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CURSO PREPARATORIO PARA INSPECTORES DE SOLDADURA
CWI - AWS
EXPOSITORES: Ing. Alberto Reyna Certificado Nro. 04070861 Ing. Gianni Gangeri Certificado Nro. 09030021
Quito Ecuador Enero-Febrero 2012
Tecnología de Inspección de Soldadura Inspección de Soldadura y Certificación
Ademinsa Group of companies. 1- 1 www.ademinsa.com
En el mundo de hoy hay un énfasis
creciente focalizado en la necesidad de calidad, y
la calidad en la soldadura es una parte importante
del esfuerzo de calidad. Esta preocupación por la
calidad del producto se debe a varios factores,
incluyendo económicos, de seguridad,
regulaciones gubernamentales, competencia
global y el empleo de diseños menos
conservativos. Si bien no hay un único
responsable por el logro de una soldadura de
calidad, el inspector de soldadura juega un rol
importante en cualquier programa exitoso de
control de calidad de soldadura. En realidad,
mucha gente participa en la creación de un
producto de calidad soldado. De cualquier modo,
el inspector de soldadura es una de las personas
de la “primera línea” que debe observar que todos
los pasos requeridos en el proceso de
manufactura hayan sido completados
adecuadamente.
Para hacer este trabajo con efectividad, el
inspector de soldadura debe poseer un amplio
rango de conocimientos y pericia, porque
involucra muchas más cosas que simplemente
mirar soldaduras. Por consiguiente, este curso
está específicamente diseñado para proveer a los
inspectores de soldadura experimentados y
novicios un respaldo básico en los aspectos
claves del trabajo. No obstante, esto no implica,
que cada inspector de soldadura va a utilizar toda
esta información mientras trabaja para una
compañía particular; ni significa que el material
presentado vaya a incluir toda la información
para la situación de cada inspector de soldadura
en particular. La selección de los ítems se basó en
el conocimiento general deseable para una
persona que realice inspección de soldadura en
general.
Una cosa importante para destacar es que
una inspección efectiva de soldadura involucra
muchas más cosas que únicamente mirar
soldaduras terminadas. La sección 4 del “AWS
QC1, STANDARD FOR QUALIFICATION
AND CERTIFICATION OF WELDING
INSPECTORS”, figura 1.1, destaca las varias
responsabilidades del inspector de soldadura.
Figura 1.1 – ANSI/AWS QC 1-88, “Standard
for AWS Certification of Welding Inspectors”
Usted debería familiarizarse con esas varias
responsabilidades porque el trabajo de un
inspector de soldadura es un proceso de mejora
continua. Un programa de control de calidad
exitoso empieza antes de que se dé el primer arco
o la primera puntada. Por eso, el inspector de
soldadura debe estar familiarizado con todas las
facetas del proceso de fabricación. Antes de
soldar, el inspector va a chequear planos,
especificaciones y la configuración del
componente, para determinar los requerimientos
específicos de calidad de soldadura y qué grado
de inspección se requiere. Esta revisión también
va a mostrar la necesidad de cualquier
procedimiento especial durante la manufactura.
Una vez que se empezó a soldar, el inspector de
soldadura puede observar varios pasos del
proceso para asegurarse que son hechos
adecuadamente. Si todos estos pasos son
completados satisfactoriamente, luego la
inspección final simplemente confirma el éxito de
las operaciones previas.
Otro beneficio de este curso es que ha sido
diseñado para proveer al inspector de soldadura
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de la información necesaria para completar
exitosamente el examen para el AMERICAN
WELDING SOCIETY´S CERTIFIED
WELDING INSPECTOR (CWI). Los diez
módulos listados debajo son temas de
exanimación. El inspector de soldadura debe
tener por lo menos conocimiento en cada uno de
ellos. Generalmente la información presentada va
a ser una revisión, mientras que algunas veces,
pueda representar una introducción a un tema
nuevo.
Módulo 1: Inspección de Soldadura y
Certificación
Módulo 2: Prácticas de Seguridad para
Inspectores de Soldadura
Módulo 3: Procesos de Corte y Unión de
metales
Módulo 4: Geometría de las Juntas de
Soldadura y Símbolos
Módulo 5: Documentos que reglan la
Inspección de Soldadura y Calificación
Módulo 6: Propiedades de los Metales y
Ensayos Destructivos
Módulo 7: Práctica Métrica para Inspección
de Soldadura
Módulo 8: Metalurgia de la Soldadura para
Inspectores de Soldadura
Módulo 9: Discontinuidades del Metal Base
y de la Soldadura
Módulo 10: Inspección Visual y otros
Ensayos No Destructivos
¿Quién es el inspector de soldadura?
Antes de ingresar en la discusión de los
temas técnicos, permítanos hablar del inspector
de soldadura individualmente y de las
responsabilidades típicas que acompañan al
puesto. El inspector de soldadura es una persona
responsable, involucrada en la determinación de
la calidad de la soldadura de acuerdo a los
códigos aplicables y/o especificaciones. En el
desarrollo de las tareas de inspección, los
inspectores de soldadura actúan en circunstancias
muy variadas, dependiendo primariamente de
para quién trabajan. A raíz de esto, hay una
especial necesidad de especificaciones de trabajo
debido a la complejidad de algunos componentes
y estructuras.
La fuerza de trabajo de inspección puede
incluir especialistas en ensayos destructivos,
especialistas en ensayos no destructivos (NDE),
inspectores de código, inspectores
gubernamentales o militares, representantes del
dueño, inspectores internos, etc. Estas personas
pueden, algunas veces, considerarse a sí mismos
como inspectores de soldadura, dado que ellas
inspeccionan soldadura como parte de su trabajo.
Las tres categorías generales en las que se puede
agrupar las funciones de los inspectores de
soldadura son:
supervisor
especialista
Combinación de supervisor y especialista
Un supervisor puede ser una persona o
varias cuyas habilidades varíen de acuerdo a la
cantidad y tipo de trabajadores que puedan
inspeccionar. Los requerimientos técnicos y
económicos decidirán la extensión y la forma de
agrupamiento y funciones, de este tipo de
inspectores, en varias áreas de experiencia.
El especialista, es una persona que realiza
tareas específicas en el proceso de inspección. Un
especialista puede o no actuar
independientemente de un supervisor. El
especialista en NDE es un ejemplo de esta
categoría de inspector. Esta persona ha limitado
sus responsabilidades en el proceso de inspección
de soldadura.
Es común ver inspectores que trabajan
simultáneamente como supervisor y especialista.
Esta persona puede ser responsable por la calidad
general de la soldadura en cada uno de las varias
etapas de fabricación, y también ser requerido
para realizar ensayos no destructivos si es
necesario. Los fabricantes pueden emplear varios
tipos de supervisores de inspección inspectors,
teniendo cada uno de ellos a su responsabilidad
su propia área de inspección general de
soldadura. Como la responsabilidad de la
inspección está dividida en estos casos, los
inspectores pueden delegar en otros los aspectos
específicos del programa de inspección total.
Para los propósitos de este curso, nos
vamos a referir al inspector de soldadura en
general, sin considerar como cada uno se va a
desempeñar laboralmente. Es impracticable
referirse en este enfoque a cada una de las
situaciones que pueden presentarse.
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Para enfatizar las diferencias en los
requerimientos laborales, vamos a observar a
algunas industrias que utilizan inspectores de
soldadura. Podemos encontrar inspección de
soldadura en construcción de edificios, puentes y
otras unidades estructurales. Aplicaciones
referidas a la energía, que incluyen generación de
energía, recipientes a presión y tuberías; y otros
equipos que requieran funcionar bajo presión. La
industria química también usa soldadura en la
fabricación de equipos a presión. La industria del
transporte requiere el aseguramiento de la
precisión la calidad de las soldaduras en las áreas
aerospacial, automotriz, naviera, ferroviaria y off
road equipment. Por último, en los procesos de
manufacturas de bienes de consumo, a menudo se
requieren soldaduras de calidad. Con la
diversidad mostrada en esta lista, varias
situaciones pueden requerir diferentes tipos y
grados de inspección.
Cualidades Importantes del Inspector de
Soldadura
La persona que hace inspección de
soldadura debe poseer cualidades certeras que
aseguren que el trabajo sea hecho de la manera
más efectiva. Figura 1.2 ilustra esas cualidades.
En principio, y tal vez la cualidad más
importante, sea su actitud profesional. La actitud
profesional es muchas veces el factor clave para
el éxito del inspector de soldadura. La actitud del
inspector muchas veces determina el grado de
respeto y cooperación recibido de otras personas
durante la ejecución de las tareas de inspección.
Incluida en esta categoría está la habilidad del
inspector de soldadura para tomar decisiones
basadas en hechos de manera que las
inspecciones sean justas, imparciales y
consistentes. Si las decisiones son injustas,
parciales e inconsistentes; van a afectar en gran
medida la credibilidad del inspector. Y, un
inspector de soldadura debe estar completamente
familiarizado con los requerimientos del trabajo,
de manera que las decisiones nunca sean
demasiados críticas ni laxas. Es un error para el
inspector tener ideas preconcebidas sobre la
aceptación de un componente. Las decisiones en
las inspecciones deben ser tomadas sobre hechos;
la condición de la soldadura y el criterio de
aceptación deben ser los factores determinantes.
Los inspectores van a sentirse muchas veces
“probados” por otras personas en el trabajo,
especialmente cuando sean recién asignados a
una tarea. Mantener una actitud profesional ayuda
a sobreponerse a los obstáculos para lograr un
desempeño exitoso.
Luego, el inspector de soldadura debe
estar en buena condición física. Ya que el trabajo
primariamente involucra inspección visual,
obviamente el inspector debe poseer buena vista;
ya sea natural o corregida. El AWS CWI requiere
una agudeza visual mínima de 20/40, natural o
corregida, y cumplimentar un examen de
percepción de colores. Otro aspecto de la
condición física involucra el tamaño de algunas
estructuras soldadas. Las soldaduras pueden estar
ubicadas en cualquier lugar sobre estructuras muy
grandes, y los inspectores deben ir a esas áreas y
realizar evaluaciones. Los inspectores deben estar
en una condición física suficiente para ir a
cualquier lugar donde un soldador haya estado.
Esto no implica que los inspectores deban violar
regulaciones de seguridad para cumplir con sus
tareas. La inspección puede muchas veces ser
impedida si no se realiza inmediatamente después
de soldar, porque algunas ayudas para el soldador
como escaleras y andamios pueden ser removidas
haciendo imposible o peligroso el acceso para la
inspección. Dentro de los lineamientos de
seguridad, los inspectores de soldadura no pueden
permitió que su condición física les impida
realizar la inspección apropiadamente.
Otra cualidad que el inspector debe
desarrollar es una habilidad para entender y
aplicar varios documentos que describen los
requerimientos de la soldadura. Éstos pueden
incluir planos
producción, porque el inspector debe estar
prevenido de los requerimientos del trabajo. A
menudo, esta revisión va a revelar los puntos de
inspección requeridos, calificación requerida de
los procedimientos y los soldadores,
preparaciones especiales del proceso o
deficiencias de diseño como inaccesibilidad de la
soldadura durante la fabricación. Si bien los
inspectores deben cuidadosos en su revisión, esto
no significa que los requerimientos deban ser
memorizados. Estos son documentos de
referencia y deben estar disponibles para
información detallada en todo momento durante
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El proceso de fabricación. Generalmente los
inspectores son las personas más familiarizadas
con todos estos documentos de manera que ellos
pueden ser llamados por cualquier otra persona
por información e interpretación con respecto a la
soldadura.
La mayoría de la gente asociada con la
inspección de soldadura va a concordar con que
tener experiencia en inspección de soldadura es
muy importante. Los libros de texto y el
conocimiento impartido en las clases no pueden
enseñar al inspector todas las cosas que se
necesitan para inspeccionar efectivamente. La
experiencia va a ayudar en que el inspector de
soldadura se vuelva más eficiente. Mejores
maneras de pensar y trabajar las va a ir
desarrollando con el tiempo. La experiencia
ganada trabajando con varios códigos y
especificaciones mejora la efectividad del trabajo.
Para enfatizar la necesidad de tener experiencia
en la inspección, a menudo vemos un inspector
novicio junto con uno experimentado de manera
que las técnicas apropiadas se traspasen.
Finalmente vemos que los programas de
certificación requieren un nivel mínimo de
experiencia para calificación.
Otra cualidad deseable para el inspector
de soldadura es un conocimiento básico de
soldadura y los procesos de soldadura. A raíz de
esto, muchos soldadores son elegidos para
convertirse en inspectores de soldadura. Con un
conocimiento básico sobre soldadura, el inspector
está mejor preparado para entender los problemas
que el soldador pueda tener. Esto ayuda a obtener
respeto y cooperación de los soldadores. Más allá
de esto, el entendimiento ayuda al inspector de
soldadura a predecir qué discontinuidades podrán
ser encontradas en una situación específica. El
inspector de soldadura podrá después monitorear
las variables críticas de soldadura para ayudar en
la prevención de estos problemas. Inspectores
experimentados en varios procesos de soldadura,
que entiendan las ventajas y limitaciones de cada
proceso, probablemente puedan identificar
problemas potenciales antes de que ellos ocurran.
El conocimiento sobre métodos de
ensayo destructivo y no destructivo son de gran
ayuda para el inspector de soldadura. Aunque los
inspectores no necesariamente realizan los
ensayos, de cuando en cuando pueden presenciar
los ensayos o revisar los resultados al ser
aplicados a la inspección. Como en los procesos
de soldadura, el inspector de soldadura es
ayudado por un entendimiento básico de los
métodos de ensayo. Es importante, muchas veces,
para el inspector de soldadura estar enterado de
métodos alternativos que puedan ser aplicados
para realzar la inspección visual. Los inspectores
de soldadura pueden no realizar un ensayo
determinado, pero pueden ser llamados para
decidir si los resultados cumplen con los
requerimientos del trabajo.
La habilidad de ser entrenado es una
necesidad para el trabajo del inspector de
soldadura. A menudo, una persona es elegida
para esta ocupación por este atributo. Los
inspectores hacen su trabajo con más efectividad
cuando reciben entrenamiento en una variedad de
temas. Adquiriendo más conocimiento, los
inspectores se vuelven más valiosos para sus
empleadores.
Otra responsabilidad muy importante del
inspector de soldadura es tener hábitos seguros de
trabajo; buenos hábitos de seguridad juegan un
papel significante en evitar lesiones. Trabajar de
una manera segura requiere un cuidadoso
conocimiento de hasta donde es seguro
arriesgarse, una actitud de que todos los
accidentes pueden ser evitados, aprender los
pasos necesarios para evitar exposiciones
inseguras. El entrenamiento en seguridad debe ser
una parte de cada programa de entrenamiento en
inspección.
Un atributo final, que no debe ser tomado
a la ligera, es la habilidad del inspector de
mantener y completar registros de inspección. El
inspector de soldadura debe comunicar
precisamente todos los aspectos de las
inspecciones, incluyendo los resultados. Todos
los registros desarrollados deben ser
comprendidos para cualquier persona
familiarizada con el trabajo. Los registros que
solamente pueden ser descifrados por el inspector
de soldadura son inútiles cuando él o ella están
ausentes. Por ello, la prolijidad es tan necesaria
como que esté correcto. El inspector de soldadura
puede mirar estos registros cuando más tarde
surja una pregunta. Cuando los reportes son
generados, pueden contener información
indicando como la inspección fue hecha, de
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manera que pueda ser repetida por alguien con
resultados similares. Una vez que los registros
han sido desarrollados, el inspector de soldadura
debe tener una fácil referencia de ellos, más tarde.
Hay unas pocas reglas de etiqueta
referidas a los reportes de inspección. Primero,
ellos deben ser completados en tinta, o a
máquina. (Hoy en día, en la era de las
computadoras, tipiar los reportes de inspección en
un sistema de computación es una manera muy
efectiva de hacer reportes legibles, fácilmente
recuperables cuando se necesite). Si se comete un
error en un reporte escrito a mano, puede ser
tachado con una sola línea (el error no debe ser
totalmente borrado). Esta acción correctiva debe
ser después indexada y fechada. Un enfoque
similar es usado cuando los reportes son
generados por computadora. El reporte debe
contener, con precisión y completamente, el
nombre del trabajo y la ubicación de la
inspección; así como la información específica
del ensayo. El uso de esquemas y dibujos puede
también ayudar a transmitir información con
respecto a los resultados de la inspección. Luego
el reporte entero debe ser firmado y fechado por
el inspector que hizo el trabajo.
Requerimientos éticos para el inspector de
soldadura Hemos descrito algunas de las cualidades
que son deseadas para un inspector de soldadura.
Además de aquellas que se mencionaron antes,
hay requerimientos éticos que son impuestos por
la profesión. La posición de un inspector de
soldadura puede ser muy visible para el público si
algunas disputas críticas emergen y son
publicitadas. Por esto, los inspectores de
soldadura deben vivir bajo las reglas y reportarse
a sus supervisores cada vez que alguna situación
cuestionable surja. Simplemente, el inspector de
soldadura debe actuar con completa honestidad e
integridad mientras realiza su trabajo, dado que
su función es de responsabilidad e importancia. Si
las decisiones son influenciadas por asociarse con
gente deshonesta, ofrecimientos o intereses
económicos; entonces el inspector no está
actuando con integridad. Las decisiones de un
inspector de soldadura deben estar basadas en
hechos totalmente contrastables sin cuidado de
para quién se hace el trabajo. La posición del
inspector de soldadura trae aparejada cierta
responsabilidad con el público. El componente o
estructura que haya sido inspeccionada puede ser
usada por otros que pueden ser heridos si alguna
falla ocurre. Mientras los inspectores pueden ser
incapaces de descubrir cada problema, es bajo su
responsabilidad reportar cualquier condición que
pueda resultar en un riesgo. Cuando se realiza
una inspección, los inspectores deben realizar
solamente aquellos trabajos para los que están
debidamente calificados. Esto reduce la
posibilidad de errores de juicio.
Ocurren situaciones que pueden ser
reportadas al público. Si el inspector está
involucrado en una disputa relacionada con la
inspección, él o ella pueden ser conminados a
hacer pública una opinión. En esa situación, la
inspección debe estar totalmente basada en
hechos que el inspector crea válidos.
Probablemente la mejor manera de tratar con
acontecimientos públicos, es evitarlos siempre
que sea posible. El inspector no debe entregar
información voluntariamente para ganar
publicidad. De cualquier modo, en situaciones
donde se requiera un pronunciamiento público, el
inspector puede solicitar el asesoramiento de un
representante legal antes de hablar.
Los requerimientos éticos del trabajo
implican una gran carga de responsabilidad. De
todas formas, el inspector de soldadura que
entiende la diferencia entre una conducta ética y
una no ética va a tener pocas dificultades en
realizar el trabajo con el mejor resultado para
todos. Muchos inspectores son requeridos para
tomar decisiones que pueden tener un enorme
impacto financiero para alguna de las partes. En
esas situaciones, puede ser tentado para revisar
algún aspecto o decisión a cambio de algún
soborno. El inspector debe reconocer esos actos
deshonestos y afirmarse en sus decisiones.
El inspector de soldadura como comunicador
Un aspecto importante del trabajo del
inspector de soldadura es la comunicación. Día a
día, el trabajo de inspección requiere una efectiva
comunicación con mucha gente involucrada en la
fabricación o construcción de alguna parte. Lo
que debe ser destacado, es que la comunicación
no es una calle de un solo sentido. El inspector
debe estar capacitado para expresarles sus
pensamientos a otros y listo para recibir una
observación. Para que esta comunicación sea
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efectiva, debe realizarse un círculo continuo de
manera que ambas partes tengan la posibilidad de
expresar sus pensamientos e interpretaciones. Es
una equivocación para cualquier persona, pensar
que sus ideas van a prevalecer siempre. Los
inspectores deben ser receptivos de las opiniones
por las que más tarde deban responsabilizarse. A
menudo, el mejor inspector es el que sabe
escuchar bien.
Como se mencionó, el inspector tiene que
comunicarse con varias personas diferentes
involucradas en la secuencia de fabricación. De
hecho, en muchas situaciones ocurre que el
inspector de soldadura es la figura central de la
red de comunicaciones, dado que está
constantemente tratando con la mayoría de la
gente involucrada en el proceso de fabricación.
Algunas de las personas con las que el inspector
se puede comunicar son soldadores, ingenieros en
soldadura, supervisores de inspección,
supervisores de soldadores, capataces de
soldadura, ingenieros de diseño y supervisores de
producción. Cada compañía va a dictaminar
exactamente como va a operar su inspector de
soldadura.
La comunicación entre los soldadores y el
inspector es importante para alcanzar un trabajo
de calidad. Si hay buena comunicación cada
persona puede hacer un mejor trabajo. Los
soldadores pueden discutir problemas que ellos
encuentren o preguntar por requerimientos
específicos de calidad. Por ejemplo, suponga que
se le pide a un soldador que suelde una junta que
tiene una abertura de raíz tan pequeña que no
puede lograrse una buena soldadura. Ellos pueden
contactar al inspector para que observe y corrija
la situación antes de que se suelde
incorrectamente y sea rechazada. Cuando la
comunicación es efectiva, el inspector tiene la
posibilidad de brindar respuestas y de iniciar
acciones correctivas que prevengan la ocurrencia
de algunos problemas. La comunicación entre
soldador e inspector mejora cuando el inspector
tiene alguna experiencia como soldador.
Entonces, el soldador tiene más confianza en las
decisiones del inspector. Si la comunicación entre
estas dos partes es mala, la calidad puede
resentirse.
Los ingenieros de soldadura delegan
mucho en los inspectores para que sean sus ojos
en la planta o en la obra. Los ingenieros cuentan
con los inspectores para focalizar problemas
concernientes a la técnica o al proceso en sí. El
inspector de soldadura puede también confirmar
cuando los procedimientos son seguidos
correctamente. A su vez, el inspector de
soldadura puede preguntarle al ingeniero aspectos
sobre esos procedimientos. A menudo, si un
procedimiento no produce resultados lo
suficientemente confiables, el inspector de
soldadura debe ser la primera persona en señalar
el problema. En este punto, el ingeniero de
soldadura debe ser notificado de manera que
pueda adecuarse el procedimiento para corregir el
problema.
El inspector de soldadura probablemente
deba trabajar bajo la dirección de algún
supervisor. Esta persona es responsable de
verificar que el inspector esté calificado para el
trabajo que realiza. El supervisor debe además
responder a las preguntas del inspector y ayudarlo
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en la interpretación de los requerimientos de
calidad. El inspector de soldadura, en algunas
situaciones en las industrias, debe transmitirle
todas las preguntas al supervisor. A su vez, el
supervisor toma la pregunta del inspector y la
transmite a alguien de ingeniería, compras, etc. El
inspector de soldadura debe realizar la pregunta
de forma clara y precisa, de manera que pueda ser
retransmitida por el supervisor a la otra parte.
Durante el proceso de fabricación, el
inspector de soldadura va a tener la oportunidad
de hablar con muchas otras personas. En algunas
situaciones, en lugar de comunicarse con los
soldadores, lo hará con el supervisor de
soldadores o con el capataz. Generalmente esto
involucra explicaciones específicas de por qué
una soldadura es rechazada.
El inspector de soldadura puede también
sacar provecho de la información sobre
requerimientos actuales de calidad proporcionada
por los ingenieros de diseño. Durante la
fabricación pueden surgir problemas que
solamente podrán ser respondidos por la persona
que diseñó la estructura o el componente. Otra
forma de comunicación es a través de dibujos y
símbolos de soldadura. Si bien los símbolos son
una poderosa herramienta de comunicación, éstos
pueden requerir alguna aclaración por el creador
del símbolo.
Por último, el inspector de soldadura va a
tener que discutir con el personal de producción
el cronograma de trabajo. Esto ocurre
especialmente cuando se hubieran realizado
rechazos que pudieran alterar el cronograma de
producción. Es importante que el inspector de
soldadura mantenga prevenido al personal de
producción del estado de las inspecciones de
manera que se puedan corregir los cronogramas
de producción si fuera necesario. Como se indicó,
dependiendo del trabajo específico del
inspector/a, él o ella pueden o no tratar con las
personas mencionadas antes o con otras personas
que no han sido mencionadas aquí. Es importante
destacar que será beneficioso si alguna forma de
comunicación tiene lugar, de manera que no
ocurran sorpresas durante la fabricación.
Cuando hablamos de comunicación, no
nos estamos limitando solamente a hablar. Hay
varias maneras a través de las cuáles la gente
puedo comunicarse efectivamente. Éstas incluyen
hablar, escribir, dibujar, gesticular y el uso de
esquemas y fotografías. Cada situación debe ser
tratada empleando uno o varios de estos métodos.
El método no es tan importante como el hecho de
que la comunicación ocurra; los mensajes son
enviados, recibidos y entendidos por todos los
involucrados.
PROGRAMAS DE CERTIFICACIÓN
PERSONAL Actualmente hay varios programas
disponibles para determinar la experiencia y el
conocimiento necesario para realizar inspección
de soldadura efectivamente en un proceso
individual. La Sociedad Americana para ensayos
no destructivos ha especificado guías para la
certificación en NDE en ASNT SNT TC-1ª. Este
documento describe los procedimientos
recomendados para la certificación de inspectores
en la realización de ensayos no destructivos.
ASNT reconoce tres niveles de certificación;
niveles I, II y III.
Para inspección visual, AWS ha
desarrollado el programa para Inspectores
Certificados en Soldadura. El documento AWS
QC-G, Guía para la Certificación y Calificación
AWS, figura 1.3, provee las aplicaciones
necesarias y el soporte de información para las
personas interesadas en ser Inspector Certificado
en Soldadura.
AWS QC-1, Standard para la
Certificación de Inspectores en Soldadura AWS,
figura 1.1, establece los requerimientos para el
personal en inspección de soldadura, describe
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como el personal es calificado, enumera los
principios de conducta y describe la práctica a
través de la cuál la certificación puede ser
mantenida. Los elementos principales van a ser
discutidos aquí.
El primer paso hacia la certificación es la
documentación de información importante sobre
educación y experiencia de trabajo. Para calificar
para la exanimación para Inspector Certificado en
Soldadura (CWI), la persona debe documentar su
soporte educativo. Además, el candidato debe
tener documentados los años que trabajó de
acuerdo con algún código o especificación.
Con la documentación (por ejemplo,
transcripciones de copias, cartas de referencia,
horas acreditadas de entrenamiento, cuatrimestres
o semestres) hasta dos años de experiencia
laboral pueden ser sustituidas por educación
universitaria.
La educación universitaria incluye un grado en
ingeniería o ciencias físicas o tecnología de
soldadura. Cursos vocacionales y de oficio
pueden ser aplicados a la sustitución de
experiencia laboral, cuando los cursos se hayan
completado y estén referidos a soldadura (hasta 1
año como máximo).
Los aspirantes que tengan educación
universitaria, ya sea con título estatal o militar,
deben tener como mínimo 5 años de experiencia.
Las personas con 8 grado de colegio se requiere
que tengan como mínimo 10 años de experiencia
laboral para poder rendir el examen. Para
personas con menos de 8 grado de colegio, se
requiere como mínimo 15 años.
Un nivel subordinado de calificación es el
Inspector Certificado Asociado de Soldadura
(CAWI), que requiere menos años de experiencia
para cada nivel de educación. Toda la experiencia
citada para ambos, debe estar asociada a trabajos
que se relacionen con algún código o
especificación para que sean considerados
válidos.
Las personas que califican para el
Examen de Inspector Certificado de Soldadura
rinden un examen que consta de tres partes, que
son las siguientes:
PARTE A- FUNDAMENTOS: Es un examen a
libro cerrado que consiste de 150 preguntas tipo
Figura 1.3 – ANSI/AWS QC-G, “Guide to
AWS Qualification and Certification”
Múltiple choice. Los temas que abarca esta parte
del examen incluye registros e informes, ensayos
destructivos, ejecución de soldadura, obligaciones
y responsabilidades, examen de soldadura,
definiciones y terminología, seguridad, símbolos
de soldadura y ensayos no destructivos, métodos
de ensayo no destructivos, proceso de soldadura,
control del calor, metalurgia, conversiones
matemáticas y cálculo.
PARTE B- PRÁCTICA. El examen práctico
consta de 46 preguntas. Requiere la medición de
réplicas de soldadura con herramientas provistas,
y la evaluación de las mismas con un “Libro de
Especificaciones” provisto. No todas las
preguntas requieren el uso de este libro, pero sí
todas requieren de los conocimientos individuales
para poder ser respondidas.
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El examen práctico cubre procedimientos de
soldadura, calificación de soldadores, ensayos y
propiedades mecánicas, inspección de soldadura
y defectos, y ensayos no destructivos. Los
aspirantes deben estar familiarizados con galgas
para soldadura a filete y a tope, micrómetros,
calibres con comparador y escalas graduadas.
PARTE C- EXAMEN DEL CÓDIGO A
LIBRO ABIERTO. Esta parte del examen
consiste de 46 preguntas sobre el código que la
persona haya elegido para esta parte del examen.
Los siguientes códigos son aplicables para esta
parte del examen:
AWS D1.1. El examen sobre este código cubre
las siguientes áreas de interés: precauciones
generales, diseño de juntas soldadas, mano de
obra, técnicas, calificación, inspección, soldadura
de espárragos, estructuras cargadas estáticamente,
estructuras cargadas dinámicamente y los
apéndices.
API 1004. Las siguientes áreas de interés son
cubiertas por el examen del código API: general,
calificación de procedimientos de soldadura,
calificación de soldadores, diseño y preparación
de una junta para soldadura de producción,
inspección y ensayo de soldadura de producción,
normas de aceptación-Ensayos No destructivos,
reparación o eliminación de defectos,
procedimientos de radiografía y soldadura
automática.
ASME B31.1. Este código cubre los siguientes
temas: enfoque, diseño, materiales,
requerimientos dimensionales, fabricación,
inspección y ensayos y misceláneas.
ASME SECCIÓN VIII. Sección VIII del
Código Asme, se formulan preguntas sobre lso
siguientes áreas: general (UG), soldadura (UW),
materiales de acero al carbono (UCS), materiales
de alta aleación (UHA) y misceláneas de este
código.
ASME SECCIÓN IX. La sección IX del Código
Asme cubre las siguientes áreas del examen:
requerimientos generales de soldadura (QW 100-
199), calificación de procedimientos de soldadura
(QW 200-299), calificaciones de la habilidad del
soldador (QW 300-399), información de
soldadura (QW 400-499), requerimientos
generales para brazing (QB100-199), calificación
de procedimientos de brazing (QB 200-299),
calificaciones de la habilidad del brazing (QB
300-399), información de brazing (QB 400-499).
MIL-STD-1689 (SH) (83). Cubre los siguientes
temas del examen: enfoque, inspección,
requerimientos de inspección, criterios de
aceptación de inspección, preparación de
materiales, materiales de aporte, diseño de
soldadura, requerimientos de montaje,
requerimientos de soldadura, mano de obra y
misceláneas.
MIL STD-248D (89). El examen para esta norma
militar trata sobre los siguientes temas:
calificación de los procedimientos de soldadura,
calificación de habilidad del soldador y
calificación del procedimiento de brazing.
Para completar exitosamente este
examen, los aspirantes deben aprobar totalmente
las tres partes. El puntaje mínimo para el CWI es
del 72%; para el CAWI es 50 %. Antes de
completar el examen, el aspirante debe someterse
a un examen de su vista para asegurarse que la
persona posea una visión adecuada, ya sea natural
o corregida. Después de que todos los exámenes
hayan sido aprobados, la persona es considerada
calificada para realizar inspección visual de
soldaduras. Cuando AWS dice que una persona
es un Inspector Certificado en Soldadura, esto
simplemente implica que las calificaciones de la
persona están documentadas con un certificado
apropiado.
Los inspectores de soldadura son una
parte muy importante de cualquier programa de
control de calidad efectivo. Aunque hay varias
categorías de inspectores de soldadura, en general
están considerados como las personas que
responsables por la evaluación de los
resultados de las soldaduras. Estas personas
para ser efectivas deben poseer cualidades
físicas, mentales y éticas. Los módulos que
restan van a detallar aquellos aspectos de
soldadura que se consideran importantes para un
inspector de soldadura. Además estos puntos son
también considerados relevantes para el Examen
de Inspector Certificado en Soldadura de AWS.
Tecnología de Inspección de Soldadura Inspección de Soldadura y Certificación
Ademinsa Group of companies. 1- 11 www.ademinsa.com
De aquí en adelante, este libro es una guía
apropiada para aquellas personas que se estén
preparando para esta serie de exámenes.
Como preparación para la parte del CWI
que trata de los requerimientos para inspector
certificado de soldadura, se recomienda leer y
familiarizarse con ANSI/AWS QC1, normas para
la Certificación de Inspectores en Soldadura.
Parte del trabajo del inspector de soldadura es la
revisión e interpretación de documentos referidos
a la fabricación con soldadura.
Figura 1.4 – ANSI/AWS A3.0, “Standard
Welding Terms and Definitions"
Esto requiere que la persona tenga un
completo entendimiento de las definiciones y
términos que se emplean. Por esta razón, al final
de cada módulo, el lector va a encontrar un
apéndice conteniendo “Definiciones y Términos
Clave”; aplicable a cada módulo. AWS brega por
la necesidad de estandarizar el empleo de
términos y definiciones por todos aquellos
involucrados.
En respuesta a esta necesidad fue
publicado el AWS A.3.0. STANDARD
WELDING TERMS AND DEFINITIONS.
(Figura 1.4).
ANSI/AWS A3.0 fue desarrollado por el
Comité de Definiciones y Símbolos para ayudar
en la comunicación e información de la
soldadura. Los términos standard y definiciones
publicados en A.3.0 son aquellos que deben ser
usados en el lenguaje oral y escrito de soldadura.
Si bien éstos son los términos preferidos, no son
los únicos empleados para describir varias
situaciones. El propósito aquí es educar y es
importante hacer uso de estos términos aún
cuando no sean los más conocidos en algunos
casos. Cuando sean mencionados términos no
standard, aparecerán entre paréntesis, luego de los
términos standard.
Aunque la mayoría de los términos hayan
sido aplicados a la operación de soldadura, es
importante que el inspector de soldadura entienda
otras definiciones que se aplican a otras
operaciones conexas. Los inspectores de
soldadura deben entender como describir las
configuraciones de las juntas de soldadura y los
comentarios que requiera su proceso de
preparado. Después de soldado, el inspector
puede necesitar describir la ubicación de una
discontinuidad que haya sido descubierta. Si una
discontinuidad requiere más atención, es
importante que el inspector pueda describir su
ubicación con precisión de manera que el
soldador pueda saber el lugar correcto de
reparación. AWS recomienda el empleo en todo
lugar de la terminología standard, pero el
inspector debe estar familiarizado también con
los términos no standard.
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 1-Inspección de Soldadura y Certificación
Ademinsa Group of companies. 1-12 www.ademinsa.com
TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES
API- AMERICAN PETROLEUM
INSTITUTE. Es la sociedad técnica que provee
asistencia técnica a la industria del petróleo.
API 1104- Es la norma API para
soldadura de tuberías e instalaciones
relacionadas. Esta norma es comúnmente usada
en la construcción de oleoductos a través del país.
ASME- AMERICAN SOCIETY OF
MECHANICAL ENGINEERS. La sociedad
técnica que provee asistencia técnica para
recipientes a presión y equipamiento.
ASNT- AMERICAN SOCIETY OF
NONDESTRUCTIVE TESTING. La sociedad
técnica que provee asistencia técnica para la
realización de ensayos no destructivos.
AWS- AMERICAN WELDING SOCIETY. La
sociedad técnica que provee asistencia técnica y
liderazgo en todas las fases de soldadura.
AWS A3.0- THE ANSI AWS STANDARD
TERMS AND DEFINITIONS. La norma que
define términos empleados y definiciones.
AWS D1.1- THE AWS WELDING CODE
STEEL. Empleado mundialmente para la
construcción de puentes, edificios y estructuras.
CWI- CERTIFIED ASSOCIATE WELDING
INSPECTOR. Inspector Asociado Certificado en
Soldadura.
CWI-CERTIFIED WELDING INSPECTOR.
Inspector Certificado en Soldadura.
KASH- KNOWLEDGE ATTITUDE SKILLS HABITS. Conocimiento actitud destreza, pericia
hábitos. Las herramientas básicas del inspector de
soldadura.
END Ensayos No Destructivos. La acción de
determinar el correcto desempeño para el que fue
realizado de algún material o componente usando
técnicas que no lo modifiquen. NDE es un
término std.
NDI Inspección No Destructiva. Término no std
para END.
NDT Ensayo No Destructivo. Término no std
para END.
QC-1- La norma ANSI/AWS para Certificación
de Inspectores de Soldadura. Define los
requerimientos y el programa para la certificación
AWS en inspección de soldadura.
QC- G- Guía para la Certificación y Calificación
AWS. Contiene la aplicación para el CWI y
preguntas de ejemplo del examen.
SNT-TC-1 A- Esta norma ASNT, remarca el
programa para la certificación de personal en
ensayos NDT. Calificación y Certificación para
personal en Ensayos No Destructivos
Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de seguridad para inspectores de soldadura
Ademinsa Group of companies 2-1 www.ademinsa.com
Los inspectores de soldadura
generalmente trabajan en el mismo medio que los
soldadores, por eso pueden estar expuestos a los
mismos peligros. Entre estos peligros están los
shocks eléctricos, caídas, radiación, riesgos
oculares como luz ultravioleta, humos y objetos
que caen. Aunque el inspector puede estar
expuesto a estas condiciones solo
momentáneamente, la seguridad no debe ser
tomada a la ligera. El inspector de soldadura debe
hacer lo posible por observar todas las
precauciones como: uso de anteojos de seguridad,
casco, ropa de protección o cualquier otro equipo
apropiado para la situación dada. Para una
información más detallada, refiérase a
“ANSI/ASC Z49.1, SAFETY IN WELDING
AND CUTTING, FIGURA 2.1”.
Figura 2.1 – ANSI/ASC Z49.1 “Safety in
Welding and Cutting” La seguridad es un ítem importante en
todo trabajo de soldadura, corte o tarea
relacionada. Ninguna actividad es completada
satisfactoriamente si alguna persona resulta
lastimada. Los peligros que pueden ser
encontrados, y las prácticas que reducen lesiones
personales y daños a la propiedad, son discutidos
aquí.
Figura 2.2 – Equipamiento de protección
personal
Los componentes más importantes de un
programa de higiene y seguridad efectivo son el
liderazgo y la dirección. La gerencia debe
claramente fijar objetivos en materia de salud y
seguridad y mostrar su compromiso mediante el
apoyo consistente de prácticas seguras.
La gerencia debe designar áreas seguras,
aprobadas para las operaciones de soldadura y
corte. Cuando estas operaciones sean hechas en
áreas diferentes de las designadas, la gerencia
debe asegurarse que sean establecidos y seguidos
los procedimientos adecuados para proteger al
personal y la propiedad.
Figura2.3
La gerencia debe tener certeza de que
solamente son usados equipos de soldadura, corte
y otros elementos relacionados que estén
aprobados. Este equipamiento incluye torchas,
reguladores, máquinas soldadoras, porta
electrodos y los mecanismos de protección del
personal. Debe ser provista una supervisión
adecuada para asegurarse que los equipos sean
usados y mantenidos de manera correcta.
Un entrenamiento efectivo y cuidadoso es
un aspecto clave de un programa de seguridad. El
entrenamiento adecuado está encuadrado en las
MMÓÓDDUULLOO 22
PPRRÁÁCCTTIICCAASS DDEE SSEEGGUURRIIDDAADD PPAARRAA IINNSSPPEECCTTOORREESS DDEE SSOOLLDDAADDUURRAA
Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de seguridad para inspectores de soldadura
Ademinsa Group of companies 2-2 www.ademinsa.com
previsiones del U.S. OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTHY ACT (OSHA),
ADVERTENCIA: PROTEJASE a usted y a los demás.
Lea y entienda esta etiqueta.
LOS GASES Y VAPORES pueden ser peligrosos para su salud.
LOS ARCOS pueden lastimar sus ojos y quemar su piel.
EL SHOCK ELÉCTRICO puede MATAR.
Antes de usar algún equipo, lea y entienda las instrucciones del fabricante, las MSDS y las
instrucciones de seguridad de su empleador.
Mantenga su cabeza fuera de los vapores
Use ventilación suficiente, evacúe el arco o ambos, para mantener los gases y vapores fuera de la zona
de respiración y fuera del área.
Use la protección ocular, auditiva y corporal correcta.
No toque partes eléctricas conectadas.
Vera la American Welding National Standard Z49.1, Safety in Welding and Cutting, publicada por el
American Welding Society, 550 N.W. LeJeune Rd., Miami, Florida 33135; OSHA Safety and Health
Standards, 29CFR 1910, disponible en la oficina de impresión del gobierno, Washington, DC 20402
NO REMUEVA ESTA ETIQUETA Figura 2.2 – Etiqueta de advertencia típica para procesos de soldadura por arco y equipamiento.
Especialmente aquellos del HAZARD
COMUNICATION STANDARD (29 CFR
1910.1200). Los soldadores y otros operadores de
máquinas trabajan de manera más segura cuando
son apropiadamente instruidos en la materia.
Un entrenamiento apropiado incluye
instrucción en el uso seguro del equipo y de los
procesos, y que las normas de seguridad sean
seguidas. El personal debe conocer las normas de
seguridad y entender las consecuencias de
desobedecerlas. Por ejemplo, los soldadores
deben ser entrenados para posicionarse mientras
sueldan o cortan, para no recibir en su cabeza los
gases o humos que se generan. Una columna de
humos es como una nube que contiene diminutas
partículas sólidas, que se elevan directamente de
la zona de metal fundido. Los humos son metales
líquidos que se condensaron.
Antes de empezar a trabajar, los
operadores deben siempre leer y entender las
instrucciones sobre prácticas seguras (escritas por
el fabricante del equipo) en el uso del equipo y
los materiales; y las hojas del MATERIAL
SAFETY DATA SHEETS (MSDS). Algunas
especificaciones AWS llaman a utilizar etiquetas
de seguridad en el equipo y los materiales. Estas
etiquetas brindan información sobre el uso seguro
de los equipos y los materiales, deben ser leídos y
seguidos. Ver figura 2.3.
Los fabricantes de consumibles deben,
bajo solicitud, suministrar la MATERIAL
SAFETY DATA SHEET que identifica a los
materiales presentes en sus productos que tengan
propiedades peligrosas. La MSDS provee de
acuerdo a OSHA los valores permitidos de
exposición, conocidos como THERESHOLD
LIMIT VALUE (TLV), y cualquier otro límite de
exposición usado o recomendado por el
fabricante. TLV es una marca registrada del
AMERICAN CONFERENCE OF
GOVERNMENTAL AND INDUSTRIAL
HYGIENISTS.
Los empleadores que utilicen
consumibles deben tomar toda la información
aplicable de las MSDS para sus empleados, y
entrenarlos para que lean y entiendan sus
contenidos. La MSDS contiene importante
información sobre los ingredientes de los
electrodos, varillas y fundente. Estas hojas
también muestran la composición de los humos
generados y otros peligros que puedan surgir
durante el uso. También proveen medios a seguir
para proteger al soldador y otros que puedan estar
involucrados.
Bajo la OSHA HAZARD
COMUNICATION STANDARD, 29 CFR
1910.1200, los empleadores son responsables por
el entrenamiento de los empleados sobre
materiales peligrosos en el lugar de trabajo.
Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de seguridad para inspectores de soldadura
Ademinsa Group of companies 2-3 www.ademinsa.com
Varios consumibles son incluidos en la definición
de materiales peligrosos de acuerdo con esta
norma. Los empleadores de soldadores deben
cumplir con esta comunicación y entrenar en los
requerimientos de ésta.
El uso y mantenimiento apropiado de los
equipos también debe ser enseñado. Por ejemplo,
una aislación faltante o defectuosa en soldadura
por arco o corte, no debería ser empleada.
Mangueras faltantes o defectuosas utilizadas en
soldadura y corte oxiacetilénica, brazing o
soldering, no deben ser usadas. El entrenamiento
en el uso de los equipos es fundamental para un
trabajo seguro.
El personal debe ser entrenado en el
reconocimiento de peligros potenciales. Si ellos
van a trabajar en un medio o situación no
habitual, ellos deben ser brevemente introducidos
en los peligros potenciales involucrados. Por
ejemplo, considere una persona que debe trabajar
en espacios confinados. Si la ventilación es pobre
y se requiere un casco con aire auxiliar, la
necesidad y las instrucciones para su empleo
deben ser explicadas al empleado. Las
consecuencias del uso inapropiado de los equipos
deben ser también explicadas. Cuando los
empleados crean que las precauciones de
seguridad para una determinada tarea no sean
suficientes o adecuadas o no las entiendan, deben
preguntar al supervisor antes de proceder.
El orden es esencial para prevenir
lesiones. La visión de un soldador está
generalmente restringida por el empleo de la
protección necesaria en los ojos, y las personas
que pasan por el lugar deben también proteger sus
ojos de la llama o del arco. Esta limitación de la
visión provoca muchas veces tropiezos con los
objetos que están sobre el suelo. Por eso, los
soldadores y los supervisores deben asegurarse
que el área esté limpia de objetos que puedan ser
fuentes potenciales de peligro. Un área de
producción en un taller debe ser diseñada de
manera que las mangueras, cables, dispositivos y
otros elementos no interfieran con las tareas de
rutina.
Cuando el trabajo es en altura o a nivel
del piso, arneses de seguridad o barandas deben
ser provistos para prevenir caídas por la
restricción en la visión que provocan las
protecciones visuales. Los arneses y las barandas
pueden ser útiles para confinar a los trabajadores
a áreas limitadas y para retenerlos en caso de
caída. Acontecimientos imprevistos como
escapes de vapores, incendios, explosiones, etc.;
pueden ocurrir en ambientes industriales. Todas
las salidas de emergencia deben estar
Figura 2.3 – Área destinada para soldadura
Identificadas y despejadas; de manera que en
caso necesario la evacuación se haga en forma
rápida, segura y ordenada. Los empleados deben
ser entrenados en los procedimientos de
evacuación. El almacenamiento de sustancias en
las rutas de escape debe ser evitado. Si la ruta de
evacuación debe ser temporariamente bloqueada,
los empleados deben ser entrenados en el uso de
una ruta alternativa.
Equipos, máquinas, cables, mangueras y
otros aparatos deben ubicarse de manera que no
presenten un peligro u obstáculo en escaleras,
pasillos, u otros lugares de circulación. Deben
ponerse carteles para identificar áreas de
soldadura y para especificar donde debe utilizarse
protección visual. Ocasionalmente, un “vigía de
incendios” puede ser asignado para mantener la
seguridad en las operaciones de corte y soldadura.
El personal en áreas próximas a soldadura
y corte debe estar protegido de la energía radiante
y de las salpicaduras. Esto se lleva a cabo con
pantallas resistentes a la llama, protecciones
visuales y faciales adecuadas y ropa de
protección. Se permiten materiales semi-
transparentes que brinden adecuada protección
contra la radiación. Cuando los procesos lo
permitan, los lugares de trabajo próximos estarán
separados por pantallas incombustibles.
Mamparas y pantallas deben permitir la
circulación de aire a nivel del piso y sobre las
pantallas.
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Cuando se suelda o corta en lugares
próximos a una pared pintada, éstas deben estar
pintadas con una terminación que no refleje la
radiación ultravioleta. Pinturas formuladas con
pigmentos como dióxido de titanio u óxido de
zinc, tienen baja reflectividad a la radiación
Figura 2.4 – Pantallas protectoras entre
células de trabajo
Ultravioleta. Pigmentos de color pueden ser
añadidos si no aumentan la reflectividad.
Pigmentos de base metalizada no son
recomendados debido a que reflejan la radiación
ultravioleta.
En la mayoría de los procesos de
soldadura, corte y otros procesos conexos, está
presente una fuente de calor de alta temperatura.
Llamas abiertas, arcos eléctricos, metal caliente,
chispas y salpicaduras son fuentes de ignición.
Muchos incendios son iniciados por chispas, que
pueden viajar hasta 12m en dirección horizontal
desde su fuente, y caer aún mayores a distancias.
Las chispas pueden pasar o alojarse en fisuras,
agujeros y otras pequeñas aberturas en pisos y
paredes.
El riesgo de incendio se incrementa
cuando hay combustibles en el área de trabajo, o
cuando se suelda o corta demasiado cerca de
combustibles que no fueron protegidos o aislados
convenientemente. Los materiales que más
comúnmente se encienden son pisos, techos,
paredes, divisiones y otros elementos como
basura, papel, madera, productos textiles,
plásticos, químicos, líquidos inflamables y gases.
En el exterior, los combustibles más comunes son
pasto seco y cepillos.
La mejor protección contra el fuego es
soldar y cortar en áreas especialmente diseñadas
para esos fines o cerradas, construidas con
elementos incombustibles y libres de
combustibles almacenados. Los combustibles
deben ser siempre removidos del área de trabajo o
protegidos de las operaciones.
Los combustibles más comúnmente
encontrados son fuels, utilizados en motores u
operaciones de soldadura o corte. Estos
combustibles deben ser almacenados y usados
con cuidado. Las instrucciones de los fabricantes
de equipos deben ser seguidas porque los fuels y
sus vapores son combustibles y bajo ciertas
condiciones pueden explotar. Acetileno, propano
y otros gases inflamables usados en soldadura y
corte requieren un manejo cuidadoso. Debe
prestarse una atención especial a los cilindros de
gas combustible, mangueras y aparatos para
prevenir pérdidas.
Los combustibles que no puedan ser
removidos del área de trabajo, deben ser
cubiertos con un material antillama y hermético.
Esto incluye paredes y techos combustibles. Los
pisos del área de trabajo deben estar libres de
materiales combustibles por un radio de por lo
menos 12 m. Todas las puertas de salida,
ventanas y aberturas deben cubrirse con un
material resistente a la llama. De ser posible, toda
el área de trabajo debe estar encerrada con una
pantalla portátil resistente a la llama.
Los combustibles que se encuentren del
otro lado de paredes metálicas, techos o
divisiones; deben ser corridos cuando se suelde o
corte del otro lado de la pared. Si esto no puede
ser hecho, un vigía debe ser colocado al lado de
los combustibles. El calor producido por el
proceso de soldadura puede conducirse por la
pared metálica y encender los combustibles que
se encuentren del otro lado. Una cuidadosa
revisión buscando algún indicio de incendio
puede realizarse una vez que se terminó de
soldar, donde se almacenen los combustibles. La
inspección debe realizarse por lo menos hasta 30
minutos después de terminar de soldar.
No se debe soldar o cortar un material
que posea una cubierta, o una estructura interna, o
paredes, o techos combustibles. Piezas calientes
de desechos no deben ser arrojadas en depósitos
que contengan combustible. Los extintores de
fuego adecuados deben estar siempre disponibles
en las cercanías, y el que aviste el fuego debe
estar entrenado en su uso.
No se debe soldar o cortar en suelos,
pisos o plataformas combustibles que puedan ser
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rápidamente encendidas por el calor generado en
la operación. Los soldadores e inspectores deben
estar alertas por las emanaciones de vapores de
líquidos inflamables. Los vapores son
generalmente más pesados que el aire. Los
vapores de líquidos inflamables que estén
Figura 2.5 – “Permiso de trabajo en caliente” del National Safety Council
Almacenados pueden viajar cientos de metros a
lo largo de pisos y depresiones. Los vapores
livianos pueden viajar por los techos y llegar a
cuartos adyacentes.
Cuando se suelde o corte en áreas que no
son habitualmente usadas para este fin, debe
usarse un “permiso para trabajar en caliente”. El
propósito de este permiso es alertar a los
supervisores de que existe un peligro
extraordinario de fuego en ese momento. El
permiso tiene que incluir un check list de las
precauciones de seguridad. Un check list
generalmente incluye una inspección de los
extinguidores, establece la necesidad de colocar
un vigía (si es necesario), buscar materiales
inflamables, instrucciones de seguridad para el
personal del área no involucrado en el trabajo de
soldadura. Cuando los permisos son otorgados, el
inspector de soldadura debe estar enterado y al
tanto de todos sus requerimientos.
Los gases, vapores inflamables y ciertos
polvos mezclados con aire en determinadas
proporciones, presentan peligro de explosión y
fuego. Para prevenir el peligro de explosiones,
deben evitarse todas las fuentes de ignición.
Soldar, cortar, brazing o soldering no deben ser
realizados en atmósferas que contengan gases y/o
vapores inflamables y/o polvos; ya que pueden
producir chispas o calor. Dichos inflamables
deben ser puestos en recipientes herméticos o
estar bien alejados del área de trabajo. El calor
y/o las chispas pueden producir vapores
inflamables en materiales con bajo punto de
volatilización.
Los recipientes que contengan huecos
deben ser ventilados antes y durante la aplicación
de calor. El calor no debe ser aplicado a un
recipiente que haya contenido un material
desconocido, una sustancia combustible o una
sustancia que pueda formar vapores inflamables
sin considerar los peligros potenciales. Estos
recipientes deben ser primero limpiados o
vaciados utilizando un gas inerte. Debe ser
utilizada protección visual y ropa de protección si
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el trabajo tiene riesgos de explosión. Quemaduras
en los ojos o en el cuerpo son peligros serios en la
industria de la soldadura. Protección del cuerpo,
la cara, los ojos y otros se requieren en el área de
trabajo para prevenir quemaduras por radiación
ultravioleta y roja, chispas y salpicaduras.
PROTECCIÓN VISUAL Y DE LA CARA
Soldadura y corte por arco
Los soldadores y operadores de
soldadura, y todo el personal que esté observando
un arco deben utilizar cascos para soldadura o
escudos de mano. Las normas para cascos de
soldadura, escudos de mano, escudos faciales,
antiparras y gafas, están dados en ANSI
PUBLICATION Z87.1, PRACTICE FOR
OCCUPATIONAL AND EDUCATIONAL EYE
AND FACE PROTECTION, última edición.
Gafas de seguridad, antiparras y otras
protecciones visuales adecuadas deben ser
utilizadas durante las operaciones de soldadura y
corte. Estos dispositivos deben tener escudos
laterales, que protejan toda la cara, cuando haya
peligro de rayos o partículas que vuelen de las
operaciones. Las gafas o antiparras pueden tener
lentes transparentes o de color. La protección que
brinden va a depender de la intensidad de la
radiación que provenga de la soldadura o del
corte, cuando la careta de soldadura sea removida
o esté levantada. Filtros de placa Nº 2 son
recomendados para protección general. (Ver tabla
2, pág.21).
Soldadura y corte por oxigás y por arco
sumergido Deben utilizarse antiparras de seguridad
con filtros de placa y escudos laterales de
seguridad cuando se realice soldadura o corte por
oxigas. Mientras se realice soldadura por arco
sumergido, el arco está cubierto por el fundente y
no es realmente visible; por ello no es necesario
el uso de la careta de soldadura. De todos modos,
como el arco ocasionalmente destella a través de
la capa de fundente, el operador debe usar gafas
de seguridad con los vidrios entintados. (Ver
tabla 2, pag.21).
Soldering y brazing por soplete
Gafas de seguridad con escudos laterales
y filtros de placa laterales son recomendados para
los procesos de brazing por soplete y soldering.
Como en soldadura y corte por oxigas, una llama
amarilla brillante puede ser visible durante el
brazing por soplete. Un filtro similar al que se usa
Para estos procesos puede ser utilizado para el
brazing por soplete. (Ver tabla 2, pág. 21).
Figura 2.6 – Equipamiento de protección
ocular, auditiva y facial
Brazing
Los operarios y ayudantes involucrados
en estos procesos deben vestir gafas de seguridad,
antiparras y un escudo facial para proteger sus
ojos y la superficie de las salpicaduras. Filtros de
placa no son necesarios; pero pueden utilizarse
por comodidad. (Ver tabla 2.1 Selección de lentes
de protección).
ROPA DE PROTECCIÓN
Botas o zapatos robustos y ropa pesada
debe ser vestida para proteger el cuerpo entero de
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las chispas que vuelan, salpicaduras y las
quemaduras por radiación. Es preferible la ropa
de lana a la de algodón, ya que ésta tarda más en
encenderse. Si se usara ropa de algodón, ésta
puede ser tratada químicamente para reducir su
combustibilidad. La ropa tratada con retardantes
de llama no permanentes debe ser tratada
nuevamente después de cada lavado. Ropa o
zapatos de plástico que pueda fundirse no deben
ser empleados, ya que pueden causar severas
quemaduras.
La ropa exterior debe ser mantenida libre de
aceites y grasas, especialmente en una atmósfera
rica en oxígeno.
Pantalones sin botamanga y bolsillos
cubiertos son recomendados para prevenir que las
chispas o salpicaduras queden atrapadas. Los
bolsillos deben ser vaciados de cualquier material
inflamable o de rápida ignición antes de soldar,
porque pueden ser encendidos por chispas o
salpicaduras de soldadura y provocar serias
quemaduras. Los pantalones deben ser usados por
fuera de los zapatos. Se recomienda proteger el
cabello con una gorra, especialmente si se usa
peluquín. Aditivos para el pelo que sean
inflamables no deben ser utilizados.
Guantes de cuero u otro material
adecuado deben ser siempre utilizados. Los
guantes no solamente protegen las manos de
quemaduras y abrasión, sino que además proveen
aislación en caso de shock eléctrico. Una
variedad especial de ropa de protección está
disponible para los soldadores. Delantales,
polainas, trajes, capas, mangas y gorras; todas de
material durable, deben ser vestidas cuando se
suelda sobre cabeza o en circunstancias
especiales como una garantía adicional para la
protección del cuerpo.
Chispas y salpicaduras calientes pueden
penetrar en los oídos, y ser especialmente
dolorosas y serias. Por eso, deben usarse tapones
para los oídos resistentes a la llama en cualquier
operación que posea estos riesgos.
RUIDO
Un ruido excesivo, especialmente
continuo y de alto nivel, puede provocar severos
problemas en la audición. Pueden causar pérdida
permanente o temporal de la audición. El US
DEPARTMENT OF LABOR OCCUPATIONAL
SAFETY AND HEALTH ADMINISTRATION
regula y describe los niveles tolerables de
exposición. Los requerimientos de estas
regulaciones pueden ser encontrados en General
Industry Standards, 29 CFR 1910.95.
En soldadura, corte y operaciones
conexas, el ruido puede ser generado por el
proceso o el equipo o ambos. Mecanismos de
protección auditiva son requeridos para algunas
de estas operaciones. Información adicional es
presentada en Arc Welding and Cutting Noise,
AWS 1979. El corte por arco aire (CAC-A) y el
corte por plasma (PAC) son procesos que tienen
alto nivel de ruido. Los generadores movidos por
motores diesel algunas veces producen mucho
ruido, igual que las máquinas de soldar por
inducción y de alta frecuencia.
PROTECCIONES EN LAS MÁQUINAS Los soldadores y otros trabajadores deben
estar también protegidos de las lesiones que
provocan las máquinas y los equipos que están
operando o por otras máquinas que estén
funcionando en el área. Elementos móviles y
poleas deben estar cubiertos con tapas que eviten
el contacto físico.
Figura 2.7 – Protección en las máquinas
Debido a que los cascos, gafas y los
filtros de placas oscuros restringen la visibilidad
de los soldadores, ellos están más expuestos que
otros a las lesiones por elementos desprotegidos
que están en movimiento. Por eso, se les debe
prestar especial atención.
Cuando se repara maquinaria por
soldadura o brazing, la maquinaria debe estar
desconectada, trabada, “probada” y señalada para
prevenir su operación inadvertida y lesiones. Los
soldadores que trabajen en equipos con
mecanismos de seguridad que han sido removidos
Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de seguridad para inspectores de soldadura
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deben entender completamente los peligros que
esta involucra, y los pasos necesarios para evitar
lesiones. Cuando el trabajo haya sido terminado,
los mecanismos de seguridad deben ser vueltos a
colocar. Las máquinas de soldar automáticas y
robots de soldadura deben estar provistas con
sensores o protecciones adecuadas para prevenir
la operación cuando alguien esté en el área de
peligro.
Salientes puntiagudas o filosas en
máquinas de soldar y otros equipos mecánicos
pueden provocar serias lesiones. Ejemplos de ello
son máquinas para soldar por resistencia, robots,
máquinas automáticas por arco, jigs y muebles.
Para prevenir lesiones con estos equipos, la
máquina debe estar equipada con dispositivos que
hagan que el operador tenga ambas manos en
posiciones seguras cuando ésta está funcionando.
En caso contrario, las salientes deben estar
protegidas mecánicamente. Metalworking
equipment no debe estar localizado donde un
soldador pueda caer accidentalmente en o adentro
de él. Durante el mantenimiento del equipo, las
salientes deben estar bloqueadas para prevenirlas
de que queden cerradas. En situaciones muy
peligrosas, un vigía debe encargarse de prevenir a
cualquiera de encender la máquina antes de que la
reparación sea finalizada.
GASES Y VAPORES
Los soldadores, operarios de soldadura y
otras personas en el área deben ser protegidos de
la sobreexposición a los gases y humos
producidos durante la soldadura, brazing,
soldering y corte. La sobreexposición es una
exposición que resulta perjudicial para la salud, o
que excede los límites permisibles fijados por
alguna agencia gubernamental. El US
DEPARTEMENT OF LABOR,
OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH
ADMINISTRATION (OSHA), Regulations 29
CFR 1910.1000, u otra autoridad competente
como la AMERICAN CONFERENCE OF
GOVERNMENTAL INDUSTRIAL
HYGIENISTS (ACGIH) en sus publicaciones,
THERESOLD LIMIT VALUES FOR
CHEMICAL SUBSTANCES AND PHYSICAL
AGENTS IN THE WORKROON
ENVIRONMENT. Las personas con problemas
de salud pueden tener sensibilidad inusual, y
requerir una protección más estricta.
Hay un mayor interés por los gases y
humos que se generan en soldadura por arco que
en soldadura por oxigas, brazing o corte. Un arco
puede generar un gran volumen de gases y
humos, con una enorme cantidad de sustancias
involucradas. La protección contra los excesos de
exposición generalmente es llevada a cabo por
ventilación. Donde la exposición pueda exceder
los límites permitidos con la ventilación
disponible, debe emplearse además protección
respiratoria. Se debe proveer protección a los
soldadores y a todo el personal que se desempeñe
en el área.
FACTORES DE EXPOSICIÓN
Posición de la cabeza
El factor más importante que influencia la
exposición a los humos es la posición de la
cabeza del soldador respecto de la columna de
humos. Cuando la cabeza está en una posición tal
que la columna de humos envuelve la cabeza del
soldador o su máscara, los niveles de exposición
pueden ser muy altos. Por eso, los soldadores
deben ser entrenados en mantener la cabeza a un
costado de la columna de humos. Algunas veces,
el trabajo puede ser posicionado de tal manera
que la columna pueda ascender por un costado.
Tipos de ventilación
La ventilación tiene una influencia
significativa en la acumulación de humos en el
área de trabajo, y en la exposición del soldador a
ellos. La ventilación debe ser local, donde los
humos son extraídos cerca del punto de
soldadura, o en general, donde el aire del lugar es
cambiado o filtrado. El tipo adecuado va a
depender del proceso de soldadura involucrado,
del material soldado y otras condiciones del
lugar. Una ventilación adecuada es necesaria para
mantener los niveles de exposición del soldador
dentro de límites seguros.
Área de trabajo
El tamaño del cerramiento o cercamiento
del lugar donde se realiza la soldadura o se corta
es importante. Afecta la dilución de los humos.
La exposición adentro de un recipiente a presión,
tanque u otro espacio confinado será más alta que
en un lugar despejado.
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Nivel de vapores del ambiente
El nivel de vapores del ambiente depende
del número y tipo de estaciones o células de
soldadura y del ciclo de trabajo de cada una.
Diseño de la máscara del soldador
La extensión de la máscara que se curva
por debajo del mentón hasta el pecho, influye
sobre la exposición a los humos. Máscaras con
cerramientos adecuados pueden ser efectivas en
la reducción de la exposición.
Metal base y condición superficial
Figura 2.8 – Campana colocada cerca del arco de soldadura
El tipo de metal base que está siendo
soldado influye sobre los componentes y la
cantidad de los humos que se generan.
Contaminantes superficiales o recubrimientos
pueden contribuir en forma significativa al
peligro potencial de los vapores. Pinturas que
contengan plomo y laminados que contengan
cadmio, generan peligrosos humos durante el
corte y la soldadura. Los materiales galvanizados
generan humos de zinc que son nocivos.
VENTILACIÓN
El grueso de los humos generados en
soldadura y corte constan de pequeñas partículas
que quedan suspendidas en la atmósfera por una
gran cantidad de tiempo. Como resultado de esto,
la concentración de humos puede crecer con el
tiempo en un área cerrada, así como también la
concentración de gases emanados o generados
durante el proceso. Las partículas eventualmente
se depositan en las paredes y en el piso, pero la
relación de las partículas que se depositan
respecto de las que se generaron durante la
soldadura o el corte es baja. Por eso, la
concentración de humos debe ser controlada
mediante ventilación.
Una adecuada ventilación es la clave para
el control de gases y humos durante el proceso de
soldadura. Debe ser provista una ventilación
mecánica, natural o a través del respirador en
todos los procesos de soldadura, corte, brazing y
en todas las operaciones relacionadas.
La ventilación debe asegurar que la concentración
de contaminantes suspendidos en el aire se
mantenga por debajo de los niveles
recomendados.
Muchos métodos de ventilación están
disponibles. Varían desde circulaciones naturales
a dispositivos localizados, como las máscaras de
soldadura ventiladas.
Ejemplos de ventilación incluyen:
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1 Natural
2 Ventilación mecánica natural sobre el área
3 Capuchas extractoras sobre cabeza
4 Mecanismos extractores portátiles
5 Deflectores descendentes
6 Deflectores cruzados
7 Extractores construidos adentro del equipo de
soldar
8 Máscaras de soldar ventiladas
Soldar en espacios confinados
Deben ser tenidas en cuenta algunas
consideraciones especiales para cuidar la salud y
seguridad de los soldadores y otros trabajadores
que trabajen en espacios confinados. Ver ANSI
PUBLICATION Z117.1, SAFETY
REQUIREMENTS FOR WORKING TANKS
AND OTHER CONFINED SPACES, LATEST
EDITION; para más precauciones.
Los cilindros de gas deben ser localizados fuera
de los espacios confinados para prevenir la
contaminación del espacio por posibles pérdidas
o por sustancias volátiles. Las fuentes de energía
para los equipos de soldadura deben estar
localizadas afuera para reducir el peligro de
shock eléctrico o del escape del motor. La
iluminación adentro del área de trabajo debe ser
de bajo voltaje, 12V, o 110V si es requerido, el
circuito debe ser protegido por un interruptor por
corriente de falla a tierra (GROUND FAULT
CIRCUIT INTERRUPTER GFCI).
Debe ser provisto un medio para poder
retirar a los trabajadores rápidamente en caso de
emergencia. Cinturones de seguridad y sogas de
seguridad, deben utilizarse de tal manera (cuando
sean empleadas), que no permitan que el
trabajador se enrede en la salida. Un ayudante o
vigía puede ser posicionado afuera con un plan de
rescate pre planeado en caso de emergencia.
Figura 2.9
Además de mantener los contaminantes
suspendidos en el aire por debajo de los valores
recomendados, en espacios confinados, la
ventilación debe (1) asegurar una cantidad
adecuada de oxígeno para mantener la vida (al
menos 19.5% en volumen) (2), prevenir la
formación de una atmósfera con oxígeno
enriquecido (no por encima de 23.5%) y (3)
prevenir la acumulación de mezclas inflamables.
La asfixia puede rápidamente llevar a la pérdida
del conocimiento y muerte sin que sea advertido
por la persona, si el oxígeno no está presente en
una concentración suficiente. El aire contiene
aproximadamente un 21% de oxígeno en
volumen. Los espacios confinados pueden no
estar bien ventilados en el caso que el soldador
vista un aparato aprobado de respiración y tenga
correcto entrenamiento en trabajos en espacios
confinados. Una segunda persona igualmente
equipada debe estar presente como reserva, en
standby.
Figura 2.9 – Soldadura en espacios confinados Antes de ingresar al espacio confinado, la
atmósfera del lugar debe ser testeada para
determinar la presencia o ausencia de gases
tóxicos o inflamables, humos y adecuada
cantidad de oxígeno. Las pruebas deben ser
realizadas con equipos aprobados por el US
BUREAU OF MINES.
Gases más pesados que el aire, como el
argón, metilacetileno-propadieno, propano y
dióxido de carbono; pueden acumularse en pozos,
tanques, zonas deprimidas, zonas bajas y cerca
del piso. Gases más livianos que el aire, como el
helio y el hidrógeno pueden acumularse en el
techo de un tanque, cerca de los techos y áreas
altas. Las precauciones para áreas confinadas se
aplican a estas áreas. Si es posible, se puede
utilizar para trabajar en estos espacios una alarma
por sonido con monitoreo continuo.
Las atmósferas con oxígeno enriquecido
son un gran peligro para los ocupantes de un
espacio confinado. Son especialmente peligrosas
en concentraciones que estén por encima del 25%
de oxígeno. Los materiales que pueden ser
combustibles en atmósferas normales, en
atmósferas enriquecidas, se deflagran
violentamente. La ropa puede quemarse con gran
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rapidez; la ropa que esté engrasada o con aceites
puede encenderse espontáneamente; el papel
puede encenderse espontáneamente. Pueden
resultar quemaduras muy serias y severas.
La protección en espacios confinados
debe ser provista para soldadores y otros
trabajadores del área. Solamente se debe usar aire
limpio y respirable para la ventilación. Oxígeno,
otros gases o mezclas de gases nunca deben ser
usadas para ventilación.
Aparatos de respiración contenida con
presión positiva deberán ser utilizados cuando se
suelde o corte en áreas confinadas donde no se
pueda proveer una ventilación adecuada y haya
peligro inmediato para la vida y la salud. Debe
poseer además una provisión de aire de
emergencia de por lo menos cinco minutos en
caso de que la fuente principal falle.
Soldadura de recipientes
Soldar o cortar adentro o afuera de
recipientes que contengan sustancias peligrosas
presenta peligros especiales. Vapores tóxicos o
inflamables pueden estar presentes, o ser
generados por la aplicación de calor. El área
próxima (externa e interna) al recipiente debe
estar limpia de cualquier obstáculo u objeto
peligroso. Si al reparar un recipiente en el lugar,
son liberadas sustancias peligrosas desde el suelo
o el piso que está debajo, el recipiente debe estar
aislado. El personal de incendios debe estar en
posición y el equipo de protección debe estar
disponible para su uso inmediato.
Cuando se suelde o corte adentro de
recipientes que contengan materiales peligrosos,
las precauciones para espacios confinados deben
ser también observadas. Gases generados durante
el proceso deben ser descargados de una forma
segura y aceptable de acuerdo a las disposiciones
gubernamentales vigentes. Se deben tomar
precauciones para prevenir la sobrepresión
adentro del recipiente. Ensayos de presencia de
gases y vapores deben ser realizados
periódicamente para asegurarse que éstos se
encuentran dentro de los límites admisibles
durante la soldadura.
Un método alternativo para soldar
recipientes en forma segura es llenarlos con agua
o algún gas inerte o arena. Cuando se usa agua, se
lo debe llenar hasta un nivel inferior en un par de
pulgadas del punto donde se quiera efectuar la
soldadura. El espacio sobre el agua debe ser
ventilado de manera de permitir que el aire
caliente generado escape. Con gas inerte, el
porcentaje de gas inerte que debe haber para
evitar una explosión debe ser conocido. Como
mantener con seguridad una atmósfera durante la
soldadura debe ser también conocida.
Materiales altamente tóxicos
El límite de exposición para algunos
materiales que están presentes en atmósferas para
soldadura o corte, metales base, revestimientos o
consumibles es inferior a 1mg/m3. Entre estos
materiales están los metales y sus compuestos
escritos en la tabla 2.2
Tabla 2.2, metales tóxicos
1 Antimonio 10 Manganeso
2 Arsénico 11 Mercurio
3 Bario 12 Níquel
4 Berilio 13 Selenio
5 Cadmio 14 Plata
6 Cromo 15 Vanadio
7 Cobalto
8 Cobre
9 Plomo
Manufacturer´s material safety data
sheets deben ser consultadas para encontrar si
alguno de estos materiales están presentes en los
metales de aporte de la soldadura o en los
fundentes que se emplean. MSDS deben ser
pedidas a los proveedores de equipo y materiales.
De todos modos, metales de aporte de soldadura
y los fundentes no son las únicas fuentes de estos
materiales. También están presentes en metales
base, revestimientos y otras fuentes en el área de
trabajo. Los materiales radioactivos que estén
bajo jurisdicción de NUCLEAR REGULATORY
COMMISSION requieren consideraciones
especiales, además de las disposiciones
provinciales y municipales. Estos materiales
incluyen máquinas de rayos X e isótopos
radiactivos.
Cuando se encuentren materiales tóxicos
como constituyentes en operaciones de soldadura,
brazing o corte; deben tomarse precauciones
especiales de ventilado. Las precauciones deben
asegurar que los niveles de contaminantes estén
por debajo de los niveles permitidos para
exposición humana. Todas las personas en la
cercanía del área de trabajo deben estar
protegidas de la misma manera.
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MANEJO DE GASES COMPRIMIDOS
Los gases empleados en soldadura y corte
son envasados en recipientes llamados cilindros o
garrafas. Solamente los cilindros construidos y
mantenidos de acuerdo al US DEPARTMENT
OF TRANSPORTATION (DOT) pueden ser
utilizados en USA. El uso de otros cilindros
puede ser extremadamente peligroso e ilegal. Los
cilindros deben ser periódicamente probados bajo
condiciones DOT, y no pueden ser recargados si
no han superado estas pruebas.
Los cilindros pueden ser recargados
solamente con permiso del dueño, y solamente
deben ser recargados por proveedores de gas
reconocidos o por aquellos que tengan el
entrenamiento adecuado. Llenar un cilindro desde
otro es peligroso y no debe ser intentado por
nadie que no esté calificado para hacerlo. Nunca
deben ser mezclados en los cilindros
combustibles o mezclas incompatibles de gases.
No se debe soldar sobre los cilindros de
gas. Los cilindros no deben formar parte de un
circuito eléctrico porque puede establecerse el
arco entre la garrafa y el electrodo. Los cilindros
que contengan gases de protección, usados en
conjunto con soldadura por arco no deben ser
enterrados. No deben enroscarse o guardarse
sobre los cilindros porta electrodos, torchas,
cables, mangueras y herramientas para prevenir
salte el arco entre la torcha y el cilindro o
interferencia con las válvulas. Un cilindro dañado
por un arco puede romperse y provocar severas
lesiones, incluso la muerte.
Los cilindros no deben ser usados como
banco de trabajo o rodillos. Deben estar
protegidos de golpes, objetos que se puedan caer
sobre ellos, inclemencias del tiempo y no deben
ser tirados o lanzados. Deben ser almacenados en
áreas donde las temperaturas no caigan por
debajo de los –20ºF ni supere los 130ºF.
Cualquiera de estas exposiciones, abusos o malos
usos pueden dañarlos al punto de provocar fallas
con serias consecuencias.
Figura 2.10 – Cilindros con gas inerte,
conectado a un sistema de cañerías
Los cilindros no deben ser levantados
utilizando eslingas ordinarias o cadenas. Debe ser
utilizada una cuna apropiada o una eslinga que
retenga con seguridad al cilindro. No deben ser
usados dispositivos electromagnéticos para
manipular los cilindros.
Siempre el que usa los cilindros debe
asegurarse de que éstos estén correctamente
asegurados de manera que no se caigan durante
su uso o almacenamiento. Los cilindros que
contengan acetileno o gases licuados deben
almacenarse y usarse siempre en la posición hacia
arriba. Otros cilindros es conveniente que se usen
y almacenen en la posición hacia arriba, mas no
es esencial en todos los casos.
Antes de usar gas de un cilindro, el
contenido debe estar identificado con una etiqueta
encima. No deben identificarse los contenidos de
otra manera que no sea esta, como colores, forma
de los cilindros, etc. ya que estos pueden variar
de un fabricante a otro, en diferentes regiones o
líneas de productos y provocar confusiones. La
etiqueta identificatoria en el cilindro es la única
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manera de adecuada de saber el contenido del
cilindro. Si faltara la etiqueta en el cilindro, éste
debe ser devuelto al proveedor.
Muchas veces, es provisto un capuchón
para proteger el mecanismo de seguridad y la
válvula del cilindro. Este capuchón debe estar
siempre en posición, excepto cuando el cilindro
está en uso. El cilindro nunca debe ser levantado
manualmente o con un aparejo o grúa desde el
capuchón. La rosca que asegura a esta válvula
está diseñada solamente para ese propósito y no
para soportar el peso completo del cilindro. Los
capuchones tienen que estar siempre totalmente
roscados y apretados manualmente.
Los cilindros de gas y otros recipientes
deben ser almacenados de acuerdo a las
disposiciones provinciales y municipales y los
standards fijados por la OSHA y el NATIONAL
FIRE PROTECTION ASSOCIATION. En el
HANDBOOK OF COMPRESSED GASES,
publicado por la COMPRESSED GAS
ASSOCIATION, son discutidos procedimientos
para manipular y almacenar en forma segura
cilindros de gas.
Algunos gases en cilindros de alta presión
son cargados a presiones de hasta 2000 psi o más.
Se debe utilizar un regulador-reductor de presión
aprobado (excepto que el cilindro esté diseñado
para operar a la presión completa) para evacuar
un gas desde un cilindro o una tubería. Nunca
deber ser utilizada una simple válvula de aguja.
Debe ser empleada una válvula de seguridad o de
alivio tarada a una presión inferior a la máxima
permitida por el equipo de soldadura. La función
de esta válvula es prevenir un daño al equipo a
presiones superiores a la presión límite de trabajo,
si el regulador fallara en el servicio.
Las válvulas en cilindros que contengan
gases a alta presión, especialmente oxígeno,
deben ser abiertas muy lentamente para evitar la
alta temperatura que se genera con la
recompresión adiabática. La recompresión
adiabática puede ocurrir si las válvulas se abren
rápidamente. Con oxígeno, el calor puede
encender el asiento de la válvula, a su vez la alta
temperatura puede provocar que el asiento se
funda o queme. La válvula del cilindro, al
momento de abrirla, debe apuntarse hacia una
dirección que no sea la de ninguna persona; de
manera de evitar lesiones en caso de que ocurra
un incendio. El operario nunca debe pararse
frente a la válvula durante la apertura, para
prevenir una lesión provocada por un escape de
presión en caso de que el regulador falle.
Antes de conectar un cilindro de gas al
regulador o tubería, la válvula de salida debe ser
limpiada. Esto debe hacerse con un trapo seco,
libre de aceite; y tiene por fin remover la
suciedad, humedad y cualquier partícula extraña.
Luego la válvula debe abrirse momentáneamente
y cerrarse rápidamente, esto es conocido como
“cracking the cylinder valve”. Con los cilindros
con gas combustible esto nunca debe realizarse
cerca de fuentes de ignición como chispas,
llamas, gente fumando, ni en espacios
confinados.
El regulador debe ser liberado de la
presión del gas antes de conectarlo al cilindro y
también después de cerrar la válvula del cilindro
al terminar la operación. Las roscas de las
válvulas de cilindro están normalizadas para
gases específicos, de manera que solamente
pueden conectarse a reguladores o tuberías con
roscas similares.
Es preferible no girar más de una vuelta
(en la apertura) la válvula en cilindros con
combustible y baja presión. Esto generalmente
permite un flujo adecuado del combustible y
permite en caso de emergencia un cierre rápido.
Contrariamente, las válvulas de los cilindros de
alta presión, deben abrirse completamente para
que el asiento presione contra la empaquetadura y
de esta forma prevenir pérdidas durante el uso.
La válvula del cilindro debe cerrarse
después de cada uso y cada vez que se devuelva
un cilindro vacío a un proveedor. Esto previene
las pérdidas de producto por fugas que pueden
ocurrir y no detectarse mientras el cilindro está
fuera de uso (desantendido), y así evitar los
peligros que generan las fugas. Además evita el
reflujo de contaminantes al cilindro. Es
recomendable que los cilindros sean devueltos al
proveedor con por lo menos 25psi de presión
remanente. Esto previene la contaminación del
cilindro durante el transporte.
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Figura 2.11 – Reguladores de oxígeno y
acetileno y caudalímetros
Mecanismos aliviadores de presión
Solamente el personal entrenado puede
ajustar los mecanismos de alivio de presión en los
cilindros. Estos mecanismos están diseñados para
proveer protección en el caso de que el cilindro
esté sujeto a un medio agresivo, como fuego u
otras fuentes de calor. Estos medios pueden hacer
aumentar la presión de los gases contenidos en
los cilindros. Los mecanismos de alivio de
presión son diseñados para evitar que la presión
exceda los límites de seguridad.
Siempre se debe emplear un regulador
reductor de presión cuando se esté evacuando gas
de los cilindros de gas mientras se suelda o corta.
Los reductores reguladores de presión
deben ser usados solamente para la presión y el
gas indicado en la etiqueta. No deben ser usados
con otros gases o a otras presiones aunque la
rosca de la válvula de salida del cilindro pueda
ser la misma. No deben ser forzadas las
conexiones roscadas al regulador. Un ajuste o
conexión inapropiada de roscas entre el cilindro
de gas y el regulador, o entre el regulador y la
manguera sugiere que una incorrecta
combinación de dispositivos fue empleada.
No se recomienda el uso de adaptadores
para cambiar la conexión de la rosca del cilindro
porque existe el peligro de usar un regulador
incorrecto y contaminar el regulador. Por
ejemplo, gases que están contaminados con aceite
pueden depositar un film de aceite en las partes
internas del regulador. Este film puede
contaminar al gas que estaba limpio y terminar en
fuego o explosión cuando quede expuesto al
oxígeno puro.
Antes de usarlas, se debe inspeccionar las
conexiones roscadas y las conexiones de acople
rápido de los reguladores estén libres de suciedad
y daños. Si la conexión de un cilindro o manguera
tiene fugas, no debe ser forzada con torque
excesivo. Los componentes y reguladores
dañados deben ser reparados por mecánicos
debidamente entrenados o en caso contrario, ser
devueltos al fabricante para su reparación.
Una válvula adecuada o un medidor de
caudal deben ser utilizados para controlar el
caudal de gas desde el regulador. La presión
interna en el regulador debe ser drenada antes de
ser conectado o removida de un cilindro de gas o
tubería.
TUBERÍAS
Una tubería es utilizada cuando se
necesita gas sin interrupción o a una alta presión
de suministro que pueda ser suplida desde un solo
cilindro. Una tubería debe estar diseñada para una
presión y un gas específico, y debe ser hermética
a las fugas. Los componentes de la tubería deben
estar aprobados para el propósito, y ser usados
solamente para la presión y el gas para la cual
fueron aprobados. Las tuberías para oxígeno y
gases combustibles deben cumplir requerimientos
especiales de seguridad y diseño.
Los accesorios para tuberías para
acetileno y metilacetileno-propadieno (MPS) no
deben ser de cobre o aleaciones que contengan
más del 70% de cobre. Bajo ciertas condiciones
estos gases combustibles reaccionan con el cobre
formando un compuesto inestable cobre
acetylide. Este compuesto puede detonar bajo
calor o shock.
Los sistemas de tuberías deben contener
una válvula apropiada de alivio de presión. Cada
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Figura 2.12 y 2.13 – Sistemas de tuberías de acetileno y oxígeno respectivamente
Línea proveniente de un cilindro de gas
combustible debe incorporar una válvula
antirretorno y un arresta llama.
La válvula antirretorno debe colocarse en
cada línea de salida del cilindro donde sean
provistos gas y oxígeno para soldadura, corte o
para precalentar la torcha. Estas válvulas deben
ser revisadas periódicamente para tener una
operación segura.
El sistema de tubería debe estar protegido
por una válvula de alivio de presión a menos que,
se sepa que el sistema de tubería está
específicamente diseñado y construido para
trabajar con la presión completa del cilindro o
tanque. Los dispositivos de protección (alivio de
presión) deben ser suficientes de manera de evitar
que la presión crezca por encima de la presión del
elemento más débil del sistema.
Dichos dispositivos de alivio de presión
pueden ser válvulas de alivio o discos bursting.
Un regulador reductor de presión nunca debe
encargarse de evitar la presurización sobre todo el
sistema. Un dispositivo de alivio de presión debe
localizarse en cada sección del sistema que pueda
estar expuesta a toda la presión del cilindro y que
esté aislada de otro dispositivo de alivio o
protección (como una válvula cerrada). Algunos
reguladores de presión tienen válvulas integrales
de alivio de presión y seguridad. Estas válvulas
están diseñadas para protección del regulador
únicamente, y no deben ser utilizadas para
proteger el sistema aguas abajo.
En los sistemas de tuberías criogénicas,
los dispositivos de alivio deben estar localizados
en cada sección del sistema donde el gas licuado
pueda quedar atrapado. Si reciben calor, dichos
líquidos pueden vaporizarse en gas, y en un
espacio confinado la presión del gas puede
incrementarse dramáticamente.
Los dispositivos que protejan sistemas de
tuberías de gas combustible u otro gas peligroso
deben ser venteados hacia un lugar seguro.
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GASES
Oxígeno
El oxígeno no es inflamable, pero
posibilita la combustión de los materiales
inflamables. Puede iniciar la combustión y
acelerarla vigorosamente. Por eso, los cilindros
con oxígeno gaseoso y los contenedores con
oxígeno líquido no deben ser almacenados cerca
de cilindros con gases combustibles. Nunca debe
usarse oxígeno como sustituto del aire
comprimido. El oxígeno posibilita la combustión
de una manera más vigorosa que el aire, debido a
que el aire solamente contiene un 21% de
oxígeno. Por eso, deben ser diferenciados e
identificados el aire y el oxígeno.
Aceite, grasa y restos de combustibles
pueden encenderse espontáneamente en contacto
con el oxígeno. Todos los sistemas y aparatos
para servicio con oxígeno deben ser mantenidos
libres de combustibles. Componentes de sistema,
tuberías y válvulas que no estén expresamente
manufacturadas para servicio con oxígeno deben
ser limpiadas y aprobadas para este tipo de
servicio antes de su uso.
Los aparatos que estén expresamente
manufacturados para servicio con oxígeno, y así
etiquetados, deben ser guardados limpios como
fueron recibidos. Las válvulas, reguladores y
aparatos para oxígeno, nunca deben ser
lubricados con aceite. Si éstas requieren
lubricación, el método y la aplicación de
lubricantes, debe estar especificada por el
fabricante en sus manuales. Si no es así, los
dispositivos deberán ser devueltos al fabricante o
representante autorizado para su servicio.
Nunca debe emplearse oxígeno para
accionar herramientas que funcionen con aire
comprimido. Éstas son generalmente lubricadas
por aceite. De la misma manera, el oxígeno no
debe ser usado para soplar la suciedad de la ropa
o el área de trabajo porque generalmente están
contaminados con aceite o grasa o polvo
combustible.
Únicamente debe vestirse ropa limpia
cuando se trabaje con oxígeno. No debe utilizarse
oxígeno para ventilar espacios confinados.
Pueden resultar quemaduras muy severas por la
ignición de la ropa o el pelo en atmósferas ricas
en oxígeno.
Gases - combustibles
Los gases más comúnmente usados en
soldadura por oxigas (OFC) y corte (OFC) son
acetileno, metilacetilen-propadieno (MPS), gas
natural, propano y propileno. El hidrógeno es
usado en un par de aplicaciones. La gasolina es,
algunas veces, usada como combustible para
corte por oxígeno. Se vaporiza en la torcha. Estos
gases deben ser siempre llamados por sus
nombres.
El acetileno en cilindros es disuelto en un
solvente, de esa manera puede ser almacenado
bajo presión. En su estado natural, el acetileno
nunca debe ser usado a presiones superiores a los
15psi (100000Pa) porque puede disociarse de
manera explosiva a esas presiones y mayores.
El acetileno y el MPS nunca deben ser
usados en contacto con plata, mercurio o
aleaciones que contengan 70% o más de cobre.
Estos gases con estos metales forman compuestos
inestables que pueden detonar violentamente bajo
impacto o calor. Las válvulas de salida en
cilindros con gases combustibles nunca deben
abrirse para ser limpiadas cerca de fuentes de
llama o de ignición o en espacios confinados.
Cuando los gases combustibles sean
usados para atmósfera de brazing en horno, deben
ser venteados a un lugar seguro. Antes de llenar
un horno con gas combustible, debe primero
purgarse el equipo con un gas no inflamable. Para
prevenir la formación de una mezcla aire
combustible explosiva pueden ser usados argón o
nitrógeno.
Se debe prestar una especial atención
cuando se utilice hidrógeno. Las llamas de
hidrógeno son difícilmente visibles y debido a
ello; partes del cuerpo, ropas, o combustibles
pueden entrar en contacto con ellas sin que sea
advertido.
Incendios por gases combustibles
El mejor procedimiento para prevenir
incendios provocados por gases o líquidos
combustibles es almacenarlos adentro del
sistema, esto es para prevenir fugas. Todos los
sistemas con combustibles deben ser
inspeccionados cuidadosamente para detectar
fugas en el ensamble y cada intervalo frecuente
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de tiempo. Los cilindros de gas combustible
deben ser examinados para detectar fugas
especialmente en los mecanismos de seguridad,
empaquetaduras de válvulas y conexiones
fusibles. Una fuente común de incendios en
soldadura y corte es la combustión de fugas de
combustible por chispas que vuelan o
salpicaduras.
En caso de fuego combustible, una
medida efectiva para controlarlo, es cerrar la
válvula de combustible (si esta fuera accesible).
Una válvula de gas combustible no debe abrirse
más allá del punto necesario para obtener un flujo
adecuado. Abierta de esta manera, puede ser
cerrada rápidamente en caso de emergencia.
Generalmente, esto es menos de 1 vuelta. Si la
válvula inmediata de control de combustible en
inaccesible, debe colocarse otra agua arriba para
poder cortar el flujo de combustible.
La mayoría de los gases combustibles en
cilindros están en estado líquido o disuelto en
líquidos. Por eso, los cilindros siempre deben
estar colocados en posición vertical y hacia
arriba, de manera de prevenir que el líquido se
introduzca en el sistema.
Un cilindro con gas combustible puede
tener fugas que algunas veces terminen en fuego.
En caso de fuego, la alarma de incendios debe ser
accionada y debe ser convocado personal
entrenado en incendios. Un pequeño fuego cerca
de una válvula de cilindro o dispositivo de
seguridad debe ser extinguido. Cuando sea
posible, el fuego debe ser extinguido cerrando la
válvula, usando agua, ropas mojadas o extintores
de fuego. Si la fuga no puede ser parada, el
cilindro debe ser removido por personal
entrenado en incendios a un lugar seguro en el
exterior, y notificar al proveedor. Una señal de
advertencia debe ser puesta, y no debe permitirse
ninguna fuente de ignición en el área.
Con un gran fuego sobre un cilindro de
gas combustible, debe ser activada la alarma de
incendios y todo el personal debe ser evacuado
del área. El cilindro debe mantenerse mojado por
los bomberos con una lluvia pesada de agua para
mantenerlo fresco. Generalmente es mejor que el
fuego continúe, que queme y consuma el gas
antes que intentar extinguir la llama. Si el fuego
es extinguido, hay peligro de que el gas de escape
pueda reencenderse de manera explosiva.
Gases de protección
Argón, helio, dióxido de carbón y
nitrógeno son los gases más usados para
protección en algunos de los procesos de
soldadura. Todos, excepto el dióxido de carbono
son usados como atmósferas para brazing. Son
inodoros e incoloros y pueden desplazar al aire
necesario para respirar.
Los espacios confinados que contengan a
estos gases deben estar bien ventilados antes de
que el personal entre a ellos. Si queda alguna
duda, antes de que el personal ingrese a ellos,
deben ser chequeados con un analizador de
oxígeno para asegurarse que haya una proporción
correcta del mismo. Si no hay disponible un
analizador de oxígeno, el personal debe ingresar
con un respirador. Los recipientes que contengan
a estos gases no deben ser almacenados en
espacios confinados, como ya se discutió.
SHOCK ELÉCTRICO
El shock eléctrico puede causar la muerte
repentinamente. Si no son seguidas las medidas
precautorias apropiadas, lesiones y fatalidades
pueden ocurrir por shock eléctrico en soldadura o
corte. Muchas operaciones de soldadura y corte
emplean equipos eléctricos. Por ejemplo, en
oxicorte con gas combustible las máquinas usan
motores, controles y sistemas eléctricos.
Algunos accidentes por causas eléctricas
pueden ser inevitables, como aquellos causados
por rayos. De todos modos, el resto son evitables,
incluso aquellos causados por falta de
entrenamiento adecuado.
El shock eléctrico ocurre cuando una
corriente eléctrica, de suficiente intensidad para
crear un efecto adverso, pasa a través del cuerpo.
La severidad del shock depende principalmente
de la intensidad de la corriente, de la duración del
contacto, del camino que deba recorrer la
corriente y del estado de salud de la persona. La
corriente circula por causa de la diferencia de
potencial aplicada. La intensidad de la corriente
depende de la diferencia de potencial aplicada y
de la resistencia que tenga la zona del cuerpo a
través de la cual circule la corriente. En el caso de
corriente alterna, también influye la frecuencia.
Intensidades de corriente superiores a
6mA son consideradas corrientes primarias de
shock porque pueden causar directamente daño
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fisiológico. Intensidades de corriente de 0.5 a
6mA, fijas, son consideradas corrientes
secundarias de shock. Las corrientes secundarias
de shock pueden causar reacciones musculares
involuntarias, sin provocar normalmente daños
fisiológicos directos. A una intensidad de 0.5mA
es el llamado umbral de percepción, porque es el
punto al cual la mayoría de la gente empieza a
sentir el hormigueo provocado por la corriente
eléctrica. El nivel de sensaciones que genera la
corriente depende del peso de la persona y
también del sexo.
Muchos equipos eléctricos; si están
incorrectamente instalados, usados o mantenidos
pueden ser un peligro de shock eléctrico. El
shock puede ocurrir de una descarga (fogonazo)
inducida por una diferencia de potencial en el
sistema de distribución. Aún el suelo puede tener
una diferencia de potencial respecto de tierra
durante fenómenos severos transitorios. Estas
circunstancias son infrecuentes.
En corte y soldadura la mayoría de los
equipos eléctricos son alimentados por corriente
alterna con tensiones que varían entre 115V y
575V, o por generadores movidos a motor. La
mayoría de la soldadura se realiza con arcos de
menos de 100V. (Han resultado fatalidades con
equipos operando con mentos de 80V). Algunos
métodos de corte operan con arcos de más de
400V, y las máquinas de soldar por haz de
electrones usan arcos de hasta 150KV. La
mayoría de los shocks eléctricos que ocurren en
soldadura son por contactos accidentales con
conductores mal aislados o desnudos. Por eso, los
soldadores deben tomar precauciones antes de
contactar elementos desnudos en el circuito de
soldadura, y también aquellos en el circuito
primario.
Generalmente la resistencia eléctrica se
reduce en presencia de humedad o agua. Los
peligros eléctricos son casi siempre más severos
bajo estas circunstancias. Cuando se deba soldar
o cortar bajo condiciones húmedas o mojadas,
incluyendo sudor, el inspector de soldadura debe
vestir guantes secos y ropa en buenas condiciones
para prevenir el shock eléctrico. El inspector de
soldadura debe ser protegido de superficies
conductoras de electricidad, incluyendo la tierra.
La protección puede brindarse mediante zapatos
con suela de goma (como mínimo), y
preferiblemente por una capa como una manta de
goma o un entramado de madera. Se deben tomar
precauciones similares contra contactos
accidentales con superficies conductoras
desnudas, cuando el inspector de soldadura deba
trabajar en diferentes posiciones (acostado,
sentado o arrodillado). Antes de soldar deben
sacarse anillos o joyas, para disminuir la
posibilidad de un shock eléctrico.
La tecnología de los marcapasos y hasta
donde son influenciados por otros equipos
eléctricos está constantemente cambiando. Es
imposible realizar consideraciones generales
sobre como son afectados por los efectos de las
operaciones de soldadura. Los que lleven puestos
marcapasos u otros equipos electrónicos vitales
para la vida, deberán consultar con el fabricante
de sus equipos o con sus doctores para encontrar
donde pueda haber un peligro.
Los shocks eléctricos pueden ser
reducidos mediante una instalación y
mantenimiento adecuado, buena práctica en su
operación, ropa adecuadas y protección corporal
y equipamiento diseñado para el trabajo y la
situación de uso. El equipo debe cumplir con las
normas aplicables NEMA O ANSI como,
“ANSI/UL 551, SAFETY STANDARD FOR
TRANSFORMER TYPE ARC WELDING
MACHINES”.
Si se van a realizar grandes cantidades de
soldadura y corte bajo condiciones peligrosas, se
recomienda utilizar controles automáticos de
máquina que reduzcan seguramente los riesgos de
circuito abierto. Cuando algún proceso especial
de corte o soldadura requiera circuito abierto con
tensiones superiores a las especificadas en
“ANSI/NEMA PUBLICATION EW-1,
ELECTRICAL ARC WELDING
APPARATUS”, deben proveerse procedimientos
de operación y aislación adecuados para proteger
al soldador de los altos voltajes.
Un buen programa de entrenamiento en
seguridad es esencial. Antes de empezar a operar,
los empleados deben haber sido instruidos
completamente por una persona competente en
seguridad eléctrica. Como mínimo este
entrenamiento debe cubrir los puntos incluidos en
“ANSI/ASC Z49.1, SAFETY IN WELDING
AND CUTTING” (publicados por AWS). No
será permitido que personas que no han sido
adecuadamente entrenadas realicen operaciones.
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El equipo debe ser instalado en un área
limpia y seca. Cuando esto no sea posible, debe
ser adecuadamente resguardado del polvo y la
humedad. La instalación debe realizarse de
acuerdo a los requerimientos de ANSI/NFPA 70,
NATIONAL ELECTRIC CODE, y disposiciones
locales. Esto incluye conexiones, fusibles y
fuentes de poder.
