

ferromagnéticos. Ventajas

-

Es un método económico.

-

Es muy sensitivo para detectar discontinuidades superficiales o cercanas a esta.

-

Es relativamente relativamente rápido.

-

Es portátil (equipo). (equipo).

-

No requiere de prolongados períodos de entrenamiento para el personal de NDT.

Desventajas

-

Solo aplica a materiales susceptibles a formar campos magnéticos.

-

Algunas consideraciones geométricas de las piezas a ensayar pueden dificultar dificult ar la aplicación del método.

-

No puede precisar la profundidad de discontinuidades sub-superficiales. sub-superfi ciales.

-

Puede dejar campos magnéticos residuales que requerirán (regularmente) desmagnetización y por tanto costos adicionales.

Radiografía

Es el método de ensayo no destructivo más usado y confiable. Se fundamenta sobre la propiedad de las radiaciones ionizantes de atravesar la materia opaca. Alcance: Puede ser usado en una gran variedad de materiales de diferentes espesores.

Puede emplearse con éxito en piezas de geometría regular. Ventajas

-

Provee una información informació n permanente.

-

Es muy sensitivo, (puede detectar discontinuidad del orden 2% del espesor examinado).

-

Es un equipo portátil.

-

Puede detectar todo tipo de discontinuidades excepto laminaciones.


Limitaciones

-

Las radiaciones ionizantes pueden causar daños a los tejidos humanos (ver seguridad radiológica).

-

La pieza a examinar debe tener acceso por ambos lados.

-

Consideraciones geométricas de las piezas imponen limitaciones limitaci ones a este ensayo.

-

Requiere un costo inicial elevado.

-

Requiere personal especializado.

Ultrasonido Alcance: El método de inspección ultrasónica puede ser aplicado a un gran número de

materiales. Se fundamenta en la transformación de energía mecánica en ondas de frecuencias fuera del rango audible. Las reflexiones en las discontinuidades del metal son detectadas y evaluadas por el inspector. Ventajas

-

Puede detectar discontinuidades superficiales superficial es y sub-superficiales. sub-superf iciales.

-

No requiere acceso por ambos lados (pulso-eco). (pulso-ec o).

-

Puede determinarse determinars e con precisión el tamaño y profundidad de la imperfección.

Desventajas

-

Características Característ icas metalúrgicas tales como tamaño de granos, inclusiones, etc., pueden interferir con la correcta interpretación del ensayo.

-

El personal requiere de prolongados períodos de entrenamientos.

-

Condiciones superficiales superfici ales pueden limitar la aplicación de este ensayo.


Lección 9 Niveles de Calificación para Inspectores de Soldadura TIPO DE CERTIFICACIÓN

CAWI

(Certified Associate Welding inspector)

EXPERIENCIA NECESARIA - Graduado de bachiller: Dos (2) años de experiencia - Si no posee título de bachiller: a. Hasta Octavo (8 vo) grado: Cuatro (4) años de experiencia b. Menos de Octavo (8 vo) grado: Seis (6) años de experiencia c. Octavo (8vo) grado con un año de escuela vocacional: tres (3) años de experiencia - Técnico Superior: Dos (2) años de experiencia - Ingenieros: Seis (6) meses de experiencia

- Graduado de bachiller: Cinco (5) años de experiencia - Técnico Superior: Cuatro (4) años de experiencia (Certified Welding Inspector) - Ingenieros y Profesores de soldadura: Tres (3) años de experiencia CWI

- Graduado de bachiller: Cinco (5) años de experiencia - Técnico Superior: Cuatro (4) años de experiencia (Certified Welding Educator) - Ingenieros y Profesores de soldadura: Tres (3) años de experiencia CWE

CWS

(Certified Welding Supervisor)

- Graduado de bachiller - Tres (3) años de experiencia práctica en soldadura, fabricación, construcción o industrias relacionadas a la soldadura - Si posee tres (3) años de experiencia como profesor, estos serán sustituidos por un (1) año de experiencia práctica

SCWI

(Senior Certified Welding Inspector)

- Graduado de bachiller: Quince (15) años de experiencia - Debe ser CWI CWI (Por al menos nueve años)


Beneficios de la Certificación CWI y CWS

-

Tener personal calificado para supervisión e inspección de procesos, procedimientos y operaciones de soldadura.

-

Aumentar la productividad

-

Mejorar procesos de soldadura y producción

-

Aprender las claves para una soldadura relación costo-efectividad costo-efect ividad

-

Mejorar el rendimiento, calidad y seguridad

-

Mejorar el ambiente de sus soldadores

-

Adquirir habilidades claves: de supervisión, dirección de control del proceso de producción, aumento de la productividad por el uso eficiente de los recursos para soldar y reducción de costos, aumentando el nivel de comunicación.

-

Añadir valor al desarrollo de su carrera profesional.

Material revisado y ordenado por: Prof. Ing. Romer Ferrer Insp. Mecánico/Metalúrgico QA/QC

.Soldadura Para Inspectores

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