Los terminales de cables de soldadura y
cables deben protegerse de contactos accidentales
por personas u objetos metálicos como vehículos
o grúas. Las conexiones entre cables de
soldadura y fuentes de poder deben protegerse
usando (1) receptáculos para los enchufes y toma
con tapa, (2) localizar los terminales bajo una
cubierta no removible o apertura de difícil acceso,
(3) cubierta mecánica u (4) otros equivalentes
mecánicos.
La pieza de trabajo que está siendo
soldada y la barra o chasis de todas las máquinas
eléctricas deben estar conectados a una buena
puesta a tierra. La puesta a tierra puede estar
hecha localizando la pieza o máquina en una
plancha de metal sobre el suelo. La plancha
también puede estar conectada a una puesta a
tierra del edificio u otra puesta a tierra
satisfactoria. Cadenas, alambres, sogas, grúas,
aparejos y elevadores no deben ser empleados
como puesta a tierra ni para llevar corriente.
El conductor de masa no es la puesta a
tierra. El conductor de masa conecta el terminal
(donde está la fuente) a la pieza. Un cable
separado es requerido para poner a tierra la pieza
o el terminal de poder.
Debe tenerse cuidado cuando se conecta
la puesta a tierra. De lo contrario, la corriente de
soldadura puede circular a través de una conexión
hecha para la puesta a tierra, y puede ser de una
intensidad superior que la de tierra. Puesta a
tierra por radio frecuencia especial puede ser
necesaria para máquinas de soldadura por arco
con dispositivos de inicio de arco por alta
frecuencia.
Las conexiones para dispositivos de
control portátiles, como botones accionados por
el operador, no pueden estar conectados a
circuitos con tensiones superiores a 120V. Partes
metálicas de dispositivos de control expuestas a
tensiones superiores a 50V deben estar a tierra
con un conductor en cable de control. Para
control, se recomiendan tensiones inferiores a
30V.
Las conexiones eléctricas debes ser
firmes y chequearse periódicamente para ver que
no se aflojen. Los clamps magnéticos deben estar
libres de partículas y salpicaduras sobre las
superficies de contacto. Los cables de soldadura
arrollados deben ser extendidos antes de soldar
para prevenir sobrecalentamientos y daños a la
aislación. Aquellos trabajos que alternativamente
requieran cables de soldadura cortos y largos; los
equipos deben estar equipados con cables
aislados conectados por tramos de manera que los
tramos no necesarios puedan desconectarse.
Los equipos, cables, fusibles, enchufes y
receptáculos deben usarse por debajo de sus
capacidades de corriente y ciclo de trabajo. La
operación de estos aparatos por encima de los
valores recomendados resulta en
sobrecalentamiento y rápido deterioro de la
aislación y otras partes. La corriente de soldadura
puede ser superior a la indicada en la máquina si
se emplean cables cortos y/o tensiones inferiores.
Son preferibles altas corrientes cuando se utilicen
máquinas para soldar de propósitos generales con
arcos de bajo voltaje, como soldadura por arco
gas tungsteno.
Los cables de soldadura deben ser de los
tipos flexibles y diseñados especialmente para los
rigores del servicio de soldadura. La aislación
empleada en los cables para alta tensión u
osciladores de alta frecuencia deben proveer
protección adecuada. Las recomendaciones y
precauciones del fabricante de cables deben ser
siempre seguidas. La aislación de los cables debe
ser mantenida en buena condición, y los cables
reemplazados o reparados rápidamente cuando
sea necesario.
Los soldadores no deben dejar que las
partes metálicas de electrodos, porta electrodos o
torchas toquen cualquier parte desnuda de su piel
o cualquier parte húmeda de su cuerpo. Siempre
deben vestirse guantes secos y en buena
condición. La aislación en los porta electrodos
debe ser mantenida en buen estado. Los porta
electrodos no deben ser calentados por inmersión
en agua caliente. Si se utilizan pistolas de soldar o
porta electrodos calentados por agua, deben estar
libres de pérdida de agua o condensación que
puedan afectar adversamente la seguridad del
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soldador. Los soldadores no deben enroscarse el
cable de soldar alrededor de su cuerpo.
El circuito de soldadura debe ser
desenergizado cuando se ajuste el electrodo,
torcha o pistola; para prevenir el peligro de shock
eléctrico. Una excepción es la de los electrodos
recubiertos en soldadura por arco con electrodo
revestido. Cuando el circuito está energizado, los
electrodos pueden ser cambiados con guantes
secos, no con las manos desnudas. La
desenergización del circuito es deseable para
mayor seguridad.
Cuando un soldador haya terminado de
trabajar o deje el puesto de trabajo por una
cantidad grande de tiempo, debe apagarse la
máquina de soldar. De la misma manera, cuando
se deba mover la máquina, ésta debe ser
desconectada de la fuente. Cuando el equipo no
esté siendo usado, los electrodos expuestos deben
ser removidos del porta electrodos para eliminar
el peligro de contactos accidentales. Además, las
pistolas de soldadura de equipos de soldadura
semiautomática deben ser ubicadas de manera
que el switch de la pistola no pueda ser encendido
accidentalmente.
Los incendios provocados por equipos de
soldadura eléctricos son generalmente causados
por sobre calentamiento de los componentes
eléctricos. Otras causas son chispas que vuelan,
salpicaduras, combustibles sueltos en equipos que
son accionados por motores. Muchas de las
precauciones contra shock eléctrico son
aplicables para prevenir fuegos o incendios
causados por sobrecalentamiento del equipo. Las
precauciones para evitar incendios por chispas o
salpicaduras ya fueron tratadas.
Los sistemas de combustible de equipos
accionados por motores deben estar en buena
condición. Las pérdidas deben ser reparadas
prontamente. Los equipos accionados por motor
deben ser apagados antes de reabastecerlos de
combustible, cualquier chorreadura de
combustible debe ser secada y debe permitirse
que los vapores generados se disipen antes de
encender el motor. En caso contrario, el sistema
de ignición, los controles eléctricos, los
componentes productores de chispas o el calor
del motor pueden comenzar un incendio.
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Palabra clave- Protección ocular y protección gafas ANSI/AWS F2.2-89
Tabla 2- SELECCIÓN PROTECCIÓN GAFAS
Los números de protección están solo como guía, pudiendo variar de acuerdo a necesidades personales
Operación Tamaño del electrodo en
mm
Intensidad de corriente (A)
Protección mínima
Protección sugerida (confort)
SMAW menor a 2.5 menor a 60 7 -
2.5-4 60-160 8 10
4-6.4 >160-250 10 12
mayor a 6.4 >250-500 11 14
GMAW & FCAW menor a 60 7 -
60-160 10 11
>160-250 10 12
>250-500 10 14
GTAW menor a 50 8 10
50-100 8 12
>150-250 10 14
CAC-A liviano menor a 500 10 12
CAC-A pesado 500-1000 11 14
PAW menor a 20 6 6 a 8
20-100 8 10
>100-400 10 12
>400-800 11 14
PAC liviano menor a 300 8 9
PAC medio 300-400 9 12
PAC pesado >400-800 10 14
TB - - 3 o 4
TS - - 2
CAW - - 14
Espesor de la chapa
mm pulgadas
GW liviano inferior a 3.2 inferior a 1/8 4 o 5
GW mediano 3.2 a 13 1/8 a 1/2 5 o 6
GW pesado superior a 13 superior a 1/2 6 a 8
OC liviano inferior a 25 inferior a 1 3 o 4
OC mediano 25 a 100 1 a 6 4 o 5
OC pesado superior a 150 superior a 6 5 o 6
1 Estos números son aproximados. Se recomienda empezar con una protección más oscura para ver la zona de soldadura. Luego
puede ir disminuyendo, sin bajar del mínimo recomendado. En soldadura por gas o corte por oxígeno es conveniente usar un filtro
que absorba el amarillo o la línea de sodio dentro del espectro de operación-
2 Estos valores se aplican donde el arco real es claramente visible. La experiencia ha mostrado que los filtros de luz pueden usarse
cuando el arco está oculto por la pieza.
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TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES
ACGIH-American Conference of
Governmental and Industrial Hygienists.
Conferencia Americana de Higienistas
Industriales y Gubernamentales. Este grupo está
ocupado de mantener la exposición a materiales
peligrosos dentro de niveles seguros y
apropiados.
Adiabatic Recompression
Recompresión Adiabática- es el término dado a la
temperatura que se puede alcanzar cuando un gas
a alta presión es descomprimido súbitamente. (La
descompresión de un gas a presión normal
generalmente resulta en un calentamiento del
gas).
ANSI-American National Standards Institute
Instituto Nacional Americano de Normas- es una
organización que promueve normas técnicas y de
seguridad.
ANSI/ASC Z49.1- “Safety in Welding
and Cutting”
Es un documento que destaca las prácticas
seguras para las operaciones de soldadura y corte.
ANSI Z87.1- Practice for Occupational and
Educational Eye and Face Protection.
Asphyxiation
Asfixia- es la pérdida de la conciencia como
resultado de muy poco oxígeno y demasiado
dióxido de carbono en la sangre.
AWS- American Welding Society.
Sociedad Americana de Soldadura- es la
asociación técnica líder en soldadura y temas
relacionados.
Combustibles
Combustibles- cualquier material que puede
encenderse fácilmente.
Cryogenic
Criogénico- un servicio muy frío, generalmente a
temperaturas de muchos grados bajo cero.
DOT-Department of Transportation.
Departamento de Transportación. Es una agencia
federal o estatal que cubre el transporte de
materiales.
Filter Lens-
Lentes con filtro- en soldadura, son lentes
oscurecidos, generalmente de vidrio, que
protegen los ojos de la radiación del arco y otras
fuentes de calor. Los lentes de soldadura están
numerados, donde los números altos ofrecen
mayor protección. Ver tabla 2, de selección de
lentes oscurecidos (lens shade selector), para
elegir adecuadamente los mismos.
Fire Watch
Vigía- es una persona cuya principal
responsabilidad es observar la posibilidad de
fuego durante el trabajo, y prevenir a los
trabajadores si hay fuego.
Flammable
Inflamable- cualquier cosa que se quema
fácilmente o rápidamente.
Fume plume
Columna de vapor- en soldadura, es como una
nube de vapor que contiene partículas sólidas
diminutas que surgen del metal fundido.
Fuse plug
Fusible- es un material, generalmente un metal,
que tiene muy bajo punto de fusión.
Generalmente se usa como un dispositivo de
alivio de presión o calor.
Fume release
Escape de vapor- es un término general dado a
una liberación indeseada e inesperada de estos
materiales.
Galvanized material
Material galvanizado- es cualquier material que
tiene un recubrimiento de zinc sobre su
superficie. Generalmente los materiales
galvanizados son hojas de acero y fasteners.
Hot Work Permit
Permiso de trabajo en caliente- es un formulario
diseñado para asegurarse que todas las
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precauciones hayan sido consideradas antes de
cualquier trabajo con llamas al aire o alto calor.
Lock, Tag and Try
Cerradura, etiqueta e intento: es una frase que
significa clausurar el equipo, identificarlo y
probarlo para asegurarse que no es operable sin
una reparación.
MSDS- Materials Safety Data Sheet.
Hoja de Información sobre Seguridad de los
Materiales- es un documento que identifica a los
materiales presentes en productos que tienen
propiedades peligrosas para la salud o el físico.
NEMA- National Equipment Manufacturers
Association.
Asociación Nacional de Fabricantes de Equipos
OSHA- Occupational Safety and Health Act
Acta sobre Salud y Seguridad Ocupacional- es
una ley federal que subraya los requerimientos de
seguridad en los lugares de trabajo.
Pascal (Pa)
Es una unidad para presión, o resistencia, en el
sistema métrico. El equivalente inglés es el psi,
libras por pulgada cuadrada. 1psi=6.895Pa.
Pinch points
Salientes puntiagudas- cualquier geometría de un
equipo que puede pinchar alguna parte del cuerpo
del trabajador.
Safety glasses
Anteojos de seguridad- son gafas endurecidas y
con lentes de mínimo espesor que protegen los
ojos de objetos que puedan volar.
Standby
Relevo- en soldadura, es una persona entrenada y
designada para observar cualquier riesgo o
peligro y pedir ayuda si es necesario.
Generalmente es usado en recipientes.
TLV- Thereshold Limit Value.
CMP Concentración Máxima Permitida- es el
nivel de exposición límite para un material
peligroso.
Lock, Tag and Try
Tóxico- venenoso.
Vapors
Vapores- es una forma gaseosa de una sustancia.
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
Ademinsa Group of companies. www.ademinsa.com 3-1
Debido a que el inspector de soldadura
está interesado principalmente por la soldadura,
pueden ser muy útiles los conocimientos sobre
los distintos procesos de unión y soldadura.
Mientras que no es obligatorio que el inspector
sea un soldador calificado, cualquier experiencia
práctica en soldadura es un beneficio. En efecto,
muchos inspectores de soldadura son
seleccionados para esta posición luego de haber
trabajado como soldador por algún tiempo. La
experiencia ha mostrado que quienes antes
fueron soldadores luego resultan buenos
inspectores.
Hay algunos aspectos de los distintos
procesos de unión y soldadura que un inspector
de soldadura exitoso debe comprender para
desempeñarse en la forma más efectiva. Primero,
el inspector debe reconocer las ventajas y
limitaciones importantes de cada proceso. El
inspector debe también estar en conocimiento de
aquellas discontinuidades que pueden resultar
cuando se usa un proceso en particular. Muchas
discontinuidades ocurren sin tener en cuenta el
proceso que se usa; sin embargo, hay otras que
pueden ocurrir durante la aplicación de un
proceso en particular. Esas serán discutidas para
cada método y referidas como “problemas
posibles”.
El inspector de soldadura debe también
tener conocimientos sobre los requerimientos del
equipamiento para cada proceso, porque ocurren
frecuentes discontinuidades a causa de
deficiencias del equipo. El inspector debe estar
algo familiarizado con los distintos controles de
la máquina y que resultados tendrá su ajuste en la
calidad de soldadura resultante.
Cuando el inspector de soldadura tiene
cierta comprensión de estos fundamentos de los
procesos, el o ella está mejor preparado para
realizar inspección visual de soldadura. Este
conocimiento lo ayudará en el descubrimiento de
problemas cuando ocurren antes que sea tarde,
cuando el costo de la corrección es mayor. El
inspector que es capaz de señalar problemas
durante el proceso será capaz de control tanto de
producción como de calidad.
Otro beneficio de tener experiencia con
estos métodos de soldadura es que los soldadores
de producción tendrán un mayor respeto hacia el
inspector y las decisiones resultantes. También,
es más probable que el soldador lleve un
problema a la consideración del inspector si sabe
que éste conoce los aspectos prácticos del
proceso. Entonces, tener éste conocimiento
ayudará al inspector a tener una mejor
cooperación de los soldadores y otras personas
involucradas con el proceso de fabricación.
Los procesos discutidos aquí pueden ser
divididos en tres grupos básicos: soldadura,
brazing y corte. Soldadura y brazing describen
métodos para unir metales, mientras que el corte
tiene como resultado quitar o separar material.
En la medida que cada uno de los procesos de
unión y corte son discutidos, se intentará
describir sus características importantes,
incluyendo ventajas, limitaciones del proceso,
requerimientos de equipo, electrodos/ metales de
aporte, aplicaciones, y posibles problemas del
proceso.
Hay numerosos procesos de unión y corte
disponibles para el uso en la fabricación de
productos metálicos. Son mostrados por la
"Esquema principal de procesos de Soldadura y
Afines" de la American Welding Society, que se
muestra en la Figura 3.1. Este cuadro separa los
métodos de unión y corte en distintas categorías,
esto es, Procesos de Soldadura y Procesos
Afines. Los Procesos de Soldadura luego se
dividen en siete grupos, Soldadura por Arco,
Soldadura en Estado Sólido, Soldadura por
Resistencia, Soldadura por Oxigas, Soldering,
Brazing, Otras Soldaduras. Los Procesos Afines
incluyen Spraying Térmico, Bonding (Adhesivo),
Corte Térmico (Oxígeno, Arco y Otros Cortes).
Con tantos procesos diferentes
disponibles sería difícil describir cada uno dentro
del alcance de este curso. Entonces, los procesos
seleccionados para la discusión incluyen sólo
aquellos que son aplicables para el examen de
Inspector de Soldadura Certificado de AWS.
MMÓÓDDUULLOO 33
PPRROOCCEESSOOSS DDEE UUNNIIÓÓNN YY CCOORRTTEE DDEE MMEETTAALLEESS
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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ESQUEMA PRINCIPAL DE PROCESOS DE SOLDADURA Y AFINES soldadura por arco con alam bre y protecc ión gaseosa . . . GM AW
-arco puls ante . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . GM AW -P
-arco en corto c ircu ito . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . GM AW -S
soldadura por arco con elec trodo de tungs teno
y protecc ión gaseosa. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. GTAW
-arco puls ante . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . GT AW -S
soldadura por plasm a . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . PAW
soldadura por arco con elec trodo reves t ido . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . SM AW
soldadura de espárrago . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . SW
soldadura por arco sum ergido . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . SAW
-series . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . SAW -S
SOL D A D U R A
POR A R C O
(A W )
braz ing por bloques . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . BB
braz ing por difus ión . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . C AB
braz ing por inm ers ión . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . D B
braz ing exotérm ico . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. EXB
braz ing por flujo . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . F LB
braz ing en horno . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . F B
braz ing por inducc ión . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. IB
braz ing por inf rarrojo . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. IR B
braz ing por res is tenc ia .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. R B
braz ing por soplete . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . T B
braz ing por arco con elec trodo de graf ito . . .. . . T C AB
B R A Z IN G
(B )
PR OC ESOS
D E
SOL D A D U R A
PR OC ESOS
A F IN ES
OT R OS
PR OC ESOS
D E
SOL D A D U R A
soldadura por haz de elec trones . . . .. . . . . . . . EBW
-alto vac ío . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . EBW -H V
-vac ío m edio .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . EBW -M V
-s in vac ío . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . EBW -N V
soldadura por elec troes coria . . . .. . . . . . . .. . . . . . ESW
soldadura por f lujo . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . F LB
soldadura por induc c ión . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . IW
soldadura por láser . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . LBW
soldadura por percus ión . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . PEW
soldadura alum inotérm ica . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . T W
SOL D A D U R A
POR OXIGA S
(OF W )
soldadura aeroacet ilénico . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . AAW
soldadura ox iacetilénic a .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . OAW
soldadura por ox ihidrógeno . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . OH W
soldadura por pres ión c on gas . . .. . . . . . . .. . . PGWC OR T E
T ER M IC O
(T C )
C OR T E POR
A R C O (A C )
corte por arc air . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. C AC -C
corte por arco con elec trodo de carbono .. . . . . . . C AC
corte por arco con arco a lam bre
y protecc ión gaseosa . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . GM AC
corte por arco con elec trodo de tungs teno y
protecc ión gaseosa . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. GTAC
corte por plas m a .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . PAC
corte por arco con elec trodo reves t ido .. . . . . . . .. . . SM AC
corte por haz de elec trones . . . . .. . . . . . . .. . . . EBC
corte por láser . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . LBC
-aire . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . LBC -A
-evaporat ivo . .. . . . . . . .. . . . . . . .. LBC -EV
-gas inerte . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . LBC -IG
-ox ígeno . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . LBC -O
OT R OS
PR OC ESOS
D E C OR T E
SOL D A D U R A
EN EST A D O
SOL ID O
(SSW )
SOL D ER IN G
(S)
SPR A YIN G
T ER M IC O
(T H SP)
C OR T E POR
OXIGEN O
(OC )
corte con fundente .. . . . . . . .. . . . . . FOC
corte con polvo m etálic o .. . . . . POC
corte por ox igas . .. . . . . . . .. . . . . . . .. OFC
-corte ox iac et ilénico . .. . . . . . . .. . OF C -A
-corte ox ídrico . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . OF C -H
-ox icorte con gas natural . . . . OF C -N
-ox icorte con gas propano . . OF C -P
spray ing por arco . . .. . . . . . . .. . . . . .ASP
spray ing por llam a . . . . . . .. . . . . . . . F LSP
spray ing por plasm a . . . . . . .. . . . . PSP
soldadura por chisporro teo .. . . . . . . .. . . . . . . .. . F S
soldadura por proyecc ión . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . PW
soldadura de cos tura por res is tenc ia . . R SEW
-alta f recuenc ia . . .. . . . . . . .. . . . R SEW -H F
-induc c ión . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . R SEW -I
soldadura por res is tenc ia por punto . . . . . R SW
soldadura por recalcado . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . U W
-alta f recuenc ia . . .. . . . . . . .. . . . U W -H F
-induc c ión . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . U SEW -I
soldering por inm ers ión . . .. . . . . . . .. D S
soldering en horno . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . FS
soldering por inducc ión . . . . . .. . . . . . . IS
soldering por inf rarrojo . . . . . . .. . . . . . IR S
sold ing por soldador de cobre . . IN S
soldering por res is tenc ia . . . .. . . . . . R S
soldering por soplete .. . . . . . . .. . . . . . . T S
soldering por ult rason ido . . . .. . . . . . U SS
soldering por ola . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . W S
soldadura por coex trus ión . .. . . . . . . .. C EW
sodadura en f rio . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . C W
soldadura por difus ión . .. . . . . . . .. . . . . . . . D FW
soldadura por explos ión . . . . .. . . . . . . .. . . EXW
soldadura por forja . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . F OW
soldadura por f ricc ión . . . . . . . .. . . . . . . .. . . F R W
soldadura por pres ión en caliente .. H PW
soldadura por rolado . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . R W
soldadura por ult rasonido . . .. . . . . . . .. . . U SW
soldadura porhidrógeno atóm ico . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . AH W
soldadura por arco con elec trodo desnudo .. . BM AW
soldadura por arco con elec trodo de graf ito . . C AW
-gas . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. C AW -G
-protegido . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. C AW -S
-doble . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. C AW -T
soldadura por elec trogas .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . EGW
soldadura por arco con elec trodo tubular . . . . . F C AW
SOL D A D U R A
POR
R ESIST EN C IA
(SW )
Figura 3.1 – Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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Sobre estas bases, se describirán los siguientes
procesos:
Procesos de Soldadura
Soldadura por Arco con electrodo
revestido
Soldadura por Arco con Alambre y
Protección Gaseosa
Soldadura por Arco con Alambre
Tubular
Soldadura por Arco con Electrodo de
Tungsteno y Protección Gaseosa
Soldadura por Arco Sumergido
Soldadura por Plasma
Soldadura por Electro escoria
Soldadura por Oxiacetileno
Soldadura de Espárrago
Soldadura por Haz de Electrones
Soldadura por Láser
Procesos de Brazing
Brazing por Soplete
Brazing en Horno
Brazing por Inducción
Brazing por Resistencia
Brazing por Inmersión
Brazing por Infrarrojo
Procesos de Corte
Corte por Oxigas
Corte por Arc Air (con electrodo de
Carbono
Corte por Plasma
Corte Mecánico
PROCESO DE SOLDADURA
Previo a nuestra discusión de los
distintos procesos de soldadura, es apropiado
definir que se quiere significar con el término
“soldadura”. De acuerdo con AWS, una
soldadura es, “una coalescencia localizada de
metales o no metales producida tanto por
calentamiento de los metales a la temperatura de
soldadura, con o sin la aplicación de presión, o
por la aplicación de presión solamente y con o
sin el uso de material de aporte.” Coalescencia
significa “unidos uno a otro entre si”. Por esa
razón la soldadura se refiere a las operaciones
usadas para llevar a cabo esta operación de
unión. Esta sección presentará importantes
características de algunos de los procesos de
soldadura más comunes, todos los cuales
emplean el uso del calor sin presión.
A medida que cada uno de esos procesos es
presentado, es importante notar que todos tienen
ciertas características en común. Esto es que hay
ciertos elementos los cuales deben ser provistos
por el proceso de soldadura en orden a que estos
sean capaces de producir soldaduras
satisfactorias. Estas características incluyen una
fuente de energía para proveer calentamiento, los
medios de protección del metal fundido de la
atmósfera, y el metal de aporte (opcional con
algunos procesos y configuraciones de junta).
Los procesos difieren de uno a otro porque
disponen estas mismas características o
elementos en varias formas. Entonces, cuando se
introduce un proceso, explicamos como se
satisfacen dichos requerimientos.
Soldadura por Arco con Electrodo Revestido
(SMAW)
El primer proceso a ser discutido es la
soldadura con electrodo revestido. A pesar de
que este es el nombre correcto para el proceso,
comúnmente oímos referirse a él como “stick
welding”. Este proceso opera mediante el
calentamiento del metal con un arco eléctrico
entre un electrodo de metal recubierto, y los
metales a ser unidos. La Figura 3.2 muestra los
distintos elementos del proceso de soldadura por
arco con electrodo revestido.
Esta ilustración muestra que el arco es
creado entre el electrodo y la pieza de trabajo
debido al flujo de electricidad. Este arco provee
calor, o energía, para fundir el metal base, metal
de aporte y recubrimiento del electrodo. A
medida que el arco de soldadura avanza hacia la
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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derecha, deja detrás metal de soldadura
solidificado cubierto por una capa de fundente
convertido, conocido como escoria. Esta escoria
tiende a flotar fuera del metal debido a que
solidifica después que el metal fundido haya
solidificado, entonces hay menos posibilidad que
sea atrapada dentro de la zona de soldadura
resultando una inclusión de escoria.
Otra característica que es de notar en la Figura
3.2 es la presencia de gas de protección, el que es
producido cuando el recubrimiento del electrodo
es calentado y se descompone. Estos gases
ayudan al fundente en la protección del metal
fundido en la región del arco.
El elemento principal en el proceso de
soldadura por arco con electrodo revestido es el
electrodo en si mismo. Está hecho de un núcleo
de metal sólido, alambre, cubierto con una capa
de fundente granular que se mantiene en el lugar
por algún tipo de agente aglutinante. Todos los
electrodos de acero al carbono y baja aleación
usan esencialmente el mismo tipo de alambre de
núcleo de acero, de bajo carbono, acero
efervescente. Cualquier aleación es provista por
el recubrimiento, debido a que es más económico
agregar aleantes de esta manera.
El recubrimiento del electrodo es la
característica que clasifica a los distintos tipos de
electrodos. Realmente sirven para cinco
funciones diversas.
1. Protección: el recubrimiento de descompone para formar una protección gaseosa para el metal fundido.
2. Desoxidación: el recubrimiento provee una acción de flujo para remover el oxígeno y otros gases atmosféricos.
3. Aleante: el recubrimiento provee elementos aleantes adicionales para el depósito de soldadura.
4. Ionización: el recubrimiento mejora las características eléctricas para incrementar la estabilidad del arco.
5. Aislación: la escoria solidificada provee una cobertura de aislación para disminuir la velocidad de enfriamiento del metal (el efecto menos importante).
Figura 3.2 – Soldadura por Arco con Electrodo Revestido
Debido a que el electrodo es una
característica tan importante del proceso de
soldadura por arco con electrodo revestido, es
necesario entender cómo se clasifican e
identifican los distintos tipos. La American
Welding Society ha desarrollado un sistema para
la identificación de los electrodos de soldadura
por arco con electrodo revestido. La Figura 3.3
ilustra las distintas partes de este sistema.
Las Especificaciones de la American
Welding Society A5.1 y A5.5 describen los
requerimientos para los electrodos de acero al
carbono y de baja aleación respectivamente.
Describen las distintas clasificaciones y
características de esos electrodos
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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POSICION
E X X X X
RESISTENCIA REVESTIMIENTO A LA TRACCION CARACTERISTICAS DE OPERACION
Figura 3.3 - Sistema de Identificación de
Electrodo SMAW
Se establece que para electrodo la
identificación consiste de una “E”, seguida por
cuatro o cinco dígitos. Los primeros dos o tres
números se refieren a la mínima resistencia a la
tracción del metal de soldadura depositado. Esos
números expresan la resistencia mínima a la
tracción en miles de libras por pulgada cuadrada.
Por ejemplo, “70” significa que la resistencia del
metal soldadura depositado es al menos 70000
psi.
Los números siguientes se refieren a las
posiciones en las cuales el electrodo puede ser
usado. Una “1” indica un electrodo que es apto
para ser usado en cualquier posición. Un “2”
indica que el metal fundido es tan fluido que el
electrodo sólo puede ser usado en las posiciones
plana o filete horizontal. Un “4” significa que el
electrodo es apto para soldar en progresión
descendente. El número “3” no está asignado.
El último número describe otras
características que son determinadas por la
composición del revestimiento presente en el
electrodo. Este recubrimiento determinará las
características de operación y corriente eléctrica
recomendada: AC (corriente alterna), DCEP
(corriente continua, electrodo positivo), DCEN
(corriente continua, electrodo negativo). La
Figura 3.4 enumera el significado del último
dígito del sistema de identificación de electrodos
SMAW.
Es importante notar que aquellos
electrodos que terminan en “5”, “6” u “8” se
clasifican como del tipo de “bajo hidrógeno”.
Para mantener este bajo contenido de hidrógeno
(humedad), deben ser almacenados en su envase
original de fabricación o en un horno de
almacenamiento aceptable. Este horno debe ser
de calentamiento eléctrico y debe tener una
capacidad de control de temperatura en un rango
de 150 a 350 F. Debido a que este dispositivo
ayuda a mantener el bajo contenido de humedad
(menor al 0,2%), debe ser ventilado en forma
adecuada. Cualquier tipo de electrodo de bajo
hidrógeno que no será usado inmediatamente
deberá ser colocado en el horno de
mantenimiento, tan pronto como su contenedor
hermético sea abierto. La mayor parte de los
códigos requieren que los electrodos de bajo
hidrógeno sean mantenidos a una temperatura
mínima del horno de 120 C (250 F) luego de ser
quitados del contenedor sellado correspondiente.
De todas formas, es importante notar
que los electrodos distintos a los arriba
mencionados pueden dañarse si son colocados en
el horno. Algunos tipos de electrodos son
diseñados para tener algún nivel de humedad. Si
esta humedad es eliminada, las características de
operación del electrodo serán significativamente
deterioradas.
Clasificación Corriente Arco Penetración Revestimiento y Escoria Polvo de Hierro
F3 EXX10 DCEP Enérgico Profunda Celulosa - sodio 0 10 % F3 EXXX1 AC y DCEP Enérgico Profunda Celulosa - potasio 0 %
F2 EXXX2 AC y DCEN Medio Media Rutílico - sodio 0 10 %
F2 EXXX3 AC y DC Suave Baja Rutílico - potasio 0 10 %
F2 EXXX4 AC y DC Suave Baja Rutílico - polvo de hierro 25 40 %
F4 EXXX5 DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - sodio 0 10 % F4 EXXX6 AC o DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - potasio 0 %
F4 EXXX8 AC o DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - polvo de hierro 25 45 % F1 EXX20 AC o DC Medio Media Oxido de hierro - sodio 0 % F1 EXX24 AC o DC Suave Baja Rutílico - polvo de hierro 50 % F1 EXX27 AC o DC Medio Media Oxido de hierro - polvo de hierro 50 % F1 EXX28 AC o DCEP Medio Media Bajo hidrógeno - polvo de hierro 50 %
Nota: El porcentaje de polvo de hierro está basado en el peso del revestimiento.
Tabla 3.1 - Significado del Ultimo Dígito de la Identificación de SMAW
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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Los electrodos SMAW usados para unir
aceros de baja aleación deben tener un sufijo
alfanumérico, el que se agrega a la designación
estándar después de un guión. La Figura 3.5
muestra el significado de esas designaciones.
Sub fijo Principal(es) Elemento(s) de Aleación
A1 0.5% Molibdeno B1 0.5% Molibdeno – 0.5% Cromo B2 0.5% Molibdeno – 1.25% Cromo B3 1.0% Molibdeno – 2.25% Cromo B4 0.5% Molibdeno – 2.0% Cromo C1 2.5% Níquel C2 3.5% Níquel C3 1.0% Níquel D1 0.3% Molibdeno – 1.5% Manganeso D2 0.3% Molibdeno – 1.75% Manganeso G* 0.2% Molibdeno, 0.3% Cromo, 0.5%
Níquel; 1.0% Manganeso; 0.1% Vanadio
*Necesita tener mínimo contenido de un solo elemento.
Tabla 3.2 – Sufijos de Aceros Aleados
para Electrodos SMAW
El equipo para soldadura por arco con
electrodo revestido es relativamente simple,
como se puede ver en la Figura 3.4.
Figura 3.4 – Equipo de Soldadura por
Arco con Electrodo Revestido Un borne de la fuente de potencia es
conectado a la pieza a ser soldada y el borne
opuesto va a la pinza porta de electrodo en la
cual el soldador ubica el electrodo a ser
consumido. El electrodo y el metal base son
fundidos por el calor producido por el arco
eléctrico de soldadura creado entre la punta del
electrodo y la pieza de trabajo cuando son
llevados cerca uno del otro.
La fuente de potencia para la soldadura
por arco con electrodo revestido es tomada como
una fuente de suministro de corriente constante,
que tiene una característica descendente. Esta
terminología puede ser más fácilmente
comprendida observando la curva característica
voltaje-amperaje (V-A) de este tipo de fuente de
potencia.
Figura 3.5 – Suministro de Potencia
Inversor - SMAW
Como se puede ver en las curvas típicas
voltaje-amperaje de la Figura 3.6, un
decrecimiento en el voltaje del arco dará como
resultado un incremento correspondiente en la
corriente del arco. Esto es significativo desde el
punto de vista del control de proceso, porque el
voltaje del arco está directamente relacionado
con la longitud del arco (distancia del electrodo a
la pieza de trabajo). Esto es, en la medida que el
soldador mueve el electrodo acercándolo o
alejándolo de la pieza de trabajo, el voltaje del
arco está realmente disminuyendo o aumentando,
respectivamente.
Este cambio de voltaje se corresponde
con cambios en la corriente del arco, o la
cantidad de calor que se crea por el arco de
soldadura. Entonces, cuando el soldador aleja el
electrodo de la pieza de trabajo, se incrementa la
longitud del arco que reduce la corriente, y en
consecuencia, reduce el calor introducido a la
soldadura. Un arco de soldadura más corto
resulta en una mayor corriente del arco, y
entonces se incrementa el calentamiento. Por
esto, a pesar que hay un control en la corriente de
la máquina de soldar, el soldador tiene cierta
capacidad de alterar la corriente del arco,
manipulando el electrodo para obtener longitudes
de arco mayores o menores.
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales
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La Figura 3.6 también ilustra como dos
curvas V-A diferentes pueden producir distintas
respuestas de corriente. Porque la curva más baja
tiene menor inclinación que la superior, se
obtiene un cambio mayor de la corriente del arco
para una longitud de arco dada (voltaje). Las
fuentes de potencia modernas tienen controles
que varían el voltaje del circuito abierto (OCV) y
la inclinación para producir una corriente de
soldadura que tenga un buen control del operador
y una magnitud apropiada.
Figura 3.6 Curva de Voltaje – Amperaje
para una Fuente de Corriente Constante
La soldadura por arco con electrodo
revestido es usada en la mayoría de las empresas
para numerosas aplicaciones. Es usada para la
mayoría de los materiales a excepción de algunas
aleaciones más exóticas.
A pesar que es un método relativamente
antiguo y procesos más nuevos lo han
reemplazado en algunas aplicaciones, la
soldadura por arco con electrodo revestido se
mantiene como un proceso popular que
continuará siendo muy usado por la industria de
la soldadura.
Hay varias razones por las que este
proceso continúa siendo tan popular. Primero, el
equipamiento es relativamente simple y
económico. Esto ayuda a hacer el proceso muy
portátil. En efecto, hay numerosos que tienen
potencia de motores de combustión interna
(diesel o naftero), los que no dependen de una
fuente eléctrica externa, por esto, la soldadura
por arco con electrodo revestido puede ser
llevada a cabo en ubicaciones remotas. También,
algunas de las fuentes de potencia más nuevas en
estado sólido, son tan pequeñas y de bajo peso
que pueden ser llevadas por el soldador hasta el
trabajo. Y debido a la numerosa disponibilidad
de tipos de electrodos, el proceso es considerado
muy versátil. Finalmente, con los equipos y
electrodos mejorados que se pueden conseguir
hoy en día, la calidad de la soldadura puede ser
consistentemente alta.
Una de las limitaciones de la soldadura
por arco con electrodo revestido es la velocidad.
La velocidad es afectada negativamente por el
hecho que el soldador debe detener
periódicamente la soldadura y reemplazar el
electrodo consumido con uno nuevo, debido a
que tienen una longitud típica de no más que 355
a 460 mm(14 a 18 in.) SMAW fue reemplazado
por otros procesos semiautomáticos, mecánicos o
automáticos en muchas aplicaciones,
simplemente porque ofrecen una mayor
productividad cuando son comparados con la
soldadura por arco con electrodo revestido
manual.
Otra desventaja, que también afecta a la
productividad, es el hecho que luego de la
soldadura, hay una capa de escoria solidificada
que debe ser removida. Otra limitación, cuando
se usan electrodos de bajo hidrógeno, es que
requieren almacenamiento en un horno de
mantenimiento apropiado, que ayudará a
mantener el bajo nivel de humedad de estos.
Ahora que los principios básicos fueron
presentados, es momento de discutir algunas de
las discontinuidades que resultan durante el
proceso de soldadura por arco con electrodo
revestido. Mientras que éstas no son las únicas
discontinuidades que podemos esperar, pueden
resultar debido a una mala aplicación de este
proceso en particular.
Uno de esos problemas es la presencia de
porosidad en la soldadura terminada. Cuando se
encuentra porosidad, es normalmente el resultado
de la presencia de humedad o contaminación en
la región de soldadura. Puede estar presente en el
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recubrimiento del electrodo, o en la superficie del
material, o proveniente de la atmósfera que rodea
la operación de soldadura. La porosidad puede
ocurrir también cuando el soldador usa una
longitud de arco demasiado grande.
Este problema de arco largo es
especialmente probable cuando se usan
electrodos de bajo hidrógeno. Por esto, se
prefiere el uso de una menor longitud de arco que
no solo aumenta la cantidad de calor producido,
sino también ayuda a la eliminación de la
porosidad en el metal de soldadura.
La porosidad puede resultar por la
presencia de un fenómeno conocido como soplo
de arco. A pesar de que este fenómeno ocurre en
cualquier proceso de soldadura por arco, será
discutido aquí debido a que es un problema
común que molesta a los soldadores manuales.
Para entender el soplo de arco, se debe
entender que hay un campo magnético que se
desarrolla siempre que pasa una corriente
eléctrica por el conductor. Este campo magnético
es perpendicular a la dirección de la corriente
eléctrica, y puede visualizarse como una serie de
círculos concéntricos que rodean al conductor,
como se muestra en la Figura 3.7.
Figura 3.7 – Campo Magnético Alrededor
de un Conductor
Este campo magnético es más fuerte
cuando es enteramente contenido dentro de un
material magnético. En consecuencia, cuando se
suelda un material magnético, como el acero, el
campo puede ser distorsionado cuando el arco se
aproxime al extremo de una chapa, el final de
una soldadura o algún cambio brusco en el
contorno (perfil) de la parte que está siendo
soldada. Esto se muestra en la Figura 3.8.
Figura 3.8 – Campos Magnéticos
Distorsionados en los Extremos de la
Soldadura
Para reducir los efectos del soplo de arco,
se pueden probar algunas alternativas. Estas
incluyen: 1) Cambiar de DC a AC 2) Mantener un arco tan corto como sea posible. 3) Reducir la corriente de soldadura. 4) El ángulo del electrodo en dirección opuesta al
soplo de arco. 5) Usar soldadura de punteo importante en cada
extremo de la junta, con soldaduras de punteo intermitentes a lo largo de la junta.
6) Soldar a través de la soldadura de punteo o de la soldadura terminada
7) Usar técnica de paso peregrino. 8) Soldar apartado de tierra para reducir el soplo
hacia atrás; soldar sobre tierra para reducir el soplo hacia adelante.
9) Conectar a tierra la pieza de trabajo en ambos extremos de la junta a ser soldada.
10)Enrollar el cable de tierra alrededor de la pieza de trabajo y pasar la corriente a tierra en la dirección tal que la disposición del campo magnético tenderá a neutralizar el campo magnético que causa el soplo de arco.
11)Extender el final de la junta fijándole placas en la salida de la soldadura.
Sumado a la porosidad el soplo de arco,
puede causar también salpicaduras, socavación,
perfil de soldadura inapropiado, y penetración
disminuida.
Con SMAW pueden ocurrir inclusiones
de escoria simplemente porque este se basa en un
sistema de fundentes para la protección de la
soldadura. Con cualquier proceso que incorpora
fundentes, es relevante la posibilidad que quede
atrapada escoria dentro del depósito de
soldadura. El soldador puede reducir ésta
tendencia usando técnicas que permiten a la
escoria fundida fluir libremente a la superficie
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del metal. Una profunda limpieza de la escoria de
cada pasada previa a las pasadas adicionales
también reducirá la frecuencia de los casos de
inclusiones de escoria en soldaduras de pasadas
múltiples.
Debido a que la soldadura por arco con
electrodo revestido es realizada principalmente
en forma manual, pueden producirse numerosas
discontinuidades por una manipulación
inapropiada del electrodo. Algunas de estas son,
fusión incompleta, socavación, solapado, tamaño
de soldadura incorrecto, y perfil de soldadura
inapropiado.
Soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa (GMAW) El siguiente proceso a se discutido es la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa, GMAW. Mientras que soldadura por
arco con alambre y protección gaseosa es la
designación del AWS para el proceso,
comúnmente escuchamos referirse a él como
soldadura “MIG”. Es más comúnmente usado
como un proceso semiautomático; sin embargo,
es usado también en aplicaciones mecanizadas y
aplicaciones automáticas. En consecuencia, es
muy adecuable a aplicaciones de soldaduras
robotizadas. La soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa se caracteriza por un
electrodo sólido de alambre el que es alimentado
en forma continua a través de la pistola de
soldadura. Se crea un arco entre este alambre y la
pieza de trabajo para calentar y fundir el metal
base y los metales de aporte. Una vez fundido, el
alambre se deposita en la junta soldada. La
Figura 3.9 ilustra los elementos esenciales del
proceso.
Figura 3.9 - Soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa
Una característica importante para
GMAW es que toda la protección para la
soldadura es provista por una atmósfera de gas
protector que también es suministrado a través de
la pistola de soldadura desde alguna fuente
externa. Los gases usados incluyen los del tipo
inerte y los reactivos. Para algunas aplicaciones
se usan gases inertes tales como el argón y el
helio. Puede usarse uno sólo, en combinación con
el otro, o mezclado con otros gases reactivos
como el oxígeno o el dióxido de carbono.
Muchas aplicaciones de la soldadura por arco
con alambre y protección gaseosa usan sólo
protección de dióxido de carbono, por su costo
relativamente bajo con respecto a los gases
inertes.
Los electrodos usados en este proceso
son alambres sólidos que se proveen en bobinas o
rollos de distintos tamaños. Como en el caso de
soldadura por arco con electrodo revestido, hay
un método de identificación de los electrodos de
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa aprobado por la American Welding
Society. Se distinguen por las letras “ER”
seguidas por dos o tres números, la letra “S”, un
guión, y finalmente otro número, como se
muestra en la Figura 3.10.
“ER” designa al alambre que es a la vez
electrodo y varilla, esto significa que puede
conducir electricidad (electrodo), o ser
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simplemente aplicado como metal de aporte
(varilla) cuando es usado con otro proceso de
soldadura. Los próximos dos o tres números
expresan la mínima resistencia a la tracción del
depósito de metal de soldadura en miles de libras
por pulgadas al cuadrado. Entonces, como los
tipos SMAW, “70” significa un metal cuya
resistencia a la tracción es al menos 70.000 psi.
La letra “S” expresa que se trata de un alambre
sólido. Finalmente el número luego del guión se
refiere a la composición química particular del
electrodo. Esto determinará tanto la característica
de operación como las propiedades esperables
del depósito de soldadura. Los electrodos de
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa tienen comúnmente importante cantidad
de desoxidantes, tales como magnesio, silicio, y
aluminio para ayudar a evitar la formación de
porosidad.
RESISTENCIA COMPOSICIÓN
A LA TRACCION QUIMICA
E R X X S - X
ELECTRODO DE ALAMBRE ALAMBRE
SÓLIDO
Figura 3.10 - Sistema de Identificación de
Electrodo GMAW
A pesar que el alambre no tiene un
fundente de recubrimiento, es importante
almacenar adecuadamente el material cuando
este no se usa. El factor más crítico es que el
alambre debe conservarse limpio. Si se permite
que permanezca fuera a la intemperie, puede
contaminarse con herrumbre, aceite, humedad,
partículas de polvo, u otros materiales presentes
en el ambiente del taller de soldadura. Por esto,
cuando no se usa, el alambre debe conservarse en
su envase plástico original, y/o contenedor de
transporte. Incluso cuando un rollo de alambre
está ubicado en el alimentador, debe estar
cubierto con alguna protección cuando no se usa
por períodos prolongados.
La fuente de potencia usada para
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa es muy distinta del tipo empleado por la
soldadura por arco con electrodo revestido. En
lugar de una fuente de corriente constante, la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa usa una fuente del tipo de las conocidas
como de voltaje constante, o potencial constante.
Esto es, la soldadura se lleva a cabo usando un
valor preseteado de voltaje sobre un rango de
corrientes de soldadura.
Figura 3.11 Equipo de Soldadura por
Arco con Alambre y Protección Gaseosa
La soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa normalmente se realiza con
corriente continua, electrodo positivo (DCEP).
Cuando este tipo de fuente de potencia se
combina con un alimentador de alambre, el
resultado es un proceso de soldadura que puede
ser tanto semiautomático, mecanizado, o
totalmente automatizado. La Figura 3.11 muestra
un equipo típico de soldadura por arco con
alambre y protección gaseosa.
Como se puede ver, el equipo es un
poco más complejo que uno usado para soldadura
por arco con electrodo revestido. Un equipo
típico incluye una fuente de potencia,
alimentador de alambre, fuente de gas, y pistola
de soldar fijada al alimentador por un cable
flexible a través del cual pasan el gas y el
alambre. Para poner a punto la soldadura, el
soldador ajustará el voltaje en la fuente de
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potencia y la velocidad del alimentador de
alambre. Cuando la velocidad de alimentación de
alambre aumenta, también aumenta la corriente
de soldadura. La velocidad de fusión del
electrodo es proporcional a la corriente del arco,
entonces la velocidad de alimentación del
alambre en realidad controla también ésta
característica.
Figura 3.12 Curva V – A Típica de Potencial
ConstanteSe mencionó que la fuente de potencia
es del tipo de potencial constante, de todas
formas observando la curva V-A típica, Figura
3.12, muestra que la línea no es plana sino que
tiene una suave pendiente.
Esta característica permite que el
proceso funcione como un proceso del tipo
semiautomático, esto significa que el soldador no
tiene que controlar la alimentación del metal de
aporte como en el caso de soldadura por arco con
electrodo revestido manual. Otra manera de
describir el sistema el llamarlo sistema con “Auto
regulación de Potencial Constante”.
Observando la Figura 3.12, puede verse
que la disminución del voltaje del arco (la pistola
alejada de la pieza de trabajo) hace disminuir la
corriente y en consecuencia la velocidad de
fusión del electrodo. El alambre continúa siendo
alimentado a su velocidad preestablecida para dar
nuevamente el valor original de voltaje del arco.
Esto reduce el efecto de la manipulación del
operador en las características de soldadura, para
hacer al proceso menos sensible al operador y
entonces más fácil de ser aprendido.
Cuando se cambian los ajustes de la
máquina, el resultado es que las características de
operación se alterarán drásticamente. Es de
relevante importancia la manera en que el metal
fundido es transferido desde extremo del
electrodo, a través de la región del arco, al metal
base. Con soldadura por arco con alambre y
protección gaseosa hay cuatro modos básicos de
transferencia de metal. Estos son, spray, globular,
arco pulsante, y en corto circuito.
Figura 3.13 Transferencia por arco
pulsante
La Figura 3.14 muestra tres de los
cuatro métodos. Sus características son tan
diferentes que es casi como si se tratara de cuatro
procesos de soldadura distintos. Cada tipo
específico tiene ventajas y limitaciones definidas
que los hacen mejores para algunas aplicaciones
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y peores para otras. El tipo de transferencia del
metal depende de distintos factores, incluyendo
el gas de protección, corriente y niveles de
voltaje y características del suministro de
potencia.
Una de las formas básicas en las cuales
dichos procesos se diferencian es que suministran
distintas cantidades de calor a la pieza de trabajo.
La transferencia de spray es considerada como la
de mayor temperatura, seguida por globular, arco
pulsante y finalmente corto circuito. Por esto, la
transferencia por spray es la mejor para secciones
de gran espesor y juntas con soldaduras de
penetración total, en cuanto puedan ser
posicionados en posición plana.
La transferencia globular provee tanto
calentamiento como buena deposición del
material, pero sus características de operación
tienden a ser menos estables, incrementado las
salpicaduras. La soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa pulsante requiere una fuente
de potencia capaz de producir una salida de
corriente continua pulsante que permite al
soldador programar la combinación exacta de
corriente alta y baja para lograr un buen control
del calor entregado y flexibilidad del proceso. El
soldador puede setear tanto la cantidad como la
duración del pulso de corriente alta. Entonces,
durante la operación la corriente varía entre el
pulso de alta corriente y el pulso de baja
corriente, ambos pueden ser seteados con los
controles de la máquina.
La transferencia en corto circuito da
una menor cantidad de calor sobre el metal base,
haciéndolo una opción excelente para la
soldadura de hojas de metal y juntas que tienen
separaciones excesivas debido a un mal ajuste.
El método de transferencia en contocircuito tiene
como característica ser más frío debido a que el
electrodo en realidad está en contacto con el
metal base, creando un corto circuito por una
porción del ciclo de soldadura. Entonces el arco
opera y se extingue en forma intermitente. Los
cortos períodos durante el cual el arco se
extingue, permite cierto enfriamiento que
redunda en una reducción de la tendencia a
quemarse de los materiales de poco espesor. Se
debe tener cuidado cuando se usa la transferencia
en corto circuito para soldar secciones de mayor
espesor, debido a que se puede presentar fusión
incompleta a causa de un calentamiento
insuficiente del metal base.
Como se mencionó, el gas de
protección tiene un efecto significativo en el tipo
de transferencia del metal. La transferencia tipo
spray puede lograrse sólo donde hay una
presencia de un 80% de argón en la mezcla de
gases. CO2 es probablemente uno de los gases
más populares para GMAW de acero al carbono,
principalmente debido a su bajo costo y a sus
excelentes características de penetración. Una
desventaja, sin embargo, es que habrá más
salpicadura que puede requerir ser quitada,
reduciendo la productividad del soldador.
La versatilidad que ofrece este proceso
hizo que sea usado en muchas aplicaciones
industriales. GMAW puede ser usada
efectivamente para unir o cubrir muchos tipos de
metales ferrosos o no ferrosos. El uso de gas de
protección, en vez de un fundente, el cual puede
ser más contaminado, puede reducir la
posibilidad de introducir hidrógeno dentro de la
zona de soldadura, entonces GMAW puede ser
usado satisfactoriamente en situaciones donde la
presencia de hidrógeno puede causar problemas.
Debido a la ausencia de la capa de
escoria que debería ser quitada después de soldar,
La GMAW está bien situada para soldadura
automática y robotizada. Esta es una de las
mayores ventajas del proceso. Debido a que
apenas es necesaria o no es necesaria en absoluto
la limpieza luego de la soldadura, la
productividad global del proceso se ve altamente
incrementada. Esta eficiencia es incrementada en
mayor medida por el hecho que el rollo de
alambre continuo no requiere recambio tan
frecuente como los electrodos individuales de
SMAW. Todo esto incrementa la cantidad de
tiempo en que se puede realizar realmente la
soldadura.
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Figura 3.14 – Modos de Transferencia del Metal (a), Spray (b), Globular y (c) Corto
Circuito. (No se muestra arco pulsante)
La principal ventaja de la GMAW es
las lbs/hr (kg/hr) de metal depositado que reduce
el costo de mano de obra. Otro beneficio de la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa es que se trata de un proceso
relativamente limpio, principalmente debido a
que no hay fundente presente en el proceso. En
los locales con problemas de ventilación pueden
verse aliviados cambiando a soldadura por arco
con alambre y protección gaseosa donde se usaba
soldadura por arco con electrodo revestido o
soldadura por arco con alambre tubular, porque
se genera menor cantidad de humos. Con la
existencia de numerosos tipos de electrodos y
equipos que se han transformado más portátiles,
se continúa mejorando la versatibilidad de la
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa. Un beneficio adicional se relaciona con
la visibilidad del proceso. Debido a que no hay
presencia de escoria, el soldador puede ver más
fácilmente la acción del arco y de la pileta
líquida para mejorar el control.
Mientras que el uso de gas de
protección en lugar de fundente trae algunos
beneficios, puede ser también pensado como una
limitación, debido a que ésta es la principal
forma en que el metal fundido es protegido y
limpiado durante la soldadura. Si el metal base
está excesivamente contaminado, el gas de
protección sólo puede no ser suficiente para
prevenir la aparición de porosidad. GMAW es
también muy sensible a ráfagas o vientos, que
tienden a desviar el gas de protección fuera y
dejar al metal sin protección. Por esta razón,
soldadura por arco con alambre y protección
gaseosa no es recomendable para soldadura de
campo.
Es importante notar que el simple
incremento de la velocidad del flujo de gas de
protección más allá de los límites recomendados
no necesariamente garantiza que se proveerá una
protección adecuada. En efecto, las altas
velocidades de flujo causan turbulencia y pueden
tender a incrementar la posibilidad de porosidad
porque estas velocidades de flujo incrementadas
pueden en realidad llevar gases atmosféricos
dentro de la zona de soldadura.
Otra desventaja es que el equipo
requerido es más complejo que los usados para
soldadura por arco con electrodo revestido. Esto
incrementa la posibilidad de problemas
mecánicos que causen problemas de calidad.
Cuestiones como guías de pistolas y conectores
de tubos desgastados pueden alterar las
características eléctricas al punto de producir
soldaduras defectuosas.
Los principales problemas inherentes
ya fueron discutidos. Estos son, porosidad debido
a la contaminación o pérdida de protección,
fusión incompleta debido al uso de transferencia
en corto circuito en secciones de gran espesor, e
inestabilidad del arco debido a guías y extremos
de conectores desgastados. A pesar de que tales
problemas pueden ser muy perjudiciales para la
calidad de la soldadura, pueden aliviarse si se
toman ciertas precauciones.
Para reducir la posibilidad de
porosidad, las partes deben ser limpiadas previas
a la soldadura, y la zona de soldadura debe
protejerse de un viento excesivo encerrándola o
usando rompevientos. Si la porosidad persiste,
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debe controlarse el suministro de gas para
asegurar que no hay una excesiva presencia de
humedad.
El verdadero problema de GMAW es la
fusión incompleta, especialmente cuando se usa
transferencia en corto circuito. Esto se debe en
parte al hecho de que es un proceso de arco
abierto, dado que no utiliza fundente. Sin esta
capa de protección del arco, el incremento de la
intensidad del calor puede llevar al soldador a
creer que hay una tremenda cantidad de calor en
el metal base. Esta sensación puede ser errónea, y
el soldador debe estar al tanto de esta condición y
asegurar que el arco está siendo dirigido para
garantizar la fusión del metal base.
Figura 3.15 – Denominaciones de la
Pistola de Soldadura por Arco con
Alambre y Protección Gaseosa
Finalmente, el equipo debe estar bien
mantenido para aliviar los problemas asociados
con la alimentación del alambre. Cada vez que
se reemplaza un rollo de alambre la guía debe ser
limpiada sopleteándola con aire comprimido para
quitar las partículas que pueden causar
obstrucciones. Si persiste el problema, la guía
debe reemplazarse. El tubo de contacto además,
debe reemplazarse periódicamente. Cuando se
desgasta, cambia el punto de contacto eléctrico
de manera que se incrementa la “extensión el
electrodo” sin que lo sepa el soldador. La
extensión del electrodo se toma también desde el
tubo de contacto hasta el extremo del electrodo,
como se ilustra en la Figura 3.15.
Soldadura por arco con Alambre Tubular
(FCAW)
El siguiente proceso a describir es la
soldadura por arco con alambre tubular. Este es
muy similar a la soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa excepto que el electrodo es
tubular y contiene un fundente granular en vez de
un alambre sólido como en soldadura por arco
con alambre y protección gaseosa. La diferencia
puede notarse en la Figura 3.16 que muestra un
conjunto soldado mediante un proceso FCAW
auto protegido y una vista en detalle de la región
del arco durante la soldadura.
Se muestra al electrodo tubular que es
alimentado a través del tubo de contacto de la
pistola de soldadura, para producir un arco entre
el electrodo y la pieza de trabajo. En tanto la
soldadura progresa, se deposita un cordón de
metal de soldadura. Cubriendo éste metal de
soldadura solidificado se encuentra una capa de
escoria, como el caso de la soldadura por arco
con electrodo revestido.
Con soldadura por arco con alambre
tubular, puede haber o no protección gaseosa,
dependiendo en que tipo de electrodo se use.
Algunos electrodos son designados como
proveyendo toda la protección necesaria del
fundente interno, y se los conoce como “auto
protegidos”. Otros electrodos requieren
protección adicional de un gas de protección
adicional. Con FCAW, como con otros procesos,
hay un sistema de identificación para los
distintos tipos de electrodos de soldadura,
ilustrado en la Figura 3.17. Una revisión de los
tipos de electrodos muestra que las designaciones
se refieren a la polaridad, número de pasadas, y
posición de soldadura.
Una identificación comienza con una
“E”, la que expresa que es un electrodo. El
primer número se refiere a la mínima resistencia
a la tracción del metal de soldadura depositado
en diez mil libras por pulgadas cuadradas, de
manera que “7” significa que la resistencia a la
tracción del metal de soldadura es al menos
70000 psi. El segundo dígito será tanto “0” o “1”.
Un “0” significa que el electrodo es adecuado
para el uso sólo en posición plana o filete
horizontal, mientras que un “1” describe un
electrodo que puede ser usado en cualquier
posición. Siguiendo a estos números está la letra
“T”, que se refiere a un electrodo tubular. A esto
sigue un guión y luego otro número que denota el
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grupo particular basado en la composición
química del metal de soldadura, tipo de corriente,
polaridad de la operación, además si requiere
protección gaseosa, y otras informaciones para la
categoría.
Figura 3.16 – Soldadura por Arco con
Alambre Tubular Autoprotegida
Figura 3.17 – FCAW con doble protección
Figura 3.18 - Sistema de Identificación de
Electrodo FCAW
Con este sistema de identificación,
puede determinarse si una clasificación de
electrodo requiere o no gas de protección
auxiliar. Esto es importante para el inspector de
soldadura, debido a que la soldadura por arco con
alambre tubular puede realizarse o no un gas de
protección externo. La Figura 3.18 muestra los
dos tipos de picos.
Algunos electrodos están formulados
para ser usados sin ningún gas de protección
adicional distinto al contenido dentro del
electrodo. Estos tienen los números 3, 4, 6, 7, 8,
10 y 11. Mientras que los electrodos que tienen
los sufijos 1, 2 y 5, requieren alguna protección
externa para ayudar en la protección del metal
fundido. Ambos tipos ofrecen ventajas,
dependiendo de la aplicación. Adicionalmente
los sufijos G y GS se refieren a pasadas múltiples
y pasada única respectivamente.
Figura 3.19 - Pistolas FCAW para
Electrodos con Protección Gaseosa
(arriba) y Auto protegidos (abajo).
Por ejemplo los autoprotegidos se
adecuan mejor para soldaduras de campo, donde
el viento puede tener como consecuencia una
pérdida de la protección gaseosa. Los electrodos
del tipo de los de protección gaseosa, son usados
cuando la necesidad de propiedades mejoradas
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del metal de soldadura justifica el costo
adicional.
Los gases usados normalmente para
soldadura por arco con alambre tubular son CO2,
o 75% Argón – 25 % CO2, pero se dispone de
otras combinaciones de gases.
El equipo utilizado para FCAW es
esencialmente idéntico a aquel de GMAW, como
se muestra en la Figura 3.19. Algunas diferencias
pueden ser pistolas con capacidad para corrientes
mayores y fuentes de potencia mayores, la
ausencia del equipo de gas para electrodos
autoprotegidos, rollos de alimentación de
alambre bobinado. Como GMAW, FCAW usa un
suministro de energía de voltaje constante y
corriente continua. Dependiendo del tipo de
electrodo, la operación puede ser, DCEP (1, 2, 3,
4, 5, 6 y 8) o DCEN (7).
El proceso de soldadura por arco con
alambre tubular está ganando rápidamente
aceptación como una alternativa de proceso de
soldadura en algunas industrias. Sus
relativamente buenos resultados en superficies
contaminadas, y sus velocidades de deposición
incrementadas, ayudaron a la soldadura por arco
con alambre tubular a reemplazar a SMAW y a
GMAW en muchas aplicaciones. El proceso es
usado en muchas industrias donde los materiales
predominantes son ferrosos. Puede ser usado con
resultados satisfactorios tanto en aplicaciones de
taller como de campo. A pesar de que la mayor
parte de los electrodos producidos son ferrosos
(tanto para aceros al carbono como inoxidables),
se consiguen también algunos no ferrosos.
Algunos del tipo de los de acero inoxidables usan
realmente una vaina de acero al carbono que
rodea el fundente interno que contiene los
elementos aleantes granulares tales como cromo
y níquel.
Figura 3.20a – Equipo de Soldadura por
Arco con Alambre Tubular con
Protección Gaseosa
Figura 3.20a (continuación) – Equipo de
Soldadura por Arco con Alambre Tubular
con Protección Gaseosa FCAW ganó una gran aceptación
debido a la gran cantidad de ventajas que ofrece.
Probablemente la ventaja más significativa es
que provee una alta productividad en términos de
la cantidad de metal de soldadura que puede ser
depositado en un período de tiempo dado. Es de
las más altas para un proceso manual. Esto se ve
favorecido por el hecho que el electrodo viene en
rollos continuos lo cual incrementa el “tiempo de
arco”, como con soldadura por arco con alambre
y protección gaseosa. El proceso se caracteriza
también por un arco agresivo, de penetración
profunda, el cual tiende a reducir la posibilidad
de discontinuidades del tipo de los problemas de
fusión. Debido a que es usado normalmente
como un proceso semiautomático, la habilidad
requerida para la operación es algo menor que en
el caso de ser un proceso manual. Con la
presencia de fundente, tanto asistida por una
protección gaseosa o no, FCAW es capaz de
tolerar un mayor grado de contaminación del
metal base que en el caso de GMAW. Por esta
misma razón, FCAW se ubica bien para
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situaciones de campo donde la pérdida del gas de
protección debido a los vientos afectaría
negativamente la calidad de GMAW.
Es importante notar que este proceso
tiene algunas limitaciones, las cuales el inspector
tiene que conocer. Primero, debido a que hay
presente un fundente, hay una capa de escoria
solidificada que se debe quitar previo a depositar
pasadas de soldadura adicionales o de que se
pueda realizar una inspección visual.
Debido a la presencia de este
fundente, durante la soldadura se genera una
cantidad significativa de humo. Una exposición
prolongada en áreas no ventiladas puede
provocar un efecto nocivo a la salud del soldador.
Este humo también reduce la visibilidad al punto
donde puede hacer difícil manipular
apropiadamente el arco en la junta. A pesar de
que se dispone de sistemas extractores de humo,
tienden a aumentar el tamaño de la pistola, que
aumenta el peso y disminuye la visibilidad.
También puede perturbar la protección si se está
usando un gas protector.
A pesar de que FCAW se
considera como un proceso que genera humo, no
es tan malo como es SMAW, en función de la
cantidad de humo generado por la cantidad de
metal de soldadura depositado. El equipo
requerido para FCAW es más complejo que el
correspondiente a SMAW, entonces el costo
inicial y la posibilidad de problemas de
maquinaria pueden limitar su aceptabilidad para
algunas situaciones.
Como con cualquier proceso,
FCAW tiene algunos problemas inherentes. El
primero tiene que ver con el fundente. Debido a
que no está presente, existe la posibilidad que en
la soldadura final, quede atrapada escoria
solidificada. Esto puede deberse tanto a una limpieza inadecuada entre pasadas o técnica inapropiada.
Con FCAW, es crítico que la velocidad
de avance sea suficientemente grande para
mantener el límite de avance, de la pileta líquida.
Cuando la velocidad de avance es
suficientemente lenta como para permitir que el
arco vaya hacia el medio o a
la parte de atrás de la pileta líquida, la escoria
fundida puede adelantarse en la pileta y quedar
atrapada. Otro problema inherente involucra el
aparato de alimentación de alambre. Como en el
caso de GMAW, la falta de mantenimiento puede
afectar la calidad de la soldadura.
Soldadura por Arco con Electrodo de
Tungsteno y Protección Gaseosa
(GTAW). El próximo proceso a ser discutido es la
soldadura por arco con electrodo de tungsteno y
protección gaseosa, que tiene varias diferencias
interesantes cuando se comparan con los aquellos
discutidos anteriormente. La Figura 3.20 muestra
los elementos básicos del proceso.
La característica más importante de
GTAW es que el electrodo usado no se consume
durante la operación de soldadura. Está hecho
con tungsteno puro o aleado, que tiene la
capacidad de soportar temperaturas muy altas,
incluso aquellas del arco de soldadura. Por esto,
cuando pasa la corriente, se crea un arco entre el
electrodo de tungsteno y la pieza.
Cuando se requiere metal de aporte, se
debe agregar en forma externa, usualmente
manual, o usando algún sistema de alimentación
mecánica. La totalidad de la protección del arco y
del metal se alcanza a través del uso de gases
inertes que fluyen fuera de la buza rodeando al
electrodo de tungsteno. El cordón de soldadura
depositado no tiene escoria que quitar debido a
que no se usa fundente.
Como con los otros procesos, hay un
sistema donde distintos tipos de electrodos de
tungsteno pueden identificarse fácilmente. Las
denominaciones consisten en una serie de letras
comenzando con una “E” que se pone por
electrodo. Luego viene una “W" que es la
designación química para el tungsteno. Estas
letras están seguidas por letras y números que
describen el tipo de aleación. Debido a que sólo
hay cinco clasificaciones diferentes, se
diferencian comúnmente usando un sistema de
códigos de colores. La tabla de abajo muestra las
clasificaciones y el código de colores apropiado.
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Figura 3.21 – Soldadura por Arco con
Electrodo de Tungsteno y Protección
Gaseosa La presencia de torio y circonio ayuda
en mejorar las características eléctricas, haciendo
al tungsteno ligeramente más emisor. Esto
significa únicamente que es más fácil iniciar el
arco con estos electrodos con torio y circonio que
en los casos de electrodos de tungsteno puro. El
tungsteno puro es más frecuentemente usado para
soldar aluminio, debido a su habilidad para
formar una terminación con forma esférica en el
extremo cuando es calentado. Con una
terminación esférica en lugar de aguda, hay una
concentración más baja de corriente que reduce
la posibilidad de dañar el tungsteno. El tipo
EWTh-2 es el más comúnmente usado para la
unión de materiales ferrosos.
Tabla 3.3 Clasificación AWS de electrodos de
W
Clasificación de Electrodo de Tungsteno AWS
Clase Aleante Color EWP Tungsteno Puro Verde EWCe-2 1.8-2.2 %cerio Naranga EWLa-1 1% óxido de lantano Negro EWTh-1 0.8-1.2% torio Amarillo EWTh-2 1.7-2.2% torio Rojo EWZr 0.15-0.40%circonio Marrón
El GTAW puede realizase con DCEP,
DCEN o AC. La DCEP dará un mayor
calentamiento del electrodo, mientras que DCEN
tenderá a calentar más el metal base. La AC
calienta alternativamente el electrodo y el metal
base. La AC se usa típicamente para soldar
aluminio debido a que la corriente alterna
incrementará la acción de limpieza para mejorar
la calidad de la soldadura. La DCEN se usa más
comúnmente para soldar aceros. La Figura 3.21
ilustra los efectos de esos tipos de corriente
distintos y la polaridad en términos de la
capacidad de penetración, acción de limpieza de
óxido, balance térmico del arco, y capacidad de
portar corriente del electrodo.
Como se mencionó, GTAW usa gases
inertes para la protección. Por inerte, queremos
decir que los gases no se combinaran con el
metal, pero lo protegerá de contaminantes. Los
gases inertes más comúnmente utilizados son el
argón y el Helio, basado en sus costos relativos y
disponibilidad comparada con otros tipos de
gases inertes. Algunas aplicaciones de soldadura
de aceros inoxidables mecanizados usan gas
protector que consiste en argón y una pequeña
cantidad de hidrógeno, pero representa una
mínima porción de la soldadura por arco con
electrodo de tungsteno y protección gaseosa
realizada.
El equipo requerido para GTAW tiene
como elemento principal una fuente de potencia
como la utilizada para SMAW, esto es, del tipo
de corriente constante. Debido a que hay un gas
presente, ahora es muy necesario tener un aparato
para su control y transmisión. La Figura 3.22
muestra una configuración típica de soldadura
por arco con electrodo de tungsteno y protección
gaseosa.
Una característica agregada a este
sistema de soldadura, que no se muestra, es un
generador de alta frecuencia que ayuda a la
iniciación del arco de soldadura. En orden a
alterar el calentamiento durante la operación de
soldadura, también se le puede fijar un sistema
de control de corriente remoto. Puede ser
operado mediante el pie, o controlado por algún
dispositivo fijado en la misma torcha. Esto es
particularmente útil para soldar poco espesor o
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juntas en tubos con abertura de raíz, donde se necesita un control instantáneo. CORRIENTE-TIPO DC DC AC (Balanceada)
POLARIDAD DEL ELECTRODO
Negativa Positiva
FLUJO DE LOS ELECTRONES E IONES CARACTERISTICAS DE PENETRACION
ACCION DE LIMPIEZA DE OXIDO
NO SI SI – Una vez cada medio ciclo
CALENTAMIENTO BALANCEADO EN EL ARCO
70% En el extremo de la pieza 30% En el extremo del electrodo
30% En el extremo de la pieza 70% En el extremo del electrodo
50% En el extremo de la pieza 50% En el extremo del electrodo
PENETRACION Profunda, Estrecha Poco profunda media
CAPACIDAD DEL ELECTRODO
Excelente (e.g., 3.18 mm [1/8 in.]-400ª)
Pobre (e.g. 6.35 mm[1/4 in.]-120ª)
Buena (e.g. 3.18 mm [1/8 in.]-225ª)
Figura 3.22 – Efecto del Tipo de Corriente de Soldadura en la Penetración de la
Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa
Figura 3.23 – Equipo de Soldadura por
Arco con Electrodo de Tungsteno y
Protección Gaseosa
Hay numerosas aplicaciones de GTAW
en muchas industrias. Puede ser operado con el
pie, o controlado por algún dispositivo montado
en la misma torcha. Este es capaz de soldar
virtualmente todos los materiales, porque el
electrodo no se funde durante la operación de
soldadura. Su capacidad de soldar con corrientes
extremadamente bajas, hace del proceso de
soldadura por arco con electrodo de tungsteno y
protección gaseosa adecuado para el uso con los
materiales más delgados (hasta 0.005 in., o
0,0127 mm). Su operación típicamente limpia y
controlable lo hace la opción perfecta para
aplicaciones extremadamente críticas tales como
aquellas encontradas en la industria aerospacial,
alimentos, procesamiento de drogas,
petroquímicas, cañerías de presión.
La principal ventaja de GTAW se basa
en el hecho que pueden producir soldaduras de
excelente calidad y excelente apariencia visual.
También, debido a que no se usa fundente, el
proceso es muy limpio y no hay que remover
escoria luego de la soldadura. Como se mencionó
antes, pueden soldarse secciones de muy bajo
espesor. Debido a la naturaleza de su operación,
es adecuado para soldar la mayoría de los
metales, muchos de los cuales no son fácilmente
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soldables usando otros procesos de soldadura. Si
lo permite el diseño de la junta, se pueden soldar
los materiales sin uso de metal de aporte
adicional.
Cuando se requiere, existen numerosos
tipos de metal de aporte en forma de alambre
para un amplio rango de aleaciones metálicas. En
el caso donde no se encuentre alambre disponible
comercialmente para una aleación metálica
particular, es posible producir un metal de aporte
adecuado simplemente cortando una pieza
idéntica al metal base para producir una pieza
delgada y puede ser manipulado dentro de la
zona de soldadura como si fuera un alambre.
Contrastando con dichas ventajas hay
varias desventajas. Primero, GTAW está entre
los procesos de soldadura más lentos disponibles.
Mientras que produce un depósito de soldadura
limpio, también se caracteriza por tener baja
tolerancia a la contaminación. Por esto, los
metales de aporte y base, deben estar
extremadamente limpios previo a la soldadura.
Cuando se usan procesos manuales, la soldadura
por arco con electrodo de tungsteno y protección
gaseosa requiere alto nivel de habilidad; el
soldador debe coordinar el arco con una mano
mientras que alimenta el metal de aporte con la
otra. GTAW se selecciona normalmente en
situaciones donde la necesidad de muy alta
calidad garantiza el costo adicional de superar
dichas limitaciones.
Uno de los problemas inherentes
asociados con este método tiene relación con la
incapacidad de tolerar contaminación. Si se
encuentra contaminación o humedad, tanto del
metal base, metal de aporte o gas de protección,
el resultado puede ser porosidad en la soldadura
depositada. Cuando se nota porosidad, esto es
signo que el proceso está fuera de control y se
necesitan medidas preventivas. Deben hacerse
verificaciones para determinar la fuente de la
contaminación para poder eliminarla.
Otro problema inherente que está
totalmente confinado al proceso de GTAW es el
de las inclusiones de tungsteno. Como el nombre
lo implica, estas discontinuidades ocurren cuando
partes del electrodo de tungsteno se incluyen en
el depósito de soldadura. Las inclusiones de
tungsteno pueden ocurrir debido a un número de
razones, y muchas están enumeradas en la
siguiente tabla.
Razones para las Inclusiones de Tungsteno. 1) Contacto de la punta del electrodo con
metal fundido 2) Contacto de metal de aporte con la
punta caliente del electrodo; 3) Contaminación de la punta del electrodo
con salpicaduras; 4) La corriente que excede el límite para un
dado diámetro o tipo de electrodo; 5) Extensión de los electrodo más allá de
las distancias normales de la boquilla, resultando en un sobrecalentamiento del electrodo;
6) Ajuste inadecuado de la boquilla; 7) Velocidades inadecuadas de flujo de gas
de protección o excesivas ráfagas de viento que hacen oxidar la punta del electrodo;
8) Defectos tales como rajaduras o fisuras en el electrodo;
9) Usando gases de protección inadecuados; y
10) Amolado inapropiado de la punta.
Soldadura por Arco Sumergido (SAW)
El último de los procesos de soldadura
más comunes a ser discutidos es la soldadura por
arco sumergido. Este método es típicamente el
más eficiente mencionado por lejos en términos
de la relación de deposición de metal de
soldadura. SAW se caracteriza por el uso de una
alimentación continua de alambre sólido que
provee un arco que está totalmente cubierto por
una capa de fundente granular; de aquí el nombre
de arco “sumergido”. La Figura 3.24 muestra
como se produce una soldadura usando dicho
proceso.
Como se mencionó, el alambre se
alimenta dentro de la zona de soldadura en forma
bastante parecida a soldadura por arco con
alambre y protección gaseosa o soldadura por
arco con alambre tubular. La mayor diferencia,
sin embargo, es el método de protección. Con
soldadura por arco sumergido, se distribuye
fundente granular adelante o alrededor del
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electrodo para facilitar la protección del metal
fundido. En la medida que progresa la soldadura,
hay una capa de escoria formada, agregado al
cordón de soldadura, y fundente todavía granular
que cubre el metal de soldadura solidificado. Se
debe quitar la escoria y usualmente se descarta, a
pesar que hay algunas técnicas de recombinación
de una porción de aquella con nuevo fundente
para ser usada nuevamente en algunas
aplicaciones. El fundente que todavía es granular
puede ser usado nuevamente si se tiene cuidado
de evitar la contaminación. En algunos casos
donde el fundente debe proveer aleantes, puede
no ser aconsejable el reciclado.
Debido a que SAW usa el electrodo y el
fundente separados, hay numerosas
combinaciones posibles para aplicaciones
específicas. Hay dos tipos generales de
combinaciones que pueden usarse para proveer
un depósito de soldadura aleado; un electrodo
aleado con fundente neutro, o un electrodo de
acero dulce con un fundente aleante. Por esto
para describir apropiadamente el metal de aporte
de SAW, el sistema de identificación de AWS
consiste en denominaciones tanto para fundente
como para metales. La Figura 3.25 muestra que
significan realmente las distintas partes de la
clasificación electrodo / fundente, con un
ejemplo real.
El equipo usado para soldadura por arco
sumergido consiste en distintos componentes,
como se muestra en la Figura 3.25. Debido a que
este proceso puede utilizarse totalmente
mecanizado o método semiautomático, el equipo
usado para cada uno es ligeramente diferente. En
cada caso, sin embargo, se requiere una fuente de
potencia. A pesar que la mayor parte de la
soldadura por arco sumergido se realiza con una
fuente de potencia de tensión constante, hay
algunas aplicaciones donde se prefiere una de
tipo de corriente constante. Como en el caso de la
soldadura por arco con alambre tubular, un
alimentador de alambre fuerza al alambre a
través del cable guía hasta la torcha de soldadura.
Figura 3.24 – Soldadura por arco
sumergido
Indica fundente Indica la resistencia mínima a la tracción (por 69 MPa (10000psi) de metal de soldadura de acuerdo con las condiciones de soldadura, y usando el fundente que se clasificó y la clasificación específica de electrodo indicada
Designa la condición de tratamiento térmico en la que se realiza el ensayo: A para el
caso sin tratamiento y P para tratamiento térmico posterior a la soldadura. El tiempo y temperatura del PWHT son de acuerdo a lo especificado.
Indica la menor temperatura a la cual la resistencia al impacto del metal de
soldadura referido arriba alcanza o excede los 27J (20 ft lb).
E indica un electrodo sólido; EC indica un electrodo de material compuesto
FXXX - EXXX
Clasificación del electrodo usado para producir la soldadura referida arriba. F7A6-EM12K es una designación completa. Se refiere a un fundente que producirá un metal de soldadura con, en una condición sin tratamiento térmico posterior a la soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor a 480 MPa (70000 psi) y una
resistencia al impacto de Charpy con entallas en V de al menos 27J (20 ft lb). a –51°C (-60°F) cuando se produce con un electrodo EM12K bajo las condiciones citadas en la especificación F7A4-EC1 es una designación completa para un fundente cuando se usa el nombre comercial del electrodo en la clasificación. Se refiere a un fundente que producirá el metal de soldadura con tal electrodo, el que en la condición sin tratamiento posterior de soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor que 480MPa (70000psi) y una resistencia al impacto de Charpy con
entallas en V de al menos 27J (20 ft lb). a –40°C (-40°F) bajo las condiciones citadas en la especificación
Figura 3.25 Sistema de metal de relleno SAW
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Figura 3.26 Equipo de Soldadura por Arco Sumergido
En los sistemas mecánicos se debe mover
el fundente a la zona de soldadura. El fundente
generalmente se ubica en una tolva arriba del
cabezal de soldadura y se alimenta por gravedad,
de manera que se distribuye tanto ligeramente
adelante del arco o alrededor del arco desde un
pico que rodea la punta de contacto. En el caso
de soldadura por arco sumergido semiautomática,
se fuerza al fundente dentro de la pistola usando
aire comprimido que „fluidiza‟ el fundente
granular, haciendo que fluya con facilidad, o hay
una tolva conectada directamente a la
empuñadura de la pistola.
Figura 3.27 Equipo SAW semiautomático
Otra variante del equipo es la posibilidad de
corriente alterna o continua de cualquier
polaridad. El tipo de corriente de soldadura
afectará tanto a la penetración como al contorno
del cordón de soldadura. Para algunas
aplicaciones, pueden usarse electrodos múltiples.
Los electrodos pueden energizarse por una sola
fuente de potencia, o pueden ser necesarias varias
fuentes de potencia. El uso de electrodos
múltiples provee aún mayor versatilidad al
proceso.
El proceso de soldadura por arco con
electrodo revestido se encontró aceptable en
muchas industrias, y se puede realizar en muchos
metales. Debido a la alta relación de deposición,
se mostró muy efectivo para recubrimiento o
revestimiento de superficie del material. En
situaciones donde la superficie necesita mejorar
la resistencia a la corrosión o al desgaste, es más
económico cubrir un metal base susceptible con
una capa de soldadura resistente. Si se puede
automatizar esta operación, la soldadura por arco
sumergido es una posibilidad excelente.
Probablemente la mayor ventaja de SAW
es su alta relación de deposición. Normalmente
puede depositar metal de soldadura más
eficientemente que cualquier otro proceso
común. El proceso de soldadura por arco
sumergido tiene gran atractivo para el operador,
primero porque debido a la falta de arco visible
permite al operador controlar la soldadura sin la
necesidad de lentes filtrantes y otra ropa de
protección pesada. Otra característica beneficiosa
es que genera menos humos que algunos de los
otros procesos. Otra característica de este
proceso que lo hace deseable para muchas
aplicaciones es su capacidad de penetrar
profundamente.
La mayor limitación de SAW es que sólo
se puede realizar en una posición donde el
fundente pueda mantenerse en la junta. Cuando
se suelda en una posición distinta de la bajo
mano normalmente usada, se requiere algún
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dispositivo para mantener el fundente en su lugar
para que se pueda realizar el trabajo. Otra
desventaja es, como en otros procesos
automatizados, puede existir la necesidad de
equipamiento para posicionar y presentar. Como
en otros procesos que utilizan fundente, las
soldaduras terminadas tendrán una capa de
escoria solidificada que debe ser quitada.
Si los parámetros de soldadura son
inapropiados, los contornos de la soldadura serán
tales que ese trabajo de remoción de la escoria
aún es más dificultoso. La última desventaja se
relaciona con el fundente que cubre el arco
durante la soldadura. Mientras que hace un buen
trabajo protegiendo al soldador de los efectos del
arco, también impide al soldador ver exactamente
donde se posiciona el arco con respecto a la
junta. Con un ajuste automatizado, es aconsejable
realizar la longitud total de la junta sin una
Verificación de la alineación del fundente o del
arco. Si el arco no es dirigido adecuadamente,
puede haber fusión incompleta.
Verificación de la alineación del fundente o del
arco. Si el arco no es dirigido adecuadamente,
puede haber fusión incompleta.
Hay algunos problemas inherentes a la
SAW. El primero tiene que ver con el fundente
granular. Igual que los electrodos de bajo
hidrógeno para SMAW, es necesario proteger el
fundente de soldadura por arco sumergido de la
humedad. Puede ser necesario almacenar el
fundente en contenedores calentados antes de su
uso. Si el fundente se humedece, puede aparecer
porosidad y fisuración en frío.
Otro problema característico de SAW es
la fisuración por solidificación. Esto ocurre
cuando las condiciones de soldadura proveen un
cordón de soldadura que tiene una relación ancho
profundidad extrema. Esto es si el ancho del
cordón es mucho mayor que su profundidad o
viceversa, pude aparecer una fisuración por
contracciones en la línea de centros durante la
solidificación. La Figura 3.28 muestra algunas
condiciones que pueden causar las fisuras.
Figura 3.28 – Fisura de Solidificación debido al Perfil de la Soldadura
Soldadura por Plasma (PAW)
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El siguiente proceso a discutir es el de de
soldadura por plasma. Un plasma es definido
como un gas ionizado. Con cualquier proceso que
usa un arco, se crea plasma. Sin embargo, (PAW)
es así llamado debido a la intensidad de esta
región de plasma. A primera vista puede ser
fácilmente confundido con GTAW porque el
equipo requerido es muy parecido. En la Figura
3.29 se muestra una configuración típica.
Ambos GTAW y PAW usan el mismo
tipo de fuente de potencia. Sin embargo, si
observamos atentamente la torcha en si misma, la
diferencia se torna más obvia. La Figura 3.30
muestra una comparación gráfica de los dos tipos
de torchas de soldadura y la diferencia resultante
en la cantidad de calentamiento, y debido a esto
de penetración, que ocurrirá.
Figura 3.29 - Soldadura por Plasma
Figura 3.30 - Comparación de las Torchas
de GTAW y PAW.
Tanto para PAW como GTAW se usa
electrodo de tungsteno para la creación del arco.
Sin embargo, con la torcha de PAW, hay un
orificio de cobre dentro de la buza cerámica. Hay
un gas de “plasma” de alta velocidad el que es
forzado a través de dicho orificio y pasa el arco
de soldadura dando como resultado una
constricción de este arco.
Esta constricción, o estrechamiento, del
arco hace que este sea más concentrado, y
entonces más intenso. Una forma de ilustrar la
diferencia en la intensidad del arco entre GMAW
y PAW sería usar la analogía de un pico ajustable
de una manguera. El arco de GTAW sería
comparable a una forma de llovizna tranquila,
mientras el arco de PAW se comportaría más
como una forma que provee un vapor de agua
concentrado teniendo una fuerza mayor.
Hay dos categorías de operación de
arco por plasma, el arco transferido y no
transferido. Son mostrados en la Figura 3.31.
Con el arco transferido, el arco es
creado entre el electrodo de tungsteno y la pieza
de trabajo. El arco no transferido, por otra parte,
ocurre entre el arco y el orificio de cobre. El arco
transferido es usado generalmente tanto para
soldadura como para corte de materiales
conductivos, porque tiene una mayor cantidad de
calor aportado a la pieza de trabajo. El arco no
transferido se prefiere para el corte de materiales
no conductivos y para soldadura de los materiales
cuando la cantidad de calor de la pieza de trabajo
debe ser minimizado.
Las similitudes entre GTAW y PAW se
extienden también a los equipos. Las fuentes de
potencia son idénticas en la mayoría de los
aspectos. Sin embargo, como se muestra en la
Figura 3.30, hay algunos elementos adicionales
necesarios, incluyendo la consola de control de
plasma y la fuente de plasma.
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Figura 3.31 – Comparación entre PAW
Transferido y No Transferido
La torcha, como se discutió arriba,
difiere levemente; sin embargo, debe hacerse una
observación cuidadosa de la configuración
interna para tener certeza. La Figura 3.31 ilustra
la torcha.
Como se indicó, se requieren dos gases
separados: El gas de protección y el gas del
orificio (de plasma). El argón es empleado
comúnmente para ambos tipos de gas. Sin
embargo, la soldadura de distintos metales puede
requerir el uso de helio o combinaciones
argón/helio o argón/hidrógeno para uno u otro
gas.
Figura 3.32 – Equipo de Soldadura por Plasma
Figura 3.33 – Estructura Interna de una
Antorcha Manual de Soldadura por
Plasma Típica Las principales aplicaciones de PAW
son similares a aquellas de GTAW. El PAW es
usado para algunos materiales y espesores. PAW
se torna como una opción donde las aplicaciones
requieren el uso de una fuente de calor más
localizada. Es usada en forma extensiva para
soldaduras con penetración total en el materiales
de hasta 1/2 pulgada de espesor empleando la
técnica conocida como "soldadura con ojo de
cerradura (keyhole)". La Figura 3.34 muestra el
aspecto típico de una soldadura con ojo de
cerradura.
La soldadura con ojo de cerradura se
realiza en una junta a tope con bordes rectos sin
abertura de raíz. El calor concentrado del arco
penetra a través del espesor del material para
formar un pequeño de ojo de cerradura. A
medida que avanza la soldadura, el ojo de
cerradura se mueve a lo largo de la junta
fundiendo los bordes del metal base que luego
fluyen juntos y solidifican luego que pasa el arco
de soldadura. Esto crea una soldadura de alta
calidad, sin la preparación de una junta elaborada
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y velocidades de avance rápidas comparadas con
GMAW.
Otra ventaja de PAW, que fue
mencionada antes, es que provee una fuente de
calor muy localizada. Esto permite velocidades
de soldadura más elevadas y entonces una menor
distorsión. Debido a que la distancia entre la
torcha y la pieza de trabajo es típicamente
bastante larga, el soldador tiene mejor visibilidad
de la soldadura que se está realizando. También,
debido a que el electrodo se mantiene dentro de
la torcha, es menos probable que el soldador lo
introduzca dentro del metal fundido y produzca
inclusión de tungsteno.
Figura 3.34 – Técnica de ojo de cerradura
para Soldadura por Plasma (Superficie –
Arriba y Raíz – Abajo)
La habilidad para usar este proceso en
el modo de ojo de cerradura es también deseable.
El ojo de cerradura es una indicación positiva de
una penetración completa y uniformidad de la
soldadura. Esta uniformidad de la soldadura es en
parte debida al hecho que la soldadura por
plasma es menos sensible a cambios en la
longitud del arco. La presencia de su arco
colimado permitirá relativamente grandes
cambios en la distancia torcha - pieza sin ningún
cambio en la capacidad de fusión.
PAW está limitado a la unión efectiva
de materiales de 1 pulgada (25.4 mm) o menos de
espesor. El costo inicial del equipo es mayor que
el relativo a GTAW, principalmente debido a que
se requieren equipos adicionales. Finalmente, el
uso de PAW puede requerir mayor habilidad del
operador que la que requerida en el caso para
GTAW debido a la mayor complejidad de la
puesta a punto del equipo.
Entre los problemas que pueden
encontrarse con este proceso están dos tipos de
inclusiones metálicas. Las inclusiones de
tungsteno pueden darse a causa de muy altos
niveles de corriente; sin embargo el hecho que el
tungsteno se mantiene dentro ayuda a prevenir
que esto se ocurra. Una corriente muy alta puede
también traer como consecuencia la fusión del
orificio de cobre y su depósito en el metal de
soldadura. Otro problema que puede encontrarse
cuando se realiza soldadura de ojo de cerradura
es conocido como "tunneling". Esto ocurre
cuando el ojo de cerradura no está
completamente lleno en el final de la soldadura,
dejando un vacío cilíndrico el cual se puede
extender enteramente a través de la garganta de
soldadura. Cuando se usa la técnica de ojo de
cerradura, también existe la posibilidad de tener
fusión incompleta debido a que el arco y la junta
son muy angostos. Por esto, pueden producir
fusión incompleta a lo largo de la junta.
Soldadura por Electroescoria (ESW) El siguiente proceso de interés es la
soldadura por electroescoria, pero no es ni
cercanamente tan comúnmente usada como los
procesos mencionados previamente. Este exhibe
típicamente la mayor cantidad de material
depositado de cualquiera de los procesos de
soldadura. ESW se caracteriza por la unión de
componentes que están ubicado borde a borde de
manera que la junta está vertical. La soldadura se
realiza en una única pasada tal que la progresión
es desde abajo hacia la parte superior de la junta,
sin interrupción. A pesar que la soldadura
progresa verticalmente, hacia arriba en la junta,
la posición de soldadura es considerada plana
debido a la ubicación del electrodo con respecto
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a la pileta de soldadura. Durante la soldadura, el
metal fundido es sostenido por zapatas enfriadas
por agua. Ver Figura 3.35.
Un carácter interesante de ESW es que
no se considera siendo un proceso de soldadura
por arco. Se basa en el calentamiento de la
resistencia del fundente fundido para fundir el
metal base y el metal de aporte. Los procesos
usan un arco para iniciar la operación; sin
embargo, este arco se extingüe una vez que hay
suficiente fundente fundido para proveer el calor
que mantiene las condiciones de soldadura en la
medida que progresa hacia arriba a lo largo de la
junta
Figura 3.35, Soldadura por Electroescoria
Figura 3.36, Equipos de Soldadura por
Electroescoria
ESW se usa para unir grandes
secciones. Está limitado esencialmente a la
soldadura de aceros al carbono en espesores
mayores a ¾ de pulgada (19 mm). Por esto, sólo
industrias que trabajan con construcciones
soldadas pesadas tienen interés real en ESW. La
Figura 3.36 muestra la disposición de un equipo
de ESW.
La mayor ventaja de ESW es su alta
relación de material depositado. Si la soldadura
por un único electrodo no es suficientemente
rápida, entonces pueden usarse electrodos
múltiples. En efecto, puede usarse una tira de
metal en lugar de un alambre para aumentar la
relación de material depositado aún más. Otro
beneficio es que no se requiere preparación
especial de la junta. En efecto, una superficie
rugosa cortada a llama es satisfactoria para este
método. Debido a que la totalidad del espesor de
la junta es fundido en una pasada única, no hay
tendencia a una distorsión angular durante o
después de la soldadura, entonces se mantiene
fácilmente la alineación.
La principal limitación de ESW es el
tiempo extenso requerido para armar y dejar listo
para soldar. Hay una tremenda cantidad de
tiempo y esfuerzo requerido para posicionar las
piezas de trabajo y las guías antes que se pueda
realizar la soldadura. Por esto ESW no es
económico para secciones más delgadas, a pesar
que la relación de material depositado es muy
elevada.
El proceso de ESW tiene asociado a el
algunos problemas inherentes. Cuando aparecen
estos problemas, pueden ser de proporciones
mayores. Puede aparecer porosidad gruesa
debido a fundente húmedo o la presencia de
pérdidas en una de las zapatas refrigeradas por
agua. Debido a que la soldadura por
electroescoria se asemeja en muchos aspectos a
un proceso de fundición, hay una posibilidad de
tener fisuras en la línea de centros debido a
contracción del metal de soldadura. También
debido a una gran cantidad de calor aportado, hay
una tendencia a crecimiento de grano en el metal
de soldadura. Los granos grandes pueden dar una
degradación de las propiedades mecánicas de las
construcciones soldadas.
Soldadura Oxiacetilénica (OAW)
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El siguiente proceso es la soldadura
oxiacetilenica. Mientras que también se usa el
término „soldadura por oxigas‟, el acetileno es el
único gas combustible capaz de producir
temperaturas suficientemente altas para
soldadura efectiva. Con OAW, la energía para la
soldadura es creada por una llama, por esto se
considera como un método de soldadura química.
Como el calentamiento es provisto por una
reacción química, la protección para la soldadura
oxiacetilenica es realizada también por esta
llama. Por esto no se necesita protección interna.
La Figura 3.37 ilustra el proceso siendo aplicado
para el metal de aporte agregado de una fuente
externa.
El equipo para soldadura oxiacetilenica
es relativamente simple. En la Figura 3.38 se
muestra un equipo típico. Este consiste en varias
partes: tanque de oxígeno, tanque de acetileno,
reguladores de presión, torcha, mangueras de
conexión. El cilindro de oxígeno es un
contenedor hueco de alta presión, capaz de
soportar una presión de aproximadamente 2200
psi. El cilindro de acetileno por otra parte, esta
lleno con un material poroso similar al cemento.
El acetileno se encuentra en el cilindro
disuelto en acetona líquida. Debe tenerse cuidado
debido a que el acetileno gaseoso es
extremadamente inestable a presiones que
exceden los 15 psi y puede ocurrir incluso una
explosión sin la presencia de oxígeno. Debido a
que el cilindro de acetileno contiene un líquido,
es importante que se mantenga parado para evitar
que se desparrame.
Cada cilindro tiene fijado en su parte
superior un regulador que reduce la alta presión
interior hasta presiones de trabajo. Luego las
mangueras conectan dichos reguladores a la
torcha.
La torcha incluye una sección donde el oxígeno y
el acetileno se combinan para proveer la mezcla
necesaria. La proporción de estos dos gases
puede ser alterada por el ajuste de dos válvulas
de control separadas. Normalmente, para soldar
aceros al carbono, son ajustadas para proveer una
mezcla que se conoce como llama neutra. Una
mayor cantidad de oxígeno creará una llama
oxidante y una mayor cantidad acetileno
producirá una llama carburante. Luego que los
gases se mezclan, fluyen a través de un pico
desmontable.
Figura 3.37 – Soldadura oxiacetilénica
Figura 3.38 Equipo de soldadura
oxiacetilenica
Los picos están hechos en una variedad
de tamaños para permitir soldadura de distintos
espesores de metal.
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El material de aporte usado por OAW
en aceros tiene un sistema de identificación
simple. Dos ejemplos son RG-45 y RG-60. La
“R” lo designa como varilla, “G” indica el gas y
los números 45 y 60 relaciona la mínima
resistencia a la tracción del depósito en miles de
libras por pulgadas cuadradas (psi). Entonces 45
designa el depósito de soldadura que tiene un
depósito con una resistencia a la tracción de al
menos 45000 psi.
A pesar que no es usado tan
extensivamente como lo fue alguna vez, OAW
todavía tiente algún uso. Su principal tarea
incluye la soldadura de hojas de acero de poco
espesor y cañerías de poco diámetro. También se
aplica en muchas situaciones de mantenimiento.
Las ventajas de OAW incluyen algunas
características deseables en el mismo equipo.
Primero es relativamente barato y puede ser
hecho muy portátil. La portabilidad se relaciona
no sólo por su tamaño compacto, sino debido a la
inexistencia de una fuente de alimentación
eléctrica. Debe tenerse precaución cuando se
mueve el equipo de manera que no se dañen las
válvulas principales de los cilindros. Si se
rompen, un cilindro puede transformarse en un
misil letal. Entonces, cuando se transportan, los
reguladores deben quitarse y las válvulas deben
ser cubiertas con capuchones roscados
especiales para la protección contra impacto.
El proceso tiene algunas limitaciones.
Por un lado, la llama no provee una fuente de
calor tan concentrada como puede ser alcanzada
por un arco. Entonces si se está realizando una
soldadura con bisel, la preparación de la junta
debe exhibir un filo delgado para asegurar que se
obtenga la fusión completa hasta la raíz de la
junta. Esta baja concentración de calor también
resulta en un proceso relativamente lento,
entonces se considera típicamente a OAW como
adecuada para secciones de bajo espesor. Como
con cualquier proceso de soldadura que requiere
que el metal de aporte sea alimentado
manualmente, OAW requiere un nivel de
habilidad para obtener buenos resultados.
Hay ciertos problemas inherentes
asociados con OAW.
Están relacionados principalmente tanto
a una manipulación inapropiada o al ajuste de la
llama. Debido a que la fuente de calor no está
concentrada, debe tenerse cuidado de dirigir la
llama correctamente para asegurar la fusión
adecuada. Si la llama se ajusta de manera que se
produzca una llama oxidante o carburante, puede
producirse una degradación de las propiedades
del metal de soldadura, entonces es importante
tener un equipo capaz de producir un flujo de gas
uniforme.
Soldadura de Espárrago (SW)
El último proceso de soldadura a ser
discutido es la soldadura de espárragos. Este
método se usa para soldar espárragos, o
fijaciones, a la superficie del metal. SW se
considera como un proceso de soldadura por arco
porque el calor para la soldadura es generado por
un arco entre el espárrago y el metal base.
El proceso es controlado por una pistola
mecánica la cuál está fijada a la fuente de
potencia a través del panel de control. Entonces,
la soldadura se realiza muy fácilmente y en forma
repetida. El proceso se realiza en cuatro ciclos,
los cuales están temporizados y secuenciados por
la caja de control una vez que el espárrago es
posicionado y se empuja el gatillo. La Figura
ilustra esta secuencia.
El esquema (a) muestra la pistola de
espárrago y el cartucho en posición, y después en
(b) siendo posicionado contra la pieza de trabajo.
En (c), el gatillo ha sido presionado para iniciar
el flujo de corriente, y la pistola luego levanta el
espárrago para establecer el arco. En (d), el arco
funde rápidamente el extremo del espárrago y un
botón en la pieza de trabajo debajo del espárrago.
Un temporizador en la pistola luego corta la
corriente y el resorte principal sumerge el
espárrago en la pieza de trabajo (e). El espárrago
terminado se muestra en (f). Cuando se hace en
forma apropiada, la soldadura de espárrago,
muestra una fusión completa a través de la
sección transversal del espárrago tanto como un
filete de refuerzo, o charco, alrededor de la
totalidad de la circunferencia de la base del
espárrago.
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Figura 3.39 – Ciclo de Soldadura de
Espárrago. Un equipo de SW típico se muestra en la
Figura 3.40. Un equipo de soldadura de
espárragos consiste en una fuente de potencia de
corriente continua, unidad de control, y pistola de
soldadura de espárrago. Las variantes pueden
incluir un aparato de alimentación automática de
espárragos, tanto como protección gaseosa para
usar en la soldadura de espárragos de aluminio.
Debido a la conveniencia y la
simplicidad ofrecida por SW, ha sido de gran uso
en muchas empresas para una gran variedad de
metales. La Figura 3.41 muestra algo de la gran
variedad de perfiles y tamaños de espárragos
disponibles.
La industria de la construcción y puentes
usan SW en forma extensa como transmisores de
corte para componentes estructurales de acero.
Una vez que el concreto es vertido, cubriendo los
espárragos fijados a las vigas, la unión mecánica
obtenida permite al acero y al concreto actuar
como una unidad compuesta debido a la mejora
de la resistencia total y la rigidez de la estructura.
Figura 3.40 – Equipo de Soldadura de Espárragos
Figura 3.41 – Algunas Configuraciones
Típicas de Espárragos y Presentadores
Disponibles para la Soldadura de
Espárragos El gran rango de aplicaciones es debido
al gran número de ventajas que se ofrecen.
Primero, debido a que el proceso es controlado
esencialmente por la unidad de control eléctrico
y fijado a la pistola, y una vez que se realizan la
puesta a punto de la unidad de control, no se
requiere gran habilidad del operador. También,
SW es un método tremendamente económico y
efectivo para soldar muchas fijaciones a la
superficie. Su uso elimina la necesidad de
taladrar agujeros, recortados, o soldadura manual
tediosa usando algún otro proceso. Una vez
soldado, un espárrago puede ser inspeccionado
fácilmente. En primer lugar se realiza una
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inspección visual para asegurar la presencia de
un charco de 360º. Entonces el espárrago puede
ser tanto golpeado con un martillo o arrancarlo,
para juzgar su aceptabilidad. Cuando se golpea
con un martillo, una buena soldadura de
espárrago sonará como campana mientras que
una junta mala resultará en un sonido hueco.
Debido a que el proceso es controlado en
forma eléctrica y mecánica, su principal
limitación se relaciona con este equipo. Un mal
funcionamiento eléctrico o mecánico puede
producir una soldadura de mala calidad. El perfil
del espárrago está limitado a algunas
configuraciones que pueden ser tomadas en el
mandril de la pistola.
SW tiene dos discontinuidades posibles.
Estas son que no haya charco en los 360º, y
fusión incompleta en la interface. Ambas son
causadas por una puesta a punto inapropiada de
la máquina o una conexión a tierra insuficiente.
La presencia de agua o herrumbre pesada,
cascarilla de laminación en la superficie del
metal base también puede afectar la calidad de la
soldadura resultante.
Soldadura por Láser (LBW) El láser es un dispositivo que produce un
haz de luz coherente concentrado por
estimulación electrónica o molecular de
transiciones a niveles de energía menores. El
láser es la luz amplificada por una emisión
estimulada de radiación (light amplification by
stimulated emssion of radiation). Coherente
significa que todas las ondas de luz están en fase.
En la práctica un dispositivo de láser
consiste de un medio ubicado entre el extremo de
los espejos de una cavidad de resonador óptico.
Cuando este medio es "bombeado (i.e., excitado),
hasta el punto donde ocurre una inversión de la
población, una condición donde la mayoría de los
átomos (o moléculas) en el medio son puestos en
un estado de energía más alto del normal, se
proveerá una fuente de luz coherente que puede
luego reflejarse hacia atrás y hacia delante entre
los extremos de espejos de la cavidad. Esto
resulta en un efecto cascada inducido, que
causará el nivel de esta luz coherente, para
alcanzar un punto de umbral (i.e., el punto en el
cual la ganancia en amplificación de la luz
producida comienza a exceder cualquier pérdida
en luz que pueda estar ocurriendo
simultáneamente); con lo que permite al
dispositivo empezar a emitir un haz de luz láser.
Desde un punto de vista de la ingeniería,
un láser es un dispositivo de conversión de
energía que transforma simplemente la energía de
una fuente primaria (eléctrica, química, térmica,
óptica, o nuclear) en un haz de radiación
electromagnética a alguna frecuencia específica
(ultravioleta, visible o infrarrojo). Esta
transformación es facilitada por cierto medio
sólido, líquido o gaseoso, que cuando se excita
tanto en una escala molecular o atómica (por
varias técnicas), producirán una forma de luz
muy coherente y relativamente monocromática
(i.e., exhibiendo una frecuencia bastante
singular), un haz de luz láser. Debido a que son
coherentes y monocromáticos, tanto la luz láser
de baja potencia como de alta potencia tienen un
ángulo de divergencia muy bajo. Por esto pueden
ser transportados sobre distancias relativamente
grandes antes de ser altamente concentrados (a
través del uso tanto de enfoque óptico tanto
transmisivo como tipo reflexivo) para proveer el
nivel de densidad de potencia del haz necesitada
para hacer una variedad de tareas de
procesamiento de material tales como soldadura,
corte, y tratamiento térmico.
El primer rayo láser se produjo en 1960
usando un cristal de rubí bombeado por una
lámpara destellante. Los láser de estado sólido de
este tipo producen sólo pulsos cortos de energía
lumínica, y a frecuencias de repetición limitadas
por la capacidad térmica del cristal. En
consecuencia, a pesar que los pulsos individuales
exhiben picos instantáneos de niveles de potencia
en el rango de los megawatt, el láser de pulso de
rubí están limitados a bajos niveles de potencia
de salida promedio. Tanto los lásers operados en
forma pulsante o continua en estado sólido, que
son capaces de soldar y cortar hojas de metal de
poco espesor, se pueden obtener en forma
comercial. Muchos de los últimos utilizan dopaje
con neodimio, varillas de cristal itrio de aluminio
granate (Nd-YAG), para producir salida de rayo
monocromático, continuo en un rango de
potencia de 1 a 2kW.
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Figura 3.42- Sistema de producción que
muestra un Láser de CO2 Combinado con
una Mesa de Trabajo Rotativa
También se desarrollaron lásers con gas
bombeados eléctricamente con variedad de
excitación ac, dc y rf, pulsantes y de onda
continua (CW). De esta manera hoy se dispone
comercialmente de los láseres de dióxido de
carbono, con salida de potencia del rayo de
25kW, y están en uso para una gran variedad de
trabajos de material en forma industrial. Tales
láseres son capaces de producir penetración total,
en soldaduras de una sola pasada en aceros de
hasta 32mm de espesor (1-1/4).
Figura 3.43 – Pistola de Soldadura por
Haz de Electrones La Soldadura por Láser (LBW) es un
proceso de unión por fusión que produce la
coalescencia del material con el calor obtenido
de un rayo concentrado de luz coherente,
monocromática que impacta en la junta a ser
soldada. En los procesos, el haz láser es dirigido
por elementos ópticos planos, tales como espejos,
y luego enfocados a un pequeño punto (para una
alta densidad de potencia) en la pieza de trabajo
usando tanto elementos focalizantes reflexivos o
lentes. (LBW) es un proceso en que no hay
contacto, por lo que no requiere la aplicación de
presión. Generalmente se utiliza gas protector
inerte para evitar la oxidación de la pileta
fundida, y ocasionalmente se puede utilizar metal
de aporte.
Figura 3.44 – Soldadura Por Láser
Realizada en un Acero Inoxidable tipo 304
de 3.2 mm (1/8 in.) de espesor
Figura 3.45 – Sección Transversal de una
Soldadura por Haz de Electrones Uniendo
una Pieza a un Anillo Como se describe arriba, los lásers
usados predominantemente para el procesamiento
de material industrial y tareas de soldadura son
de 1.06 m de longitud de onda de láser YAG y
láser de CO2 de 10.6 m de longitud de onda, con
el elemento más comúnmente empleado en estas
dos variantes de láser, siendo el ion de neodimio
(Nd), y la molécula de CO2 (respectivamente).
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Figura 3.46 – Sistema de Soldadura de Producción para Componentes de Transmisiones
para Automóviles
Las principales ventajas de la soldadura
por láser incluyen lo siguiente:
El aporte de calor está cerca del mínimo requerido para fundir el metal de soldadura; por esto, los efectos metalúrgicos en la zona afectada por el calor son reducidos, y la distorsión inducida por el calor están minimizados.
Los procedimientos de soldadura por láser de pasada única han sido calificados en materiales hasta 32 mm (1-1/4 in.) de espesor, por esto permite reducir el tiempo para soldar secciones de gran espesor y eliminar la necesidad de alambre de aporte (y la elaboración de la preparación de la junta).
No se requieren electrodos; la soldadura se realiza libre de la contaminación del electrodo, muesca, o daño de las corrientes de soldadura de alta resistencia. Debido a que la (LBW) es un proceso sin contacto, la distorsión se minimiza y se elimina esencialmente el desgaste de herramienta.
Los rayos láser están bien enfocados, alineados, y dirigidos por elementos ópticos. Por esto el láser puede ser ubicado a una distancia conveniente de la pieza de trabajo, y redirigido alrededor del herramental y obstáculos en la pieza de trabajo. Esto permite la soldadura en áreas de difícil
acceso con otros medios de soldadura.
La pieza de trabajo puede ser ubicada y soldada herméticamente en un lugar cerrado que es evacuado o que contiene una atmósfera controlada.
El rayo láser puede ser enfocado en un área pequeña, permitiendo la unión de componentes pequeños, o poco separados con soldaduras delgadas.
Se puede soldar una gran variedad de materiales, incluyendo combinaciones de diferentes tipos de materiales.
El láser puede ser automatizado para soldadura automática de alta velocidad, incluyendo control numérico y computarizado.
Las soldaduras en material de poco espesor y en alambres de poco diámetro son menos susceptibles al quemado que el caso de la soldadura por arco.
Las soldaduras por láser no están influenciadas por la presencia de campos magnéticos, como en la soldadura por arco o por haz de electrones; también tiende a seguir la junta soldada a través de la raíz de la pieza de trabajo, incluso cuando el rayo y la junta no estén perfectamente alineados.
Pueden soldarse metales con propiedades físicas distintas, tales como resistencia eléctrica.
No se requiere vació o protección del rayo X.
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Se pueden obtener relaciones de proporción en el orden de 10:1(e.g., relaciones profundidad -ancho) cuando la soldadura se hace formando una cavidad en el metal, como la soldadura de ojo de cerradura.
El rayo puede transmitirse a más de una estación de trabajo, usando conmutadores ópticos, entonces permite compartir el tiempo de haz.
La soldadura por láser tiene algunas
limitaciones cuando se la compara con otros
métodos, entre las que se encuentran las
siguientes:
Las juntas deben ser posicionadas con precisión lateral bajo el rayo y en una posición controlada con respecto al punto de foco del rayo.
Las superficies de soldadura deben ser forzadas entre si en forma mecánica, los mecanismos de presentadores deben asegurar que la posición final de la junta esté alineada con precisión con el punto de incidencia del rayo.
El espesor máximo de la junta que puede ser soldado con láser está de alguna manera limitado. De esta manera las penetraciones mayores a 19 mm (0.75 in.) no se consideran actualmente como practicables para la producción industrial de (LBW).
La reflexión y conductividad térmica altas en algunos materiales tales como el aluminio y aleaciones de cobre, puede afectar su soldabilidad con láser.
Cuando se realiza soldadura láser de potencia moderada a alta, se debe emplear un dispositivo de control de plasma apropiado para asegurar que se pueda lograr la repetibilidad de la soldadura.
Los láseres tienden claramente a tener una baja eficiencia de conversión de energía, generalmente debajo del 10 porciento
Como consecuencia de la característica de solidificación rápida de (LBW), puede esperarse alguna porosidad y fragilidad de la soldadura.
El equipo es caro.
Soldadura por Haz de Electrones Debido a que la soldadura por haz de
electrones (EBW) comenzó a ser usada como un
proceso de soldadura comercial a fines de los '50,
ha ganado amplia aceptación por parte de la
industria. Durante el período inicial de la
aplicación comercial, el proceso se limitaba
estrictamente a la operación en cámaras de alto
vacío. Sin embargo, rápidamente se desarrolló un
sistema que requiere alto vacío solo en la zona de
generación del haz. Esto permitió la opción de
soldar tanto en una cámara de vacío medio o en
un ambiente sin vacío. Este avance llevó a su
aceptación por parte de fabricantes de
automóviles comerciales y productos de
consumo. Como consecuencia de esto, EBW ha
sido empleado en un amplio rango de industrias
alrededor del mundo.
Figura 3.47 - Vista exterior de una Bomba
de Vacío de Soldadura por Haz de
electrones
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Figura 3.48 - Panel de Control de
Soldadura por Haz de electrones EBW es un proceso de unión por fusión
que produce la coalescencia de los materiales por
el calor obtenido del haz incidente compuesto
principalmente de electrones con alta energía en
la junta a ser soldada. Los electrones son
partículas fundamentales de materia,
caracterizadas por su carga negativa y una masa
muy pequeña. Para ESW son elevados a un
estado de energía alto al ser acelerado en el rango
de 30 a 70 por ciento de la velocidad de la luz.
Figura 3.49 - Máquina de soldadura por
haz de electrones Diseñada para unir
Tiras Bimetálicas. El haz de electrones es creado usando
una pistola de electrones que contiene
típicamente algún tipo de emisor termoionico de
electrones (normalmente llamado como la pistola
"cátodo" o "filamento"), un electrodo de control
de oblicuidad (normalmente conocida como la
rejilla de la pistola o {grid cup}) y un ánodo. Se
dispone de distintos dispositivos suplementarios,
tales como arrollamientos de focalización y
deflexión {bobinas} para enfocar o producir
deflexión del haz.
El corazón del proceso de soldadura por
haz de electrones es el conjunto de la
pistola/columna de haz de electrones. Los
electrones se generan mediante el calentamiento
de un material emisor cargado negativamente en
su rango de temperatura de emisión termoiónica,
con esto los electrones causan la "ebullición" del
emisor o cátodo y son atraídos al ánodo cargado
positivamente. La grilla configurada con
precisión o la copa de oblicuidad {bias} que
rodea el emisor provee la geometría del campo
electrostático que luego acelera y perfila
simultáneamente esos electrones en un haz.
Luego el rayo sale de la pistola a través de una
abertura en el ánodo y continúa hacia la pieza de
trabajo. Una vez que el haz sale de la pistola, se
dispersará gradualmente con la distancia. Esta
divergencia resulta del hecho que todos los
electrones en el haz tienen cierta cantidad de
velocidad radial, debido a su energía térmica, y
además, todos experimentan algún grado de
repulsión eléctrica mutua. Por esto en orden a
contrarrestar este efecto de divergencia inherente,
se usa un sistema de lente electromagnético para
hacer converger el haz, el que se enfoca en un
pequeño punto sobre la pieza de trabajo. Los
ángulos de convergencia y divergencia son
relativamente pequeños, que dan al haz
concentrado un rango focal útil, o "profundidad
de foco", que se extiende sobre una distancia de
alrededor de una pulgada.
Figura 3.50 - La Soldadura por Haz de
Electrones
Figura 3.51 –Haz de Electrones Soldando
un Engranaje en Medio Vacío
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Figura 3.52 - Sección Transversal de una
Soldadura Por Haz de Electrones Sin
Vacío en Chapas de Aceros Inoxidables
de 19mm (3/4 in.)
En la práctica, la velocidad de aporte de
energía a la junta soldada es controlada por las
siguientes cuatro variables básicas:
El número de electrones por segundo que inciden en la pieza de trabajo (corriente del haz)
La magnitud de la velocidad de esos electrones (voltaje de aceleración del haz)
El grado al que se concentra dicho haz en la pieza de trabajo (tamaño del punto focal del haz)
La velocidad a la cual la pieza de trabajo o haz de electrones se mueve (velocidad de trabajo)
En densidades de potencia del orden de
1.55 x 102
W/mm2
(105 W/in
2), y mayores, el haz
de electrones es capaz de penetrar
instantáneamente dentro de la pieza de trabajo
sólida o una junta a tope y formar vapor del
tamaño de un capilar (u ojo de cerradura) que se
encuentra rodeado de metal fundido. En la
medida que el rayo avanza a lo largo de la junta,
el metal fundido de la parte delantera del ojo de
cerradura fluye alrededor de su periferia y
solidifica en la parte de atrás para formar el metal
de soldadura. En la mayoría de las aplicaciones,
la penetración de la soldadura formada es mucho
mayor que su ancho, y la zona afectada por el
calor es muy angosta. Por ejemplo, el ancho de
una soldadura a tope en una chapa de acero de 13
mm (0.5 in.) de espesor puede ser tan pequeña
como 0.8 mm (0.03in.) cuando se realiza en
vacío. Esto establece un contraste notorio con la
zona de soldadura producida en juntas soldadas
con arco y con gas, donde la penetración se
alcanza principalmente a través de la fusión de
conducción.
Un haz de electrones puede ser movido
prontamente por deflección electromagnética.
Esto permite un movimiento específico del punto
del haz mediante un pantógrafo (círculos, elipses,
perfiles) a ser generados en la superficie de la
pieza de trabajo cuando se usa un generador de
patrones electrónico para dirigir el sistema de
bobina de deflexión. Esta capacidad de deflexión
puede, en algunos casos, ser usado también para
dar al haz un movimiento de desplazamiento. En
la mayoría de los casos, sin embargo, la deflexión
es usada para la alineación haz - junta, o para
aplicar un modelo de deflexión. Esta deflexión
modifica la densidad de potencia promedio que
ingresa a la junta y esto resulta en un cambio en
las características de soldadura alcanzadas. Sin
embargo, como se notó previamente, siempre
debe tenerse cuidado que el ángulo de incidencia
no afecte adversamente los resultados finales de
la soldadura. Esta especialmente, no debe causar
que deje parte de la junta de soldadura sin soldar.
La soldadura por haz de electrones tiene
capacidades de performance únicas. El medio
ambiente de alta calidad, altas densidades de
potencia, el excelente control de salida resuelve
un amplio rango de problemas de uniones. Los
siguientes son las ventajas de la soldadura por
haz de electrones:
La EBW convierte directamente la energía eléctrica a una salida de haz de energía. Por esto el proceso es extremadamente eficiente.
Las construcciones soldadas tienen una razón elevada de profundidad - ancho. Esta característica permite una soldadura de pasada única para juntas de gran espesor.
La entrega de calor por unidad de longitud para una penetración dada puede ser mucho menor que en la
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soldadura por arco. La zona de soldadura delgada resulta en una distorsión baja, y un menor efecto de deterioro térmico.
Un ambiente de alta pureza (vacío) para la soldadura minimiza la contaminación del metal por oxígeno y nitrógeno.
La habilidad para proyectar el rayo por una distancia de varios metros en el vacío frecuentemente permite la soldadura en lugares que de otra manera serían inaccesibles.
Son posibles altas velocidades de movimiento debido a las altas velocidades de fusión asociadas con esta fuente de calor concentrada. Esto reduce el tiempo de soldadura e incrementa la productividad y eficiencia de la energía.
Pueden soldarse juntas a tope de borde recto razonables, tanto en chapas de gran espesor como chapas de espesor relativamente bajo, con una sola pasada sin agregar el metal de aporte.
Pueden soldarse cierres herméticos con modos de operación de alto o medio vacío mientras que se retiene un vacío dentro del componente.
El haz de electrones puede ser desviado magnéticamente para producir distintas soldaduras perfiladas {shaped}; y osciladas magnéticamente para mejorar la calidad o incrementar la penetración.
El haz de electrones enfocado tiene una profundidad de foco relativamente larga, que se acomodará a un amplio rango de distancias de trabajo.
Puede producirse la penetración total, soldaduras de pasada única con caras casi paralelas, exhibiendo contracciones casi paralelas.
Pueden soldarse metales distintos y metales con alta conductividad térmica tales como cobre.
Algunas de las limitaciones de la soldadura por haz de electrones son las que siguen:
Los costos principales son sustancialmente mayores que los correspondientes a aquellos de los equipos de soldadura por arco. Dependiendo del volumen de las partes a ser producidas, sin embargo, el costo final de las partes "por pieza" que se puede obtener con EBW puede ser altamente competitivo.
La preparación de las soldaduras con alta relación profundidad - ancho requiere una precisión de mecanizado de los bordes de la junta, alineación exacta de la junta, la luz de la junta debe ser minimizada para obtener las ventajas del tamaño reducido del haz de electrones. Sin embargo, los requerimientos de esa preparación precisa de las partes no son mandatorios si no se necesitan altas relaciones profundidad - ancho de la soldadura.
La rapidez de solidificación alcanzada pueden causar fisuras en aceros inoxidables altamente embridados, de baja ferrita.
Para soldadura de alto y medio vacío, el tamaño de la cámara de trabajo puede ser suficientemente grande para acomodar la operación de montaje. El tiempo necesario para evacuar la cámara tendrá influencia en los costos de producción.
Las soldaduras con penetración parcial con grandes relaciones profundidad - ancho son susceptibles a vaciado de la raíz y porosidad.
Debido a que el haz de electrones se desvía por campos magnéticos, deben usarse metales no magnéticos o adecuadamente desmagnetizados para herramental y fijación cerca de la trayectoria del haz.
Con el modo de soldadura por haz de electrones sin vacío, la restricción de la distancia de trabajo desde el extremo de la pistola de haz de electrones a la pieza limitará el diseño de las áreas de
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trabajo directamente adyacentes a la junta soldada.
Con todos los modos de EBW, se debe mantener la protección de radiación para asegurar que no haya exposición del personal a la radiación x generada por la soldadura por EB.
Se requiere una ventilación adecuada con la EBW sin vacío, para asegurar la remoción adecuada del ozono y otros gases nocivos formados durante este modo de soldadura por EB.
PROCESOS DE BRAZING
Ahora que se discutieron los procesos
de soldadura, pondremos la atención en el
brazing. El brazing difiere de la soldadura en que
el brazing se realiza sin la fusión de los metales
base.
El calentamiento es suficiente solo para
fundir el metal de aporte. Otro proceso de unión,
soldering, es similar en el hecho que solo
requiere la fusión del metal de aporte para crear
el vínculo {bond junta, unión}. El brazing y
soldering difieren en la temperatura a la cual
funde el metal de aporte. Los metales de aporte
que funden arriba de 450 ° C (840 ° F) se
consideran materiales de brazing, mientras que
aquellos que funden debajo de esa temperatura se
usan para soldering. De aquí, que el término
“soldering con plata” es en realidad incorrecto,
porque el metal de aporte de brazing con plata
funde arriba de 450°C
A pesar que el metal base no se funde,
y no hay fusión entre el metal base y el metal de
aporte, se crea un lazo que es sustancialmente
resistente. Cuando se aplica en forma correcta, la
junta de brazing puede desarrollar una resistencia
igual o superior que el metal base a pesar que el
material de brazing sea mucho más débil que el
metal base. Esto es posible debido a dos factores.
Primero, la junta de brazing se diseña
para que tenga una gran área de superficie.
También, la separación entre las dos piezas a unir
se mantiene en un mínimo. Las aberturas
mayores a 0.25mm (0.010 in.) pueden dar una
junta con la resistencia sustancialmente reducida.
En la Figura 3.53 se muestran algunas
configuraciones típicas de junta de braze. Como
se puede ver, todas estas juntas tienen áreas de
superficie relativamente grandes y aberturas
ajustadas entre las partes.
Para realizar el brazing, uno de los
pasos más importantes es limpiar
cuidadosamente las superficies de la junta. Si las
partes no están suficientemente limpias, resultará
una junta inadecuada. Una vez que se limpian las
partes y son presentadas juntas entre si, se aplica
el calor de alguna manera. Cuando se eleva la
temperatura de las partes por encima de la
temperatura de fusión del material de aporte de
brazing, es arrastrado dentro de la junta cuando
se pone en contacto con las partes, debido al
efecto de capilaridad.
Figura 3.53 – Ejemplos de Distintas
Configuraciones de Juntas de Brazing.
La acción capilar es un fenómeno que
causa que un líquido sea empujado dentro de un
espacio ajustado entre dos superficies. Esto se
puede observar si dos placas de vidrio se
mantienen apretadas juntas y se coloca un borde
en una batea de agua a poca profundidad. La
acción capilar causará que el líquido entre las dos
piezas de vidrio suba a un nivel por encima de
aquel de la batea de agua. Debido a que la acción
capilar está relacionada con la tensión
superficial, esta se ve drásticamente afectada por
la presencia de contaminación superficial.
Entonces, si las superficies de una junta
de brazing no están correctamente limpias, se
reducirá la capacidad de la acción capilar al
punto que el material de brazing no será
suficientemente arrastrado {drawn llevado}
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dentro de la junta. Cuando pasa esto, resultará un
lazo insuficiente.
El material de aporte de brazing está
disponible en un gran número de configuraciones
y tipos de aleaciones. Las configuraciones
incluyen alambre, tiras, chapas, pasta y
preformas. Las preformas son piezas con formas
especiales de aleación de brazing diseñadas para
una aplicación particular, de manera que son
preubicados en o dentro de la junta de braze
durante el montaje de las partes. La Figura 3.54
muestra como pueden preubicarse dichas
preformas de brazing dentro de la junta previo a
la aplicación del calentamiento del brazing. La
Figura 3.55 muestra como fluye el metal de
aporte de brazing dentro de la junta dejando
vacíos donde se ubicaba la preforma.
Como con los consumibles de
soldadura, las aleaciones de braze tienen también
denominación de American Welding Society. Las
denominaciones de aleaciones de brazing están
precedidas por una “B” seguida por abreviaturas
de los elementos químicos incluidos. Dentro de
esos grupos generales hay tipos con propiedades
levemente diferentes que se diferencian por
números individuales. Los metales de aporte de
brazing que tienen una „R‟ enfrente de la „B‟ en
su denominación denotan que su composición
química es idéntica con las varillas de Cobre y
Aleaciones de Cobre de Soldadura
Oxiacetilénica.
Figura 3.54 – Ubicación de Preformas de
Brazing en Juntas de Braze
Figura 3.55 – La ubicación del Material de
Aporte de Brazing en una Junta luego de
la Aplicación del Calor.
Para mantener la limpieza de la junta
durante la aplicación del calor, es común el uso
de fundentes de brazing. Estos también tienen
clasificación de la American Welding Society de
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acuerdo con los tipos de metales base y de aporte
utilizados. Tienen una designación alfanumérica
simple como se muestra en la Tabla 3.4
Clasificaciones de Metal base de Brazing por
AWS
Designación del Elemento Principal BAlSi ..........................Aluminio - Sílice BCuP .........................Cobre - Fósforo BAg ............................Plata BAu ............................Oro BCu ............................Cobre RBCuZn ..................... Cobre - Zinc BMg ............................Magnesio
BNi ..............................Níquel
Hay numerosos métodos de brazing,
cuya principal diferencia es la manera en que se
calienta la junta.
El más familiar es el conocido como el
brazing por soplete (TB) donde el calentamiento
se realiza usando una llama de oxigas. Puede
realizarse tanto en forma manual, mecánica o
automática. Otros métodos comunes de
calentamiento incluyen horno, inducción,
resistencia, inmersión e infrarrojo.
El brazing en horno (FB) se realiza en
el horno, frecuentemente con atmósfera
controlada. El metal de aporte de braze y el
fundente están ubicados previamente en o cerca
de la junta y luego se ubican en el horno las
partes a ser unidas, el cual las calienta en una
forma muy controlada. BH [FB] puede ser usado
para producir numerosas juntas de braze
simultáneamente, una vez que la construcción es
llevada a la temperatura de brazing.
Brazing por Inducción (IB) se basa en
el calor producido en un metal cuando se
encuentra dentro de una bobina de inducción. La
bobina de inducción es una simple bobina a
través de la cual pasa corriente eléctrica de alta
frecuencia. Ese flujo de corriente eléctrica
producirá un calentamiento sustancial de la pieza
de metal ubicada dentro de la bobina.
El brazing por resistencia (RB) se
realiza mediante el calentamiento del metal base
usando su propia resistencia inherente. Cuando
corre una corriente eléctrica pasa a través de los
metales base a cada lado de la junta de braze,
aparece el calentamiento por resistencia que
funde al metal de aporte de braze ubicado en la
junta.
El brazing por inmersión (BD) difiere
del resto en que las partes a unirse están inmersas
en algún tipo de baño fundido para proveer el
calentamiento necesario. Este baño puede ser
tanto braze fundido de metal de aporte o algún
tipo de químico fundido, tal como sales químicas.
El brazing por infrarrojo (IRB) se basa
en el calentamiento provisto por energía
radiante. Esto es, la junta a ser sometida a
brazing se calienta usando alguna fuente de alta
intensidad de luz infrarroja.
Clasificación Formulario
Tipo de Metal de aporte
Ingredientes Típicos Aplicación
Rango de Temperatura de Actividad
Metal base Recomendados °C °F FB1-A Polvo BAlSi Floruros
Cloruros
Para brazing con soplete u horno 560-615 1080-1140 Todas las Aleaciones de
aluminio que se pueden unir por braze
FB2-A Polvo BMg Floruros Cloruros
No se incluye una clasificación detallada de los fundentes de brazing para magnesio, debido a que el uso de brazing para unir magnesio es muy limitado
480-620 900-1150 Aleaciones de Magnesio cuyo nombre comienza con AZ
FB3-A Pasta BAg y BCu
Boratos Cloruros
Fundente de propósito general para la mayoría de las aleaciones metálicas y no metálicas. (Excepción notable Al Bronce, etc. Ver Fundente 4A)
565-870 1050-1600 Todos los metales ferrosos y no ferrosos que se pueden unir por braze, excepto las que tienen aluminio o magnesio como constituyente. También usado para unir carburos
FB4-A Pasta BAg y BCu
Cloruros Floruros Boratos
Fundente de propósito general para muchas aleaciones que contienen metales que forman óxidos refractarios
595-870 1100-1600 Metales base que contienen hasta un 9% de aluminio (Latón de aluminio, bronce al aluminio, Monel K500). Puede aplicarse también cuando hay cantidades
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menores de Ti, o hay presencia
de otros metales, que forman óxidos refractarios.
Nota: La selección de un nombre de fundente para un tipo de trabajo específico puede basarse en el tipo de metal de aporte y la descripción de arriba, pero la información de este lugar generalmente no es adecuada para la selección adecuada de fundente. La tabla de arriba representa un listado parcial de la Tabla 4.1 Brazing Fluxes del AWS Brazing Handbook
Fuente: l AWS Brazing Handbook © 1991
Tabla 3.5 – Sistema de Identificación de Fundente para Brazing de AWS (listado parcial)
El brazing se usa en muchas industrias,
especialmente aeroespacial y aire acondicionado
o calentamiento. Puede aplicarse virtualmente a
todos los metales, puede incluso unirse metales
con no metales.
Una de las mayores ventajas del
brazing es que puede ser usado para unir metales
disímiles. Esto es posible debido a que el brazing
no funde el metal base para producir una aleación
híbrida que puede tener propiedades no
deseables. Se adecua también para soldar metales
que simplemente no se puede soldar por ningún
tipo de soldadura. Otra ventaja del brazing es que
el equipo es relativamente barato. Debido a que
el brazing usa temperaturas más bajas que la
soldadura, los metales de poco espesor son
fácilmente unidos sin tanto temor a la fusión a
través de la chapa {melt –trough} o distorsión.
La principal limitación es que las partes
deben estar extremadamente limpias previo al
brazing. Otra limitación es que el diseño de la
junta debe proveer suficiente área de superficie
para desarrollar la resistencia requerida. Algunas
configuraciones no proveen tal situación.
Hay algunos problemas inherentes
asociados con el brazing. La primera es la
formación de áreas de vacío o áreas sin vínculo
dentro de la junta. Esto puede resultar de una
limpieza insuficiente o calentamiento impropio
de las partes. Otros problemas ocurren cuando se
aplica un calentamiento muy localizado al metal
base, que resulta en una erosión del metal base.
Esto normalmente se asocia con el brazing por
soplete donde la combinación del calor de la
llama y su acción mecánica quitará el metal base
adyacente a la junta de braze. Otro tema
importante es la corrosión del metal base por
algunos fundentes extremadamente reactivos;
debe quitarse el residuo de fundente para evitar
la corrosión subsiguiente de la junta o metal
base.
PROCESOS DE CORTE
Hasta ahora la discusión involucró sólo
aquellos métodos usados para unir materiales
entre sí. En la producción también son
importantes los procesos para cortar o remover
metal. Frecuentemente estos procesos se
requieren previos a la soldadura para producir
perfiles adecuados de las partes o hacer
preparaciones específicas de la junta. Durante o
luego de la soldadura, algunos de estos mismos
procesos pueden emplearse también para quitar
las áreas defectuosas de soldaduras o producir
una configuración específica si la configuración
sin tratamiento posterior a la soldadura no es
satisfactoria para el propósito deseado de la
pieza.
CORTE POR OXIGAS (OFC)
El primero de estos procesos de corte es
el corte por oxigas. Aquí, usamos una llama de
oxigas para calentar el metal a la temperatura a la
cuál se oxida rápidamente o quema. La
temperatura necesaria es conocida como la
temperatura de 'ignición', y para los aceros, está
alrededor de 925º C (1700ºF). Una vez que se
alcanzó la temperatura, se dirige un chorro de
oxígeno de corte de alta presión a la superficie
calentada para producir una reacción de
oxidación. Este chorro de oxígeno también tiende
a remover la escoria y el residuo de óxido que se
produce por esta reacción de oxidación. Por esto,
OFC puede ser considerado como un tipo de
proceso de corte químico.
El equipo usado para OFC es
esencialmente el mismo al usado por SG [OAW]
excepto que en lugar del pico de soldadura, ahora
hay fijado un dispositivo de corte que incluye
una leva o válvula para encender el corte por
oxígeno. La Figura 3.56 muestra un equipo típico
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montado de OFC que se encuentra en la mayoría
de los negocios de soldadura y fabricación.
Figura 3.56 Corte por Oxigás
La operación de corte también requiere
un pico de corte especial que está fijado al
extremo del soplete. Esto consiste en una serie de
agujeros, arreglados en círculo alrededor del
borde exterior del extremo del pico de corte.
Aquí es donde la mezcla del gas de oxigas fluye
para proveer el precalentamiento para el corte.
En el centro de dichos agujeros se encuentra un
pasaje único del oxígeno de corte. En la Figura
3.58 se muestran secciones transversales de los
picos de corte típico, y sopletes usados para corte
manual y mecánico en la Figura 3.59
Figura 3.57 - Equipo de corte por Oxigas.
(A) Pico de una pieza (B) Pico de dos piezas
Figuras 3.58 – Sección Transversal de
Picos de Corte
Debe notarse que OFC puede realizarse
usando distintos tipos de gases de combustibles,
tales como acetileno, metano (gas natural),
propano, gasolina, y metil acetileno proadine
(MPS). Cada uno provee distintos grados de
eficiencia y puede requerir picos de corte
ligeramente modificados. Otros factores que
deben ser considerados cuando se selecciona el
gas combustible adecuado, incluyen el tiempo de
precalentamiento recibido, velocidades de corte,
costo, disponibilidad, cantidad de oxígeno
requerido para quemar el gas eficientemente, y
transportar fácil y seguramente los contenedores
de combustible.
Figura 3.59 Torchas de OFC para Corte
Mecanizado y Corte Manual El corte se realiza aplicando calor a la
pieza usando una llama de precalentamiento que
es una mezcla de oxigas. Una vez que el metal
fue calentado a su temperatura de oxidación, el
oxígeno de corte comienza a oxidar el metal
caliente. La oxidación del hierro produce una
tremenda cantidad de calor. Esta reacción
química exotérmica provee el calor necesario
para fundir rápidamente el metal y soplar
simultáneamente los productos de la oxidación
de la junta. El ancho de la abertura de corte es
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conocido como ranura {kerf}, se muestra en la
Figura 3.60. También se muestra el arrastre, que
es la cantidad de desalineación entre los puntos
de entrada y salida del corte, medido a lo largo
del eje del corte.
A pesar que OFC se usa en forma extensa por
muchas industrias, está limitado al corte de
aceros al carbono y de baja aleación. En la
medida que aumenta la cantidad de distintos
elementos de aleación, pueden pasar una de las
dos cosas siguientes; bien hacen el acero más
difícil de cortar, o pueden dar un aumento en la
superficie de corte endurecida o afectadas por el
calor o ambas. En la Tabla 3.6 se enumeran los
efectos de distintos elementos de aleación.
Como puede verse, en la mayor parte de
los casos, el agregado de ciertos elementos de
aleación puede impedir el uso de OFC
convencional. En muchos casos, esos elementos
son del tipo de los resistentes a la oxidación. El
material debe cumplir con los siguientes
criterios, en orden a que el corte por oxigas sea
realizado en forma efectiva: (1) debe tener la
capacidad de combustión en un chorro de
oxígeno, (2) esta temperatura de ignición dede
ser menor que su temperatura de fusión, (3) su
conductividad de calor debe ser relativamente
baja, (4) el óxido de metal producido se debe
fundir a una temperatura por debajo de la
temperatura de fusión del metal, y, (5) la escoria
que se forma debe tener baja viscosidad. Por
esto, en orden a cortar fundición o acero
inoxidable con este proceso, son necesarias
técnicas especiales que involucran equipo
adicional. Estas técnicas incluyen oscilación del
soplete, el uso de chapa de desperdicios,
alimentación de alambre, corte por pulverización
y corte con fundente.
Figura 3.60 – Ilustración de Ranura
y Desviación (Drag) en Corte por Oxigás Elemento Efecto del elemento en el corte por oxigas
Carbono Los aceros hasta 0.25% de carbono pueden ser cortados sin dificultad. Los aceros de más elevado carbono deben ser precalentados para evitar el endurecimiento y las fisuras. El grafito y la cementita (Fe2 C) van en detrimento, pero el hierro fundido que contiene 4% de carbono puede ser cortado por técnicas especiales.
Manganeso Los aceros con 14% de Manganeso y 1.5% de carbono son difíciles de cortar y deben ser precalentados para obtener mejores resultados.
Sílice El sílice, en las cantidades presentes usualmente, no tiene efecto. Los aceros de los transformadores que contienen tanto como 4% de sílice están siendo cortados. Los aceros al sílice que contienen grandes cantidades de carbono y manganeso deben ser precalentados cuidadosamente y post recocido para evitar el endurecimiento al aire y las fisuras superficiales posibles.
Cromo Cuando la superficie está limpia, los aceros hasta 5% de cromo se cortan sin mucha dificultad. Los aceros con mayores contenidos de cromo, tales como aceros con 10% de cromo, requieren técnicas especiales y éste se hace difícil cuando se usa el proceso de corte por oxigas normal. En general, cuando se cortan dichos tipos de aceros se requieren llamas carburantes. Los procesos de corte por inyección de fundente o corte con polvo de hierro posibilitan hacer cortes prontamente {correctamente} en los aceros al cromo puros usuales tanto como los aceros inoxidables.
Níquel Los aceros que contienen hasta un 3% de níquel pueden ser cortados por el proceso de oxigas normal; hasta alrededor de 7% de contenido de níquel, los cortes son muy satisfactorios. Mediante los procesos de inyección de fundente o corte por polvo de hierro, pueden hacerse cortes de excelente calidad en aceros inoxidables de
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aleaciones comunes en ingeniería (18-8 hasta alrededor de 35-15 como límite superior).
Molibdeno Este elemento afecta al corte prácticamente en forma similar al cromo. Los aceros al cromo - molibdeno de calidad aeronáutica no ofrecen dificultades. Sin embargo, los aceros de alto molibdeno - tungsteno, sólo pueden ser cortados con técnicas especiales.
Tungsteno Las aleaciones normales, hasta 14% pueden ser cortadas muy fácilmente, pero el corte se torna dificultoso para porcentajes mayores. El límite parece ser alrededor del 20% de tungsteno.
Cobre En cantidades de hasta el 2%, el cobre no tiene efecto.
Aluminio Salvo que esté presente en grandes cantidades (alrededor de 10%), su efecto no es apreciable.
Fósforo Este elemento no tiene efecto en las cantidades toleradas normalmente en el acero.
Azufre Las cantidades pequeñas, tales como las presentes en los aceros, no tienen efecto. Con porcentajes de azufre superiores, la velocidad de corte se reduce y se hace notable el humo del dióxido de azufre
Vanadio En las cantidades que se encuentra normalmente en el acero, este aleante puede mejorar más que interferir en el corte.
Tabla 3.6 - Efecto de los Elementos Químicos en el Corte por Oxigas
Las ventajas del corte por OFC
incluyen su equipo relativamente barato y portátil
haciéndolo aplicable para el uso tanto en
aplicaciones de campo y de taller. Se pueden
realizar cortes en secciones tanto delgadas como
de gran espesor; la facilidad del corte
normalmente se incrementa con el espesor.
Cuando se hace automatizado, (Figura 3.61),
OFC puede producir cortes de una precisión
razonable. Cuando se compara con métodos de
corte mecánicos de aceros, el corte por oxigas es
más económico. Para mejorar aún más la
eficiencia, pueden usarse métodos de sopletes
múltiples o cortar en forma apilada para hacer
varias piezas a la vez.
Una de las limitaciones de OFC es que el corte
terminado requiere limpieza o amolado adicional
como preparación para la soldadura. Otra
limitación importante es que debido al
requerimiento de altas temperaturas, puede
producirse una zona afectada por el calor que
tiene muy alta dureza. Esto es especialmente
importante si hay necesidad de mecanizar dicha
área. El empleo de precalentamiento y
postcalentamiento ayudará al alivio del
problema. También, aunque los cortes pueden ser
razonablemente precisos, todavía no se comparan
con la precisión posible mediante métodos de
corte mecánico. Finalmente la llama y la escoria
calientes requieren medidas de seguridad contra
estos riesgos para el personal cercano a la
operación de corte.
Figura 3.61 - Máquina de Corte por OFC
CORTE POR ARCO ELECTRODO DE GRAFITO
(CAC-A) Otro proceso de corte muy efectivo es
el corte por arco electrodo de grafito. Este
proceso usa un electrodo de carbón para crear un
arco para calentar a lo largo, y con un fuerte
chorro de aire comprimido remueve
mecánicamente el metal fundido. La Figura 3.62
muestra el proceso en uso.
El equipo usado para CAC-A consiste
en una pinza de electrodo especial que está fijada
a una fuente de corriente continua y una fuente
de aire comprimido. Esta pinza, mostrada en la
Figura 3.63, toma al electrodo de carbón en
mordazas de cobre, una de las cuales tiene una
serie de agujeros a través de los cuales pasa el
aire comprimido.
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Figura 3.62 - Corte por Arco con
Electrodo de Grafito (Arc Air) Para lograr el corte, el electrodo de
carbón se coloca cerca de la pieza de trabajo para
crear un arco. Una vez que se funde el metal, el
chorro de aire comprimido sopla al metal fundido
fuera, para producir una ranura o corte.
La pinza del electrodo se fija a una
fuente de potencia al igual que una fuente de aire
comprimido. Puede usarse cualquier gas
comprimido no inflamable, pero el aire
comprimido es por lejos el más barato, si está
disponible. En la Figura 3.64, se muestra la
totalidad del sistema para el corte por arco con
electrodo de grafito.
CAC-A tiene aplicación en la mayoría
de las industrias, especialmente debido a que se
puede usar para cortar cualquier metal. A pesar
de que cortará todos los metales, hay otras
consideraciones que pueden requerir otros
métodos de corte para aleaciones particulares. La
Figura 3.65 muestra el tipo de corriente y
polaridad para el corte con CAC-A de varios
metales y aleaciones.
Figura 3.63 - Pinza de Corte por Arco con
Electrodo de Grafito
Figura 3.64 - Equipo de Corte por Arco
con Electrodo de Grafito
Mientras que tendemos a pensar en esta
aplicación para remover las áreas defectuosas de
la soldadura o metal base, es importante tomar
conciencia que puede ser muy efectivo como
herramienta para la preparación de la junta. Por
ejemplo, dos piezas a ser soldadas a tope pueden
ser alineadas con sus biseles rectos en contacto.
El proceso de CAC-A puede ser empleado para
producir preparación de biseles en U, como se
muestra en la Figura 3.66. CAC-A es usado
también para mecanizado basto de partes grandes
y complejas.
Metal Tipo de Corriente
Polaridad del Electrodo
Aluminio DC Positivo Cobre y aleaciones AC - Hierro, fundición, maleable, etc. DC Negativo Magnesio DC Positivo Níquel y aleaciones AC - Aceros al Carbono DC Positivo Aceros Inoxidables DC Positivo
Tabla 3.7 Requerimientos Eléctricos de CAC-C
para Distintos Metales
Una de las ventajas básicas de CAC-A
es que es un método relativamente eficiente para
remover material. También tiene la capacidad de
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cortar cualquier metal. Debido a que usa las
mismas fuentes de potencia que las usadas por
algunos tipos de soldadura, los costos de los
equipos son mínimos.
La principal desventaja del proceso está
relacionada con la seguridad. Es un proceso
inherentemente muy ruidoso y sucio. Por esto, el
operador puede elegir usar protección auditiva
para reducir el nivel de ruidos, y filtros para la
respiración para eliminar la inhalación de las
partículas metálicas producidas. Puede requerirse
también un vigía para asegurarse que las gotas
del metal ranurado no generen riesgo de
incendio. Otra limitación es que el corte
terminado puede requerir alguna limpieza previa
a la soldadura adicional.
Corte por Plasma (PAC) El último método de corte térmico es el corte por
plasma. Este proceso es similar en la mayoría de
los aspectos a PAW excepto que ahora el
propósito es remover el metal en lugar de unir
dos piezas. Los requerimientos del equipo son
similares, excepto que la fuente de potencia
requerida debe ser mucho mayor que la utilizada
para la soldadura. Se utiliza la torcha de arco
transferido debido al incremento de
calentamiento del metal base. En la Figura 3.66
se muestran las torchas típicas de PAC, el equipo
se muestra en la Figura 3.67.
Para el corte automatizado, la torcha no
sólo se encuentra enfriada por agua internamente,
sino que el corte real se debe realizar dentro de
agua para reducir el ruido y los niveles de
partículas.
Mientras que la aplicación principal es
para el corte de metales no ferrosos, el PAC es
útil también para el corte de aceros al carbono.
Las ventajas incluyen la capacidad de cortar
metales que no se pueden cortar con OFC, el
corte de alta calidad resultante, y las velocidades
de corte incrementadas para aceros al carbono.
Figura 3.65 - Ilustración de la Preparación
de la Junta Usando Corte por Arco con
Electrodo de Grafito Automatizado
(superior izquierda) y Manual (superior
derecha)
Figura 3.66 - Torchas de corte por plasma
manual y automática.
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Figura 3.67 - Equipo de corte por plasma
Una limitación es que el corte
generalmente es bastante grande y los bordes
cortados pueden no estar a escuadra. Si se desea
se pueden utilizar técnicas especiales, tales como
inyección de agua, para mejorar esta
configuración del borde. Otra limitación es el
mayor costo comparado con el corte por oxigas.
Corte Mecánico
Finalmente se presenta una breve
mención de los métodos de corte mecánico
usados en conjunto con la soldadura. Estos
métodos pueden incluir cizallado, corte por
sierra, amolado, fresado, torneado, perfilado,
taladrado, cepillado, y cincelado. Se usan para
preparación de la junta, contorneado de la
soldadura, preparación de las partes, limpieza de
la superficie, y remoción de las soldaduras
defectuosas. Ver Figura 3.68.
Un inspector de soldadura, debe entender
como se usan estos métodos. Su aplicación
equivocada puede tener un efecto de degradación
en la calidad final de la soldadura. Si los fluidos
(aceites de corte) no se quitan completamente de
la superficie del material, pueden aparecer
problemas tales como porosidad y fisuras.
Figura 3.68 – Amoladora Mecánica
Resumen
Estos son muchos procesos de unión y
corte usados en la fabricación del metal. Un
inspector de soldadura que entiende los
fundamentos de los distintos procesos puede
puntualizar los problemas antes que ocurran. La
comprensión técnica combinada con la
información obtenida de la experiencia práctica
permite que el inspector de soldadura esté mejor
preparado a realizar la inspección visual de
soldaduras.
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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES AC – corriente alterna; en EEUU, la polaridad alterna a 60 ciclos por segundo (en Argentina alterna a 50 ciclos por segundo). Aleación – una sustancia con propiedades metálicas y compuestas de dos o más elementos de los cuales al menos uno es metal. Alfanumérico – una combinación de números y letras usados en las denominaciones. Ampere – unidad estándar par medir la fuerza de una corriente eléctrica. Soplo de arco – la deflexión del arco de soldadura de su trayectoria original debido a fuerzas magnéticas. Longitud del arco – la distancia desde la punta (tip) del electrodo de soldadura hasta la superficie adyacente de la pileta de soldadura. Brazing – unir metales sin fundir el metal base usando un metal de aporte con un punto de fusión por encima de los 450°C (840°F). Ver soldering. Acción capilar – en soldadura, la fuerza por la cual el líquido, en contacto con el sólido, se distribuye entre superficies de contacto presentadas muy cerca una de otra de la junta a ser unida por brazing o soldering. Acero al carbono – una mezcla de hierro y pequeñas cantidades de carbono. Carburización (cementado) – en soldadura, una palabra que denota el agregado de carbono en las superficies de metal caliente a través de un mecanismo de disolución sólida. Puede ocurrir durante el corte por arco con electrodo de carbono (arc air), CAC-A. Coalescencia – unir entre si dos o más materiales. Código – un documento adoptado por una ciudad, municipalidad, estado o nación, con estatus legal. DC – corriente continua; polaridad eléctrica constante. DCEN – corriente continua, electrodo negativo. Conocida como polaridad „directa‟ DCEP – corriente continua, electrodo positivo. Conocida como polaridad „inversa‟
Discontinuidad – cualquier interrupción de la estructura típica del material; no necesariamente un defecto. Desviación (drag arrastre) – en OFC y PAC, la cantidad de desalineación entre los puntos de entrada y salida del corte, medido a lo largo del borde del corte. Electrodo – un componente del circuito eléctrico que termina en el arco, escoria fundida conductiva, o metal base. Superficie de contacto – la superficie de acoplamiento de un material que contacta o está muy cercano a otro miembro al cual será unido. Ferroso – un término que se refiere a los metales que tienen una base principal de hierro, tal como los aceros. Metal de aporte – el metal o la aleación agregada para hacer una junta de soldadura, brazing o soldering. Fundente – un material usado para obstaculizar la formación de óxidos y otras sustancias indeseables en un metal fundido y en las superficies de metal sólido, y disolver o de otra manera facilitar la remoción de tales sustancias. Inclusión – material sólido extraño atrapado tal como escoria, fundente, tungsteno u óxidos. Fusión incompleta – una discontinuidad de soldadura en la cual no hubo fusión entre el metal de soldadura y las superficies de fusión o cordones de soldadura contiguos. Penetración incompleta de la junta – una condición de raíz de junta en la cual el metal de soldadura no se extiende a través de la totalidad del espesor de la junta. Gas inerte – un gas que no se combina químicamente con otros materiales. El argón y el helio son los usados más comúnmente en soldadura. Ranura – el ancho del corte producido durante el proceso de corte. Soldadura de ojo de cerradura (keyhole) – un procedimiento que produce un agujero totalmente a través de la pieza. En la medida que avanza, el
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metal fundido fluye cerca del ojo de cerradura para formar dicha soldadura. Ksi – denominación para mil libras por pulgada al cuadrado. 70000 psi es igual a 70 ksi. Acero de baja aleación – una aleación de hierro y carbono, con otros elementos agregados para incrementar la resistencia. No ferrosos – se refiere a las aleaciones distintas a las que tienen base de hierro. El cobre, níquel y aluminio son no ferrosos. Orificio – en soldadura, una abertura, normalmente reducida que ayuda a controlar restringir el flujo de materiales. Plasma – en soldadura, un chorro de gas ionizado. Porosidad – discontinuidad tipo cavidad formado por gas atrapado durante la solidificación. Posición – en soldadura, la relación entre la pileta de soldadura, junta, componentes de la junta, y fuente de calor durante la soldadura. Los ejemplos son bajo mano, horizontal, vertical y sobre cabeza. Prefijo – un valor término agregado al comienzo de un ítem para modificar su significado. Progresión – en soldadura, el término aplicado para la dirección de la soldadura vertical, ascendente o descendente. Psi – libras por pulgadas al cuadrado Gas reactivo – un fas que se combinará químicamente con otros materiales. Acero efervescente – aceros que tienen un “rim”, o una zona de la superficie que tiene una profundidad con contenido de carbono excesivamente bajo. Ocurre durante la fabricación del acero.
Protección – protección contra la contaminación Salpicadura – partículas metálicas expelidas durante la soldadura de fusión que no forman parte de la soldadura. Sub fijo – un alfanumérico que sigue a un ítem que normalmente cambia o modifica su significado. Resistencia a la tracción – establecida normalmente en libras por pulgada al cuadrado (MPA); se calcula dividiendo la carga máxima por el área de la sección transversal. Socavación – una ranura fundida dentro del metal base adyacente al talón de la soldadura o raíz de la soldadura y que queda sin llenar por el metal de soldadura. Voltaje – fuerza electromotriz, o diferencia de potencial eléctrico, expresado en volts. Chapa de sacrificio de desecho. Una chapa de acero al carbono ubicada sobre la chapa de acero inoxidable austenítico para permitir el corte por el método OFC. El CAC-A o el PAC son más eficientes para cortar ese tipo de aceros inoxidables. soldadura – una coalescencia localizada de metales o no metales producida tanto por calentamiento de los metales a la temperatura de soldadura, con o sin la aplicación de presión, o por la aplicación de presión solamente, y con o sin el uso de metal de aporte.
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Las determinaciones hechas sobre
especificaciones de soldadura son parte de la
responsabilidad del ingeniero de diseño o
proyectista; y por eso lo son el diseño y tipo de
junta utilizada. De todos modos, queda todavía la
responsabilidad del personal de fabricación de
interpretar precisamente, y luego preparar esas
juntas para la fabricación. El conocimiento de la
terminología de juntas soldadas es esencial en las
comunicaciones del trabajo diario. El uso de
términos apropiados hace mucho más fácil para el
personal de soldadura el relevo de los problemas
de soldadura y presentación encontrados durante
el proceso de fabricación a otro personal. Hay
una relación directa entre los términos de juntas
soldadas y los símbolos suplementarios de
soldadura de información y dimensionamiento.
Es imperativo para el inspector de soldadura el
conocer perfectamente estos aspectos de las
comunicaciones.
JUNTAS SOLDADAS
Hay cinco juntas básicas usadas en
soldadura de metales: a tope, en L, en T, solapada
y en borde. Como se ilustra en la figura 4.1, se
aplican símbolos y tipos precisos de soldadura a
estas juntas. Un número de diferentes tipos de
soldadura puede ser aplicado a cada tipo de junta
dependiendo del diseño de la junta, y estos son
mostrados al lado de cada tipo de junta. El diseño
de la junta identifica, “la forma, las dimensiones
y la configuración de la junta”.
En la revisión de 1994 de ANSI/AWS A3.0,
STANDARD TERMS AND DEFINITIONS,
figura 4.0, se agregaron clasificaciones
adicionales para las juntas spliced joints y las
juntas con componentes curvos. Las juntas con
componentes curvos, figura 4.2, son reducidas a
cada uno de los cinco tipos de juntas básicas,
como mínimo, una de los
Componentes que forma la junta tiene un borde
curvo. Una spliced joint es, “una junta en la cual
una pieza adicional extiende la junta y es soldada
a cada uno de los componentes,” ver figura 4.3.
Las piezas individuales de una junta son
llamadas componentes. Los componentes son
clasificados en tres tipos: butting members,
nonbutting members y splice members. Las
Figura 4.0 – ANSI/AWS A3.0, Standard Welding
Terms and Definitions
figuras 4.3 y 4.4 proveen ilustraciones de cada
tipo de componente.
Un butting member es, “un componente
de la junta que es impedido, por el otro
componente, de moverse en una dirección
perpendicular a su espesor”. Por ejemplo, ambos
componentes, o un componente de una junta en T
o junta en L son butting members. Un nonbutting
member es, “un componente de la junta que es
libre de moverse en cualquier dirección
perpendicular a su espesor”. Por ejemplo, ambos
componentes de una junta solapada, o un
componente de una junta en T o un componente
de una junta en L son componentes non butting.
Un componente splice es, “la pieza que
agranda la junta en una junta spliced”. En la
Figura 4.3 son provistos dos ejemplos usados en
conjunto con juntas a tope.
MMÓÓDDUULLOO 44
GGEEOOMMEETTRRÍÍAA DDEE LLAASS JJUUNNTTAASS DDEE SSOOLLDDAADDUURRAA YY SSÍÍMMBBOOLLOOGGÍÍAA DDEE
SSOOLLDDAADDUURRAA
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Figura 4.1 – Los cinco tipos básicos de juntas y las soldaduras aplicables
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Figura 4.4 Componentes butting y no butting
La identificación del tipo de soldadura
está indicada en la geometría de la junta. La
geometría de la junta es, “la forma y dimensión
de una junta vista en sección transversal antes de
ser soldada”. Cuando una junta es vista en
sección transversal, la forma del borde de cada
componente a ensamblar a menudo reseña el tipo
y símbolo de soldadura especificado. La figura
4.5 identifica los tipos básicos de formas de
bordes usadas en la fabricación de metales
soldados y las soldaduras aplicables a cada uno.
Las vistas en sección transversal provistas en las
figuras 4.6 a 4.10, muestran la relación entre el
símbolo de soldadura y las combinaciones de
varias formas de bordes. Estas combinaciones de
diferentes formas de bordes, ilustran una variedad
de configuraciones de juntas para algunas de las
soldaduras aplicables identificadas en los cinco
tipos básicos de juntas mostrados en la figura
4.1. Tipos adicionales de soldadura y diseños de
biseles pueden ser hechos usando varias formas o
componentes estructurales cuando las
preparaciones de borde o superficie son
aplicadas.
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Figura 4.5 - Geometrías de borde de los
componentes
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Figura 4.6 – Combinaciones de geometría de
borde para diferentes juntas a tope
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Figura 4.7 – Combinaciones de geometrías de
borde para diferentes juntas en L
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Figura 4.8 – Combinaciones de geometría de borde para juntas en T
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Figura 4.9 – Combinaciones de geometrías de borde para juntas solapadas
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Figura 4.10 – Combinaciones de geometrías de borde para juntas en borde
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Partes de la junta soldada Una vez que el tipo de junta es
identificado, puede ser necesario describir
exactamente el diseño de junta requerido. Para
hacer esto, el personal de soldadura e inspección
debe ser capaz de identificar aspectos
individuales que hagan de la geometría de la junta
una junta particular. La nomenclatura asociada
con estos aspectos incluye:
Raíz de junta raíz de la junta
Superficie de bisel
superficie de la raíz
Borde de la raíz
Abertura de raíz
Chaflán
Ángulo de chaflán
Ángulos de bisel
Radio del bisel
Dependiendo del diseño de la junta, la
geometría de la junta puede tomar (ligeramente)
diferentes formas. Un ejemplo es la raíz de junta
raíz de la junta. La raíz de junta raíz de la junta se
define como “la parte de una junta a ser soldada
donde los componentes se aproximan lo más
próximamente entre sí. En sección transversal, la
raíz de junta raíz de la junta puede ser una línea,
un punto o un área.” La figura 4.11 ilustra
algunas de las variantes de raíz de junta raíz de la
junta para diferentes diseños de juntas. Las raíces
de juntas son mostradas como áreas sombradas en
los esquemas A hasta D, o como una línea oscura
en los esquemas E y F.
La nomenclatura asociada con superficie
de bisel, superficie de la raíz y borde de la raíz es
identificada en la figura 4.12. Superficie de bisel
es, “la superficie de un componente incluida en el
bisel”.
La superficie de la raíz (generalmente
llamada land) es “la porción de la superficie del
bisel dentro de la raíz de junta raíz de la junta”.
Por último, borde de la raíz, es definida como
“una superficie de la raíz de ancho cero”.
Otros aspectos que puedan requerir una
descripción por el personal de soldadura son
mostrados en la figura 4.13. Estos elementos son
a menudo variables esenciales en los
procedimientos de soldadura, así como en la
soldadura de producción, y le puede ser requerido
al personal de soldadura que los midan para
determinar si cumplen con las especificaciones de
plano u otros documentos.
La abertura de raíz es descripta como “la
separación entre las piezas de trabajo en la raíz de
junta raíz de la junta”. El chaflán es “una
preparación de un borde angular”. El ángulo de
chaflán es definido como “el ángulo entre el
chaflán de un componente de la junta y un plano
perpendicular a la superficie del componente”.
Ángulo de bisel es, “el ángulo total incluida del
bisel entre las piezas de trabajo”. Para una
soldadura con bisel en 1/2 V simple, el ángulo de
chaflán y el ángulo de bisel son iguales. El radio
del bisel se aplica solamente a soldaduras con
bisel en J o en U. Éste es descripto como “el radio
usado para dar la forma de una soldadura con
bisel en J o en U”. Normalmente, una
configuración de una soldadura con bisel en J o
en U está especificada por un ángulo de chaflán
(o bisel) y un radio del bisel.
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Figura 4.11 – Raíces de juntas
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Figura 4.12 – Superficie del bisel – superficie de la raíz – borde de la raíz
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Figura 4.13 – Ángulo de chaflán – profundidad de bisel – ángulo de bisel – radio de bisel – y abertura
de raíz
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Tipos de soldaduras
Como fue mostrado en la figura 4.1,
numerosos tipos de soldadura pueden ser
aplicados a los varios tipos de juntas. Usando
ANSI/AWS A2.4, STANDARD SYMBOLS
FOR WELDING, BRAZING AND
NONDESTRUCTIVE EXAMINATION como
guía, hay nueve categorías de soldaduras
asociadas con símbolos de soldadura. En cada
una de esas categorías, se aplican ciertos tipos de
soldadura. Las categorías son:
1. Soldadura con bisel
2. Soldaduras de filete
3. Soldadura en botón o en tapón o
soldaduras en ranura o en ojal
4. Soldadura de espárragos
5. Soldadura por puntos o soldadura por
proyección
6. Soldadura por costura
7. Soldadura de reverso o soldadura de
respaldo
8. Soldaduras con recargue
9. Soldadura de componentes curvos
Con la variedad de geometría de juntas y tipos
de soldadura disponibles, el diseñador de
soldadura puede elegir aquella que mejor
cumpla con sus necesidades. Esta elección
puede basarse en consideraciones como:
Accesibilidad a la junta para soldar
Tipo de proceso de soldadura empleado
Conveniencia para el diseño de la
estructura
Costo de la soldadura
Soldaduras con bisel
Una soldadura con bisel es, “una
soldadura hecha en un bisel entre las piezas”.
Hay ocho tipos de soldadura con bisel:
1. Bisel recto
2. A tope con inglete
3. Bisel en V
4. Bisel en 1/2 V
5. Bisel en U
6. Bisel en J
7. Bisel en V ensanchado
8. Bisel en 1/2 V ensanchado
Sus nombres implican como las configuraciones
actuales se ven cuando son vistas en sección
transversal. Todos estos tipos de soldadura con
bisel pueden ser aplicados a juntas que son
soldadas de un solo lado o de ambos lados. La
figura 4.14 ilustra las configuraciones típicas para
una junta soldada de bisel simple y doble. Como
se imagina, una junta soldada simple es una
“junta soldada fusionada que ha sido soldada de
un solo lado”. De la misma manera, una junta
soldada doble es “una junta soldada fusionada
que ha sido soldada de ambos lados”.
Soldaduras con bisel de diferentes tipos son
usadas en varias combinaciones. La selección
está influenciada por la accesibilidad, economía,
adaptación al diseño estructural, distorsión
esperada y el tipo de proceso de soldadura usado.
Las soldaduras con bisel recto son las más
económicas de usar, pero están limitadas por el
espesor de los componentes. La soldadura con
bisel recto con penetración total, soldada de un
solo lado, generalmente no son usadas para
material más fino que ¼ de pulgada.
Materiales finos requieren la selección de
geometría de juntas que acomoden otros tipos de
soldaduras con bisel. En juntas finas la geometría
particular debe proveer accesibilidad para soldar,
asegurando la solidez y resistencia de la
soldadura, y minimizando la cantidad de metal
removido. Por razones económicas, estos diseños
de juntas deben ser elegidos con abertura de raíz
y ángulo de bisel que requieran la mínima
cantidad de metal de soldadura, pero que aún
reúnan las condiciones de servicio de la
soldadura. La selección de las aberturas de raíz y
ángulos de bisel es influenciada por el metal a ser
unido, la ubicación de la junta dentro de la
soldadura, y las condiciones de servicio
requeridas.
Las soldaduras con biseles en J o U
pueden ser usadas para minimizar los
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Figura 4.14 – Soldaduras con bisel
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Figura 4.14 (continuación) – Soldaduras con bisel simple y doble
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Requerimientos de metal de soldadura cuando los
factores económicos excedan en valor el costo de
la preparación del borde. Estos tipos de
soldaduras son especialmente útiles en secciones
de poco espesor. Soldaduras con bisel en 1/2 V y
con bisel en J son más difíciles de soldar que
aquellas con bisel en V o en U, debido al borde
vertical. Soldaduras con bisel en V ensanchado y
bisel en 1/2 V ensanchado son usadas en
conexión con componentes de bordes curvos o
redondeados.
Figura 4.15 – Aplicaciones de la soldadura de filete
Soldaduras de filete
ANSI/AWS A2.4 define a una soldadura
de filete como, “una soldadura de sección
transversal aproximadamente triangular uniendo
dos superficies aproximadamente en ángulos
rectos en una junta solapada, en T o en L”.
Cuando el diseño lo permite, es preferida la
soldadura de filete a la soldadura con bisel por
razones económicas. Generalmente no se requiere
preparaciones de borde para soldadura de filete,
pero la superficie a soldar debe estar limpia. La
soldadura de filete no toma el nombre de la
geometría de junta asociada, como la soldadura
con bisel; es un tipo particular de soldadura
aplicada a una junta solapada, t o junta en L. Las
soldaduras de filete son usadas (algunas veces) en
combinación con las soldaduras con bisel. La
figura 4.15 muestra algunas típicas soldaduras de
filete aplicadas a juntas en L, en T y solapadas.
Las soldaduras de filete son hechas usando
soldadura simple y doble. También son aplicadas
usando una o varias pasadas. Ejemplos de ambos
tipos son mostrados en la figura 4.15.
Además de realizarse con pasadas
continuas, las soldaduras de filete (sobre la
longitud completa de la junta), a menudo son
realizadas con pasadas discontinuas simétricas o
asimétricas. Una soldadura de
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Figura 4.15 (continuación) – Aplicaciones de la soldadura de filete
Filete discontinuo simétrico es, “una soldadura
intermitente sobre ambos lados de una junta en la
cual los incrementos de un lado son alternados
con los del otro”. Una soldadura de filete
discontinua asimétrica es, “una soldadura
intermitente sobre ambos lados de la junta en la
cual los incrementos de soldadura en uno de los
lados están aproximadamente opuestos a los del
otro lado”. La figura 4.15 (E y F), ilustra ambos
tipos de soldadura de filete.
Soldaduras en botón o en tapón y soldaduras
en ranura o en ojal
Figura 4.16 - 1 Soldaduras en tapón o en botón - en ranura o en ojal - de espárragos
Dos de los tipos de soldaduras usadas
para unir juntas solapadas son soldaduras en
botón o en tapón y soldaduras en ranura o en ojal.
La soldadura en botón o en tapón es “una
soldadura hecha en un agujero circular en uno de
los componentes de la junta fundiendo ese
componente con el otro componente”. Una
soldadura en ranura o en ojal es “una soldadura
hecha en un oblongo o en un agujero alargado en
uno de los componentes de la junta fundiendo ese
componente con el otro. El agujero puede esta
abierto en uno de los extremos”. Las soldaduras
en botón o en tapón y las soldaduras en ranura o
en ojal requieren filetes de profundidades
definidas. Una soldadura de filete aplicada en un
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agujero circular no es considerada una soldadura
en botón o en tapón o en ranura o en ojal.
Soldadura de espárragos
En la edición del ANSI/AWS A2.4 de
1989, se agregó un símbolo para la soldadura de
espárrago. Soldadura de espárrago es “un término
general para unir un espárrago metálico o algo
similar a una pieza. La soldadura se puede
realizar por arco, resistencia, fricción u otro
proceso con o sin protección de gas”. La figura
4.16 (C) provee un ejemplo de una soldadura de
espárrago.
Los materiales de los espárragos más
comúnmente soldados con el proceso de
soldadura de espárrago por arco son acero de bajo
carbono, acero inoxidable y aluminio. Otros
materiales son usados como espárragos en
aplicaciones y bases especiales.
La mayoría de las bases de las soldaduras
de espárrago son circulares. De todos modos hay
algunas aplicaciones en las cuales se usa una
forma rectangular o cuadrada. Las aplicaciones
de soldadura de espárragos incluyen el ensamble
de pisos de madera a puentes metálicos o barras,
montaje de accesorios en máquinas, asegurar
tubos y arneses de alambre, soldar conectores,
venteos en tanques y otros recipientes, anclajes
rápidos, etc.
Soldadura por puntos y soldadura por
proyección
Figura 4.17 – Soldadura por puntos y soldadura por proyección
Una soldadura por puntos es, “una
soldadura hecha entre y sobre componentes
solapados en los cuales la coalescencia (el acto de
combinar o unir) puede empezar y ocurrir sobre
la superficie de contacto o puede empezar desde
el componente que está más afuera”. Una
superficie de contacto es definida como, “la
superficie de un componente que está en contacto
con (o en la cercanía) otro componente al cuál
será unido”. Generalmente las soldaduras por
puntos son asociadas a las soldaduras por
resistencia. De todos modos, una manera muy
efectiva de unir una junta solapada en metales de
poco espesor es con una soldadura por puntos por
arco. En soldadura por puntos por arco, la
soldadura se produce fundiendo desde el
Componente superior usando un proceso de
soldadura por arco, y la fusión ocurre entre éste y
el componente solapado”. La figura 4.17 (A y B)
ilustra la soldadura por resistencia y la soldadura
por puntos.
Las soldaduras por proyección son hechas usando
el proceso de soldadura por resistencia. La
soldadura se forma por el calor obtenido de la
resistencia a fluir de la corriente eléctrica a través
del metal. Las soldaduras resultantes están
localizadas en puntos predeterminados por
intersecciones, proyecciones o resaltes. La figura
4.17 (C) muestra vistas en sección transversal de
un componente con resalte de una junta solapada
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para ser soldado por proyección, y como queda la
soldadura una vez concluida.
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Figura 4.18 – Soldaduras por costura – de reverso – de respaldo – de recargue
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Soldadura por costura
Una soldadura por costura es “una
soldadura continua hecha entre o encima de
componentes solapados, en los cuáles la
coalescencia puede empezar y ocurrir en la
superficie de contacto, o puede provenir de la
superficie externa de uno de los componentes. La
soldadura continua puede consistir de un cordón
de soldadura (soldadura por costura) o de una
serie de puntos de soldadura superpuestos
(costura de soldadura)”. Algunas guías deben ser
provistas para mover el cabezal a lo largo de la
costura mientras se suelda, o para mover la pieza
debajo del cabezal. Este tipo de soldadura, es
asociada con la soldadura por arco y la soldadura
por resistencia. Soldaduras por costura para
ambos procesos de soldadura son ilustradas en la
figura 4.18 (A, B, C y D).
Soldadura de reverso y soldadura de respaldo
Como sus nombres lo dicen, estas
soldaduras están hechas en la parte de atrás de
una junta soldada. Si bien se aplican en la misma
posición, son depositadas en forma diferente.
AWS A3.0 describe a una soldadura de reverso
como, “una soldadura hecha en la parte de atrás
de una soldadura con bisel simple”. Una
soldadura de respaldo es “un respaldo en forma
de soldadura”. Una soldadura de reverso es
aplicada después de que el frente es soldado,
mientras que una soldadura de respaldo es
depositada antes de soldar en lado frontal. La
figura 4.18 (E y F) ilustra la aplicación de ambas.
Soldaduras de recargue
Como el nombre lo dice, este tipo de
soldadura se aplica a la superficie de un metal.
Una soldadura de recargue es definida como,
“una soldadura aplicada a una superficie,
oponiéndose a hacer una junta, para obtener las
propiedades o dimensiones deseadas”. La figura
4.18 (G) ilustra una típica soldadura de recargue.
Otros términos asociados con recargue son:
Recargue [126], “una variación de la
superficie en la cual el material superficial es
depositado para alcanzar las dimensiones
requeridas.
Enmantecado [128], “una variación de la
superficie que deposita metal superficial en una o
más superficies para proveer metal soldados
metalúrgicamente compatible para completar la
soldadura”.
Plaqueado [127], “una variación
superficial que deposita o aplica material
superficial, generalmente para desarrollar
resistencia al calor o a la corrosión”.
Recargue duro [125], una variación
superficial en la cual el material superficial es
depositado para reducir el desgaste”.
Figura 4.19 – Soldaduras en borde
Soldaduras de componentes curvos
Una soldadura de componentes curvos,
en el caso del símbolo que la representa, se
refiere a, “una soldadura hecha en los bordes de
dos o más juntas de componentes, usualmente de
poco espesor, con por lo menos un componente
curvo”. Por eso, el símbolo representa el uso de
un componente o componentes curvos y no el
tipo específico de soldadura requerido.
Una soldadura sobre bordes curvos es, “una
soldadura en una junta en extremo, una junta a
tope de componentes curvos o una junta en L de
componentes curvos en las cuales el espesor
completo de los componentes es fundido”. Una
soldadura de bordes rectos sobre componentes
curvos tiene dos componentes curvos, mientras
que una soldadura en L de componentes curvos
tiene solamente uno de los componentes curvos.
La figura 4.19 ilustra soldaduras sobre bordes
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rectos hechas sobre juntas en L y en extremo de
componentes curvos.
Soldaduras terminadas
El personal de soldadura e inspección de
soldadura debe estar al tanto de los términos
asociados con ciertos aspectos o condiciones de
las soldaduras terminadas. El conocimiento de
estos términos ayuda en el proceso de
comunicación, realza la habilidad personal para
interpretar la información de los símbolos de
soldadura y localización de áreas de una
soldadura que pueden requerir una limpieza o
detalle post soldadura adicional.
Los términos referidos a soldadura con bisel,
figura 4.21, consisten de:
Superficie de soldadura
Pie de soldadura
Raíz de soldadura
Superficie de raíz
Sobre espesor
Sobre espesor de raíz
La superficie de soldadura es, “la
superficie expuesta de una soldadura del lado del
cual la soldadura fue hecha"” Pie de soldadura es,
“las uniones de la soldadura entre la superficie de
soldadura y el metal base”. Opuesta a la
superficie de soldadura está la raíz de soldadura.
Raíz de soldadura es, “los puntos, mostrados en
corte, en los cuáles la superficie de raíz intercepta
la superficie del metal base”. Similar a la
superficie de soldadura, es la superficie de raíz, o
“la superficie expuesta de una soldadura opuesta
al lado del cual la soldadura fue hecha”. En otras
palabras la superficie de raíz está limitada por la
raíz de soldadura en cada lado.
La terminología adicional asociada con
soldadura con bisel refiere al sobre espesor de
soldadura; sobre espesor de soldadura es, “metal
de soldadura en exceso de la cantidad requerida
para rellenar una junta”. El sobre espesor (más
conocido como la crown o cap), se refiere al
“sobre espesor de soldadura del lado de la junta
del cual la soldadura fue hecha”.
A la inversa, el sobre espesor de raíz es,
“sobre espesor de soldadura opuesto al lado del
cual la soldadura fue hecha”. Sobre espesor de
raíz es usado únicamente en le caso de una junta
Figura 4.20 – Términos de soldadura con bisel
En una soldadura simple, es decir, soldadura
realizada de un solo lado, Ver figura 4.20 (C).
Cuando se ha hecho una soldadura de los lados, el
término sobre espesor es aplicado a la cantidad de
sobre espesor presente en ambos lados. Este
punto es ilustrado en la figura 4.20 (A) adonde
una soldadura de reverso es usada.
La terminología standard también existe
para las partes de la soldadura de
Figura 4.21 – Terminología para soldadura de
filete terminada
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filete. Como con la soldadura con bisel, la
superficie de la soldadura de filete es conocida
como superficie de soldadura. La unión de la
superficie de soldadura con el metal base es el pie
de soldadura. La máxima penetración del metal
de soldadura adentro de la junta es la raíz de
soldadura. “La distancia desde la raíz de junta
raíz de la junta al talón de la soldadura de filete”,
es llamada cateto. La figura 4.21 identifica varias
partes de una soldadura de filete.
Otros tres aspectos dimensionales de la
soldadura de filete son concavidad, convexidad y
garganta. Concavidad y convexidad son el valor
de la curvatura de la superficie de soldadura en
corte de la soldadura. El método para medir éstas
es mostrado en la figura 4.26.
Terminología de fusión y penetración
Figura 4.22 – Terminología de fusión
En general, el término fusión se refiere a
la fusión junto del metal de aporte y el metal
base, o al del metal base solamente. Penetración
es un término que se refiere a la distancia que el
metal de soldadura ingresó adentro de la junta. El
grado de penetración alcanzado tiene un efecto
directo en la resistencia de la junta y por eso es
referido al tamaño de la soldadura.
Existe una gran cantidad de términos que
describe el grado o ubicación de la fusión y la
penetración. Durante el proceso de soldar, la
superficie del bisel original es fundida de manera
que los límites finales del metal de soldadura son
más profundos que
Figura 4.23 – Terminología de penetración
los de las superficies originales. La frontera entre
el metal de soldadura y el metal base es conocida
como la interface de soldadura. La profundidad
de fusión es, “la distancia desde la superficie de
fusión a la interface de soldadura”. La
profundidad de la fusión es siempre medida en
forma perpendicular a la superficie de fusión. La
zona de fusión es, “el área de metal base fundido
como se determinó en un corte de la soldadura”.
Estos términos son aplicados también a otros
tipos como soldadura de filete y por recargue. La
figura 4.22 ilustra varios términos asociados con
fusión.
Como se muestra e la figura 4.23, hay
varios términos que se refieren a la penetración
de la soldadura. Penetración de raíz es, “la
distancia que el metal soldado ha fundido adentro
de la junta más allá de la raíz de junta raíz de la
junta”. La penetración de junta es, “la distancia
desde la parte más lejana de la soldadura adentro
de la junta a la superficie de soldadura,
excluyendo cualquier sobre espesor de soldadura
que pueda presentarse”. Para soldadura con bisel,
esta misma longitud es conocida como tamaño de
soldadura.
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Figura 4.24 – Zona afectada por el calor
Otro término relacionado es zona
afectada por el calor. Esta región mostrada en la
figura 4.24, es definida como “la porción del
metal base que no ha sido fundida, pero cuyas
propiedades mecánicas o micro estructura ha sido
alterada por el calor de la soldadura, brazing,
soldering o corte”.
Terminología del tamaño de soldadura
La discusión previa describe la
penetración de junta, la relación entre tamaño de
soldadura, para las configuraciones de soldadura
con bisel simple. Para una configuración de
soldadura con bisel doble donde la penetración de
junta es menos que completa, el tamaño de
soldadura es igual a la suma de la penetración de
juntas de ambos lados. Ver figura 4.25 (A).
Figura 4.25 – Penetración y tamaño de la
soldadura
En una soldadura con bisel con
penetración total, el tamaño de soldadura es igual
al espesor del más fino de los dos componentes
unidos, dado que no hay certeza acerca de la
presencia de algún sobre espesor de soldadura.
Ver figura 4.26 (B).
Figura 4.26 – Tamaño de la soldadura de filete
Para determinar el tamaño de una
soldadura de filete, usted debe primero saber la
configuración final de la soldadura, ya sea
cóncava o convexa. Convexa significa que la
superficie de soldadura exhibe algún recargue
haciéndola parecer ligeramente curvada hacia
afuera. Esto es conocido como el grado de
convexidad. Convexidad en una soldadura de
filete es un sinónimo con sobre espesor de
soldadura en una soldadura con bisel. Si una
soldadura con bisel tiene un perfil cóncavo, esto
significa que su superficie es “metida hacia
adentro”.
Para una u otra configuración, el tamaño
de la soldadura de filete para catetos iguales es
descripto como, “la longitud del cateto del
triángulo rectángulo isósceles más grande que
pueda ser inscripto dentro del corte de la sección
de la soldadura de filete”.
Este isósceles inscripto es mostrado con
línea de trazos en las dos ilustraciones de la
figura 4.26. Por eso, para la soldadura de filete
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convexa, el cateto y el tamaño de soldadura son
iguales. De todos modos, el tamaño de la
soldadura de filete cóncava es ligeramente menor
que la longitud de su cateto
Para soldaduras de filete de catetos
desiguales, el tamaño de la soldadura de filete se
define como, “la longitud de los catetos del
triángulo rectángulo más grande que puede ser
inscripto dentro del corte de la sección de la
soldadura de filete”. La figura 4.27 muestra esto
.
Figura 4.27 Soldadura de filete con catetos
desiguales
Puede notarse que hay anotaciones
adicionales en las ilustraciones de la figura 4.27
que se refieren a las gargantas de las soldaduras
de filete. Realmente hay tres tipos de diferentes
de gargantas de soldadura. El primero es la
garganta teórica, o “la mínima cantidad de
soldadura que el diseñador cuenta cuando
originalmente especifica el tamaño de soldadura”.
La garganta teórica es descripta como, “la
distancia desde el comienzo de la raíz de la junta
perpendicular a la hipotenusa (lado del triángulo
opuesto al ángulo recto) del triángulo rectángulo
más grande que puede ser inscripto en el corte de
la sección de una soldadura de filete. Esta
dimensión se basa en la suposición de la abertura
de raíz es igual a cero”.
La garganta efectiva toma en cuenta
cualquier penetración de junta adicional que
pueda estar presente. Así, la garganta efectiva
puede ser definida como, “la mínima distancia
menos cualquier convexidad entre la raíz de
soldadura y la superficie de una soldadura de
filete”. La dimensión final de la garganta, la
garganta real, toma en cuenta la penetración de
junta así como cualquier convexidad adicional
presente en la superficie de soldadura.
La garganta real es, “la distancia más
corta entre la raíz de soldadura y la superficie de
una soldadura de filete”. Para una soldadura de
filete cóncava, la garganta efectiva y la garganta
real son iguales, dado que no hay convexidad
presente.
El personal de inspección puede también ser
interrogado para determinar los tamaños de otros
tipos de soldaduras. Un ejemplo podría ser una
soldadura por puntos o una soldadura por costura,
donde el tamaño de soldadura es igual al diámetro
del metal de soldadura en el plano de las
superficies de contacto como muestra la figura
4.28. Un segundo ejemplo es para una soldadura
sobre bordes rectos o soldadura de componentes
curvos como se muestra en la figura 4.29; el
tamaño de soldadura es igual al total del espesor
de la soldadura. Desde la raíz de soldadura
hasta la superficie de soldadura.
Figura 4.28 – Tamaño de la soldadura por
puntos o por costura
Figura 4.29 – Tamaño de la soldadura en
borde
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Terminología de Aplicación de Soldadura
SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA SECUENCIA DE
SOLDADURA Figura 4.30 – Pasada – cordón
Para completar esta discusión de los
términos de soldadura, es apropiado mencionar la
terminología adicional asociada con la actual
aplicación de soldadura. A menudo los
procedimientos de soldadura se van a referir a
esos detalles, por eso el personal de inspección
debe estar familiarizado con sus significados. El
primer aspecto es la diferencia entre los términos
pasada, cordón y capa. Una pasada es una
progresión simple de soldadura a lo largo de una
junta. El cordón es la soldadura que resulta de
una pasada. Una capa es un nivel simple de
soldadura dentro de una pasada. Una capa puede
consistir de un cordón o de varios. Ver figura
4.30.
Cuando un cordón es depositado, este
puede tener nombres diferentes, dependiendo de
la técnica que el soldador emplee. Si el soldador
progresa a lo largo de la junta con pequeños
desplazamientos laterales o sin ellos (sin
oscilación), el cordón resultante es conocido
como cordón rectilíneo. Un cordón oscilante
resulta cuando un soldador manipula el electrodo
en forma lateral, o de lado a lado, mientras la
soldadura es depositada a lo largo de la
junta. El cordón oscilante es típicamente más
ancho que el cordón rectilíneo, Debido a los
desplazamientos laterales, la velocidad de pasada,
como se mide en el sentido longitudinal del eje de
soldadura, es menor de la que sería en el caso de
un cordón rectilíneo. Ejemplos de esto son
mostrados en la figura 4.31.
Cuando las soldaduras de filete son
requeridas, puede haber algunos casos donde el
diseño no justifique el uso de soldadura continua.
El diseñador puede, entonces, especificar
soldaduras de filete discontinuas. Si hay
soldaduras de filete discontinuas especificadas
sobre ambos lados de una junta particular, pueden
ser detalladas como soldaduras de filete
Figura 4.31 – Cordones rectilíneos y oscilantes discontinuo asimétrico o simétrico. La
soldadura de filete discontinuo simétrico tiene los
incrementos en cualquiera de los lados de la junta
directamente opuestos uno al otro. Similarmente,
una soldadura de filete discontinuo asimétrico es
una soldadura de filete intermitente sobre ambos
lados de la junta en la cual los incrementos de
soldadura en uno de los lados son alternados con
respecto a aquellos en el otro. Ambos tipos de
soldadura de filete discontinua son mostrados en
la figura 4.32.
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Figura 4.32 – Soldaduras de filete discontinuas
Otro término referido a la metodología
actual de soldadura es boxing (comúnmente
conocido como retorno). Boxing es definido
como, “la continuación de una soldadura de filete
alrededor de una esquina de un componente como
una extensión de la soldadura principal”.
Figura 4.33 – Técnica de boxing
Por último hay varios términos que
describen la secuencia actual en la cual la
soldadura es realizada. Esto generalmente es
hecho para reducir la distorsión causada por
soldar. Tres son las técnicas más comunes: paso
peregrino, secuencia en bloque y secuencia en
cascada. Ver figura 4.34. El paso peregrino es
una técnica donde cada pasada individual es
depositada en la dirección opuesta a la de
progreso de soldadura.
Una secuencia en bloque es definida
como “una secuencia combinada longitudinal y
sección transversal para una soldadura de pasada
múltiple continua en la cual incrementos
separados son completamente o parcialmente
soldados antes de que los incrementos
subsiguientes sean soldados”. Con la secuencia
en bloque, es importante que cada capa
subsiguiente sea ligeramente más corta que la
previa de manera que el final de bloque tenga una
pendiente suave. Esto va a proveer una mejor
chance de obtener una fusión adecuada cuando el
bloque adyacente es completado más tarde.
Una secuencia en cascada es descripta
como “una secuencia combinada longitudinal y
sección transversal en la cual las pasadas de
soldadura son hechas encapas solapadas”. Este
método difiere de la secuencia en bloque en que
cada pasada subsiguiente es más larga que la
previa.
SIMBOLOGÍA DE SOLDADURA
La simbología de soldadura provee un
sistema para representar la información completa
sobre soldadura en los planos. Ésta rápidamente
indica al diseñador, dibujante, supervisor y
personal de soldadura; incluyendo a los
inspectores de soldadura, que técnica de
soldadura es necesitada para cada junta para
satisfacer los requerimientos de resistencia del
material y condiciones de servicio.
Para el personal de presentación y layout,
la simbología de soldadura a menudo transmite
información que afecta las dimensiones finales de
una pieza preparada. Por ejemplo, cambios en la
abertura de raíz pueden provocar un cambio en
las dimensiones actuales de una parte si
solamente el plano indica las dimensiones de
diseño de la pieza. El inspector debe estar al tanto
de estos requerimientos y los efectos que
producen estos cambios en los parámetros
especificados.
El personal de presentación y layout debe
estar al tanto de la ubicación y el tamaño de las
soldaduras de punteo. Soldaduras de punteo
demasiado grandes y ubicadas fuera del área
designada para soldadura, generan más pasos y
una pérdida de tiempo en las fases finales de un
proyecto. Un ejemplo de esto es la ubicación de
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Figura 4.34 – Secuencia de soldadura en cascada – en block – paso peregrino
Las soldaduras de punteo fuera del área
designada de la soldadura de filete discontinua
Otro ejemplo es la aparición de la superficie de
soldadura después de que el soldador haya
fundido un tack Weld más grande en la soldadura
requerida. Estos ejemplos usualmente caen bajo
los requerimientos de la responsabilidad de la
inspección, y el inspector de soldadura debe estar
familiarizado con el significado de la simbología
de soldadura para completar las tareas de
inspección.
En esta sección, el inspector de soldadura
va a ser provisto de un entendimiento básico de la
información que puede aparecer en la simbología
de soldadura, el uso de símbolos suplementarios y
el entendimiento de la terminología asociada con
la simbología básica de soldadura.
Una referencia detallada respecto de
simbología y símbolos de soldadura y la
terminología asociada puede encontrarse en la
edición corriente de ANSI/AWS A2.4,
SÍMBOLOS NORMALIZADOS PARA
SOLDEO, SOLDEO FUERTE Y EXAMEN NO
DESTRUCTIVO. Este documento es mostrado
en la figura 4.35 y es publicado por la AWS.
Figura 4.35 – ANSI/AWS Welding Symbols
Standard
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Símbolo de soldadura versus simbología de
soldadura
AWS hace una distinción entre los
términos símbolo de soldadura y simbología de
soldadura. El símbolo de soldadura identifica
(figura 4.37) cada tipo específico de soldadura y
solamente es una parte de la información total
contenida en la simbología de soldadura. Los
símbolos de soldadura se dibujan arriba y debajo
de la línea de referencia de la simbología de
soldadura. El símbolo de soldadura, (figura 4.38),
indica el símbolo total, incluyendo toda la
información aplicable a él, para especificar las
soldaduras requeridas. Toda la simbología de
soldadura requiere una línea de referencia y una
flecha, y son mostrados en la figura 4.36.
Figura 4.36 – Flecha y línea de referencia
Figura 4.37 – Símbolos de soldadura
DEFINICIÓN:
Símbolo de soldadura. Es un carácter gráfico vinculado a la simbología de soldadura que indica el tipo de
soldadura
Elementos de la simbología de soldadura
Excepto la línea de referencia y la flecha,
no es necesario utilizar todos los elementos a
menos que sea requerido para clarificar. La
simbología de soldadura puede incluir los
siguientes elementos:
Línea de referencia (elemento indispensable)
Flecha (elemento indispensable)
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Cola
Símbolo básico de soldadura
Dimensiones y otras informaciones
Símbolos suplementarios
Especificaciones, procesos u otras referencias
La línea de referencia, siempre es dibujada
horizontal. Es usada para aplicar los símbolos de
soldadura y cualquier otra información, y tiene un
significado particular que permanece
prescindiendo de los elementos que se le agregan.
El lado inferior de la línea de referencia es
conocido como el lado de la flecha y el superior
como el otro lado. Esta convención se muestra en
la figura 4.39. La dirección de la flecha no tiene
importancia en el significado de la línea de
referencia. Líneas de referencia múltiples pueden
ser usadas con los símbolos básicos de soldadura.
La figura 4.40 ejemplifica esto.
La flecha conecta la línea de referencia
con la junta de soldadura o el área a ser soldada.
Puede ser mostrada con o sin un espacio libre, o
con flechas múltiples. Cuando la flecha es
mostrada con una interrupción, la flecha quebrada
siempre apunta hacia el componente de la junta
que debe ser preparado o conformado; y se puede
observar esto en la figura 4.41. La figura 4.41
también muestra que pueden añadirse flechas
múltiples para mostrar la misma soldadura
requerida en diferentes
Figura 4.38 – Posición standard de los elementos de la simbología de soldadura
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ubicaciones. Ejemplos adicionales de flechas son
mostrados en la figura 4.60.
Figura 4.39 – Posiciones lado de la flecha-otro
lado
Figura 4.40 – Líneas de referencia múltiples
Figura 4.41 – Colocación y significado de la
posición de la flecha
Las flechas apuntan a una o varias líneas
que claramente identifican la junta propuesta o
área de soldadura. Cuando sea posible la flecha
debe apuntar a una línea llena (línea visible), pero
también puede apuntar a una línea de trazos (línea
oculta).
La cola de la simbología de soldadura es
usada para indicar los procesos de soldadura y
corte, como también las especificaciones de
soldadura, procedimientos o información
suplementaria a ser usada en la realización de la
soldadura. Cuando no es necesaria la información
suplementaria, procedimiento, especificación o
proceso de soldadura para identificar la
información de soldadura, la cola es omitida de la
simbología de soldadura. La figura 4.42 ilustra la
cola.
Figura 4.42 – Convenciones para el uso de la
cola
Figura 4.43 – Ejemplos sobre el uso de la cola
Figura 4.44 – Uso de la nota “Típico”
Procesos, referencias, especificaciones, códigos,
notas del plano o cualquier otro documento
aplicable concerniente a la soldadura debe ser
especificado colocando
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Figura 4.45 – Posición de la línea de referencia para los símbolos básicos de soldadura
la referencia en la cola de la simbología de
soldadura. La información contenida en los
documentos referenciados no tiene que ser
repetida en la simbología de soldadura.
Las repeticiones de simbología de
soldadura idéntica son evitadas designado a un
solo símbolo como típico o abreviándolo como
“TYP”, y apuntando la flecha hacia la junta
representativa. Las designaciones típicas deben
identificar con claridad todas las juntas
aplicables, por ejemplo “TYP @ 4 rigidizadores”.
Ver figura 4.61 para ver aplicaciones “típicas” de
soldadura.
Posiciones de los símbolos de soldadura
Sin tener en cuenta hacia que lado apunta
la flecha, cuando los símbolos de soldadura son
ubicados por debajo de la línea de referencia la
soldadura debe ser hecha sobre el lado de la
flecha de la junta. Los símbolos de soldadura
colocados sobre la línea de referencia requieren
que la soldadura sea hecha sobre el otro lado de
la junta. Los símbolos de soldadura colocados
sobre ambos lados de la línea de referencia
indican que la soldadura debe ser hecha sobre
ambos lados de la junta. La designación sobre
ambos lados no se aplica a todos los símbolos de
soldadura. Algunos símbolos no tienen lado de la
flecha u otro lado, aunque los símbolos
suplementarios usados en conjunto con ellos
pueden tenerlos. Ver figura 4.45.
Por símbolos de soldadura de filete,
soldadura con bisel y soldadura de componentes
curvos; la flecha siempre conecta la línea de
referencia del símbolo de soldadura a uno de los
lados de la junta. Ese lado es considerado el lado
de la flecha de la junta, y el lado opuesto es
considerado el otro lado de la junta. Además, el
cateto perpendicular para los símbolos de
soldadura de filete, soldadura con bisel en 1/2 V,
soldadura con bisel en J, soldadura con bisel en
1/2 V ensanchado y para junta en L con
componentes curvos siempre se dibuja a la
derecha, como se muestra en la figura 4.46.
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Figura 4.46 – Símbolo de cateto perpendicular
Los símbolos de soldadura en botón o en tapón,
soldadura en ranura o en ojal, soldadura por
puntos, soldadura por proyección y soldadura por
costura; la flecha conecta a la línea de referencia
del símbolo de soldadura con la superficie
exterior de uno de los componentes de la junta,
en la línea de centros de la soldadura deseada. El
componente al lado del que la flecha apunta es
considerado el componente del otro lado. El
componente opuesto es considerado como el otro
lado. Esto es mostrado en la figura 4.47.
Figura 4.47 – Ejemplo del lado de una
soldadura en tapón o en botón
Cuando solamente un componente de una junta
va a ser preparado, como para una soldadura con
bisel en 1/2 V, la flecha va a tener una
interrupción y va a apuntar hacia el componente
que debe ser preparado. Dichas juntas van a ser
mostradas siempre con una flecha quebrada
cuando no se den detalles sobre la junta.
Si es obvio cual de los componentes va a ser
preparado, la flecha no necesita ser quebrada. La
figura 4.48 ilustra el uso de la flecha quebrada.
Símbolos combinados de soldadura
Algunas juntas soldadas requieren más de
un tipo de soldadura. Este es un hecho común en
juntas soldadas con bisel para la fabricación
estructural. A menudo la soldadura con bisel es
terminada con una soldadura de filete. Como se
muestra en la figura 4.50, un número de
diferentes combinaciones pueden ser aplicadas a
las juntas soldadas.
Soldadura con bisel es terminada con una
soldadura de filete. Como se muestra en la figura
4.50, un número de diferentes combinaciones
pueden ser aplicadas a las juntas soldadas.
Figura 4.48 – Uso de la flecha quebrada
Figura 4.49 Símbolos de soldadura
combinados
Líneas de referencia múltiples
La adición de uno o más líneas de
referencia a la simbología de soldadura es
aplicada por diversas razones. Primero, éstas son
usadas para mostrar la secuencia de operaciones.
Esto es, la primera operación (mostrada en la
línea de referencia más cercana a la flecha) debe
ser realizada antes de que la operación sucesiva
sea realizada. Segundo, el agregado de líneas de
referencia extras es también empleado cuando
debe ser incluida información suplementaria para
cada soldadura, en combinación con el símbolo o
en la cola. La figura 4.50 ilustra este uso.
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Figura 4.51 – Símbolos suplementarios
Figura 4.50 – Uso de la línea de referencia
múltiple para significar el orden de las
operaciones
SÍMBOLOS SUPLEMENTARIOS
Los símbolos suplementarios son usados en
combinación con el símbolo de soldadura y
pueden indicar la longitud de la soldadura, la
apariencia de la soldadura, el material incluido en
la preparación de la junta soldada, o indicar cuál
soldadura es realizada en algún lugar diferente a
la fábrica. Ciertos símbolos suplementarios son
usados en combinación con los símbolos básicos
de soldadura, otros van a aparecer en la línea de
referencia. La figura 4.51 identifica estos
símbolos suplementarios.
Métodos de Acabado
Los símbolos suplementarios especificando
forma son incluidos con el símbolo de soldadura
cuando la superficie terminada de la soldadura
deba aparecer plana, cóncava o convexa. Ciertos
símbolos de terminación superficial de
mecanizado pueden ser añadidos para indicar el
tipo de método usado para obtener la forma
deseada. Estos métodos mecánicos son indicados
mediante el uso de una letra designada, que
significa el método de terminación requerido;
pero no el grado de terminación. La letra U puede
ser usada cuando la terminación es necesaria pero
el método no ha sido aún determinado. La figura
4.52 ilustra el uso de los símbolos suplementarios
de terminación y forma.
Métodos mecánicos:
C= Cincelado
G= Amolado
H= Martillado
M= Mecanizado
R= Laminado
U= No especificado
Símbolos de soldadura en campo
Figura 4.52 – Contorno – Símbolos de
soldadura en campo y de acabado
Los símbolos de soldadura en campo son
soldaduras no hechas en el taller o en el lugar
donde las partes o ensambles son inicialmente
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construidos. El símbolo conocido como bandera
de campo es ubicado arriba o abajo, y en ángulo
recto respecto de la línea de referencia en la
unión con la flecha. No tiene importancia de que
lado se coloca respecto de la soldadura requerida.
La bandera puede apuntar en una u otra dirección
o en la misma dirección que la flecha. La figura
4.52, muestra una cantidad de símbolos de
soldadura usados en combinación con los
símbolos de soldadura en campo.
Símbolos de sobre espesor de raíz por
penetración (melt thru)
El símbolo sobre espesor de raíz por
penetración (melt through) es usado únicamente
cuando se necesita penetración total de la raíz
además de sobre espesor de raíz, en soldaduras
hechas de un lado. El símbolo es colocado en el
lado de la línea de referencia opuesto al símbolo
de soldadura. La altura de sobre espesor de raíz
requerida es especificada colocando la dimensión
requerida en la derecha del símbolo sobre espesor
de raíz por penetración (melt through). Ejemplos
de estro son mostrados en la figura 4.53. La altura
de sobre espesor de raíz puede no estar
especificada.
Los símbolos sobre espesor de raíz por
penetración (melt through) usados con la
simbología de soldadura en borde de componente
curvo es también colocado en el lado opuesto a la
línea de referencia y el símbolo se mantiene igual
mientras la junta es detallada o no se detalla en el
plano. Cuando el símbolo de sobre espesor de
raíz por penetración (melt through) es usado en
combinación con la simbología de soldadura de
junta en L de componente curvo es también
colocado en el lado opuesto a la línea de
referencia, de todos modos la flecha va a estar
quebrada y apuntando al componente que está
curvado cuando ningún detalle sea dado.
Figura 4.53 – Uso del símbolo de sobre espesor
de raíz por penetración
Figura 4.54 – Símbolo de soldadura en L con componentes curvos con el símbolo de sobre espesor de
raíz aplicado
Símbolos de respaldo y de separador
Las juntas con respaldo son especificados
colocando el símbolo de respaldo en el lado de la
línea de referencia opuesto al símbolo de
soldadura con bisel. Si el respaldo va a ser
removido después de soldar, una “R” es colocada
adentro del símbolo de respaldo; ver figura 4.55.
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El material y las dimensiones del respaldo son
especificados en la cola del símbolo o en una nota
colocada en el plano cerca de la junta a soldar. El
símbolo de respaldo es distinto del símbolo de
soldadura de reverso y del símbolo de soldadura
de respaldo. Respaldo es un material o un
mecanismo colocado en la parte trasera de un
bisel. Las soldaduras de respaldo y de reverso son
soldaduras aplicadas a la parte de atrás de una
junta. El símbolo de respaldo, aunque parecido al
de soldadura en tapón o en ojal, es distinguido
por la presencia del símbolo de soldadura con
bisel, con el cual es usado.
Figura 4.55 – Uso del símbolo de respaldo
Figura 4.56 – Símbolo de soldadura con bisel
con separador
Las juntas que requieran separadores son
especificadas modificando el símbolo del bisel
para mostrar un rectángulo adentro de él. Los
separadores son ilustrados en la figura 4.56. El
separador es aplicado a las juntas soldadas de
ambos lados y es generalmente centrado en las
superficies de raíz el talón de los componentes
preparados. Puede ser usado para mantener en
posición aberturas de raíz críticas. El separador
puede ser removido después de soldar de un lado
en forma completa, o puede permanecer como
parte de la junta soldada. Cuando se usa en
combinación con líneas de referencia múltiple, el
símbolo aparece en la línea más próxima a la
flecha. Los materiales y dimensiones del
separador son mostrados en la cola del símbolo o
escritos en el plano cerca de la junta soldada. El
símbolo del separador es centrado en la línea de
referencia, y es similar a la apariencia de la junta
soldada; centrándolo en la línea de referencia se
distingue del símbolo de respaldo.
Símbolos de insertos consumibles
Los insertos consumibles son flejes o
anillos de metal de aporte, sumados a la junta a
soldar, que completamente se funden en los
elementos a unir. El inserto puede tener una
composición especial de metal de aporte para
prevenir la porosidad y permitir que el metal
soldado alcance los requerimientos específicos.
Generalmente, los separadores son soldados con
procesos de soldadura GTAW. El símbolo es
especificado colocando el símbolo en el lado
opuesto del símbolo de soldadura con bisel. El
inserto consumible clase AWS es colocado en la
cola del símbolo; los insertos son mostrados en la
figura 4.57
Figura 4.57 – Símbolo de insertos consumibles
Símbolo de soldadura todo alrededor
Este símbolo, mostrado en la figura 4.58,
es usado para mostrar aplicaciones de soldadura,
hechas completamente alrededor de las juntas
especificadas. El símbolo puede ser usado en
combinación o con símbolos solos de soldadura.
Las series de juntas pueden involucrar diferentes
direcciones y pueden estar en más de un plano. El
símbolo es centrado en la junta entre la línea de
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referencia y la flecha. Los símbolos de todo
alrededor no son usados para soldaduras
circunferenciales hechas alrededor de tubos.
Figura 4.58 – Símbolo de soldadura todo
alrededor
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Figura 4.59 – Especificación de la extensión de la soldadura
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Figura 4.59 (continuación) – Especificación de la extensión de la soldadura
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Figura 4.59 (continuación) – Especificación de la extensión de la soldadura
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Figura 4.60 – Aplicaciones del símbolo de sobre espesor de raíz por penetración (melt through)
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Figura 4.61 – Aplicaciones de la simbología de soldadura “típica”
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SÍMBOLOS DE DIMENSIONAMIENTO DE
SOLDADURA
Ha sido previamente notado que cada
símbolo básico de soldadura es un detalle en
miniatura de la soldadura a ser colocada en la
junta soldada. Por eso, si un grupo específico de
dimensiones son sumadas al símbolo de
soldadura; y las notaciones, especificaciones o
referencias son colocadas en la cola del símbolo
de soldadura; se elimina la necesidad de un
esquema grande y detallado en el plano.
Hay posiciones certeras, específicas y
definidas en el símbolo de soldadura para
designar las dimensiones de la soldadura. El
tamaño de la soldadura o resistencia, longitud,
paso o número puede ser especificado. Además,
información dimensional con respecto a la
abertura de raíz, profundidad del llenado,
profundidad de la preparación y ángulo del bisel
pueden ser incluidos.
Cada elemento del símbolo de soldadura
se convierte en una herramienta importante para
el personal y el inspector de soldadura. Su
habilidad como inspector para interpretar con
precisión la simbología de soldadura es
extremadamente importante, dado que la
información en la simbología de soldadura afecta
definitivamente las preparaciones o el ensamble
de las partes. La información recogida mientras
se interpreta un plano debe incluir la información
especificada para la preparación de una junta o
soldadura. Esta sección examina en detalle los
aspectos de dimensionamiento de la simbología
de soldadura para cada tipo de soldadura.
SOLDADURA DE FILETE
Las soldaduras de filete son
dimensionadas de acuerdo al tamaño, longitud y
paso cuando se indica. Las dimensiones de las
soldaduras de filete son colocadas en el mismo
lado de la línea de referencia como el símbolo de
soldadura. Las dimensiones de las soldaduras de
filete doble son colocadas en ambos lados de la
línea de referencia aún cuando sean diferentes o
idénticas. Las dimensiones de la soldadura de
filete especificadas en las notas del plano no
necesitan ser repetidas en el símbolo. Las figuras
4.62 a 4.64 ilustran estos aspectos.
Las dimensiones de una soldadura de
filete son colocadas a la izquierda del símbolo, y
no van entre paréntesis como en el caso de las
soldaduras con bisel. Soldaduras de filete de
catetos desiguales son también colocadas a la
izquierda del símbolo de soldadura. La
información de las dimensiones no va a indicar
que tamaño se aplica a uno u otro de los catetos;
esto debe ser mostrado por un detalle en el plano
o nota.
Figura 4.62 – Dimensiones de la soldadura de
filete
Figura 4.63 – Tamaño – Soldaduras de filete
con catetos desiguales
La longitud de una soldadura de filete es
colocada en la izquierda del símbolo. Las
dimensiones de longitud no aparecen cuando la
soldadura es hecha sobre toda la longitud de la
junta. La extensión de la soldadura de filete
puede ser gráficamente representada con el uso
de sombreado cruzado en conjunto con los
objetos del plano y las dimensiones. La
simbología de soldadura par ubicaciones y
tamaños específicos puede también ser hechos en
conjunto con las dimensiones de plano. El paso
(medido de centro a centro) de las soldaduras es
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colocado a la derecha de la longitud y separado
por un guión.
Figura 4.64 – Soldaduras de filete – Longitud -
Paso En soldadura de filete discontinua
simétrica las dimensiones son colocadas en
ambos lados de la línea de referencia; las
soldaduras son hechas opuestas una a la otra
sobre ambas juntas. Para la soldadura de filete
discontinua asimétrica las soldaduras son
dimensionadas de la misma manera, con
soldaduras colocadas en lo lados opuestos de las
juntas, pero no opuestas una a otra; están
espaciadas simétricamente. La figura 4.65
muestra la longitud y la convención para
soldadura de filete discontinua. Las figuras 4.69 a
4.72 muestran ejemplos adicionales de
dimensionamiento de soldaduras de filete.
Figura 4.65 – Soldaduras de filete discontinuas
Soldaduras en botón o tapón y en ojal o
ranura
Las soldaduras en tapón en tapón o botón
y en ojalen ojal o ranura son identificadas
mediante el mismo símbolo de soldadura; la
posición del símbolo de soldadura para ambos
tipos de puede ser a uno u otro lado de la línea de
referencia. Tres elementos dimensionales
distinguen a la soldadura de en tapón de la de
soldadura en ojal o ranura; primero, la soldadura
en tapón en tapón o botón se mide por el diámetro
mientras que la soldadura en ojalen ojal o ranura
se mide por el ancho. El tamaño de la soldadura
en tapón en tapón o botón es indicado por el uso
de un símbolo de diámetro. Este símbolo es
omitido en la especificación de soldadura en
ojalen ojal o ranura, ya que se especifica el
ancho. Segundo, la longitud es empleada en la
soldadura en ojalen ojal o ranura. El paso para
una soldadura en ojalen ojal o ranura es colocado
en la misma posición que la longitud de
soldadura. Tercero, la posición y orientación de
los ojales debe ser indicada en el plano. Ver
figuras 4.66 y 4.68.
Figura 4.66 – Diferencias entre soldaduras en
botón y en ojal Las soldaduras en tapón en tapón o botón
son dimensionadas de acuerdo al tamaño de la
soldadura, ángulo de avellanado, profundidad del
relleno, paso y número de soldaduras requeridas.
La información de soldadura en tapón en tapón o
botón es colocada en el lado de la línea de
referencia donde el símbolo aparece. La flecha de
la simbología de soldadura debe conectar la línea
de referencia de la simbología de soldadura a la
superficie exterior de uno de los componentes a
unir en la línea central de la soldadura deseada.
Ver figura 4.67.
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Figura 4.67 – Dimensiones de las soldaduras
en botón El tamaño de la soldadura en tapón en
tapón o botón es colocado en la izquierda del
símbolo, sin tener en cuenta la flecha o el
significado del other si de otro lado. El tamaño es
determinado por el diámetro del agujero en la
superficie de contacto.
El ángulo de avellanado para soldadura
en tapón o botónes colocado arriba o debajo del
símbolo de soldadura dependiendo de la
ubicación del símbolo sobre la línea de
referencia.
La profundidad del relleno es indicada
colocando la cantidad en el interior del símbolo
de soldadura (cuando sea menos que el total). Si
se omite la dimensión, esto indica que el agujero
debe ser completamente rellenado.
El paso, es colocado a la derecha del
símbolo de soldadura. La separación en cualquier
configuración diferente a una línea recta debe ser
marcada en el plano.
Numero de soldaduras en tapón n tapón
o botón. Cuando un número definido de
soldaduras en tapón en tapón o botón son
requeridas, el número deseado es especificado
entre paréntesis del mismo lado de la línea de
referencia como el símbolo de soldaduras. La
dimensión es colocada encima o debajo del
símbolo de soldadura dependiendo de la posición
del símbolo sobre la línea de referencia.
Los contornos en soldaduras en tapón en
tapón o botón que sean obtenidos por soldadura,
tendrán superficies aproximadamente planas o
convexas. Cuando es especificada una
terminación de la soldadura, es aplicada la letra
apropiada encima del símbolo de contorno.
Algunas veces el tipo de soldadura
especificada para agujeros va a requerir soldadura
de filete. En esos casos, el símbolo de soldadura
en tapón en tapón o botón no va a estar
especificado; en cambio, el símbolo de soldadura
de filete será usado, y un símbolo de todo
alrededor es generalmente incluid para completar
la configuración de soldadura requerida. Ver
figura 4.72 (A). Ver figura 4.73 para otros
ejemplos de dimensiones en soldaduras en tapón
en tapón o botón.
Soldaduras en ojal o ranura
Las soldaduras en ojalen ojal o ranura son
dimensionadas de acuerdo al ancho, largo, ángulo
de avellanado, profundidad de relleno, paso y el
número de soldaduras requerido. La información
sobre soldadura en ojalen ojal o ranura es
colocada en el lado de la línea de referencia
donde el símbolo de soldadura aparece. La flecha
de la simbología de soldadura debe conectar la
línea de referencia de la simbología de soldadura
con la superficie exterior de uno de los
componentes de la junta en el centro de la
soldadura deseada. Además, la ubicación y
orientación de los ojales debe estar especificada
en el plano. Ver figura 4.68.
Figura 4.68 – Dimensiones de las soldaduras
en ojal Ancho de la soldadura en ojalen ojal o
ranura: se coloca a la izquierda del símbolo, sin
tener en cuenta la flecha u otro significado de
posición. El ancho es la dimensión del ojal,
medida en la dirección del eje menor en la
superficie de contacto.
Largo de la soldadura en ojal o ranura: se
coloca a la izquierda del símbolo, sin tener en
cuenta la flecha u otro significado de posición. El
largo es la dimensión del ojal medida en la
dirección del eje mayor en la superficie de
contacto.
Ángulo de avellanado para una soldadura
en ojal o ranura: se coloca arriba o debajo del
símbolo de soldadura dependiendo de la
ubicación del símbolo sobre la línea de
referencia. El ángulo de avellanado es el ángulo
incluido de biselado del ojal.
Profundidad de relleno: se indica
colocando la dimensión adentro del símbolo de
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soldadura en ojal o ranura, cuando el relleno no
sea total. Si la dimensión ha sido omitida, esto
indica que el agujero va completamente relleno.
Figura 4.69 – Especificación del tamaño y la longitud de soldaduras de filete
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Figura 4.70 – Especificación de la posición y extensión de las soldaduras de filete
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Figura 4.71 – Aplicaciones de los símbolos de soldaduras de filete
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Figura 4.72 – Aplicaciones del símbolo de soldadura de filete
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Figura 4.73 – Aplicaciones de las dimensiones a soldaduras en botón
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Figura 4.74 – Aplicaciones de las dimensiones a soldaduras en ojal
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Separación o espaciamiento paso (es la
distancia de centro a centro de uno o más
soldaduras en ojalen ojal o ranura): se coloca a la
izquierda del largo, separado por un guión.
Número de soldadura en ojalen ojal o
ranura: cuando se requiera un número definido de
soldaduras en ojalen ojal o ranura, el número
deseado se especifica entre paréntesis en el
mismo lado de la línea de referencia del símbolo
de soldadura. Esta dimensión se coloca arriba o
abajo del símbolo de soldadura, dependiendo de
dónde se haya colocado el símbolo de soldadura
respecto a la línea de referencia. Si el ángulo de
avellanado está incluido en la simbología de
soldadura, el número requerido de soldaduras en
ojalen ojal o ranura se coloca arriba o abajo del
ángulo de avellanado como sea apropiado. Ver
figura 4.74 para ejemplos de dimensionado de
soldaduras en ojalen ojal o ranura.
Los contornos de las soldaduras en ojalen
ojal o ranura que se obtienen por soldadura, van a
tener una apariencia superficial aproximadamente
plana o convexa. Cuando una soldadura posterior
de acabado (contorno obtenido después de soldar)
es especificada, la letra apropiada se aplica
encima del símbolo de contorno. Esto significa el
método empleado para obtener el contorno
deseado, pero no especifica el grado de acabado.
El grado de acabado se indica por una nota en el
plano, o en un detalle.
Algunas veces el tipo de soldadura
especificada para una soldadura en ojalen
ojal o ranura va a requerir una soldadura en filete
soldadura de filete. En estos casos, el símbolo de
soldadura en ojalen ojal o ranura no va a estar
especificado; en cambio va a ser aplicado el
símbolo de soldadura en filete soldadura de filete
y el símbolo de todo alrededor.
Soldadura por Proyección y por Puntos
La soldadura por proyección y por puntos
comparte el mismo símbolo, un círculo colocado
debajo, encima o montado sobre la línea de
referencia. Pueden diferenciarse por diferencias
en el proceso de soldado, diseño de juntas,
detalles en el plano y la referencia en el pie.
Soldadura por Puntos
Una soldadura por puntos puede
realizarse usando soldadura por resistencia, por
arco con electrodo de tungsteno y protección
gaseosa (GTAW), por haz de electrones o por
ultrasonido. Tiene aplicaciones limitadas cuando
se realiza por arco alambre y protección gaseosa
(GMAW) o por arco con electrodo revestido. La
simbología de soldadura por puntos se coloca
debajo, encima o centrada respecto a la línea de
referencia dependiendo del proceso de soldadura
empleado.
La simbología de soldadura para
dimensiones de la soldadura por puntos incluye:
tamaño de soldadura o resistencia, separación y
número de puntos. El proceso de soldadura está
siempre indicado al pie del símbolo. Las
dimensiones se colocan del mismo lado de la
línea de referencia como el símbolo, o en
cualquier lado en el caso que no haya flecha u
otro significado de lado. Cuando la soldadura por
puntos está agrupada, o esté especificada la
extensión de la soldadura por puntos, el
dimensionamiento y la ubicación van a estar
claramente marcadas en el plano.
El tamaño de la soldadura en ojal por
puntos y la resistencia están colocados a la
derecha izquierda del símbolo. El tamaño de la
soldadura es medido por el diámetro de la
soldadura en el punto de contacto de las
superficies de contacto de los componentes. O el
tamaño o la resistencia, pero no ambas
dimensiones, van a aparecer en conjunto con la
simbología de soldadura.
Separación o espaciamiento paso de una
o más soldadura por puntos hechas en línea recta
son indicadas colocando la distancia apropiada a
la izquierda derecha del símbolo de soldadura por
puntos.
El número de soldaduras por puntos
requerido se coloca encima o debajo del símbolo,
dependiendo de la posición del símbolo, y está
especificado entre paréntesis.
Soldadura por puntos agrupadas pueden
representarse por el uso de líneas de centro
intersectantes. En este caso, flechas múltiples que
conectan la línea de referencia de la simbología
de soldadura van a apuntar hacia por lo menos
una de las líneas de centro que pasan a través de
cada posición de soldadura. Si la soldadura por
puntos debe estar agrupada aleatoriamente, el
área dónde las soldaduras van a ser aplicadas
debe estar claramente indicada en el plano.
Extensión de la soldadura por puntos.
Algunas veces la soldadura por puntos puede
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extenderse menos que la distancia entre cambios
abruptos en la dirección de soldadura, o menos
que la extensión total de la junta. En los casos
que esto ocurre, la extensión deseada de
soldadura debe estar dimensionada en el plano.
Los contornos de soldadura por puntos
que son obtenidos por soldadura, van a tener una
apariencia superficial que es aproximadamente
plana o convexa. Cuando se especifica soldadura
de terminación posterior, la letra apropiada es
aplicada encima del símbolo de contorno. Esto
significa el método empleado para obtener el
contorno deseado, pero no especifica el grado de
terminación. El grado de terminación está
especificado por una nota en el plano. Ejemplos
de dimensionamiento de soldadura por puntos son
mostrados en las figuras 4.76 y 4.77.
Soldadura por Proyección
El símbolo de soldadura por proyección
se coloca encima o debajo de la línea de
referencia de acuerdo al diseño de junta o proceso
usado (tipo soldadura por resistencia). El símbolo
para este tipo de soldadura nunca es colocado
montado sobre la línea de referencia. Cuando es
usada soldadura por proyección, el proceso de
soldadura, siempre será identificado al pie de la
simbología de soldadura. La designación de lado
del símbolo de soldadura por proyección indica
cuál de los componentes es grabado conformado
(embossed). Ver figura 4.75.
Soldadura por Costura
El símbolo de soldadura por costura,
puede o no tener lado de flecha u otro significado
de lado, de acuerdo a la posición de la línea de
referencia y el proceso de soldadura usado.
Cuando el símbolo de soldadura es colocado
centrado sobre la línea, no tiene significado de
ambos lados otro lado; a menos que, no
especifique flecha y otro significado de lado.
Las soldaduras de costura son
dimensionadas de acuerdo al tamaño o
resistencia, longitud y/o paso y el número de
soldaduras requeridas. El proceso de soldadura
usado va a ser especificado en la piel a cola de la
simbología de soldadura.
Las dimensiones del tamaño o resistencia
son colocadas a la derecha izquierda del símbolo
del mismo lado que la posición del símbolo de
soldadura o a la derecha izquierda en cualquier
lado en el caso de que no tenga significado. El
tamaño de la soldadura por costura es medido de
acuerdo al ancho de la soldadura en la superficie
de contacto de los componentes. La resistencia es
especificada en libras por pulgada o en Newton
por milímetro para sistema métrico. Las
especificaciones de tamaño y resistencia no se
especifican al mismo tiempo.
Longitud y paso de la soldadura por
costura: La longitud de una soldadura por costura
se coloca del lado izquierdo del símbolo de
soldadura. Si la soldadura se extiende a lo largo
de toda la junta, o toda la distancia entre cambios
abruptos de la dirección de la soldadura; se omite
poner la longitud.
Algunas veces, la soldadura por costura
es hecha en forma discontinua. En estos casos
debe colocarse el paso a la derecha de la longitud,
separado por un guión. Si dos o más soldaduras
por costura son aplicadas en forma discontinua,
se entiende que la longitud y el paso son medidas
en forma paralela al eje de soldadura. Cuando la
orientación sea otra que la paralela al eje de
soldadura, se especificará claramente en un
detalle en el plano la orientación deseada.
El número de soldaduras por costura
requerido es colocado arriba o abajo del símbolo
de soldadura (dependiendo de la ubicación del
símbolo) y está especificada entre paréntesis.
Los contornos de la soldadura por costura
que son obtenidos por soldadura, van a tener una
superficie de soldadura aproximadamente plana o
convexa. Cuando sea especificada una soldadura
de terminación, se aplica la letra apropiada
encima del símbolo de contorno. Esto significa el
método usado para obtener el contorno deseado,
pero no especifica el grado de terminación. El
grado de terminación se indica por una nota en el
plano o un detalle. Ver figuras 4.78 y 4.79 para
ejemplos de dimensionado de soldadura por
costura.
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Figura 4.75 – Dimensiones de soldadura por proyección
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Figura 4.76 – Aplicaciones del símbolo de soldadura por puntos
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Figura 4.77 – Dimensiones de la soldadura por puntos
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Figura 4.78 (continuación) – Dimensiones de la soldadura por puntos
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Soldaduras de espárragos
El símbolo de soldadura de espárragos es
una nueva categoría de símbolo de soldadura. En
el sentido común, el símbolo de soldadura por
espárrago no indica la soldadura de una junta. Por
este motivo no tiene el lado de la flecha o uno u
otro lado. El símbolo está siempre colocado
debajo de la línea de referencia y apunta siempre
directamente hacia la superficie donde los
espárragos son soldados. Los espárragos son
dimensionados de acuerdo al tamaño del
espárrago (derecha izquierda del símbolo),
separación (izquierda derecha del símbolo) y
número de espárragos requeridos (colocados
debajo del símbolo entre paréntesis). La
ubicación de los primeros y últimos espárragos
colocados en una línea va a ser dimensionada en
el plano, y una flecha va a apuntar directamente
hacia el comienzo de cada línea de espárragos. En
el caso de líneas múltiples de espárragos, flechas
múltiples van a apuntar hacia cada una de la s
líneas. Ver figura 4.81.
Soldaduras de recargue
Muchas veces los soldadores van a ser
llamados para colocar capas de soldadura
(recargue) sobre superficies metálicas, o para
hacer un rayado sobre equipos pesados. En las
fábricas que incluyen talleres de maquinarias o
departamentos de construcción o reparación, el
soldador puede ser llamado para recargar un árbol
u otras piezas, de manera que luego mediante un
mecanizado se puedan alcanzar la dimensión
deseada o el diámetro buscado.
El recargue es también empleado para
proveer resistencia a la corrosión o superficies
resistentes al calor (enmantecado). En algunas
aplicaciones de recargue, “pasadas de
enmantecado” son soldadas a la superficie de
componentes existentes, antes de que los
componentes preparados sean instalados.
El “enmantecado” es hecho para
mantener al metal de soldadura uniforme
(metalúrgicamente compatible), y en algunas
aplicaciones, hacer una transición entre dos
metales de soldadura disímiles. La soldadura de
recargue pueden ser aplicadas usando una o
múltiples pasadas, y pueden incluir una o más
capas.
Los símbolos de soldadura de recargue no indican
juntas soldadas; por eso, no tiene significado el
lado de la flecha u otro lado. El símbolo siempre
aparece debajo de la línea de referencia como
símbolo de soldadura. La flecha de la simbología
de soldadura apunta claramente hacia el área ser
recargada con la soldadura de recargue.
Tamaño (mínimo espesor), las
dimensiones son colocadas a la izquierda del
símbolo de soldadura. La dirección de soldadura
es colocada en la cola de la simbología de
soldadura. La dirección puede también
especificarse en el plano.
En el caso de varias capas de soldadura
de recargue, el uso de líneas de referencia
múltiples puede ser empleado y esto puede
mostrar el tamaño requerido (espesor) de cada
capa y la dirección de soldadura en la cola del
símbolo o en el plano.
Cuando el área entera de la superficie va
a ser recargada, no es necesario poner otra
dimensión más que el espesor en la simbología de
soldadura. En los casos en que solamente una
porción del área va a ser recargada por soldadura
de recargue, la extensión de la soldadura, la
posición y la orientación van a ser mostrados en
el plano. Ver figura 4.82 para dimensionamiento
de soldadura de recargue.
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Figura 4.79 – Aplicaciones del símbolo de soldadura por costura
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Figura 4.80 – Dimensiones de la soldadura por costura
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Figura 4.80 (continuación) – Dimensiones de las costuras de soldadura
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Figura 4.81 – Aplicaciones del símbolo de soldadura por espárragos
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Figura 4.82 – Dimensiones de la soldadura de recargue
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Símbolos de soldadura de reverso y de
respaldo
Los símbolos de soldadura de soldadura
de reverso y soldadura de respaldo son idénticos.
El término soldadura de reverso o sold el piel a
coladura de respaldo esta especificado en el piel
a cola de la simbología de soldadura y provee una
indicación de la secuencia de soldadura cuando es
usado en combinación con un símbolo de
soldadura que tiene una línea de referencia.
Soldaduras de respaldo son hechas en el
lado opuesto de una soldadura con bisel antes de
que la soldadura con bisel sea aplicada. Cuando
son mostradas en conjunto con un símbolo de
soldadura que emplea líneas de referencia
múltiples, el símbolo de soldadura de respaldo va
a estar ubicado sobre la línea de referencia más
cercana a la flecha.
Soldaduras de reverso son hechas
después de que el bisel ha sido soldado,
generalmente después de que alguna operación de
limado o rasqueteado repelado o amolado haya
sido realizada para asegurar que se remueva la
primer raíz de soldadura. Cuando es usado con la
simbología de soldadura teniendo líneas de
referencia múltiples, el símbolo va a aparecer en
la línea después de uno que contenga la
simbología de soldadura con bisel. El símbolo
siempre va a aparecer en le lado opuesto del bisel
soldado.
Los contornos de la soldadura de reverso
o de la soldadura de respaldo que son obtenidos
mediante soldadura, van a tener apariencias
superficiales que son aproximadamente planas o
convexas. Cuando esté especificada soldadura
para terminación superficial, la letra apropiada es
aplicada sobre el símbolo de contorno. Esto
significa el método empleado para obtener ese
contorno deseado, pero no especifica el grado de
terminación. El grado de terminación es indicado
por una nota en el plano, o un dibujo detalle. Ver
figura 4.83 para ejemplos de uso de símbolos de
soldadura de reverso y soldadura de respaldo.
Símbolos de soldadura de componentes curvos
Hay dos tipos de símbolos de soldadura
de componentes curvos, el símbolo de soldadura
de componentes curvos y junta en borde y el
símbolo de soldadura de componentes curvos y
junta en L. A diferencia de otra simbología de
soldadura, el uso de estos símbolos no denota un
tipo específico de soldadura, sino que, se refieren
al tipo de junta usada. El o los tipos específicos
de soldadura empleados dependen de la
configuración de la junta de componentes curvos.
El uso del símbolo de soldadura de
componentes curvos es destinado para juntas de
chapas metálicas. Los componentes son
preparados doblando uno o ambos componentes
externos de la junta. Una junta de componentes
curvos puede también incluir varios componentes
colocados entre los dos componentes externos.
Fue previamente informado de la
existencia de la clasificación de los cinco tipos de
juntas con componentes curvos. Para este manual,
solamente tres de las cinco clasificaciones pueden
ser identificadas por un símbolo de junta de
componentes curvos. Los primeros dos son el
símbolo de junta en borde con componentes
curvos y junta en L con componentes curvos. El
tercer tipo de junta, una junta a tope con
componentes curvos (sin símbolo específico)
puede ser identificada por el empleo de un
símbolo de junta en borde con componentes
curvos por su parecido a la configuración de una
junta en borde con componentes curvos.
El símbolo de la junta en L con
componentes curvos tiene una línea recta
perpendicular dibujada a la derecha izquierda y
una línea perpendicular que se dobla afuera en la
línea de referencia en el lado izquierdo. El
símbolo de junta en borde con componentes
curvos es dibujado con dos líneas perpendiculares
que ambas se doblan afuera en la línea de
referencia. En ambos símbolos tiene significado
el lado de la flecha o el otro lado. Los símbolos
de soldadura de componentes curvos no tienen
significado de ambos lados otro lado debido a la
preparación de la junta de los componentes.
Porque ambos componentes son curvos para una
junta soldada en borde con componentes curvos,
el uso de una flecha quebrada no es necesario
cuando la junta no está detallada. Porque
solamente uno de los componentes tiene bordes
curvos, una flecha quebrada debe usarse para
apuntar hacia el componente con bordes curvos.
Si la junta en L con componentes curvos está
detallada en el plano, la flecha no necesita ser
quebrada.
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Figura 4.84 – Posición de las dimensiones de la
soldadura con componentes curvos Se aplican tres dimensiones a los
símbolos de soldadura de juntas con componentes
curvos, radio de acuerdo radio del borde, longitud
del resalte medida del borde y espesor de
soldadura. Todas las dimensiones son colocadas
a la derecha izquierda de la simbología de
soldadura. Las dimensiones son leídas de derecha
izquierda a izquierda derecha, primero el radio,
después la longitud del resalte medida del borde,
seguido por el espesor de soldadura centrado
directamente debajo o encima de estas dos
dimensiones dependiendo del la posición del
símbolo de soldadura respecto de la línea de
referencia. Una abertura de raíz (el tamaño
especificado de la separación en la junta entre los
componentes) también puede ser aplicada. La
dimensión de la abertura de raíz es colocada
adentro de la simbología de soldadura. Ver figura
4.84.
Radio de acuerdo Radio del borde y
longitud del resalte medida del borde son
colocadas a la derecha izquierda del símbolo de
soldadura. Ambas dimensiones son separadas por
un signo +. La dimensión del radio de acuerdo
radio del borde aparece primero, seguida del
signo más, después la longitud del resalte medida
del borde. Las dimensiones son leídas en ese
orden (de derecha izquierda a izquierda derecha)
a lo largo de la línea de referencia. El espesor de
soldadura se indica colocando la dimensión
requerida encima o debajo del radio de acuerdo
radio del borde y de la longitud del resalte
medida del borde como se aplica a la posición del
símbolo de soldadura respecto de la línea de
referencia.
Abertura de raíz, las dimensiones son
colocadas dentro del símbolo de soldadura.
Cuando se requiera una junta con
penetración total (JCP), el símbolo de sobre
espesor de raíz por penetración (melt through) va
a aparecer del lado opuesto a la línea de
referencia. El símbolo de sobre espesor de raíz
por penetración (melt through) es usado sin tener
en cuenta a cualquier vista que detalle la junta
soldada en el plano. La figura 4.85 ilustra esta
convención.
Los símbolos de contorno no son usados
en conjunto con los de soldadura con
componentes curvos. Ver figuras 4.86 y 4.87 para
el empleo de símbolos de soldadura con
componentes curvos.
Soldaduras con bisel
Previamente, fue hecha una aclaración de
que el símbolo de soldadura es un detalle en
miniatura de l aparte o superficie hacia la cuál
apunta. Las soldaduras con bisel requieren
generalmente alguna clase de preparación de
borde en la junta, y la abertura de raíz de todas las
juntas de biseles afectan la preparación de las
partes cuando es especificada una separación de
los componentes. Ocho tipos de símbolos de
soldadura con bisel han sido desarrollados de
acuerdo a las normas ANSI/AWS A2.4 y son
ilustrados en la figura 4.88.
Todos los símbolos de soldadura con
bisel tienen un lado de la flecha, un lado opuesto
y un significado de ambos lados otro lado. El
símbolo de soldadura con bisel con bordes rectos
puede no tener lado de la flecha o significado de
ambos lados otro lado, significando que la
soldadura puede ser comenzada de cualquiera de
los dos lados. Como con otros símbolos de
soldadura, el significado de la localización es
determinado por el lado de la línea de referencia
sobre la cual el símbolo es colocado.
Flechas quebradas son usadas con el
símbolo de soldadura con bisel en V, bisel en J y
bisel en ½ V ensanchado. El uso de una flecha
quebrada para estos tres símbolos identifica que
el componente de la junta debe ser preparado. No
es necesario el uso de una flecha quebrada si la
junta es detallada en el plano.
Las dimensiones para un solo bisel son colocadas
en el mismo lado de la línea de referencia como
el símbolo. Para ambos biseles, las dimensiones
son colocadas sobre ambos lados de la línea de
referencia para cada bisel, excepto para la
abertura de raíz que aparece solamente una vez.
Ver figura 4.92 (B).
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Figura 4.83 – Aplicación del símbolo de soldadura de reverso y de respaldo
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Figura 4.85 – Aplicaciones del símbolo de sobre espesor de raíz por penetración a soldaduras de
componentes curvos
Figura 4.86 – Dimensiones de soldadura en borde con componentes curvos
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Figura 4.87 – Aplicaciones del símbolo de soldadura con componentes curvos
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Figura 4.88 – Símbolos de soldadura con bisel
Figura 4.89 – Profundidad de bisel –Tamaño
de la soldadura con bisel
Las dimensiones que son comunes a
todas las soldaduras con bisel incluyen,
profundidad del bisel, tamaño de la soldadura con
bisel, abertura de raíz y ángulo de bisel.
Dimensiones adicionales aplicables a soldaduras
con bisel en J y en U incluyen al radio y a la
abertura de raíz al talón. El radio es también
usado en la especificación del tamaño para la
soldadura con bisel en ½ V ensanchado y para la
soldadura con bisel en V ensanchado. Ver figuras
4.92 a 4.97.
Profundidad de bisel es colocada a la
derecha izquierda del símbolo de soldadura
representado por una “S” en la figura 4.89. La
profundidad de bisel es definida como, “la
distancia perpendicular desde la superficie del
metal base hasta el borde de raíz o el comienzo
de la superficie de raíz del talón”. Ver figuras
4.94(A, B y C).
Tamaño de la soldadura con bisel es, “la
penetración de la junta adentro del bisel”. La
penetración puede incluir la fusión del metal base
en la profundidad del bisel o detrás de ella, la
superficie del bisel y/o la superficie de raíz el
talón, representada pro “(E)”en la figura 4.89. Las
dimensiones del tamaño de la soldadura con bisel
son colocadas entre paréntesis, entre la dimensión
para la profundidad del bisel y el símbolo de
soldadura. Ver figuras 4.92 hasta 4.97.
Excepto para la soldadura con bisel con
bordes rectos, el tamaño de la soldadura con bisel
“(E)”, en relación con la profundidad de bisel
“S”, es mostrada como “S (E)” a la derecha del
símbolo de soldadura. Debido a la geometría de
junta, los bordes rectos, solamente el tamaño de
la soldadura “(E)” es mostrado para una
soldadura con bisel con bordes rectos. Ver figuras
4.94-4.96 y 4.100.
Abertura de raíz es, “la separación en la
raíz de junta raíz de la junta entre las piezas” que
forman la junta. La raíz de una junta es o
“abierta” o “cerrada”. Cuando es indicada una
separación, la dimensión de la abertura de raíz, es
indicada, la dimensión aparece adentro del
símbolo de la soldadura con bisel. Esta dimensión
es especificada solo una vez para una junta de
bisel doble soldada, generalmente del lado de la
flecha del símbolo de soldadura. Ver figura
4.101(D).
La abertura de raíz afecta a la preparación
de los componentes cuando en un plano se
especifica el tamaño de diseño (dimensión
general de los componentes después de la
presentación), más que el tamaño real (tamaño
verdadero de un componente después que las
tolerancias son aplicadas). Las tolerancias deben
ser usadas cuando una abertura de raíz es
especificada en el símbolo de soldadura y son
especificadas dimensiones de diseño para un
objeto particular en el caso de un plano.
Angulo de bisel, es especificado afuera
del símbolo de soldadura, colocado encima o
debajo del símbolo dependiendo de la posición
del mismo respecto de la línea de referencia. El
dimensionamiento del ángulo es especificado en
grados, º, indicando el ángulo formado por los
componentes a ser soldados. Cuando un ángulo
de bisel afecta a ambos componentes (como V o
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U), el ángulo de chaflán para cada componente es
igual a la mitad de la dimensión dada. Por
ejemplo, para una soldadura con bisel en V con
una dimensión de 60º, requiere que cada
componente sea biselado a 30º. Cuando son
combinados, ambos componentes forman un
ángulo incluido, el ángulo de bisel, de 60º. Este
no es el caso cuando solamente uno de los
componentes es preparado. Por ejemplo: un
soldadura con bisel en doble J especificando 15º
del lado de la flecha, y 20º del otro lado, es
interpretado como un ángulo incluido del lado de
la flecha de 15º y otro de 20º del otro lado. En
este caso el componente del lado de la flecha es
preparado de ambos lados (con ángulos
diferentes), pero el componente del otro lado
permanece con sus biseles rectos. Ver figura
4.102(E).
Radio y superficie de raíz talón, las
dimensiones pueden aplicar para juntas U o J.
Estas dimensiones no aparecen en conexión con
la simbología de soldadura. El radio y las
superficies de raíz el talón son indicados por una
referencia a un detalle particular en el plano, una
sección transversal y otra información al pie de la
simbología de soldadura.
Consideraciones del Tamaño de Soldadura y
de la Profundidad de Bisel.
El tamaño de la soldadura con bisel
puede ser más pequeño que la dimensión dada par
por la profundidad de bisel (penetración parcial
de junta); otras veces va a igualar la profundidad
de bisel (junta con penetración total). Donde son
especificados biseles dobles, el tamaño de la
soldadura con bisel puede ser más largo que la
profundidad de bisel sobre cada lado de la junta,
y las soldaduras van a solaparse más allá de la
profundidad de bisel (penetración completa de
junta con penetración total). Ver figuras 4.92,
4.101 y 4.102.
El inspector puede encontrar simbología
de soldadura con bisel sin profundidad de bisel o
sin tamaño de soldadura especificada. Cuando
estas dimensiones son dejadas afuera de la
simbología de soldadura, se requiere junta con
penetración total. Esta regla es válida para todas
las soldaduras con bisel simple y para aquellas de
doble bisel que tengan geometría de juntas
simétricas, con componentes que tengan la misma
geometría de borde de cada lado del componente.
Ver figuras 4.93 (D y E), 4.102 (A, B y D) y
4.103. Las soldaduras con bisel asimétricas que
se extiendan completamente a través de la junta
(junta con penetración total), requieren el uso de
dimensiones de tamaño para la soldadura con
bisel. Ver figura 4.96 (A y B).
En algunas instancias la profundidad de bisel no
va a estar especificada por la simbología de
soldadura; solamente va a aparecer el tamaño de
la soldadura con bisel. Esta técnica de
dimensionamiento de la soldadura con bisel se
aplica a soldaduras con bisel que se extienden
solo parcialmente a través de la junta
(penetración parcial). Ver figuras 4.93 (A, C y F).
En algunas ocasiones, el tipo de junta de
bisel soldada no está especificada en el plano. En
esos casos la preparación de junta es opcional, y
en algunos casos determinada, por un la yout o
por el personal de presentación. En estas
situaciones el símbolo de soldadura es omitido.
Cuando no sea provisto ningún símbolo de
soldadura y la línea de referencia y la flecha
apunte hacia la junta o el área soldada y las letras
“CJP” sean mostradas al pie, esto indica que es
requerida junta con penetración total y que la
geometría de junta es opcional. Ver figura 4.96.
Una segunda instancia usada para indicar
geometría de junta opcional da solamente el
tamaño de la soldadura con bisel y también omite
el símbolo de soldadura. El tamaño de la
soldadura con bisel es colocado en cualquiera de
los dos lados de la línea de referencia como es
requerido para mostrar la posición de la soldadura
desde el lado de la flecha o el otro lado. Ver
figura 4.99.
Para soldaduras con biselen ½ V, en V,
en J o en U, la profundidad de bisel solamente
puede ser colocada a la derecha o sus respectivos
símbolo de soldadura y el tamaño de soldadura
con bisel puede aparecer en cualquier parte del
plano. Si es este caso, se hará referencia al pie del
símbolo de soldadura de la ubicación de cualquier
tamaño requerido de soldadura con bisel.
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Soldaduras con bisel Ensanchado
Figura 4.90 – Tamaño del bisel ensanchado
versus el radio
Figura 4.91 – Profundidad del bisel
ensanchado
Hasta aquí se han visto todos los
símbolos de soldadura excepto los de bisel
ensanchado. En muchos aspectos los biseles
ensanchados son casos especiales dado que ellos
no conforman todas las convenciones asociadas
con otros tipos de soldadura con bisel. Las
dimensiones referidas a profundidad de bisel y
ángulo de bisel en una soldadura con bisel normal
son funciones de la geometría de borde. Con las
soldaduras con bisel ensanchado esas mismas
dimensiones son referidas a la curvatura del metal
base y pueden ir más allá del control del soldador.
Penetración total puede no ser alcanzable en
varias soldaduras con bisel ensanchado dado que
la fusión ocurre a lo largo de la superficie de uno
o ambos componentes más que sobre el espesor.
Como en otros casos, la curvatura en este tipo de
biseles puede resultar en un tamaño de soldadura
que es solamente una fracción del radio. Ver
figura 4.90.
También existe una distinción en la
interpretación de la dimensión “S” (profundidad
de bisel) para soldaduras con bisel ensanchado y
una para la otra soldadura con bisel. Con las
juntas de bisel ensanchado, la profundidad de
bisel es definida como el radio, o el punto de
tangencia, indicado mostrado en la figura
4.91.
Tamaño de soldadura con bisel “(E)”,
también se aplica a las soldaduras con bisel
ensanchado. La figura 4.100 ilustra varios de los
aspectos dimensionales para soldadura con bisel
ensanchado.
Símbolos Suplementarios para Soldaduras con
bisel
Los contornos de las soldaduras con bisel
que son obtenidos por soldadura deben tener
apariencias superficiales que son
aproximadamente planas o convexas. Cuando una
soldadura de terminación es especificada, la letra
apropiada es aplicada encima del símbolo de
contorno. Esto significa el método empleado para
obtener el contorno deseado pero no especifica el
grado de terminación. El grado de terminación es
indicado por una nota en el plano, o por un
detalle.
Las juntas con soldadura con bisel que empleen
un material de respaldo o un deposito son
especificados colocando el símbolo de respaldo al
costado de la línea de referencia opuesta al
símbolo de soldadura con bisel. Si el respaldo va
a ser removido después de soldar, una “R” es
colocada en el símbolo de respaldo. El tipo de
material o dispositivo usado, y las dimensiones
del respaldo son especificados en el pie a cola de
la simbología de soldadura o en el plano. Si bien
una soldadura de respaldo es un respaldo en
forma de soldadura, el símbolo de soldadura de
respaldo representa a un material o dispositivo.
Compare las figuras 4.104 y 4.105.
Si una junta soldada particular por una
soldadura con bisel requiere el uso de un
separador, el símbolo específico de soldadura con
bisel es modificado para mostrar un rectángulo
dentro de él. Cuando las líneas de referencia
múltiples son usadas en conexión con soldaduras
con bisel y separadores, el símbolo del separador
va a aparecer sobre la línea de referencia más
cercana a la flecha. El material y las dimensiones
para los separadores son indicados en el piel a
cola o en el símbolo de soldadura o en el plano.
Ver figura 4.105(B y C).
También son usados con la soldadura en
bisel los insertos consumibles. Cuando sea
especificado, el símbolo de inserto consumible es
colocado en el lado de la línea de referencia
opuesta al símbolo de soldadura con bisel. La
información sobre AWS Class of Consumable
Insert es colocada al pie de la simbología de
soldadura. Ver figura 4.106. Información
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adicional, con respecto a clases de insertos, puede
ser obtenida consultando ANSI/AWS A5.30,
Specification for Consumable Inserts.
Una práctica común asociada a la
soldadura con bisel y junta con penetración total
involucra al repelado. Cuando sea involucrado el
repelado, la operación puede ser especificada
usando o una simbología de soldadura de una sola
línea de referencia o de múltiples líneas de
referencia. Ver figura 4.107.
Referencia el repelado es incluida en el
piel a cola de la simbología de soldadura. Cuando
el repelado es usado para soldaduras con bisel
doble asimétricas, el símbolo de soldadura debe
mostrar la profundidad del bisel en ambos lados,
al lado del ángulo de bisel y la abertura de raíz.
Ver figura 4.107(A). Cuando la operación
involucre soldaduras con bisel simple o doble
pero simétrico, la única información requerida es
símbolos de soldadura, con ángulos de bisel y
abertura de raíz. Ver figura 4.107 (B & C).
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Figura 4.92 – Aplicación de dimensiones a los símbolos de soldadura con bisel
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Figura 4.93 – Soldaduras con bisel – Profundidad de bisel no especificada
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Figura 4.94 – Tamaño de la soldadura con bisel – “(E)” Referido a la profundidad de bisel “S”
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Figura 4.95 – Especificación del tamaño de la soldadura con bisel y profundidad del bisel
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Figura 4.96 – Especificación del tamaño de la soldadura con bisel solamente
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Figura 4.97 – Soldaduras con bisel y de filete combinadas
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Figura 4.98 – Junta con penetración total con geometría de la junta opcional
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Figura 4.99 – Junta con penetración parcial con geometría opcional
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Figura 4.100 – Aplicaciones de los símbolos de soldadura con bisel en 1/2V ensanchado y V
ensanchado
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Figura 4.100 (continuación) – Aplicaciones del símbolo de soldadura con bisel en 1/2V ensanchado y
V ensanchado
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Figura 4.101 – Especificaciones de la abertura de raíz para soldaduras con bisel
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Figura 4.102 – Especificación del ángulo de bisel de la soldadura con bisel
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Figura 4.103 – Aplicaciones de los símbolos de contorno plano y contorno convexo
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Figura 4.104 – Aplicaciones del símbolo de soldadura de reverso y soldadura de respaldo
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Figura 4.105 – Juntas con separador o con respaldo
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Figura 4.106 – Aplicación del símbolo de inserto consumible
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Figura 4.107 – Soldaduras con bisel con repelado
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Figura 4.107 – Soldaduras con bisel con repelado
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TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES
Actual throat
Garganta real: es la distancia más corta entre la
raíz de la soldadura y la superficie de una
soldadura de filete. Ver figura 4.27.
Back weld
Soldadura de reverso: es una soldadura hecha en
el reverso de una junta soldada mediante
soldadura con bisel de un solo lado.
Backing
Respaldo: es un material o dispositivo colocado
contra el reverso de una junta, o de ambos lados
de una soldadura por electroescoria o electrogas
para retener el metal de soldadura fundido. El
material puede fundirse parcialmente o no
durante la soldadura y puede ser metálico o no
metálico.
Backing weld
Soldadura de respaldo: es soldar primero del
reverso una junta. Ver figura 4.19 (F).
Backstep sequence Paso peregrino: es una secuencia longitudinal en
la que las pasadas de soldadura son hechas en la
dirección opuesta al avance de la soldadura. Ver
figura 4.35 (A).
Bevel
Chaflán: es un borde formado por la intersección
de dos planos que forman un ángulo.
Bevel angle
Ángulo de chaflán: es el ángulo entre el chaflán
de un componente de la junta y un plano
perpendicular a la superficie de este componente,
figura 4.14. Esta dimensión es igual a la mitad del
ángulo de chaflán o del ángulo incluido cuando
los bordes de los dos componentes de la junta son
preparados en ángulo. Cuando uno solo de los
componentes es preparado en ángulo, esta
dimensión es todavía indicada en la misma
posición en la simbología de soldadura que el
ángulo de bisel, pero es igual al grado total de la
preparación para el bisel.
Bevel groove weld
Soldadura con bisel en 1/2Vo en K: es un tipo de
soldadura con bisel en el que uno de los
componentes de la junta tiene un bisel simple
(1/2V) o doble (K). y el otro bisel recto. Ver
figura 4.15 (D1 & D2).
Block sequence
Secuencia en bloque: es una combinación entre
una secuencia longitudinal y otra secuencia en
sección transversal de una soldadura continua y
de pasadas múltiples en la que cada incremento
separado es completamente o parcialmente
soldado antes de que se suelden otros
incrementos. Ver figura 4.35 (B).
Boxing
Boxeo: es la continuación de una soldadura de
filete alrededor de la esquina de un componente
como si fuera una extensión de la soldadura del
principio.
Buildup
Recargue: es una variación superficial en la cual
un material de recubrimiento es depositado para
alcanzar las dimensiones requeridas.
Butt joint
Junta a tope: es una junta entre dos componentes
alineados aproximadamente en el mismo plano.
Ver figuras 4.2 (A), 4.3 (A), 4.4, 4.5, esquema
rincón superior izquierdo y 4.7.
Buttering
Enmantecado: es una variación superficial que
deposita metal de recubrimiento en una o más
superficies para proveer metal de soldadura
metalúrgicamente compatible para la terminación
de la soldadura subsiguiente.
Butting member
Componente a tope: es un componente de la junta
que es impedido, por el otro componente de la
junta, de moverse en la dirección perpendicular a
su espesor. Por ejemplo, ambos componentes de
una junta a tope, o un componente de una junta
en T o de una junta en L.
Cascade sequence
Secuencia en cascada: es una secuencia
combinada longitudinal y transversal en la que las
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pasadas de soldadura son hechas en capas
solapadas. Ver figura 4.35 (C).
Chain intermittent fillet weld
soldadura de filete discontinua simétrica: es una
soldadura discontinua sobre ambos lados de una
junta en la cual los aportes (longitudes) de un
lado son aproximadamente opuestos a los del otro
lado. Ver figuras 4.16 (F) y 4.33.
Cladding
plaqueado: es una variación de la superficie que
deposita o aplica material de recubrimiento
generalmente para mejorar la resistencia a la
corrosión o al calor.
Complete joint penetration
Junta con penetración total: es una condición en
la raíz de la junta en una soldadura con bisel, en
la que el metal de soldadura se extiende a través
del espesor de la junta. Ver figura 4.26.
Complete joint penetration weld
Soldadura con penetración total de junta: es una
soldadura con bisel en la cual el metal de
soldadura se extiende a través de todo el espesor
de la junta. Ver figura 4.26.
Concave fillet weld
Soldadura de filete cóncavo: es una soldadura de
filete que tiene una superficie cóncava.
Concavity
Concavidad: es la máxima distancia desde la
superficie de una soldadura de filete cóncava
perpendicular a una línea que une el talón de la
soldadura.
Convex fillet weld
Soldadura de filete convexo: es una soldadura de
filete que tiente una superficie convexa. Ver
figura 4.27.
Convexity
Convexidad: es la máxima distancia desde la
superficie de una soldadura de filete convexo
perpendicular a una línea que une el talón de
soldadura.
corner joint
junta en L: es una junta entre dos componentes
colocados aproximadamente en ángulo recto en
forma de L o esquina.
Depth of bevel Profundidad de chaflán o bisel: es la distancia
perpendicular desde la superficie del metal base
hasta el borde de la raíz o el principio de la
superficie de la raíz, figura 4.14.
depth of fusion
profundidad de fusión: es la distancia que se
extiende la fusión en el metal base o en el cordón
previo desde la superficie fundida durante la
soldadura. Ver figura 4.23.
edge joint
junta en borde: es una junta entre los bordes de
dos o más componentes cercanos o paralelos o
cercanamente paralelos. Ver figura 4.2 (E), 4.3
(E) y 4.11.
edge preparation
preparación de borde: la preparación de los
bordes de los componentes de una junta mediante
corte, limpieza, amolado u otros métodos.
edge shape
geometría de borde: es la forma del borde del
componente de la junta. Ver figuras 4.3 a 4.11.
edge weld
soldadura en borde: es una soldadura en una junta
en borde, una junta a tope de componentes curvos
o una junta en L de componentes curvos en la que
se funde todo el espesor de los componentes. Ver
figura 4.20 (A & B).
effective throat
garganta efectiva: es la mínima distancia menos
cualquier convexidad entre la raíz de la soldadura
y la superficie de una soldadura de filete.
face reinforcement
sobreespesor: es un sobreespesor de soldadura en
el lado de la junta sobre el que fue hecha la
soldadura. Ver figura 4.21 (A).
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faying surface
superficie de contacto: es la superficie de un
componente que está en contacto con o próximo a
otro componente al cuál va a ser soldado.
fillet weld
soldadura de filete: es una soldadura de sección
transversal aproximadamente triangular que une
dos superficies en ángulo aproximadamente recto
en una junta solapada, en T o en L. Ver figura
4.16.
fillet weld leg
cateto de la soldadura de filete: es la distancia
desde la raíz de la junta al talón de la soldadura
de filete. Ver figuras 4.22 y 4.27.
flange weld (término no std)
flanged butt joint
junta a tope con componentes curvos: es una
junta a tope en la cual por lo menos uno de los
componentes tiene una geometría de borde curvo
en la junta. Ver figuras 4.3 (A) y 4.7.
flanged corner joint
junta en L con componentes curvos: es una junta
en L en la cual el componente a tope tiene una
geometría de borde curvo en la junta. Ver figura
4.3 (B) y 4.8.
flanged edge joint
junta en borde con componentes curvos: es la
forma de una junta en borde en la cual al menos
uno de los componentes tiene una geometría de
borde curvo en la junta. Ver figura 4.8.
flanged joint
junta con componentes curvos: es uno de los
cinco tipos básicos de juntas en la cual al menos
uno de los componentes de la junta tiene una
geometría de borde curvo en la junta de la
soldadura. Ver figuras 4.3 y 4.6 a 4.11.
flanged lap joint
junta solapada con componentes curvos: es una
junta solapada en la cual por lo menos uno de los
componentes tiene una geometría de borde curvo
en la junta, la soldadura en borde no es aplicable.
Ver figuras 4.3 y 4.l0.
flanged T-joint
junta en T con componentes curvos: es una junta
en T en la cual uno de los componentes a tope
tiene una geometría de borde curvo en la junta, y
la soldadura en borde no es aplicable. Ver figuras
4.3 y 4.9.
flare-bevel-groove-weld
soldadura con bisel en ½ V ensanchado: es un
tipo de soldadura con bisel en el que los
componentes de la junta pueden tener una
geometría de borde redonda, medio redonda o
curva; combinada con una geometría de borde
recta.
flare-v.groove weld
soldadura con bisel en v ensanchado: es un tipo
de soldadura con bisel en la cual los componentes
de la junta pueden tener geometrías de borde
medio redondas, redondas o curvas. Ver figuras
4.l5 (Hl & H2).
fusion
fusión: es cuando se derriten juntos el metal de
aporte y el metal base, o el metal base
únicamente, para producir una soldadura.
fusion face
superficie de fusión: es la superficie del metal
base que va a ser fundida durante la soldadura.
Ver figura 4.23 (A).
fusion face
área de fusión: es el área del metal base fundido
como queda determinada en la sección transversal
de una soldadura.
groove angle
ángulo de bisel: es el ángulo total incluido del
bisel entre las piezas de trabajo, ver figura 4.l4.
En las juntas donde ambos bordes de las piezas
son preparados en ángulo esta dimensión es el
total de ambas piezas ( mostrado como una
magnitud en grados, colocado directamente arriba
del símbolo de soldadura cuando se designa en el
otro lado o directamente debajo del símbolo en
las designaciones del lado de al flecha).
groove face
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superficie del bisel: es la superficie de un
componente de una junta incluida en un bisel. La
distancia angular entre la superficie del metal
base y el borde de la raíz, incluyendo cualquier
superficie de raíz, figura 4.l3.
groove radius
radio del bisel: es el radio empleado para darle la
forma de J o U a la soldadura con bisel. Ver
figura 4.14.
groove weld
soldadura con bisel: es una soldadura hecha en
una hendidura formada entre dos piezas. Ver
figura 4.l5.
hardfacing
recargue duro: es una variación de la superficie
en la cual el material de recubrimiento es
depositado para reducir el desgaste.
incomplete joint penetration
junta con penetración parcial: es una condición
de la raíz de la junta en una soldadura con bisel
en la que el metal de soldadura no se extiende a
través del espesor de la junta. Ver figuras 4.25 y
4.26.
J-groove weld
soldadura con bisel en J: es un tipo de soldadura
con bisel en el cual uno de los componentes de la
junta tiene una preparación de borde en J o en
doble J y el otro componente tiene una geometría
de borde recto. Ver figura 4.l5 (F1 & F2).
joint
junta: es la unión de componentes o de los
bordes de los componentes que van a ser unidos o
que hayan sido unidos.
joint design
diseño de junta: es la dimensión, forma y
configuración de la junta.
joint filler
junta de aporte: es una placa de metal insertada
entre el componente yuxtapuesto y el componente
más fino de la junta para acomodar los
componentes de la junta de espesores disímiles en
una junta a tope de componentes yuxtapuestos.
Ver figura 4.4.
joint geometry
geometría de junta: es la forma y dimensión
una junta en sección transversal antes de ser
soldada.
joint penetration
penetración de junta: es la distancia que se
extiende el metal de soldadura desde la superficie
de la soldadura hacia la junta, excluyendo el
sobreespesor de soldadura.
joint root
raíz de la junta: es la parte de una junta donde
los componentes se aproximan lo más cerca uno
al otro. Cuando es vista en sección transversal, la
raíz de junta puede ser un punto, o una línea, o
una superficie. Ilustrado en figura 4.l2.
joint type
tipo de junta: es una clasificación de juntas de
soldadura basada encino tipos básicos de
configuraciones como junta a tope, junta en L,
junta en borde, junta solapada y junta en T. Ver
figura 4.2.
lap joint
junta solapada: es una junta entre dos
componentes solapados en planos paralelos. Ver
figura 4.2 (D), 4.3 (D), 4.5 y 4.l0.
nonbutting member
???????: es un componente de una junta que es
libre de moverse en cualquier dirección
perpendicular a su espesor. Por ejemplo, ambos
componentes de una junta solapada o un
componente de una junta en T o de una junta en
L. Ver figura 4.5.
partial joint penetration weld
soldadura de junta con penetración parcial: es
una condición de la raíz de junta en una soldadura
de bisel en la que existe una penetración de junta
incompleta.
plug weld
soldadura en botón o en tapón: es una
soldadura hecha en una agujero circular en un
componte de una junta fundiendo ese componte
en otro componente. Una soldadura de filete en
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un agujero no es considerada una soldadura en
botón. Ver figura 4.17 (A).
projection weld
soldadura por proyección: es un tipo de
soladura asociado con el proceso de soldadura
por resistencia que produce la soldadura por el
calor obtenido de la resistencia a fluir de la
corriente de soldadura. Las soldaduras a ser
realizadas son colocadas en proyecciones,
relieves, o intersecciones. Ver figura 4.18 (C).
root edge
borde de la raíz: es una superficie de raíz de
ancho cero, ver figura 4.l3.
root face
superficie de la raíz: es la porción de la
superficie de bisel adentro de la raíz de la junta.
Figura 4.l3 (también conocido como nariz o
landing). Aunque no se muestra por una
dimensión en el símbolo de soldadura, cuando la
profundidad de la preparación para una
soldadura de bisel es obtenida del espesor de la
pieza, la diferencia es igual a la superficie de la
raíz de la junta.
root opening
abertura de raíz: es la separación entre los
componentes. Ver figura 4.l4 (A & E).
root penetration
penetración de raíz: es la distancia que se
extiende el metal de soldadura en la raíz de la
junta. Ver figura 4.24.
root reinforcement
sobreespesor de raíz: es un refuerzo de
soldadura opuesto al lado desde el cual la
soldadura fue hecha. Ver figura 4.2l (C).
root surface
superficie de raíz: es la superficie expuesta de
una soldadura opuesta al lado desde el cual la
soldadura fue hecha. Ver figura 4.21 (C).
scarf weld
soldadura de inglete o en borde inclinado: es
un tipo de soldadura de biesle asociado con
brazing en el cual los componentes a unir de la
junta tienen geometría de borde en ½ v. Las
superficies de bisel de la junta son paralelas (se
complementan). Ver figura 4.l5 (A).
seam weld
soldadura por costura: es una soldadura
continua hecha entre o sobre componentes
solapados, en los cuales la coalescencia puede
empezar y ocurrir en la superficie de contacto, o
puede proceder de la superficie exterior de uno de
los componentes. La soldadura continua puede
consistir de un solo cordón o de una serie de
puntos de soldadura solapados. Ver figura 4.l9
(A, B, C & D).
slot weld
soldadura en ojal o en ranura: es una soldadura
hecha en un oblongo de un componente de una
junta que funde a ese componente con el otro. El
agujero puede ser abierto en uno de sus extremos.
Una soldadura de filete en un oblongo no es
considerada como una soldadura en ranura. Ver
figura 4.l7 (B).
spliced joint
¿?????????: es una junta en la que una pieza
adicional agranda la junta y es soldada a cada uno
de los componentes. Ver figura 4.4.
splice member
¿???????: es una pieza que expande la junta en
una junta yuxtapuesta. Ver figura 4.4.
spot weld
soldadura por puntos: es una soldadura hecha
entre o sobre componentes solapados en la que la
coalescencia puede empezar y ocurrir en las
superficies de contacto o puede proceder desde la
superficie externa de uno de los componentes. La
sección transversal de la soldadura (vista en
planta) es aproximadamente circular. Ver figura
4.l8 (A & B).
square groove weld
soldadura con bisel recto: es un tipo de
soldadura con bisel en la que uno de los
componentes de la junta tiene geometría de borde
recto. Ver figura 4.l5 (Bl & B2).
staggered intermittent fillet weld
soldadura de filete discontinua asimétrica: es
una soldadura de filete discontinua sobre ambos
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lados de una junta en al que los aportes de
soldadura (longitudinales) de una la do son
alternados respecto de los del otro lado. Ver
figuras 4.l6 (E) y 4.33.
stringer bead
cordón rectilíneo: es un tipo de cordón de
soldadura hecho sin oscilaciones aparentes. Ver
figura 4.32.
stud weld
soldadura de espárrago: es un tipo de soldadura
asociado con el término general de unir un
espárrago metálico o similar a una pieza. La
soldadura puede ser realizada usando arco,
resistencia o fricción o cualquier otro proceso de
soldadura con o sin gas externo de protección.
Ver figura 4.l7 (C).
surface preparation
preparación superficial: son las operaciones
necesarias para producir la condición superficial
deseada o especificada. Por ejemplo los agujeros
o ranuras en uno de los componentes de una junta
solapada para realizar una soldadura en botón o
en ranura.
surfacing weld
soldadura por recargue: es una soldadura
aplicada a una superficie que no forme una junta,
para obtener las propiedades o dimensiones
deseadas. Ver figura 4.l9 (G).
T-joint
junta en T: es una junta entre dos componentes
colocados aproximadamente en ángulo recto,
formando una T. Ver figura 4.2 (C), 4.3 (C), 4.5 y
4.9.
theoretical throat
garganta teórica: es la distancia desde el
principio de la raíz de la junta perpendicular a la
hipotenusa del máximo triángulo rectángulo que
puede ser inscripto dentro de la sección
transversal de una soldadura de filete. La
dimensión se basa en la suposición que la
abertura de raíz es igual a cero. Ver figura 4.27.
U-groove weld
soldadura con bisel en U: es un tipo de
soldadura de bisel en la que ambos componentes
de la junta tienen geometrías de borde en j o
doble j. Ver figuras 4.l5 (E1 & E2).
V-groove weld
soldadura con bisel en V o en X: es un tipo de
soldadura con bisel en la que los componentes de
la junta tienen geometrías de borde en ½ v o en k.
Las superficies de bisel de la junta están opuestas.
Ver figura 4.l5 (Cl & C2).
weave bead
cordón oscilante: es un tipo de cordón de
soldadura hecho con una oscilación transversal.
Ver figura 4.32.
weld bead
cordón de soldadura: es la soldadura que resulta
de una pasada. Ver figura 4.3l.
weld face
superficie de la soldadura: es la superficie
expuesta de una soldadura del lado del cual fue
hecha la soldadura. Ver figura 4.21 (A).
weld groove
bisel de soldadura: es el canal en la superficie de
una pieza o la abertura entre dos compensen de
una junta que provee el espacio para contener a la
soldadura.
weld interface
interface de soldadura: es la interface entre el
metal de soldadura y el metal base en una
soldadura de fusión, entre metales base en una
soldadura en estado sólido sin metal de aporte, o
entre metal de aporte y metal base en una
soldadura en estado sólido con metal de aporte.
Ver figura 4.23.
weld layer
capa de soldadura: es un solo nivel de soldadura
adentro de una soldadura de pasadas múltiples.
Una capa de soldadura puede consistir de un solo
cordón o de cordones múltiples. Ver figura 4.31.
weld pass
pasada: es un solo avance de una soldadura a lo
largo de una junta. El resultado de una pasada es
un cordón de soldadura o una pasada. Ver figura
4.3l.
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 4-Geometría de las Juntas de Soldadura y Simbología de Soldadura
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weld reinforcement
sobreespesor de soldadura: es el metal de
soldadura en exceso respecto de la cantidad
requerida para llenar una junta. Ver figura 4.21
(A).
weld root
raíz de soldadura: son los puntos, mostrado en
sección transversal, en los que la superficie de la
raíz intersecta a la superficie del metal.
welding sequence
secuencia de soldadura: es el orden en que se
hacen las soldaduras en una junta soldada. Ver
figuras 4.33, 4.34 y 4.35.
weld throat
garganta de soldadura: ver garganta actual,
garganta efectiva y garganta teórica.
weld toe
talón de soldadura: es la unión de la superficie
de soldadura con el metal base. Ver figura 4.21
(B).
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 5 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura
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El trabajo de inspección de soldadura
requiere que el inspector posea, o tenga acceso a
una gran cantidad de información y guías. A
pesar que la inspección de soldadura para
diferentes industrias puede ser similar en muchos
aspectos, cada trabajo particular puede tener
requerimientos que lo hacen único. La
afirmación simple, “Las soldaduras deben ser
buenas”, no es suficiente información para juzgar
la calidad de la soldadura. Muchas veces se les
requiere a los inspectores que evalúen otros
aspectos de la fabricación fuera de la calidad de
la soldadura. La condición de los distintos
materiales usados para las estructuras soldadas
afectará la calidad global. Sin información del
proyectista o del Ingeniero en soldadura los
inspectores en soldadura no pueden evaluar con
respecto a la calidad de la estructura soldada.
Para satisfacer esta necesidad, hay
numerosos documentos disponibles para el
proyectista, Ingeniero en soldadura e inspector
de soldadura que establece que, cuando, donde y
como se debe realizar la inspección. Muchos de
estos documentos incluyen también criterios de
aceptación. Existen en distintas formas,
dependiendo en la aplicación específica. Algunos
de los documentos que puede usar el inspector de
soldadura incluyen planos, códigos, normas, y
especificaciones. Los documentos de contrato u
órdenes de compra pueden incluir información
tal como cuál de los documentos anteriores será
usado para dicho trabajo. En el caso donde más
de uno de los anteriores esté especificado, tienen
el objeto de ser usado uno en conjunto con el
otro. Las especificaciones de trabajo pueden
incluir requerimientos suplementarios que
alteran partes del código o norma que gobierna.
Es esencial para el inspector de
soldadura tener la oportunidad de estudiar todo
documento aplicable antes de comenzar el
trabajo. Este esfuerzo previo a la soldadura
provee al inspector de soldadura de la
información sobre la soldadura que le tocará.
Parte de la información que puede obtenerse del
estudio previo de los documentos incluye lo
siguiente:
Tamaño y geometría de la pieza
Metales base y de aporte a ser usados
Requerimientos de puntos de espera
Detalles de fabricación
Especificación para inspección no destructiva
Alcance de inspección
Criterio de aceptación/rechazo
Requerimientos de calificación para el personal
Calificación de procedimiento y soldador
Requerimientos de control de materiales
PLANOS Los planos describen la pieza con detalle
gráfico. El inspector debe revisar las
dimensiones de los planos, tolerancias, notas,
soldadura y detalles de soldadura, y los
documentos que acompañan. Esto da al inspector
de soldadura alguna idea del tamaño y
configuración de la pieza. Los planos también
ayudan al inspector a entender como se ensambla
el componente. Y, pueden ayudar a la
identificación de los problemas que pueden
aparecer durante la fabricación.
Las dimensiones provistas en una copia
tienen dos funciones básicas:
Para proveer las medidas necesarias par fabricar las piezas
Para indicar las ubicaciones donde deben ubicarse los componentes individuales de cada parte.
En los planos las dimensiones se
muestran de las formas más variadas. La forma y
tamaño de un objeto determinan que método se
elegirá para cada dimensión. La ubicación
entonces se indica por medio de una línea y una
flecha. La ubicación de la dimensión en si misma
depende de la cantidad de espacio disponible. En
el ambiente de trabajo de hoy en día usted
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encontrará frecuentemente las dimensiones de
los planos expresadas en pulgadas y decimales de
pulgadas. En la medida que la fuerza laboral se
mueve hacia el siglo veintiuno, el mundo se
transforma en un mercado para bienes y servicios
de todas las naciones, y cada vez más se le
requerirá al inspector que trabaje con
dimensiones expresadas en el sistema métrico.
En el presente, muchas compañías que realizan
comercio internacional usan sistemas de
dimensiones duales en sus planos. Esto permite a
las piezas a ser fabricadas, que sean fabricadas
tanto en unidades US (Comerciales) o unidades
SI (Sistema Internacional). Una práctica de
dimensionamiento dual pone la medida en U.S.
comerciales primero, y la medida SI en
paréntesis directamente al lado o ligeramente
debajo de esta.
1 1/2in. (38.1 mm)
o
1.50 in.
(38.1 mm)
Algunas compañías también ubican un
cuadro en la esquina superior izquierda del
plano, que muestra las equivalencias SI. Esto se
hace para ayudar a los trabajadores a “pensar en
métrico”.
Otra parte importante en los planos son
las „tolerancias‟. Las tolerancias son la cantidad
total de variación permitida del „tamaño de
diseño‟ de la pieza. Las tolerancias, (ver Figura
5.1), pueden ser expresadas en tres maneras:
1) como una variación entre límites, 2) como el tamaño de diseño seguido por la
tolerancia,
o
3) cuando se da sólo un valor, el otro se asume como cero.
1.377
1.373 (a) Tolerancia expresada por límites
1.375 .002 (b) Tamaño de diseño con tolerancia.
1.375
+ .003 (c) Un valor de tolerancia dado ( se asume –0.0)
Figura 5.1 – Ejemplos de tolerancias
Las tolerancias también se aplican a
las dimensiones de ubicaciones de elementos
como agujeros, ranuras, entallas, superficies,
soldaduras, etc. Generalmente las tolerancias
deben ser tan grandes como sea posible,
considerados todos los otros factores, para
reducir los costos de fabricación. Las tolerancias
pueden ser muy específicas y dadas con un valor
particular de dimensión. También pueden ser
más generales y dadas como una nota o incluida
en el rótulo del plano. Las tolerancias generales
se aplicarán a todas las dimensiones en la copia
salvo que se indique otra cosa. Las tolerancias
dan al CWI cierta libertad en función de la
aceptación/rechazo durante las inspecciones de
las dimensiones de soldadura y construcción
soldada.
Las notas de los planos dan tanto
instrucciones como información que son
agregados a las ilustraciones, así como la
información contenida en el Rótulo, o Lista de
Materiales. Las notas eliminan la necesidad de
repetición sobre el plano, tales como tamaño de
los agujeros a ser taladrados, presentadores
usados, operaciones de mecanizado,
requerimientos de inspección, etc... Cuando las
notas son muy largas; que es frecuente en
grandes planos de fabricación estructural y
arquitectura, son tipiadas o impresas en hojas
separadas e incluidas junto con el juego de
planos o en los documentos contractuales. Esta
es una razón por la cual el inspector debe revisar
los documentos de contrato (conocidos a veces
como “paquete de especificaciones”).
Las notas pueden ser clasificadas como
General, Local o Especificaciones dependiendo
de su aplicación en la copia. Las notas generales
se aplican a la totalidad del plano y generalmente
se ubican sobre o a la izquierda del rótulo en
posición horizontal. Este tipo de notas no están
referenciadas en la lista de materiales y no son de
áreas específicas de los planos. Si hay
excepciones a las notas generales en la zona del
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plano, la nota generalmente será seguida de
“Excepto como se muestra”, “Excepto lo
Notado”, o “Salvo que se Especifique Otra
Cosa”. Estas excepciones se muestran por una
nota local o información en la zona del plano.
Figura 5.2 – Ejemplo de un Plano de Fabricación
Las notas locales o notas específicas se
aplican sólo a ciertas características o áreas y se
ubican cerca, y dirigidas a, la característica o
área por una flecha y línea de referencia. Las
notas locales pueden también ser citadas desde la
zona del plano o la lista de materiales por el
número de nota encerrado en un triángulo
equilátero (conocido comúnmente como
“llamadas”).
Las especificaciones presentadas como
notas locales denotaran los materiales
requeridos, procesos de soldadura a ser usados,
tipo y tamaño de los electrodos, y clase y tamaño
de las varillas de soldadura. Las especificaciones
se ubican cerca de una vista cuando se refieren
específicamente a esa vista. Cuando las
especificaciones son generales y se aplican a
todos o varios elementos diferentes, pueden estar
ubicados dentro de un espacio regulado provisto
para este propósito en la impresión, incluidos en
el paquete de las especificaciones, o
documentos de contrato.
El término “especificación”
frecuentemente será incluido adelante del
paquete de información para aclarar que es una
especificación para dicho plano o asignación de
trabajo particular. En el caso de materiales, sin
embargo, la palabra especificación no es usada
necesariamente, pero está implícita. Más
adelante en este módulo se presentará una
discusión más detallada sobre las
especificaciones.
Los detalles de soldadura mostrados en
los planos u otros documentos incluyen
ubicaciones, longitudes y tamaños de las
soldaduras, configuraciones de junta, pedidos de
materiales, especificaciones de ensayos no
destructivos, y requerimientos especiales de
proceso. Algunos materiales requieren técnicas
especiales tales como precalentamiento. El
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inspector de soldadura debe estar enterado de
esto antes del comienzo de cualquier soldadura.
Alguno de los documentos aplicables
puede dictar también “puntos de espera”, durante
el proceso de fabricación. Los puntos de espera
son etapas específicas y preacordadas en el
proceso de fabricación, para permitir inspección
en el intervalo. El inspector debe estar presente
para hacer la inspección o realizar alguna
operación específica durante esas etapas. Sólo
luego que se inspeccionó y aprobó la totalidad
del trabajo, puede seguir la fabricación. Se le
puede requerir al inspector de soldadura que elija
cuando se realizarán dichos puntos de espera o
deben ser subrayados en las especificaciones de
trabajo.
Los detalles de proceso también deben
estar marcados en el paquete de información.
Tales cosas tales como la especificación de cierta
cantidad de curvatura en una viga, o el uso de
pintura que requiere terminación especial de la
soldadura, son ejemplos de aspectos que
necesitan atención adicional por parte del
inspector. El inspector de soldadura debe estar en
conocimiento de tales detalles de manera que él o
ella puedan monitorear la operación y revisar los
resultados. La especificación del proceso de
soldadura para un trabajo en particular es un
ejemplo de detalle de fabricación de soldadura
que el inspector debe conocer. Si el inspector
conoce el proceso de soldadura y material a ser
usado, pueden realizarse predicciones sobre que
problemas pueden ocurrir y qué métodos pueden
aplicarse para evitar que ocurran.
Antes de soldar, el inspector debe
revisar los procedimientos de soldadura para
asegurar que se cubran adecuadamente todas las
combinaciones de materiales, espesores,
procesos, y posiciones. Estos procedimientos
también le indicarán a él que aspectos
importantes de la operación de soldadura deben
ser monitoreados para ayudar a alcanzar una
soldadura satisfactoria.
Otro ejemplo de un detalle de
fabricación que puede ser incluido en las
especificaciones de trabajo es el requerimiento
de ensayos no destructivos de una soldadura
terminada. Las especificaciones de ensayos no
destructivos deben estar acompañadas por
información adicional, incluyendo el método a
ser usado, procedimiento de ensayo, ubicación y
alcance de los ensayos, y criterio aplicable de
aceptación/rechazo.
Los documentos de especificación
deben proveer al inspector también una
descripción detallada de los requerimientos de
inspección visual necesaria. Deben establecer el
alcance de la inspección visual, indicando tanto
si dicha inspección debe ser continua o en base a
una verificación puntual. Acompañando dicha
información debe haber exposición de los
requerimientos de calidad, incluyendo el criterio
específico de aceptación y rechazo. El inspector
de soldadura no puede cumplir con sus tareas
adecuadamente si no es provisto con los criterios
apropiados de aceptación y rechazo.
Un aspecto final de esta información se
refiere a las calificaciones de personal que
realizará un trabajo específico. Puede haber
requerimientos específicos para personas
calificadas en áreas de soldadura, inspección
visual y ensayos no destructivos. El inspector de
soldadura puede estar involucrado activamente
en la revisión de la certificación del soldador o
ensayos de calificación. Algunos contratos
requieren cierto nivel de calificación para las
personas que realizan inspección visual de
soldadura y ensayos no destructivos. Los
inspectores deben conocer los requerimientos
para dichas certificaciones y calificaciones. Si
existen tales requerimientos, la documentación
debe mostrar evidencia de los niveles adecuados
de calificación para cada individuo que realiza
las inspecciones.
De la discusión de arriba, es evidente
que hay una gran riqueza de información que se
provee en distintos tipos de documentos. Los
documentos deben estar disponibles a tiempo
para el inspector de soldadura de manera que
pueda realizar una inspección efectiva. Los
inspectores con experiencia pueden identificar
posibles problemas puntuales y ubicar detalles
que pueden hacer difícil el montaje. Si se
encuentra en el proceso en forma temprana,
pueden hacerse previsiones de manera que se
eviten los problemas. Esta etapa preliminar del
proceso de fabricación muy frecuentemente es
tomada a la ligera. Se pueden evitar muchos
errores si individuos con experiencia realizan
esta revisión preliminar.
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Nuestra discusión sobre este punto fue
limitada a un tratamiento general de los tipos de
información contenida en distintos documentos
que gobiernan la calidad de la soldadura. En este
punto es apropiado describir cada tipo de
documento en detalle. Probablemente se le pueda
requerir al inspector de soldadura, que se refiera
a ellos durante el curso de trabajo. Se estudiarán
tres tipos básicos (códigos, normas y
especificaciones). Esto no implica que estos sean
los únicos documentos sobre los que estará
interesado el inspector de soldadura. Cada
inspector de soldadura es responsable por el
estudio de los documentos que están
involucrados en los proyectos inspeccionados.
Más aún, el inspector debe familiarizarse con los
distintos requerimientos y métodos que se
describen aquí.
Si usted revisa en el “Módulo 1-
Inspección de Soldadura y Certificación”, un
atributo importante del inspector de soldadura es
el conocimiento de los planos, códigos y normas.
Esto no significa que el inspector de soldadura
deba memorizar los contenidos de dichos
documentos. Sin embargo, los inspectores deben
estar suficientemente familiarizados con un
documento para ubicar la información adecuada
en forma pronta. Todos los documentos deben
estar disponibles para una referencia inmediata
cuando surgen las preguntas. El inspector de
soldadura debe estar familiarizado con los
documentos específicos relacionados con un
trabajo particular. Un entendimiento básico de
otros documentos y sus áreas de alcance también
es beneficioso. Esto puede ser de ayuda para
explicar ciertas condiciones. Entonces, se hará
mención de varios de estas normas, códigos y
especificaciones que pueden ser consultados para
respuesta a preguntas en distintas áreas
generales. La siguiente discusión trata
específicamente con tres categorías generales de
documentos: códigos, normas y especificaciones.
Un número de organizaciones son responsables
de la producción y revisión de distintos
documentos. Ellas incluyen, pero no se limitan a:
American Welding Society (AWS)
American Society of Mechanical Engineers (ASME)
American National Standard Institute (ANSI)
American Petroleum Institute (API)
American Bureau of Shipping (ABS)
Department of Transportation (DOT)
Military Branches (Army, Navy, etc.)
Otras Agencias de Gobierno
CODIGOS La primera categoría de documento a
ser discutido es un „código‟. Por definición, un
código es, “un cuerpo de leyes, como de una
nación, ciudad, etc., dispuesto en forma
sistemática para una referencia fácil”. Cuando se
construye una estructura dentro de la jurisdicción
de una ciudad o estado, frecuentemente deben
cumplir con ciertos “códigos de construcción”.
Debido a que el código consiste en leyes que
tienen estatus legal, siempre será considerado
mandatorio. Por esto, veremos que contiene
palabras tales como “debe (deben)” y “deberá
{will}”. Un código específico incluye algunas
condiciones y requerimientos para el ítem en
cuestión. Muy frecuentemente también incluirá
descripción de métodos para determinar si se
alcanzaron dichas condiciones y requerimientos.
El inspector de soldadura
frecuentemente inspeccionará el trabajo de
acuerdo a algún código. Varias organizaciones
incluyendo a AWS y ASME tienen códigos
desarrollados para distintas áreas de interés.
AWS publicó seis códigos, cada uno de los
cuales cubre distintos tipos de aplicaciones de
soldadura industrial:
AWS D1.1 Structural Welding Code-Steel
AWS D1.2 Structural Welding Code-Aluminium
AWS D1.3 Structural Welding Code-Sheet Steel
AWS D1.4 Structural Welding Code-Reinforcing Steel
AWS D1.5 Bridge Welding Code
AWS D9.1 Sheet Metal Welding Code
Entonces, dependiendo del tipo de
soldadura que se está realizando, pueden
seleccionarse uno o más códigos para detallar los
requisitos de calidad de soldadura.
ASME también desarrolló varios
códigos que se aplican a, recipientes y cañerías
que contienen presión. Dos de esos, ASME
B31.1, “Power Piping,” y B31.3, “Chemical
Plant and Petroleum Refinery Piping”, detallan
aquellos requerimientos para ambos tipos de
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cañerías con presión. A pesar que llevan la
denominación ANSI, fueron desarrolladas por
ASME. ASME también desarrolló una serie de
códigos aplicables al diseño y construcción de
recipientes a presión. Debido a la variedad de
aplicaciones de dichos recipientes, los códigos
ASME existen como un juego de once secciones
separadas. Las once secciones son: SECCIONES DEL CODIGO ASME
Section I Rules for Construction of Power Boilers
Section II Materiales
Section III Subsection NCA – General Requirements formulario Division 1 and Division 2
Section IV Rules for Construction of Heating Boilers
Section V Nondestructive Examination
Section VII Recommended Guidelines for the Care of Power Boilers
Section VIII Rules for Construction of Pressure Vessels
Section IX Welding and Brazing Qualifications
Section X Fiber-Reinforced Plastic Pressure Vessels
Section XI Rules formulario Inservice Inspection of Nuclear Power Plant Components
Además de las once secciones citadas
del código ASME, algunas secciones tienen más
subdivisiones. A los inspectores de soldadura
que inspeccionan de acuerdo al criterio de
ASME se les puede requerir que se refieran a
varias secciones individuales del código. Por
ejemplo, en la secuencia de fabricación de un
recipiente a presión sin fuego, de acero al
carbono, las secciones usadas pueden incluir: Section II, Parte A – Ferrous Material
Specification
Section II, Parte B – Nonferrous Material Specification
Section II, Parte C – Specification for Welding Rods Electrodes, and Filler Metals
Section II, Parte C – Properties
Section V, Nondestructive Examination
Section VIII Rules formulario Construction of Pressure Vessels
Section IX Welding and Brazing Qualifications
Con tantas diferentes secciones
involucradas, es imperativo que el inspector de
soldadura entienda donde puede ser encontrada
cada tipo de información específica. Debe
notarse que la Sección II, Parte C, es
esencialmente idéntica a AWS Filler Metal
Specifucations; ASME adoptó la especificación
AWS casi en su totalidad. Si el inspector se
especializa en un área determinada, entonces
sólo necesita estudiar la sección que cubre el
tema de interés.
NORMAS El próximo tipo de documento a ser
cubierto será la „norma‟. El diccionario describe
a la norma como, “algo establecido para el uso
como regla o base de comparación para medir o
juzgar capacidad, cantidad, contenido, alcance,
valor, calidad, etc.”. La norma se trata como una
clasificación separada de documento; sin
embargo, el término norma también se aplica a
numerosos tipos de documentos, incluyendo
códigos y especificaciones. Otros tipos de
documentos considerados normas son
procedimientos, prácticas recomendadas, grupos
de símbolos gráficos, clasificaciones,
definiciones de términos.
Algunas normas se consideran
mandatarias. Esto significa que la información es
un requerimiento absoluto. Una norma
mandataria es precisa, definida claramente y
adecuada para su adopción como parte de una ley
o regulación. Por esto, el inspector de soldadura
debe hacer los juicios basados en el contenido de
dichas normas. Estas normas mandatarías usan
palabras tales como “debe (deben)” o “deberá”
porque sus requerimientos no son asunto de
elección. Los códigos son ejemplos de normas
porque tienen estatus legal.
Hay numerosas normas que proveen
información importante, pero se consideran no
obligatorias. Un ejemplo de normas no
mandatarias podría ser una práctica
recomendada. No son normas obligatorias
porque pueden proveer otros caminos por los que
se pueden alcanzar los objetivos. Las normas no
mandatarias incluyen palabras tales como
“debería” y “podría” en lugar de “debe” y
“deberá”. La implicación aquí es que la
información ha sido colocada para servir como
guía para la realización de una tarea particular.
Sin embargo, no significa que algo es rechazable
debido a que no cumple con dichas
orientaciones.
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A pesar que una norma puede ser
considerada no mandataria, igualmente provee
información importante que no debería ser
ignorada por el inspector. Las normas no
mandatarias pueden proveer las bases para el
desarrollo de documentos mandatorios. Tal es el
caso para ASNT‟s, “Recommended Practice No.
SNT-TC-1ª”, “para establecer las orientaciones
para la calificación y certificación de personal de
NDT”. Ver Figura 5.3.
Figura 5.3 – ASNT SNT-TC-1A
Las normas nacionales son el resultado
de votaciones elaboradas y procedimientos de
revisión. Son desarrollados de acuerdo a las
reglas establecidas por el American National
Standards Institute (ANSI). Las normas
producidas por distintas organizaciones técnicas
tales como AWS y la American Society of
Mechanical Emgineers (ASME) son revisadas
por ANSI. Cuando se adoptan, llevan la
identificación de ambas organizaciones. Los
ejemplos incluyen: ANSI/ASME B31.1, Sec. IX,
Boiler and Pressure Code y ANSI/AWS D1.1,
Structural Welding Code – Steel. Ver Figura 5.4
y 5.5.
Otra norma común utilizada por
algunos inspectores de soldadura del American
Petroleum Institute API 1104, “Standard for
Welding Pipelines and Related Facilities”. Como
lo implica su nombre, esta norma se aplica a la
soldadura de cañerías a través del territorio, y
otros equipos usados en el transporte y
almacenamiento de productos del petróleo. Esta
norma cubre los requerimientos para la
calificación de procedimientos de soldadura,
soldadores y operadores de soldadura. Se aplica a
soldadura por gas y por arco, de juntas a tope o
en te en tubos usados en la compresión, bombeo,
y transmisión de petróleo, derivados del petróleo,
y gases combustibles. API 1104 también incluye
los requerimientos para la inspección visual y
radiográfica de dichas soldaduras. Ver Figura
5.6.
Figura 5.4 – ASME B31.1, Sección IX
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Figura 5.5 – ANSI/AWS D1.1
Figura 5.6 – API Estándar 1104
Figura 5.7 – Estándar ASTM
La American Society for Testing and
Materials (ASTM) produce muchos volúmenes
de especificaciones que cubren numerosos
materiales. Dichas normas incluyen tanto
productos metálicos como no metálicos para
muchas industrias. Como lo implica su nombre,
también están involucradas en los detalles de los
métodos para evaluar dichos materiales. Estas
especificaciones son ampliamente reconocidas
tanto por compradores como proveedores. El
resultado es un mejor entendimiento de los
requerimientos para materiales particulares y
métodos de ensayo. Cuando se requiere un
material o ensayo específico, es más fácil
comunicar la información necesaria si la
especificación existe y se puede obtener sin
demora. Ver Figura 5.7.
ESPECIFICACIONES La última clasificación de documento a
ser discutida es la „especificación‟. Este tipo se
describe como, “una descripción detallada de las
partes de un todo; presentación y enumeración de
particularidades, como el tamaño real o
requerido, calidad, performance, términos, etc.”.
Una especificación es una descripción detallada
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o listado de los atributos requeridos de algún
ítem u operación. No sólo se listan aquellos
requerimientos, sino también puede haber alguna
descripción de cómo serán medidos.
Dependiendo de una necesidad
específica, las especificaciones pueden existir en
diferentes formas. Las compañías frecuentemente
desarrollan especificaciones internas
describiendo los atributos necesarios de un
material o un proceso usado en su operación de
fabricación. La especificación puede ser usada
enteramente dentro de los límites de esa
compañía, o puede ser mandada a los
proveedores para detallar exactamente que quiere
comprar la empresa. Cuando dichos
requerimientos se ponen por escrito, hay más
seguridad que el ítem o servicio que se provee
alcanzará las necesidades del cliente. Tanto el los
departamentos de ingeniería como de compras se
basan fundamentalmente en especificaciones
para describir sus requerimientos.
Además, las especificaciones internas o
especificaciones de las compañías, varias
organizaciones publican especificaciones y
normas que son disponibles en el ambiente de la
industria. En la Tabla 5.1 se muestra una lista
parcial de dichas organizaciones.
El interés de muchos de estos grupos se
solapa, con respecto a la soldadura, y se
alcanzaron acuerdos para reducir la duplicación
de esfuerzos. Las especificaciones que se aplican
a un producto en particular son preparadas
normalmente por el grupo que tiene la
responsabilidad global. Cada organización que
prepara normas de consenso o especificaciones,
tiene comités voluntarios o grupos de trabajo
para realizar esta función. Los miembros de estos
comités o grupos de trabajo son especialistas en
sus campos. Preparan los borradores de las
especificaciones o normas para ser revisados y
aprobados por grupos mayores. Cada comité
principal se selecciona para incluir personas con
distintos intereses incluyendo productores,
usuarios, y representantes del gobierno. Para
evitar control o influencia indebida por el interés
de un grupo, se debe alcanzar consenso por un
alto porcentaje de la totalidad de los miembros.
El gobierno federal desarrolla o adopta
especificaciones y normas para ítems y servicios
que son del dominio público más que privado.
Los comités de redacción de normas o
especificaciones normalmente existen dentro del
departamento o agencia federal que tiene la
responsabilidad de un ítem o servicio particular.
Otras organizaciones que han
desarrollado especificaciones para sus industrias
particulares son API y AWS. Las
especificaciones API gobiernan los
requerimientos para materiales y equipos usados
por la industria del petróleo. AWS desarrolló un
número de especificaciones que describen los
requerimientos para los metales de aporte de
soldadura y tipos especializados de fabricación.
La serie A5.XX de especificaciones, AWS A5.1
hasta A5.31, cubren los requerimientos de
distintos tipos de consumibles de soldadura y
electrodos.
Por ejemplo, A5.1 detalla aquellos
requerimientos para electrodos de acero al
carbono revestidos para soldadura por arco con
electrodo revestido. La información provista
incluye las clasificaciones de los electrodos,
propiedades químicas y mecánicas de los
depósitos de soldadura, ensayo requerido, detalle
de los ensayos, requerimientos dimensionales, e
información de embalaje. La especificación
AWS A5.01, Filler Metal Procurement
Guidelines, subraya procedimientos para la
solicitud de los metales de aporte.
AWS desarrolló otra serie de
especificaciones para describir distintos
requerimientos de fabricación para tipos
particulares de equipos. Estas están indicadas
con los números D14.1 hasta D14.6. En este
grupo de documentos se incluye:
D14.1, Specification for Welding Industrial Mill Cranes
D14.2, Specification for Metal Cutting Machine Tool Weldments
D14.3, Specification for Welding Earthmoving and Construction Equipment
D14.4, Clasification and Application of Welded Joints for Machinery and Equipment
D14.5, Specification for Welding Presses and Press Components
D14.6, Specification for Rotating Elements of Equipment
Mientras que cada uno de los de arriba
se refiere a los requerimientos generales de AWS
D1.1, hay detalles provistos que alcanzan las
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necesidades específicas de tal estructura o
componente particular.
La American National Standards
Institute (ANSI) es una organización privada
responsable por la coordinación nacional de las
normas para el uso dentro de los Estados Unidos.
En realidad ANSI no prepara las normas. En
cambio, forma grupos de revisión de interés
nacional para determinar si las normas
propuestas son de interés público. Cada grupo
está compuesto por personas de distintas
organizaciones interesadas con el alcance y
disposiciones de un documento particular. Si se
alcanza el consenso de una norma particular,
entonces puede ser adoptada como un American
National Standard. Sin embargo, la adopción de
una norma por parte de ANSI no da, por sí
mismo, nivel de mandatorio.
Otros países industriales también
desarrollan y publican normas con respecto a la
soldadura. También existe la International
Organizations of Standarizations (ISO). Su meta
es el establecimiento de normas uniformes para
el uso de comercio e intercambio de servicios
internacionales. ISO está construida por cuerpos
de las normas escritos por más de 80 países y ha
adoptado o desarrollado más de 4000 normas.
ANSI es el representante designado para ISO por
EEUU. Las normas y publicaciones ISO están
disponibles por medio de ANSI.
El American Welding Society (AWS)
publica numerosos documentos que cubren el
uso y control de calidad de la soldadura. Estos
documentos incluyen códigos, especificaciones,
prácticas recomendadas, clasificaciones, métodos
y guías. Las publicaciones del AWS cubren las
siguientes áreas de temas: Definiciones y
símbolos; metal de aporte; calificación y
ensayos; procesos de soldadura; aplicaciones de
soldadura; y seguridad. Ver Figura 5.8
CONTROL DE MATERIALES En muchas industrias, un aspecto
importante de la fabricación es la identificación y
la trazabilidad de los materiales. Esto es aún más
aplicable en recipientes a presión y trabajo en
obras nucleares. Se les puede requerir a algunos
inspectores que colaboren en ese programa de
control de material como una parte de sus
obligaciones regulares. Si ese es el caso, el
individuo debe ser capaz de identificar
adecuadamente el material y comparar la
información con la documentación vinculada.
Figura 5.8 – Normas AWS
Los materiales de fabricación soldada
frecuentemente se ordenan con la estipulación de
que alcanzan una cierta norma o especificación.
Para demostrar este cumplimento, el proveedor
debe proporcionar la documentación que
describe las características importantes del
material. Esta documentación del material a
veces se conoce como “MTR”, que es una
abreviatura de Informe de Ensayo de Materiales
(Material (Laminación) Test Report), o “MTC”
que es una abreviatura de Certificado de Ensayo
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de Materiales (Material (Laminación) Test
Certificate). Estos documentos frecuentemente
son informes certificados que hace el fabricante,
tabulando las propiedades químicas y físicas para
el material. Los atributos normalmente se
enumeran como “nominales” o “reales”, o
ambos. Las propiedades nominales son
simplemente aquellos límites descritos por la
especificación particular. Los atributos reales son
las propiedades de los metales que han sido
medidas físicamente y listadas específicamente
en el MTR. Ambos indican que el material
cumple con alguna especificación. Los límites
reales describen las propiedades químicas y
mecánicas medidas de ensayos que representan
una chapa, tubo, barra, perfil, metal de aporte
particular, etc.
Cuando llega a un lugar de fabricación
el material ordenado bajo cierta especificación,
el inspector puede ser responsable de revisar la
MTR que lo acompaña. Esta revisión puede
ayudar a determinar si los materiales alcanzan
todos los requerimientos aplicables de la
especificación. Normalmente, el material estará
identificado físicamente por su tipo, grado,
colada, etc. Esta identificación puede estar
pintada, estarcida, o anotada de otra manera en
alguna ubicación visible en la superficie del
material. El inspector debería comparar dicha
información con la información contenida en el
MTR para asegurar que se proveyó la
información apropiada y que el material es
realmente el que se solicitó.
Para que un programa de control de
material sea exitoso, debe haber algún sistema
por medio del cual se pueda hacer algún
seguimiento del material recibido a través de las
distintas etapas de fabricación. La meta es ser
capaz de una trazabilidad de cada pieza de
material usada en algún componente fabricado en
todo el camino hacia atrás hasta el MTR, y por
esto, su fabricante. Mientras que no hay ningún
requerimiento específico para muchos tipos de
fabricaciones, hay industrias, tales como la
industria nuclear o aeroespacial, que están
extremadamente interesadas en este tipo de
aspecto de la fabricación. La política de la
compañía indicará que papel, si lo hay, tendrá el
inspector de soldadura en el sistema de control
de material. El inspector puede revisar realmente
los documentos para acatamiento o verificar
simplemente para asegurarse que alguien ya ha
realizado esa tarea. El inspector puede estar
involucrado con la totalidad del sistema de
control de material o con un aspecto particular,
tal como la identificación de materiales para
calificación de procedimiento.
Un método exitoso para el control de
materiales tiene varios atributos importantes.
Primero, debe ser tan simple como sea posible.
Si un sistema es muy complejo, puede que no sea
seguido, dando como resultado una pérdida de
control. Los sistemas simples que son entendidos
por todos tienen más posibilidades de dar
resultados satisfactorios. Otra característica
importante es contengan verificaciones
adecuadas y auditorias para asegurar que el
sistema no se quebrará, dando lugar a la pérdida
del trazabilidad.
Hay varios modos efectivos para
mantener la trazabilidad necesario de los
materiales. Dependiendo del grado de control
requerido, y el número de materiales diferentes
esperados, una compañía puede desarrollar un
sistema que alcance los requerimientos
particulares. Si sólo se encontrarán dos o tres
tipos de materiales, puede ser suficiente un
sistema simple de segregación o separación. Este
método requiere solamente que los tipos de
materiales individuales sean almacenados
separadamente. Esta separación se puede lograr
usando canastos separados, marcados
especialmente o usando los diferentes tipos de
material en distintas áreas del movimiento de
fabricación.
Otra manera efectiva de mantener el
control es con un sistema de códigos de colores.
A los tipos o grados individuales de material se
les asigna un color particular marcando con ese
medio. Con la recepción del material, alguien es
responsable de marcar cada pieza con el color
apropiado. El código de colores ayuda a la
identificación del material durante los siguientes
pasos de fabricación. Se debe tener una
precaución con el código de colores: se debe
considerar la „firmeza‟ del color, o la duración,
debido a que muchos materiales coloreados
pueden cambiar de color cuando se exponen a la
luz solar o a las condiciones climáticas. Un
cambio de colores debido a la exposición al sol
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puede llevar a serios errores en el control de los
materiales. Otro punto de interés es que los
materiales para marcar no deben ser nocivos a
los materiales; son ejemplos de estos los
materiales de marcado con alto cloro que causan
daño a los aceros inoxidables austeníticos, o
contenidos de azufre dañando aleaciones de alto
níquel.
Otro método de control de material es
el uso de un código alfanumérico. Ciertamente es
posible mantener la trazabilidad del material
transfiriendo toda la información de
identificación a la pieza. Sin embargo, esta
información puede ser muy extensa y requerir
una considerable cantidad de tiempo y esfuerzo.
El uso de códigos alfanuméricos puede eliminar
la necesidad de transferir toda la información
tales como tipo, grado, tamaño, número de
colada, etc. en cada pieza.
Un código alfanumérico corto, puede
ser asignado a un grupo específico de materiales
para simplificar la operación manteniendo la
posibilidad de trazabilidad. Cuando se recibe un
material de un tipo dado, grado, colada, etc. se le
asigna un código tal como A1, A2, A3, . . . . , D1,
D2, etc. Entonces la información del material se
vuelca en una hoja de registro y asocia con un
código alfanumérico apropiado. Una vez que se
establece la relación, lo único necesario para
seguir el material a través de los pasos de
fabricación es el código específico. Es más
probable que los códigos abreviados sean
transferidos y mantenidos adecuadamente más
que una identificación compleja y larga.
El último método a ser discutido es el
sistema de „código de barras‟ que puede ser
automatizado y es muy efectivo tanto para el
control del material como para el control de
inventario. Este sistema usa un grupo de líneas
verticales cortas de diferentes anchos como
marcador, sobre el material. Este código de
barras puede ser aplicado manualmente en el
campo, o automáticamente durante el sistema de
fabricación. Se encuentran lectores de códigos de
barras que pueden leer códigos de barras y
traducir la información de las líneas al tipo,
grado, composición química, etc. reales. Estos
sistemas son muy efectivos y se están
transformando en una opción para el control de
materiales en muchas industrias.
Con cualquiera de estos sistemas de
marcado, la identificación podría ser aparente. Es
una buena práctica asegurarse que la
identificación esta ubicada en varios lugares de
una pieza, si esta es grande. Como mínimo, la
marcación debe ubicarse diagonalmente en
esquinas opuestas de chapas, extremos de tubos,
perfiles y barras. Si la pieza de material es
cortada al medio, entonces la identificación
permanece en ambas piezas. Si se realiza otro
corte, se debe transferir la identificación a cada
pieza, incluyendo la que queda almacenada.
Muchos fabricantes de tubos están imprimiendo
el tamaño de tubo, especificación de cañería, y
número de colada cada seis pies, para una fácil
identificación.
Como se mencionó en la discusión
precedente, el inspector de soldadura estará
involucrado con la inspección con el sistema de
control del material sólo cuando así lo dicte la
descripción del trabajo. El inspector puede estar
involucrado en la revisión y marcado o una
simple verificación para asegurar que la
identificación se encuentra presente en los
materiales a ser soldados.
IDENTIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES Las identificaciones de aleaciones
frecuentemente son desarrolladas por las
asociaciones de industrias tales como la Society
of Automotive Engineers (SAE), American Iron
and Steel Institute (AISI), y la Copper
Development Association (CDA). Los sistemas
de identificación fueron creados para ayudar a
aquellos que trabajan dentro de una industria
particular, y frecuentemente con poca atención a
las industrias fuera de su esfera de influencia.
Por esto, las especificaciones para aleaciones
desarrolladas por dichas diferentes asociaciones
frecuentemente solapan o incluso usan idénticas
denominaciones para aleaciones completamente
diferentes, llevando a confusión o incluso errores
en el uso de aleaciones.
El „Unified Number Sistem‟ (UNS) fue
desarrollado en 1974 para ayudar a interconectar
muchos sistemas de numeración usados
nacionalmente que están actualmente
respaldados por sociedades, asociaciones
comerciales, usuarios y productores individuales
de metales y aleaciones. Ver Figura 5.9. La UNS
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es un medio para evitar la confusión causada por
el uso de más de un número de identificación
para el mismo material, o los mismos números
que aparecen para dos o más materiales
completamente diferentes.
La práctica estándar iniciada por el
Unified Numbering System ayuda a una
identificación eficaz, mantener registros,
almacenamiento de datos, recuperación y
referencia cruzada de los metales y aleaciones. El
sistema sin embargo no es una especificación que
tenga en cuenta la forma, condición o calidad,
etc. de los materiales cubiertos. Es sólo para el
propósito de una identificación básica.
Figura 5.9 – UNS Metals & Alloys
El UNS fue diseñado para asignar
denominaciones alfanuméricas a cada familia de
metales y aleaciones, que se considera que tienen
una “posición comercial”, o un “uso de
producción”. Esto significa los metales y
aleaciones que tienen un uso industrial activo, o
son producidos regularmente. El UNS establece
18 series de números principales para metales y
aleaciones. Cada número consiste de una letra
única como prefijo, seguida de cinco dígitos. En
la mayoría de los casos la letra sugiere la familia
de metales identificados (en inglés), (tal como A
para aluminio o S para acero inoxidable
(stainless steel). La Figura 5.10 identifica las
series principales de números y la clasificación
de metal o aleación para cada uno. Esta
información se encuentra en SAE HS-
1086/ASTM DS-56 E, Metals & Alloys in the
Unified Numbering System, (una publicación
conjunta por ambas organizaciones).
Para ilustrar como puede hacerse una
referencia recíproca de un metal existente y
números de aleación, se dan los siguientes
ejemplos: AISI – 1020 = ACERO AL CARBONO UNS – G10200 = ACERO AL CARBONO CDA – C36000 = LATON UNS – C36000 = LATON
Dentro de cada serie de “números
principales de UNS”, se creó una “división
secundaria” para clasificar los metales y
aleaciones cubiertas en la denominación
principal. Como muestra la Figura 5.12, los
metales de aporte de soldadura han sido
divididos en series secundarias de números
dentro de la clasificación principal de UNS. El
lector debe notar, sin embargo, que la lista de
metal de aporte se define por composición
química y esta lista no debe confundirse con la
designación „E‟ del AWS para electrodo en su
clasificación de electrodos de soldadura basado
en el depósito de soldadura.
“UNS” – SERIE PRINCIPAL DE NUMEROS
A00001-A99999 ..Aluminio y aleaciones de aluminio C00001-C99999 ..Cobre y aleaciones de cobre E00001-E99999 ..Tierras raras y metales similares y
aleaciones F00001-F99999 ..Fundiciones de hierro G00001-G99999 ..Aceros al carbono y aleados AISI y SAE H00001-H99999 ..aceros-H AISI y SAE J00001-J99999 ..Fundiciones de acero (excepto aceros
de herramienta K00001-K99999 ..Aceros y aleaciones ferrosas
misceláneas L00001-L99999 ..Metales y aleaciones de bajo punto de
fusión M00001-M99999 ..Metales y aleaciones no ferrosas
misceláneas N00001-N99999 ..Níquel y aleaciones de níquel P00001-P99999 ..Metales y aleaciones preciosas R00001-R99999 ..Metales y aleaciones reactivas y
refractarias S00001-S99999 ..Aceros resistentes a la temperatura y a
la corrosión (incluyendo inoxidables), aceros para válvulas, y “superaleaciones” de base de hierro
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T00001-T99999 ..Acero de herramientas, forjados y fundidos
W00001-W99999 .. Metal de aporte de soldadura Z00001-Z99999 .. Zinc y aleaciones de zinc
Figura 5.10 – Números UNS Principales
“UNS” – SERIES SECUNDARIOS DE NUMEROS
W00000-G09999 ..Soldadura, aporte – aceros al carbono W10000-G19999 ..Soldadura, aporte –aleaciones
manganeso - molibdeno W20000-G29999 ..Soldadura, aporte –aceros al Ni W30000-G39999 ..Soldadura, aporte – aceros inoxidables
austeníticos W40000-G49999 ..Soldadura, aporte - aceros inoxidables
ferríticos W50000-G59999 ..Soldadura, aporte – aceros de baja
aleación al cromo W60000-G69999 ..Soldadura, aporte – aleaciones de cobre W70000-G79999 ..Soldadura, aporte – aleaciones para
revestimiento W80000-G89999 ..Soldadura, aporte – aleaciones de níquel
Números UNS Secundarios
La información provista dentro de esta
sección del módulo es para propósitos
ilustrativos, para dar a usted una comprensión de
los sistemas de numeración de la especificación
de material. Para una explicación más detallada,
o para obtener listas adicionales incluidas en el
Unified Numbering System for Metals and
Alloys, el lector puede contactar una de las
siguientes organizaciones (la dirección y
números de teléfono de dichas organizaciones
fueron listadas antes) “UNS” – ORGANIZACIONES A LAS QUE SE ASIGNAN NUMEROS AA Alluminium Association ASTM American Society for Testing and Materials AWS American Welding Society CDC Copper Development Association SAE Society of Automotive Engineers ZI Zinc Institute, Inc.
Organizaciones de Tipos de Aleaciones
Específicas
Especificación Típica de Acero
A veces se le pide al inspector de
soldadura que compare las propiedades reales del
material con los requerimientos especificados en
la especificación del material. ASTM desarrolló
numerosas especificaciones de material; aquellas
que se refieren a metales contienen en gran
medida información de tipo similar. Para
familiarizarse con que tipo de información
provista, así de cómo de la forma en que es
presentada, se discutirá una especificación típica
de acero.
Para esto se usará la especificación
ASTM A514, “Standard Specification for High
Strengh, Quenched and Tempered Alloy Steel
Plate, Suitable for Welding (Especificación
Estándar para Chapas de Acero Aleados
Templados y Revenidos de Alta Resistencia
Adecuados para Soldadura)” para ilustrar alguno
de los detalles que pueden estar incluidos en una
especificación de acero típica.
Se describen algunas de las secciones y
aspectos importantes de esta especificación para
poner al tanto al inspector de soldadura de los
principios básicos de esas especificaciones.
Alcance. Esta presentación explica
exactamente que será descrito por la
especificación. Esto es, define los límites hasta
donde cubre la especificación.
Documentos aplicables. Esta es
una lista de otros documentos que pueden estar
citados dentro del texto de la especificación.
Requerimientos Generales para
la Entrega. Aquí se detallan las condiciones
requeridas si se solicita material, para cumplir
con dicha especificación. Las especificaciones de
aceros normalmente se refieren a ASTM A6 en
lugar de incluir todos los requerimientos en cada
especificación individual.
Proceso. Se enumeran los métodos
aprobados para la producción de este producto.
Tratamiento Térmico. Se
establecerán los detalles para ese tratamiento,
para aleaciones que requieren algún tratamiento
térmico.
Requerimientos Químicos. Este
párrafo se refiere simplemente a una tabla que
enumera los requerimientos de composición
química real. Es importante notar que
normalmente se enumerarán distintos grados, y
cada grado tiene distinto requerimiento de
composición química.
Requerimientos de Resistencia a
la Tracción. Este párrafo se refiere
simplemente a una tabla que define los valores
requeridos de resistencia a la tracción para la
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aleación. Los valores de resistencia a la tracción
normalmente son diferentes para distintos rangos
de espesor.
Requerimientos de Dureza
Brinell. Para materiales que requieren ensayo de
dureza Brinell, se establecen el alcance y
requerimientos.
Probetas de Ensayo. Se establece
aquí cualquier información relacionada con la
ubicación, preparación y tratamiento de las
probetas de ensayo.
Número de Ensayos. Se establece el
número de probetas de ensayo requerido para
mostrar conformidad.
Reensayo. Este párrafo describe que
procedimientos serán seguidos si falla cualquiera
de las probetas de ensayo.
Marcado. Este párrafo tiene en cuenta
como se identificará el material.
Requerimientos Suplementarios.
Se establece cualquier detalle adicional que
pueda ser requerido por el comprador. Estos no
se consideran requerimientos salvo que lo
establezca así el comprador.
Especificación Típica de Metal de aporte También se le puede requerir al
inspector de soldadura que revise las propiedades
del metal de aporte de soldadura para verificar la
conformidad con la especificación aplicable. Una
de esas especificaciones, AWS A5.1,
“Specification for Covered Carbon Steel Arc
Welding Electrodes (Especificación de
Electrodos Revestidos para Soldadura por Arco
de Aceros al Carbono)” servirá como ejemplo del
tipo de información provista, así como
descripción del significado de esa información.
Algunos de los aspectos importantes de
esta especificación son descritos a continuación.
Alcance. Este describe lo abarcado por
esta especificación.
Sección A – Requerimientos
Generales
Clasificación. Se establecen las bases
para la clasificación. Se hace referencia a las
distintas tablas que enumeran esas
clasificaciones, basadas en el tipo de corriente,
tipo de revestimiento, posición de soldadura,
composición química, y propiedades mecánicas.
Aceptación. Establece que el
fabricante debe certificar que ese producto
alcanza todos los requerimientos de esta
especificación.
Reensayos. Si alguno de los ensayos
falla, se deben realizar dos reensayos y ambos
deben aprobar.
Método de Fabricación. Es
satisfactorio cualquier método de fabricación que
produce un producto acorde con esta
especificación.
Marcado. Establece cual es la mínima
identificación que debe ser visible en el exterior
de cada paquete.
Embalaje. Describe el embalaje
adecuado, incluyendo tamaños estándar y
configuraciones.
Procedimientos de Redondeo.
Explica como se redondeará la resistencia a la
tracción a las 1000 psi más cercanas.
Sección B- Ensayos Requeridos
y Métodos de Ensayos. Describe los distintos
ensayos químicos y mecánicos que pueden ser
requeridos para juzgar la aceptabilidad de un
metal de aporte con esa especificación. El ensayo
incluye composición química, resistencia a la
tracción de metal de aporte puro, impacto,
ensayo volumétrico, resistencia a la tracción
transversal, plegado guiado longitudinal, y
ensayos de soldadura de filete.
Sección C – Fabricación,
Embalaje e Identificación. Detalles de los
requerimientos de especificación de esos
aspectos.
Sección D – Detalle de los ensayos.
Describe los detalles reales de realizar los
distintos ensayos usados para medir la
adaptabilidad de un metal de aporte para alcanzar
dicha especificación. También describe cuál de
esos ensayos se requiere para cada clasificación.
Apéndice. Contiene información
adicional descriptiva acerca de ciertos
requerimientos encontrados en el cuerpo
principal de la especificación. Incluye
información relacionada con el cuidado y uso del
electrodo para cumplir con esta especificación.
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Calificación de Procedimientos y
Soldadores
Parte de cada proyecto importante de
soldadura, tanto si se realiza en el taller o en el
campo, es la calificación de procedimientos de
soldadura y soldadores u operadores de
soldadura. Es uno de los pasos preliminares más
importantes en la secuencia de fabricación. Muy
frecuentemente los proyectos comienzan sin el
beneficio de procedimientos de soldadura y
soldadores probados. Esto puede llevar a
excesivos porcentajes de rechazo en la
producción debido a alguna deficiencia
insospechada en la técnica, materiales, o
habilidad del soldador.
Durante el ensayo de calificación de
habilidad, puede estar involucrado el inspector
de soldadura. Las estructuras de las compañías
particulares dictarán el grado en que el inspector
estará involucrado en este proceso. Algunos
códigos requieren que el inspector de soldadura
presencie realmente la soldadura de calificación
y el ensayo. En consecuencia, el inspector de
soldadura debe conocer los distintos pasos en la
calificación de procedimientos de soldadura y
personal de soldadura.
La mayor parte de los códigos ubican la
carga de la responsabilidad de calificación en el
fabricante o contratista. Por esto, las
calificaciones de soldadura son declaraciones por
parte de esas compañías, que los procedimientos
y personal de soldadura han sido calificados de
acuerdo con los códigos y especificaciones
adecuados y se encontraron aceptables.
Sin embargo, los fabricantes y
contratistas inteligentes, se dan cuenta que la
calificación de procedimientos y personal de
soldadura en realidad dará como resultado una
reducción de los costos. Cuando se califican
personas y métodos, y se encuentran aceptables,
es menos probable que haya costos excesivos
causados por las soldaduras rechazadas y retrasos
en los trabajos. Es mucho más económico
encontrar una deficiencia durante la calificación
que durante la producción real.
El inspector de soldadura también
puede estar involucrado con dichas calificaciones
desde el punto de vista de la revisión de
documentos. Una de las responsabilidades puede
ser revisar tanto los formularios de
procedimiento de soldadura como calificación de
soldador para determinar si están de acuerdo con
las especificaciones del código y del trabajo. Los
inspectores de soldadura con experiencia se dan
cuenta que numerosos problemas puntuales
pueden ser detectados y corregidos previo a la
soldadura si esa revisión se realiza
cuidadosamente. Más aún, la mayor parte de los
códigos dan autoridad al inspector de soldadura
para requerir que los soldadores sean
recalificados en caso de que continúen
produciendo trabajos con calidad inferior a la
establecida.
Durante esta discusión de ensayo de
calificación, las referencias a la soldadura no
implican que sólo necesiten dichas medidas de
calificación las soldaduras. El brazing, por
ejemplo, también requiere procedimientos y
personal calificados para resultados
satisfactorios. Las técnicas específicas de
ensayos de calificación para brazing pueden
encontrarse en ASME sección IX, que describe
los distintos pasos involucrados en la calificación
de procedimientos y personal de soldadura.
Debido a que los códigos importantes (e.g AWS
D1.1, ASME sección IX, y API 1104) manejan
este aspecto de la soldadura en forma
ligeramente diferente, serán marcadas algunas de
esas diferencias. Igualmente, usted está urgido de
referirse al código apropiado para una
información específica sobre este punto.
Calificación de Procedimiento El primero de los pasos en el proceso
de calificación es el desarrollo del procedimiento
de soldadura, y su desarrollo dentro del
procedimiento de calificación. Este debe
preceder tanto a la calificación de soldadura y
soldadura de producción, porque determinará si
la técnica y materiales reales son compatibles. En
general, la calificación del procedimiento de
soldadura se realiza para mostrar la
compatibilidad de: 1) metal(es) base 2) metales de aporte de soldadura y
braze 3) proceso(s), y 4) técnicas
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Notará que no se menciona el nivel de
habilidad del soldador quién realiza el ensayo de
calificación. A pesar que la mayoría de los
códigos considerará al soldador que realiza la
soldadura como calificado automáticamente, la
calificación de procedimiento no tiene la
intención de juzgar la habilidad del soldador. A
pesar que cada código maneja la calificación de
procedimientos de soldadura en forma
ligeramente diferente, el propósito general es el
mismo.
Hay tres aproximaciones generales a la
calificación de procedimientos. Estos incluyen
los procedimientos precalificados, ensayo de
calificación de procedimientos, y ensayos sobre
prototipos para aplicaciones especiales. Los
ensayos sobre prototipos pueden usarse
simplemente para suplementar otros métodos
más estándares de calificación de procedimiento.
Discutamos primero el sistema usado
por la American Welding Society en el “Código
de Soldadura Estructural –Acero”, AWS D1.1.
Este sistema es único en la industria de la
soldadura, debido a que hay numerosos
procedimientos que están considerados
precalificados. Esto es, no hay necesidad de
realizar los ensayos de calificación en la medida
que los parámetros de soldadura estén dentro de
ciertos límites prescritos. El código D1.1
enumera varios procesos de soldadura, metales
base, espesores, configuraciones de junta, y
técnicas de soldadura, que cuando se usan en una
combinación específica, se consideran
precalificadas.
AWS D1.1 reconoce como
precalificados a cuatro procesos de soldadura,
incluye por arco con electrodo revestido
(SMAW), por arco sumergido (SAW), por arco
con alambre tubular (FCAW), y por arco con
alambre y protección gaseosa (GMAW) excepto
transferencia en corto circuito. Sin embargo, esto
no significa que estos sean los únicos procesos
de soldadura que pueden ser usados. Implica
simplemente que en realidad se requiere un
ensayo de calificación si se usan otros procesos
de soldadura para soldadura de producción.
También hay numerosos metales base que se
consideran aceptables y no requieren calificación
cuando se usan. El código diferencia entre
edificios, puentes y estructuras tubulares en
cuanto a las aleaciones que son aceptables en
cada caso. En consecuencia, el hecho que un
metal base esté precalificado para una aplicación
en edificio no implica necesariamente que
también sea aplicable para el uso en la
construcción de puentes. Las partes del código
que tratan específicamente con el diseño de
edificios, puentes y estructuras tubulares
(secciones 8, 9, y 10 respectivamente) enumeran
los materiales para dichas aplicaciones. En total
hay más de 30 metales base aceptable para el uso
en al menos una de esas estructuras.
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QW – 463 Orden de Corte
Fuente: ASME B31.1 Sec IX
Figura 5.11 Probetas de Soldadura para Calificación de Procedimientos Típicas de ASME
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Soldadura con bisel en V (2) Junta a tope (B)
Tolerancias
Según Detalle (ver 3.13.1)
Según presentación (ver 3.13.1)
R=+1.6, 0 +6, -1.6
= +10°, -0° +10°, -5°
TODAS LAS DIMENSIONES EN mm
Proceso de Soldadura
Designación de la Junta
Espesor del Metal Base (I =Ilimitado)
Preparación del Bisel Posiciones de Soldadura Permitidas
Gas de Protección (SAAT [FCAW]) Notas
Abertura de raíz Angulo de Bisel {chaflán} T1 T2
SAER [SMAW]
B-U2a I
R = 6 = 45° Todas D, N
R = 10 = 30° F, V, OH D, N
R = 13 = 20° F, V, OH D, N
SAAG [GMAW]
SAAT [FCAW]
B-U2a-GF I
R = 5 = 30° F, V, OH requerido A, N
R = 10 = 30° F, V, OH No req. A, N
R = 6 = 45° F, V, OH No req. A, N
SAS [SAW] B-L2a-S 50.8 Max R = 6 = 30° F N
SAS [SAW] B-U2-S I R = 16 = 20° F N
Notas:
A: No precalificadas para soldadura por arco con alambre y protección gaseosa usando transferencia por
cortocircuito. Referirse al Anexo A
C: Repelar la raíz hasta el metal sano antes de soldar el segundo lado.
J: Si las soldaduras de filete son usadas para reforzar soldaduras con bisel en estructuras cargadas estáticamente en
juntas en L y en T, estos deben ser igual a ¼ T1, pero no es necesario que exceda 9,6mm (3/8 in.). Las soldaduras
con bisel en esquina y juntas en T cargadas cíclicamente, deben estar reforzadas con soldaduras de filete iguales a
¼ T1, pero no más que 9,6mm.
N: La orientación de los dos miembros en las juntas pueden variar desde 135° a 180° , con tal que la configuración
básica de la junta se mantenga igual (ángulo del bisel, superficie del talón, abertura de raíz) y se mantenga el
tamaño de diseño de la soldadura.
Figura 5.12 – Ejemplo de las Limitaciones de la Junta de Soldadura de AWS.
El espesor del metal base también
tendrá efecto en la eficiencia del procedimiento
de soldadura. Por esto, las distintas juntas de
soldadura precalificadas tienen limitaciones en
los rangos de espesores cubiertos. AWS D1.1
está en si limitada a soldadura de acero de 1/8 de
pulgada de espesor en adelante. Para cada junta
de soldadura precalificada los rangos específicos
para los distintos procesos, posiciones y
configuraciones de juntas están tabulados.
Nuevamente, sólo porque una cierta condición
ubica al procedimiento fuera de esas
limitaciones, no implica que el procedimiento no
pueda ser usado. Significa simplemente que
deben hacerse los ensayos de calificación para
hacerlo aceptable.
La Figura 5.12 es un ejemplo de como
AWS D1.1 enumera las limitaciones de los
distintos aspectos de las juntas de soldadura
precalificadas.
Observando ese esquema y los valores
de tabla, usted puede ver que esta junta
precalificada particular es para una junta a tope
con bisel en V, soldada de un solo lado, con
respaldo de acero en la raíz. La información de la
tabla muestra los distintos requerimientos para la
configuración exacta de la junta de soldadura
dependiendo del proceso, espesor y posición de
la soldadura. Además, para un proceso dado, la
abertura de raíz puede variar con respecto al
ángulo de bisel. Considerando el proceso
SMAW, hay tres opciones diferentes de
combinaciones abertura de raíz y ángulo de bisel:
1/4” de abertura de raíz - 45° de ángulo de bisel,
3/8” de abertura de raíz - 30° de ángulo de bisel y
1/2” de abertura de raíz - 20° de ángulo de bisel.
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También es importante notar que las tolerancias
tanto de la abertura de raíz como el ángulo de
bisel aparecen en una tabla insertada en la
esquina superior derecha. Hay listas para las
tolerancias de “Según Detalle”, “Según
presentación” en dichas medidas. Las tolerancias
“Según Detalle” se relacionan a la libertad
dimensional del proyectista cuando especifica
dichos aspectos. Las tolerancias “Según
presentación” se relacionan con la variación
permitida de las dimensiones del detalle durante
el montaje real de las partes a ser unidas. Por
esto el inspector de soldadura debe aplicar dichas
tolerancias “Según presentación” cuando
inspecciona la presentación real de esa junta de
producción.
En la siguiente columna, hay un listado
de posiciones para las cuales esa junta se
considera precalificada. Siguiendo a esto hay una
columna que establece si se requiere o no gas de
protección cuando se usa FCAW. Cuando se
hace referencia a dichas figuras de las juntas de
soldadura, es importante prestar atención a las
notas a las que se hace referencia en la última
columna de la tabla. Estas notas pueden dar
mayores restricciones en el uso de estas juntas de
soldadura.
El análisis final sobre cuando un
procedimiento es considerado precalificado se
hace luego de revisar los contenidos de las
Secciones 3 y 4 del Código, que se refieren a la
mano de obra y técnica, respectivamente. La
sección de “Mano de Obra”, define muchos de
los requerimientos de calidad aceptables para la
preparación y realización de la soldadura. En la
sección de “Técnica” hay información sobre los
métodos aceptables para alcanzar dichos niveles
de calidad. Esta sección también detalla los
requerimientos específicos para los distintos
procesos de soldadura, incluyendo sus „variables
esenciales‟.
Las variables esenciales son aquellas
características del proceso de soldadura que, si se
cambian más allá de ciertos límites, requieren
que se establezca un nuevo procedimiento de
soldadura. Esto es, que son suficientemente
importantes para que, si varían en forma
significativa, puedan resultar soldaduras no
satisfactorias. Para cada proceso de soldadura se
listan las variables esenciales.
Como se mencionó antes, si algún
aspecto hace que el procedimiento de soldadura
sea no precalificado, pudiendo ser calificado
haciendo un ensayo de soldadura y sometiéndolo
a los ensayos destructivos. Esto se realiza en
gran medida de la misma manera que los ensayos
de calificación de acuerdo con ASME sección
IX, que discutiremos luego. Una diferencia
importante, sin embargo, es que para AWS, el
procedimiento debe estar calificado en cada
posición en que se realizará la soldadura de
producción. Los requerimientos para estos
ensayos aparecen en la Sección 5 de AWS S1.1.
Se detallan las condiciones de ensayo, los
resultados de ensayo requeridos, y las
limitaciones de los distintos procedimientos
calificados.
El siguiente método general usado para
la calificación de procedimientos es la
realización de los ensayos de calificación. Este
método es usado, en versiones algo modificadas,
tanto en los ensayos de calificación de
procedimientos de ASME, como de API. El
ASME sección IX, Welding and Brazing
Qualifications, cubre la calificación de brazing
tanto como de soldadura para la fabricación de
recipientes y cañerías a presión. API 1104
Standard for Welding Pipelines ande Related
Facilities, es usado fundamentalmente por la
industria de ductos para la calificación e
inspección de procedimientos de soldadura y
personal.
En ambos sistemas, hay ciertas
variables esenciales definidas. Como el sistema
AWS, dichas variables esenciales dictan el
alcance de una calificación de procedimiento
dada. Esto es, una vez que se exceden dichas
limitaciones, se debe desarrollar otro
procedimiento. Dentro de esas variables
esenciales se incluyen puntos como el proceso de
soldadura, parámetros de soldadura, tipos de
metal base, espesor del metal base, tipos y
tamaños de metales de aporte, y técnicas
específicas de soldadura.
En el sistema ASME, esas variables
esenciales se deben establecer en una
Especificación de Procedimiento de Soldadura
(EPS (WPS)). Enumerará los rangos totales de
cada una de las variables esenciales. Debido a
que dichos rangos pueden exceder los límites
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para distintas variables esenciales, para una
cobertura total pueden requerirse varios ensayos
de calificación. Las condiciones de ensayo reales
se registran en un segundo documento, el
Registro de Calificación de Procedimientos,
(RCP (PQR)). En consecuencia, puede haber
numerosos RCP (PQR) que hacen referencia a
una única EPS (WPS).
Una vez que se definieron dichas
variables para un procedimiento determinado, de
manera que incluyan todas las condiciones que
se encontrarán durante la soldadura de
producción, es soldada una probeta de soldadura
para calificación de procedimiento. Para ASME
puede ser tanto chapa o tubular de manera que se
obtenga la calificación de procedimiento para
ambas formas. En API la configuración siempre
es tubular. Luego de la soldadura, se retiran las
probetas de ensayo requeridas y se ensayan por
métodos destructivos, a ser juzgados como
aprobadas o rechazadas basados en los
requerimientos correspondientes. Las Figuras
5.13 y 5.14 muestran algunas de las probetas de
ensayo de calificación de procedimiento típico de
acuerdo con ASME sección IX y API 1104,
respectivamente.
Para ASME, la calificación de
procedimientos en la posición plana califica
dicho procedimiento para todas las posiciones.
API requiere que el procedimiento sea calificado
en posiciones fijas o rotadas o ambas,
dependiendo de los requerimientos del trabajo.
Sin embargo, la calificación en una de esas
posiciones no califica al procedimiento en la otra
posición.
Los ensayos están diseñados para
evaluar los efectos de las técnicas de soldadura y
la compatibilidad de los metales base y los de
aporte. Algunos de los ensayos más comunes que
se usan para la calificación son de tracción,
plegado, nick-break, macro ataque, rotura de
filete, y ensayos no destructivos. En el Módulo 6
se encuentran ejemplos de algunas de las
configuraciones de probetas de ensayo.
La Figura 5.15 muestra dichas probetas
de ensayo requeridas y el rango de espesores
calificado para distintos tipos de calificaciones
de procedimientos de soldadura a tope de
acuerdo con ASME sección IX. La Figura 5.16
enumera las probetas requeridas para la
calificación de procedimientos de soldaduras a
tope por API 1104.
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Figura 5.13 (continuación) – Probetas de Soldadura para Calificación de Procedimientos
Típica de ASME Condiciones de servicio especiales
pueden requerir ensayos adicionales para evaluar
otras propiedades de la soldadura. Alguno de
esos ensayos son impacto, dureza, composición
química, y condiciones especiales de servicio
(e.g. resistencia a la corrosión y abrasión).
Cada código particular dictará un
criterio de aceptación de ensayo apropiado.
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Como inspector de soldadura usted puede estar
involucrado en esa evaluación, tanto como en la
operación de evaluar en sí. Probablemente la
operación más importante que puede realizar el
inspector de soldadura durante el proceso de
calificación es monitorear cuidadosamente la
soldadura en si para asegurar que se está
siguiendo el procedimiento. Si se encuentran
problemas durante el procedimiento de soldadura
que son el resultado de la falta de adecuación del
procedimiento en si, posiblemente puedan ser
identificados y corregidos en esta etapa en lugar
de corregirlos durante la soldadura de
producción.
Notas: 1. A opción de la Compañía, pueden rotarse las ubicaciones con tal que estén con la misma
separación alrededor del caño, sin embargo, las probetas no deben incluir soldadura longitudinal
2. Puede usarse una probeta de tracción de sección completa para un caño con un diámetro menor a 33,4 mm (1 5/16)
Fuente: API Estándar 1104
Figura 5.14 – Probetas de Ensayo para Calificación de Procedimientos Típica de API
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Figura 5.15 - Probetas de Ensayo Requeridas y Espesores Calificados para Calificación de
Procedimientos ASME
Figura 5.16 - Tipo y Número de Probeta Requerida para el Calificación de Procedimiento
API de Soldaduras a Tope El método final de calificación de
procedimientos de soldadura es a través del uso
de prototipos de ensayo de soldadura. Esta
técnica se usa a veces para configuraciones de
construcciones soldadas complicadas donde hay
interés sobre como la forma o condición de un
componente pueden ser afectados por la
operación de soldadura. Tales cosas, como altos
niveles de embridamiento e inaccesibilidad de la
junta de soldadura son causa de posibles
problemas de soldadura, pero estos son más
difíciles de evaluar usando un ensayo de
calificación estándar. Es sólo a través de
soldadura de prueba real en prototipos que
pueden responderse esas cuestiones.
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Estos ensayos de prototipos pueden ser
los ensayos exclusivos, o pueden ser usados
junto con otras técnicas de calificación más
comunes. Además, estos ensayos son de ayuda
para el fabricante debido a que el o ella ahora
tienen una impresión de como se puede hacer
una soldadura en particular y que se puede
aplicar exitosamente un método particular. Esta
valiosa experiencia se puede adquirir mediante
ensayos preferentemente a tener que desarrollar
el procedimiento al costo de producción.
Para resumir esta discusión de la
calificación de procedimiento de soldadura,
observemos la secuencia general para la
calificación de un procedimiento a través de un
ensayo real. Mientras que esto puede variar
ligeramente entre distintas compañías, la mayor
parte de estos aspectos son suficientemente
importantes para ser considerados. El inspector
de soldadura puede estar involucrado con cada
uno de estas 9 etapas o sólo con unas pocas, otra
vez, dependiendo de la estructura de la compañía
en particular.
Se debe entender que una de las partes
más importantes del proceso de calificación de
procedimiento es el uso de dicho procedimiento
durante la soldadura de producción. Con mucha
frecuencia las compañías realizan ensayos de
calificación de procedimientos de soldadura sólo
para satisfacer los requerimientos del cliente.
Una vez calificado, lo guardan en una carpeta o
es archivado en el mueble de alguno. Esto no es
de ayuda para el soldador en la planta que
necesita conocer la información establecida en
los formularios de calificación de procedimiento.
ESPECIFICACION DE CALIFICACION DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
1) Seleccionar las variables de soldadura 2) Verificar el equipo y materiales para
comprobar que sean adecuados 3) Monitorear la presentación de la junta de
soldadura tanto como la soldadura en si, registrando todas las variables importantes y observaciones.
4) Seleccionar, identificar y retirar las probetas de ensayo requeridas.
5) Ensayar y evaluar las probetas 6) Revisar los resultados para verificar
conformidad con los requerimientos aplicables del código.
7) Liberar el procedimiento aprobado para producción.
8) Calificar los soldadores individualmente de acuerdo con dicha especificación.
9) Monitorear el uso de ese procedimiento durante la producción para asegurar que continúe produciendo resultados satisfactorios.
Los procedimientos son instrucciones
de soldadura, por esto, deben estar disponibles
sin demora para el soldador durante la
producción. Debido a las limitaciones físicas del
papel en el ambiente de soldadura, algunas
compañías usan hojas plásticas u hojas
plastificadas que son suficientemente duraderas
para permanecer cerca de la operación de
soldadura. Estas contienen toda la información
necesaria del procedimiento de soldadura
aprobado, de manera que el soldador puede hacer
una rápida referencia si surge cualquier pregunta.
Esto también ayuda al inspector de soldadura,
porque el o ella pueden verificar los
requerimientos del procedimiento y compararlos
con los parámetros reales que está usando el
soldador para la producción. Otro propósito del
monitoreo sobre el proceso de la soldadura es
detectar cualquier deficiencia en el
procedimiento de soldadura que puede aparecer
sólo durante la soldadura de producción. Si lo
nota, el inspector de soldadura puede reportarlo
al supervisor o Ingeniero en soldadura de manera
que pueda hacerse una acción correctiva.
Se han desarrollado formularios
estándar para cada código en los cuales se puede
sintetizar la información de la calificación del
procedimiento, y normalmente se usan por
simplicidad. En cada código hay ejemplos de los
formularios.
Calificación de Soldador Una vez que se calificó el procedimiento
de soldadura no tiene ninguna utilidad hasta que
los soldadores hayan sido calificados para
realizar soldadura de acuerdo a dicho
procedimiento. Esas son dos operaciones
separadas porque sirven para distintos
propósitos, como se explicará en la siguiente
discusión. Asumamos que se establecieron y
aprobaron los procedimientos de soldadura
apropiados a través de uno u otro método. Ahora
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es necesario realizar los ensayos de calificación
de soldador para determinar si los soldadores
individuales poseen la habilidad suficiente para
producir soldaduras satisfactorias usando dichos
procedimientos.
Antes, el interés estaba en la
compatibilidad de materiales y técnicas. Una vez
que fueron probados, las calificaciones
individuales de soldador están diseñadas para
juzgar el nivel de habilidad de los soldadores de
producción. En consecuencia, el ensayo de
calificación de soldador es algo diferente.
A pesar de que es diferente en ciertos
aspectos, la calificación de soldador tiene ciertas
similitudes cuando se la compara con la
calificación de procedimiento. Entre estas la
existencia de variables esenciales. En el caso de
calificación de soldador, estas pueden incluir
posición de soldadura, configuración de la junta,
tipo y tamaño de electrodo, espesor del metal
base, y técnica especifica de soldadura. Estas
características están todas relacionadas con los
aspectos de la operación de soldadura que están
afectados directamente por la habilidad física del
soldador. Los códigos en general son específicos
para las limitaciones de las variables esenciales.
La Figura 5.17 enumera las limitaciones de
posición en ciertos tipos de soldadura para
calificación de soldador, de acuerdo con AWS
D1.1.
Usted puede ver que el rango de
calificación varía con las distintas
configuraciones de soldadura: chapa a tope,
filetes en chapa, y caño a tope. Es manifiesto que
la calificación en chapa a tope provee cobertura
limitada para soldar en tubo. Sin embargo, si el
soldador califica en tubo, el o ella
automáticamente califica para chapa.
Además, se puede notar que las
calificaciones en las posiciones 3G y 4G
calificarán a ese soldador para todas las
posiciones en chapa. También, la calificación en
cualquiera de las posiciones para tubo 6G, o 2G,
y 5G calificarán al soldador en todas las
posiciones de tubo excepto aquellas de uniones
T, Y, y K. La posición de ensayo 6GR, sin
embargo, proveerá una cobertura total para todas
las posiciones y configuraciones de tubos.
Estas denominaciones numéricas para
posiciones de ensayo son simples abreviaturas y
deben ser recordadas por el inspector de
soldadura. Las figuras 5.18 hasta 5.21 son
ilustraciones de las distintas posiciones de
ensayo para chapa a tope, filetes en chapas, caño
a tope, y filetes en caños, respectivamente.
El espesor de la chapa o del caño de la
probeta de soldadura es otra variable esencial
que determina el rango de calificación que se
obtiene a partir de la realización de un ensayo
específico de calificación. La Figura 5.24,
enumera los rangos de espesor calificado para
distintas probetas de soldadura de chapas y
caños, de acuerdo con AWS D1.1. Esta tabla nos
dice que una chapa de ensayo de 3/8 de pulgada
calificará a un soldador para soldar materiales de
producción hasta 3/4 de pulgada de espesor. Esto
se conoce como una calificación limitada por el
espesor. Además, una calificación exitosa de una
chapa de ensayo de 1 pulgada calificará al
soldador por cualquier espesor mayor a 1/8 de
pulgada. Esto se conoce como calificación de
espesor ilimitado.
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Ensayos de Calificación Soldadura de Chapa de Producción Calificada Soldadura de Tubo de Producción Calificada Soldadura de Tubo Cajón de Producción Calificada
Tipo de Soldad
ura Posiciones Bisel CJP Bisel PJP Filete 9
A Tope con Bisel Bisel T, Y, K
Filete 9
A Tope con Bisel Bisel T, Y, K
Filete 9
CJP PJP CJP CJP CJP PJP CJP CJP
CHAPA
CJP con
Bisel 1
1G2
F F F F F F F F F
2G2 F, H F, H F, H F, H F, H F, H F, H F, H F, H
3G2 V V V V V V V V V
4G2 OH OH OH OH OH OH OH OH OH
Filete 1
1F F F F
2F F, H F, H F, H
3F V V V
4F OH OH OH
Botón y Ranura
Califican para Soldadura de Botón / Ranura Sólo en las Posiciones Ensayadas
TUBULAR
CJP con
Bisel
1G Rotada F F F F3
F F F F3
F F F
2G F, H F, H F, H (F, H)3
F, H F, H F, H (F, H)3
F, H F, H F, H
5G F, V, OH F, V, OH F, V, OH (F, V, OH)3
F, V, OH F, V, OH F, V, OH (F, V, OH)3
F, V, OH F, V, OH F, V, OH
(2G+5G) Todas Todas Todas Todas3
Todas Todas5
Todas7
Todas Todas3
Todas Todas6
Todas7,8
Todas
6G Todas Todas Todas Todas3
Todas Todas7
Todas Todas3
Todas Todas7,8
Todas
6GR Todas4
Todas Todas Todas3
Todas Todas5
Todas Todas Todas3
Todas Todas6
Todas Todas
Filete
1F Rotado F F F
2F F, H F, H F, H
2F Rotada F, H F, H F, H
4F F, H, OH F, H, OH F, H, OH
5F Todas Todas Todas
CJP – Penetración Completa en la Junta PJP – Penetración Parcial en la Junta (R) Restricción Notas: 1. Califica para un eje de soldadura con una línea esencialmente recta, incluyendo soldadura a lo largo de una línea paralela al eje de un tubo (pipe) circular. 2. Califica para soldaduras circunferenciales en tubos de un diámetro exterior nominal mayor o igual a 610 mm (24 in). 3. Los detalles de juntas a tope de producción sin respaldo o repelado de raíz requieren ensayos de calificación del detalle de la junta mostrada en la Figura 4.24. 4. Limitado a detalles de juntas precalificadas. Ver 3.12 o 3.13. 5. Para juntas de producción de uniones T, y, y K, CJP que están conformes bien a la Figura 3.8, 3.9 o 3.10 y la Tabla 3.6, usar el detalle de la Figura 4.27 para los ensayos. Para otras
juntas de producción, ver 4.12.4.1. 6. Para los ensayos juntas de producción de uniones T, y, y K, CJP que están conformes a la Figura 3.6 y la Tabla 3.6, usar el detalle de las Figuras 4.27 y 4.28, o alternativamente ensayar
la junta de la Figura 4.27 y cortar las probetas de macro ataque {macroetch} de las esquinas mostradas en la Figura 4.28. Para otras juntas de producción, ver 4.12.4.1. 7. Para los ensayos de juntas de producción de uniones T, Y, y K, PJP que están conformes a la Figura 3.5, usar el detalle de la Figura 4.24 o Figura 4.25. 8. Para uniones de tubos cajón alineadas con radios de esquina menores que dos veces el espesor de la cuerda {chord} del miembro, ver 3.12.4.1. 9. Las soldaduras de filete en uniones de producción T, Y, K, deben estar conformes a la Figura 3.2. La calificación de EPS debe esta conforme a 4.11.
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Figura 5.18 – Posiciones de Chapas de Ensayo para Soldaduras con Bisel
Figura 5.19 – Posiciones de Chapa de Ensayo para Soldaduras de Filete
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Figura 5.20 – Posiciones de Ensayo de Caño para Soldaduras con Bisel
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Figura 5.21, Número y Tipo de Probetas y Rango de Espesores Calificados por AWS para
Calificación de Soldador en Chapa
Otra variable esencial es la configuración
de la junta en sí misma. Para determinar su
efecto, las chapas y caños para ensayo estándar
se usan para aproximar las configuraciones
necesarias. Uno de los aspectos más importantes
de la configuración de la junta es la presencia o
ausencia de respaldo de soldadura. En D1.1 hay
referencias específicas a la dirección de
laminación de los materiales tipo chapa cuando
se usan respaldos. La ductilidad del metal variará
dependiendo de su dirección de laminación. Si se
realizan ensayos de plegado en las probetas de
ensayo en las cuales la dirección de laminación
de la chapa está en la dirección transversal, podrá
fallar el metal base. Por lo tanto es importante
asegurar que las chapas estén orientadas
apropiadamente previo al ensayo de calificación.
Figura 5.22 – Configuraciones de Junta a
Tope para Calificación de Soldador AWS (con
y sin respaldo)
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Figura 5.23 – Chapa de Ensayo para
Calificación de Soldador AWS con Soldadura
de filete
AWS ha sugerido una configuración de
chapa para ensayos opcional para ensayos de
soldadura en posición horizontal. Usa el mismo
bisel con ángulo de 45° como la posición plana,
pero sólo se encuentra biselada la chapa superior.
Esto provee una bandeja plana sobre la cual el
soldador puede superponer las pasadas para
llenar el bisel con mayor facilidad.
La Figura 5.22 muestra las
configuraciones de junta tubular a tope para
soldaduras con o sin respaldo.
En las Figura 5.23 y 5.24 se muestran
las probetas de soldadura para, chapas para
calificaciones de soldadura de filete. Otra vez,
AWS D1.1 ofrece dos métodos para este tipo de
calificación; el ensayo de Rotura de Soldadura de
filete y el ensayo de macro ataque (Figura 5.26)
y el ensayo de Plegado de Raíz de Soldadura de
Filete (Figura 5.27).
La última configuración de junta usada
en AWS D1.1 es conocida como ensayo 6GR, o
junta de ensayo para uniones T, Y, y K, en caños
o cañerías cuadradas o rectangulares. Se muestra
en la Figura 5.25. Las iniciales T, K, e Y son una
simple referencia al perfil aproximado de las
juntas.
Esta configuración de junta de ensayo
fue hacha para simular los problemas asociados
con la soldadura en uniones T, Y, y K en
estructuras tubulares. Esto se realiza por el
agregado de un anillo de restricción a no más de
1/2 pulgada desde el borde del bisel.
Con algún proceso, puede requerirse la
recalificación si hay un cambio en el tipo de
electrodo especificado. Por ejemplo, la Figura
5.26 muestra los distintos tipos de electrodos
SMAW que están agrupados de acuerdo al nivel
de habilidad requerido para su operación.
Se considera que los electrodos del
Grupo F4 son del tipo más difícil de usar, y en
forma análoga, el Grupo F1 incluye aquellos
electrodos que requieren menor habilidad
manual. Normalmente la calificación con un
electrodo de número de grupo más alto, califica
automáticamente a ese soldador para soldar con
cualquier electrodo de un grupo con un número
menor. Por esto, un ensayo de calificación
realizado con un electrodo E7018, que está en el
grupo F4, proveerá al soldador una cobertura
para todos los electrodos SMAW del tipo de
acero al carbono.
La técnica de soldadura específica
usada también se considera como una variable
esencial para la calificación de soldador.
Cambios en tales detalles como dirección de la
soldadura para la posición (i. e. ascendente o
descendente) requerirá ensayo de calificación
adicional. Otra técnica típica relacionada con las
variables esenciales puede incluir cambios en el
proceso, posición, tipo de metal base, espesor del
metal base, y diámetro del tubo.
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Fuente: AWS D1.1
Figura 5.24-Calificación de Soldador u Operador AWS para Soldadura de Filete-Opción 2 Una vez que se eligieron, la probeta de
ensayo de soldadura, posición y técnica
adecuadas para asegurar un rango de calificación
adecuado, se realiza la soldadura de ensayo de
acuerdo con el procedimiento aplicable. Se le
puede requerir al inspector de soldadura que
atestigüe la soldadura para verificar el
cumplimiento del procedimiento tanto como
notar la habilidad del soldador. Debe tenerse
especial atención a las técnicas y habilidades del
soldador que puede revelar hábitos que pueden
producir soldaduras no satisfactorias.
Figura 5.25 – Junta de Ensayo para
Uniones T, Y, y K sin Respaldo en Caño o
Tubo Cajón – Calificación de Soldador
AWS
Nombre del Grupo
Clasificación de Electrodo* AWS
F4
EXX15, ECC16, EXX18, EXX15-X,EXX16-X, EXX18-X
F3 EXX10, EXX11, EXX10-X, EXX11-X
F2 EXX12, EXX13, EXX14, EXX13-X
F1 EXX20, EXX24, EXX27, EXX28, EXX20-X, EXX27-X
* Las letras “XX” usadas en la denominación de la clasificación en esta tabla establece los distintos niveles de resistencia (60, 70, 80, 90, 100, 110, y 120) de los electrodos
Fuente AWS D1.1
Figura 5.26 – Grupos de Clasificaciones
de Electrodos SMAW
La probeta de ensayo de soldadura
terminada luego es marcada para identificarlo de
acuerdo con el nombre del soldador, posición de
ensayo y la parte superior de la probeta de
ensayo de soldadura en caso de caño soldado en
las posiciones 5G, 6G, o 6GR. El código
entonces describirá si son necesarios o no los
ensayos no destructivos, así como el tipo y
número de probetas requerido. En general se
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requieren menos probetas para la calificación de
soldador que para la calificación de
procedimiento. En efecto, algunos códigos
permiten el uso de ensayos no destructivos
solamente, tal como la radiografía, en lugar de
los ensayos destructivos estándar para
calificación de soldador.
La Figura 5.24, muestra el tipo y
cantidad de probetas de ensayo requeridas para la
calificación de soldador de acuerdo con AWS
D1.1. Usted notará que se requieren sólo dos
ensayos de plegado para cada calificación de
soldador en chapa. Los plegados de cara y raíz se
usan para las chapas de menor espesor, mientras
que aquellas de 3/8 de espesor requieren el uso
de plegado lateral. Esto es debido a la dificultad
asociada con el plegado de probetas de grandes
espesores.
Generalmente todas las probetas de
ensayo para calificación de soldador se
categorizan como ensayos para comprobar una
soldadura sana, incluyendo ensayos de plegado,
ensayo de nick-break y ensayo de rotura de filete.
Sus configuraciones y métodos de ensayo son
idénticas a aquellos usados para la calificación
de procedimiento. Para la calificación de
soldador en chapa o caño, se toman probetas de
acuerdo con la sección aplicable del código. Para
probetas de ensayo de caños soldados en las
posiciones 5G y 6G, las probetas de ensayo se
toman en relación, con el top (la parte superior)
del caño durante la operación de soldadura.
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REGISTRO DE ENSAYO DE CALIFICACION DE SOLDADOR, OPERADOR Y SOLDADOR PUNTEADOR Tipo de Soldador__________________________________ Nombre_________________________________________No. de Identificación______________________ Especificación de Precedimiento de Soldadura No. _______Rev. ____________Fecha________________
Valores Reales de los Registros Usados en la
Calificación
Rango de Calificación
Variables
Procesos / Tipo [Tabla 4.10, Item(2)]
Electrodo (único o múltiple) [Tabla 4.10, Item (9)]
Corriente/Polaridad Posición [Tabla 4.10, Item (5)]
Progresión de la Soldadura [Tabla 4.10, Item (7)]
Respaldo (SI o NO) [Tabla 4.10, Item (8)]
Material / Especificación [Tabla 4.10, Item (1)] hasta
Metal base Espesor: (Chapa)
Bisel
Filete
Espesor: (Tubo {pipe o tube}) Bisel
Filete
Diámetro: (Tubo {pipe})
Bisel
Filete
Metal de aporte [Tabla 4.10, Item (3)] Espec. No.
Clase
F-No.
Gas/Tipo de fundente [Tabla 4.10, Item (4)]
Otros
INSPECCIÓN VISUAL (4.8.1) Aceptable SI o NO____
Resultados de los Ensayos de Plegado Guiado (4.30.5)
Tipo Resultado Tipo Resultado
Resultados de Ensayos de Filete (4.30.2.3 y 4.30.4.1) Apariencia________________________________ Tamaño de Filete___________________________ Ensayo de Penetración de la Fractura en la Raíz__ Macrografía_______________________________ (Describir la ubicación, naturaleza, y tamaño de cualquier fisura {crack} o desgarradura en la probeta)
Inspeccionado por_________________________ número de Ensayo_________________________ Organización____________________________ Fecha___________________________________
RESULTADOS DEL ENSAYO RADIOGRÁFICO Número de
Identificación de Película
Resultado Observaciones Número de Identificación de
Película
Resultado Observaciones
Interpretado por_________________________ número de Ensayo_________________________ Organización_____________________________ Fecha___________________________________
Nos., los abajo firmantes, certificamos que lo expuesto en estos registros es correcto y que las soldaduras fueron
preparadas y ensayadas de acuerdo con los requerimientos de la sección 4, de ANSI/AWS D1.1, ( ) Código de Soldadura
Estructural – Aceros (año)
Fabricante o Contratista_____________________ Formulario E-4 Autorizado por_____________________________ Fecha___________________________________
Figura 5.27 – Registro de Ensayo de Calificación de Soldador y Operador de Soldadura
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 5 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura
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Una vez que se identifican en forma
adecuada, las probetas luego son evaluadas de
acuerdo con los requerimientos del código
apropiado. Si todos los ensayos resultan
satisfactorios, el soldador se considera calificado
para realizar soldadura dentro de los límites de
dicha calificación. Los resultados de los ensayos,
así como la descripción del procedimiento de
soldadura utilizado, son detallados en un
formulario de reporte para certificar que el
soldador ha satisfecho los requerimientos de
calificación. En la Figura 5.27 se muestra un
formulario típico usado por AWS. Los
formularios de calificación de soldador usado
por ASME y API.
En este punto, es apropiado diferenciar
entre los términos calificar y certificar, como se
aplica a los ensayos de soldadura. Si decimos
que un soldador está calificado, queremos decir
que el o ella ha demostrado suficiente habilidad
para realizar una soldadura determinada. La
certificación, sin embargo, se aplica al
documento(s) que sustenta esta calificación. Un
soldador que pasa exitosamente un ensayo de
calificación estará en su derecho de ser llamado
como soldador calificado en oposición a soldador
certificado.
Una vez calificado, el soldador tiene
permitido soldar en producción en la medida que
la soldadura no involucre posiciones, espesores,
electrodos, etc., que estén fuera de los límites de
la calificación. La mayor parte de los códigos
permiten que la calificación se mantenga en el
tiempo en la medida que el soldador continúe
usando satisfactoriamente el proceso, en
producción. Sin embargo, si el inspector en
soldadura o el supervisor de personal notan un
desempeño no satisfactorio, se le puede requerir
al soldador que realice otro ensayo de
calificación y/o mayor entrenamiento. La
certificación (documentación de la calificación)
puede terminarse cuando un soldador abandona
un empleador y es empleado por otro. Debido a
que cada fabricante o contratista es responsable
por la calificación de su propio procedimiento y
soldadores, los códigos requieren generalmente
que un soldador sea calificado por cada
empleador por separado.
Para resumir lo anterior, la secuencia
general para la calificación de un soldador es:
1) Identificar las variables esenciales. 2) Verificar el equipo y los materiales
para asegurar que sean adecuados. 3) Verificar la configuración y posición de
la probeta de ensayo de soldadura de soldadura.
4) Monitorear la soldadura real para asegurar que cumple con el procedimiento de soldadura aplicable.
5) Seleccionar, identificar y remover las probetas de soldadura requeridas.
6) Ensayar y evaluar las probetas. 7) Completar los formularios
correspondientes. 8) Controlar la soldadura de producción
La calificación individual de los
soldadores provee al fabricante o contratista de
personal para realizar la soldadura de producción
de acuerdo con los procedimientos calificados.
Una vez que comienza la soldadura de
producción, se le requerirá al inspector de
soldadura que controle la soldadura para
asegurar que la soldadura se está realizando de
acuerdo con los requerimientos del
procedimiento y que las soldaduras terminadas
sean aceptables. Cualquier deficiencia debe ser
notada y corregida. Si se encuentran problemas
recurrentes, las medidas correctivas pueden
incluir tanto cambios en el procedimiento como
en el personal. Mientras que la existencia de
procedimientos y personal calificados no
garantiza que toda la soldadura de producción
será satisfactoria, al menos da alguna seguridad
que los procedimientos y personal son capaces
de producir soldaduras de calidad adecuada. Es
importante recordar, sin embargo, que estas
soldaduras de calificación son producidas
probablemente bajo condiciones más favorables
que en la producción real. En consecuencia, las
variaciones en la presentación, configuración de
la junta, accesibilidad, etc. pueden introducir
condiciones que incrementen la posibilidad de
error. Por esto, el inspector de soldadura debe
intentar ubicar e identificar esas inconsistencias
antes que den como resultado soldaduras no
satisfactorias.
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RESUMEN Los documentos representan un lado de
la ecuación de inspección. El otro es, en efecto,
el inspector; cuya función es establecer la calidad
del producto o parte de pieza. Tradicionalmente,
la inspección se ve como una actividad de post-
producción. La Inspección de soldadura es
significativamente diferente. La inspección de
soldadura incluye actividades que tienen lugar
antes, durante y luego de la soldadura. La
inspección de soldadura es por esto tanto
predictiva como reactiva.
Calidad es por definición, conformidad
con la “especificación”. Como se mostró aquí, el
término “especificación” puede referirse en
efecto al trabajo o disposiciones invocadas por el
contrato encerradas en:
Planos
Códigos
Normas
Especificaciones
Los planos dan detalles del tamaño, forma
y configuración del ítem. Los códigos, Normas y
especificaciones dan detalles de los
requerimientos de diseño, materiales, métodos y
calidad que se deben satisfacer. Los
procedimientos de soldadura y la habilidad del
soldador se encuentran incluidos en estos
métodos; cuya calificación puede involucrar al
inspector de soldadura.
Basado en el concepto de acción
predictiva, la inspección de soldadura cubre
todas las actividades donde se pueden desarrollar
problemas. Como todos, la inspección de
soldadura y los documentos que muestran
requerimientos específicos están relacionados
con:
Diseño de juntas
Materiales, metal base y metal de aporte
Procedimientos de soldadura y mano de obra
Preparaciones, forma y dimensiones de la junta
Producción, antes, durante y después de la soldadura
La habilidad del inspector de soldadura
para leer, interpretar y entender en su totalidad la
documentación aplicable es básica para tener
éxito en la inspección de soldadura.
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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES Código Alfanumérico – una combinación corta de letras y números usados para identificar el tipo, grado, etc., del material. ANSI – American National Standards Institute API - American Petroleum Institute ASME - American Society of Mechanical Engineers ASNT – American Society for Nondestructive Testing ASTM – American Society for Testing and Materials AWS - American Welding Society Código de Barras - un grupo de líneas cortas, verticales que representan un cuerpo de información. Flecha – la variación de rectitud permisible, como en vigas o vigas armadas Código – un cuerpo de leyes, como de una nación, ciudad, etc., organizadas en forma sistemática para una referencia sencilla. Plano – un detalle gráfico de un componente, que muestra su geometría y tamaño, con tolerancias. Drop? – en soldadura de fabricación, la pieza de material que queda cuando se tomo una parte para ser usada. Variables Esenciales – Aquellas variables, que si se cambian más allá de ciertos límites, requieren que se prepare y califique un nuevo procedimiento de soldadura. Número de Colada – un número asignado a cada colada de acero por quién lo fabrica. Punto de Espera – un paso específico pre acordado, en el proceso de fabricación donde la fabricación es parada para permitir una inspección interina. La fabricación puede reanudarse sólo cuando la inspección muestra que la pieza alcanza los requerimientos de calidad.
Especificación Interna - una especificación escrita por una compañía principalmente para uso interno. ISO – Intenational Organization for Standarization Lista de Materiales (material call out) – un listado de materiales requeridos para la fabricación de un componente. La lista especificará todos los tipos de aleación, grados, medidas, etc., requeridos tanto para metales base y de aporte. MTC – MTR – NACE – National Association of Corrosion Engineers RCP (PQR) Registro de Calificación de Procedimiento Norma – algo establecido para el uso como regla o base de comparación en la medición o juicio de capacidad, cantidad, contenido, alcance, valor, calidad, etc. Especificación – una descripción detallada de las partes de un todo, exposición o enumeración de particulares, tales como tamaño real o requerido, calidad, performance, términos, etc. Tolerancia – la cantidad de variación permitida de la ‘medida nominal’ de una pieza. Trazabilidad – un atributo del sistema de control de materiales que permite es seguimiento de cualquier pieza o material usado en la fabricación, hacia atrás hasta la fuente y documentos de certificación. UNS – Unified Numbering System EPS (WPS) - Especificación de Procedimiento de Soldadura
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En el mundo de hoy, hay miles de
metales diferentes, disponibles para servir
como materiales de construcción ya sea para
metales base o para metales de aporte. De
esta elección, los ingenieros de materiales y
diseñadores son aptos para elegir aquellos
metales que mejor cumplan con sus
necesidades particulares. Estos metales
pueden diferir no solamente en su
composición, sino también en la forma en
que son manufacturados. Dentro de los
Estados Unidos, hay varias organizaciones
que mantienen normas sobre materiales,
como ASTM, ASME Y AWS. Además, hay
otras normas sobre materiales de otros países
y grupos incluyendo Japón y Europa. Fue aclarado en el Módulo 1, que una de
las responsabilidades del inspector de soldadura
puede ser revisar documentación referida a las
propiedades actuales reales de los metales base y
de los metales de aporte. El propósito de este
Módulo es describir algunas de las propiedades
mecánicas y químicas de acuerdo a la influencia
que éstas puedan tener en el desempeño de la
labor del inspector de soldadura. En la mayor
parte de los casos, el inspector de soldadura debe
simplemente comparar valores especificados con
los números actuales reales para determinar si
cumple o no. De todos modos, va a ser de ayuda
para el inspector el tener información adicional
sobre las propiedades de ese material. La
información adicional puede ayudar a evitar
problemas que puedan ocurrir durante la
soldadura.
Otro de los propósitos de este Módulo es
proveer una base para la información discutida en
el Módulo 8, “Metalurgia de la Soldadura para el
Inspector de Soldadura”. Dado que el maquillaje
metalúrgico la estructura metalúrgica de un metal
define sus propiedades, va a ser mostrado como
varios tratamientos metalúrgicos pueden alterar
las propiedades de un metal.
Dependiendo de las propiedades
mecánicas y químicas de un metal, pueden ser
requeridas técnicas especiales de fabricación para
prevenir la degradación de
esas propiedades. El precalentamiento y el post
calentamiento son ejemplos de las técnicas que
pueden ser aplicadas para mantener
Las propiedades de los metales. Para los aceros
templados y revenidos, el inspector de soldadura
puede ser llamado para observar y monitorear el
aporte de calor durante el proceso de soldadura de
manera de prevenir la degradación de las
propiedades del metal base provocadas por el
sobrecalentamiento. En estos ejemplos, el
desempeño del inspector de soldadura no está
relacionado directamente con las propiedades de
los materiales. De todos modos, el monitoreo
efectivo puede prevenir problemas causados por
la alteración de las propiedades esperadas por
exceso o falta de calor.
Propiedades mecánicas de los metales Algunas de las importantes propiedades
de los metales van a ser revisadas, esta discusión
está limitada a cinco a categorías de propiedades:
Resistencia
Ductilidad
Dureza
Tenacidad
Resistencia a la Fatiga
Resistencia
La resistencia es definida como la
capacidad de un material para aguantar una carga
aplicada. Hay varios tipos de resistencia
dependiendo cada uno de cómo la carga es
aplicada al material: resistencia a la tracción,
resistencia al desgaste (shear) al corte, resistencia
a la torsión, resistencia al impacto y resistencia a
la fatiga.
La resistencia a la tracción de un metal es
descripta como la capacidad del metal para
resistir la falla cuando está sujeto a una carga de
tracción o de tiro. Dado que los metales son
usualmente usados para soportar cargas de
tracción, esta es una de las propiedades más
importantes para un diseñador. Cuando una
especificación de un metal es examinada, la
resistencia a la tracción generalmente está
expresada de dos formas. Los términos usados
son tensión de rotura resistencia a la tracción
(ultimate strength) y tensión de fluencia
resistencia a la fluencia (yield strength). Ambos
se refieren a diferentes aspectos del
MMÓÓDDUULLOO 66
PPRROOPPIIEEDDAADDEESS DDEE LLOOSS MMEETTAALLEESS YY EENNSSAAYYOOSS DDEESSTTRRUUCCTTIIVVOOSS
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comportamiento de un material. La tensión de
rotura, resistencia a la tracción refiere a la
máxima carga capaz de soportar el metal, o la
resistencia del metal en el punto exacto en que
ocurre la rotura.
Para definir la resistencia a la fluencia, es
necesario entender el significado del
“comportamiento elástico” de un material. El
comportamiento elástico de un metal se refiere a
la deformación del metal bajo cargas que no
causan una deformación permanente cuando la
carga deja de ser aplicada. El comportamiento
elástico puede ser ilustrado con un ejemplo
familiar; una bandita elástica se comporta como
un material típicamente elástico. Se va a estirar
bajo una carga, pero va a retornar a su forma
original cuando la carga cesa. Cuando un metal es
cargado dentro de su región elástica, este
responde con alguna clase de estiramiento o
enlongación, alargamiento. En este rango
elástico, el estiramiento es directamente
proporcional a la carga aplicada, de manera que
el comportamiento elástico también es conocido
como “comportamiento lineal”. Cuando un metal
se comporta elásticamente, puede ser estirado
hasta algún punto y vuelve a la longitud original
cuando la carga cesa. Esto es, no queda con
deformación permanente. Esto es ilustrado en la
figura 6.1.
Si un metal es cargado más allá de su
límite elástico, no se comportará elásticamente.
Su comportamiento es ahora conocido como
“plástico”, que significa que ocurre una
deformación permanente. Esto también implica
que la relación tensión-estricción no es más
lineal. Una vez que la deformación plástica
ocurre, el material no va a retornar a su longitud
original luego de que se remueva la carga
aplicada. Ahora va a exhibir una deformación
permanente.
El punto en le el cual el comportamiento
del material cambia de elástico a plástico
es conocido como límite de fluencia. Entonces la
resistencia a la fluencia es aquel valor de
resistencia al cual la respuesta del material
cambia de elástica a plástica. Este valor es
extremadamente importante, dado que la mayoría
de los diseñadores van a emplearlo como la base
para la carga máxima admisible para algunas
estructuras. Esto es necesario porque la estructura
puede perder utilidad si se deforma en forma
permanente a causa de que se sobrepasó el límite
de fluencia.
Tanto la resistencia a la tracción como la
de fluencia son generalmente determinadas
mediante un “ensayo de tracción”. Una muestra
o probeta cuya sección transversal es conocida es
cargada de manera que la tensión en libras por
pulgada al cuadrado, pueda ser determinada. La
Figura 6.1 – Ilustración del comportamiento
elástico de los metales
La resistencia a la tracción de un ensayo de
tracción es de 60000 psi. La carga máxima que
este metal puede soportar es de 60000 psi
multiplicada por el área de la sección transversal
(en pulgadas)
Para un componente de 1 pulgada por 1 pulgada
(1 pulgada cuadrada):
Carga máxima=60000 psi x pulgada cuadrada
Carga máxima= 60000 pulgadas
Para un componente de 2 pulgadas por 2 pulgadas
(4 pulgadas cuadradas):
Carga máxima=60000 psi x 4 pulgadas cuadradas
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Carga máxima= 240000 pulgadas
Figura 6.2 – Propiedades mecánicas de algunos metales
Probeta es cargada hasta la rotura y luego es
posible determinar su capacidad de carga en
libras por pulgada cuadrada (psi). Los ejemplos
que siguen muestran como funciona esta relación
para un material.
Cuando un diseñador sabe la resistencia
a la reacción de un metal, el puede determinar el
tamaño necesario de la sección transversal de ese
material para resistir una carga dada. El ensayo
de tracción provee una medida directa de la
resistencia del metal, también es posible hacer
una medición indirecta de la resistencia haciendo
un ensayo de dureza. Para aceros al carbono hay
una relación directa entre la resistencia a la
tracción y la dureza. Esto es, si se incrementa la
dureza, la resistencia a la tracción también
aumenta, y viceversa. El ensayo de tracción
provee la determinación más precisa de la
resistencia a la tracción, pero generalmente es
conveniente realizar un ensayo de dureza en
aceros al carbono y de baja aleación para
determinar sus resistencias a la rotura
equivalentes.
La figura 6.2 muestra algunos valores típicos para
resistencias a la rotura y a la fluencia,
enlongación alargamiento alargamiento
porcentual y dureza para algunos materiales
comunes de construcción. Es interesante resaltar
que los valores de esta tabla pueden variar
dependiendo del tratamiento térmico que se le
haya realizado al material, a las condiciones
mecánicas o a la masa. Estas condiciones cuando
cambian, pueden alterar las propiedades
mecánicas aunque el material tenga la misma
composición química.
La temperatura del metal también tiene
un efecto sobre su resistencia. Si la temperatura
aumenta, la resistencia del metal decrece. Si un
metal va a estar sometido a temperatura, el
diseñador debe tener en cuenta la reducción de la
resistencia por la temperatura para el diseño de la
sección que soporte la carga. La temperatura
también va a tener influencia en la ductilidad del
metal, que es el próximo tema a ser discutido.
Ductilidad
Ductilidad es un término que se refiere a
la capacidad del material para deformarse, o
estirarse bajo carga sin romperse. Cuánto más
dúctil es un metal, más se va a estirar antes de
romperse. La ductilidad es una propiedad
importante de un metal, porque puede afectar la
rotura del material, ya sea que fuera gradual o
repentina cuando el metal es cargado. Si un metal
es dúctil presenta alta ductilidad, generalmente va
a romperse gradualmente. Un metal dúctil va a
doblarse antes de romperse, lo que es un buen
indicador de que el metal ha excedido su punto de
fluencia. Los metales poco dúctiles fallan
súbitamente, se quiebran repentinamente sin
aviso. La ductilidad aumenta con la temperatura.
Un metal con alta ductilidad es
denominado dúctil, mientras que un metal con
baja ductilidad es denominado frágil o
quebradizo. Los materiales frágiles muestran
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pequeña o ninguna deformación antes de
fracturarse. El vidrio es un buen ejemplo de un
material frágil. Un metal comúnmente frágil es la
fundición de hierro, especialmente la fundición
blanca.
La diferencia en aspecto de la rotura de
un material dúctil respecto de uno frágil es
mostrada en la figura 6.3, donde se observan las
mitades de dos probetas sometidas al ensayo de
tracción impacto.
La ductilidad es la propiedad que permite
que varios componentes puedan ser de longitudes
diferentes (levemente) y soportar uniformemente
una carga sin que uno de los componentes sea
sobrecargado al punto de romperse. Si uno de
estos componentes es un poco más corto, pero
dúctil, es capaz de deformarse lo suficiente para
permitir que la carga sea también soportada por
los otros componentes. Un ejemplo de este
comportamiento es la tensión de los alambres que
forman los cables de los puentes colgantes. Dado
que no pueden ser hechos con tal precisión que
sean todos iguales, los alambres son de material
dúctil. Cuando el puente es cargado, los alambres
más cortos momentáneamente soportan más
carga hasta que se estiran y luego se reparte la
carga entre todos los alambres.
La ductilidad se vuelve aún más
importante para un metal que debe ser sometido a
operaciones de conformado. Por ejemplo, los
metales usados para componentes de la carrocería
de automóviles tienen que tener suficiente
ductilidad para poder ser conformados con la
forma deseada.
Figura 6.3 – Falla dúctil versus frágil
Un aspecto importante referido a la
ductilidad, y la resistencia, es la diferencia de
magnitud respecto de la dirección en la cual la
carga es aplicada referida a la dirección del
laminado del material durante su proceso de
manufactura. Las propiedades de los materiales
laminados varían según la dirección. El laminado
causa que los cristales, o granos, sean estirados en
la dirección del laminado mucho más que en la
dirección transversal. El resultado es que la
resistencia y la ductilidad de un material
laminado como una chapa de acero son mayores
en la dirección de laminación. En la dirección
transversal del material, la resistencia decrece
hasta un 30% y la ductilidad se reduce hasta un
50% con respecto a la dirección de laminación.
En la dirección del espesor, la resistencia y la
ductilidad son aún menores. Para algunos aceros,
la ductilidad en esta dirección es muy baja. Cada
una de las tres direcciones referidas arriba tienen
asignada una letra para su identificación. La
dirección de laminación es identificada con la
“X”, la dirección transversal con la “Y” y el
espesor con la “Z”.
Tal vez usted haya presenciado la
calificación de un soldador con una placa curva
por medio de una probeta de plegado en la cual se
produjo la rotura en el talón del metal base. Esto
es generalmente como resultado de usar el
material con la dirección de laminación paralela
al eje de soldadura. Aún cuando un metal
presente excelentes propiedades en la dirección
de laminación, al cargarlo en cualquiera de las
otras dos direcciones puede terminar en roturas.
La ductilidad de un metal es normalmente
determinada por un ensayo de tracción, y al
mismo tiempo se mide el alargamiento. La
ductilidad generalmente es expresada de dos
maneras: como alargamiento porcentual o como
reducción porcentual de área.
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Figura 6.4 – Ensayos de dureza, penetradores
y formas de las improntas
Dureza
La dureza es una de las propiedades
mecánicas más comunes y más fácil de medir. Es
definida como la capacidad del material para
resistir la penetración o indentación impronta. Se
aclaró previamente que para los aceros al carbono
la dureza y la resistencia a la tracción están
relacionadas. La dureza aumenta con la
resistencia y viceversa. Por eso, si se conoce la
dureza, es posible estimar la resistencia a la
tracción, especialmente para aceros al carbono y
de baja aleación. Esto es muy útil para determinar
la resistencia de un metal sin tener que preparar la
probeta de tracción.
La dureza de un metal puede ser
determinada de diferentes formas. De todos
modos, los métodos más comunes emplean
alguna clase de penetrador que penetra en la
superficie del metal empujado por alguna carga
aplicada. Varios ensayos pueden realizarse
usando esta técnica básica; difieren en el tipo y
forma del penetrador. La dureza del material es
determinada en función del tamaño o de la
profundidad de la indentación impronta. La figura
6.4 muestra algunos de los penetradores más
comunes y las formas de sus indentaciones
improntas.
Dada la gran cantidad de métodos, es
posible determinar la dureza de un área grande de
la superficie de un metal o de grano individual
del metal.
Tenacidad
La siguiente propiedad mecánica a ser
discutida es la tenacidad. En general, la tenacidad
es la capacidad de un material para absorber
energía. De un diagrama de tensión-deformación
puede determinarse la tenacidad calculando el
área bajo la curva de tensión deformación, como
se muestra en la figura 6.5. Estas curvas,
muestran que el metal Mon es más tenaz que el
acero dulce (mild) porque el área bajo la curva es
mayor.
Otro término común es la tenacidad de
entalladura, tenacidad de entalla. Ésta difiere de
la tenacidad en que se refiere a la capacidad del
material de absorber energía cuando la superficie
presenta entalladuras, mientras que la tenacidad
se refiere a la capacidad de absorción de energía
de una muestra sin entallas. La tenacidad de
entalladura, tenacidad de entalla difiere además
en que la tenacidad define el comportamiento del
material cuando es cargado lentamente, mientras
que la tenacidad de entalladura, tenacidad de
entalla refleja la absorción de energía que ocurre
cuando es cargado con alta velocidad de carga.
Por esta razón, la tenacidad de entalladura,
tenacidad de entalla es conocida como resistencia
al impacto.
La diferencia entre estos dos términos es
demostrada por la analogía de la rotura de un
cordón. Si es aplicada una carga con baja
velocidad (lentamente), se requiere más carga que
si el cordón se tira del cordón bruscamente.
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Figura 6.5 – Tenacidad de dos metales
Cuando se discuta sobre tenacidad o
tenacidad de entalladura, tenacidad de entalla, el
nivel inferior es cuánta energía puede ser
absorbida por un material antes de romperse. Un
metal que exhibe baja tenacidad va a romperse
con bajas cargas, con pocas muestras de
deformación. Un metal tenaz, va a romperse a un
valor más alto con muestras de deformación
permanente.
Volviendo a la discusión previa sobre
ductilidad, la diferencia entre metales de alta y
baja tenacidad es que valores de baja tenacidad
definen comportamientos frágiles mientras que
altos valores de tenacidad se relacionan con
roturas dúctiles. Como en el caso de la ductilidad,
la tenacidad de un metal va a cambiar con la
temperatura. En general, si la temperatura
disminuye, la tenacidad del metal también
disminuye. Consecuentemente, la tenacidad de un
metal es determinada a una temperatura
especificada. Sin información adicional, el valor
de la tenacidad de un metal tiene poca
importancia.
Dado que por la presencia de una
entalladura u otra forma de concentración de
tensiones hace que los materiales estructurales
tengan roturas frágiles bajo ciertas condiciones, la
tenacidad de entalladura, tenacidad de entalla es
la primera preocupación. Muchos metales,
especialmente los aceros de alta resistencia para
herramientas, son extremadamente sensibles a la
presencia de irregularidades filosas en al
superficie. La figura 6.6 muestra algunas formas
típicas que crean el efecto de entalladura.
Si un metal exhibe un valor grande de
tenacidad de entalladura, tenacidad de entalla,
esto significa que se va a desempeñar bien, haya
o no entalladuras presentes. De todos modos, si
un metal es sensible a las entalladuras,
significando que tiene un bajo valor de tenacidad
de entalladura, tenacidad de entalla, puede
fácilmente romperse durante impactos o cargas
repetitivas. En general, la tenacidad de
entalladura, tenacidad de entalla, disminuye con
el aumento de la dureza y con la disminución de
la temperatura.
En pruebas de comportamiento para
determinar la tenacidad de entalladura, tenacidad
de entalla para un metal, uno trata de determinar
la temperatura para la cual el comportamiento de
la rotura cambia de dúctil frágil. Esta temperatura
es conocida como la temperatura de transición del
acerometal.
Figura 6.6 – Distintas condiciones que pueden
producir un concentrador de tensiones
Hay varios tipos de ensayos usados para
determinar la tenacidad de entalladura, tenacidad
de entalla de un metal. De todos modos, en
principio difieren en la forma en que la entalla es
introducida y en la forma en que es aplicada la
carga. La mayoría incluyen algún tipo de carga de
impacto que es aplicada cuando el metal llegó a
cierta temperatura. Algunos de los ensayos de
tenacidad de entalladura, tenacidad de entalla más
comunes son Charpy, drop weight nil ductility,
explosion bulge, dynamic tear y crack tip opening
displacemet (CTOD).
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Resistencia a la Fatiga
La última propiedad mecánica a revisar
es la resistencia a la fatiga. Para definir la
resistencia a la fatiga de un metal se debe
entender primero que se entiende por rotura de un
metal por fatiga. La fatiga de un metal es causada
por la acción mecánica repetitiva o cíclica sobre
un componente. Esto es, la carga cambia
alternativamente entre tracción y compresión o
varía el valor de la carga. Esta acción puede
ocurrir rápidamente, como en el caso de la
rotación de un motor, o lentamente cuando los
ciclos pueden ser medidos en días. Un ejemplo de
rotura por fatiga puede ser la flexión repetida de
un árbol motor que termino produciendo la
rotura. Este tipo de rotura va a ocurrir
generalmente a un valor inferior al valor de
resistencia a la rotura del árbol.
Figura 6.7 – Curvas típicas tensión-
deformación para el acero y el aluminio
Figura 6.8 – Influencia de las entallas en el
desempeño a la fatiga
Figura 6.9 – Influencia de la terminación
superficial en la resistencia a la fatiga
La resistencia a la fatiga de un metal es
definida como la resistencia necesaria para
soportar la rotura bajo la aplicación repetitiva de
carga. El conocimiento de la resistencia a la
fatiga es importante porque la mayoría de las
roturas de los metales son el resultado de la
fatiga. La información sobre resistencia a la fatiga
generalmente es reportada en relación con un
número específica de ciclos requerido para
provocar la rotura; el número típico es de 1 a 10
millones de ciclos.
La resistencia a la fatiga puede ser
determinada mediante un ensayo de fatiga.
Mientras este puede ser realizado de diferentes
formas, lo más común es que se aplique un valor
a tracción y luego el mismo a compresión. Es te
tipo de ensayo es conocido como “reverse
bending (flexión alternada)”. Mientras el máximo
valor de tensión decrece es incrementado, el
número de ciclos requeridos para provocar la
rotura también decrece. Si un número de estos
ensayos son realizados a distintos niveles de
carga puede trazarse una curva de tensión en
función del número de ciclos, como se muestra en
la figura 6.7. La curva tensión número de ciclos
es simplemente una descripción gráfica de
cuántos ciclos son necesarios para producir una
rotura a distintos niveles de tensión.
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Figura 6.10 – Ejemplos de discontinuidades en
la superficie de la soldadura
Estas curvas muestran como el acero
exhibe un límite de fatiga; caso contrario el
aluminio que no lo posee. El límite de fatiga es la
máxima tensión a la cual el material no va a
fallar, sin importar el número de ciclos que se
aplique a la carga. Esto significa que el aluminio
va a fallar eventualmente, aún a niveles bajos de
tensión. De todos modos, el acero puede durar
indefinidamente mientras la tensión se mantenga
por debajo del límite de fatiga. A menudo, el
límite de fatiga de los aceros al carbono es
aproximadamente a la mitad de su resistencia a la
tracción. La resistencia a la fatiga, como la
resistencia al impacto, es extremadamente
dependiente de la geometría superficial del
componente. La presencia de cualquier entalla o
concentrador de tensión puede incrementar la
tensión al punto de superar el límite de fatiga del
metal. Por encima de la aplicación de un número
suficiente de ciclos, la falla por fatiga va a
ocurrir. La figura 6.8 muestra el efecto del radio
de la entalla sobre la resistencia a la fatiga de un
metal. La terminación superficial puede tener un
efecto en la resistencia a la fatiga como se
muestra en al figura 6.9.
Una mayor preocupación en soldadura se
refiere a la resistencia a la fatiga del metal. Esta
preocupación no es tanto por los cambios
metalúrgicos que puedan ocurrir, sino por la
presencia de algunas irregularidades superficiales
filosas; las cuáles pueden ser aportadas por la
soldadura. A menos que la superficie sea lisa
después de soldarse, la soldadura crea una
superficie irregular. Las discontinuidades
superficiales de la soldadura como
undercutsocavado, solapado, sobre espesor
excesivo o convexidad, pueden tener un efecto en
la resistencia a la fatiga del componente. Estas
condiciones crean entallas filosas que pueden
actuar como iniciadores de fisuras de fatiga.
Ejemplos de algunas de estas irregularidades
superficiales son mostrados en la figura 6.10.
Mientras que la rotura por fatiga puede
resultar de una discontinuidad interna de la
soldadura, son más preocupantes aquellas que se
encuentran en la superficie. Esto es, una
discontinuidad superficial va a iniciar más rápido
una rotura por fatiga que va a convertirse en una
discontinuidad sub superficial. La razón para esto
es que las tensiones a nivel superficial son
generalmente más altas que los niveles de tensión
interna. Por esta razón, el inspector de soldadura
puede jugar un rol importante en la prevención de
las roturas por fatiga mediante la realización de
una cuidadosa inspección visual. El
descubrimiento y la corrección de irregularidades
superficiales filosas va a mejorar en gran medida
las fatigas propiedades de cualquier estructura
respecto a la fatiga. En muchos casos, con
respecto a la fatiga, una soldadura pequeña con
un contorno suave se va a desempeñar mejor que
una soldadura más larga grande con
irregularidades superficiales filosas.
Propiedades Químicas de los Metales
Las propiedades mecánicas de un metal
pueden ser alteradas por la aplicación de varios
tratamientos térmicos y mecánicos. De todos
modos, van a ocurrir cambios drásticos si es
cambiada la composición química. Desde el
punto de vista de la soldadura, el interés principal
son las aleaciones o mezclas de diferentes
elementos, ambos metálicos y no metálicos. El
ejemplo más común es el acero, que es una
mezcla de hierro y carbono, más otros elementos
en diferentes cantidades.
Nombre
común
Contenido de
carbono
Uso típico Soldabilidad
Lingote de
acero
Máximo 0.03% Pintar, galvanizar, laminado en
hojas y tiras
Excelente
Acero bajo
carbono
Máximo 0.15% Electrodos para soldar, placas y
chapas
Excelente
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Acero dulce 0.15%-0.3% Chapas, placas y barras
estructurales
Buena
Acero medio
carbono
0.3%-0.5% Partes de maquinaria Regular (frecuentemente se requiere
precalentamiento y postcalentamiento
Acero alto
carbono
0.5%-1% Resortes, matrices, rieles de
ferrocarril
Mala (difícil de soldar sin pre y post
calentamiento adecuado)
Figura 6.11 – Tipos de aceros planos al carbono
Designación de la serie Tipos y Clases
10XX Aceros al carbono sin resulfurar
11XX Aceros al carbono resulfurar
13XX Manganeso 1.75%
23XX Níquel 3.5%
25XX Níquel 5%
31XX Níquel 1.25%-Cromo 0.65% o 0.8%
33XX Níquel 3.5%-Cromo 1.55%
40XX Molibdeno 0.25%
41XX Cromo0.5%-0.95%-Molibdeno 0.12% o 0.2%
43XX Níquel 1.8%-Cromo 0.5% o 0.8%-Molibdeno 0.25%
46XX Níquel 1.55% o 1.8%-Molibdeno 0.2% o 0.25%
47XX Níquel 1.05%-Cromo 0.45%-Molibdeno 0.25%
48XX Níquel 3.5%-Molibdeno 0.25%
50XX Cromo 0.28% o 0.4%
51XX Cromo 0.8%, 0.9%, 0.95%, 1% o 1.45%
5XXXX Carbono 1%-Cromo 0.5%, 1% o 1.05%
61XX Cromo 0.8 o 0.95%-Vanadio 0.1% o 0.15% mínimo
86XX Níquel 0.55%-Cromo 0.5% o 0.65%-Molibdeno 0.2%
87XX Níquel 0.55%-Cromo 0.5%-%-Molibdeno 0.25%
92XX Manganeso 0.85%-Silicio 2%
93XX Níquel 3.25%-Cromo 1.2%-Molibdeno 0.12%
94XX Manganeso 1%-Níquel 0.45%-Cromo 0.4%-Molibdeno 0.12%
97XX Níquel 0.55%-Cromo 0.17%-Molibdeno 0.2%
98XX Níquel 1%-Cromo 0.8%-Molibdeno 0.25%
Figura 6.12 – Designaciones de aceros al carbono y de baja aleación según SAE-AISI
Además de las propiedades mecánicas, la
composición química del metal también va a
tener un efecto sobre la resistencia a la corrosión
y la soldabilidad (la facilidad con que cada metal
puede ser exitosamente soldado). Por esto, parte
de las tareas de un inspector de soldadura pueden
incluir la verificación de la composición química
de un metal comparando su composición actual
contra la especificación.
Grupos de Aleaciones
Un inspector de soldadura, puede ser
expuesto a un número diferente de aleaciones
metálicas. Los metales pueden ser agrupados in
varias categorías de aleaciones; algunas
categorías comunes son acero, aluminio, níquel y
cobre. Esta discusión está principalmente
orientada a aleaciones de acero, que luego
divididas en tres subcategorías: aceros comunes
al carbono, aceros de baja aleación y aceros de
alta aleación.
De acuerdo al tonelaje usado, los aceros
comunes al carbono son los más usados.
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Contienen principalmente hierro, pero además
pequeñas proporciones de carbono, manganeso,
fósforo, azufre y silicio. La cantidad de carbono
presente tiene el mayor efecto sobre las
propiedades del metal. La figura 6.11 muestra el
contenido de carbón y algunas características de
los aceros comunes al carbono.
Los aceros de baja aleación contienen
menor cantidad de otros elementos como níquel,
cromo, manganeso, silicio, vanadio, columbio,
aluminio, molibdeno y boro. La presencia de
estos elementos en distintas cantidades puede
resultar en diferencias notables en las propiedades
mecánicas. Estos aceros de baja aleación pueden
ser generalmente clasificados en aceros
estructurales de baja aleación y alta resistencia,
aceros para usos automotrices y de maquinaria,
aceros para servicio a baja temperatura o aceros
para servicio en alta temperatura. Muchos de
estos aceros de baja aleación han sido
clasificados de acuerdo con su composición
química, como se muestra en la figura 6.12. Esto
clasificación fue desarrollada por el American
Iron and Steel Institute (AISI) y la Society of
Automotive Engineers (SAE) y son generalmente
usados en la fabricación del aceros.
El último grupo de aceros son los de alta
aleación. Los aceros inoxidables y otros tipos de
aleaciones resistentes a la corrosión son ejemplos
de este grupo de aceros aleados. Los aceros
inoxidables contienen como mínimo un 12% de
cromo y algunos contienen cantidades
significativas de níquel. La figura 6.13 muestra
las composiciones de algunos de estos tipos de
aceros inoxidables, divididos en cinco grupos,
austeníticos, martensíticos, ferríticos, endurecidos
por precipitación y de grados dúplex.
Efectos de la Composición Química en los
Aceros
La siguiente lista muestra los efectos de
varios elementos aleantes sobre sal las
propiedades de los aceros, incluida la
soldabilidad.
Carbono
Es generalmente considerado como el elemento
aleante más importante en los aceros y puede
estar presente hasta en un 2% (aunque la mayoría
de los aceros soldados tienen menos de un 0.5%).
El carbono puede existir disuelto en el hierro, o
en formas combinadas como la cementita (Fe3C).
A medida que aumenta la cantidad de carbono,
aumenta la dureza y la resistencia a la tracción,
así como la respuesta a los tratamientos térmicos
(endurecimiento). Por otro lado, el incremento de
la cantidad de carbono reduce la soldabilidad.
Azufre
Es generalmente una impureza indeseable en los
aceros, más que un elemento aleante. Se realizan
esfuerzos especiales para eliminarlo durante la
fabricación de aceros. En cantidades superiores al
0.05% tiende a causar fragilidad y a reducir la
soldabilidad. Aleado en cantidades desde el 0.1 al
0.3% tiende a mejorar la maquinabilidad del
acero. Estos tipos de aceros son conocidos como
“resulfurados” o “libres de maquinado corte
libre”. Los aceros libres de maquinado corte libre
no son recomendados donde se deba soldar.
Fósforo
Es generalmente considerado como una impureza
no deseada en los aceros. Generalmente se
encuentra en cantidades de hasta un 0.04% en la
mayoría de los aceros al carbono. En aceros
endurecidos, puede tender a causar fragilidad. En
aceros de baja aleación y alta resistencia, puede
añadirse hasta un 0.1% de fósforo para mejorar la
resistencia a la corrosión y a la tracción.
Silicio
Generalmente solamente solo está presente en
pequeñas cantidades (0.2%) en aceros laminados
cuando es usado como desoxidante. De todos
modos en, fundiciones de acero (steel castings),
está presente en cantidades que varían de 0.35%
al 1%. El silicio se disuelve en el acero y tiende a
hacerlo más resistente. El metal de soldadura
generalmente contiene aproximadamente 0.5% de
silicio como desoxidante. Algunos metales de
aporte pueden contener hasta un 1% para realzar
la limpieza y la desoxidación para soldar sobre
superficies contaminadas. Cuando estos metales
de aporte son empleados para soldar sobre
superficies limpias, el metal de soldadura
resultante va a incrementar ostensiblemente su
resistencia. La disminución resultante en
ductilidad puede presentar problemas de fisuras
en algunas situaciones.
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Manganeso
Los aceros contienen generalmente por lo menos
un 0.3% de manganeso porque actúa de la
siguiente manera:
1 asiste en la desoxidación del acero,
2 previene la formación inclusiones de sulfuro de
hierro,
3 Aumenta la resistencia aumentando la
resistencia del acero por incremento de la
capacidad de endurecimiento del acero.
Cantidades de hasta un 1.5% son encontradas en
aceros al carbono.
Cromo
Es un poderoso elemento aleante en los aceros.
Es agregado principalmente por dos razones;
primero aumenta en gran medida la dureza del
acero y segundo, mejora notablemente la
resistencia a la corrosión de las aleaciones a la
oxidación media. Su presencia en algunos aceros
puede causar una dureza excesiva y fisuras, en las
adyacencias de la soldadura. Los aceros
inoxidables contienen cantidades de cromo que
llegan a superar el 12%.
Molibdeno
Este elemento es un fuerte formador de carburos
(carbide) y generalmente está
Figura 6.13 – Composición de algunos aceros inoxidables
Presente en los aceros aleados en cantidades
menores al 1%. Es agregado para aumentar la
dureza y la resistencia a las temperaturas
elevadas. Es agregado a los aceros inoxidables
austeníticos para mejorar la resistencia al pitting.
Níquel
Es agregado a los aceros para aumentar su
dureza. Se desempeña bien en esta función
porque a menudo mejora la tenacidad y la
ductilidad del acero, aún con el aumento de la
resistencia y de la dureza que brinda. El níquel es
frecuentemente usado para mejorar la tenacidad
del acero a bajas temperaturas.
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Aluminio
Es agregado al acero en muy pequeñas cantidades
como desoxidante. También afina el grano para
mejorar la tenacidad; los aceros con adiciones
moderadas de aluminio son conocidos como
aceros de grano fino.
Vanadio
La adición de vanadio va a resultar en un
aumento de dureza del acero. Es muy efectivo en
esta función, de manera que generalmente es
agregado en cantidades diminutas. En cantidades
superiores al 0.05% puede haber tendencia a que
el acero se fragilice durante los tratamientos
térmicos de alivio de tensiones.
Niobio (columbio)
Como el vanadio, es generalmente considerado
como un endurecedor del acero. De todos modos,
debido a su fuerte afinidad con el carbono, puede
combinarse con el carbono en el acero con una
marcada disminución de la dureza. Es agregado a
los aceros inoxidables austeníticos como un
estabilizador para mejorar las propiedades de
soldabilidad. El niobio es también conocido como
columbio.
Gases disueltos
El hidrógeno (H2), el oxígeno (O2) y el nitrógeno
(N2) todos disueltos en el metal fundido pueden
provocar la fragilidad del acero si no son
removidos. Los procesos de refinamiento del
acero son diseñados para eliminar la mayor parte
de estos gases. Gases de protección especiales o
fluxfundentes fundentes son usados para prevenir
su disolución en el metal de soldadura fundido.
Aleaciones de Aluminio
Son probablemente el grupo más numeroso de
aleaciones no ferrosas usadas en la industria
metalmecánica actual. Disponibles en the
wrought como materia prima o fundidas, se
consideran generalmente soldables. El aluminio
es muy deseado para aplicaciones que requieran
buena resistencia, bajo peso, buena conductividad
térmica y eléctrica y buena resistencia a la
corrosión. Comercialmente el aluminio puro en el
annealed recocido o fundido tiene una resistencia
a la tracción de 1/5 de la resistencia del acero
estructural. El
Mayor elemento aleante Número de la Asociación
del Aluminio
Aluminio puro* 1XXX
Cobre 2XXX
Manganeso 3XXX
Silicio 4XXX
Magnesio 5XXX
Magnesio y silicio 6XXX
Zinc 7XXX
*mínimo 99%
Figura 6.14 – Grupos de aleación de la
Asociación del aluminio
Designación Condición
F En bruto
O Recocido, recristalizado
H1 Estado de acritud solamente
H2 Estado obtenido por acritud y
recocido después parcialmente
H3 Estado obtenido por acritud y
estabilizado a continuación
W Tratamiento térmico de disolución
T Tratado térmicamente
T2 Recocido
T3 Tratamiento térmico de
solubilización y deformado
posteriormente en frío
T4 Tratamiento térmico de
solubilización y posterior
envejecimiento natural hasta
conseguir una condición estable
T5 Envejecimiento artificial
T6 Tratamiento térmico de
solubilización y envejecimiento
artificial
T7 Tratamiento térmico de
solubilización y posteriormente
estabilizado
T8 Tratamiento térmico de
solubilización y deformación en
frío y maduración artificial
T9 Tratamiento térmico de
solubilización y envejecimiento
artificial y deformación en frío
Figura 6.15 – Designaciones básicas del estado
de tratamiento de las aleaciones del alumnio
Trabajado en frío aumenta considerablemente la
resistencia, además de permitir que el aluminio se
pueda alear con otros metales. Aleado con cobre,
silicio o zinc, permite tratamientos térmicos que
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puedan aumentar su resistencia. En algunos
casos, su resistencia al punto de ser comparable
con un acero.
Hay dos categorías generales en las
cuales las aleaciones de aluminio pueden ser
colocadas: térmicamente tratables y no tratables
térmicamente. Los tipos de tratamientos térmicos
toman su dureza y resistencia de un proceso
denominado “endurecimiento por precipitación”.
Los tratamientos no térmicos aumentan la
resistencia por endurecimiento mediante
estiramiento (trabajo en frío) y por adición de
elementos aleantes. La figura 6.14 nombra las
designaciones para los varios tipos de aleaciones
de aluminio según la Aluminium Association, de
acuerdo a la mayor parte de elementos aleantes.
Para indicar la condición de los distintos
grados, puede añadirse un sufijo a la designación
numérica. Estas designaciones standard de temper
tratamientos son mostradas en la figura 6.15.
Aleaciones de Níquel
El níquel es un metal tenaz, plateado de la misma
densidad que el cobre. Tiene una excelente
resistencia a la corrosión y a la oxidación aún a
altas temperaturas. El níquel se puede alear con
muchos materiales y es base para un número de
aleaciones en combinación con el hierro, el
cromo y el cobre. Muchas de las aleaciones para
alta temperatura y resistentes a la corrosión tienen
porcentajes de níquel en el orden del 60 al 70%.
Esto puede incluir varias aleaciones como el
Monel 400, Inconel 600 y Hastelloy C-276.
Procedimientos de soldadura similares a aquellos
usados en acero son empleados con el níquel y
sus aleaciones, y todos los métodos comunes de
soldadura pueden ser usados.
Aleaciones de Cobre
El cobre es probablemente mejor conocido por su
alta conductividad eléctrica, explicando por qué
es tan usado para aplicaciones eléctricas. Es
aproximadamente tres veces más denso que el
aluminio y tiene conductividades térmicas y
eléctricas que son aproximadamente 1.5 veces
mayores. El cobre es resistente a la oxidación a
temperaturas inferiores a los 400ºF, al agua
salada, a las soluciones alcalinas sin amoníaco y
muchos químicos orgánicos. De todos modos, el
cobre reacciona rápidamente con el azufre y sus
compuestos producen sulfatos de cobre. El cobre
y sus aleaciones son extensamente usados para
tuberías de agua, válvulas y equipos,
intercambiadores de calor y equipos químicos.
Las aleaciones de cobre pueden ser
divididas en ocho grupos, incluyendo:
Cobre
Aleaciones con alto porcentaje de cobre
Latones (Cu-Zn)
Bronces (Cu-Sn)
Cobre-níquel (Cu-Ni)
Aleaciones cobre-níquel-zinc (níquel
plateado)
Cobre-plomo
Aleaciones especiales
Aunque la mayoría de las aleaciones del
cobre son soldables y/o por brazing en algún
grado, su alta conductividad térmica presenta
algunos problemas. Este factor tiende a conducir
el calor de la soldadura o del brazing afuera de la
junta demasiado rápido. Es crítica la limpieza
debido a la presencia de tenaces óxidos
superficiales. De todos modos, estas aleaciones
pueden ser unidas efectivamente usando una gran
variedad de procesos de soldadura y brazing.
ENSAYOS DESTRUCTIVOS
Una vez que es reconocido que las propiedades
metálicas son importantes para la conveniencia de
un metal o una soldadura, es necesario determinar
los valores actuales, reales. Esto es, ahora el
diseñador puede querer poner un número en cada
una de esas importantes propiedades de manera
que él o ella puedan efectivamente diseñar una
estructura usando materiales teniendo las
características deseadas.
Hay numerosos ensayos usados para determinar
las varias propiedades mecánicas y químicas de
los metales. Mientras que algunos de esos
ensayos proveen valores para más de una
propiedad, la mayoría son diseñados para
determinar el valor de una característica
específica. Por esto, puede ser necesario realizar
varios ensayos diferentes para determinar toda la
información deseada.
Es importante para el inspector de
soldadura entender cada uno de estos ensayos. El
inspector debe saber cuando es aplicable un
ensayo, que resultados van a proveer y como
determinar si los resultados cumplen con la
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especificación. También puede ser de ayuda si el
inspector de soldadura entienda algunos de los
métodos usados en lo s ensayos, aún si no está
directamente involucrado con el ensayo.
Los métodos de ensayo son generalmente
agrupados en dos clases, destructivos y no
destructivos. Los ensayos destructivos dejan al
material o parte fuera de uso para servicio una
vez que se realiza el ensayo. Estos ensayos
determinan como el material se comporta cuando
es cargado a rotura. Los ensayos no destructivos
no afectan al la pieza o componente para su
posterior uso, y serán discutidos en el módulo 10.
En toda esta discusión, no va a
considerarse el ensayo destructivo específico
usado para determinar una propiedad de un metal
base o de un metal de soldadura. Para la mayor
parte, esto no representa un cambio significativo
en la manera en la cual eln ensayo es realizado.
Habrá ocasiones cuando un ensayo es realizado
para ensayar específicamente al metal base o al
metal de soldadura, pero la mecánica de la
operación del ensayo va a variar muy poco o
nada.
Ensayo de Tracción
La primera propiedad revisada fue la
resistencia, de manera que el primer método de
ensayo destructivo va a ser el ensayo de tracción.
Este ensayo nos provee una gran cantidad de
información acerca de un metal. Alguna de las
propiedades que pueden ser determinadas como
el resultado del ensayo de tracción incluyen:
Resistencia a la Rotura
Resistencia a la Fluencia
Ductilidad
Alargamiento Porcentual
Reducción Porcentual de Área
Módulo de Elasticidad
Límite Elástico
Límite Proporcional
Tenacidad
Algunos valores del ensayos de tracción pueden
determinarse por lectura directa de una galga.
Otros pueden ser cuantificados solamente
después del análisis del diagrama de tensión
deformación que es producido durante el ensayo.
Los valores para ductilidad pueden hallarse
mediante mediciones comparativas de la probeta
de tracción antes y después del ensayo. El
porcentaje de esa diferencia describe el valor de
la ductilidad presente.
Cuando se realiza un ensayo de tracción,
uno de los aspectos más importantes es que el
ensayo involucra la preparación de la probeta de
tracción. Si esta parte del ensayo es realizada con
poco cuidado, la validez de los resultados del
ensayo se ve severamente reducida. Pequeñas
imperfecciones en la terminación superficial, por
ejemplo, pueden resultar en reducciones
significativas de la resistencia aparente y de la
ductilidad de la probeta.
Algunas veces, el solo propósito del
ensayo de tracción de una probeta soldada es para
mostrar simplemente si la zona soldada va a
desempeñarse de la misma manera que el metal
base. Para este tipo de evaluación, solamente es
necesario remover una probeta transversal al eje
longitudinal de la soldadura, con la soldadura
groseramente centrada en la probeta. Los dos
extremos cortados deben ser paralelos usando un
serrucho u oxicorte, pero no es necesario ningún
tratamiento superficial ni la remoción de los
sobre espesores de soldadura. De todos modos,
generalmente los sobre espesores de soldadura es
ground flashson de terminación plana. Este
enfoque es usado para ensayar procedimientos y
calificación de soldadores de acuerdo con API
1104. Un ensayo de tracción exitoso hecho de
acuerdo con esta especificación es descripto con
una probeta que falla en el metal base, o en el
metal de soldadura si la resistencia del metal
base está por encima.
Para la mayoría de los casos en los cuales el
ensayo de tracción es requerido, de todos modos,
hay una necesidad para determinar el valor actual
de la resistencia y otras propiedades de ese metal,
no solamente si la soldadura es tan fuerte
resistente como el metal base. Cuando la
determinación de estos valores es necesaria, la
probeta debe ser preparada en una configuración
que provea una sección reducida en alguna parte
cerca del centro de la longitud de la probeta,
como se muestra en la figura 6.16.
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Figura 6.16 – Probeta de tracción con sección
reducida
Esta sección reducida es dónde se
pretende que se localice la rotura. De otro modo
la rotura puede tender a ocurrir preferentemente
cerca de la zona de agarre de la probeta, haciendo
más difíciles las mediciones. También esta
sección reducida resulta en un incremento de la
uniformidad de las tensiones a través de la
sección transversal de la probeta. Esta sección
transversal debe exhibir los siguientes tres
aspectos para que puedan obtenerse resultados
válidos:
1. La longitud completa de la sección reducida
debe ser una sección transversal uniforme.
2. La sección transversal debe ser de una forma
que pueda ser fácilmente medida de manera que
el área de la sección pueda ser calculada.
3. Las superficies de la sección reducida deben
estar libres de irregularidades superficiales,
especialmente si son perpendiculares al eje
longitudinal de la probeta.
Por estas razones, así como también la
mecánica para preparar una probeta, las dos
formas más comunes para las secciones
transversales son la circular y la rectangular.
Amabas son rápidamente preparadas y medidas.
Si es requerido para realizar un ensayo de
tracción, el inspector de soldadura debe estar
capacitado para calcular el área de la sección
transversal reducida de la probeta.
Los ejemplos 1 y 2 mostrados
abajo muestran como estos cálculos son hechos
para ambas secciones transversales.
Ejemplo 1: Área de una Sección
Transversal Circular
Área (círculo) = πxr2 o, πxd
2/4
Diámetro de la probeta, d=0.555 in. (Medido)
Radio de la probeta, r=d/2=0.2525 in.
Área=3.1416x.25252
Área=0.2 in.2
Ejemplo 2: Área de una Sección Rectangular
Ancho medido, w=1.5 in.
Espesor medido, t=0.5 in.
Área=wXt
Área=0.75 in.2
La determinación de esta área previa al
ensayo es crítica porque este valor va a ser usado
para finalmente determinar la resistencia del
metal. La resistencia va a ser calculada
dividiendo la carga aplicada sobre el área de la
sección transversal original. El ejemplo 3 muestra
este cálculo para la probeta de sección
transversal circular usada en el ejemplo 1.
Ejemplo 3: Cálculo de la Resistencia a la
Rotura
LoadCarga-12500 lb para la rotura de la probeta
Área= 0.2 in2 (ver ejemplo 1)
Resistencia a la Rotura=Carga/Área
Resistencia a la Rotura=12500/0.2
Resistencia a la Rotura=62500 psi (lb/in.2)
El ejemplo previo muestra un cálculo
típico de resistencia a la rotura para una probeta
standard circular. Esta es una probeta standard
porque tiene un área de exactamente 0.2 in.2.
Esto es conveniente dado que dividiendo un
número por 0.2 es lo mismo que multiplicar dicho
número por 5. Por esto, si es usada la probeta
standard, el cálculo para resistencia a la rotura
puede ser realizado de una manera muy simple,
como se muestra en el ejemplo 4.
Ejemplo 4: Cálculo Alternativo de la
Resistencia a la Rotura
Carga=12500 libras
Área= 0.2 in2.
Resistencia a la Rotura=12500x5
Resistencia a la Rotura=62500 psi
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El resultado de este cálculo es idéntico al
del ejemplo 3. El uso de este tamaño standard era
muy popular años atrás, antes del advenimiento
de la calculadora moderna. En ese tiempo, era
más fácil mecanizar precisamente una probeta de
tracción que determinar aritméticamente la
resistencia dividiendo la carga por algún número
complicado. De todos modos, hoy podemos
calcular fácilmente la resistencia a la rotura
exacta sin importar el área.
Otra operación que debe ser realizada
antes del ensayo es marcar precisamente una
galga de longitud extensómetro sobre la sección
reducida. Esta galga de longitud de extensómetro
es normalmente marcado a usando un par de
puntos centrales tomados de alguna distancia
prescrita. Las galgas. Los extensómetros más
comunes miden entre 2 y 8 pulgadas. Después del
ensayo, la nueva distancia entre esas marcas es
medida y comparada con la distancia original
para determinar el alargamiento o acortamiento
mostrado por la probeta cuando fue cargada hasta
la rotura.
El alargamiento porcentual refiere el
valor que la probeta se estiró entre dos marcas
durante el ensayo de tracción. Es calculado
dividiendo la diferencia entre la longitud final y
la original entre las marcas por la longitud
original, y multiplicando el resultado por 100
para representar un porcentaje. Un ejemplo de
alargamiento porcentual es mostrado más abajo:
Galga de longitud original 2 pulgadas
Alargamiento final marca 2.5 pulgadas
Alargamiento porcentual=2.5-2/2.5x100=25%
Cuando una probeta dúctil es sometida al
ensayo de tracción, una parte de ella va a exhibir
“una estricción”, como resultado de la aplicación
de la carga longitudinal de tracción. Si nosotros
volvemos a medir y a calcular el área final de esta
región más pequeña (con estricción), restándola
del área de la sección transversal original,
dividiendo el resultado por el área original y
multiplicando el resultado por 100, esto va a dar
el valor porcentual de reducción de área. Un
ejemplo de la reducción porcentual de área (RA)
es el siguiente:
Área de la Sección Transversal Original de 0.2
pulgadas
Área de la Sección Transversal Final de 0.1
pulgada
Porcentual RA=0.2-0.1/0.2x100=50%
Figura 6.17 – Máquina de tracción
Una vez que fue medida y marcada
apropiadamente, la probeta es colocada
firmemente en las mordazas apropiadas fijas de la
máquina de tracción y moviendo las cabezas.
Como se muestra en la figura 6.17.
Una vez colocada, la carga de tracción es
aplicada a una velocidad determinada.
Diferencias en esta velocidad de aplicación de la
carga pueden resultar en un ensayo inconsistente.
Antes de la aplicación de la carga, es conectado a
la probeta en las marcas de las galgas un
dispositivo conocido como extensómetro.
Durante la aplicación de la carga, el extensómetro
va a medir el alargamiento que resulta de la carga
aplicada. Tanto la carga como el alargamiento
son leídos y
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Figura 6.18 – Curva típica tensión
deformación para un acero dulce
Grabados para hacer un gráfico de la variación
del alargamiento en función de la carga aplicada.
Esto es graficado como carga versus deflexión de
la curva. De todos modos, nosotros normalmente
vemos los resultados del ensayo de tracción
expresados en términos de tensión y deformación.
La tensión es proporcional a la
resistencia, dado que es la carga aplicada en
cualquier instante dividido el área de la sección
transversal. La deformación es simplemente el
valor del alargamiento aparente sobre una
longitud dada. La tensión es expresada en psi
(lb/in.2) mientras que la deformación es un valor
adimensional expresado como in/in. Cuando estos
valores son graficados para un acero dulce típico
(mild). El resultado que puede aparecer es como
el de la figura 6.18.
El diagrama de tensión deformación
exhibe varios aspectos importantes que serán
discutidos. El ensayo comienza con tensión y
deformación cero. A medida que la carga es
aplicada, el valor de la deformación aumenta
linealmente con la tensión. Esta área muestra lo
que previamente fue denominado
comportamiento elástico, donde la tensión y la
deformación son proporcionales. Para cualquier
material dado, la tangente de esta línea es un
valor conocido. Esta tangente pendiente es el
módulo de elasticidad.
Para el acero, el módulo de elasticidad (o
módulo de Young) a temperatura ambiente es
aproximadamente igual a 30000000 de psi, y para
el aluminio es 10500000 psi. Este número define
la rigidez del metal. Esto es, cuánto más alto es el
módulo de elasticidad, más rígido es el metal.
Eventualmente, la deformación va a
empezar a aumentar más rápido que la tensión,
significando que el metal se está alargando más
para un valor de carga aplicada. Este cambio
maraca el final del comportamiento elástico y el
comienzo del período plástico, o de deformación
permanente. El punto sobre la curva que muestra
el fin del comportamiento lineal es conocido
como límite elástico o proporcional. Si la carga es
removida en cualquier instante hasta este punto,
la probeta va a retornar a su longitud original.
Muchos metales tienden a exhibir una
partida drástica desde el comportamiento inicial
elástico. Como puede ser visto en la figura 6.18,
no solamente las tensiones y las deformaciones
no son más proporcionales, sino que las tensiones
pueden caer o permanecer al mismo valor
mientras que la deformación aumenta. Este
fenómeno es característico de la fluencia en los
aceros dúctiles. Las tensiones aumentan hasta
algún límite máximo y después caen hasta algún
límite mínimo. Estos valores son conocidos como
los límites superior e inferior
Figura 6.19 – Comparación de los diagramas
tensión-deformación real y del ingeniero
De fluencia, respectivamente. El punto superior
es la tensión a la cuál hay un aumento notable de
la deformación o deformación plástica, sin un
aumento en la tensión. La tensión luego cae y se
mantiene relativamente constante en el punto
inferior de fluencia mientras que la tensión
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deformación
Figura 6.20 – Típico diagrama tensión-
deformación para un acero de menor
ductilidad
Figura 6.21 – Determinación del límite de
fluencia mediante el método 02
Continúa aumentando durante lo que es conocido
como punto de alargamiento en fluencia.
Sección transversal resistente original. Dado que
la tensión es calculada en base a la sección del
área transversal original, esto da el aspecto de que
la carga esta disminuyendo cuando en realidad
sigue aumentando.
Si un ensayo de tracción es realizado
donde las tensiones son calculadas continuamente
en base al área actual real que resiste la carga
aplicada, puede ser graficado el diagrama real de
tensiones deformaciones. Una comparación entre
esta curva
Figura 6.22 – Diagramas de tensión-
deformación para aceros de alta y baja
tenacidad
y la curva del ingeniero discutida previamente es
mostrada en la figura 6.19. Ésta muestra que la
deformación de la probeta continúa aumentando
con el aumento de la tensión. Esta curva
verdadera muestra que la rotura ocurre a la
máxima tensión y a la máxima deformación.
Para metales menos dúctiles, puede no
haber un cambio pronunciada en el
comportamiento entre la deformación plástica y
la elástica. Por eso el método drop beam no puede
ser utilizado para determinar la resistencia a la
fluencia. Un método alternativo es conocido
como el método offset (o método límite 0.2).La
figura 6.20 muestra el comportamiento típico
tensión deformación para un metal menos dúctil.
Cuando es empleado el método offset (o
método límite 0.2), es dibujada una línea paralela
al módulo de elasticidad para alguna deformación
preestablecida. El valor de deformación es
generalmente descripto en términos de algún
porcentaje. Un valor común es 0.2% (0.002) de la
deformación; de todos modos otros valores
pueden ser también especificados. La figura 6.21
muestra como es dibujada la línea paralela para
dar este valor.
La tensión correspondiente a la
intersección de esta línea de offset (o método
límite 0.2) con la curva de tensión deformación es
la tensión de fluencia, resistencia a la fluencia.
Debe ser anotada como una tensión de fluencia,
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resistencia a la fluencia la0.2% de manera que
otras personas sepan cómo fue determinada.
La última información que puede ser
obtenida del diagrama de tensión deformación es
la tenacidad del metal. Usted recuerda que la
tenacidad es una medida de la capacidad del
metal para absorber energía. Usted también
aprendió que para velocidades de aplicación de
carga lentas, la tenacidad puede ser determinada
por el área bajo la curva de tensión deformación.
Por eso, un metal que tiene valores altos de
tensión y deformación es considerado más tenaz
que uno con valores bajos. La figura 6.22 muestra
una comparación entre los diagramas tensión
deformación para un acero de alto carbono para
resortes y un acero estructural. Si las áreas bajo
las dos curvas son comparadas, es evidente que el
área bajo la curva del acero estructural es mayor
debido al gran alargamiento aunque el acero del
resorte muestre una alta tensión de rotura,
resistencia a la tracción. Por eso, el acero
estructural es un metal más dúctil.
Siguiendo el ensayo de tracción, es ahora
necesario hacer una determinación de la
ductilidad del metal. Esto es expresado en una de
estas dos formas; o como alargamiento porcentual
o como reducción porcentual de área. Ambos
métodos involucran mediciones antes y después
del ensayo.
Para determinar el alargamiento
porcentual, es necesario haber colocado galgas
marcadas enmarcado la probeta antes de pulirla.
Después de que la probeta haya fallado, las dos
piezas son colocadas juntas y la nueva distancia
entre esas galgas marcadas es medida. Con la
información original y la longitud final entre las
galgas marcadas, es posible calcular el
alargamiento porcentual como se muestra en el
Ejemplo 5.
La ductilidad también puede ser
expresada en términos de la estricción que se
produce durante el ensayo de tracción. Esto es
conocido como reducción porcentual de área,
donde las áreas iniciales y final de la probeta de
tracción son medidas y calculadas por
comparación. El ejemplo 6 muestra este cálculo.
Tanto el alargamiento porcentual como la
reducción porcentual de área representan
expresiones para el valor de ductilidad de una
probeta de tracción, estos valores rara vez, o
nunca van a ser iguales. Generalmente, la
reducción porcentual de área va a ser
aproximadamente el doble del valor del
alargamiento porcentual. La reducción porcentual
de área está pensada para ser una expresión
representativa para la determinación de la
ductilidad de un metal en presencia de alguna
entalla. De todos modos, es más frecuente ver
especificado el alargamiento porcentual si es
usado un solo método.
Ejemplo 5: Determinación del Alargamiento
Porcentual
Longitud original de la galga=2.0 in
Longitud final de la galga=2.6 in
Alargamiento%=longitud final-longitud
inicial/longitud finalx100
Alargamiento porcentual=2.6-2.0/2.6x100
Alargamiento porcentual=0.6/2.0x100
Alargamiento porcentual=30%
Ejemplo 6: Determinación de la Reducción
Porcentual de Área (%RA)
Área original=0.2 in.2
Área final=0.1 in.2
Reducción porcentual de área=área original-área
final/área originalx100
%RA=0.2-0.1/0.2x100
%RA=0.1/0.2x100
%RA=50%
Ensayos de Dureza
La dureza es la capacidad del metal para
resistir la penetración o la indentación impronta.
La dureza de un metal permite realizar una
aproximación sobre el valor de la resistencia a la
tracción. Como consecuencia, los ensayos de
dureza son realizados usando un tipo de
penetrador el cual es forzado contra la superficie
objeto del ensayo. Es medida la profundidad de la
indentación impronta o el diámetro de la
penetración, dependiendo del tipo de ensayo de
dureza realizado. La dureza puede ser medida
usando una variedad de dispositivos electrónicos
o por ultrasonido, pero la discusión está limitada
a los métodos de indentación impronta.
La dureza de un metal es fácilmente
determinada, debido a la gran cantidad de
métodos que pueden ser usados para
determinarla. Van a ser discutidos tres tipos
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básicos de ensayos de dureza por penetración,
Brinnel, Rockwell y micro dureza. En general, los
tres tipos difieren uno de otro en el tamaño de la
penetración impronta producida. El ensayo de
Brinell es el más usado, y el de micro dureza el
menos empleado.
El método de Brinell es comúnmente
usado para la determinación de la dureza de metal
stock. Es conveniente para este propósito porque
la indentación impronta cubre un área
relativamente grande, eliminando los problemas
asociadoas con durezas localizadas o puntos
blandos en el metal. Las altas cargas
características usadas para el ensayo Brinnel
ayudan a reducir los errores producidos por las
irregularidades superficiales.
Previo al ensayo Brinell, es necesario
prepara adecuadamente la superficie; esto incluye
el amolado de la superficie para alcanzar una
superficie relativamente plana. La superficie debe
ser lo suficientemente plana para poder medir
precisamente la penetración.
Para realizar un ensayo Brinell, un
penetrador es forzado contra la superficie del
objeto de prueba mediante alguna carga
preestablecida. Una vez que la carga es
removida, el diámetro de la penetración impronta
es medido usando un magnificador graduado.
Basado en el tamaño y en el tipo de penetrador, la
carga aplicada y el diámetro resultante de la
impresión impronta, puede ser determinado un
Número de Dureza Brinell (BHN). Dado que esta
es una relación matemática, el número BHN
puede ser determinado con una variedad de tipos
de penetradores y cargas. También este BHN
puede ser referido a la resistencia la tracción de
los aceros al carbono. Esto es, el BHN
multiplicado por 500 es aproximadamente igual a
la resistencia a la tracción del metal. Esta relación
no se aplica a todas las aleaciones, solamente a
los aceros al carbono y a los de baja aleación.
Un ensayo Brinell común usa una bolilla
de acero endurecido de 10 mm de diámetro y una
carga de 3000 kg. De todos modos, las
condiciones del ensayo, como dureza y espesor
de la muestra, variaciones en el tipo y diámetro
de la bolilla y el valor de la carga aplicada pueden
también ser requeridos. Otros tipos de bolillas
que pueden ser usados pueden incluir las de 5
mm de acero endurecido y las de 10 mm de
carburo (carbide) de tungsteno. Para metales
blandos, cargas tan bajas como 500 kg pueden ser
utilizadas. Otras cargas entre 500 y 3000 kg
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Figura 6.23 – Dureza Brinell para distintos diámetros y cargas
También pueden ser utilizadas con resultados
equivalentes. En pruebas de campo con el método
Brinell es común usar un martillo (hammer blow)
para hacer las indentaciones improntas tanto en la
pieza a ensayar como en un bloque de calibración
de dureza conocida. La dureza de la pieza a
ensayar es luego determinada comparando el
diámetro de su penetración con el diámetro del
test de calibración. El BHN es normalmente
determinado midiendo el diámetro de la
impresión impronta y leyendo el
valor de la dureza de una tabla, ver figura 6.23.
Los pasos usuales para un ensayo Brinell son:
1. Preparar la superficie a ensayar.
2. Aplicar la carga de prueba.
3. Mantener la carga aplicada
durante un tiempo
preestablecido.
4. Medir el diámetro de la
impresión impronta.
5. Determinar el BHN de una tabla.
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Un aspecto importante es notar que en el
procedimiento arriba expuesto hay un tiempo
preestablecido para mantener la carga aplicada.
Para el hierro y el acero, este será de 10 a 15
segundos. Para metales más blandos se requieren
tiempos de 30 segundos. Cuando se usan modelos
portátiles, el tiempo de aplicación de la carga es
simulado manteniendo la carga hidráulica una vez
que la carga ha sido alcanzada. Otros equipos de
prueba pueden requerir un impacto.
Es evidente, por este procedimiento, lo
fácil de aplicar que puede ser el método Brinell.
Aún con su simplicidad, los resultados de este
ensayo pueden resultar precisos, si todos los
pasos fueron ejecutados con suficiente cuidado.
Para información adicional concerniente al
ensayo Brinell, refiérase a la norma ASTM E10,
Standard Test Method for Brinell Hardness of
Metallic Materials.
Muy a menudo, hay una necesidad para
ensayar objetos demasiados grandes para ser
colocados en una máquina de medición Brinell.
En estos casos, una máquina portátil de ensayo
puede ser usada. Hay una variedad de tipos y
configuraciones, pero básicamente la forma de
realizar el ensayo es la misma.
Figura 6.24 – Penetrador de diamante
Rockwell
El próximo tipo de ensayo a discutir es el
método Rockwell. Este tipo abarca numerosas
variaciones de la principal pero usa penetradores
de distintos diámetros. Los penetradores usados
son diamante Brale, mostrado en la figura 6.24, y
bolillas de acero endurecido de diámetros 1/16,
1/8, ¼ y ½. El ensayo Rockwell deja
penetraciones más pequeñas que las del Brinell.
Esto permite realizar ensayos en área
relativamente pequeñas.
Usando uno de estos penetradores, varias
cargas pueden ser aplicadas para ensayar a la
mayoría de los materiales. Las cargas aplicadas
son mucho más bajas que aquellas usadas para el
ensayo Brinell, con rangos que van de los 60 a
l50 kg. También hay un grupo de ensayos
Rockwell denominados superficiales. Estos son
principalmente usados para determinar la dureza
de muestras de espesor delgado y de alambres;
por eso las cargas aplicadas son
significativamente más bajas que aquellas usadas
para otro tipo de ensayos Rockwell.
Igual que en el ensayo Brinell, la
superficie a ensayar debe estar apropiadamente
preparada previo a la aplicación de un ensayo
Rockwell. La buena técnica es imperativa para
realizar un ensayo de dureza preciso. Una vez que
la muestra es preparada, debe ser seleccionada la
escala correcta basándose en el rango aproximado
de dureza esperada. Las escalas “B” y “C” son
por mucho las más comúnmente usadas para
acero, con la “B” elegida para las aleaciones más
blandas y la “C” para las más duras. Cuando se
está en duda sobre qué escala elegir para una
aleación desconocida, puede elegirse la escala
“A” porque incluye un rango de dureza que cubre
a las escalas “B” y “C”. Han sido preparadas
tablas para la conversión de la información de
dureza de una escala en otra.
Una vez que la escala apropiada haya
sido seleccionada, y la unidad de prueba
calibrada, el objeto a ensayar es colocada en la
anvil el soporte de la máquina de ensayos
Rockwell. El anvil soporte puede ser de varias
formas dependiendo de la forma de la pieza a
ensayar. El objeto debe ser ajustado
adecuadamente o los resultados del ensayo van a
resultar erróneos. El método Rockwell se basa en
la medición extremadamente precisa de la
profundidad de la penetración. Por eso si el
objeto no está adecuadamente ajustado, la
medición puede ser imprecisa. Una variación de
tan solo 0.00008 in. Va a resultar en un cambio
del número Rockwell. El bench del comparador
hace la medición de la profundidad
automáticamente.
Sin tener en cuenta la escala a ser usada,
los pasos básicos son esencialmente los mismos.
Éstos son enumerados abajo.
1. Preparar la superficie a ensayar.
2. Colocar el objeto a ensayar en la máquina
Rockwell.
3. Aplicar la (precarga) carga menor usando el
tornillo de ajuste.
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4. Aplicar la carga mayor.
5. Liberar la carga mayor.
6. Leer el dial.
7. Liberar la carga menor y sacar la pieza a
ensayar.
La precarga es usada para tomar cualquier
pérdida o falta fuera del sistema, mejorando la
precisión del ensayo. La figura 6.26 muestra
gráficamente cada uno de estos pasos.
Los resultados obtenidos del ensayo
Rockwell pueden ser referidos con los valores del
ensayo Brinell y por ello con los de la resistencia
a la tracción del metal. La figura 6.27 muestra
como se relacionan los valores de los ensayos
Brinell, Rockwell y de la resistencia a la tracción.
Para más información respecto del
ensayo Rockwell, referirse a la Norma ASTM
E18, Standard Test Methods for Rockwell
Hardness and Rockwell Superficial Hardness of
Metallic Materials.
Figura 6.25 – Improntas de micro dureza
Como en el ensayo Brinell, también hay
equipos portátiles los cuáles pueden ser usados
para determinar la dureza Rockwell de un metal.
Aunque su operación puede variar ligeramente de
aquellos Bench del comparadores, los resultados
van a ser equivalentes.
El próximo tipo de ensayo de
dureza a ser discutido es conocido como micro
dureza. Lleva este nombre porque su impresión
impronta es tan pequeña que es requerido un gran
aumento para facilitar la medición. Los ensayos
de micro dureza son muy útiles en la
investigación de las microestucturas de los
metales, porque ellos pueden ser realizados sobre
un grano del metal para determinar la dureza en
esa región microscópica. Por eso, el metalurgista
es el principal interesado en este tipo de ensayo
de dureza.
Hay dos grandes tipos de ensayos de
Micro dureza, Vickers y Knoop. Ambos usan
penetradores de diamante, pero sus
configuraciones son ligeramente diferentes. En la
figura 6.25 son mostrados los dos tipos de
penetraciones.
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Figura 6.26 – Pasos involucrados en la realización del ensayo Rockwell
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Figura 6.27 – Tabla de conversión de dureza
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El penetrador Vickers, de aristas rectas da
una penetración en la cual las dos diagonales son
aproximadamente iguales. El penetrador Knoop,
de todos modos, hace una penetración que tiente
una dimensión larga y otra corta. Como en los
otros métodos, usted tiene una selección de
cargas de ensayo cono de tipos de penetradores.
El término de micro dureza implica que las cargas
aplicadas van a variar entre 1 y 1000 gramos (g).
De todos modos, la mayoría de los ensayos de
micro dureza usan cargas que están entre 100 y
500 g.
Para realizar los ensayos de micro dureza
Knoop o Vickers, la preparación de la superficie
es sumamente importante. Aún la más pequeña
irregularidad superficial puede generar
imprecisiones. Normalmente, para micro dureza,
la superficie de la muestra es preparada como
para cualquier investigación metalográfica. La
importancia de esta terminación superficial
aumenta con la disminución de la carga aplicada.
Una vez preparada, la pieza es Clampeada fijada
en un porta piezas de manera que las
Indentaciones improntas puedan ser precisamente
colocadas. Muchas máquinas de micro dureza
emplean una base móvil que facilita el
movimiento preciso de la pieza sin necesidad de
sacarla y reajustarla. Este dispositivo es requerido
cuando se toman un número de lecturas a lo largo
de una región del metal. Un ejemplo de este tipo
de aplicación puede ser la determinación de al
variación de dureza a lo largo de la zona afectada
por el calor (HAZ). El resultado puede ser
denominado como micro dureza transversal.
Los pasos a seguir en el ensayo de micro
dureza son como siguen:
1. Prepare la superficie de la muestra.
2. Coloque la pieza en el porta pieza.
3. Localice el área de interés, usando
microscopio.
4. Haga la penetración.
5. Mida la penetración usando microscopio.
6. Determino la dureza usando tablas o
calculando.
El uso de ensayos de dureza va a dar una gran
cantidad de información útil sobre un metal.
De todos modos, el método de dureza debe
estar especificado para una aplicación dada.
Ensayo de Tenacidad
Otra propiedad interesante de los metales
es la tenacidad. Usted ha aprendido que esta
propiedad describe la capacidad del metal para
absorber energía. Cuando el ensayo de tracción
fue discutido, usted aprendió que la tenacidad de
un metal puede ser descripta como el área bajo la
curva de tensión deformación. Este es un valor
para la cantidad de energía que puede ser
absorbida por un metal cuando una carga es
aplicada gradualmente.
De todos modos, ustedes recordarán que
en la discusión de la tenacidad cuando la carga es
aplicada rápidamente, la preocupación es con la
tenacidad de entalla, o resistencia al impacto.
Esta discusión que sigue está centrada en que
ensayo puede utilizarse para determinar esta
propiedad particular de los metales. Por eso, los
varios ensayos usados para determinar la
tenacidad de entalladura, tenacidad de entalla de
un metal van a usar una probeta que contiene
algún tipo de entalla mecanizada y la carga va a
ser aplicada con gran velocidad. Usted más tarde
va a reparar que la temperatura de la probeta tiene
un efecto significativo sobre los resultados del
ensayo, por eso el ensayo debe ser realizado a una
temperatura prescrita.
Figura 6.28 – Probetas Charpy standard
Desde el advenimiento del interés en la
tenacidad de entalladura, tenacidad de entalla de
los metales, numerosos ensayos diferentes fueron
desarrollados para medir esta importante
propiedad. Cuando las capabilidades de absorber
energía de un metal son discutidas, debe ser
entendido que el metal absorbe energía en etapas.
Primero, hay una cantidad definida de energía
requerida para iniciar una fisura. Luego, es
requerida energía adicional para provocar que esa
fisura crezca o se propague.
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Figura 6.29 – Colocación de la probeta Charpy
en el el soporte
Figura 6.30 – Máquina típica Charpy
Algunas de los ensayos de tenacidad de
entalla pueden medir la propagación de energía
separadamente de la energía de iniciación
mientras que otros métodos simplemente nos
proveen una medida de la energía combinada de
iniciación y propagación. Es una decisión del
ingeniero especificar cuál es el método de ensayo
que nos va a dar la información deseada.
Aunque existen numerosos tipos de
ensayo de tenacidad de entalladura, tenacidad de
entalla los Estados Unidos sea el de Charpy con
entalla en V. La probeta standard para este
ensayo es una barra de 55 mm de longitud y
sección cuadrada de 10mm por 10 mm. Una de
los lados de la probeta tiene una entalla en V,
cuidadosamente mecanizada de 2 mm de
profundidad. En la base de esta entalla, hay un
radio de 0.25 mm. El mecanizado de este radio es
extremadamente crítico, dado que pequeñas
diferencias van a resultar en graves variaciones
en los resultados del ensayo. Una probeta
standard de Charpy es mostrada en la figura 6.28.
Secciones transversales de tamaño
reducido son comúnmente usadas cuando la
muestra del metal es demasiado pequeña para la
probeta standard incluyendo la probeta de ¾, ½ y
¼. Las secciones transversales cuadradas son
respectivamente de 7.5 mm, 5 mm y 2.5 mm. Una
precaución a tener en cuenta cuando se use, usen
estas probetas reducidas; la información sobre
tenacidad generada por estas probetas reducidas
es generalmente más alta que aquella generada de
probetas standard debido al efecto de la masa. Por
esto, no debe compararse la información obtenida
con probetas reducidas con la obtenida de
probetas standard, a menos que se hayan
determinado factores correctores para ese
material específico. La norma ASTM E-23 cubre
en detalle los ensayos de impacto, y debe ser
consultada por cuestiones que atañen al tamaño.
Una vez que la probeta ha sido
cuidadosamente mecanizada, luego es calentada
enfriada a la temperatura preestablecida para el
ensayo, si es una temperatura que está por debajo
de la de la sala de ensayo. Esto puede ser
realizado usando una variedad de medios líquidos
o gaseosos; hielo y agua son los más comunes
para temperaturas moderadamente frías, y hielo
seco y acetona para temperaturas muy frías.
Después que la probeta está estabilizada a la
temperatura requerida, es luego removida la baja
temperatura del baño y rápidamente colocada en
el anvil soporte de la máquina de ensayo. La
forma de la anvil, el soporte y la colocación de la
probeta es mostrada en al figura 6.29.
La máquina usada para realizar el ensayo
de impacto de Charpy es mostrada en la figura
6.30. El ensayo de impacto de Charpy consiste de
un péndulo con una cabeza pegadora, una anvil
soporte, un dispositivo de liberación, un puntero
y una escala. Dado que nosotros pretendemos
medir la cantidad de energía absorbida durante la
fractura de la probeta, una cantidad de energía es
aportada por el péndulo, suspendiéndolo y
soltándolo desde una altura especificada. Después
que se lo libera, el péndulo va a caer y va a
continuar luego del golpe hasta que alcance una
altura máxima en
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Figura 6.31 – Determinación de la
temperatura de transición
el lado opuesto. Si no encuentra resistencia va a
llegar hasta una altura que es denominada como
absorción nula de energía. Cuando hace contacto
con la probeta Charpy, hay un valor determinado
par iniciar y propagar una fisura en la probeta.
Esto provoca que el péndulo alcance un nivel
inferior que aquel para absorción de energía cero.
La máxima altura de este balanceo es indicada
por el puntero o flecha en la escala. Dado que
esta escala está calibrada, nosotros podemos leer
la cantidad de energía requerida para romper la
probeta, directamente de la escala.
Este valor, conocido como energía de
rotura, es la principal información obtenida del
ensayo de impacto Charpy. Esta energía es
expresada en libras-pie de energía. Mientras que
los resultados del ensayo Charpy son expresados
en libras-pie de absorción de energía, hay otras
maneras de describir la tenacidad de entalla de un
metal. Éstos son determinados por la medición de
varios aspectos de la probeta de Charpy rota.
Estos valores son la expansión lateral y el shear
corte porcentual. La expansión lateral es una
medida de la deformación lateral producida
durante la fractura de la probeta, Es medida en
términos de milésimas de pulgada. El shear corte
porcentual es una expresión para el valor de la
fractura superficial que ha fallado en una forma
dúctil o shearing de corte.
No importa cual de estos métodos de
medición es usado, nosotros generalmente
consideramos los resultados de una serie entera
de ensayos. Una vez que hayamos ensayado un
número de probetas a varias temperaturas,
podemos determinar como cambian los valores
con la temperatura. Si nosotros graficamos estos
valores en función de la temperatura, vamos a
obtener curvas que tiene un valor horizontal
máximo superior y uno mínimo inferior con una
zona cercan entre medio intermedia casi vertical.
Para cada categoría de medición, hay una
temperatura a la cual los valores caen
abruptamente, Estas temperaturas son conocidas
como temperaturas de transición, lo que significa
que el comportamiento del material cambia de
relativamente dúctil a frágil a esa temperatura. El
diseñador puede saber si ese metal se va a
comportar satisfactoriamente por encima de esa
temperatura. Ejemplos de estas curvas de
transición son mostrados en la figura 6.31.
Además del ensayo Charpy, hay otros
que pueden ser aplicados para varas aplicaciones.
Otros ensayos usados para medir la tenacidad de
entalla del metal incluyen el drop weight nil-
ductility, explosion bulge, dynamic tear y crack
tip opening displacement (CTOD). Estos ensayos
emplean diferentes tipos de probetas como
también diferentes formas de aplicar la carga.
Ensayos de SolidezVolumétricos
Este grupo de ensayos es diseñado para
ayudar en la determinación de la solidez, sanidad
de un metal, o si está libre de imperfecciones. Los
ensayos de solidez volumétricos son usados
rutinariamente para la calificación de
procedimientos de soldadura y de soldadores.
Después de que una placa de prueba chapa de
ensayo removido y sometido al ensayo de solidez
volumétrico soldadura contiene alguna
imperfección o defecto.
Hay tres tipos generales de ensayos
destructivos de solidez volumétricos: doblado,
nick-breck y fillet breckdesgarre de filete.
Solidez de sanidad por ensayos no destructivos
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como ultrasonido y rayos, por ejemplo). El
primer tipo, ensayo de doblado, puede ser
realizado de diferentes formas. Este es
probablemente el ensayo más comúnmente usado
para juzgar la calificación adecuada de un
soldador en una test couponprobeta de ensayo.
Figura 6.32 – Pobetas típicas de doblado
transversal
Figura 6.33 – Macho y hembra del ensayo de
doblado guiado
Los diferentes tipos de ensayos de
doblado son generalmente nombrados de acuerdo
al tipo de orientación de la soldadura respecto a la
acción de doblado. Hay tres tipos de ensayos de
ensayos de doblado de soldadura transversales:
cara, raíz y de lado lateral. Con estos tres tipos, la
soldadura reposa a lo largo del eje longitudinal de
la probeta y el tipo se refiere al lado de la
soldadura que es colocado en tensiona la tracción
durante el ensayo. Esto es, la superficie de
soldadura es estirada en una superficie doblada
de cara, la raíz de la soldadura es estirada en una
raíz doblada, plegado de raíz y el costado lateral
de una sección transversal de una soldadura es
estirado en un costado doblado, plegado lateral.
La figura 6.32 muestra esquemas de estos tres
tipos de probetas de doblado.
Los ensayos de doblado son
generalmente realizados usando algún tipo de
guía de doblado. Hay tres tipos básicos: doblado
guiado, doblado guiado con equipo de rolado y
doblado guiado por enrollado. La guía de doblado
del ensayo de doblado guiado standard, mostrada
de la Figura 6.33, consiste de un enchufe punzón
(también llamado macho) y una hembra que
forma la superficie de doblado, le da la forma de
U.
Para realizar un ensayo de doblado, la
probeta es colocada a lo largo de la hembra (que
tiene topes) con el lado a colocar en tensión
tracción de cara de superficie macho es colocado
sobre el área de interés y forzado a doblar a la
probeta y dejarlo con forma de U. La probeta es
removida y evaluada.
El segundo tipo de ensayo de doblado
guiado, es similar al standard excepto que está
equipado con rodillos en lugar bordes
endurecidos. Esto reduce la fricción contra la
probeta permitiendo que se alcance el doblado
con menos fuerza. El último tipo de ensayo de
doblado guiado es conocido como el de
enrollado. Lleva este nombre porque la probeta es
doblada siendo envuelta alrededor de un pin fijo,
como muestra la Figura 6.34.
Figura 6.34 – Doblado guiado enrollado
Muchos ensayos de calificación para
aceros dulces requieren que la probeta sea
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doblada alrededor de un macho que tenga un
diámetro igual a cuatro veces el espesor de la
probeta. Por eso, una probeta de 3/8” de espesor
debe doblarse alrededor de un macho de 1,5” de
diámetro. Esto resulta en un alargamiento de
aproximadamente un 20% de la superficie
excretor exterior al macho. Si se emplea un
macho más pequeño, el alargamiento es mayor.
En ensayos de calificación de cupón,
probeta de soldado, donde el metal de soldadura
es mucho más fuerte que el metal base, hay una
mayor tendencia de la probeta a hundirse en el
metal base próxima a la soldadura que a
deslizarse suavemente alrededor del macho. Si no
hay disponible un enrollador, puede ser
beneficioso seleccionar una probeta de doblado
longitudinal más que una transversal. La
soldadura descansa se apoya en línea con el eje
longitudinal de la probeta de doblado
longitudinal. Esto es mostrado en la figura 6.35.
Con cualquiera de estos ensayos de
doblado, las probetas deben ser preparadas
cuidadosamente para prevenir cualquier
imprecisión en el ensayo. Cualquier amolado
realizado sobre la superficie debe ser orientado en
la misma dirección del doblado para que no
generen entalladuras transversales (concentración
de tensiones) que pueden provocar que la probeta
falle prematuramente. Las esquinas de la probeta
se le deben realizar radios para disminuir la
concentración de tensiones. Para probetas
removidas de pipe coupons probetas de ensayos
en caños, el lado de la probeta doblada contra la
ramel punzón debe ser aplanado para eliminar
evitar que se doble en la dirección transversal a la
dirección de doblado.
La aceptabilidad de los ensayos de
doblado en probetas es normalmente basada en el
tamaño o número de defectos que puedan
aparecer sobre la superficie tensionada. El código
aplicable va a dictaminar el criterio exacto de
aceptación o rechazo.
Figura 6.35 – Probeta de doblado longitudinal
El próximo tipo de ensayo de solidez
volumétrico debe a ser discutido es el nick-break
test. Este ensayo es usado exclusivamente en la
industria de tuberías como describe API 1104.
Este método juzga la solidez, sanidad de la
soldadura fracturando la probeta a través de la
soldadura de manera que la superficie de la
fractura pueda ser examinada en busca de
discontinuidades. La fractura entalla es localizada
en la zona de soldadura por mediante el uso de
serruchos a lo largo de dos o tres superficies. Una
probeta típica de nick-break test es mostrada en la
figura 6.36.
Figura 6.36 – Probeta de Nick Break
Figura 6.37 – Evaluación de la probeta de Nick
Break
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Figura 6.38 – Probeta del ensayo de
desgarramiento de filete
Una vez que la probeta ha sido cortada,
es luego fracturada por tracción en una máquina
de tracción, golpeando el centro con un martillo
mientras se sostiene desde los extremos o
golpeando en un extremo con un martillo
mientras en el otro queda sostenido en un viso. El
método de fractura no es significativo porque el
interés no está centrado en cuánta fuerza es
necesaria para fracturar la probeta. La meta es
fracturar a la probeta a través de la zona
soldadura de manera que pueda ser determinada
cualquier imperfección presente. La superficie de
fractura es luego examinada en todas las áreas por
la presencia de inclusiones de escoria (slag),
porosidad o fusión incompleta falta de fusión. Si
están presentes, son medidas y aprobadas o
rechazadas basándose en las limitaciones del
código. Los requerimientos para API 1104 son
mostrados gráficamente en la Figura 6.37.
Figura 6.39 – Método para romper la probeta
del ensayo de desgarramiento de filete
El último ensayo de solidez volumétrico a
ser mencionado es el fillet weld break test. Como
los otros dos tipos, este ensayo de solidez
volumétrico es usado principalmente en la
calificación de soldadores. Este el único ensayo
requerido para la calificación de tacker
punteadores de acuerdo con AWS D1.1. Una
probeta para fillet weld break testel ensayo de
desgarre de filete es mostrada en la Figura
6.38.Una vez que la probeta es soldada, es rota
mediante un golpe como se muestra en la figura
6.39.
Con este ensayo, el inspector está
buscando una soldadura con una apariencia
superficial satisfactoria. Luego, la superficie de la
fractura es examinada para asegurarse que la
soldadura tenga evidencia de haber fundido hasta
la raíz de la junta y que no hay áreas con fusión
incompleta falta de fusión en el metal base o
poros de más de 3/32” en su máxima dimensión.
Estos ensayos de solidez volumétricos
son usados rutinariamente en muchas industrias.
Su aplicación y evaluación parece ser simple. De
todos modos, el inspector de soldadura debe estar
prevenido que la evaluación de estos ensayos
puede no ser tan simple como pueda parecer
según las especificaciones y códigos. Por esta
razón es deseable para el inspector de soldadura
que invierta tiempo en estos ensayos para
familiarizarse con su interpretación y ejecución.
Ensayo de Fatiga
El último método de ensayo a ser
discutido es el ensayo de fatiga. Este es un tipo de
ensayo que posibilita la determinación de la
resistencia a la fatiga de un metal. Las cargas de
fatiga son las cargas cíclicas de un componente.
Los ensayos de fatiga ayudan a los diseñadores a
determinar que tan bien va a resistir un metal las
roturas cuando sea cargado cíclicamente con
cargas a la fatiga. Normalmente una serie de
ensayos de fatiga son realizados para llegar al
límite de resistencia para un metal. Los ensayos
son conducidos en varios niveles de tensión hasta
que la máxima tensión es encontrada, debajo de
la cual el metal debe tener vida infinita a la fatiga.
Dado que la fatiga está fuertemente
influenciada por la terminación superficial. Y la
forma y configuración, la preparación de las
probetas de fatiga es extremadamente crítica.
Solamente pequeños defectos alcanzan para
provocar cambios significativos en los resultados.
De manera que sin no se toma suficiente cuidado
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en esta etapa, al final los resultados pueden no ser
válidos.
Los ensayos de fatiga pueden ser
realizados de diferentes formas. El ensayo
específico a ser usado depende de la carga
esperada del metal en servicio. Esa carga puede
ser de flexión en el plano, flexión rotativa,
torsión, tracción, compresión o combinaciones de
éstas. Cuando la carga es en la dirección axial o
longitudinal, los ciclos pueden ser tales que la
probeta es cargada alternativamente a tracción y
compresión. Esto es generalmente el caso más
severo. El inspector de soldadura debe esta
prevenido de los aspectos de la fatiga de los
metales, pero raramente está involucrado en el
ensayo de un metal a la fatiga.
Ensayos Destructivos para la Determinación
de las Propiedades Composición Químicas de
los Metales
Los ensayos que han sido previamente
discutidos son usados para determinar las
propiedades mecánicas de un metal. Hay también
importantes propiedades químicas también es
importante la composición química de los
metales. De hecho, la composición química de un
metal determina en gran medida las s propiedades
mecánicas de ese metal. Hay una necesidad para
Frecuentemente es necesario determinar la
composición química de un metal. Tres son los
métodos comúnmente empleados, espectrógrafo,
combustión y análisis químicos por vía húmedos.
El inspector de soldadura raramente va a
ser requerido para realizar un ensayo químico. De
todos modos, él o ella pueden tener que ayudar en
la extracción de muestras para análisis, o revisar
los análisis para determinar si un metal cumple
con una especificación determinada. Para más
información sobre análisis de metales, refiérase a
las normas de ASTM que cubren este tema. Los
métodos particulares para el acero están en al
ASTM A 751 Standard Methods, Practices, and
Definitions for Chemical Analysis of Steel
Products.
El análisis de los metales puede ser hecho
en el campo usando la técnica de rayos X
fluorescentes. Mientras que esta técnica tiene
limitaciones en el análisis elemental, puede ser de
mucha ayuda en prevenir mezclas de materiales y
de clases de aleaciones. Cuando solamente se
necesita determinar el tipo de metal, hay kits de
ensayo, juegos de patrones basados en las
propiedades magnéticas o cambios cualitativos de
color provocados por reactivos que son de mucha
ayuda. También hay equipos portátiles de
espectrografía para cuando s e necesitan análisis
de campo más precisos.
Otro grupo de ensayos que generalmente
pueden ser clasificados como ensayos químicos
son los ensayos de corrosión. Estos ensayos están
específicamente diseñados para determinar la
resistencia a la corrosión de un metal o de una
combinación de metales. Las pérdidas por
corrosión de metales le causan a la industria
daños por billones de dólares al año. Los
diseñadores están muy preocupados acerca de
cómo un metal se va a comportar en un medio
corrosivo particular. Los ensayos para determinar
el grado de resistencia a la corrosión son
diseñados para simular las condiciones posibles y
actuales reales que va a encontrar el metal
durante su servicio. Algunas de las
consideraciones que deben ser tenidas en cuenta
cuando se realiza un ensayo de corrosión son la
composición química, el medio corrosivo, la
temperatura, la presencia de humedad, la
presencia de oxígeno y otros metales y las
tensiones presentes. Si algunos de estos aspectos
son ignorados, el ensayo de corrosión puede
arrojar resultados no válidos.
Ensayos Metalográficos
Otra manera de aprender acerca de las
características de un metal o una soldadura es a
través del uso de varios distintos ensayos análisis
metalográficos. Estos ensayos análisis consisten
generalmente de remover una sección del metal o
soldadura y pulirla hasta un grado. Una vez
preparada, la probeta puede ser evaluada con la
ayuda de la vista humana o con algún medio de
aumenta magnificación.
Los ensayos análisis metalográficos están
clasificados como microscópicos o
macroscópicos. La diferencia entre ellos es el
aumenta que es usado. Los ensayos análisis
macroscópicos son generalmente realizados con
aumentos de hasta 10X o menos. Los
microscópicos, usan aumentos de más de 10X.
Un número de diferentes aspectos pueden
ser observados en una probeta típica
macroscópica. En un análisis de macro típico
pueden ser observados un gran número de
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aspectos diversos. Una sección transversal de
soldadura puede proveer una probeta
macroscópica para determinar cosas como la
profundidad de fusión, la profundidad de
penetración, la garganta efectiva, la solidez,
sanidad de la soldadura, el grado de fusión, la
presencia de discontinuidades en la soldadura, el
número de pasadas, etc. Una foto de una probeta
es conocida como fotomacrografía.
Fotomacrografías típicas son mostradas en la
Figura 6.40.
Muestras micrográficas pueden ser
usadas para determinar varios aspectos. Están
incluidos los microconstituyentes, la presencia de
inclusiones, la presencia de defectos
microscópicos, la naturaleza de las fisuras, etc,
De la misma forma, fotos de las probetas
micrográficas micrografías son conocidas como
fotomicrografías. La Figura 6.41 muestra algunas
fotomicrografías típicas. Ambos ensayos, análisis
pueden ser de mucha ayuda en asuntos como
análisis de fallas, procedimientos de soldadura y
calificación de soldadores y control del proceso.
Figura 6.40 – Fotomacrografías de soldadura
Figura 6.41 – Fotomicrografías típicas
Los dos tipos de probetas también difieren en la
preparación requerida. Algunas probetas para
macrografías solamente necesitan un acabado
circular con una lija de grano 80 grit finish,
mientras que las probetas para micrografías
necesitan un pulido desbaste muy fino a 600 grit
hasta grano 600 y un lustrado pulido posterior
para llevarlo a terminación espejo. Ambas
usualmente requieren un ataque para revelar la
estructura. El ataque se realiza agregando un
reactivo que remueve las capas superficiales,
dejando expuesta la estructura de los granos que
está debajo. Puede obtenerse una información
considerable acerca de las propiedades de los
metales haciendo una simple evaluación de una
macrografía o micrografía. Los ensayos análisis
metalográficos son una herramienta importante
para el inspector de soldadura y para el ingeniero.
Resumen
Se han dado numerosos detalles en este
módulo acerca de algunos de los más importantes
métodos de ensayos destructivos disponibles para
que el inspector de soldadura para determinar
varias las distintas propiedades de los metales,
materiales. Mientras que el inspector de
soldadura nunca puede ser responsable por el
resultado del ensayo, es importante que él o ella
entiendan que información puede ser provista por
esos ensayos de manera que ésta ellos puedan ser
usadas como herramientas de examen. Mientras
que muchos de esos ensayos análisis parecen
simples, muy a menudo involucran más de lo que
se ve a primera vista. Por eso, el inspector debe
trabajar con una persona experimentada antes de
tratar de realizar alguna de estas operaciones.
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TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES
Alloy
Aleación: es una mezcla de elementos que crean
un metal. El acero es una aleación de hierro y
carbono.
Anneled
Recocido: es un tratamiento térmico delos
metales que los deja con la mínima resistencia y
dureza.
API-American Petroleum Institute
Instituto Americano del Petróleo
ASTM- American Society for Testing and
Materials
Asociación Americana para Ensayos y Materiales
Austenite
Austenita: es una fase del metal que se encuentra
en aceros a elevada temperatura y en aceros
inoxidables a temperatura ambiente.
Austenitic
Autentico: es un término que se aplica al grupo
de los aceros inoxidables que a temperatura
ambiente la austenita es una fase estable.
Brinell
Brinell: es un tipo de ensayo de macro dureza.
Brittle
Quebradizo: es el comportamiento de los metales
querompo en sin deformación; materiales con
poca o sin ductilidad.
Carbide former
Formador de carburos: es un elemento que
promueve la formación de carburos metálicos o
no metálicos.
Charpy
Charpy: es un tipo de ensayo de impacto.
Cold work
Trabajado en frío: es la deformación permanente
de un metal por debajo de su temperatura de
transformación.
Crystals
Cristales: en metales, son zonas individuales muy
pequeñas que se forman durante la solidificación
desde el estado líquido. También son conocidos
como granos.
Density
Densidad: es la relación de la masa sobre la
unidad de volumen. para los metales, la densidad
generalmente se da en gramos sobre centímetro
cúbico.
directional properties
Propiedades direccionales: son las diferencias en
las propiedades mecánicas de los metales
dependiendo del sentido de laminación.
Discontinuity
Discontinuidad: es una interrupción del patrón
normal de un metal; algunos ejemplos son
porosidad, fusión incompleta e inclusiones de
escoria. Una discontinuidad rechazable es
conocida como un defecto.
Ductile
Dúctil: es el comportamiento de los metales que
exhiben ductilidad bajo carga a rotura.
Ductility
Ductilidad: es la habilidad de un metal para
deformarse a bajo cargo sin romperse.
Duplex
Dúplex: es un término que se refiere a un grupo
de aceros que a temperatura ambiente tienen dos
fases.
Elastic behavior
comportamiento elástico: es la deformación de un
metal bajo carga sin deformación permanente.
Cuando la carga es removida, el metal retoma a
su forma original.
Elastic limit
Limito elástico: ver comportamiento
proporcional.
Elongation
Alargamiento: es el estiramiento de un material
plástico o elástico. El alargamiento porcentual es
una medida de la ductilidad del metal.
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Endurance limit
Límite de duración: es la tensión aplicada a la
cual el metal no va a fallar, sin tener en cuenta el
número de ciclos de fatiga.
Fatigue
Fatiga: en diseño, es una tensión aplicada cíclica,
un modo de falla cuando los metales están sujetos
a cargas cíclicas.
Fatigue strength
Resistencia a la fatiga: es la capacidad de un
metal de soportar cargas cíclicas, como así
también tensiones de signos contrarios.
Ferrite
Ferrita: es una fase encontrada en los aceros;
también llamada fase alfa.
Ferritic
Ferrítico: es un término que se refiere a un grupo
de aceros inoxidables que al temperatura
ambiente presentan una fase de ferrita.
Gage length
Longitud entre marcas: en el ensayo de tracción,
es la distancia entre dos pequeñas marcas
colocadas en la probeta antes de aplicar la carga.
Generalmente la distancia es de 2 o de 8
pulgadas.
Grains
Granos: ver cristales.
Hardenability
Endurecimiento: es la habilidad relativa de un
metal para ser endurecido, generalmente por un
temple rápido.
Hardness
Dureza: es la habilidad para resistir la penetración
o la indentación.
HAZ- heat affected zone
Zona afectada por el calor: es la zona de la base.
Impact strength
Resistencia al impacto: es la habilidad relativa de
un metal para absorber un carga de impacto.
Impact testing
Ensayo de impacto: es un grupo de ensayos que
aplican rápidamente una carga, un impacto, a una
probeta de metal. Los ejemplos son Charpy,
explosion bulge y drop weight nil ductility tests.
kg
kg: es una abreviatura para kilogramo. Un
kilogramo es aproximadamente igual a 2,2 libras.
Knoop
Knoop: es un tipo de ensayo de micro dureza.
Ksi
Ksi: resistencia o presión en miles de libras jpro
pulgada cuadrada. Una resistencia a la tracción de
70000 psi puede escribirse como 70 ksi.
Lateral expansion
Expansión lateral: es una medida de la
deformación de una probeta de Charpy rota.
Martensite
Martensita: es una fase encontrada en los metales
que se forma mediante un enfriamiento rápido o
temple.
Mil
Mil: medida lineal, un milímetro equivale a 0,001
pulgada.
mm
mm: abreviatura de milímetro. Un mm equivale
aproximadamente a 39,37 mil.
Modulus of elasticity
Módulo de elasticidad: es la relación entre la
tensión aplicada y la deformación elástica; la
pendiente de una cuarta de limite elástico de un
metal; es una medida relativa de la rigidez de
material. También es llamada módulo de Young.
Neck down
Estricción: es una reducción del área de la
sección transversal de un metal dúctil en el
puente de fractura cuando una carga de tracción
provoca la rotura.
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Notch sensitive
Sensibilidad de entalla: es un metal que tiene baja
tenacidad de entalla.
Notch toughness
Tenacidad de entalla: es la capacidad de un metal
para absorber energía sin romperse cuando están
presentes entallas superficiales.
Pi
Pi: es un número constante, que se deriva de
dividir el diámetro de un círculo por su
circunferencia. Es 3,14159 (5 lugares). El
símbolo es
Plastic behavior
Comportamiento plástico: es la deformación
permanente de un metal bajo una carga aplicada.
El metal no vuelve a su forma original luego de
que se le saca la carga.
Postheating
Post calentamiento: es el calentamiento de una
soldadura terminada y del metal base después de
soldados.
Precipitation hardening
Endurecimiento por precipitación: es un término
aplicado a las aleaciones que son endurecidas por
la formación de un precipitado endurecedor en un
tratamiento térmico. Es un grupo de aceros
inoxidables.
Preheating
Precalentamiento: es el calentamiento del metal
base y/o del metal de aporte antes de soldar.
Proportional limit
Límite proporcional: es el límite elástico de un
metal, más allá de él se alcanza la deformación
plástica.
Psi
Libra por pulgada cuadrada: es la unidad de
medida usada para resistencia y presión.
quenching
Temple: es un enfriamiento muy rápido desde
una temperatura elevada. Es un método para
aumentar la dureza de los aceros térmicamente
tratables.
Rockwell
Rockwell: Es un tipo de ensayo de macro dureza.
Rolling direction
Dirección de laminación: es la dirección
longitudinal de laminación del material; en la
misma dirección del laminado.
Shear
Corte: en fracturas de metales, es un modo dúctil
de falla.
Slag inclusion
Inclusion de escoria: es una discontinuidad en los
metales, generalmente un no metálico como un
óxido o un sulfuro.
S-N curve
Curva tensión-cantidad de ciclos: es una curva
generada desde la información obtenida del
número de ciclos y los niveles de tensión
aplicados para causar una falla en las probetas del
metal.
Soundness
Sanidad: en ensayos de metales, es una referencia
a libre de imperfecciones. Los ensayos de
sonoridad incluyen doblado, nick break y fillet
break.
Spectographic testing
Espectografía: es una técnica de ensayo para
determinar la composición química de un metal.
Stainless steel
Acero inoxidable: por definición, es un acero que
contiene un 12% de cromo o más.
strain hardening
Endurecimiento por deformación: es un
incremento en al resistencia y la dureza de un
metal debido a la aplicación de una deformación
(deformación permanente o trabajo en frío).
Stress raiser
Concentrador de tensión: es cualquier marca
superficial o geometría que incremental la tensión
aplicada en punto en particular en un
componente. Ejemplos de esto son weld ripples,
shaft keyways, surface scratches.
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Stress relief
Alivio de tensiones: es un tratamiento térmico
controlado que alivia las tensiones residuales en
los metales.
Tempering
Temple: es un tratamiento térmico, generalmente
de un acero templado, que reduce la dureza y
restablece la ductilidad y la tenacidad.
Tensile strength
Resistencia a la tracción: ver ultimate tensile
strength o límiete de rotura.
Transition temperature
Temperatura de transición: en ensayo de impacto,
es la temperatura a la cual la rotura del metal
cambia de dúctil a frágil.
Torsion
Torsión: es una fuerza rotacional o giratoria.
Toughness
Tenacidad: es la habilidad de un metal para
absorber lentamente la energía aplicada. Ver
tenacidad de entalla (notch toughness) y
resistencia al impacto (Impact strength).
Transverse
Transversal: es la dirección perpendicular a la
dirección de laminación del metal.
Ultimate tensile strength
Límite de rotura: es maxima carga que soporta un
material. En inglés se abrevia UTS.
Vickers
Vickers: es un tipo de ensayo de micro dureza.
Weldability
Soldabilidad: es la capacidad de un material de
ser soldado bajo las condiciones de fabricación
impuestas en una estructura específica
adecuadamente diseñada y para cumplir
satisfactoriamente con el servicio para el cual fue
ejecutada.
X-ray fluorescence
Rayos x fluorescentes: es una técnica de ensayo
no destructivo para la determinación de la
composición química de un metal.
Yield strength
Resistencia a la fluencia: es la carga a la cual el
material va a empezar a fluir, o a deformarse
permanentemente. También llamado punto de
fluencia.
Young´s Modulus
Módulo de Young: ver módulo de elasticidad.
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 7 Practica de metrología para la inspección de soldadura
Ademinsa Group of companies. www.ademinsa.com 7-1
Por muchos años, ha habido esfuerzos
para convertir el sistema oficial de medición
norteamericano al sistema internacional que es
más usado. A la fecha la conversión se mantiene
voluntaria, y todavía no es "ley". Sin embargo, el
gobierno federal ha iniciado el requerimiento que
todos los documentos científicos y de ingeniería
federales deberán ser publicados usando el
sistema internacional. Este sistema internacional
es usado por la mayoría de las naciones en el
mundo, y es conocido como "Le Systeme
Internationale d'Unites", abreviado como "SI". El
nombre común para este sistema en estados
unidos es el „sistema métrico‟. El sistema
corriente de uso en estados unidos es conocido
como US habitual y se abrevia como US.
El sistema internacional ofrece muchas
ventajas sobre el sistema US, pero es resistido
por muchas industrias por varias razones. La
mayor razón es económica; la conversión a un
nuevo sistema requiere gastos en herramental,
reentrenamiento del personal, realización de
nuevos planos, e incluso cambios de diseño en
muchos casos. Sin embargo, muchas industrias
están haciendo la conversión de unidades en
forma voluntaria para mejorar su posición global
de marketing, y dentro del sistema corriente
usado en Norteamérica hay una mezcla de lo
nuevo y lo viejo. Un ejemplo del uso métrico en
estados unidos son las bebidas alcohólicas y las
industrias destileras que ahora marcan sus
productos en litros, mililitros, mas que en el
sistema US de pint (1/8 galón), cuartos y
galones. Y los cinturones de seguridad con
medida métrica son encontrados en forma
abundante en los automóviles nuevos fabricados
en U.S.
Por esto, tener conocimiento en ambos
sistemas se está transformando en un
requerimiento para el personal de Estados
Unidos, para un trabajo más preciso y efectivo.
Para aquellas industrias que eligen competir en
mercados globales, el uso del sistema métrico, o
SI, es un imperativo económico. Planos de
fabricación, dimensiones del producto, medidas
de embalaje, pesos, etc., deben convertirse al
sistema internacional para alcanzar los
requerimientos de todo el mundo. La industria de
la soldadura no es excepción, y este Módulo
discutirá los términos comunes y los sistemas
necesarios para operar tanto con el sistema US
como con el sistema SI. La conversión de un
sistema a otro requiere el conocimiento de ciertas
reglas, especialmente para los cálculos; estas
reglas serán tratadas y se darán ejemplos
clarificadores.
La American Welding Society
desarrolló un estándar, ANSI/AWS A1.1-89,
Guía de Práctica Métrica para la Industria de la
Soldadura (Metric Practice Guide for the
Welding Industry), (Figura 7.1), para asistir a la
industria de la soldadura en su transición al uso
del sistema SI. El Prólogo de dicho documento
establece:
"(Este prólogo no es parte de
ANSI/AWS A1. 1-89, Metric Practice Guide for
Welding Industry, pero se presenta sólo para
propósitos informativos.)
Figura 7.1 - ANSI/AWS A1.1, Guía de
Práctica Métrica
La presente Política de Medición de AWS
establece, en parte, que " La AWS apoya una
transición transitoria al uso de las unidades SI.
La AWS reconoce que el sistema de unidades
MMÓÓDDUULLOO 77
PPRRAACCTTIICCAA DDEE MMEETTRROOLLOOGGIIAA PPAARRAA LLAA IINNSSPPEECCCCIIOONN DDEE SSOOLLDDAADDUURRAA
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 7 Practica de metrología para la inspección de soldadura
Ademinsa Group of companies. www.ademinsa.com 7-2
"US habitual" será reemplazado por
eventualmente por el sistema de unidades SI.
Dilatar la transición al sistema de unidades SI y
alargar innecesariamente los períodos de
transición resultan en costos mayores y
confusión, e incrementos de las pérdidas de
compatibilidad con el mercado internacional".
En la actualidad, EEUU permanece
como el único país industrial que todavía usa en
forma predominante el sistema pulgada-libra de
medición. Desde la firma del Metric Act de 1975
por el Presidente Ford y la confusión inicial de la
transición, la característica voluntaria del Acto,
permitió que el ímpetu se estanque. Ahora nos
encontramos en desigualdad, no solo con otros
países industriales, sino también, en muchos
casos, entre nosotros.
Muchas compañías importantes - tales
como General Motors Corporation, Ford Motor
Company, Crysler Corporation y un 70 por
ciento de Fortune 500 - han hecho el cambio en
algunos aspectos del negocio. Pero las firmas
más pequeñas - Aquellas que tienen típicamente
menor interacción internacional - han sido más
lentas para el cambio.
Más recientemente, el "Omnibus Trade
and Competiveness Act", que fue firmado por el
presidente Reagan en agosto de 1988, designó
como preferido al sistema métrico de medición
en comercio y contratos. Específicamente, este
Acto requiere a cada Agencia Federal el uso del
sistema métrico para las procuraciones, patentes
y otras actividades relacionadas con los negocios
a fines de 1992.
Este estándar tiene la intención de
facilitar esta transición.
Se solicita el consejo y la respuesta de
los lectores. Cualquier comentario se debe
dirigir a la Secretaría, Committee on Metric
Practice, American Welding Society, 550 N.Y.
LeJeune Road, PO Box 351040, Miami, Florida
33126."
Por lo establecido anteriormente en
AWS A1.1 es evidente que el AWS apoya la
conversión al sistema SI, pero no es mandatoria
hasta el momento para sus documentos. El
estándar, A1.1, es una revisión del sistema SI,
notando específicamente las convenciones
estándar para su uso, y también enumerando los
términos comunes relacionados con la industria
de la soldadura. En este Módulo se usan
extractos de A1.1 para puntualizar el uso
apropiado del sistema SI, pero uno debe
mantener en mente, que el uso es voluntario y no
mandatorio. Se presenta la información para
incrementar su conocimiento general del sistema
SI e incrementar su efectividad en el manejo con
los mercados globalizados de hoy en día.
Para comenzar la revisión de la
conversión SI, es valioso ver que tan complicado
es realmente el sistema actual. Debido a que la
mayoría están familiarizados con esta
complejidad, frecuentemente se piensa que es
'simple', pero en efecto, es muy complejo. Para
novatos, deben pensar, cuantos términos, o
valores de unidades, hay para la medición de la
longitud. Comúnmente, para medir longitudes se
usan las unidades en pulgadas, pies, yardas, y
millas, tanto como otras, estadio, legua, braza, y
muchísimos más. Todos estos términos para
medir sólo una dimensión, la longitud. Y si bien
uno puede convertir cada una de estas unidades a
otra, los factores de conversión son
inconvenientes y rara vez múltiplo de 10. La
mayoría tuvo que aprender que hay 12 pulgadas
en un pie, 36 pulgadas o tres pies en una yarda, y
5280 pies o 1760 yardas en una milla.
Propiedad Unidades SI Símbolo
Longitud metro m Masa kilogramo kg Volumen litro L Temperatura Celsius C Tiempo segundo s Presión, Tensión pascal Pa Energía joule J Corriente eléctrica ampere A Frecuencia hertz Hz
Tabla 7.1 - Unidades SI Comunes de Medición
Hay un problema similar para la
medición de volúmenes en el sistema US; onzas
líquidas, octavos, cuartos, galones, pie cúbico,
etc. Para hacer esto incluso más confuso a veces
se usa la misma palabra para dos casos
diferentes. Un ejemplo es la unidad base, onza,
usados tanto para volumen y peso. Onza puede
significar un volumen, como 64 por galón, o un
peso, como en 16 por libra. Pero el sistema US se
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prefiere por la familiaridad con él, y como se
notó antes, la gente es reacia al cambio.
El sistema métrico, cuando se compara
al US, es muy simple, debido a la falta de
familiaridad con el SI, parece dificultoso para
muchos, especialmente para aquellos con
muchos años usando el sistema US. Sin embargo
el sistema métrico se aprende rápidamente, y
ofrece muchas ventajas sobre el sistema US
presente principalmente porque tiene una sola
unidad base primaria para cada medición
necesaria, y opera consistentemente con
múltiplos de 10 en las unidades de base de
valores mayores. Usando una base
multiplicadora de 10 también permite el uso del
sistema decimal para valores menores que uno.
En la Tabla 7.1, se muestran distintos ejemplos
de unidades base. Expresión Exponencial
Factor de Multiplicación
Prefijo Símbolo
106
1000000 mega M 10
3 1000 kilo k
10-1
0.1 deci d 10
-2 0.01 centi c
10-3
0.001 mili m 10
-6 0.000001 micro u
Tabla 7.2 - Prefijos y Símbolos Comunes en SI
Notar que la longitud siempre se
expresa en la base de unidad del metro; la masa,
o el peso como se usa comúnmente, siempre se
expresa en kilogramos (que ya tiene aplicado un
prefijo); y el volumen líquido se pone en litros.
Los valores mayores o menores requieren
simplemente un prefijo, o multiplicador, ubicado
frente a la unidad base; la Tabla 2 enumera
distintos prefijos comunes (el kilo es la única
excepción de esta lista; la masa siempre se pone
en kg). Por esto las distancias entre ciudades se
mide en kilómetros (un kilómetro es igual a 1000
metros), mientras que las unidades pequeñas se
deben medir en milímetros (un milímetro es
1/1000 de un metro). Además de las unidades de
medición mostradas en la Tabla 7.1, hay distintos
términos que se relacionan con la soldadura, y se
muestran en la Tabla 7.3.
Los prefijos en la Tabla 7.2 son
necesarios para asistir el manejo de valores muy
grandes o muy pequeños que se encuentran
normalmente en el trabajo diario. Por ejemplo,
un material de fabricación común, acero al
carbono corriente tiene una resistencia a la
tracción aproximada de 70000 libras por pulgada
al cuadrado (psi) en el sistema US corriente. La
conversión de 70000 psi a la unidad pascal del SI
para la resistencia a la tracción da un valor muy
grande porque hay 6.895 pascales en cada psi.
Esta conversión se muestra abajo:
Propiedad Unidad Símbolo
dimensiones de área milímetros cuadrados mm2
densidad de corriente ampere por milímetro cuadrado
A/ mm2
velocidad de deposición kilogramo por hora kg/h resistividad eléctrica ohm metro m fuerza del electrodo newton N velocidad de flujo (gaseoso y líquido) litro por minuto L/min tenacidad a la fractura meganewton metro
-3/2 MN m
-3/2
resistencia al impacto joule J = N m dimensiones lineales milímetro mm densidad de potencia watt por metro cuadrado W/ m
2
presión (gas y líquido) kilopascal KPa = 1000 N/m2
presión (vacío) pascal Pa = N/m2
resistencia a la tracción megapascal MPa = 1000000 N/m2
conductividad térmica watt por metro kelvin W/(m K) velocidad de avance milímetro por segundo mm/s dimensiones de volumen milímetro cúbico mm
3
velocidad de alimentación del alambre milímetro por segundo mm/s Tabla 7-3 - Unidades SI Comunes Pertenecientes a la Soldadura
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Ejemplo 1:
70000 psi =?? Pa = 70000psi X 6.895 Pa / psi 482650000 Pa
La magnitud de la pregunta de arriba es
un poco burda para el uso debido a su tamaño,
entonces podemos aplicar el prefijo 'mega' de la
Tabla 7.2 para simplificarlo. El prefijo mega
tiene un valor de 106 o 1000000, y lo aplicamos
para responder y mover la coma decimal
consecuentemente. Esto resulta en una respuesta
más simple sin todos los ceros, moviendo la
coma decimal 6 lugares a la izquierda luego de
agregar el prefijo.
Ejemplo 2:
70000 psi = 482.65 Mpa
Habrá varios ejemplos más de la
conversión de un sistema a otro, pero primero se
deben fijar algunas convenciones aritméticas
simples requeridas para sumar, restar, multiplicar
o dividir. Para comenzar, el 'número línea'
{number line} será repasado para asegurarse de
la nomenclatura usada para referirse a la posición
particular en este 'número línea'. Seguimos con
un ejemplo que denota las posiciones de todos
los dígitos en un número muy grande que
contiene muchos dígitos luego de la coma
decimal:
Ejemplo 3: Para el número 1.234.567,987654 Los números a la izquierda del decimal son mayores que uno, y se los conoce como: El 7 en la posición de la 'unidad' El 6 en la posición de las 'decenas'' El 5 en la posición de las 'centenas' El 4 en la posición de los 'millares' El 3 en la posición de los 'diez millares' El 2 en la posición de los 'cien millares' El 1 en la posición de los 'millones'
Fijándose en el mismo número
nuevamente, y mirando los números de la
derecha del decimal podemos referirnos a cada
una de las posiciones:
1.234.567,987654
Los números a la derecha de la coma decimal,
que son menores que uno, se conocen como: El 9 en la posición de los 'décimos'' El 8 en la posición de los 'centésimos'' El 7 en la posición de los 'milésimos' El 6 en la posición de los 'diez milésimos' El 5 en la posición de las 'cien milésimos' El 4 en la posición de los 'millonésimos'
Manteniendo estas distintas posiciones en mente
ayudará a manejar los cálculos de las
conversiones.
El próximo tema a repasar es el uso de
la notación científica NC; que es, el uso de
potencias de diez para simplificar el registro de
números muy grandes o muy chicos. Las
expresiones exponenciales de diez comúnmente
usadas se muestran en la Tabla 7.2. Estas
potencias de 10 son usadas para escribir los
números en notación científica. Cuando se
conviertan números a NC, la convención es que
el lugar decimal siempre se mueve a la posición
tal que siempre hay un solo dígito apareciendo a
la izquierda de la coma. El número de espacios
que se mueve el punto decimal, a izquierda o
derecha, para alcanzar esta nueva configuración,
es la 'potencia de diez', o es exponente de 10, en
la expresión de notación científica. Si la coma se
mueve hacia la izquierda, como ocurre con
números grandes, entonces el exponente de 10 es
un número positivo. Si el punto decimal se
mueve hacia la derecha, como ocurre para los
números menores que uno, entonces el exponente
de 10 es negativo. Los dígitos escritos previo al
símbolo de multiplicación "X" se conocen como
'número de raíz' o 'valor numérico'. Los ejemplos
tanto de números grandes o chicos escritas en
notación científica son:
Ejemplo 4:
234 =2,34 X 102
5678 =5,678 X 103
0.0234 =2,34 X 10-2
0.567 =5,67 X 10
-4
De los ejemplos anteriores, es evidente
que un movimiento de la coma un espacio a la
izquierda equivale a multiplicar por diez, y
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mover la coma decimal un espacio hacia la
derecha es equivalente a dividir por diez. El
exponente negativo en la notación científica
significa un número de raíz que es menor que
uno.
Otra ventaja de la notación científica es
la facilidad de los cálculos con números muy
grandes o muy chicos. Cuando se multiplican dos
miembros, ambos escritos en notación científica,
sólo es necesario multiplicar los dos números de
raíz entre sí, y sumar los exponentes, o potencias
de 10, de cada número, y componer la respuesta
en notación científica. La división de dos
números consiste en dividir las dos raíces como
se hace normalmente, sustrayendo el número del
exponente del denominador al número del
exponente del numerador, y componiendo
nuevamente la notación científica. Se muestran
algunos ejemplos:
Ejemplo 5: Multiplicación (suma de exponentes)
2.0 X 103 X 1.5 X 10
5 = 3.0 X 10
8
1.0 X 108 X 4.5 X 10
7 = 4.5 X 10
15
3.5 X 10-3
X 2.0 X 106 = 7.0 X 10
3
5.0 X 102 X 12 X 10
-6 = 60 X 10
-4 = 6 X 10
-3
Ejemplo 6:
División (sustracción de exponentes)
3.0 X 104 / 1.5 X 10
2 = 2.0 X 10
2
6.0 X 10-7
/ 3.0 X 103 = 2.0 X 10
-10
4.5 X 104 / 1.5 X 10
-5 = 3.0 X 10
9
8.0 X 10-6
/ 2.0 X 10-9
= 4.0 X 103
Para la suma o resta de números en
notación científica, el primer paso es colocar
ambos números con el mismo exponente,
entonces hacer la operación normal de suma o
resta.
Ejemplo 7:
Suma 2.3 X 10
4 + 3.54 X 10
5 =
0.23 X 105 + 3.54 X 10
5 = 3.77X10
5
3.78 X 10
-6 + 7.45 X 10
-4 =
0.0378 X 10-4
+ 7.45 X 10-4
= 7.4878 X 10-4
Ejemplo 8:
Resta 7.8 X 10
6 - 9.4 X 10
4 =
7.8 X 106 - 0.094 X 10
6 = 7.70
X 10
6
3.9 X 10
-4 - 6.1 X 10
-5 =
3.9 X 10-4
- 0.61 X 10-4
= 3.29 X 10
-4
Notar que las reglas estándar se aplican
para sumar y estar números positivos como
negativos. El resultado final siempre debe ser
llevado a notación científica, teniendo sólo un
dígito a la izquierda de la coma, ajustando el
exponente.
El próximo tema a revisar es la
convención de "redondeo"; la mayoría de las
personas está familiarizado con algún tipo de
reglas de redondeo, pero la convención usada es:
Regla 1 - Incremento del último dígito que se conserva en uno si el siguiente dígito es mayor que 5.
Regla 2 - Retener el último dígito sin modificar
si el dígito siguiente es menor que 5. Regla 3 - Retener el último dígito sin cambiar si
es par, o incrementar en uno si es impar, si el último dígito es exactamente 5
Mientras que la mayor parte son
familiares con las dos primeras reglas, muchos
pueden no haber usado la Regla 3 previamente,
pero el uso y práctica harán de esto parte de
nuestro 'vocabulario técnico'. Los ejemplos de
uso de esas reglas se muestran por redondeo de
un único número en distintas posiciones en el
número:
Ejemplo 9:
8937 = 9000 redondeado al 'millar' más cercano
8937 = 8900 redondeado al 'centenar' más cercano
8937 = 8940 redondeado a la 'decena' más cercano
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Otros ejemplos muestran el uso de la Regla 3
'impar/par'; Ejemplo 10:
8435 = 8440 redondeado a la 'decena' más cercana
8445 = 8440 redondeado a la 'decena' más cercana
8455 = 8460 redondeado a la 'decena' más cercana
8465 = 8460 redondeado a la 'decena' más cercana
Otro ejemplo muestra de la convención
de redondeo para un número que contiene
decimales redondeados a diferentes posiciones:
Ejemplo 11:
4.4638=4 redondeado a la decena más cercana 4.4638=4.4 redondeado al décimo más cercano 4.4638=4.46 redondeado al centésimo más cercano 4.4638=4.464 redondeado al milésimo más cercano
Los ejemplos adicionales muestran los
resultados cuando varios números distintos son
redondeados a 4 dígitos (recordar Regla 3): Ejemplo 12: 1.02345 se hace 1.023 1.02055 se hace 1.021 1.02350 se hace 1.024
1.02450 se hace 1.024
El redondeo debe ser siempre una única
operación; esto es, no redondear cada último
dígito que va quedando hasta llegar al dígito
deseado. Una única operación de aproximación;
evita errores de redondeo en los cálculos, el
redondeo debe comenzar siempre en la posición
adecuada para el valor deseado, y luego
redondeado en un único paso. Estas
convenciones de redondeo también están citadas
en ANSI/AWS Standard A1.1 con ilustrativos
ejemplos adicionales.
El siguiente tema de revisión es la
tolerancia y la convención de “dígito
significativo”, o “figura significativa”. Con el
uso actual común de calculadoras electrónicas se
dan respuestas de cálculos simples con una falsa
impresión de precisión. Por ejemplo, haciendo
1 3, en una calculadora típica de 8 dígitos la
respuesta es 0.3333333. La pregunta a responder
es; ¿la respuesta anterior es más precisa que una
de 0.3 o 0.33?.
La respuesta a la pregunta anterior no
puede ser determinada sin conocer las tolerancias
para los dos números originales. Posiblemente, el
número 3 derivó de redondear 2.8 a 3, y el
número 1 derivó de redondear 1.4 a 1. Por esto la
precisión de la respuesta numérica depende de
las tolerancias y redondeo de los números
originales. Si del ejemplo de arriba, los números
exactos originales, 1.4 y 2.8, se usan previo al
redondeo, se encontrará una respuesta exacta de
0.50. Este es muy distinto del resultado de dividir
1 por 3 que es 0.3333333. Entonces, la precisión
de la respuesta calculada siempre dependerá de
la precisión, o exactitud, de los números
originales.
Para la ayuda en la mejora a la
precisión, y el reconocimiento de la inexactitud
de los datos dados, se estableció una convención
de los dígitos significativos. Una primera mirada
a como se establecen los dígitos significativos se
ordena con el ejemplo: Ejemplo 13:
65.4 tiene 3 dígitos significativos 4.5300 tiene 5 dígitos significativos 7.0001 tiene 5 dígitos significativos 0.0018 tiene 2 dígitos significativos 0.00180 tiene 3 dígitos significativos 42.06 tiene 4 dígitos significativos
Notar que para números menores que
uno, los ceros a la izquierda y a la derecha de la
coma, usados para ubicar el punto decimal, no se
cuentan como dígitos significativos. Sin
embargo, los ceros en el medio o al final de los
números dados arriba son contados como dígitos
significativos debido a que agregan precisión
considerable al número. Los números mayores
que uno sin coma decimal, que contienen ceros
en el extremo del número, pueden tener
incertidumbre asociada con el número, y el
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número de dígitos significativos puede variar.
Por ejemplo: Ejemplo 14: 27000000
puede tener 2, 3, 4, ....,8 dígitos significativos,
dependiendo de su precisión. Si se sabe que tiene
2 dígitos significativos, se escribe mejor como
2,7 X 102. Si se sabe que tiene 4 dígitos
significativos, se debe escribir como 2,700 X
107. En los ejemplos previos de resistencia a la
tracción con un valor de 70000 psi, no se
establece realmente el valor exacto, debido a que
el número 70000 puede haber sido redondeado a
las decenas, cientos, millares más cercanos. En
orden a evitar la incertidumbre, la resistencia a la
tracción puede ser escrita como 7 X 104. Esta
aproximación establece que sólo tiene una cifra
significativa. Escribiéndolo como 70000 X 104
denota una precisión de 5 lugares, lo que es un
número muy exacto. Cuando se realizan cálculos,
es necesario conocer la precisión de la
información original.
Las reglas de la computación que usan la convención de las cifras significativas son: Regla A Para suma y resta, retener sólo
tantos dígitos significativos en el resultado como los contenidos en el componente con el menor número de dígitos significativos
Regla B Para multiplicación y división, la
respuesta final no puede tener más dígitos significativos que el componente con la menor cantidad de dígitos significativos.
Para ver como trabajan, será útil una
revisión de varios ejemplos usados
anteriormente. En los Ejemplos 7 y 8, debemos
corregir las respuestas para los problemas de
suma y resta, redondeando al menor número de
cifras significativas del componente original. Por
esto, las respuestas a los ejemplos de suma y
resta deben ser modificadas como sigue: Ejemplo 15:
3.77 X 10
5 es 3.8 X 10
5
7.4878 X 10-4
es 7.49 X 10-4
7.706 X 10
6 es 7.7 X 10
6
3.29 X 10-4
es 3.3 X 10-4
Los resultados de arriba, deben ser
redondeados a cifras significativas de 2, 3, 2 y 2
respectivamente para igualar la información
original. Otros ejemplos son: Ejemplo 16: 73.24 X 4.52 = 331 (no 331.0448) 1.648 / 0.023 = 72 (no 71.652174) 3.16 + 2.7 = 5,9 (no 5,86) 83,42 - 11 =72 (no 72,42) 48,0 X 943 = 45300 (no 45264)
En algunas ocasiones, se sabe que
algunos números no tienen incertidumbre, y
cuando se usan en cálculos, las cifras
significativas de la respuesta se basan en el
componente “inexacto”. Los siguientes ejemplos: Ejemplo 17: 8,416 X 50 = 420,8 cuando 50 es exacto 47,816 - 25 = 22,816 cuando 25 es exacto
Se mostró antes, en el Ejemplo 1 con
un acero con una resistencia a la tracción de
70000 psi puede ser convertido a pascales al
sistema SI. Entonces, para hacer el número más
manejable, se aplicaba un prefijo de „mega‟ para
eliminar varios ceros. Estos prefijos son muy
convenientes, y son simples abreviaturas de los
multiplicadores del número. Un ejemplo de un
término común encontrado diariamente, es el
prefijo „kilo‟. Significa 1000, entonces si se
aplica a la unidad métrica de longitud, un
kilómetro es 1000 metros. Igualmente, “mili”
significa un milésimo, entonces un milímetro
significa un milésimo de metro, hay 1000
milímetros en un metro. Ejemplos del uso de los
prefijos son: Ejemplo 18: 456000000 Pa = 456 Mpa
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56 km = 56000 m 234000mm = 234 mm 456 g = 0.456 kg
Debido a que las conversiones de
unidades SI a unidades US, o viceversa, se
necesitan comúnmente, se desarrollaron tablas
con factores de conversión para que sirvan a
estas conversiones. La Tabla 7.4 en la página
siguiente muestra muchos de factores usados en
soldadura. El uso de la tabla es muy simple;
encontrar la propiedad a convertir, y multiplicar
el número a ser convertido por el factor de
conversión dado. Entonces, redondee de la
respuesta computada para igualar los últimos
números significativos en los componentes
originales. El inspector no debe hacer un
esfuerzo para memorizar ninguno de los factores
de conversión mostrados en la Tabla 7.4; estos
serán provistos cuando se necesiten para la
conversión de los datos. El CWI debe ser capaz
de computar con simplicidad los números para
llegar a la solución basados en la figura significa
y convenciones de redondeo.
Mirando más allá en la tabla de factores
de conversión, hay algunas características
importantes. Uno ve que la tabla está acomodada
en cuatro columnas, llamadas „Propiedad‟, „a
convertir desde‟, „A‟, „Multiplicar por‟. Usted
debe usar dichas columnas en el mismo orden en
que están dispuestas.
Para cualquier ejercicio de conversión,
el primer paso es decidir que propiedad
particular se describe por las unidades dadas que
serán convertidas. Una vez que se eligió la
categoría adecuada de la columna de
“Propiedad”, observar en la segunda columna “a
convertir desde”, y ubicar la línea que contiene la
unidad dada. Esa es la unidad usada para la
conversión. Moviéndose a través de la misma
línea hacia la derecha, buscar la unidad que
encaja con la unidad a la que se quiere convertir.
Luego, ubicar en la línea que contiene tanto las
unidades conocidas como las deseadas, el valor
encontrado en la última columna, „Multiplicar
por‟, es el factor de conversión apropiado. En
este punto, multiplicar el número de las unidades
conocidas por el factor de conversión. El
resultado es el número en las unidades deseadas.
Abajo aparecen distintos ejemplos para mostrar
como se usa esa tabla para realizar las
conversiones típicas: Ejemplo 19:
Un manómetro de oxígeno muestra una presión
de 40.0 psi. ¿Cuál es la presión en pascales? 1) Propiedad = presión (gas o líquido) 2) Unidad conocida = 40 psi 3) Unidad deseada = kilopascales (kPa) 4) Factor de conversión = 6,894757 40.0 psi X 6894757 = 275,79028
Propiedad* a Convertir desde a Multiplicar por dimensiones de área in.
2 mm
2 6,451600 x 10
2
(mm2) mm
2 in.
2 1,550003 x 10
-3
densidad de corriente A/in.
2 A/mm
2 1,550003 x 10
-3
(A/mm2) A/mm
2 A/in.
2 6,451600 x 10
2
velocidad de deposición**
lb/h kg/h 0,45**
(kg/h) kg/h lb/h 2,2* resistividad eléctrica cm m 1,000000 x 10
-2
( m) m cm 1,000000 x 102
fuerza del electrodo libra – fuerza N 4,448222 (N) kilogramo – fuerza N 9,806650 N lbf 2,248089 x 10
-1
velocidad del fundente ft
3/h L/min 4,719475 x 10
-1
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(L/min) galón por hora L/min 6,309020 x 10-2
galón por minuto L/min 3,785412 tenacidad a la fractura ksi in.
-3/2 MN m
-3/2 1,098855
(MN m-3/2
) MN m-3/2
ksi in.-3/2
0,910038
aporte de calor J/in. J/m 3,937008 x 10 (J/m) J/m J/in. 2,540000 x 10
-2
energía de impacto pie libra fuerza J 1,355818 medidas lineales in. mm 2,540000 x 10
-2
(mm) ft. mm 3,048000 x 102
mm in. 3,937008 x 10-2
mm ft. 3,280840 x 10-3
masa lb kg 0,45** (gramos) kg lb 2,2* densidad de potencia W/in.
2 W/m
2 1,550003 x 10
3
(W/m2) W/m
2 W/in.
2 6,451600 x 10
-4
presión psi kPa 6,894757 (gas y líquido) lb/ft
2 kPa 4,788026 x 10
-2
(kPa) N/mm2
kPa 1,000000 x 103
presión kPa psi 1,450377 x 10
-1
(gas y líquido) kPa lb/ft2 2,088543 x 10
(kPa) kPa N/mm2
1,000000 x 10-3
Tabla 7.4 – Factores de Conversión para Términos Comunes de Soldadura
Propiedad* a Convertir desde a Multiplicar por presión torr (mm Hg a 0°C) Pa 1,333220 x 10
2
(vacío) micron ( m Hg a 0°C) Pa 1,333220 x 10-1
(Pa) Pa torr 7,500640 x 10-3
Pa micrón 7,500640 x 10 bar psi 1,450377 x 10
1
resistencia a la tracción psi MPa 6,894757 x 10
-3
(MPa) lb/ft2 MPa 4,788026 x 10
-5
N/mm2
MPa 1,000000 MPa psi 1,450377 x 10
2
MPa lb/ft2 2,088543 x 10
4
MPa N/mm2
1,000000 conductividad térmica cal/(cm s° C) W/[m K] 4,184000 x 10
2
(W/[m K])
velocidad de avance in./ min mm/s 4,233333 x 10
-1
velocidad de alimentación del alambre
mm/s in.7min 2,362205
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(mm/s) * Unidades preferidas dadas en paréntesis **conversión aproximada
Tabla 7.4 (continuación) – Factores de Conversión para Términos Comunes de Soldadura
Y la respuesta computada entonces se debe
redondear a las tres cifras significativas, y luego
llevada a notación científica 275,79028 kPa = 276 kPa = 2,76 X 10
2 kPa
Ejemplo 20:
Una probeta de tracción ha sido traccionada y
presenta una resistencia a la tracción de 625
MPa. ¿A cuántos psi corresponde? 1) Propiedad = resistencia a la tracción 2) Unidad conocida = 625 MPa 3) Unidad deseada = psi 4) Factor de conversión = 1,450377 X 10
2
625 MPa X 1,450377 X 10
2 = 906,48563 X
102
= 9,06 X 104 psi
La calculadora dará una respuesta de 906,48563
pero debe ser redondeada a tres cifras
significativas; esto es, 90.600psi y finalmente,
9,06 X 104 en notación científica.
Ejemplo 21:
¿Cuál es el diámetro en milímetros de un
electrodo de 5/32 in. (0,156”)? 5) Propiedad = mediciones
lineales 6) Unidad conocida = 5/32 in. (0,156”) 7) Unidad deseada = mm 8) Factor de conversión = 2,540000 X 10 0,156 X 2,54 X 10 = 396 X 10
-2 mm
= 3,96 mm
Aquí, la respuesta tiene tres cifras significativas
y es correcto como se calculó sin redondear. Ejemplo 22:
Los parámetros fueron ajustados para producir
una velocidad de deposicisión de metal de 7,3
kg/h. ¿Cuál es la velocidad de deposición en
términos de lb/h? 9) Propiedad = velocidad de deposicisión 10) Unidad conocida = 7,3 kg/h 11) Unidad deseada = lb/h 12) Factor de conversión = 2,2 7,3 X 2,2 = 16,06 lb/h = 16 lb/h
La calculadora da una respuesta de 16,06, pero
este debe ser redondeado a dos cifras
significativas, resultando la respuesta de 16 lb/h.
Los siguientes son algunos extractos
adicionales de ANSI/AWS A1.1, incluyendo los
números de párrafo para una referencia cruzada,
para mostrar las convenciones adicionales de uso
y costumbre empleados en el sistema SI. Debe
recordarse que el ANSI/AWS A1.1 es una guía,
no un sistema mandatorio, y deben usarse de esta
manera.
6 Uso y Costumbre
6.1 Aplicación y Uso de los Prefijos
6.1.1 Los prefijos deben ser usados con las
unidades SI para indicar los órdenes de
magnitud. Los prefijos proveen sustitutos
convenientes para el uso de potencias de diez, y
eliminan dígitos insignificantes. Preferido No preferido 12,3 km 12300 m, 12,3 x 10
3m
6.1.2 Se recomiendan prefijos en pasos de
1000. Debe evitarse el uso de prefijos hecto,
deca, deci, y centi. Preferido No preferido mm, m, km hm, dam, dm, cm
6.1.3 Deben elegirse los prefijos de manera
que los valores numéricos estén entre 0,1 y 1000.
6.1.3.1 Para situaciones especiales tales como
las presentaciones en tablas, puede usarse la
misma unidad, múltiplo o submúltiplo a pesar de
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que el valor numérico exceda el rango de 0,1 a
1000.
6.1.4 En el sistema SI no se deben usar
prefijos como múltiplos o con guiones. Correcto Incorrecto pF, GF, GW uuF, Mkg, kMW, G-W
6.1.5 En el denominador, generalmente es
deseable sólo el uso de bases y unidades
derivadas. Se usan los prefijos con la unidad del
denominador para dar un tamaño adecuado a los
números (ver 6.1.3). Preferido No preferido 200 J/kg, 5Mg/m
3 0,2 J/g, 1 kg/ mm
6.1.6 Los prefijos se fijan a la base de
unidades SI con la excepción de la unidad base
de masa, el kilogramo, que contiene prefijo. En
este caso el prefijo necesario se fija al gramo.
6.1.7 No se deben mezclar los prefijos salvo
que las magnitudes garanticen una diferencia.
Correcto 5 mm long x 10 mm de altura Incorrecto 5 mm x 0.01 m de altura
Excepción
4 mm de diámetro x 50 m de longitud
6.1.8 La pronunciación de los prefijos siempre
es la misma, sin tener en cuenta la base de
unidad que esté acompañando. Por ejemplo la
pronunciación aceptada de kilo es “kill-oh”.
Nunca se debe usar la expresión vulgar “kilo”
por kilogramo.
6.2 Uso de Unidades No Preferidas
6.2.1 Debe evitarse la mezcla de unidades de
distintos sistemas.
Preferido
kilogramo por metro cúbico (kg/m3)
No preferido
kilogramo por galón (kg/gal)
6.8 Mayúsculas. Las unidades SI llevan
mayúsculas sólo al comienzo de una oración
(ejemplos: newton, pascal, metro, kelvin, hertz).
En “grados Celsius”, el grado siempre está en
minúsculas y Celsius está siempre en
mayúsculas.
Los símbolos de unidades en SI no están en
mayúsculas excepto en aquellos derivados de
nombres propios. La letra mayúscula L es el
símbolo para la unidad litro.
A (ampere), K (kelvin), W (watt)
N (newton), J (joule), etc.
m (metro), kg (kilogramo), etc.
Hay sólo cinco prefijos de números en
mayúsculas, estos son, E (exa), P (peta), T(tera),
G(giga), y M(mega).
6.9 Plurales. Los símbolos de unidades son los
mismos en plural que en singular. Los nombres
de las unidades forman sus plurales en la manera
habitual.
50 newtons (50N), 25 gramos (25g)
6.10 Puntuación. No se deben usar puntos
luego de las unidades SI, excepto al final de una
oración. Se usan las comas como marca para los
decimales. No se usan puntos en los símbolos de
unidades o en conjunción con los prefijos.
Correcto Incorrecto
5.7mm 5.7 m.m.
6.11 Agrupamiento de los Números
6.11.1 Los números con cinco dígitos o más
deben ser escritos con un espacio que separa
cada grupo de tres dígitos contándolos tanto a la
izquierda como a la derecha de la coma decimal.
Con números de cuatro dígitos, la separación es
opcional.
6.11.2 Se deben usar espacios (no puntos) entre
los grupos de tres dígitos.
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Correcto
1 420 462.1; 0.045 62 1452 o 1 452 Incorrecto 1,420,462.1: 0.04562 6.12 Observaciones Varias 6.12.1 Se usa un espacio entre el valor numérico y el símbolo de la unidad. Correcto Incorrecto 4 mm 4mm
6.12.2 Los símbolos y nombres de las unidades
nunca se usan juntos en una única expresión:
Correcto Incorrecto metros por segundo (m/s) metros / s
6.12.3 Los números se expresan como
decimales, no como fracciones. Cuando el
número es menor a la unidad, se debe preceder el
decimal con un cero. Correcto Incorrecto 0.5 kg, 1.75 m 1/2 kg, .5 kg., 1 3/4 m
6.12.4 Los símbolos del sistema SI deben estar
en tipografía Roman (recta) preferentemente a la
itálica(inclinada).
6.12.5 Deben usarse prefijos tipeados (en
imprenta) preferentemente a manuscrita. Se
pueden usar palabras deletreadas
preferentemente al uso de símbolos dibujados a
mano.
6.12.6 Cuando es deseable o necesario usar las
unidades U.S. de pulgadas y libras en una
ecuación o tabla, se deben exponer en el sistema
SI en una ecuación o tabla separada, o en una
columna dentro de la tabla. Como alternativa,
puede agregarse una nota con los factores a usar
para convertir los resultados calculados en el
sistema US pulgadas-libras al SI de unidades
preferido. Las equivalencias SI pueden estar
después e insertadas entre paréntesis.
Los ejemplos de arriba son parte del
trabajo de matemática que se le puede pedir a un
inspector de soldadura que realice. Como
mínimo, se le pedirá a él o ella que realice
algunas conversiones en el examen de AWS
CWI. Los ejemplos de arriba son problemas
típicos que aparecerán en los exámenes de AWS
CWI. No tiene importancia que tan grande
puedan ser los números, los problemas se
resulven siempre de la misma manera.
Simplemente hay que seguir los distintos pasos y
el uso de la tabla de factores de conversión para
obtener un multiplicador. Entonces, todo lo que
queda hacer es la aritmética de acuerdo a las
reglas y las convenciones citadas previamente.
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Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius Encontrar el número a ser convertido en la columna central (negrita). Si se convierten grados Farenheit, leer el equivalente en Celsius en la columna con el nombre “ºC”. Si se convierten grados Celsius, leer el equivalente en Farenheit en la columna con el nombre “ºF”
ºC ºF ºC ºF ºC ºF ºC ºF
-273 -459 -40 -40 -40 24 76 169 199 390 734
-268 -450 -34 -30 -22 26 78 172 204 400 752
-262 -440 -29 -20 -4 27 80 176 210 410 770
-257 -430 -23 -10 14 28 82 180 216 420 788
-251 -420 -18 0 32 29 84 183 221 430 806
-246 -410 -17 2 36 30 86 187 227 440 824
-240 -400 -16 4 39 31 88 190 232 450 842
-234 -390 -14 6 43 32 90 194 238 460 860
-229 -380 -13 8 46 33 92 198 243 470 878
-223 -370 -12 10 50 34 94 201 249 480 896
-218 -360 -11 12 54 36 96 205 254 490 914
-212 -350 -10 14 57 37 98 208 260 500 932
-207 -340 -9 16 61 38 100 212 266 510 950
-201 -330 -8 18 64 43 110 230 271 520 968
-196 -320 -7 20 68 49 120 248 277 530 986
-190 -310 -6 22 72 54 130 266 282 540 1004
-184 -300 -4 24 75 60 140 284 288 550 1022
-179 -290 -3 26 79 66 150 302 293 560 1040
-173 -280 -2 28 82 71 160 320 299 570 1058
-168 -270 -454 -1 30 86 77 170 338 304 580 1076
-162 -260 -436 0 32 90 82 180 356 310 590 1094
-157 -250 -418 1 34 93 88 190 374 316 600 1112
-151 -240 -400 2 36 97 93 200 392 321 610 1130
-146 -230 -382 3 38 100 99 210 410 327 620 1148
-140 -220 -364 4 40 104 104 220 428 332 630 1166
-134 -210 -346 6 42 108 110 230 446 338 640 1184
-129 -200 -328 7 44 111 116 240 464 343 650 1202
-123 -190 -310 8 46 115 121 250 482 349 660 1220
-118 -180 -292 9 48 118 127 260 500 354 670 1238
-112 -170 -274 10 50 122 132 270 518 360 680 1256
-107 -160 -256 11 52 126 138 280 536 366 690 1274
-101 -150 -238 12 54 129 143 290 554 371 700 1292
-96 -140 -220 13 56 133 149 300 572 377 710 1310
-90 -130 -202 14 58 136 154 310 590 382 720 1328
-84 -120 -184 16 60 140 160 320 608 388 730 1346
-79 -110 -166 17 62 144 166 330 626 393 740 1364
-73 -100 -148 18 64 147 171 340 644 399 750 1382
-68 -90 -130 19 66 151 177 350 662 404 760 1400
-62 -80 -112 20 68 154 182 360 680 410 770 1418
-57 -70 -94 21 70 158 188 370 698 416 780 1436
-51 -60 -76 22 72 162 193 380 716 421 790 1454
-46 -50 -58 23 74 165 199 390 734 427 800 1472
Tabla 7.5 - Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius
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ºC ºF ºC ºF ºC ºF ºC ºF
432 810 1490 738 1360 2480 1043 1910 3470 1349 2460 4460
438 820 1508 743 1370 2498 1049 1920 3488 1354 2470 4478
443 830 1526 749 1380 2516 1054 1930 3506 1360 2480 4496
449 840 1544 754 1390 2534 1060 1940 3524 1366 2490 4514
454 850 1562 760 1400 2552 1066 1950 3542 1371 2500 4532
460 860 1580 766 1410 2570 1071 1960 3560 1377 2510 4550
466 870 1598 771 1420 2588 1077 1970 3578 1382 2520 4568
471 880 1616 777 1430 2606 1082 1980 3596 1388 2530 4586
477 890 1634 782 1440 2624 1088 1990 3614 1393 2540 4604
482 900 1652 788 1450 2642 1093 2000 3632 1399 2550 4622
488 910 1670 793 1460 2660 1099 2010 3650 1404 2560 4640
493 920 1688 799 1470 2678 1104 2020 3668 1410 2570 4658
499 930 1706 804 1480 2696 1110 2030 3686 1416 2580 4676
504 940 1724 810 1490 2714 1116 2040 3704 1421 2590 4694
510 950 1742 816 1500 2732 1121 2050 3722 1427 2600 4712
516 960 1760 821 1510 2750 1127 2060 3740 1432 2610 4730
521 970 1778 827 1520 2768 1132 2070 3758 1438 2620 4748
527 980 1796 832 1530 2786 1138 2080 3776 1443 2630 4766
532 990 1814 838 1540 2804 1143 2090 3794 1449 2640 4784
538 1000 1832 843 1550 2822 1149 2100 3812 1454 2650 4802
543 1010 1850 849 1560 2840 1154 2110 3830 1460 2660 4820
549 1020 1868 854 1570 2858 1160 2120 3848 1466 2670 4838
554 1030 1886 860 1580 2876 1166 2130 3866 1471 2680 4856
560 1040 1904 866 1590 2894 1171 2140 3884 1477 2690 4874
566 1050 1922 871 1600 2912 1177 2150 3902 1482 2700 4892
571 1060 1940 877 1610 2930 1182 2160 3920 1488 2710 4910
577 1070 1958 882 1620 2948 1188 2170 3938 1493 2720 4928
582 1080 1976 888 1630 2966 1193 2180 3956 1499 2730 4946
588 1090 1994 893 1640 2984 1199 2190 3974 1504 2740 4964
593 1100 2012 899 1650 3002 1204 2200 3992 1510 2750 4982
599 1110 2030 904 1660 3020 1210 2210 4010 1516 2760 5000
604 1120 2048 910 1670 3038 1216 2220 4028 1521 2770 5018
610 1130 2066 916 1680 3056 1221 2230 4046 1527 2780 5036
616 1140 2084 921 1690 3074 1227 2240 4064 1532 2790 5054
621 1150 2102 927 1700 3092 1232 2250 4082 1538 2800 5072 Tabla 7.5 - Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius (continuación)
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ºC ºF ºC ºF ºC ºF ºC ºF
627 1160 2120 932 1710 3110 1238 2260 4100 1543 2810 5090
632 1170 2138 938 1720 3128 1243 2270 4118 1549 2820 5108
638 1180 2156 943 1730 3146 1249 2280 4136 1554 2830 5126
643 1190 2174 949 1740 3164 1254 2290 4154 1560 2840 5144
649 1200 2192 954 1750 3182 1260 2300 4172 1566 2850 5162
654 1210 2210 960 1760 3200 1266 2310 4190 1571 2860 5180
660 1220 2228 966 1770 3218 1271 2320 4208 1577 2870 5198
666 1230 2246 971 1780 3236 1277 2330 4226 1582 2880 5216
671 1240 2264 977 1790 3254 1282 2340 4244 1588 2890 5234
677 1250 2282 982 1800 3272 1288 2350 4262 1593 2900 5252
682 1260 2300 988 1810 3290 1293 2360 4280 1599 2910 5270
688 1270 2318 993 1820 3308 1299 2370 4298 1604 2920 5288
693 1280 2336 999 1830 3326 1304 2380 4316 1610 2930 5306
699 1290 2354 1004 1840 3344 1310 2390 4334 1616 2940 5324
704 1300 2372 1010 1850 3362 1316 2400 4352 1621 2950 5342
710 1310 2390 1016 1860 3380 1321 2410 4370 1627 2960 5360
716 1320 2408 1021 1870 3398 1327 2420 4388 1632 2970 5378
721 1330 2426 1027 1880 3416 1332 2430 4406 1638 2980 5396
727 1340 2444 1032 1890 3434 1338 2440 4424 1643 2990 5414
732 1350 2462 1038 1900 3452 1343 2450 4442 1649 3000 5432
ºC= 5/9(ºF-32) ºF=9/5ºC + 32 Tabla 7.5 - Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius (continuación)
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 7 Practica de metrología para la inspección de soldadura
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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES ANSI/AWS A1.1 – la Guía de Práctica Métrica para la Industria de la Soldadura (Metric Practice Guide for the Welding Industry), una norma publicada por el AWS. Factor de Conversión – un número establecido para ayudar en la conversión de una unidad a otra. Exponente – el número usado como potencia de diez; 2 es el exponente de 10
2.
Número de Línea (cifra) – el conjunto de números, tanto mayores o menores que la unidad, que conforman el sistema numérico para asignar valores. Prefijo – una palabra ubicada delante de otra que cambia su significado o valor. Redondeo – en matemática, la práctica de ajustar el tamaño del último dígito retenido en un número basado en el tamaño del siguiente dígito en relación con el 5. Notación Científica – el sistema numérico que utiliza las potencias de diez, el sistema exponencial, para simplificar el manejo de números muy grandes o muy pequeños. SI – Le Systeme Internationale d’Unites (la abreviatura usada para llamar al sistema métrico) Figura Significativa – un término que se refiere a la convención que considera la precisión de los números teniendo en cuenta el redondeo, y establece reglas para el tratamiento de los números calculados con tal precisión. SN – La abreviatura usada para notación científica. US - la abreviatura del sistema de medición corriente en los Estados Unidos (para el sistema US corriente)
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 8 Metalurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura
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La Metalurgia es la ciencia que trata
sobre la estructura interna de los metales y las
relaciones entre las estructuras y las propiedades
que exhiben los metales. Cuando se refiere a la
metalurgia de la soldadura, concierne a los
distintos cambios que ocurren en los metales
cuando se unen por soldadura, especialmente
aquellos que afectan las propiedades mecánicas.
Ciertamente es apropiado que el
inspector de soldadura sea entendido en las bases
de la metalurgia de la soldadura. Igualmente, es
poco probable que el inspector sea responsable
de la especificación de las aleaciones del metal
base o del metal de soldadura o de su
tratamiento. Sin embargo, el entender las bases
de la metalurgia de la soldadura no sólo ayuda al
inspector de soldadura, sino también
frecuentemente para muchas funciones de
inspección. Una razón para esto es que las
propiedades mecánicas de los metales, tales
como resistencia, dureza, ductilidad, tenacidad,
resistencia a la fatiga, y resistencia a la abrasión
son todas afectadas por las transformaciones
metalúrgicas como resultado de la soldadura.
Estas propiedades son afectadas por
distintos factores metalúrgicos, incluyendo el
agregado de aleantes, tratamientos térmicos y
tratamientos mecánicos. El inspector de
soldadura que tenga una mejor comprensión de
estas propiedades tendrá una mejor percepción
sobre la razón de la necesidad de ciertas
operaciones de fabricación. Algunos
requerimientos de fabricación, tales como el
precalentamiento, post calentamiento, control de
temperatura entre pasadas, control de aporte de
calor, granallado (peening), alivio térmico de
tensiones, y otros tratamientos térmicos que
puedan producir algún tipo de cambio
metalúrgico el cual, afectará las propiedades
mecánicas del metal. Por esto, esta sección
principalmente describirá algunos aspectos de la
metalurgia de la soldadura de ferrosos (base de
hierro) poniendo énfasis en la necesidad de
métodos de fabricación para controlar los
cambios que puedan ocurrir.
Debido a que el tema de la metalurgia
de la soldadura incluye numerosas facetas, sería
irracional pensar que esta discusión pueda
cubrirlas todas. Entonces, limitaremos la
cobertura a los cambios más importantes que
puedan ocurrir durante la operación de
soldadura. Estos cambios pueden ser resumidos y
ser divididos en dos categorías.
La primera categoría incluye aquellos
cambios que ocurren en un metal cuando se
calienta desde la temperatura ambiente hasta una
temperatura mayor. La segunda categoría es el
efecto en las propiedades del metal versus la
velocidad a la ocurren dichos cambios de
temperatura. Más específicamente, nos interesa
que tan rápido se enfría un metal caliente hasta la
temperatura ambiente; esto es la velocidad de
enfriamiento del metal.
Nuestra discusión comenzará con
referencia específica a los cambios que ocurren
en metales en la medida en que son calentados y
enfriados en forma uniforme. Sin embargo, debe
notarse que la soldadura presenta problemas muy
diferentes debido a que la operación de soldadura
tiende a calentar áreas muy localizadas del metal.
En consecuencia, estas velocidades de
calentamiento/enfriamiento no uniformes crean
la necesidad ce ciertas consideraciones
adicionales.
Estructuras Básicas de los Metales Para ganar en entendimiento de las
propiedades metalúrgicas de los metales, es
necesario comenzar la discusión describiendo
algunas propiedades de las partículas que
comprenden todas las formas de materia. Estas
partículas básicas que se combinan para formar
un material sólido, líquido o gaseoso, se conocen
como átomos. Esos átomos son tan pequeños que
no pueden ser vistos, incluso con los
microscopios más potentes. Sin embargo,
comenzando la discusión a este nivel y
explicando las propiedades de dichos átomos y
sus estructuras, podrán entender de mejor forma
algunos de los fenómenos que podemos observar
en forma macroscópica, o a simple vista.
Una de las propiedades importantes de
estos átomos, es que, en ciertos rangos de
temperatura, tienden a formar sustancias con
formas específicas. Esto es debido a hay fuerzas
definidas que actúan entre estos átomos
individuales cuando están ubicados dentro de
cierta distancia uno de otro. Estas fuerzas tienden
tanto a rechazar, o a atraer, los átomos uno hacia
el otro, mientras que al mismo tiempo otro átomo
MMÓÓDDUULLOO 88 MMEETTAALLUURRGGIIAA DDEE LLAA SSOOLLDDAADDUURRAA PPAARRAA EELL IINNSSPPEECCTTOORR DDEE
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es expulsado o rechazado. Por esto, los átomos
individuales se mantienen en su ubicación
original en relación con todo el resto de los
átomos alrededor por estas fuerzas en oposición.
Ver Figura 8.1. Estos átomos en sus posiciones
originales están alineados fila sobre fila, y capa
sobre capa, en tres dimensiones, simétrica, en
una estructura o modelo de red cristalina.
Sin embargo, no están estacionarios en
esas posiciones. En realidad, tienden a vibrar
alrededor de una posición de equilibrio para
mantener un espacio balanceado. A una
temperatura dada se mantendrán con una
separación equilibrada para dicha temperatura
particular. Cuando hay un balance entre las
fuerzas de repulsión y de atracción, decimos que
la energía interna del metal está en un mínimo.
Cualquier intento de forzar los átomos
más cerca uno de otro tendrá la oposición de
fuerzas repulsivas que se incrementan en la
medida que son llevados más cerca. Este
comportamiento se evidencia por el hecho que
los metales muestran resistencias a la compresión
excesivamente altas. Igualmente, cualquier
intento por de separar los átomos, dará como
resultado una fuerza opositora de atracción. Estas
fuerzas de atracción, sin embargo, tienden a
decrecer en la medida que los átomos son
llevados muy lejos.
Se puede observar la evidencia de este
último comportamiento en el ensayo de tracción.
Por debajo del punto de fluencia del metal, la
carga alarga la probeta de tracción, y se
incrementa la separación entre cada átomo.
Cuando se descarga, la probeta se comportará en
forma elástica; esto es, que volverá a su tamaño
original en un nivel macroscópico, lo que
significa que los átomos retornan a su equilibrio
de espacio original.
Si la carga de la probeta de tracción se
incrementa más allá del punto de fluencia del
metal, se comportará en forma plástica. Ahora,
ya no volverá a su tamaño original, debido a que
los átomos fueron forzados suficientemente lejos
unos de otros, de manera que las fuerzas de
atracción ya no son suficientemente grandes para
mantenerlos en su posición original. Cuando el
espacio interatómico se incrementa más aún, al
punto que las fuerzas de atracción ya no son
suficientemente grandes para mantener juntos a
los átomos, el material fallará.
Figura 8.1 – Estructura Atómica – Mostrando
la Ubicación de los Atomos y los Electrones
Se marcó anteriormente que los átomos
de los metales exhiben una separación muy
específica a una temperatura dada, o energía
interna. Debido a que el calor es una forma de
energía, la energía interna del metal se
incrementa cuando aumenta la temperatura. Esta
energía adicional tiende a hacer que los átomos
vibren más, lo que incrementa la distancia entre
los átomos. Podemos observar el resultado de
dicha energía adicional, visualmente, debido a
que el tamaño total de la pieza de metal se
incrementará en la medida que se separan los
átomos individualmente. Inversamente, cualquier
disminución en la temperatura del metal hará que
los átomos se juntan; en cambio, se observa
como contracción del metal.
Figura 8.2 – Sólido versus Líquido
A medida que se agrega calor adicional
al metal, la vibración de los átomos se continúa
incrementando causando que se aumente el
espacio y, que en consecuencia se expanda el
metal. Esto sucederá hasta un cierto punto en que
la distancia entre los átomos es tan grande que ya
no se atraen en forma suficiente para exhibir una
estructura específica. El metal sólido se
transforma en líquido. Ver Figura 8.2. La
temperatura asociado con este cambio se conoce
como punto de fusión. Un calentamiento mayor
eventualmente transformaría el líquido en gas;
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esta última transformación ocurre a una
temperatura conocida como de vaporización.
El metal sólido tiene la energía interna
más baja, y la menor distancia interatómica. El
metal líquido tiene mayor energía interna con
mayor distancia interatómica, y se considera
amorfo, lo que significa sin estructura. El metal
gaseoso tiene la mayor energía interna, y la
mayor distancia entre los átomos, y también
carece de estructura.
Mientras que todo esto es bastante
intrigante, es más significativo darse cuenta
porque es importante para usted, como inspector
de soldadura. Es obvio que la soldadura y el
corte introducen calor dentro del metal; este
calentamiento provocará una expansión del
metal. Si estuviéramos considerando un
calentamiento uniforme del metal, podríamos
medir el cambio de longitud, o de tamaño, de una
pieza de metal en la medida que esta se calienta.
Cada aleación de metal tiene asociada consigo un
coeficiente específico de dilatación térmica. Esto
es, hay un cierto valor numérico que describe
cuanto se dilatará un metal para un incremento
de temperatura dado.
Con la soldadura, sin embargo, el calor
no se aplica en forma uniforme. Esto es, parte del
metal se lleva hasta una temperatura muy alta,
mientras que el metal adyacente a la zona de
soldadura se mantiene a una temperatura menor.
Esto provoca diferentes cantidades de expansión
del metal en distintas ubicaciones relativas a la
zona de soldadura. La parte del metal que se
calienta en forma directa, tenderá a dilatarse, y
esta dilatación es resistida por el metal que esta a
una temperatura menor.
La Figura 8.3, ilustra los cambios
dimensionales que ocurren en una barra recta
(Figura 8.3a) que se calienta de un solo lado por
una soldadura por arco. En la Figura 8.3b, se
establece un arco y se comienza a calentar la
chapa bajo la influencia del arco. La parte que se
calienta se expande (Figura 8.3c) y, debido a que
está parcialmente embridado por la parte de la
barra que no se calentó, la barra tiende a
flexionarse en un arco en cada extremo fuera de
la fuente de calor. Debido a que la parte caliente
es más débil (parte de esta en realidad está
líquida y es muy débil) no tiene éxito para forzar
a la barra a flexionarse demasiado. La parte
caliente está menos restringida en las direcciones
laterales, entonces tiende a ensancharse en el
lado donde se aplicó el calor.
Figura 8.3 – Contracción en una
soldadura causado por Dilatación y
Contracción
Cuando se extingue el arco (Figura 8.3d),
la porción caliente y fundida comienza a
enfriarse y contraerse. El calor siempre fluye
desde el área caliente hacia el área fría, entonces
durante el enfriamiento, el calor fluye dentro del
área previamente fría calentándola. Ahora, en la
medida que la parte dilatada comienza a
enfriarse, se contrae, revirtiendo la dirección de
las fuerzas de deformación que finalmente
causan que la longitud de la zona superior de la
barra se acorte y los extremos de la barra se
levanten dándole a la barra un perfil cóncavo
cuando se enfría, como se muestra en la Figura
8.3e. Entonces, cuando aplicamos el calor a una
pieza en manera no uniforme, como en el caso
para la soldadura, el resultado es un cambio
dimensional por los esfuerzos térmicos
desarrollados causando que la parte se
distorsione o encorve cuando se enfría. La Figura
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8.3f representa la barra resolidificada con un
cierto nivel de tensiones residuales que
permanecen en ella, denotada por la
representación de un resorte.
Siempre que se funde un metal en una
zona pequeña, y localizada, como en soldadura,
se generan esfuerzos por la contracción.
Inclusive, si la barra fue restringida externamente
durante este ciclo de calentamiento y
enfriamiento, la parte enfriada todavía contiene
tensiones causadas por este calentamiento y
enfriamiento diferencial. Conocemos estas
tensiones como tensiones residuales. Estas
tensiones residuales tienden a mantener la barra
en su perfil flexionado. Sin embargo, la barra no
se flexionará más debido a que se enfrió hasta
temperatura ambiente y ahora es más resistente
que las fuerzas ejercidas por las tensiones
residuales. Las tensiones residuales
permanecerán en la barra salvo que se realice
algo para relajarla.
Hay diferentes formas de reducir o
eliminar las tensiones residuales. Se puede
realizar en forma térmica cuando se calienta en
forma uniforme la totalidad de la pieza o la
banda larga que contiene la zona de soldadura a
alguna temperatura y es mantenida por un
período de tiempo prescrito. El resultado de este
método es que el calentamiento uniforme que
permite un alivio en las tensiones residuales
debido a que se reduce la resistencia del metal.
Un enfriamiento lento y uniforme hasta la
temperatura ambiente producirá una pieza con
tensiones residuales mucho más bajas. Hay
métodos para proveer este alivio de tensiones
mediante la aplicación de tratamientos
vibratorios, o mecánicos. Ambos métodos
mostraron ser efectivos en varias aplicaciones.
Figura 8.4 – Martillado (peening) de
Cordones de Soldadura Intermedios para
Alivio de Tensiones Residuales
Puede realizarse un tercer método para
reducir las tensiones residuales que puede
realizarse junto a la operación de soldadura, y
que se conoce como martillado (peening). Ver
Figura 8.4. Este también es un tratamiento
mecánico. El martillado involucra el uso de
pesados martillos neumáticos (no un piquete para
quitar la escoria) que se usa para golpear en la
superficie de los cordones intermediarios de una
soldadura multipasada. Esta acción de martillado
tiende a deformar la superficie haciendo
disminuir el espesor del cordón. Esta
deformación tiende a desparramar la cara de la
soldadura para hacerla más ancha y larga.
Debido a que es metal se distribuye ligeramente,
se reducen las tensiones residuales.
Cuando se usa el martillado para el
alivio de tensiones, debe tenerse cuidado de
evitar las fisuras de la soldadura por un
tratamiento mecánico agresivo. No es
recomendable martillar el cordón de raíz que se
puede fisurar fácilmente al ser golpeado.
Normalmente, el cordón final tampoco se
martilla, pero por una razón diferente; superficies
muy martilladas pueden ocultar la presencia de
discontinuidades, haciendo más difícil la
inspección. Cuando se aplica en forma adecuada,
el martillado provee una forma efectiva de
reducir las tensiones residuales cuando se
realizan soldaduras en grandes secciones, o en
situaciones donde están restringidas con rigidez.
Estructuras Cristalina En un metal sólido, los átomos tienden
ellos mismos a alinearse en líneas ordenadas,
filas, y capas para formar estructuras cristalinas
tridimensionales. Por definición, los metales son
cristalinos, y cualquier discusión de falla debido
a “cristalización” de hecho es incorrecta. Cuando
un metal solidifica, normalmente lo hace en una
estructura cristalina. La apariencia de superficie
de fractura conocida erróneamente como
“cristalina” es normalmente típica de una
superficie de fractura por fragilización o fatiga.
El número más pequeño de átomos que
puede describir un arreglo ordenado se conoce
como “celda unitaria”. Es importante darse
cuenta que las celdas unitarias no existen como
unidades independientes, sino que comparten
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átomos con las celdas unitarias vecinas en una
matriz tridimensional.
Las estructuras cristalinas más
comunes, o fases, son cúbica de cuerpo centrado
(BCC), cúbica de caras centradas (FCC),
tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), y
hexagonal compacta (HCP). Pueden verse en la
Figura 8.5. Algunos metales tales como el hierro,
existen como una fase sólida a temperatura
ambiente y como otra fase sólida a temperaturas
elevadas. Este cambio con la temperatura de una
fase a otra en un metal sólido se conoce como
transformación alotrópica, o transformación en
fase sólida. Un cristal de metal que posee
diferentes estructuras pero la misma composición
química se conoce como alotrópico. Esto se
discutirá con mayor detalle más adelante.
Figura 8.5 – Estructuras Cristalinas
Comunes de los Metales y Aleaciones La estructura FCC puede imaginarse
como un cubo con átomos en cada una de los
ocho vértices y un átomo en el centro de cada
una de las seis caras. Entre los metales con FCC
comunes se encuentran el aluminio, cobre,
níquel, y aceros inoxidables austeníticos.
La celda unitaria BCT puede
describirse tomando una celda unitaria BCC
básica, y elongándola en un eje para lograr una
forma rectangular, con un átomo en el centro. La
martensita, una fase del acero que se forma por
un enfriamiento rápido, es una estructura BCT.
La celda unitaria HCP es un prisma
hexagonal puede imaginarse como dos
hexágonos (seis lados) que forman la parte
superior e inferior del prisma. Se ubica un átomo
en el centro y en cada punta del hexágono. Entre
los hexágonos, superior e inferior, se ubican tres
átomos, uno en cada vértice de un triángulo.
Entre los metales HCP comunes, se encuentran el
zinc, cadmio y magnesio.
La celda unitaria BCC puede
describirse como un cubo con un átomo en cada
uno de los 8 vértices y un único átomo en el
centro de la celda. Entre los metales BCC
comunes se encuentran el hierro, aceros al
carbono, cromo, molibdeno, y tungsteno.
Solidificación de los Metales Un metal solidifica en una estructura
cristalina por un proceso conocido como
nucleación y crecimiento. En el enfriamiento,
grupos de átomos se nuclean (solidifican) sobre
impurezas o en lugares del límite líquido - sólido,
tales como la interface entre el metal de
soldadura fundido y una zona más fría, sin
fundir, la zona afectada por el calor. Tales
grupos se llaman núcleos y aparecen en gran
número. En el metal de soldadura, los núcleos
tienden a fijarse a si mismos a granos existentes
de la zona afectada por el calor en la interface de
soldadura. Los átomos continúan solidificándose
y se fijan a los núcleos. Cada núcleo crece a lo
largo de una dirección preferencial, con los
átomos que se alinean en la forma descrita
mediante la celda unitaria apropiada para formar
un grano de forma irregular, o cristal.
La Figura 8.6 muestra como se forman
los granos de metal de soldadura a medida que
este metal solidifica. En la Figura 8.6a, se
comienzan a formar en la interface de soldadura.
La Figura 8.6b muestra los granos sólidos
formados cuando crecen dichos núcleos
originales. Debido a que dichos núcleos tienen
distintas orientaciones, cuando los granos
adyacentes crecen juntos se forman los bordes de
grano. La Figura 8.6c muestra la solidificación
completa del metal de soldadura. Los bordes de
grano se consideran como discontinuidades,
debido a que representan una interrupción en el
arreglo uniforme de los átomos.
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Figura 8.6 – Nucleación y Solidificación
de Metal de Soldadura Fundido
Las propiedades mecánicas pueden
depender del tamaño de grano del metal. Un
metal que muestra tamaño de grano pequeño
tendrá mejor resistencia a la tracción a
temperatura ambiente, debido a que los bordes de
grano tienden a inhibir la deformación de los
átomos individualmente cuando el metal se
encuentra bajo tensión. Sin embargo, a
temperaturas elevadas, los átomos de los bordes
se pueden mover fácilmente y desplazarse, y así
reducir la resistencia a altas temperaturas. Por
esto los metales de grano fino, se prefieren para
servicio a temperatura ambiente o baja, mientras
que los materiales con grano grande son
preferibles para el servicio a elevadas
temperaturas. Los metales de grano fino
generalmente dan una mejor ductilidad,
tenacidad a la entalla, y propiedades de fatiga.
Como una revisión rápida antes de
continuar; los metales son estructuras cristalinas
formadas por átomos en matrices ordenadas.
Estas matrices ordenadas, o arreglo, se conoce
como fase y se describen por una celda unitaria.
Los metales solidifican a partir de muchos
lugares a la vez y crecen en direcciones
preferenciales para formar granos o cristales. La
unión entre granos individuales se conoce como
borde de grano. El tamaño de grano dictará la
cantidad de área de borde de grano presente en
un metal que, en cambio, determina en cierto
grado las propiedades mecánicas del metal.
Aleantes Las propiedades de los elementos
metálicos pueden ser alteradas por el agregado
de otros elementos, que pueden ser o no
metálicos. Tal técnica se conoce como aleación.
El metal que resulta de esta combinación se
conoce como aleación. Por ejemplo, se agrega el
elemento metálico zinc al metal cobre para
formar la aleación latón. El elemento no metálico
carbón es uno de los elementos aleantes
agregados al hierro para formar la aleación acero.
Figura 8.7 - Aleación Intersticial
Figura 8.8 - Aleación Sustitutiva
Los elementos aleantes son incluidos
en la red del metal base (la forma general en que
se acomoda cada átomo individual) en distintas
formas que dependen en los tamaños relativos de
los átomos. Los átomos más pequeños, tales
como el carbono, nitrógeno e hidrógeno, tienden
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a ocupar lugares entre los átomos que forman la
estructura de la red del metal base. Estas se
conocen como aleaciones intersticiales y se
muestran en la Figura 8.7. Por ejemplo, pequeñas
cantidades de carbón pueden ocupar sitios
intersticiales entre los átomos de hierro en el
acero.
Los elementos aleantes con átomos de
tamaños cercanos al de aquel del metal base
tienden a ocupar lugares sustitucionales. Esto es,
reemplazan uno de los átomos del metal base en
la estructura de la red. Esta se llama aleación
sustitucional y se muestra en la Figura 8.8. Los
ejemplos de esto son tanto el cobre en el níquel y
el níquel en cobre.
Como la presencia de los bordes de
grano, el agregado de elementos aleantes produce
irregularidades en la estructura cristalina. Como
se puede ver en las Figuras 8.7 y 8.8, la presencia
de elementos aleantes ejerce distintos grados de
atracción y repulsión para dar un arreglo de la
estructura cristalina que de alguna manera esta
distorsionada. Esto tiende a incrementar la
energía interna del metal y puede dar como
resultado un incremento de las propiedades
mecánicas.
Casi todos los metales de ingeniería
son aleaciones que consisten en un elemento
principal y cantidades variables de uno o más
elementos adicionales. Si existe más de una fase,
cada una tendrá su propia estructura cristalina
característica.
Componentes de la Microestructura de los
Aceros al Carbono.
El arreglo general de los granos, bordes
de grano, y fases en una aleación metálica, se
llama micro estructura. La micro estructura es la
principal responsable de las propiedades de la
aleación. La micro estructura es afectada por la
composición o el contenido de aleantes, y por
otros factores tales como conformación y
operaciones de tratamiento térmico. La micro
estructura se ve muy afectada por la operación de
soldadura, que en cambio, tiene influencia sobre
las propiedades de la aleación.
Mientras que todos los metales exhiben
distintas micro estructuras, esta discusión tratará
exclusivamente con los cambios micro
estructurales que ocurren simplemente con el
acero al carbono, que es una aleación que
consiste en combinación de hierro y carbono.
También se pueden agregar otros elementos
aleantes, pero sus efectos en la micro estructura
no serán tan significativos como los del carbono.
Para introducir dicho tema, es
importante darse cuenta que el hierro y los aceros
sufren cambios en su arreglo cristalográfico
como resultado de los cambios en la temperatura.
Esto es, según se calientan o enfrían las
aleaciones hierro-carbono, ocurren cambios
alotrópicos. El hecho que ocurran estos cambios
permite el cambio de propiedades mecánicas
para una aleación específica a través de la
aplicación de distintos tratamientos térmicos.
Para entender los cambios que ocurren, los
metalurgistas usan un diagrama, que muestra los
rangos de distintos componentes micro
estructurales del sistema hierro - carbono. Se
conoce como “Diagrama de Fase Hierro -
Carbono”, y se muestra en la Figura 8.9.
Este diagrama describe la naturaleza de
las fases presentes en las aleaciones hierro -
carbono bajo condiciones cercanas al equilibrio,
esto es calentamiento y enfriamiento muy lentas.
Debe notarse que muchos de estos constituyentes
micro estructurales tienen nombres múltiples y se
pueden intercambiar. Por ejemplo, el hierro puro
a temperatura ambiente se conoce como hierro
alfa o ferrita. El carburo de hierro que está
presente a temperatura ambiente se llama
cementita o Fe3C. La estructura cúbica de caras
centradas que aparece a temperaturas intermedias
se conoce como hierro gama o austenita.
Mirando el diagrama, se nota que el eje
vertical describe los cambios de temperatura,
mientras que el eje horizontal indica la cantidad
de carbono presente. En consecuencia, para un
contenido de carbono dado, se puede trazar una
línea vertical que atraviesa el eje horizontal.
Moviéndose verticalmente hacia arriba, puede
determinarse que micro estructuras existirán a
distintas temperaturas.
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Figura 8.9 - Diagramas de Fase Hierro -
Carbono Como se muestra en la notación debajo
del eje horizontal, se considera que los aceros
incluyen dichas aleaciones que tienen desde
0.008% hasta 2% de Carbono. Dentro de este
rango, los aceros se dividen en tipo
hipoeutectoide, eutectoide e hipereutectoide, con
el punto eutectoide (0.8% carbono) siendo la
línea divisoria. Los aceros hipoeutectoides son
simplemente dichas aleaciones con menos de
0.8% C que existen a temperatura ambiente
como combinaciones de perlita y ferrita como
opuestos a los hipereutectoides que contienen
más de 0.8% C y existen como combinaciones de
perlita y cementita. El equilibrio de la micro
estructura a temperatura ambiente para un acero
eutectoide (exactamente 0,8% carbono) es perlita
pura. La perlita es simplemente una mezcla en
capas de cementita y ferrita. La técnica de usar
ataque con ácido revela las micro estructuras que
se muestran en las Figuras 8.10 - 8.12.
La Figura 8.10 muestra una micro
estructura típica comercial de hierro puro con
casi nada de contenido de carbón. La Figura 8.11
muestra el aspecto típico de la perlita cuando
está pulida, atacada con ácido y observada
mediante un microscopio de alta potencia
(1500X). Las áreas claras son ferrita y las áreas
oscuras son cementita.
Una de las transformaciones
importantes que ocurren en el acero es la
transformación de los distintos constituyentes a
temperatura ambiente (ferrita, perlita, cementita,
y combinaciones de estos) a austenita, que es una
estructura cúbica de caras centradas de hierro y
carbono. Con calentamiento, esta transformación
comenzará a ocurrir a 722°C (1333°F); la línea
horizontal que representa esta transformación se
conoce como AC1. Excepto para un contenido de
Carbono de 0.8%, el porcentaje del eutectoide,
esta transformación ocurrirá en un rango de
temperaturas, y la transformación completa sólo
tiene lugar cuando la temperatura se eleva sobre
la curva llamada A3. En el hierro puro, la
transformación se completa a 910°C (1670°F),
mientras que un acero eutectoide sufrirá una
transformación completa a 722°C (1333°F).
Con un enfriamiento muy lento,
ocurrirá el mismo cambio en sentido reverso. La
existencia de esta transformación permite
endurecer o ablandar los aceros mediante el uso
de distintos tratamientos térmicos. Cuando se
calentó un acero hasta el rango austenítico y se
permitió un enfriamiento lento en su rango de
transformación, la estructura resultante contendrá
perlita. Esta estructura puede aparecer sólo
cuando se permite un tiempo suficiente para
permitir la difusión de los átomos hasta llegar a
esa forma. La difusión no es otra cosa que la
migración de los átomos dentro de la estructura
de metal sólido. Cuanto mayor es la temperatura,
mayor es la movilidad de los átomos en la
estructura cristalina. Cuando el enfriamiento
desde la austenita ocurre en forma
suficientemente lenta, se formará perlita. Los
aceros que son tratados térmicamente para
producir perlita generalmente son muy blandos y
dúctiles.
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Figura 8.10 - Microestructura de Hierro
Comercialmente Puro, Los Granos
Blancos son Ferrita. Se Observan los
bordes de grano, y los glóbulos más
oscuros son inclusiones no metálicas.
Figura 8.11 - Aspecto Laminar de la
Perlita (Aumento 1500X)
Cuando el enfriamiento desde el rango
austenítico ocurre más rápidamente, en esta
transformación hay cambios significativos para
una aleación de un acero dado. Primero, la
transformación ocurrirá a una temperatura
menor. En segundo lugar, la micro estructura
resultante cambia drásticamente y se incrementan
la dureza y la resistencia a la tracción, con la
correspondiente caída en la ductilidad. A
velocidades de enfriamiento más grandes, la
principal micro estrura incluye perlita, vainita y
martensita.
Con un ligero aumento en la velocidad
de enfriamiento, la temperatura de
transformación desciende, produciendo una
estructura perlítica más fina, con un espacio
menor entre las láminas. Esta estructura es
ligeramente más dura que la perlita gruesa y
tiene algo menos de ductilidad. A velocidades de
enfriamiento aún más rápidas, y temperaturas de
transformación menores, ya no se forma perlita.
En cambio, se forma bainita y su estructura tiene
una forma de pluma de finas agujas de carburo
en una matriz ferrítica. La bainita tiene una
resistencia y dureza significativamente superior y
menor ductilidad, siendo muy difícil de ver bajo
el microscopio.
Con un enfriamiento muy rápido, o
temple, no hay tiempo suficiente para que ocurra
la difusión. En consecuencia, algo de carbón
queda atrapado en la red. Si la velocidad de
enfriamiento es suficientemente rápida y la
cantidad de carbono presente es suficientemente
alta, se formará la martensita. La formación de
martensita es un proceso de falta de difusión (la
velocidad de enfriamiento es tan rápida que los
átomos no tienen tiempo de desplazarse). La
transformación de austenita a martensita se da a
causa de una acción tipo corte {shear type} o
mecánica. La estructura cristalina resultante se
conoce como una estructura tetragonal de cuerpo
centrado, que simplemente es una distorsión de
la estructura cúbica de cuerpo centrado en una
rectangular. Debido a la presencia de esta forma
de red distorsionada, la estructura martensítica
exhibe una energía interna más elevada o
deformación que da como resultado una
resistencia a la tracción y dureza
extremadamente altas. Sin embargo, la
martensita tiene como características baja
ductilidad y tenacidad. La Figura 8.12 muestra la
aparición de martensita con gran ampliación
(500X).
Para mejorar la ductilidad y la
tenacidad sin una disminución significativa de la
dureza y la resistencia a la tracción de la
martensita, se emplea el proceso conocido como
„revenido‟. Este tratamiento térmico consiste en
recalentar la estructura martensítica del temple a
alguna temperatura por debajo de la temperatura
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más baja de transformación (722 °C [1333 °F]).
Esto permite al material templado solamente, de
estructura martensítica inestable pasar a ser
martensita revenida permitiendo al carbono
precipitar en forma de partículas reducidas de
carburo. Mediante la elección del tiempo de
revenido y temperaturas adecuadas, se pueden
controlar la resistencia y ductilidad deseada.
Mayores temperaturas de revenido logran
propiedades más blandas y dúctiles. El
tratamiento térmico de temple y revenido se usa
frecuentemente para mejorar las propiedades de
los aceros con requerimientos mecánicos, debido
que desarrollan altas fluencia y a resistencia la
tracción, altas relaciones resistencia de
fluencia/tracción y tenacidad a la entalla
mejorada comparando con las propiedades del
laminado, recocido o normalizados. En la Figura
8.13 se puede observar un ejemplo de los efectos
de distintas temperaturas de revenido para una
aleación de acero particular.
Figura 8.12 – Martensita por temple –
Mostrando Estructura Acicular (500X)
Para ayudar en la determinación de que
constituyentes micro estructurales darán como
resultado velocidades de enfriamiento más
rápidas, el metalurgista usa otro diagrama que se
conoce como diagrama TTT, o Tiempo -
Temperatura - Transformación. También son
llamados diagramas de transformación
isotérmica (ITT). Como lo implica el nombre,
describe los productos micro estructurales que
ocurren luego de tiempos específicos a una
temperatura particular para una composición
particular del acero. Un diagrama similar, el
CCT, o diagrama de Transformación a
Enfriamiento Constante, muestra los cambios
que ocurren durante un enfriamiento continuo
desde el rango austenítico. Estos dos tipos de
diagramas se superponen como se muestra en la
Figura 8.14, que grafica las características del
enfriamiento continuo y la transformación
isotérmica de un acero tipo 8630.
Este diagrama muestra a los productos
micros estructurales como una función tanto de
la temperatura como el tiempo. Se muestran
distintas velocidades de enfriamiento para
ilustrar el uso del diagrama. Los productos de la
transformación resultante dependen de las
regiones a través de las cuales pasan las curvas
de enfriamiento y la cantidad de tiempo que les
toma a dichas curvas pasar a través de dichas
regiones. Como ejemplo, la curva “A” sólo pasa
por la región austenita a martensita, entonces la
estructura resultante es 100% martensita. Una
velocidad de enfriamiento menor caracterizada
por la curva “D” muestra que los componentes
micro estructurales serán principalmente ferrita
con sólo cantidades menores de vainita y
martensita. Debido a que la martensita sólo
puede transformarse desde la austenita, cualquier
austenita que se transforma en ferrita o bainita no
puede transformarse en martensita.
Figura 8.13 - Efecto de la Temperatura de
Revenido en las Propiedades Mecánicas
de una Aleación 12,2% Cr
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Figura 8.14 - Diagrama de Enfriamiento
Continuo y Transformación Isotérmica
para Acero tipo 8630
Consideraciones Metalúrgicas para la
Soldadura
Debido a que la soldadura puede
producir cambios significativos tanto en la
temperatura del metal como en la velocidad de
enfriamiento desde esa temperatura elevada, es
importante entender que cambios metalúrgicos
pueden resultar de la operación de soldadura. La
Figura 8.15 ilustra la relación entre las
temperaturas pico exhibido en las distintas
regiones de la zona de soldadura y el diagrama
de equilibrio hierro – cementita.
Como se puede ver, dependiendo de la
ubicación del punto dentro o cercano a la
soldadura, pueden producirse varias estructuras
metalúrgicas. Dentro de la soldadura, la región
de temperaturas más altas, el metal puede
enfriarse desde el estado líquido a través de
distintas regiones de fase mostradas
anteriormente. Adyacente a la soldadura, en la
zona afectada por el calor (ZAC [HAZ]), no se
llega a la fusión pero se alcanzan temperatura
extremadamente altas. La ZAC [HAZ] es
simplemente la región del metal base adyacente
al metal de soldadura que ha sido elevado a
temperaturas justo por debajo de la temperatura
de transformación al punto de fusión del acero.
Las velocidades de enfriamiento de esta zona
afectada por el calor son de las más rápidas
debido al fenómeno conocido como temple por
contacto. Los cambios en las condiciones de
soldadura pueden tener un efecto muy
significativo en la formación de las distintas
fases, porque las condiciones de soldadura tienen
un efecto muy importante en la velocidad de
enfriamiento resultante para la soldadura.
Algunas de las condiciones de soldadura que
pueden producir cambios incluyen la cantidad de
aporte de calor, el uso de precalentamiento, el
carbono equivalente del metal base, y el espesor
de metal base.
A medida que se incrementa el aporte
de calor, decrece la velocidad de enfriamiento. El
uso de electrodos de soldadura de menor
diámetro, menores corrientes de soldadura, y
velocidades de avance mayores tenderán a
disminuir el aporte de calor, y entonces
incrementar la velocidad de enfriamiento. Para
cualquier proceso de soldadura, puede calcularse
fácilmente el aporte de calor. Sólo depende de la
corriente de soldadura aparente, voltaje del arco
y velocidad de avance, según se mide a lo largo
del eje longitudinal de la junta de soldadura. La
fórmula para el aporte de calor se muestra abajo.
Figura 8.15 – Relación entre los Picos de
Temperatura de las distintas Regiones de
una Soldadura, y la Correlación con el
Diagrama de Fases Hierro – Carburo de
Hierro {Cementita}
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Aporte de Calor=
.min/.inenSoldaduraladeAvancedeVelocidad
60xSoldaduradeVoltajexSoldaduradeCorriente
Para esta fórmula, el aporte de calor se
expresa en términos de joules por pulgada, y la
velocidad de avance en pulgadas por minuto. Los
Joules también se pueden expresar como watt-
segundo. Entonces el 60 que aparece en el
numerador de la fórmula simplemente convierte
los minutos de la velocidad de avance en
segundos. Se le puede pedir al inspector de
soldadura que registre el aporte de calor de la
soldadura para controlar las propiedades micros
estructurales resultantes que aparecen en la zona
afectada por el calor.
Otro ítem que tiene un efecto significativo en la
micro estructura resultante es el uso de
precalentamiento. En general, el uso de
precalentamiento tenderá a reducir la velocidad
de enfriamiento en la soldadura y en la ZAC
[HAZ] dando una mejora en la ductilidad.
Cuando no se usa el precalentamiento, la zona
afectada por el calor es relativamente angosta y
muestra su mayor dureza. En algunos casos,
dependiendo del contenido de aleantes, puede
formarse martensita. Sin embargo, cuando se
incluye el precalentamiento, la zona afectada por
el calor es más ancha y la dureza resultante es
significativamente menor debido a una velocidad
de enfriamiento menor que permite la formación
de perlita, ferrita y posiblemente vainita, en lugar
de martensita. Por esto, se le puede pedir al
inspector de soldadura que monitoree el
precalentamiento requerido para una operación
particular de soldadura. Este requerimiento está
relacionado principalmente con la disminución
de la velocidad de enfriamiento en la zona
afectada por el calor, para producir micro
estructuras que tengan propiedades deseables.
Otro factor importante para la
soldadura de acero es el carbono equivalente.
Debido a que el carbono tiene el efecto más
pronunciado en la templabilidad (la facilidad con
que el metal se endurece por el enfriamiento
desde una temperatura austenítica, o su
capacidad de formar martensita) del acero, nos
interesa cuánto de este se encuentra presente en
una aleación particular. Cuanto mayor contenido
de carbono, mayor templabilidad del acero.
Otros elementos de aleación también
promoverán la templabilidad, en distinto grado.
Un contenido de carbono equivalente es entonces
una expresión empírica que se usa para
determinar como los efectos combinados de los
distintos aleantes se encuentran presentes en la
templabilidad del acero. Debajo se muestra un
ejemplo de un contenido de carbono equivalente
típico (C.E.).
4
Mo%
13
Cu%
5
Cr%
15
Ni%
6
Mn%C%.E.C
Está fórmula está dirigida a aceros al
carbono y aleados que no contienen más que
0,5% Carbono, 1.5% de Manganeso, 3.5%
Níquel, 1% de Cromo, 1% de Cobre, y 0.5% de
Molibdeno.
Una vez que se determinó un contenido
de carbono, podemos predecir el rango
aproximado de precalentamiento que será
necesario para los mejores resultados. La tabla
debajo resume algunas de las temperaturas de
precalentamiento sugeridas para distintos rangos
de carbono equivalente.
Carbono Equivalente
Temperatura de Precalentamiento Sugerida
Hasta 0.45 Opcional 0.45 a 0.60 200 a 400°F (93.33 a
204.4°C) Más que 0.60 400 a 700°F (204.4 a
371.11°C)
Usando estas orientaciones, el
Ingeniero en soldadura puede tomar una decisión
preliminar de que temperatura de
precalentamiento será satisfactoria para una
aplicación dada. Esta decisión será afectada por
otros factores, pero esto sirve al menos como un
punto de partida.
El espesor del metal base también tiene
un efecto en la velocidad de enfriamiento;
generalmente las soldaduras en metal base de
mayor espesor se enfrían más rápidamente que
las soldaduras en secciones delgadas. La mayor
capacidad calorífica, o disipación del calor,
asociada con las secciones de mayor espesor
producen un enfriamiento más veloz en el cordón
de soldadura. Entonces cuando se sueldan
secciones de mayor espesor, pueden
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especificarse distintos requerimientos de
soldadura, tales como precalentamiento, para
reducir la velocidad de enfriamiento con el
objeto de mejorar las propiedades mecánicas
resultantes de la zona afectada por el calor.
Entonces, cuando se sueldan secciones de mayor
espesor, normalmente se incrementan los
requerimientos de precalentamiento y entre
pasadas para ayudar a disminuir la velocidad de
enfriamiento resultante.
Tratamientos Térmicos
Se ha hecho mención de alguno de los
tratamientos térmicos que se pueden aplicar a los
metales. Pueden aplicarse al metal base previo a
la soldadura o a la totalidad de la construcción
soldada para producir unas propiedades
mecánicas específicas. Como inspector de
soldadura, uno de sus trabajos puede ser
controlar dichas operaciones de tratamiento
térmico para asegurar que se observan los
requerimientos de tiempo y temperatura.
Los tratamientos térmicos básicos,
incluyen recocido, normalizado, temple,
revenido, precalentamiento, post calentamiento,
y alivio de tensiones térmico.
El recocido es un tratamiento para
ablandar, usado para incrementar la ductilidad
del metal a expensas de su resistencia. Para
realizar el recocido, el metal es llevado hasta el
rango austenítico, mantenido una hora por
pulgada de espesor o un mínimo de una hora, y
luego enfriado muy lentamente. En un horno,
este enfriamiento se realiza simplemente
apagando la potencia del horno y permitiendo a
la pieza enfriarse hasta temperatura ambiente
mientras permanece en el horno.
El normalizado también ablanda el
metal, pero no en una forma tan significativa
como el recocido. Se lo considera como un
tratamiento térmico de “homogeneización”
haciendo la estructura del metal muy uniforme a
través de la sección transversal. El tratamiento de
normalizado se inicia elevando la temperatura
del metal hasta el rango austenítico,
manteniéndolo por un período corto de tiempo, y
permitiendo luego el enfriamiento lento en aire
calmo. Este enfriamiento es más rápido que el
enfriamiento en horno, entonces las propiedades
resultantes incluyen una dureza y resistencia
ligeramente superior y posiblemente una
ductilidad menor comparando con el recocido.
Los aceros al carbono y de baja aleación
normalizados son normalmente fáciles de soldar.
El temple difiere del recocido y el
normalizado en que las propiedades mecánicas
resultantes muestran una dureza y resistencia
significativamente incrementada y una baja en la
ductilidad. Este tratamiento de endurecimiento se
realiza elevando la temperatura del metal hasta el
rango austenítico, manteniéndolo por un cierto
tiempo, y enfriándolo rápidamente hasta
temperatura ambiente mediante la inmersión de
la pieza en un medio de temple, tal como agua,
aceite o sales disueltas en agua. El temple se
realiza para producir principalmente estructura
martensítica que tiene característicamente alta
dureza y resistencia, y baja ductilidad. Para
mejorar la ductilidad sin una degradación
significativa de las características de resistencia,
normalmente se realiza un tratamiento de
revenido. Para revenir, el metal es calentado
nuevamente a una temperatura por debajo de la
temperatura de transformación más baja,
mantenido por un corto tiempo para permitir que
la estructura martensítica altamente tensionada se
relaje algo, y luego es enfriado.
Los tratamientos de precalentamiento
se usan, como se discutió previamente, para
disminuir algo la velocidad de enfriamiento del
metal base adyacente a la soldadura para
permitir la formación de constituyentes micro
estructurales distintos de la martensita. El
precalentamiento se aplica previo a la soldadura.
Los tratamientos de post calentamiento, se usan
para reducir las tensiones residuales y para
revenir fases duras, frágiles formadas durante el
enfriamiento o temple. El post calentamiento se
aplica luego que se terminó la soldadura.
Generalmente, las temperaturas de post
calentamiento son superiores a aquellas usadas
para el precalentamiento.
El tratamiento térmico a ser discutido
finalmente, es el alivio térmico de tensiones, que
cae dentro de la categoría de tratamiento de post
calentamiento. Este se discutió antes como un
método de reducir la cantidad de tensiones
residuales que están presentes luego de la
soldadura. El alivio térmico de tensiones se
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realiza a temperaturas por debajo de la menor
temperatura de transformación de 722°C
(1333°F). Aumentando la temperatura de la
soldadura y el metal base gradual y
uniformemente, se permite una relajación de los
esfuerzos térmicos creados por el calentamiento
localizado de la soldadura. El alivio de tensiones
ocurre debido a que la resistencia del metal se
reduce en la medida que se eleva la temperatura,
permitiendo a los esfuerzos residuales relajarse y
una recuperación del metal. Este tratamiento
ayudará a la eliminación de los problemas
asociados con la distorsión.
Hay otros dos aspectos de la metalurgia
de la soldadura a ser discutidos debido a que
también ayudarán al inspector a entender los
principios físicos involucrados en los distintos
cambios metalúrgicos discutidos antes. Estos son
la difusión y la solubilidad en el sólido.
Difusión
Previamente hemos notado que los
átomos en estado líquido pueden moverse con
absoluta facilidad uno respecto a otro; sin
embargo, bajo ciertas condiciones, incluso los
átomos en estado sólido pueden cambiar de
posición. En efecto cualquier átomo puede
“vagar” fuera, paso a paso, de su posición inicial.
Estos cambios de posición en estado sólido se
conocen como difusión.
Se ve un ejemplo de difusión si barras
planas y lisas de plomo y oro son fijadas
firmemente una contra otra. Ver Figura 8.16. Si
se las deja fijadas juntas a temperatura ambiente
por varios días, las dos hojas permanecerán
fijadas cuando se quitan las fijaciones. Esta
fijación se debe a que los átomos de plomo y oro
han migrado, o se han difundido, dentro del otro
metal, formando un enlace metalúrgico muy
débil. Este enlace es muy débil, y los dos metales
pueden ser separados por un golpe fuerte en la
línea de unión. Si se incrementa la temperatura
de ambos metales, incrementa la cantidad de
difusión, y a temperaturas arriba del punto de
fusión de ambos, se da una mezcla completa.
Otro ejemplo de difusión tiene lugar
cuando se permite que el hidrógeno, un gas, se
encuentre en la vecindad del metal fundido, tal
como una soldadura. La fuente más común de
hidrógeno es la humedad (H2O), o contaminación
con material orgánico en las superficies de las
piezas a ser soldadas. Muchos de los
contaminantes encontrados normalmente en los
metales son componentes orgánicos tales como
aceite, grasa, etc., y contienen hidrógeno en su
composición química inicial. El calor de la
soldadura romperá las moléculas de agua o
contaminantes orgánicos en átomos individuales,
que incluyen el átomo de hidrógeno (H+).
El átomo de hidrógeno es de tamaño
muy reducido, y se puede difundir fácilmente
dentro de la estructura del metal base. Cuando
entran al metal base, los átomos de hidrógeno
frecuentemente se recombinan en la molécula de
hidrógeno (H2), una combinación de dos átomos
de hidrógeno, que tiene un tamaño mucho mayor
que un átomo de hidrógeno individual. Las
moléculas, con un tamaño mayor,
frecuentemente quedan atrapadas en el metal en
discontinuidades tales como bordes de grano o
inclusiones. Esas moléculas de hidrógeno,
debido a su mayor tamaño, pueden causar altos
esfuerzos en la estructura interna del metal, y
para metales de baja ductilidad pueden causar
fisuras. La fisura por hidrógeno se conoce
frecuentemente como fisura en frío (bajo
cordón).
Figura 8.16 – Difusión de los átomos de
Oro y Plomo
La primera solución para la fisuración
por hidrógeno es eliminar la fuente de hidrógeno;
el primer paso es limpiar cuidadosamente todas
las superficies a ser soldadas. Otra aproximación
es especificar “electrodos de bajo hidrógeno” par
el uso con aceros al carbono o de baja aleación.
Estos electrodos de bajo hidrógeno están
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formulados especialmente para mantener su
contenido de hidrógeno muy bajo, pero requieren
un manipuleo especial para evitar que absorban
humedad luego que se abren los contenedores de
embalaje sellados. También es efectivo el
precalentamiento del metal base para eliminar la
absorción de hidrógeno porque el hidrógeno se
difundirá hacia fuera de la mayoría de los
metales a temperaturas de 93,3° a 232,2°C (200°
a 450°F). Los métodos mencionados arriba
pueden ayudar a reducir la posibilidad de
fisuración por hidrógeno en aquellos metales que
son susceptibles.
Solubilidad Sólida
La mayoría de nosotros es familiar a la
solubilidad normal de los sólidos en líquidos.
Agregando una cuchara llena de sal en un vaso
de agua y agitando, la sal se disolverá. Sin
embargo, la mayoría de nosotros no estamos
familiarizados con un sólido que se disuelve en
otro sólido. Con el ejemplo dado antes del plomo
y el oro, los dos metales se estaban difundiendo a
través de una solución sólida dentro de otro. Y,
volviendo a nuestro ejemplo de la sal y el agua,
si se agrega más sal, encontramos que una parte
de esta no se disuelve, independientemente de
cuanto agitemos.
Lo que ha ocurrido es que para cierta
cantidad de líquido, y su temperatura, llegamos
al „límite de solubilidad crítica‟. Ninguna
cantidad de agitación disolverá más sal. En orden
a disolver más sal, deberá incrementarse el
volumen de líquido, o aumentada su temperatura.
Entonces vemos que en la disolución de un
sólido en un líquido, hay una solubilidad límite
que depende del volumen del líquido y su
temperatura. Cuando mayor es la temperatura de
un metal, habrá una mayor solubilidad del
segundo elemento. Por esto podemos ver metales
combinándose aún cuando ambos sean sólidos.
En efecto, en cuando se eleva la temperatura del
metal, aumenta la cantidad de difusión y
solubilidad.
Un ejemplo de un sólido que se
disuelve en otro sólido es el método que usamos
para incrementar la dureza superficial de un
acero. Si este acero es envuelto en una cuna con
partículas de carbono, y luego se lo calienta a
temperaturas de 870° a 925°C (1600-1700°F),
que está bien por debajo de el punto de fusión
tanto del carbono como del acero, parte del
carbono se difundirá (disolverá) dentro de las
superficies del acero. Este carbono agregado en
la superficie del acero hace la superficie mucho
más dura, y esto es útil para resistir el desgaste y
la abrasión. Esta técnica es llamada comúnmente
„cementado‟
La superficie del acero también puede
endurecerse exponiendo el acero a un ambiente
de amoniaco a temperaturas similares a la del
cementado. El amoniaco (NH3) se rompe en sus
componentes individuales, nitrógeno e
hidrógeno, y los átomos de nitrógeno entran a la
superficie. Esta técnica se llama „nitrurado‟
(nitruración). Ambas técnicas de endurecimiento
superficial demuestran la difusión y la
solubilidad sólida de los metales. El
conocimiento de la difusión y la solubilidad
sólida ayudarán al inspector de soldadura a
entender la importancia de la limpieza en
soldadura, y la necesidad de una protección
adecuada durante las operaciones de soldadura.
A este punto, la principal aleación
usada para la discusión fue el acero al carbono y
el acero de baja aleación. Esta última sección
hará una revisión de la metalurgia en soldadura
de tres materiales comúnmente utilizados, acero
inoxidable, aluminio, cobre y las distintas
aleaciones de cada uno.
Aceros Inoxidables. La palabra „inoxidable‟ es un poco
incorrecta cuando se aplica a las clases de
metales conocidos como aceros inoxidables,
debido a que normalmente significa que resisten
a la corrosión. Sin embargo, en ambientes
severamente corrosivos, muchos aceros
inoxidables se corroen a muy altas velocidades.
Los aceros inoxidables se definen como los que
contienen al menos un 12% de cromo. Hay
muchos tipos de aceros inoxidables, y el
inspector de soldadura debe reconocer cuando se
habla de ellos y usar la denominación adecuada
para cada tipo.
Las cinco clases principales de aceros
inoxidables son ferríticos, martensíticos,
austeníticos, de endurecimiento por
precipitación, y los dúplex. Las primeras tres
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categorías se refieren a la fase estable que se
encuentra a temperatura ambiente en cada clase.
La cuarta, frecuentemente llamados aceros
inoxidables „PH‟, se refiere al método para
endurecerlos por un tratamiento de
„envejecimiento‟, un mecanismo de
endurecimiento por precipitación como opuesto
al temple y revenido conocido como
endurecimiento por transformación. Por último,
los grados dúplex, son aproximadamente mitad
ferrita y mitad austenita a temperatura ambiente
con resistencia mejorada para fisuración por
corrosión bajo tensiones con cloruro.
La fase estable de los aceros
inoxidables encontrada a temperatura ambiente,
depende de la química del acero, y algunos
aceros inoxidables pueden contener una
combinación de diferentes fases. Los aceros
inoxidables más comunes son los grados
austeníticos, los que se identifican como grados
de series „200‟ y „300‟; los aceros inoxidables
304 y 316 son grados austeníticos. El acero 416
es un grado martensítico, y el 430 es un grado
ferrítico. Uno de los aceros inoxidables PH
comunes es un grado 17-4 PH. Un grado dúplex
popular es A1-6XN.
Como es de esperase, la soldabilidad de
dichos grados varía en forma significativa. Los
grados austenítico son muy soldables con las
composiciones de metal de aporte disponibles
actualmente. Estos grados pueden estar sujetos a
fisuración en caliente, que ocurren cuando el
material está muy caliente. Este problema se
soluciona controlando la composición de los
metales base y de aporte para favorecer la
formación de la fase „ferrita delta‟, que ayuda a
eliminar el problema de la fisuración en caliente.
Normalmente las fisuras se evitarán
seleccionando metales de aporte con ferrita delta
en un porcentaje de 4-10%. Este porcentaje
frecuentemente se conoce como „Número de
Ferrita‟ y puede medirse con un medidor de
ferrita. La ferrita delta puede medirse mediante
un medidor de ferrita debido a que la ferrita delta
es BCC (cúbica de cuerpo centrado) y magnética,
mientras que la fase principal, austenita, es FCC
(cúbica de caras centrada) y no magnética.
Los aceros ferríticos, también se
consideran soldables con los metales de aporte
adecuados. Los grados martensíticos son
inclusive más difíciles de soldar, y
frecuentemente requieren tratamientos de
precalentamiento y calentamiento posterior a la
soldadura especiales. Se han desarrollado
procedimientos para soldar dichos materiales, y
deben seguirse cuidadosamente para evitar
problemas de fisuración y mantener las
propiedades mecánicas de los metales base. Los
aceros inoxidables PH y dúplex también son
soldables, pero deben tenerse en cuenta los
cambios en las propiedades mecánicas causadas
por la soldadura.
Uno de los problemas comunes
encontrados cuando se sueldan grados
austeníticos se conoce como „precipitación de
carburos‟, o „sensitización‟. Cuando se calienta
hasta temperaturas de soldadura, una parte del
metal base alcanza el rango de temperaturas de
427° - 871°C (800°-1600°F), y dentro de este
rango de temperaturas, el cromo y el carbono
presentes en el metal se combinan para formar
carburos de cromo. La temperatura más severa
para esta transformación es alrededor de 677°C
(1250°F), y en cada ciclo de operación de
soldadura se pasa por esta temperatura dos veces;
una en el calentamiento para soldar y
nuevamente para enfriar hasta temperatura
ambiente.
Estos carburos de cromo se encuentran
típicamente a lo largo de los bordes de grano de
la estructura. El resultado de su formación es la
reducción del contenido de cromo dentro del
mismo grano adyacente al borde de grano,
llamado „decromización‟, dando una reducción
del contenido de cromo debajo del deseado. El
resultado final de la decromización del grano es
una reducción de la resistencia a la corrosión del
mismo grano debido al contenido reducido de
cromo. En algunos ambientes corrosivos, los
bordes granos se corroen a alta velocidad, y se lo
llama „corrosión por ataque intergranular‟, o
IGA. Ver Figura 8.17.
La sensitización de los aceros
inoxidables austeníticos durante la soldadura
puede evitarse por medio de distintos métodos.
El primer método involucra el tratamiento de
recalentamiento de la totalidad de la estructura
calentándola a 1066°-1093°C (1950°-2000°F) y
templando rápidamente en agua. Este
recalentamiento rompe los carburos de cromo
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permitiendo que el carbono se disuelva dentro de
la estructura. Sin embargo, este tratamiento
puede causar serias distorsiones a las estructuras
soldadas.
Un segundo método es el agregado de
estabilizadores al metal base y los metales de
aporte. Los dos ejemplos más comunes de
estabilización son el agregado de titanio y niobio
(columbio) a las aleaciones de la serie 300 en
cantidades iguales a 8 o 10 veces el contenido de
carbono. Estos estabilizadores de aleación se
combinan preferentemente con el carbono y
reducen la cantidad de carbono disponible para la
formación del carburo de cromo, manteniendo el
contenido de cromo de la aleación y la
resistencia a la corrosión. Cuando se agrega
titanio, tenemos la aleación de inoxidable
austenítico 321; cuando se agrega niobio,
tenemos el grado 347.
Figura 8.17 – Corrosión por Ataque
Intergranular en Aceros Inoxidables
Austeníticos Causados por la
Sensitización durante la Soldadura.
Figura 8.18 –Temple del Acero Inoxidable
Austenítico para Maximizar la
Resistencia a la Corrosión
Figura 8.19 – Prevención de la
Sensitización en Aceros Inoxidables
Austeníticos
Un tercer método es la reducción del
contenido de carbono del metal base y los
metales de aporte. Inicialmente, estos aceros
inoxidables austeníticos de bajo carbono eran
conocidos como „Carbono extra Bajo‟, o la
abreviatura ELC. Hoy en día, son conocidos por
la letra “L” que significa que el contenido de
carbono es menor que 0.03%. (Los grados
estándar contienen hasta un 0.08% de carbono).
Reduciendo el contenido de carbono en la
aleación, hay menos carbono disponible para
combinarse con el cromo, y se reduce la
sensitización durante la soldadura. Estos grados
de bajo carbono tienen las propiedades
mecánicas ligeramente reducidas debido a su
menor contenido de carbono, y esto se debe
considerar cuando se seleccionan estas
aleaciones, especialmente para el uso a altas
temperaturas.
Aluminio y sus Aleaciones Las aleaciones de aluminio tienen una
película muy tenaz de óxido en sus superficies,
que se forman rápidamente cuando el aluminio
desnudo se expone al aire, y esta película de
óxido le da protección en ambientes corrosivos.
Estos mismos óxidos en la superficie interfieren
en la con los procesos de unión. Para realizar
operaciones de brazing o soldering, se usan
fundentes para romper la película de óxido para
que se puedan unir las partes. Cuando se suelda,
se usa corriente alterna que hace romper el óxido
por la corriente reversa de la soldadura AC, y se
evita que se vuelva a formar la película de óxido
protegiendo con gas argón o helio. El método de
soldadura con AC a veces es conocido como
„técnica de limpieza superficial‟.
La metalurgia del aluminio y sus
aleaciones es muy compleja, especialmente
teniendo en cuenta la gran cantidad de tipos de
aleaciones y tratamientos térmicos. Los metales
de aporte adecuados para la mayor parte de
grados soldables y condiciones de tratamientos
térmicos pueden encontrarse en ANSI/AWS
A5.10, Specification for Bare Aluminium and
Aluminium Alloy Welding Electrodes and Rods.
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Cobre y sus Aleaciones El cobre puro y muchas de sus
aleaciones no pueden ser endurecidos por
tratamiento térmico de temple y revenido como
el acero. Estas aleaciones usualmente se
endurecen y se hacen más resistentes mediante la
cantidad de „trabajo en frío‟ introducido cuando
se conforma en los distintos moldes. El hecho de
soldar ablanda el material trabajado en frío y
debe ser considerado antes de soldar en
aleaciones de cobre endurecidas por trabajo. Hay
series de aleaciones de cobre que mejoran su
resistencia por “envejecimiento”, un tratamiento
similar al endurecimiento por precipitación
usado en los aceros inoxidables PH. Cuando se
suelda en dichas aleaciones, usualmente se
especifica un tratamiento térmico de post
soldadura para restablecer las propiedades
mecánicas originales.
Uno de los mayores problemas
soldando cobre y sus aleaciones es debido a su
punto de fusión relativamente bajo y su muy alta
conductividad térmica. Se debe aplicar un calor
considerable al metal para superar su pérdida
debido a la conductividad, y el punto de fusión
relativamente bajo tiene como consecuencia que
el metal funda antes de lo esperado y fluya fuera
de la junta. La mayor parte de las aleaciones de
cobre son soldables con la técnica y práctica
adecuada.
Resumen
La metalurgia de la soldadura es una
consideración importante para cualquier
componente soldado porque los cambios
metalúrgicos que ocurren pueden tener efectos
muy significativos en las propiedades mecánicas
de la soldadura y metales base. Existen una
cantidad de requerimientos en los
procedimientos de soldadura porque el
metalurgista o Ingeniero en soldadura quiere
controlar las propiedades mecánicas de la
construcción soldada. En consecuencia, se le
puede solicitar al inspector de soldadura que
controle alguno de estos requerimientos para
asegurar que la fabricación resultante sea
satisfactoria.
Los cambios en las propiedades del
metal tendrán lugar en base a la cantidad de calor
que se aplica, así como la velocidad a la que se
extrae ese calor del metal. Ustedes vieron la
manera que esos factores causan cambios en las
propiedades del metal. En consecuencia, ahora es
más fácil entender que variables son importantes
y porque es necesario controlarlas durante la
operación de soldadura.
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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES Hierro alfa – una solución sólida BCC de carbono en hierro a temperatura ambiente. También llamada ferrita. Recocido – un tratamiento térmico diseñado para ubicar al metal en una condición más blanda y de menor resistencia. Austenita – una solución sólida FCC de carbono en hierro que se forma luego de calentar por encima de la línea de transformación A1. También la fase estable a temperatura ambiente en los aceros inoxidables de la serie 300. También llamada hierro gamma. Autógeno – en soldadura, una soldadura realizada sin metal de aporte, fundiendo partes del metal base para llenar. BCC – cúbica de cuerpo centrado BCT – tetragonal de cuerpo centrado. Carbono Equivalente – un número calculado por una o varias fórmulas que ayuda a calcular el precalentamiento necesario. Cementado – un caso de proceso de endurecimiento que difunde carbón dentro de una aleación ferrosa sólida mediante el calentamiento del metal en contacto con material carbonoso (que contiene carbón) Cementita – carburo de hierro, Fe3C. Hay dos tipos de cementado, cementado en caja y cementado gaseoso. Conducción – en transferencia de calor, la transmisión de calor de partícula en partícula Convección – en transferencia de calor, la transmisión de calor por medio del movimiento de la masa de las partículas calentadas. Cristal – o grano; la unidad individual formada en la solidificación, separado de otros cristales por los bordes de grano. Ferrita Delta – una fase de las aleaciones de los aceros inoxidables que resiste la fisuración a altas temperaturas.
Desoxidantes (reductores) – elementos o componentes que se combinan preferentemente con el oxígeno para evitar que reaccione con el metal base o de soldadura caliente. Punto de rocío – la temperatura a la cuál cualquier humedad presente condensa; una medida de que tan seco es un gas Difusión – movimiento de los átomos dentro de una solución, siendo esta sólida, líquida o gaseosa Discontinuidad – cualquier interrupción en la matriz u organización homogénea normal del metal Duplex – en los metales, un tipo de acero al carbono que contiene 50% de ferrita y 50% de austenita Eutectoide – en acero, la aleación con un contenido de carbono de exactamente 0.8% Ferrita – una solución sólida BCC de carbono en hierro gamma; también llamada hierro alfa FCC – cúbica de caras centradas Hierro Gamma – una solución sólida FCC de carbono en hierro, también llamada austenita. Grano – en los metales, el cristal individual formado en la solidificación; ver cristal ZAC (HAZ) – zona afectada por el calor; el metal adyacente a la soldadura que no se funde pero es afectada por el calor de la soldadura. HCP – hexagonal compacta fisuras en caliente – la formación de fisuras en caliente intergranulares como resultado de sulfuros de hierro contenido en el borde de grano a temperaturas elevadas (1800°F) Hipereutectoide – una aleación de hierro con más que 0.8% de carbón
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Hipoeutectoide – una aleación de hierro con menos que 0.8% de carbón IGA (intergranular corrosion attack), corrosión intergranular; causada por la sensibilización de los aceros inoxidables Joule – la unidad métrica para el trabajo o el calor (energía) ksi – mil libras por pulgada al cuadrado Laminar – tipo capa o chapa Martensita – un constituyente inestable del hierro, formado sin difusión por un enfriamiento rápido desde la fase austenítica por encima de la temperatura de transformación, A1. Unión metalúrgica – tipo especial de unión atómica que mantiene juntos a los átomos metálicos Molécula – un grupo de átomos unidos químicamente Naciente (creciente) – un átomo solo, como un átomo de hidrógeno en oposición al hidrógeno molecular que está compuesto de dos átomos de hidrógeno, H2; todos los gases son moleculares Nitrurado – un caso de proceso de endurecimiento que introduce nitrógeno en la superficie de un material ferroso a temperaturas elevadas en la presencia de amoníaco o nitrógeno Normalizado – un tratamiento térmico donde el acero es calentado hasta el rango de austenización y enfriado en aire calmo Tenacidad a la entalla – la capacidad del metal de absorber una carga de impacto (energía) con la existencia de entallas superficiales Orgánico – materiales realizados compuestos principalmente de carbono, oxígeno e hidrógeno. Perlita – una estructura en capas o laminar compuesta de ferrita y cementita (carburo de hierro)
Peening – deformación mecánica severa del metal Transformación de fase – en los metales, un cambio en la estructura atómica Post calentamiento – un tratamiento térmico dado a la construcción soldada luego que se termina la soldadura Endurecimiento por precipitación – un mecanismo de endurecimiento, diferente del temple y revenido, que se basa en la formación de un precipitado durante el ciclo de tratamiento térmico para incrementar su resistencia y dureza Precalentamiento – un tratamiento térmico dado a una junta previo a la soldadura psi – libras por pulgada al cuadrado Purga – la aplicación secundaria de un gas inerte o no activo para proteger el lado de atrás de las construcciones soldadas durante la soldadura Temple – en tratamiento térmico, un enfriamiento muy rápido desde temperaturas elevadas Tensiones residuales – tensiones que permanecen inmediatamente luego de la operación de soldadura o conformado Factor de seguridad – un multiplicador usado en la realización de un diseño de la estructura más fuerte que lo requerido realmente; normalmente 3 o 4 para recipientes a presión y 5 o más para puentes. Segregación – en aleaciones, la separación, o falta de homogeneidad, de dos o más elementos o fases. Sensibilización – o precipitación de carburos; la formación de carburos de cromo que resulta del vaciamiento del cromo de los granos individuales y reduce la resistencia a la corrosión del metal a la corrosión intergranular (IGA) Protección – la protección principal de los gases atmosféricos durante la operación de soldadura; obtenida de fundentes,
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revestimientos de electrodos o gases inertes o no reactivos Escoria – el material formado cuando los fundentes de soldadura o revestimientos de electrodos se combinan con gases atmosféricos o contaminantes durante la soldadura Solubilidad sólida – la capacidad sólida de los metales de disolverse dentro de otro cuando se forma un sólido por medio de mecanismos de difusión Aceros inoxidables – aleaciones que contienen un mínimo de 12% de cromo seleccionados por su resistencia a la corrosión Alivio de tensiones – un tratamiento térmico que alivia al metal de las tensiones residuales por medio de calentamiento, manteniendo a temperatura, y enfriando por un ciclo prescrito
Concentrador de tensiones – una entalla superficial o geometría que multiplica los esfuerzos aplicados para incrementar el esfuerzo real en un componente Revenido – el tratamiento térmico que reduce la resistencia y dureza de los aceros templados y restablece la ductilidad y tenacidad Expansión Térmica – la expansión, o crecimiento, de un material cuando es calentado Tenacidad – la capacidad del material de absorber energía Celda Unitaria – una forma simétrica con el menor número de átomos que describe completamente la estructura única del metal o fase
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Una de las partes más importantes del
trabajo del inspector de soldadura es la
evaluación de soldaduras para determinar su
comportamiento para el servicio proyectado.
Durante las varias etapas de esta evaluación, el
inspector va a estar buscando irregularidades en
la soldadura o en la weldment construcción
soldada. Comúnmente, nosotros nos referimos a
estas irregularidades como discontinuidades.
En general, una discontinuidad es descripta como
una interrupción en la naturaleza uniforme de un
ítem. Por eso, un pozo en una autopista puede ser
considerado como un tipo de discontinuidad,
porque interrumpe la superficie suave y uniforme
del pavimento. En soldadura. Los tipos de
discontinuidades que nos preocupan son cosas
como: fisuras, poros, fusión incompleta falta de
fusión, socavaduras, socavación, etc.
El conocimiento de estas
discontinuidades es importante para el inspector
de soldadura por un número de razones. Primero,
el inspector va a ser contratado para inspeccionar
visualmente las soldaduras para determinar la
presencia de alguna de estas discontinuidades. Si
son descubiertas, el inspector de soldadura debe
ser capaz de describir su naturaleza, ubicación y
tamaño. La información va a ser requerida para
determinar si esa discontinuidad requiere o no
reparación, de acuerdo con las especificaciones
del trabajo.
Si un tratamiento adicional es
considerado necesario, el inspector de soldadura
debe ser capaz de describir precisamente la
discontinuidad con el detalle suficiente para que
pueda ser corregido por el personal de
producción.
Antes de describir esas discontinuidades,
es extremadamente importante comprender la
diferencia entre discontinuidad y defecto. Muy a
menudo, la gente erróneamente intercambia
ambos términos. Como un inspector de soldadura,
usted debe realizar la distinción entre los
términos discontinuidad y defecto.
Mientras que una discontinuidad es algo
que introduce una irregularidad en una estructura
que de otra manera sería uniforme, un defecto es
una discontinuidad específica que puede
comprometer el comportamiento de la estructura
para el propósito que fue diseñada. Esto es, un
defecto es una discontinuidad de un tipo definido,
de un tamaño suficiente como para que la
estructura o el objeto particular sean inapropiados
para el uso o servicio para el que fueron
diseñados, basándose en el criterio del código
aplicable.
Para determinar si una discontinuidad es
un defecto, debe haber alguna especificación que
defina los límites aceptables de la discontinuidad.
Cuando su tamaño o concentración excedan esos
límites, es considerado un defecto. Por esto
podemos pensar que un defecto es una
“discontinuidad rechazable”. Por eso, si nos
referimos a algún aspecto como un defecto,
implica que es rechazable y requiere alguna clase
de tratamiento posterior para llevarlo a los límites
de aceptación de algún código.
Dependiendo del tipo de servicio para el
cual la parte fue diseñada, una discontinuidad
puede o no ser considerada un defecto. Como
consecuencia, cada industria usa un código o
standard específicos especificación, que
describen los límites de aceptación para estas
discontinuidades que puedan afectar el
desempeño satisfactorio de estas partes.
Por ello, la discusión siguiente de
discontinuidades de soldadura va a tratar con las
características, causas y cures efectos, sin
referencia específica a su aceptación. Solamente
después de su evaluación y de acuerdo con el
standard especificación aplicable, puede hacerse
un juicio de valor acerca de la aceptabilidad o no
de una discontinuidad.
De todos modos, nosotros podemos
hablar en general de la criticidad o de los efectos
de ciertas discontinuidades. Esta discusión lo va a
ayudar a entender porque ciertas discontinuidades
son inaceptables, sin tomar en cuenta su tamaño o
extensión, mientras que la presencia de una
menor cantidad de otros es considerada aceptable.
Una manera de explicar esto es teniendo
en cuenta la configuración específica de esa
discontinuidad. Las configuraciones de las
discontinuidades pueden ser separadas en dos
grupos generales, lineales y no lineales. Las
discontinuidades lineales exhiben longitudes que
son mucho mayores que sus anchos. Las
discontinuidades no lineales, tienen básicamente,
igual ancho e igual largo. Una discontinuidad
lineal presente en la dirección perpendicular a la
tensión aplicada, representa una situación más
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crítica que una no lineal; debido a la mayor
tendencia a la propagación y generación de una
fisura.
Otra forma manera en la cual la forma de
una discontinuidad determina su criticidad, o
efecto sobre la integridad de la estructura; es la
condición de sus extremos. Entendemos por la
condición de sus extremos al filo de sus
extremidades. En general, cuánto más filoso sea
el extremo de una discontinuidad, más crítico es.
Esto es porque una discontinuidad filosa tiene
más tendencia a la propagación de una fisura, o a
crecer. Nuevamente, esto depende de la
orientación respecto de la tensión aplicada.
Generalmente asociamos discontinuidad lineal
con una condición de extremo filoso. Por eso, si
hay una discontinuidad lineal con una condición
de extremo afilada y en dirección transversal a la
tensión aplicada, esto representa la situación más
desfavorable respecto a la capacidad de ese
componente para soportar una carga aplicada.
Si nosotros fuéramos a lista remunerar
algunas de las discontinuidades más comunes en
orden de sus condiciones de extremo más filosas,
empezaríamos con fisuras, fusión incompleta
falta de fusión, penetración incompleta de junta
falta de penetración, slag inclusions inclusiones
de escoria inclusiones de escoria y poros. Este
orden coincide con las discontinuidades
permitidas por la mayoría de los códigos. Hay
solamente unas pocas situaciones en las cuáles
cualquier tamaño de fisura es permitido. La
fusión incompleta falta de fusión puede ser
tolerada o al menos limitada a un valor máximo.
La mayoría de los códigos van a permitir la
presencia de pequeños valores de penetración
incompleta de junta falta de penetración y de
slag, y algo de porosidad. Dependiendo del tipo
de industria y del tipo de servicio pretendido,
estos valores van a variar, pero en general la
presencia de las discontinuidades más filosas es
la más restringida.
Para explicar mejor la importancia de la
condición de extremo en la severidad de una
discontinuidad, vamos a tomar como ejemplo
como puede frenarse la propagación de una fisura
con una técnica que usted pudo haber observado.
La técnica acá referida es la de realizar un
agujero drilled taladrado al final una fisura en un
componente. Mientras que esto no corrige la
fisura, puede parar su propagación. Esto es
realizado debido a que los extremos filosos de la
fisura son redondeados lo suficiente por el radio
del agujero realizado para reducir la
concentración de tensiones al punto de que el
material pueda soportar la carga aplicada sin que
se propague la fisura.
Una última forma en la cual la criticidad
de una discontinuidad puede ser juzgada se
refiere a la manera en que la parte o estructura va
a ser cargada durante el servicio. Por ejemplo, si
una soldadura forma parte de una parte a presión,
aquellas discontinuidades en la soldadura que
constituyan un porcentaje significativo del
espesor de la pared van a ser más dañinas. En el
caso de una estructura que vaya a ser cargada en
fatiga (por ejemplo cargas cíclicas), estas
discontinuidades que formen ranuras entallas con
extremos filosos sobre las superficies de la
estructura van a causar fallas más rápidamente
que aquellas beneath de la superficie. Estas
ranuras superficiales actúan como concentradoras
de tensiones, tienden a amplificar las tensiones en
ese punto. Dicha concentración de tensión puede
resultar en una condición de sobrecarga
localizada aún cuando las tensiones aplicadas a
toda la sección sean bajas. Los concentradores de
tensión pueden amplificar la tensión aplicada por
factores tan altos como diez en el caso de las
fisuras superficiales con borde filoso.
Esto puede ser visto en el ejemplo de un
pedazo de alambre de soldar que usted desee
romper. Una manera de hacer esto es doblar el
alambre hacia delante y hacia atrás hasta que
finalmente se rompe. De todos modos, puede
tomar varios ciclos para producir esta rotura. Si
usted toma un pedazo similar de alambre, lo
coloca sobre una superficie con un borde afilado,
y lo golpea con un martillo, usted va a producir
una entalla en la superficie del alambre. Ahora,
solamente uno o dos ciclos van a ser necesarios
para provocar la rotura del alambre, porque la
entalla representa un concentrador de las
tensiones generadas al doblar el alambre.
Por eso, para una estructura que deba
soportar cargas de fatiga, las superficies deber
estar libres de aquellas discontinuidades que
puedan proveer entallas con extremos filosos.
Como consecuencia, las partes sometidas a cargas
de fatiga en servicio, generalmente requieren
tener sus superficies mecanizadas con
terminaciones superficiales muy suaves. También
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deben ser evitados los cambios abruptos de
dirección en el contorno o la geometría.
Para estos tipos de componentes, uno de
los métodos más efectivos de inspección es el
visual. Por esto, usted, como un inspector de
soldadura, puede jugar un rol extremadamente
importante en determinar que tan bien esos
componentes se van a comportar en servicio. La
adecuación de esas estructuras al servicio para el
cual fueron diseñadas puede ser juzgada por la
presencia de algunas discontinuidades
superficiales o discontinuidades afiladas.
Habiendo provisto esta información
básica sobre discontinuidades en forma general,
vamos a discutir ahora algunas de las más
comunes discontinuidades encontradas durante
las actividades normales de inspección. Aquellas
con las cuales nos vamos a preocupar están listas
enumeradas, y las definiciones para cada una de
ellas pueden ser encontradas en AWS
STANDARD, A3.0, “Standard Welding Terms
and Definitions”, o en la sección al final de este
módulo “Key Terms and Definitions”.
fisura
fusión incompleta falta de
fusión
penetración incompleta de
junta falta de penetración
inclusión
slag inclusión inclusión de
escoria
inclusión de tungsteno
porosidad
socavaduras, ocavación
underfill socavación de cordón
(underfill)
overlap solapado
convexidad
sobre espesor de soldadura
corte de arco
spatters alpicaduras
laminación
desgarramiento laminar
seam/lapgrietas/pliegues
(seam/lap)dimensional
Fisuras
La primera discontinuidad a ser discutida
es la fisura, es la discontinuidad más crítica. La
criticidad es debida a las fisuras caracterizadas
como lineales, como también a las que muestran
condiciones de extremo muy filosas. Dado que
los extremos de las fisuras son muy afilados, hay
una tendencia de la fisura a crecer, o a
propagarse, si es aplicada una tensión.
Las fisuras se inician cuando la carga, o
tensión aplicada a un componente excede la
resistencia a la tracción. En otras palabras,
cuando hay una condición de sobrecarga que
causa la fisura. La tensión puede surgir durante la
soldadura, o inmediatamente después, o cuando la
carga es aplicada. Mientras que la carga aplicada
puede no exceder la capacidad del componente de
soportar carga, la presencia de una entalla, o de
un concentrador de tensiones, puede causar que
las tensiones localizadas en la zona de la entalla
excedan la resistencia a la rotura del material. En
este caso, la fisura puede ocurrir en la zona de
concentración de tensiones. Por esto, usted
comúnmente ve fisuras asociadas con
discontinuidades superficiales y sub superficiales
que proveen una concentración de tensiones en
adición a aquellas asociadas con el proceso de
soldadura en sí mismo.
Podemos clasificar las fisuras utilizando
distintos criterios. Un criterio es según sea
fisuración en “frío” o en “caliente”. Estos
términos son una indicación de la temperatura del
metal a la cual la fisura ocurre. Esta es una
manera en la cual podemos saber exactamente
por qué apareció una fisura, dado que algunos
tipos de fisuras con características de la
fisuración en “frío” o en “caliente”.
Las fisuras en caliente generalmente
ocurren mientras el metal solidifica, a
temperaturas elevadas. La propagación de estas
fisuras es intergranular; esto el, las fisuras
ocurren entre granos. Si observamos las
superficies de fractura de una fisura en caliente,
podemos ver varios colores “temper de temple”
en las caras de la fractura indicando la presencia
de alta temperatura en esa fisura. Las fisuras en
frío ocurren después que el material se enfrió
hasta la temperatura ambiente. Estas fisuras
resultan de las condiciones de servicio. Delayed
or underbead cracks fisuras bajo cordón, que
resultan del hidrógeno atrapado también pueden
ser clasificadas como fisuración en frío. La
propagación de las fisuras en frío puede ser
intergranular o transgranular; esto es entre o a
través de los granos, respectivamente.
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Las fisuras pueden ser descriptas por su
dirección con respeto al eje longitudinal de la
soldadura. Aquellas que están en dirección
paralela al eje longitudinal son denominadas
fisuras “longitudinales”. De la misma manera,
aquellas fisuras en dirección perpendicular al eje
longitudinal de la soldadura son llamadas fisuras
“transversales”. Estas referencias direccionales se
aplican tanto a las fisuras en el metal de
soldadura como a las del metal base. Las fisuras
longitudinales pueden resultar de las tensiones
transversales de shrinkage contracción de
soldadura o bien a tensiones asociadas a las
condiciones de servicio. La figura 9.1 muestra
una fisura longitudinal en el centro de una
soldadura con bisel. La soldadura también
contiene una superficie porosa que puede haber
contribuido a la propagación de la fisura.
Las fisuras transversales son
generalmente provocadas por las tensiones
longitudinales de shrinkage contracción de
soldadura. que actúan en las soldaduras o en los
metales bases de baja ductilidad. La figura 9.2
muestra dos fisuras transversales que ocurren en
una soldadura GMAW sobre un acero HY-130, y
que se propaga a través del metal base.
La figura 9.3 ilustra las orientaciones de
fisuras longitudinales y transversales en
soldaduras de filete y con bisel.
Por último, podemos diferenciar entre
varios tipos de fisuras dándole una descripción
exacta de sus ubicaciones con respecto a las
varias partes de la soldadura. Estas descripciones
incluyen garganta, raíz, talón, cráter, underbead
bajo cordón, ZAC y las fisuras en el metal base.
Las fisuras en la garganta de la soldadura
son así denominadas porque se extienden a través
de la soldadura a lo largo de la garganta de
soldadura, o el camino más corto (shortest path) a
través de la sección transversal de la soldadura.
Son fisuras longitudinales y generalmente son
consideradas como fisuras en caliente. Una fisura
en la garganta puede ser observada visualmente
sobre la superficie de soldadura, por eso, también
se la denomina fisura en la línea de centro.
Las juntas que exhiben restricciones
transversales en la dirección transversal al eje de
la soldadura son susceptibles a este tipo de fisura,
especialmente en aquellas situaciones en las que
la sección transversal de la soldadura es pequeña.
Por eso, pasadas de raíz finas y soldaduras de
filete cóncavas pueden resultar en fisuras en la
garganta, porque sus reducidas secciones
transversales pueden no ser suficientes para
soportar las tensiones transversales de weld
shrinkage contracción de la soldadura. La figura
9.4 es un ejemplo de fisura en la garganta en una
soldadura de filete.
Las fisuras en la raíz son también
longitudinales; de todos modos su propagación
puede ser tanto en el metal base como en el metal
de soldadura. Son denominadas fisuras en la raíz
Figura 9.1 - Fisura longitudinal
Figura 9.2 – Fisuras transversales
Porque se inician en la raíz de la soldadura o en la
superficie de la soldadura. Como en las fisuras en
la garganta, son generalmente debidas a la
existencia de tensiones de shrinkage contracción
de la soldadura. Por eso, son generalmente
consideradas como fisuras en caliente. Las fisuras
en la raíz generalmente ocurren cuando las juntas
son mal preparadas o fitted presentadas. Grandes
aberturas de raíz, por ejemplo, pueden generar
concentración de tensiones que produzcan fisuras
en la raíz.
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Figura 9.3 – Fisuras longitudinales y
transversales en soldaduras con bisel y de
filete Las fisuras en el talón pie son fisuras en
el metal base que se propagan desde el talón, pie
de la soldadura. Las configuraciones de soldadura
que tienen sobre espesor de soldadura o
convexidad pueden generar concentración de
tensiones en los talones, pies de la soldadura.
Esto, combinado con una micro estructura menos
dúctil en la ZAC aumenta la susceptibilidad de la
soldadura construcción soldada a las fisuras en el
talón pie. Las fisuras en el talón pie son
generalmente consideradas como fisuras en frío.
Las tensiones que provocan la ocurrencia de las
fisuras en el talón pie pueden ser el resultado de
las tensiones transversales de shrinkage
contracción de soldadura, algunas tensiones
aplicadas de servicio o la combinación de las dos.
Las fisuras en el talón pie que ocurren en servicio
son generalmente el resultado de componentes
sometidos a cargas de fatiga. Fisuras en el talón
pie típicas son mostradas en la figura 9.5.
Figura 9.4 – Fisura en la garganta en la raíz de
una soldadura de filete
Las fisuras en el cráter ocurren en el
punto donde terminan las pasadas de soldadura
individuales. Si la técnica usada por el soldador
para terminar el arco no llena completamente de
pileta líquida, el resultado puede ser una región
poco profunda, o un cráter, en ese lugar. La
presencia de esta área más fina, combinada con
las tensiones de compresión contracción de la
soldadura, puede causar fisuras en el cráter
individuales o una red de fisuras radiales desde el
centro del cráter. Cuando hay una distribución de
fisuras en el cráter con distribución radial, son
conocidas como fisuras en estrella.
Dado que las fisuras en el cráter ocurren
durante la solidificación de molten puddle la
pileta líquida, son consideradas fisuras en
caliente. Las fisuras en el cráter que ocurren en
cordones hechos por GTAW en aluminio son
mostrados en la figura 9.6.
Las fisuras en el cráter pueden ser
extremadamente dañinas porque tienen tendencia
a propagarse, como se muestra en la figura 9.7.
Aunque la causa primaria de las fisuras
en el cráter es la técnica usada por el soldador
para terminar una pasada de soldadura, estas
fisuras también pueden ser el resultado de
metales de aporte que tengan la característica de
fluir produciendo contornos cóncavos cuando
solidifican. Un ejemplo de este fenómeno es el
uso de electrodos recubiertos de acero inoxidable
cuyas designaciones terminen con “-16” (por
ejemplo E308-16, E309-16, E316-16, etc.). Estas
terminaciones designan un tipo de recubrimiento
de titanio que va a producir un contorno de
soldadura característicamente plano o ligeramente
cóncavo. Como consecuencia, cuando estos
electrodos son usados, el soldador debe tomar
precauciones extra y llenar bien los cráteres para
prevenir las fisuras en el cráter.
Figura 9.5 – Fisuras en el pie
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La próxima categoría de fisuras son las
fisuras debajo del bajo cordón. Aunque es debida
al proceso de soldadura, la fisura debajo del bajo
cordón está ubicada en la ZAC en lugar de estar
en el metal de soldadura. Como el nombre lo
dice, se encuentra característicamente en la zona
adyacente a la línea de fusión de la soldadura en
la ZAC. En un corte transversal, las underbead
cracks fisuras bajo cordón aparentan correr
paralelas a la línea de fusión del cordón de
soldadura. La figura 9.8 muestra la configuración
típica de una underbead crack fisura bajo cordón.
Aunque es más común encontrarla adentro del
metal, pueden propagarse a la superficie para
permitir su descubrimiento durante una
inspección visual.
Underbead cracking Fisuración bajo
cordón es un tipo de fisura particularmente
dañina porque puede no propagarse hasta varias
horas después de haber terminado la soldadura.
Por este motivo, las underbead cracks fisuras bajo
cordón son también llamadas delayed cracks.
Como consecuencia, aquellos materiales que son
más susceptibles a este tipo de fisuras, la
Figura 9.6 – Acercamiento a fisuras en el
cráter en soldadura de aluminio
Figura 9.7 – Propagación de una fisura en el
cráter en una soldadura de aluminio
Inspección final no debe realizarse hasta 48 o 72
horas después de que la soldadura se haya
enfriado a la temperatura ambiente. Los aceros de
alta resistencia son particularmente susceptibles a
este tipo de fisura.
Las underbead cracks fisuras bajo cordón
resultan de la presencia de hidrógeno en la zona
de soldadura. El hidrógeno puede provenir del
metal de aporte, del metal base, de la atmósfera
circundante o de la contaminación orgánica
superficial. Si hay alguna fuente de hidrógeno
presente durante el proceso de soldadura, éste
puede ser absorbido por el metal de soldadura
fundido. Cuando el metal está fundido, puede
disolver una gran cantidad de este hidrógeno
atómico o naciente, conocido como ión hidrógeno
(H+).
De todos modos, una vez solidificado, el
metal tiene mucha menso capacidad de disolver
al hidrógeno. La tendencia de los iones del
hidrógeno es a moverse a través de la estructura
del metal hacia el borde de grano en la ZAC.
Hasta este punto, átomos de hidrógeno pueden
combinarse para formar moléculas de hidrógeno
(H2). Esta forma gaseosa del hidrógeno requiere
más volumen y es demasiado grande para
moverse a través de la estructura del metal. Estas
moléculas están ahora atrapadas. Si el metal que
la rodea no es lo suficientemente dúctil, la
presión interna creada por las moléculas de
hidrógeno atrapadas puede generar una
underbead cracking fisuración bajo
cordón.
Figura 9.8 – Fisuras bajo cordón
Como inspector de soldadura, usted debe
estar prevenido de este problema potencial y
tomar las precauciones para evitar su ocurrencia.
La mejor técnica para la prevención de la
underbead cracking fisuración bajo cordón es
eliminar las fuentes de hidrógeno cuando se
suelda materiales susceptibles. Por ejemplo, con
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SMAW, pueden ser usados electrodos de bajo
hidrógeno. Cuando esté especificado, deben
permanecer almacenados en un horno para
mantener bajo su nivel de humedad. Si se les
permite permanecer en la atmósfera por un
periodo prolongado de tiempo, éstos pueden
absorber humedad suficiente para provocar
fisuras. Las partes a ser soldadas deben estar lo
suficientemente limpias para eliminar cualquier
fuente superficial de hidrógeno. El
precalentamiento también puede ser prescrito
para ayudar a eliminar este problema de fisura.
Dado que la ZAC es típicamente menos
dúctil que la zona de soldadura circundante y el
metal base, la fisura puede ocurrir allí sin que
haya presencia de hidrógeno. En los casos donde
haya gran restricción, las tensiones de
compresión contracción generadas pueden ser
suficientes para provocar fisuras en la ZAC,
especialmente en el caso de materiales
quebradizas como acero fundido fundición. Un
tipo particular de fisura en la ZAC que ya fue
discutido es la fisura en el talón pie.
La fisuración también puede estar
presente en el metal base. Estos tipos de fisuras
pueden o no estar asociados con la soldadura.
Figura 9.9 – Radiografía de una fisura longitudinal
Figura 9.10 – Radiografía de una fisura transversal
Bastante a menudo, las fisuras en el metal base
están asociadas con la concentración de tensiones
que terminan en fisuras una vez que el
componente entra en servicio.
Radiográficamente, las fisuras aparecen
como líneas finas, más que como líneas oscuras
bien definidas. Pueden diferenciarse de otras
discontinuidades porque su propagación no es
perfectamente recta, pero tiende a errar porque la
fisura sigue el patrón camino de menor
resistencia a través de la sección transversal del
material. La figura 9.9 muestra una radiografía de
una fisura longitudinal típica que probablemente
esté asociada con la raíz de soldadura. La figura
9.10 ilustra como una fisura transversal típica
puede aparecer en una radiografía.
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Fusión Incompleta, Falta de fusión
Por definición, fusión incompleta, falta de fusión
es “una discontinuidad de la soldadura en la cual
la fusión no ocurre entre el metal de soldadura u
las caras de fusión o los cordones añadidos
adyacentes”. Esto es, la fusión es menor a la
especificada para una soldadura en particular.
Debido a su linealidad y a su condición de
extremo filosa, la fusión incompleta, falta de
fusión representa una discontinuidad de la
soldadura importante. Puede ocurrir en distintas
ubicaciones dentro de la zona de soldadura. La
figura 9.11 muestra algunas de estas distintas
ubicaciones para la fusión incompleta, falta de
fusión.
La figura 9.11(A) muestra la ocurrencia
de fusión incompleta, falta de fusión sobre la
superficie original del bisel como así también
entre los cordones individuales. Con frecuencia,
la fusión incompleta, falta de fusión tiene slag
inclusions inclusiones de escoria asociadas a ella.
De hecho, la presencia de escoria es debido a una
limpieza insuficiente puede prevenir la ocurrencia
de la fusión.
Debemos pensar a menudo a la fusión
incompleta, falta de fusión como una
imperfección interna de la soldadura. De todos
modos, puede ocurrir también sobre la superficie
de la soldadura. Esto es mostrado en la figura
9.11 (B) y graficado esquemáticamente en la
figura 9.12.
Otro término no std para fusión
incompleta, alta de fusión es cold lap. Este
término es a menudo, e
Figura 9.11 – Distintas zonas con falta de
fusión
Figura 9.12 – Falta de fusión en la superficie
de la soldadura
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Incorrectamente usado, para describir la fusión
incompleta, falta de fusión entre el metal de
soldadura y el metal base o entre distintas pasadas
de cordones de soldadura, especialmente cuando
se utiliza GMAW. Las figuras 9.13 y 9.14
muestran fusión incompleta, falta de fusión (cold
lap) ocurriendo entre el metal de soldadura y el
metal base y entre diferentes pasadas de
soldadura, respectivamente.
Figura 9.13 – Falta de fusión entre pasadas
La fusión incompleta, falta de fusión
puede resultar de un número de diferentes
condiciones o problemas. Probablemente la
causa más común de esta discontinuidad sea la
manipulación inapropiada del electrodo por el
soldador. Algunos procesos son más proclives a
este problema porque no hay suficiente calor
concentrado para fundir adecuadamente los
metales.
Por ejemplo, cuando se usa GMAW y
transferencia en corto circuito, el soldador se
debe concentrar en dirigir el arco de soldadura a
cada ubicación de la junta de soldadura que deba
ser fundida. De otra forma, habrá áreas que no se
fundirán completamente. En otros casos, la
configuración de la junta soldada puede limitar al
cantidad de fusión que pueda se alcanzada. Un
ejemplo de esto es el uso de una soldadura con
bisel con un ángulo de bisel insuficiente para el
proceso y el diámetro del electrodo empleado.
Finalmente,
Figura 9.14 – Falta de fusión entre el metal de
soldadura y el metal base
Figura 9.15 – Radiografía del costado de una pared con falta de fusión
Contaminación extrema, incluyendo mil scale
cascarilla de laminación y capas de tenaces de
óxido, pueden también dificultar la obtención de
la fusión completa.
Es muy difícil detectar la fusión
incompleta, falta de fusión con radiografía a
menos que el ángulo de radiación sea orientado
adecuadamente. Generalmente. La fusión
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incompleta, falta de fusión es adyacente a la
superficie del bisel original y tiene un ancho y un
volumen pequeños, dificultando la resolución
radiográfica a menos que el path camino de
radiación sea paralelo, y este alineado, con la
discontinuidad.
Si la fusión incompleta, falta de fusiones
radiográficamente visible, generalmente va a
aparecer en la placa como líneas más densas y
oscuras que son generalmente más rectas que las
imágenes de fisuras o elongated slagescoria
alargada. La posición lateral de estas indicaciones
sobre la placa va a ser una referencia sobre su
profundidad. Por ejemplo, en una soldadura con
bisel en ½ V, la fusión incompleta, falta de fusión
cerca de la raíz va a aparecer cerca de la línea
media de la soldadura mientras que la presencia
de fusión incompleta, falta de fusión cerca de la
superficie de soldadura va a aparecer en la
radiografía como una imagen posicionada cerca
del talón de la soldadura.
La figura 9.15 es una radiografía que
representa imágenes lineales como si hubiesen
sido producidas por fusión incompleta, falta de
fusión a lo largo de las caras de los biseles de la
junta original.
Penetración Incompleta de la Junta Falta de
Penetración
La penetración incompleta de junta falta
de penetración, a diferencia de la fusión
incompleta, falta de fusión, es una discontinuidad
asociada solamente con la soldadura con bisel. Es
una condición donde el metal de soldadura no se
extiende completamente
Figura 9.16 – Ejemplos de juntas con falta de
penetración
a través del espesor de la junta cuando es
requerida junta con penetración total por una
especificación. Su ubicación es siempre
adyacente a la raíz de la soldadura. La figura 9.16
muestra varios ejemplos de juntas con
penetración parcial. La mayoría de los códigos
ponen límites a la cantidad y el grado de
penetración incompleta de junta penetración
parcial admisible, y varios códigos no aceptan
ninguna penetración incompleta de junta
penetración parcial.
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Figura 9.17 – Junta con falta de penetración
Hay otro nombre que puede ser
correctamente aplicado a las condiciones
mostradas en la figura 9.16 si las soldaduras
cumplen con los requerimientos especificados por
el diseñador. Pueden ser denominadas
“penetración parcial de junta”; esto es, no se
pretendía que fueran soldadura con junta con
penetración total. Por ejemplo, en una junta
donde los requerimientos de diseño especifican
soldaduras con penetración parcial de junta, y
esto es común, los ejemplos mostrados podrían
ser aceptables si los tamaños de la soldadura
fuesen los adecuados. De todos modos, en una
junta donde se requiere penetración total, la
presenta de falta de penetración es causa de
rechazo.
Debe aclararse que previamente
la condición ahora llamada “penetración
incompleta de junta, falta de penetración” ha sido
utilizada por varios términos no std. Algunos de
estos términos son “penetración inadecuada”,
“falta de penetración”, etc. Para soldaduras con
bisel el término correcto es penetración
incompleta de junta, falta de penetración y debe
ser usado en lugar de estos otros términos. La
figura 9.17 muestra una fotografía de esta
condición en la raíz de una soldadura a tope, y la
figura 9.18 muestra su imagen radiográfica.
La penetración incompleta de
junta, falta de penetración puede ser provocada
por las mismas condiciones que provocan la
fusión incompleta, falta de fusión; esto es técnica
inapropiada, configuración de junta inadecuada, o
contaminación excesiva.
La imagen radiográfica provocada por la
penetración incompleta va a ser una línea recta
típicamente oscura. Va a ser mucho más recta que
la de fusión incompleta falta de fusión porque
está asociada con la preparación original de la
soldadura en la raíz. Va a estar centrada en el
ancho de la soldadura en el cuál ambos
componentes son preparados.
Inclusiones
La definición de inclusión es “un material
sólido y extraño, atrapado; como por ejemplo,
escoria, fluxfundente, tungsteno u óxido”.
Por ello, el término inclusión puede incluir tanto
materiales metálicos como no metálicos. Las
inclusiones de escoria, como su nombre lo indica,
son regiones adentro de la sección de la soldadura
o sobre al superficie de la soldadura donde el
fluxfundente fundido empleado para proteger al
metal fundido es mecánica atrapado adentro del
metal solidificado. Este fluxfundente solidificado,
o escoria, representa la parte de la sección de
soldadura donde el metal no se fundió a sí mismo.
Esto puede resultar en una condición de debilidad
que podría impedir el desempeño en servicio del
componente. Aunque normalmente pensamos que
las inclusiones de escoria están totalmente
contenidas adentro de la sección transversal de la
soldadura, a veces podemos observarlas en la
superficie de la soladura. La figura 9.19 muestra
un ejemplo de una inclusión de escoria en la
superficie.
Como la fusión incompleta falta de
fusión, las inclusiones de escoria pueden ocurrir
entre la soldadura y el metal base o entre las
pasadas de soldadura. De hecho, las inclusiones
de escoria son generalmente asociadas con fusión
incompleta falta de fusión. Las inclusiones de
escoria pueden solamente ocurrir cuando el
proceso de soldadura usa alguna clase de
fluxfundente de protección. Son generalmente
provocadas por el uso de técnicas inadecuadas
por el soldador. Cosas como manipulación
inadecuada del electrodo y limpieza insuficiente
entre pasadas puede provocar la presencia de
inclusiones de escoria. A menudo, la
manipulación incorrecta del electrodo o
parámetros incorrectos de soldadura pueden
generar contornos de soldadura indeseables que
pueden indicar falta de limpieza de la escoria
entre pasadas. Como consecuencia, la soldadura
puede después cubrir la escoria atrapada y
producir inclusiones de escoria.
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Dado que la densidad de la escoria es generalmente muy inferior a la de los metales, las
Figura 9.18 – Radiografía de una junta con falta de penetración
Inclusiones de escoria van a aparecer
generalmente en las radiografías como marcas
oscuras, con formas irregulares, como se muestra
en las figuras 9.20 y 9.21. De todos modos, hay
también electrodos recubiertos cuya escoria tiene
la misma densidad del metal, y como usted
espera, las inclusiones de escoria generadas por el
uso de estos electrodos son muy difíciles de
detectar radiográficamente.
Figura 9.19 – Inclusiones de escoria
superficiales
Las inclusiones de tungsteno están
generalmente asociadas al proceso GTAW, que
emplea electrodos de tungsteno para generar el
arco. Si el electrodo de tungsteno hace contacto
con el molten weld puddle la pileta líquida, el
arco puede extinguirse y el metal fundido puede
solidificar alrededor de la punta del electrodo.
Hasta que se remueva, la punta del electrodo va a
estar muy quebradiza y va a ser “incluida” en la
soldadura si no es removida mediante un pulido
amolado.
Las inclusiones de tungsteno pueden
también ocurrir cuando la corriente usada para el
proceso GTAW es excesiva de aquella
recomendada para un diámetro particular de
electrodo. En este caso, la densidad de corriente
puede ser tan grande que el electrodo empieza a
descomponerse y pedazos de él pueden
depositarse en el metal de soldadura. Esto
también puede ocurrir si el soldador no raspades
punta adecuadamente la punta del electrodo de
tungsteno. Si las marcas del lijado amolado están
orientadas de manera que formen anillos
alrededor del electrodo en lugar de estar alineadas
con su eje, pueden formar concentración de
tensiones que pueden provocar que la punta del
electrodo se rompa. Otros motivos para que
ocurran inclusiones de tungsteno pueden ser:
1. contacto del metal de aporte con la
punta caliente del electrodo.
2. contaminación de la punta del
electrodo con spatter salpicaduras.
3. extensión de los electrodos más allá
de sus distancias normales desde el
colletculote, resultando en un
sobrecalentamiento del electrodo.
4. ajuste inadecuado del colletculote.
5. flujo inadecuado del gas de
protección o turbulencias excesivas
que provocan la oxidación de la
punta del electrodo.
6. uso de un gas de protección
inadecuado
7. defectos en el electrodo como
fisuras; o splits.
8. uso de una corriente excesiva para el
tamaño de electrodo dado
9. mal lijado amolado del electrodo.
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10. uso de un electrodo demasiado
pequeño.
Figura 9.20 – Radiografía de inclusiones aisladas de escoria
Figura 9.21 – Radiografía de inclusiones alargadas de escoria
Figura 9.22 – Radiografía de inclusiones de tungsteno
Las inclusiones de tungsteno son
encontradas aleatoriamente sobre la superficie de
la soldadura a menos que el inspector de
soldadura tenga la oportunidad de mirar una
pasada intermedia después que un pedazo de
tungsteno haya sido depositado. La principal
forma de encontrar las inclusiones de tungsteno
es a través de la radiografía. Dado que el
tungsteno tiene una densidad mucho mayor que la
del acero o del aluminio, se va a revelar como un
área clara y definida sobre la placa radiográfica.
Esto es mostrado en la figura 9.22.
Porosidad
La AWS A3.0 define porosidad como
“una tipo de discontinuidad que forma una
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cavidad provocada por gases que quedan ocluidos
durante la soldadura”. Por eso, nosotros podemos
pensar que la porosidad es como un vacío o una
bolsa de gas adentro del metal de soldadura
solidificado. Debido a su forma
característicamente esférica, la porosidad normal
es considerada como la menos dañina de las
discontinuidades. De todos modos, en algunos
casos donde una soldadura debe formar un
recipiente a presión para contener algún gas o
líquido, la porosidad debe ser considerada como
más dañina. Esto es debido a la posibilidad de
que la porosidad genere una zona de debilidad.
Figura 9.23 – Poros distribuídos uniformemente
Figura 9.24 – Poros superficiales alineados
unidos por una fisura
Figura 9.25 – Poros superficiales aislados
Como las fisuras, hay diferentes nombres
dados a tipos específicos de porosidad. En
general, se refieren a la porosidad de acuerdo a su
posición relativa, o a la forma específica del poro.
Por eso, nombres como uniformly scattered
porosity porosidad distribuida uniformemente,
cluster porosity nido de poros, porosidad lineal
poros alineados y piping porosity poros
verniculares, son empleados para definir mejor la
presencia de poros. Una sola cavidad es
denominada un poro o cavidad.
En estos tipos, los poros son
generalmente de forma esférica. De todos modos,
en la piping porosity poros verniculares, los poros
no son esféricos; sino alargados. Por esta razón,
son conocidos como poros alargados o gusanos.
El tipo piping porosity poros verniculares
representa el tipo más dañino si la función
principal de la soldadura es el confinamiento de
gas o líquidos, porque representa una posibilidad
de un camino de debilidad.
Figura 9.26 – Poros superficiales alargados
La figura 9.23 muestra un ejemplo de
uniformly scattered porosity porosidad distribuida
uniformemente sobre la superficie de la
soldadura. La figura 9.24 ilustra poros lineales
poros alineados con una fisura, y la figura 9.25
muestra la presencia de poros aislados en la
superficie de la soldadura. La figura 9.26 es un
ejemplo de poros alargados en la superficie de la
soldadura. Este tipo de condición superficial
puede ocurrir cuando los gases son atrapados
entre el metal fundido y la escoria solidificada.
Un caso en el cual este fenómeno puede ocurrir
es cuando la granulometría del fundente usada
para SAW es excesiva. Cuando esto ocurre, el
peso del fluxfundente puede ser demasiado
grande para permitir que el gas escape
apropiadamente.
Los poros son normalmente provocados
por la presencia de contaminantes o humedad en
al la zona de soldadura que se descomponen
debido a la presencia del calor de la soldadura y
de los gases formados. Esta contaminación o
humedad pueden provenir del electrodo, del
metal base, del gas de protección o de la
atmósfera circundante. De todos modos, variantes
en la técnica de soldadura también pueden causar
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poros. Un ejemplo puede ser el empleo de un arco
excesivamente largo en un proceso SMAW con
un tipo de electrodo de bajo hidrógeno. Otro
ejemplo puede ser el uso de altas velocidades en
un proceso SAW que pueden generar piping
porosity poros verniculares. Por eso, cuando se
encuentran poros, es una señal de que el proceso
de soldadura está fuera de control. Es entonces
tiempo de investigar qué factor, o factores son
Figura 9.27 – Radiografía de poros distribuidos
Figura 9.28 – Radiografía de nido de poros
Figura 9.29 – Radiografía de poros alineados
Responsables por la presencia de esta
discontinuidad en la soldadura.
Cuando la porosidad es revelada en una
placa, va a parecer como una región bien
definida, porque representa una pérdida
significativa de la densidad del material. Va a
aparecer normalmente como una región circular
excepto en el caso de piping porosity poros
verniculares. Este tipo de porosidad va a tener tail
associated una cola asociada con la identificación
circular. La figura 9.27 muestra la presencia de
scattered porosity porosidad distribuida
uniformemente..
La figura 9.28 ilustra una radiografía que
muestra cluster porosity un nido de poros y un
ejemplo de poros lineales poros alineados, es
mostrado en la figura 9.29.
Socavadura- Socavación
Una socavaduras ocavaciones una
discontinuidad superficial que sucede en el metal
base adyacente a la soldadura. Es una condición
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en la cual el metal base ha sido fundido durante el
proceso de soldadura y no hubo una cantidad
suficiente de material de aporte para llenar la
depresión resultante. El resultado es un agujero
alargando en el metal base que puede tener una
configuración relativamente filosa. Dado que es
una condición superficial, es particularmente
dañina para todas aquellas estructuras que vayan
a estar sometidas a cargas de fatiga. La figura
9.30 muestra al la apariencia típica de una
socavaduras ocavación en una soldadura de filete
y en una soldadura con bisel. Es interesante notar
que para las soldaduras con bisel, la socavadura,
socavación puede ocurrir tanto en la superficie de
soldadura como en la superficie de la raíz de la
soldadura.
Figura 9.30 – Apariencia típica de una
socavación en soldaduras con bisel y de filete
Figura 9.31 – Socavación adyacente a una
soldadura de filete
La figura 9.31 muestra la típica
apariencia visual de una socavaduras ocavación
en una soldadura con bisel. Este esquema
evidencia como es más detectable visualmente la
socavaduras ocavación. Esto es, hay una sombra
definida producida por la socavaduras ocavación
cuando es iluminada adecuadamente. Los
inspectores de soldadura experimentados conocen
este fenómeno y usan técnicas como apoyar una
luz titilante sobre la superficie del metal base de
manera que donde exista una socavaduras
ocavación produzca una sombra.
Otra técnica es realizar una inspección
visual final sobre la soldadura después de pintada,
especialmente cuando la pintura que ha sido
usada es de un color luminoso como el blanco o
el amarillo. Cuando es observada bajo luz
normal, las sombras generadas por la presencia de
la socavaduras ocavación son mucho más
pronunciadas. El único problema con esta técnica
es que la pintura debe ser luego removida de la
socavaduras ocavación antes de cualquier
reparación con soldadura para prevenir la
ocurrencia de otras discontinuidades como poros.
Y por supuesto, la parte después deberá ser
pintada después de que las reparaciones se hayan
completado.
La socavaduras ocavación es
normalmente el resultado de una técnica
inadecuada de soldadura. Más específicamente, si
la velocidad de soldadura es excesiva, puede no
haber suficiente cantidad de material de aporte
depositado para llenar las depresiones provocadas
por la fusión del metal base adyacente a la
soldadura. La socavaduras ocavación puede
también ocurrir cuando el calor de soldadura es
demasiado alto, causando una excesiva fusión del
metal base, o cuando se manipula
incorrectamente el electrodo.
Cuando aparece en una
radiografía, y no es sugerida esta técnica para su
descubrimiento, la socavaduras ocavación va a
parecer como una marca oscura, como cubierta de
pelusa en el borde del sobre espesor de soldadura,
como se muestra en la figura 9.32. Puede notarse
que la detección radiográfica de una socavaduras
ocavación superficial es una verdadera pérdida de
tiempo, dinero y recursos. Las socavaduras
ocavaciones superficiales son fácilmente
encontradas con una inspección visual cuidadosa;
una vez encontrada, debe ser luego reparada si es
necesario, previo a cualquier inspección
radiográfica.
Underfill Socavación de cordón
(underfill)
Underfill Socavación de cordón
(underfill), como la socavaduras ocavación, es
una discontinuidad superficial que resulta en una
pérdida falta de material en al la sección. De
todos modos, underfill socavación de cordón
(underfill) ocurre en la superficie del metal de
una soldadura con bisel donde hay socavaduras
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ocavación en el metal base adyacente a la
soldadura. Simplificando, hay underfill
socavación de cordón (underfill) cuando no hay
suficiente metal de aporte depositado para llenar
adecuadamente la junta. Cuando es descubierta,
generalmente significa que el soldador no terminó
de hacer al la soldadura, o que no ha entendido
los requerimientos de la soldadura. La figura 9.33
muestra el aspecto de una underfill socavación de
cordón (underfill) en una soldadura con bisel.
Al igual que la socavaduras ocavación,
underfill la socavación de cordón (underfill)
puede ocurrir tanto en la cara como en la
superficie de la raíz de la soldadura. En las
soldaduras de pipes tubos, es conocido como
rechupe, porque puede ser provocado por un
aporte de calor excesivo y por la fusión de la
pasada de raíz durante la deposición de la
segunda pasada.
La figura 9.34 muestra el aspecto visual
de underfill socavación de cordón (underfill) en
la
Figura 9.32 – Radiografía de una socavación superficial
Superficie de una soldadura con bisel. Como con
las socavaduras ocavaciones, cuando una luz es
orientada apropiadamente, es producida una
sombra por la depresión superficial.
Figura 9.33 – Socavación de cordón en
soldaduras con bisel
La causa principal de la underfil
socavación de cordón (underfill) es la técnica
empleada por el soldador. Una velocidad de
pasada alta no permite que una cantidad
suficiente de metal de aporte se funda y se
deposite sobre la zona soldada hasta el nivel de la
superficie del metal base.
Figura 9.34 – Socavación de cordón
Overlap Solapado
Es otra discontinuidad superficial que
puede ocurrir por emplear técnicas inadecuadas
de soldadura. Overlap Solapado es descripta
como la protusión del metal de soldadura por
delante del talón o de la raíz de la soldadura.
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Aparece cuando el metal soldado inunda la junta
y yace en la superficie del metal base adyacente.
Debido a su apariencia característica, el solapado
es conocido como enrollado (rollover); pero ese
es un término no std y no debe ser usado.
La figura 9.35 muestra como el solapado
puede aparecer tanto en soldaduras con bisel
como de filete. Como en el caso de las
socavaduras ocavación y de la underfill
socavación de cordón (underfill), el solapado
puede ocurrir tanto en la superficie de soldadura
como en la raíz de la soldadura de las soldaduras
con bisel. La figura 9.36 es un ejemplo de cómo
se ve el solapado en una soldadura de filete. Una
vez más, hay una sombra definida cuando una luz
es orientada apropiadamente.
El overlap solapado es considerado como
una discontinuidad significativa dado que puede
resultar en una entalla filosa en la superficie de la
soldadura. Yendo más allá, si la cantidad de
Figura 9.35 – Solapado en soldaduras con bisel
y de filete
Figura 9.36 – Solapado en una soldadura de
filete (también se muestra socavación)
Overlap solapado es lo suficientemente grande,
puede esconder una fisura que puede propagarse
desde este concentrador de tensiones. La
ocurrencia de overlap solapado es normalmente
debida a una técnica inapropiada del soldador.
Esto es, la velocidad de pasada es demasiado
lenta, la cantidad de metal de aporte fundido va a
ser excesiva frente a la cantidad requerida para
llenar la junta. El resultado es que una cantidad
excesiva de metal se vierte y yace sobre la
superficie del metal base sin fundirse. Algunos
tipos de metales de aporte son más proclives a
este tipo de discontinuidad, cuando funden, son
demasiados fluidos para resistir la fuerza de la
gravedad. Por eso, solamente pueden ser usados
en posiciones en las que la gravedad va a tender a
sostener al metal fundido en la junta.
Convexidad
Esta discontinuidad particular de la
soldadura se aplica solamente a las soldaduras de
filete. La convexidad se refiere a la cantidad de
metal de soldadura recargado sobre la superficie
de soldadura de filete más allá de lo que
consideramos plano. Por definición, es la máxima
distancia desde la superficie de una soldadura de
filete convexa perpendicular a una línea que une
los talones de la soldadura. La figura 9.37 ilustra
que dimensión representa esta convexidad.
Dentro de ciertos límites, la convexidad
no es dañina. De hecho, un ligero valor de
convexidad es deseable para asegurarse que la
concavidad no está presente, que puede reducir la
resistencia de una soldadura de filete. De todos
modos, cuando el valor de convexidad excede
algún límite, esta discontinuidad se convierte en
un defecto significativo. El hecho que una
cantidad adicional de metal de soldadura esté
presente no es el problema real, a menos que
consideremos el problema económico de
depositar una mayor cantidad de metal de aporte
que la estrictamente necesaria. El problema real
creado por la existencia del exceso de convexidad
es que el perfil de la soldadura de filete resultante
es ahora con entallas filosas presentes en los
talones de la soldadura. Estas entallas pueden
producir concentración de tensiones que pueden
debilitar la estructura, especialmente cuando la
estructura es cargada a fatiga. Por eso, una
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convexidad excesiva puede ser evitada, o
corregida durante el proceso de soldadura
depositando una cantidad adicional del metal de
soldadura en los talones de la soldadura para
darle una transición más suave entre el metal de
soldadura y el metal base.
La convexidad resulta cuando la
velocidad de pasada es demasiado lenta o cuando
el electrodo es manipulado incorrectamente. El
resultado es que es depositada una cantidad
excesiva de metal de aporte y no moja
apropiadamente la superficie del metal base. La
presencia de contaminación sobre la superficie
del metal base o el uso de gases de protección que
no limpien adecuadamente estos contaminantes
pueden también generar un perfil indeseable de la
soldadura de filete.
Figura 9.37 – Convexidad en soldadura de
filete
Sobre espesor de soldadura
El sobre espesor de soldadura es similar a
la convexidad, excepto que describe una
condición que solamente puede estar presente en
una soldadura con bisel. El sobre espesor de
soldadura es descripto como un metal de
soldadura en exceso de la cantidad requerida para
llenar una junta. Los otros dos términos, sobre
espesor de raíz y sobre espesor, son términos
específicos que describen la presencia de este
refuerzo en un lugar particular de la junta
soldadura. Como el nombre lo implica, el sobre
espesor de superficie ocurre sobre el lado de la
junta del cual la soldadura fue realizada, y el
sobre espesor de raíz ocurre del lado opuesto de
la junta.
Figura 9.38 – Sobre espesor y sobre espesor de
raíz
La figura espesor y el sobre espesor de
raíz y de superficie para una junta soldada de un
lado. Para una junta soldadura 9.38 muestra el
sobre espesor y el sobre espesor de raíz y de
superficie para una junta soldada de un lado. Para
una junta soldadura de ambos lados, el sobre
espesor de ambos lados es descripto como sobre
espesor, que es mostrado en la figura 9.39.
Figura 9.39 – Sobre espesor en ambos lados de
la junta
Como la convexidad, el problema
asociado con un sobre espesor excesivo es la
generación de entallas filosas que son creadas en
cada pie de soldadura por el hecho de que hay
presente más metal de soldadura que el necesario.
Cuánto más grande sea el sobre espesor de
soldadura, más severa la entalla. El gráfico
mostrado en la figura 9.40 ilustra el efecto del
valor del sobre espesor sobre la resistencia a la
fatiga de una junta soldada.
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Figura 9.40 – Efecto del sobre espesor de
soldadura en la resistencia a la fatiga
Mirando a este gráfico, es obvio que el
ángulo del sobre espesor de soldadura decrece
(causado por una disminución del valor del sobre
espesor de soldadura) hay una disminución
significativa de la resistencia a la fatiga de la
junta soldada. La mayoría de los códigos
prescriben límites máximos para el valor
permitido de sobre espesor de soladura. De todos
modos, reduciendo el valor del sobre espesor de
soldadura no mejora realmente la situación, como
es mostrado en la figura 9.41.
Figura 9.41 – Tratamiento inaceptable y
aceptable del sobre espesor excesivo de
soldadura
Como muestran las ilustraciones,
solamente después de realizar un amolado para
incrementar el ángulo del sobre espesor de
soladura y aumentar el radio de la entalla la
situación realmente mejora. Amolando para
remover la parte superior del sobre espesor de
soldadura no hace nada para disminuir la agudeza
de las entallas en el talón de la soldadura. La
altura del sobre espesor es disminuida con
amolado para alcanzar los requerimientos del
código, pero la preocupación persiste. Un sobre
espesor de soldadura excesivo es causado por los
mismos motivos que la convexidad, siendo la
técnica del soldador la causa principal.
Arc strikes Corte de arco
La presencia de un arc strike corte de
arco puede ser una discontinuidad del metal base
muy perjudicial, especialmente en las aleaciones
de alta resistencia y en las de baja aleación. Los
arc strike corte de arco son generados cuando el
arco es iniciado sobre la superficie del metal base
fuera de la junta soldadura, ya sea
intencionalmente o accidentalmente. Cuando esto
ocurre, hay un área localizada de la superficie del
metal base que es fundida y enfriada rápidamente
debida a la pérdida de calor a través del metal
base circundante. En ciertos materiales,
especialmente los aceros de alta resistencia, esto
puede producir una ZAC que pueda contener
martensita. Si esta micro estructura dura y frágil
es producida, la tendencia a la fisuración puede
ser grande. Una gran cantidad de fallas en
estructuras y recipientes a presión pueden ser
adjudicadas a la presencia de welding arc strike
cortes de arco de soldadura, que provocaron una
zona de iniciación de fisura que terminó en una
rotura catastrófica.
La figura 9.42 es una fotomicrografía que
muestra un arc strike corte de arco en la
superficie de un tubo de caldera. La micro
estructura oscura es martensita que fue formada.
En esta caso particular, el arc strike corte de arco
provocó una zona de iniciación de fisura que
terminó en la falla de este tubo de caldera.
Los arc strike corte de arco son
generalmente causados por el uso de una técnica
inapropiada de soldadura. Los soldadores deben
ser informados del daño potencial causado por un
corte de arco. Debido al daño potencial que ellos
representan, nunca deben ser permitidos. El
soldador no debe realizar producción si persiste
en iniciar el arco fuera de la junta soldada. Por
eso, se convierte en una cuestión de disciplina y
actitud de trabajo. Una conexión inapropiada de
la puesta a tierra al trabajo puede también
producir un corte de arco.
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Figura 9.42 – Foto micrografía de una
estructura martensítica producida por un
corte de arco
Otra observación importante se aplica a la
inspección de soldadura usando el método de
ensayo de partículas magnetizables “prod”. Dado
que este método se basa en la conducción de la
electricidad a través del componente para generar
un campo magnético, existe la posibilidad de que
pueda producirse un arc strike corte de arco
durante la inspección si no hay un contacto
adecuado entre los prods y la superficie del metal.
Aunque no es tan severo como los welding arc
strikes cortes de arco de soldadura, estos arcos
también pueden producir efectos nocivos.
Spatter Salpicadura
El AWS A3.0 describe spatter
salpicadura las salpicaduras como partículas de
metal expelidas durante la fusión de la soldadura
de manera de no formar parte de la soldadura.
Nosotros generalmente las pensamos como
aquellas partículas que están pegadas al metal
base adyacente a la soldadura. De todos modos,
las partículas que son tiradas afuera de la
soldadura y el metal base son también
consideradas spatter salpicaduras. Por esta razón
otra definición puede ser aquellas partículas de
metal que incluyen la diferencia entre la cantidad
de metal fundido y la cantidad de metal
depositado en la junta soldada.
Figura 9.43 – Fisura formada en una
salpicadura en la superficie del metal base
Figura 9.44 – Salpicadura
En términos de criticidad, el la spatter
salpicadura puede no ser unta gran preocupación
en muchas aplicaciones. De todos modos,
glóbulos grandes de spatter salpicaduras pueden
tener suficiente calor para causar una ZAC
localizada en la superficie del metal base similar
al efecto de un corte de arco. Además, la
presencia de spatter salpicaduras en la superficie
del metal base pueden proveer una concentración
localizada de tensiones que puede causar
problemas durante el servicio. Un ejemplo de esta
situación es mostrado en la figura 9.43 donde una
fisura formada en un glóbulo de spatter
salpicadura que quedó pegado al metal base. La
presencia de estas concentraciones de tensión
sumadas a un medio ambiente corrosivo genera
una forma de corrosión por tensión conocida
como fragilidad cáustica. Cuando hay presente
spatter salpicaduras, de todos modos, it does
detract from the otherwise pleasing appearance of
a satisfactory weldse vuelve objetable para lo que
de otra manera sería una soldadura satisfactoria.
Esta condición es ilustrada en la figura 9.44.
Otro aspecto de spatter salpicadura, las
salpicaduras que puede terminar en problemas
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tiene que ver con la superficie irregular que es
producida. Durante la inspección de la soldadura
usando varios métodos no destructivos, la
presencia de spatter salpicaduras puede prevenir
la performance impedir la realización de un
ensayo válido o producir indicaciones
irrelevantes que pueden enmascarar algunos
defectos reales de la soldadura. Por ejemplo, la
presencia de spatter salpicadura adyacente a una
soldadura puede impedir el acoplamiento
adecuado del transductor durante un ensayo de
ultrasonido. Además, spatter salpicadura la
salpicadura puede causar problemas para la
performance y la interpretación de los ensayos de
tintas penetrantes y partículas magnetizables. Y
spatter salpicadura la salpicadura puede generar
problemas si las superficies deben ser pintadas;
spatter salpicadura la salpicadura puede causar
fallas prematuras en recubrimientos.
Spatter Salpicadura Las salpicaduras pueden ser
provocadas o por el uso de altas corrientes de
soldadura que pueden causar una turbulencia
excesiva en la zona de soldadura.
Algunos procesos de soldadura tienen más
tendencia a producir spatter salpicaduras que
otros. Por ejemplo, procesos tipo GMAW con
transferencia globular o cortocircuito tiene
tendencia a producir más spatter salpicaduras que
si se usara transferencia por spray. Otro aspecto
que puede ayudar con el control de la cantidad de
spatter salpicaduras generadas es el tipo de gas de
protección usado para GMAW y FCAW. El uso
de mezclas de argón va a reducir la cantidad de
spatter salpicaduras producidas comparada con el
uso de CO2 puro.
Laminación
Esta discontinuidad particular es un
defecto del metal base. La laminación resulta de
la presencia de inclusiones no metálicas que
pueden aparecer en el acero cuando es producido.
Estas inclusiones son normalmente formas de
óxidos que son producidos cuando el acero
todavía está fundido. Durante las operaciones
subsiguientes de laminado, estas inclusiones se
alargan formando un cordón o cinta una banda. Si
estaos cordones bandas son e largaos, y toman
una forma plana, son conocidos como
laminaciones. La forma más común de
laminación proviene de una condición conocida
como rechupe, que se desarrolla en la parte
superior de los lingotes de acero durante las
etapas finales de la solidificación. Algunas veces,
en ocasiones poco frecuentes, este rechupe no es
completamente removido del lingote previo a ser
laminado. El rechupe generalmente contiene
algunos óxidos complejos, que son laminados
adentro de la chapa o del producto laminado.
Otro término usado erróneamente en lugar del
término laminación es de laminación. La norma
ANSI/AWS standard B1.10, “Guide for The
Nondestructive Inspection of Welds”, define dos
palabras distintas. B1.10 define de laminación
como “la separación de una laminación por
tensión”, Esto, de acuerdo con la norma AWS, la
principal diferencia entre los dos términos es
solamente el grado de separación de las secciones
laminadas.
Figura 9.45 – Fisura en el metal de soldadura
debida a la presencia de laminación
El calor de fusión de la soldadura puede
ser suficiente para refundir los cordones las
bandas en la zona de laminación más próxima a
la soldadura, y los extremos de los cordones las
bandas pueden fundirse o también abrirse.
Las laminaciones también pueden
verse durante el thermal cutting corte térmico,
donde el calor del proceso de corte puede ser
suficiente para abrir los cordones planos hasta el
punto de que puedan ser observados a simple
vista. Las laminaciones pueden o no presentar
una situación dañina, dependiendo de la forma en
la cual la estructura es cargada. Si las tensiones
actúan en el material en dirección perpendicular a
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la laminación, van a debilitar severamente la
estructura. De todos modos, las laminaciones
orientadas en dirección paralela a la tensión
aplicada pueden no causar ninguna preocupación.
Si la laminación está presente en la
superficie de una preparación, puede causar
problemas durante la soldadura. En este caso, el
metal de soldadura puede propagarse desde las
laminaciones debido a la concentración de
tensión. Un ejemplo de este fenómeno es
mostrado en la figura 9.45.
Otro problema relacionado con la
presencia de laminaciones abiertas hacia la
superficie del bisel es que son sitios para la
acumulación primaria de hidrógeno. Durante la
soldadura, el hidrógeno puede ser disuelto en el
metal fundido y proveer el elemento necesario
para la fisuración por hidrógeno (underbead
cracking fisuración bajo cordón).
Dado que la laminación proviene del proceso de
fabricación del acero, poco puede ser hecho para
prevenir su ocurrencia. Comprando aceros con
bajo nivel de contaminación se va a reducir
drásticamente la tendencia a la presencia de
laminaciones. De todos modos, el soldador y el
inspector de soldadura no pueden hacer nada para
prevenir su ocurrencia. Todo lo que puede ser
hecho es realizar una adecuada inspección visual
y/o ensayo no destructivo para revelar la
presencia de laminaciones antes que un material
laminado sea incluido en una la soldadura
construcción soldada.
El mejor método para el descubrimiento
de laminación es además de la inspección visual
es el uso de ensayos de ultrasonido. La
radiografía no va a revelar las laminaciones
porque no hay cambio en la densidad radiográfica
de un metal aún si hay laminación. Para ilustrar
esto, imagine la radiografía de dos placas de ¼”
de espesor colocadas una sobre la otra con una de
una sola placa de ½” de espesor. Al revisar el
ensayo para cada placa no va a revelar ninguna
diferencia en la densidad del film, por que la
radiación sigue pasando a través del mismo
espesor total de metal.
Lamellar Tear Desgarramiento
laminar
Figura 9.46 – Configuraciones de soldadura
que pueden provocar desgarramiento laminar
Otra discontinuidad del metal base de
importancia es la lamellar tear el desgarramiento
laminar. Es descripto a como una fractura tipo
meseta en el metal base con una orientación
básicamente paralela a la superficie rolada. La
lamellar tear. El desgarramiento laminar el
desgarramiento laminar ocurren cuando hay
tensiones altas en la dirección del espesor, o en la
dirección Z, generalmente como resultado de las
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welding shrinkage contracción tensiones de
contracción de la soldadura. El tearing
desgarramiento siempre yace adentro del metal
base, generalmente afuera de la ZAC y
generalmente en dirección paralela al borde de
fusión. La figura 9.46 muestra algunas
configuraciones en las cuales puede ocurrir la
lamellar tear el desgarramiento laminar.
Lamellar teraing. El desgarramiento
laminar es una discontinuidad directamente
relacionada con la configuración de la junta. Por
esto, aquellas configuraciones de juntas en las
cuales las tensiones de compresión contracción de
la soldadura son aplicadas en dirección que tiende
a empujar el material en la dirección Z, o a través
de su espesor, van a ser más susceptibles a la
lamellar tear el desgarramiento laminar. Como
aprendimos en el Módulo 6, cuando un metal es
laminado, va a exhibir menor resistencia y
ductilidad en la dirección Z comparado con las
mismas propiedades en las direcciones
longitudinal y transversal.
Otros factores que afectan la
susceptibilidad del material a la lamellar tear el
desgarramiento laminar son el espesor y el grado
de contaminantes presentes. A mayor espesor del
material y alto contenido de inclusiones, mayor
probabilidad de lamellar tear desgarramiento
laminar.
Para que se inicie el lamellar tearing
desgarramiento laminar, deben existir
simultáneamente tres condiciones. Estas son:
tensiones en la dirección del espesor,
configuración de junta susceptible y un material
con un alto contenido de inclusiones. Por eso,
para prevenir la ocurrencia de lamellar tearing
desgarramiento laminar, cualquiera de estos
elementos debe ser eliminado. Generalmente el
problema es resuelto usando aceros limpios.
Seams Grietas and y Laps Pliegues de laminación
Son otras discontinuidades del metal base
relacionadas con el proceso de fabricación del
acero. Difieren de la laminación en que están
abiertas hacia la superficie laminada del metal en
lugar de en el borde. En sección transversal,
tienen dirección paralela a la superficie rolada
laminada a lo largo de cierta distancia y después
viran hacia esa superficie. Seams Las grietas d elaminación son descriptas como unas grietas
rectas longitudinales que pueden aparecer sobre
la superficie del acero. Las seams grietas de
laminación son causadas principalmente por las
imperfecciones del lingote de acero, por un
manejo inapropiado después de colado o por
variaciones durante el calentamiento o el
laminado. Laps los pliegues de laminación son
provocados por un sobrellenado en las pasadas a
través de los rodillos de laminación que provocan
proyecciones que van cayendo y girando sobre el
material mientras este es laminado.
Figura 9.47 – Grieta profunda sobre la
superficie de un producto laminado semi-
terminado
Figura 9.48 – Grietas anidadas sobre la
superficie de un producto laminado semi-
terminado
Figura 9.49 – Pliegue en la superficie de un
acero laminado
La figura 9.47 y 9.48 muestra ejemplos
de una seam grieta de laminación profunda y de
un cluster grupo de seams grietas de laminación
superficiales. Un ejemplo de lap pliegue de
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laminación es mostrado en la figura 9.49. Dado
que seas las grietas y los pliegues de laminación
resultan de una laminación inadecuada durante la
fabricación del acero, el inspector de soldadura
tiente poco control sobre su ocurrencia más que
su detección si llega a aparecer en el material
usado en la fabricación. Son mejor revelados si se
emplea métodos visuales, partículas magnéticas,
tintas penetrantes, ultrasonido o corrientes
parásitas (eddy current testing).
Dimensional
Hasta este punto, todas las
discontinuidades discutidas pueden ser
clasificadas como defectos estructurales. De
todos modos, hay otro grupo de discontinuidades
que puedan ser clasificadas como irregularidades
dimensionales. Las discontinuidades
dimensionales son imperfecciones en tamaño y/o
forma. Estas irregularidades pueden ocurrir en las
mismas soldaduras o en las estructuras soldadas.
Dado que las discontinuidades dimensionales
pueden inutilizar una estructura para el servicio
para el cual fue diseñada, deben ser consideradas
y revisadas por el inspector de soldadura.
La inspección puede consistir de la
medición de los tamaños y las longitudes de las
soldaduras para asegurarse que hay suficiente
metal de soldadura para transmitir las cargas
aplicadas. Otras mediciones pueden ser hechas de
toda la soldadura para asegurarse que el calor de
soldadura no haya causado una excesiva
distorsión o deformación.
Defectos en Láser y Electron Beam Welding
Soldadura por Haz de Electrones
Los atributos especiales de los haces de
soldadura de alta densidad de energía producen
soldaduras con aspectos únicos, y entre estos
están los tipos característicos de defectos
asociados con este proceso. Ambos procesos son
típicamente realizados a latas altas velocidades y
particularmente en el caso de EB, produce zonas
de fusión relativamente profunda y angosta.
Hasta tal punto la zona de fusión es
angosta, que existe la posibilidad de perder errar
la junta de soldadura. Este es un problema
potencial para ambos procesos, pero es más
problemático con el EB, dado que las zonas de
fusión tienden a ser más angostas y que el haz de
electrones puede ser desviado por campos
magnéticos (figura 9.50). Si la junta está
claramente perdida erró totalmente a la junta, no
hay problema para el inspector de soldadura,
porque no va a haber unión de los componentes.
Pero las dificultades en la inspección pueden
ocurrir cuando, una junta se pierde es errada de
manera discontinua o donde la porción más
grande de la parte superior del cordón, (conocida
como cabeza de uña), y cubre la otra parte de la
junta soldada. Esto puede producir una junta que
tiene suficiente resistencia para retener las partes
unidas y que por inspección visual aparece como
completamente satisfactoria vista desde arriba.
Una junta perdida errada, de todos modos, puede
tener solamente una pequeña fracción de la
resistencia requerida y esperada.
Figura 9.50 – Deflexión del haz (pérdida de la
junta)
Figura 9.51 – Porosidad en una soldadura por
haz de electrones
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Ambos procesos son susceptibles de
variaciones sustanciales en la profundidad de la
penetración, de una junta a la otra y adentro de la
misma junta. Esto es debido a las inestabilidades
inherentes de la dinámica física de las cavidades
de vapor en materiales fundidos, que pueden
volverse más pronunciadas a medida que las
cavidades son más profundas. Por eso, la
penetración variable de la soldadura es más
característica de las soldaduras de más alto poder,
más penetrantes.
También inherente a la naturaleza
inestable de la zona de fusión variable, profunda
y angosta, la formación de vacíos irregulares, que
ocurren donde sea que la aleación fundida
(mientras gotea hacia la cavidad del haz), falla al
no llenar completamente la cavidad. Aunque este
tipo de porosidad puede ocurrir en cualquier
profundidad, ocurre más frecuentemente cerca del
fondo de la soldadura y es conocido como
“porosidad de raíz” (figura 9.51). Debido a la
asociación con la inestabilidad de la pileta de
soldadura, este tipo de discontinuidad se vuelve
más relevante a medida que la densidad del haz y
la velocidad de soldadura aumentan, y a medida
que el haz se concentra y a medida que se suelda
con un haz finito, delgado.
Mientras que el proceso EB es más
susceptible a las variaciones de la penetración
debido a las fuerzas dinámicas de las fuerzas de
la pileta de soldadura, las soldaduras láser son
más susceptibles las variaciones de penetración
por la reflexión variable del rayo. Esto es llamado
acoplamiento o desacoplamiento de la energía del
rayo láser. La tendencia al acoplamiento
espontáneo y al desacoplamiento depende del tipo
de láser (longitud de onda de la luz), la
reflexibilidad del material que está siendo
soldado, la densidad de energía del rayo, y la
preponderancia de una “pluma columna” de
vapor del rayo reflexivo de la zona de fusión. La
pluma columna láser puede ser mitigada por la
selección de la composición gas de protección y
el direccionamiento del flujo del gas. Altas
energías de densidad del haz van a tender a
superar este problema, pero van a acrecentar las
características de penetración variable debido al
motivo previamente mencionado.
Si el problema de la penetración
variable es compensado mediante el uso de un
poder excesivo del haz, asegurándose que aún
cuando la penetración es momentáneamente
reducida va a ser adecuada para alcanzar la
penetración total, periodos de penetración total de
la pared van a ir acompañados por la deposición
de spatter salpicaduras bajo la soldadura, que en
muchos casos puede estar en el interior del
componente. Esta se spatter salpicaduras van a
adherirse generalmente a la superficie opuesta,
pero no necesariamente. Este material alojado en
el interior de componentes de precisión para los
cuáles este proceso es especialmente aplicado,
presenta dificultades obvias.
Figura 9.52 – Falta de fusión en una sección
vertical (arriba) y horizontal (abajo) en una
soldadura por haz de electrones en una
aleación de titanio
La alta velocidad de soldadura, alta
relación penetración/ancho de la zona de fusión y
como consecuencia zonas de centro de soldadura
bien definidas y altas tasas, velocidades de
enfriamiento; son características de este tipo de
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procesos. Pero son también factores que
conducen a la fisuración en caliente a lo largo de
la zona de centro de la soldadura y en aceros, la
fisuración en frío en la ZAC.
Debido al alto vacío bajo el cual el haz de
electrones se desarrolla, y a la alta velocidad de
soldadura, la porosidad del gas puede ocurrir
porosidad gaseosa, y por eso, queda fácilmente
atrapado en la zona angosta y rápidamente
solidificable de la zona de fusión y si esto ocurre
queda facilmente atrapado en la zona angosta de
fusión y de rápida solidificación. Debido al
pequeño diámetro de la fuente de calor, ambos
procesos requieren una preparación presentación
y un acercamiento consistente preciso de las
superficies a unir. Un gap separación excesiva o
puede llevar al llenado incompleto de la junta
(figura 9.52) o a áreas localizadas en las cuales
hay más corte que soldadura. Un diámetro y
poder excesivo del haz, para el espesor de la
sección y la composición del material que está
siendo soldado, puede aumentar la acción
potencial de corte de los haces. Afortunadamente,
este tipo de defectos son fácilmente detectados
mediante una inspección visual cuidadosa.
Resumen
Las imperfecciones pueden existir tanto
en el metal de soldadura como en el metal base;
son generalmente descriptas como
discontinuidades.
Si cierto tipo de discontinuidad es del tamaño
suficiente, puede inutilizar a la estructura para
cumplir con el servicio para el que fue diseñada.
Los códigos generalmente dictan límites
admisibles para las discontinuidades. Aquellos
que sean mayores a estos límites son
denominados defectos. Los defectos son
discontinuidades que requieren algún tipo de
acción correctiva.
La severidad de la discontinuidad se basa
en un número de factores, incluyendo: donde sea
lineal o no lineal, el filo de sus extremos, y si es
abierta o cerrada a la superficie.
Las discontinuidades existen en un
número de formas diferentes, incluyendo fisuras,
fusión incompleta falta de fusión, penetración
incompleta de junta falta de penetración,
inclusiones, porosidad, socavaduras ocavación
underfill socavación de cordón (underfill),
overlap solapado, convexidad, sobre espesor de
soldadura, arc strikes cortes de arco, spatter
salpicaduras, laminación, lamellar tears
desgarramiento laminar, seams grietas de
laminación/laps pliegues de laminación y
dimensionales.
Conociendo como pueden formarse estas
discontinuidades, le inspector de soldadura puede
tener éxito en detectar estas causas y prevenir
problemas.
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TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES
Arc strike
Corte de arco: es una discontinuidad que resulta
de un arco, consiste de cualquier metal refundido
en forma localizada, metal afectado por el calor, o
un cambio en el perfil de la superficie de
cualquier objeto metálico.
Atomic hydrogen
Hidrógeno atómico: es la forma iónica del
hidrógeno conocida como H+ en oposición al
hidrógeno molecular que contiene dos átomos de
hidrógeno y es conocido como H2. Un sinónimo
para hidrógeno atómico es hidrógeno naciente.
Collet
Corona: Es la parte de una torcha que forma una
cubierta.
Convexity
Convexidad: es la distancia máxima
perpendicular desde la superficie de un filete
convexo hasta la línea que une al pie de la
soldadura.
Crack
Fisura: es un tipo de discontinuidad caracterizada
por una punta filosa y una relación alta
largo/ancho.
Crater crack
Cráter: es una fisura que se forma en la
terminación de la soldadura.
Defect
Defecto: es una discontinuidad que excede el
límite admisible de un código, es una
discontinuidad rechazable que requiere
reparación o recambio.
Delamination
Delaminación: es la separación de una laminación
bajo la acción de una tensión.
Density
Densidad: es la relación entre la masa de un
objeto y su volumen, generalmente en gramos por
centímetro cúbico; también se conoce como la
oscuridad en una placa radiográfica; las zonas
más oscuras son las de mayor densidad.
Discontinuity
Discontinuidad: es una irregularidad en el patrón
normal de un material; cualquier interrupción de
la naturaleza uniforme del material.
Inclusión
Inclusión: es un material sólido extraño que
quedó atrapado en el material, como escoria,
fundente, tungsteno u óxido.
Incomplete fusion
Falta de fusión: es una discontinuidad de la
soldadura en la cual la fusión no ocurre entre el
metal de soldadura y las superficies de fusión o
los cordones adyacentes.
Intergranular
Intergranular: se refiere al borde de grano, Una
fisura intergranular puede iniciarse y propagarse a
lo largo de los bordes de grano.
Incomplete joint penetration
Junta con penetración parcial: es una condición
de raíz de junta en una soldadura con bisel en la
que el metal soldado no se extiende a través del
espesor de la junta.
Lamellar tear
desgarramiento laminar: es una terraza
subcutánea y una fisura amesetada en el metal
base con una orientación básica paralela a la
superficie forjada causada por tensiones de
tracción en la dirección del espesor del metal base
debilitado por la presencia de inclusiones
pequeñas dispersas, aplanadas, no metálicas
paralelas a la superficie del metal.
Lamination
Laminación: es un tipo de discontinuidad con una
separación o debilidad generalmente alineada en
sentido paralelo a la superficie trabajada del
metal.
Nascent hydrogen
Hidrógeno naciente: ver hidrógeno atómico.
Overlap
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Solapado: es soldadura por fusión, es la saliente
e metal de soldadura más allá del pie de la
soldadura o raíz de soldadura.
Pipe
Rechupe: en el lingote de metal fundido, es la
porción superior central del lingote que se forma
por la contracción, y que usualmente contiene
óxidos.
Planar
Planar: que pertenece o está contenido en un
plano.
Porosity
Porosidad: es una discontinuidad formada por gas
ocluido durante la solidificación o en un depósito
de spray térmico.
Propagate
Propagación: es el crecimiento o la continuación
del crecimiento.
Protrusion
Resalte: es la proyección hacia adelante.
Radiograph
Radiografía: es una película hecha de radicación
gamma pasante a través de un objeto para
determinar la calidad de su estructura interna.
Safe ending
¿?????: Es la práctica de taladrar un pequeño
agujero en el final de cada fisura para aumentar el
radio final de la fisura y parar su propagación.
Seam/lap
Pliegue/grieta: son discontinuidades
longitudinales sobre la superficie del metal base
en productos dados.
Shielding gas
Gas de protección: es el gas usado para prevenir o
reducir la contaminación atmosférica, como así
también la del metal de soldadura fundido.
Spatter
Salpicadura: son las partículas de metal expelido
durante la fusión que no forman parte de
soldadura.
Stress risers
Concentradores de tensión: son condiciones como
entallas, fisuras o geometrías que aumentan la
tensión aplicada pro factores de 2 hasta 10.
Stringer: En metalurgia, es un óxido alargado o
una inclusión no metálica adentro del metal.
Titania
Titanio: es un óxido de titanio, un tipo de
recubrimiento para los electrodos.
Transgranular
Transgranular o intergranular: es una condición
que pasa a través de los granos del metal. Una
fisura intergranular tiene una senda a través de los
granos en contraposición a una fisura
intergranular que tiene una senda o camino a lo
largo de los bordes de grano.
Transverse
Transversal: colocado a través.
Tungsten inclusion
Inclusión de tungsteno
Undercut
Socavación: es una cavidad fundida en el metal
base adyacente al pie de la soldadura o de la raíz
de la soldadura y que queda sin llenar por el
metal de soldadura.
Underfill
Socavación de cordón: es una condición en la
cual la superficie de soldadura o superficie de la
raíz se extiende debajo la superficie adyacente del
metal base.
Weld reinforcement
Sobreespesor de soldadura: es metal de soldadura
en exceso de la cantidad requerida para llenar una
junta en la raíz o en la superficie.
Wrought
Materia prima: es el término aplicado al
conformado del metal mientras que es sólido para
formar formas, en oposición al producto fundido
que forma directamente
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 10 – Inspección Visual, otros métodos de NDE y Símbolos
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En cualquier programa efectivo de
control de calidad de soldadura, la inspección
visual provee el elemento básico para la
evaluación de las estructuras o componentes que
están siendo construidos. En términos de tener
alguna seguridad sobre la aceptabilidad de una
soldadura para el servicio pretendido, los códigos
y normas siempre van a estipular la realización
de la inspección visual como el nivel mínimo de
inspección para establecer la aceptación o el
rechazo de la soldadura. Aún cuando otros
métodos de ensayo destructivos o no destructivos
están especificados, en realidad tienen el sentido
de reforzar o suplementar la inspección visual.
Cuando nosotros consideramos los otros métodos
usados para evaluar soldaduras, pueden ser
realmente pensados como simples técnicas para
realzar visualmente, porque la evaluación final
del ensayo va a ser cumplida visualmente.
Ha sido probado en numerosas
situaciones que un programa efectivo de
inspección visual va a resultar en el
descubrimiento de la gran mayoría de los
defectos que puedan ser encontrados más tarde
usando otro método de ensayo no destructivo
más caro. Es importante destacar, de todos
modos, que es posible solamente cuando la
inspección visual es realizada antes, durante y
después de la soldadura por un inspector
entrenado y calificado. Simplemente observando
una soldadura terminada sin el beneficio de ver
las etapas previas de fabricación, se puede tener
solamente una seguridad limitada de la aptitud de
una soldadura.
La principal limitación del método de
inspección visual es que solamente va a revelar
aquellas discontinuidades que aparezcan en la
superficie. Por esto es importante para el
inspector de soldadura observar muchas de las
superficies iniciales e intermedias de la junta y
de la soldadura.
Debido a su relativa simplicidad y al
equipo reducido que es requerido, la inspección
visual es una herramienta de control de calidad
con una relación de costo muy efectiva. Esta
relación se agranda cuando la inspección visual
revela un defecto ni bine ocurre, de manera que
pueda ser corregido inmediatamente y de forma
más económica. Un ejemplo de esto puede ser el
descubrimiento de una fisura en una pasada de
raíz. Si es descubierta antes de realizar las
pasadas siguientes, la reparación es relativamente
simple comparada contra el costo que podría
llegar a tener si no es descubierta hasta que la
soldadura fue terminada. Muchas veces estos
costos adicionales implican más que
simplemente un mayor costo o una reparación
más costosa. A menudo la mayor preocupación
es el tiempo adicional requerido para realizar la
reparación. Cuando un defecto es detectado justo
después que ocurre, el tiempo que insume la
reparación es mínimo de manera que el impacto
en el cronograma de la obra es mínimo.
Mientras que la inspección visual es un
método de evaluación relativamente simple, no
se vaya a pensar que puede ser realizado por
cualquiera. La American Welding Society ha
reconocido la importancia de utilizar solamente a
aquellas personas que tengan por l o menos un
mínimo niveles de experiencia y conocimiento
para realizar la inspección visual. Para responder
a estas necesidades, el programa de Inspector
Certificado de Soldadura ha sido desarrollado
para juzgar la aptitud de una persona para una
posición como la de Inspector Certificado de
Soldadura. Cuando una persona satisface los
requerimientos de experiencia y pasa
exitosamente una serie de exámenes, él o ella es
considerado capaz de realizar efectivamente la
inspección visual de soldaduras y construcciones
soldadas.
Mientras que la inspección visual es
generalmente considerada como menos
complicada que otros métodos de ensayo no
destructivos, eso no implica que cualquiera
pueda realizar efectivamente esta operación.
Simplemente revisando las nueve secciones
precedentes, resulta evidente que quien quiera
realizar inspección visual debe tener pericia en
numerosas áreas. Lleva muchos años adquirir
experiencia y entrenamiento con todos los
aspectos de la inspección de soldadura. En
esencia, el inspector de soldadura debe estará
familiarizado con todas las técnicas usadas para
producir soldaduras como así también con todos
los métodos empleados para evaluar al producto
terminado.
Esta última sección va a tratar con l
aplicación de inspección visual de soldadura
como el elemento básico de un programa de
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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 10 – Inspección Visual, otros métodos de NDE y Símbolos
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control de calidad, y va a cubrir aquellas técnicas
adicionales de NDE que complementan
efectivamente la inspección visual. Dentro de los
límites de esta presentación, va a ser imposible
describir precisamente las responsabilidades de
cada inspector de soldadura en cada industria.
Cada situación individual va a estar asociada con
las prácticas y procedimientos particulares que
no se van a aplicar a alguna otra situación. De
cualquier modo, esta discusión va a intentar
describir en términos generales, muchas de las
responsabilidades en las cuales pueda verse
involucrado el inspector de soldadura. De
manera que, en esencia, la información incluida
va a servir para resumir como cada uno de los
elementos discutidos en las nueve secciones
precedentes van a ser aplicados por el inspector
de soldadura durante la realización de sus tareas
diarias.
INSPECCIÓN VISUAL (VT) Dado que las responsabilidades del
inspector de soldadura pueden hacerse extensivas
a todas las etapas de fabricación de un producto,
una ayuda útil es una lista de chequeo de
inspección. Este documento va a ayudar al
inspector de soldadura a organizar el esfuerzo de
inspección y a asegurar que cada tarea específica
sea realizada. Un ejemplo de esta lista se muestra
en la figura 10.1.
Además, van a ser revisadas varias de
las herramientas usadas por el inspector de
soldadura. Mientras que el método de inspección
visual se caracteriza por requerir un mínimo de
herramientas, hay ciertos dispositivos que
pueden ayudar al inspector de soldadura a
realizar más efectiva y fácilmente sus tareas. La
figura 10.2 muestra algunas de estas
herramientas que pueden ser usadas por el
inspector de soldadura para ayudarse en la
evaluación de soldaduras y construcciones
soldadas.
Ha sido mencionado que la única
manera en que la inspección visual pueda
considerarse efectiva para evaluar la calidad de
las soldaduras es cuando sea aplicada en cada
etapa del proceso de fabricación. A menos que
haya un proceso en marcha, ciertas
discontinuidades pueden pasar desapercibidas.
Yendo más allá, la razón principal para realizar
la inspección en forma continua es descubrir los
problemas ni bien aparecen de forma que puedan
ser corregidos de la manera más eficiente. Por
esto, la discusión sobre las tareas de inspección
visual del inspector de soldadura va a ser tratada
en términos de aquellas tareas realizadas antes,
durante y después de la soldadura. Antes de la Soldadura
– Revisar la Documentación Aplicable – Verificar los procedimientos de soldadura – Verificar las calificaciones de cada soldador – Establecer los puntos de espera – Desarrollar el plan de inspección – Desarrollar el plan para los registros de
inspección y el mantenimiento de esos registros
– Desarrollar el sistema de identificación de rechazos
– Verificar el estado del equipo de soldadura – Verificar la calidad y el estado del metal base
y los materiales de aporte a ser usados – Verificar los preparativos para la soldadura – Verificar la presentación de la junta – Verificar la limpieza de la junta – Verificar precalentamiento si se requiere
Durante la Soldadura – Verificar que las variables de soldadura estén
de acuerdo con el procedimiento de soldadura
– Verificar la calidad de cada pasada de soldadura
– Verificar la limpieza entre pasadas – Verificar la temperatura entre pasadas – Verificar la secuencia y ubicación de las
pasadas de soldadura individuales – Verificar las superficies repeladas – Si se requiere, verificar los ensayos NDE
durante el proceso
Después de la Soldadura – Verificar el aspecto final de la soldadura
terminada – Verificar el tamaño de la soldadura – Verificar la longitud de la soldadura – Verificar la precisión dimensional del
componente soldado – Si se requiere, verificar los ensayos NDE
adicionales – Si se requiere verificar el tratamiento térmico
posterior a la soldadura
– Preparar los reportes de inspección Figura 10.1 – Ejemplo de Lista de
Verificación de Inspección de Soldadura
Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 10 – Inspección Visual, otros métodos de NDE y Símbolos
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Figura 10.2 – Herramientas de Inspección
Visual En algunos casos, las responsabilidades
del inspector de soldadura, previas al comienzo
de la soldadura pueden ser las más importantes.
Puede decirse al menos que este aspecto del
trabajo de inspección se realice
satisfactoriamente, luego se podrán encontrar
problemas en el proceso de fabricación. Muchas
de estas tareas se aplican a la organización de la
inspección que va a seguir, incluyendo la
familiarización con los requerimientos de
soldadura, determinando cuando las inspecciones
van a ser realizadas y desarrollando sistemas
para reportar y mantener la información de
inspección.
Una de las primeras tareas del inspector
de soldadura en el comienzo de un nuevo trabajo
es revisar toda la documentación referida a la
soldadura que va a ser realizada. Algunos de los
documentos que pueden ser revisados incluyen
planos, códigos, especificaciones,
procedimientos, etc. Estos documentos contienen
información que es muy valiosa para el inspector
de soldadura. En esencia, describen qué, cuándo,
dónde y cómo la inspección tendrá que ser
realizada. Por esto proveen las reglas de base
para todas las inspecciones que sigan. Esto va a
ayudar al inspector de soldadura a planear como
proceder en evaluar la soldadura para asegurar
que cumple con los requerimientos del trabajo.
Parte de la información obtenida
de la revisión de estos documentos se refiere a
los materiales a ser empleados para la
fabricación soldada. Dependiendo del tipo de
material especificado, puede haber
requerimientos especiales para su fabricación.
Por ejemplo, si se especifica un acero templado y
revenido, generalmente implica la necesidad de
un control del calor aportado. Por eso, va a ser
requerido que el inspector de soldadura
monitoree la soldadura con esto en mente.
Otro paso preliminar referido a los
materiales a ser usados es chequear donde
existan o no procedimientos de soldadura que
cubran la soldadura requerida. El inspector de
soldadura debe chequear si los procedimientos
calificados de soldadura cubren adecuadamente
los tipos de materiales a ser soldados teniendo en
cuenta el o los procesos a utilizar, el tipo de
metal de aporte, posición, etc. Si algún aspecto
de la futura fabricación no está adecuadamente
soportado por los procedimientos existentes,
deben desarrollarse y calificarse nuevos
procedimientos de acuerdo con el código
aplicable. El inspector de soldadura también
debe ser responsable por el monitoreo, ensayo,
evaluación y registro de las calificaciones de los
procedimientos.
Una vez que todos los procedimientos
apropiados de soldadura hayan sido calificados,
es luego necesario revisar las certificaciones de
los soldadores para asegurara que se consideren
como calificados y certificados para realizar la
soldadura de producción de acuerdo con los
procedimientos aprobados de soldadura. Algunas
de las limitaciones específicas referidas a la
calificación de un soldador pueden ser los
materiales a ser soldados, el proceso, la posición,
la técnica, la configuración de la junta, etc.
Aquellos soldadores que no tengan la
calificación y certificación apropiada deben ser
examinados para asegurar que son capaces de
realizar soldadura de producción de acuerdo con
los procedimientos aplicables.
A menudo es útil para el inspector de
soldadura si hay una lista de todos los soldadores
para producción que muestre para que
procedimientos están calificados. Más aún,
algunos códigos requieren que los soldadores
identifiquen permanentemente todas las
soldaduras de producción que hayan realizado.
En este caso, puede haber una lista que muestre
el cuño de cada soldador. También puede haber
un requerimiento del código referido al periodo
de validez de la calificación de un soldador. En
estos casos, debe mantenerse y estar disponible
un listado con períodos de validez para que el
inspector de soldadura pueda revisar si un
soldador tiene un procedimiento en particular
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dentro de un período especificado de tiempo. Si
no fuera así, el soldador necesita ser recalificado.
Una vez que el inspector ha revisado
los documentos apropiados referidos al trabajo
específico de inspección, él o ella pueden
establecer puntos de espera. Éstos son
simplemente pasos preseleccionados en la
secuencia de fabricación donde el trabajo debe
pararse hasta que el inspector revise el trabajo
hasta ese punto. La producción no puede
continuar hasta que el inspector de soldadura
haya aprobado el trabajo hasta ese punto de la
operación. Esto permite que el trabajo sea
aprobado paso a paso en lugar de esperar hasta
que toda la estructura esté terminada. De esta
manera, los problemas pueden ser localizados y
corregidos sin alterar demasiado el cronograma
de producción. Esto también reduce la
posibilidad de que algún defecto menor que
suceda durante alguna de las primeras
operaciones resulte en un defecto mayor en las
etapas posteriores.
Otro paso preliminar importante para el
inspector de soldadura es desarrollar un plan para
realizar las inspecciones y registrar y mantener
los resultados. A medida que vaya adquiriendo
experiencia, el inspector de soldadura va a tener
noción de cuán importante es esto. El inspector
debe saber cuando una tarea particular de
inspección debe ser realizada y de qué forma.
Debe haber un plan de manera que no quede
ningún aspecto importante de la fabricación sin
inspeccionar. En general, el inspector puede
basar este sistema en las etapas básicas del
proceso de fabricación, de manera que el plan de
inspección simplemente tome el cronograma de
producción como guía para cuando se deba
realizar una etapa particular de inspección.
Una vez que la inspección haya sido
realizada, debe haber sido establecido un sistema
adecuado para registrar los resultados de la
inspección. Este sistema puede incluir
provisiones para el tipo y contenido de los
reportes, la distribución de los mismos, como así
también algún método lógico de almacenarlos y
mantenerlos de forma tal que alguien
familiarizado con el trabajo pueda revisarlos.
Básicamente, los informes y el sistema
desarrollado para registrar esos informes deben
ser lo más simples posible y proveer información
adecuada y comprensible para todo el personal
involucrado en alguna futura revisión.
Otro tema relacionado consiste de la
identificación y tratamiento de los rechazos. Al
comienzo de cada trabajo, el inspector de
soldadura debe establecer algún sistema sobre el
cual una soldadura rechazada pueda ser reportada
e identificada. Este sistema debe incluir y prever
la forma de marcar la posición de un rechazo de
manera que el personal de producción entienda la
naturaleza y posición del defecto para permitirle
ubicar fácilmente el problema existente y
repararlo. También debe establecerse alguna
convención que tenga en cuenta la manera de
reportar ese rechazo de forma que todas las
personas involucradas conozcan la existencia del
defecto y deba ser corregido. La marca usada
para indicar la presencia y ubicación del defecto
debe ser de un color único de manera que sea
claramente visible y descriptiva para el personal
de control de calidad y de producción. Por
último, el sistema debe describir como la
reinspección después de la reparación va a ser
iniciada y realizada. Una vez realizada, el
método de reporte de los resultados debe
establecerse de manera que el informe de rechazo
original sea acompañado por el informe de
aceptación posterior.
La condición del equipo de soldadura a
ser usado también va a tener un efecto sobre al
calidad de la soldadura resultante. Como
consecuencia de esto, el inspector de soldadura
debe hacer algún intento de evaluar la
performance y condición del equipamiento. Esto
incluye la fuente de poder del equipo, el equipo
de alimentación del alambre, los cables de masa,
las pinzas o grampas, los dispositivos de
almacenamiento de fundente y alambre, las
mangueras del gas de protección y accesorios,
etc. Cuando se evalúan las fuentes de poder, debe
chequearse la precisión de los instrumentos
utilizando un voltímetro y amperímetro, de
manera que los parámetros de soldadura puedan
ser determinados precisamente durante la
soldadura de producción. Debido a las
imprecisiones inherentes a algunos de estos
instrumentos, este puede ser un paso importante
para evitar problemas posteriores en la
soldadura.
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Una vez que todas estas tareas hayan
sido realizadas, es tiempo de realizar una
inspección previa a la soldadura de los materiales
y sus configuraciones. Uno de estos pasos es
evaluar la calidad de los materiales base y de los
materiales de aporte. Si existen problemas en
algunos de estos ítems, seguramente van a
generar problemas durante el proceso posterior
de fabricación. Si no es descubierto con
suficiente anticipación, un problema de
materiales puede ser extremadamente costoso
cuando uno considera los costos asociados con la
aplicación de etapas adicionales de fabricación.
Por eso, es muy importante que estos problemas
sean encontrados antes de que una gran cantidad
de tiempo y materiales sean aplicados. Un
ejemplo puede ser la presencia de laminación en
un componente estructural. Si no es descubierto
antes de ser cortado, taladrado, punching y
soldado; el costo de estas operaciones
generalmente no puede ser recuperado. El
proveedor puede tener que reponer simplemente
el componente defectuoso, y la fabricación
comienza nuevamente desde el principio.
La inspección de los materiales base va
a variar desde una simple inspección visual de la
superficie del metal base hasta una combinación
de varios ensayos no destructivos para evaluar la
calidad de la superficie y de la sub superficie del
material. La criticidad de la estructura o del
componente va a decidir la extensión y el grado
de inspección requerido.
La inspección de los materiales de
aporte es también muy importante. La humedad o
la contaminación presente en el fundente o en la
superficie del electrodo pueden ocasionar serios
problemas de calidad en la soldadura. Por
ejemplo, si son requeridos electrodos de bajo
hidrógeno, y no son protegidos adecuadamente
de la atmósfera; pueden resultar problemas como
fisuras bajo cordón y porosidad. Por esto, el
inspector de soldadura debe estar atento de como
van a ser almacenados y manipulados para
prevenir la incorporación de humedad o
contaminación.
Después de la inspección de todos los
materiales a ser usados, el próximo paso es
evaluar la calidad y la precisión de las
preparaciones de las juntas. En el caso de
soldaduras con bisel, los ítems como el ángulo de
bisel, profundidad de chaflán, dimensión del
talón y radio de bisel (para biseles en J y en U)
deben ser inspeccionados visualmente. Esta
inspección puede requerir el uso de herramientas
adicionales como reglas, cinta métrica, o calibres
para medir los ángulos y radios de bisel.
Ejemplos de estas herramientas de medición son
mostrados en la Figura 10.3.
Figura 10.3 – Dispositivos Típicos de
Medición Después que las preparaciones de las
juntas hayan sido revisadas y aprobadas, el
inspector de soldadura debe evaluar la
presentación de la junta de soldadura. Esto es, él
o ella deben revisar la alineación y la posición
relativa de los dos componentes a ser soldados.
Si durante esta etapa la precisión dimensional del
componente o estructura no es la adecuada, es
poco probable que después de soldada la
situación mejore. Los ítems a ser revisados
durante esta fase incluyen la abertura de raíz, la
alineación angular, la alineación planar (alta-baja
(high-low)), el ángulo de bisel, etc. En los casos
donde sea esperada cierta distorsión, puede haber
una dimensión inicial especificada con la idea de
que la desalineación inicial vaya a ser corregida
por la distorsión resultante de la soldadura.
Dispositivos como aquellos usados para
la evaluación de la preparación de junta pueden
ser también usados durante esta parte del proceso
de inspección. En algunas instancias, también
puede ser de ayuda el uso de galgas o patrones
especialmente hechos para revisar los aspectos
dimensionales cuando la configuración es común
para un trabajo particular, o la forma va a ser
repetida varias veces.
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Figura 10.4 – Predoblado y Presentación
Previa para Permitir la Distorsión
Figura 10.5 – Soldadura de Filete en
Junta en T con abertura La precisión de la presentación de la
junta va a tener un efecto sobre las dimensiones
finales de la soldadura. Además, variaciones en
la presentación pueden tener una influencia
directa en la calidad resultante de la soldadura.
Por ejemplo, si el ángulo de bisel o la abertura de
raíz son insuficientes, el soldador puede no ser
capaz de fusionar adecuadamente el metal de
soldadura a la superficie de bisel. Un ángulo de
bisel o una abertura de raíz excesiva requieren
una mayor cantidad de soldadura, lo que puede
resultar en una distorsión excesiva. En el caso de
una soldadura de filete, si la abertura de raíz está
presente, la deposición de la soldadura del
tamaño especificado va a producir una garganta
efectiva menor que la garganta teórica requerida
por el diseñador. Esto es ilustrado en la figura
10.5.
Figura 10.6 – Algunos Crayones
Indicadores de Temperatura Típicos En un caso como este, el tamaño actual
de la soldadura debe ser incrementado por la
cantidad de la abertura de raíz que está presente
para proveer la sección transversal necesaria. Por
esto, el inspector de soldadura debe notificar
cualquier abertura de raíz que está presente
durante la presentación de cualquier filete de
manera que las soldaduras resultantes puedan ser
precisamente dimensionadas cuando se
completen.
Si cualquier dispositivo, o perno de
fijación es usado, el inspector de soldadura debe
revisarlo para asegurar que proveen la alineación
adecuada y tienen la resistencia suficiente para
mantener la alineación durante la operación de
soldadura. Si se puntea para ayudar en la
alineación, éstas deben ser inspeccionadas para
asegurase que no son defectuosas. Una puntada
con fisuras debe ser removida y redepositada
antes de la soldadura final; en caso de que no se
corrija, la fisura va a permanecer y posiblemente
crezca, pudiendo producir una situación que va a
requerir una mayor esfuerzo de reparación si no
se descubre a tiempo.
Es importante también que el inspector
de soldadura revise cuidadosamente la limpieza
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de la zona de soldadura durante la inspección de
la presentación de la junta de soldadura. La
presencia de contaminantes y humedad pueden
afectar significativamente la calidad de la
soldadura resultante. Cosas como humedad,
aceite, grasa, pintura, herrumbre, escama de
laminación, galvanizado, etc. pueden introducir
niveles de contaminación que no van a ser
tolerados por el proceso de soldadura. El
resultado de esto puede ser la presencia de poros,
fisuras o falta de fusión en la soldadura
terminada.
Uno de los últimos aspectos que debe
ser chequeado antes de comenzar a soldar es el
precalentamiento, cuando sea requerido. El
procedimiento de soldadura va a indicar los
requerimientos para el precalentamiento, y puede
estar definido por un máximo o un mínimo o
ambos. El precalentamiento especificado debe
ser revisado ligeramente lejos de la junta a soldar
en lugar de en la cara del bisel. En realidad, todo
el metal base dentro de una distancia igual al
espesor de los componentes, pero no menor a 3
pulgadas debe ser llevado a la temperatura
apropiada de precalentamiento. Esta temperatura
puede ser revisada usando una variedad de
métodos, incluyendo crayones indicadores de
temperatura, pirómetros de superficie,
termocuplas o termómetros superficiales.
Ejemplos de algunos crayones indicadores de
temperatura son mostrados en la figura l0.6.
Para continuar con el control de calidad
de la soldadura de producción, el inspector de
soladura también tiene que revisar muchas cosas
mientras se realiza la soldadura. Como en el caso
de las inspecciones realizadas antes de soldar,
estos chequeos pueden con suerte detectar
problemas cuando ocurren de manera que puedan
ser más fácilmente corregidos. Durante esta fase
del proceso de fabricación, el conocimiento del
inspector en soldadura va a ser extremadamente
beneficioso, dado que parte de la inspección va a
involucrar la técnica de soldar como así también
la calidad resultante de la soldadura. Es aceptado
que no es realista pensar que el inspector de
soldadura puede observar la deposición de cada
una de las pasadas de soldadura. Por esto, el
inspector de soldadura experimentado debe estar
habilitado para elegir aquellos aspectos de la
secuencia de soldadura que son considerados lo
suficientemente críticos para requerir su
presencia.
El inspector de soldadura debe basar la
inspección en el procedimiento de soldadura
cuando realiza la inspección durante la
soldadura. Este documento va a especificar todos
aquellos aspectos importantes de la operación de
soldadura, incluyendo el proceso de soldadura,
materiales, la técnica específica, el
precalentamiento y la temperatura entre pasadas,
más alguna información adicional que describa
como la soldadura de producción debe ser
realizada.
Por eso, el trabajo del inspector de
soldadura va a consistir esencialmente de
monitorear la soldadura de producción para
asegura que está siendo llevada a cabo de
acuerdo con el procedimiento apropiado. Esto
también implica que cualquier problema con el
procedimiento puede ser descubierto y corregido
de manera que sean producidas soldaduras de
calidad.
Una de las partes de la inspección de
soladura que ocurren durante la soldadura es la
inspección visual de las pasadas de soldadura a
medida que son depositadas. A esta altura,
cualquier discontinuidad superficial puede ser
detectada y corregida, si es necesario. También
es importante destacar que cualquier
irregularidad en el perfil de soldadura puede
perjudicar la soldadura posterior. Un ejemplo de
esto es la situación que puede ocurrir durante la
soldadura de una soldadura con bisel con pasadas
múltiples. Si una de las pasadas intermedias es
depositada de manera que exhiba un perfil muy
convexo que genere una entalla en el talón, esta
configuración puede impedir que la pasada
subsiguiente funda apropiadamente en ese lugar.
Si es advertido por el inspector de soldadura,
puede pedir que amolen esa parte para asegurar
que se pueda obtener una fusión completa.
Revisar la calidad en el proceso es
especialmente crítico en el caso de la pasada de
raíz. En la mayoría de las situaciones, esta
porción de la sección transversal de la soldadura
representa la condición más difícil para soldar,
especialmente en el caso de una configuración
con abertura de raíz. Bajo condiciones de mucho
embridamiento, las tensiones de dilatación de la
soldadura pueden ser suficientes para fracturar la
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pasada de raíz si no es lo suficientemente grande
para resistir esas tensiones. El inspector de
soldadura debe estar atento a esos problemas y
revisar cuidadosamente la pasada de raíz antes de
que se siga soldando de manera que toda
irregularidad pueda ser encontrada y corregida a
medida que ocurre.
Otro aspecto que debe ser evaluado
durante la operación de soldadura se refiere a la
limpieza entre pasadas. Si el soldador falla en
limpiar cuidadosamente la soldadura depositada
entre pasadas, existe una gran posibilidad de que
ocurran inclusiones de escoria o falta de fusión.
Esto es especialmente crítico cuando se usa un
proceso con fundente para protección. De todos
modos, una limpieza entre pasadas cuidadosa es
todavía recomendada para aquellos procesos que
usen gas de protección. Una limpieza adecuada
puede ser obstaculizada cuando el cordón
depositado exhiba un perfil convexo que no
permita el acceso a la escoria. Como se indica
arriba, puede ser necesario realizar un amolado
adicional para remover un perfil objetable y
facilitar una limpieza adecuada.
La limpieza entre pasadas de soldadura
puede ser realizada mediante cualquier método
que logre resultados apropiados, incluyendo el
uso de herramientas tales como piqueta, piqueta
neumática, amoladoras, cepillos, cepillos de
circulares. Cuando se usan algunas de estas
herramientas en materiales más blandos, es
importante que la acción no sea tan agresiva que
la soldadura sea dañada o fisurada. También es
posible que durante las operaciones de limpieza
se deforme el material en tal forma que las
discontinuidades existentes sean enmascaradas y
permanezcan sin ser detectadas. Deben tomarse
precauciones para prevenir la deformación del
metal base adyacente a la soldadura. Si una
soldadura requiere un tratamiento muy enérgico
para remover la escoria, es muy posible que el
problema real esté asociado con el proceso de
soldadura o la técnica.
Para aquellos procedimientos de
soldadura que requieren control de temperatura
entre pasadas, el inspector de soldadura necesita
registrar este aspecto. Así como con el
precalentamiento, la temperatura entre pasadas
puede ser especificada como un máximo o un
mínimo o ambos. La temperatura entre pasadas
debe ser medida también sobre la superficie del
metal base cerca de la zona de fusión y no sobre
la junta misma. La figura 10.7 muestra un
pirómetro digital que es muy efectivo para medir
las temperaturas entre pasadas.
Figura 10.7 – Pirómetro Digital para la
Medición de Temperatura
Figura 10.8 – Ubicación de las Pasadas
de Raíz Durante el proceso de soldadura, el
inspector de soladura puede chequeras la
posición de cada pasada de soldadura para
soldadura s de pasadas múltiples. La posición
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inadecuada de una pasada puede hacer que la
deposición de las pasadas siguientes sea más
difícil o imposible. Figura 10.8 muestra un
ejemplo de como la posición incorrecta de una
pasada de raíz hace que sea muy difícil la
deposición correcta de metal de la próxima
pasada.
Mirando al figura 10.8(a), usted puede
imaginar que va ser muy difícil depositar en una
segunda pasada y obtener una fusión adecuada en
la pequeña abertura que queda entre la primer
pasada y la cara del bisel. Para corregir este
problema, el inspector de soldadura puede
pedirle al soldador que amole para abrir un poco
la separación, como se muestra en la figura 10.8
(b). Por supuesto, la posición apropiada de la raíz
de este cordón debe haber sido fundiendo ambos
componentes de la junta con un solo cordón.
La figura 10.9 muestra el método
correcto y el incorrecto para la colocación de las
pasadas en una soldadura de filete múltipasadas.
En la figura 10.9(a), la pasada inicial solamente
funde a uno de los componentes y deja una
pequeña separación en la raíz de la junta. La
segunda pasada no puede fundir adecuadamente
esta área. La figura 10.9 (b) muestra el camino
apropiado para colocar las dos pasadas.
Figura 10.9 – Ubicación de los Cordones
Para Soldadura de Filete Multipasadas en
un Junta T
Además de revisar la posición de las
pasadas de soldadura, el inspector de soladura
también puede ser invitado a observar la
secuencia y colocación de cada segmento de
soldadura. Esto generalmente es una gran
preocupación en aquellas situaciones en las que
puede resultar una gran distorsión por demasiada
soldadura en el área. Este secuenciado puede
requerir que el soldador deposite primero las
pasadas de un lado de la junta y después moverse
para el lado opuesto para reducir el valor de la
distorsión angular que puede resultar por soldar
de un lado solamente. Figura 10.10 ilustra esta
técnica en una soldadura de bisel en X. La figura
10.11 muestra como una soldadura de filete
doble debe ser secuenciada para reducir la
distorsión.
Figura 10.10 – Secuencia de Soldadura
en una Soldadura con Bisel en X
Figura 10.11 – Secuencia de Soldadura
en una Soldadura en Junta en T con dos
Filetes En algunos casos, el método usado para
reducir la distorsión es depositar cada pasada de
soldadura utilizando la técnica del paso
peregrino. Con este método, la dirección del
avance para cada pasada individual es opuesta al
sentido de avance general de la soldadura a lo
largo del eje de soldadura. Por eso cada pasada
de soldadura empieza adelante de la pasada
previa y avanza hacia ella. Esto es ilustrado en la
figura l0.12.
Cuando son diseñadas soldaduras con
bisel y penetración total para ser soldadas de
ambos lados, debe haber algún método de repelar
la soldadura de raíz del primer lado, antes de
soldar desde el segundo lado. El inspector de
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soldadura debe inspeccionar la superficie
repelada antes de que suelden desde el segundo
lado. Si esto no se hace, existe la posibilidad de
que las inclusiones de escoria u otras
discontinuidades no sean removidas y pueden ser
incluidas en la soldadura terminada. El inspector
de soldadura no solamente debe asegurarse de
que todas las discontinuidades sean removidas
por el repelado de raíz, sino también de que la
que configuración de la superficie que queda
luego del amolado sea adecuada para asegurarse
que la abertura es la suficiente para permitir la
deposición exitosa de las pasadas adicionales.
Los problemas que ocurren durante esta etapa
pueden ser fácilmente corregidos en esta
operación comparado con lo difícil que resulta
una vez que la soldadura está terminada.
Figura 10.12 – Técnica de Paso Peregrino
Mientras que la mayoría de estos ítems
monitoreados durante la soldadura son
responsabilidad del soldador, todavía es
importante que el inspector de soldadura revise
para asegurar que el soldador entiende los
requerimientos de la soldadura y sigue las
instrucciones adecuadamente. El inspector de
soldadura generalmente tiene un mejor
entendimiento de la calidad total esperada de la
soldadura, por eso, él o ella pueden enfocar más
fácilmente los problemas e iniciar las acciones
correctivas.
Una vez que ha sido completada una
soldadura, el inspector de soldadura debe
examinar el producto terminado para asegurar
que todos los pasos fueron realizados
exitosamente para producir una soldadura de
calidad. Si todos los pasos preliminares han sido
realizados como fue requerido, la inspección post
soldadura va a simplemente confirmar que la
soldadura es de suficiente calidad. De todos
modos, los códigos especifican los atributos
requeridos de la soldadura terminada, de manera
que el inspector de soldadura debe examinar
visualmente para determinar si esos
requerimientos han sido alcanzados.
En general, la inspección visual luego
de la soldadura consiste de la observación de la
apariencia de la soldadura terminada. Este
examen visual va a detectar discontinuidades
superficiales en el metal base y en el metal de
soldadura. Durante esta etapa de la inspección de
soldadura es de especial importancia la
evaluación del perfil de la soldadura.
Irregularidades superficiales filosas o agudas
pueden provocar fallas prematuras del
componente en servicio. Estos aspectos visuales
son evaluados de acuerdo con el código aplicable
que va a describir el valor permisible de un cierto
tipo de discontinuidad.
La medición de la soldadura para
determinar si su tamaño es correcto de acuerdo a
la especificación del plano, está incluida en la
inspección visual. Para una soldadura con bisel,
usted está principalmente preocupado si el bisel
de soldadura está lleno a ras con las superficies
del metal base sin un sobreespesor excesivo.
Cualquier socavación debe ser corregida
depositando más metal de soldadura.
En el caso de soldaduras de filete, la
determinación del tamaño es normalmente
realizada con la ayuda de galgas para soldadura
de filete. Hay numerosos tipos de galgas para
soldadura de filete que pueden ser usadas,
incluyendo galgas y patrones que son
especialmente hechas para usar en una
configuración particular de soldadura de filete.
También hay varios tipos de galgas para
soldaduras de filete que son manufacturadas para
usar en la medición de soldaduras de filete
generales.
Un tipo de galga de soldadura de filete
consiste en series de chapas patrones metálicas
que fueron mecanizadas para producir dos tipos
diferentes de figura. Los patrones individuales se
seleccionan en base a la soldadura de filete
requerida. El inspector de soldadura solo
selecciona la galga del tamaño apropiado y
compara el tamaño de la soldadura existente con
esa galga.
Debido a que las soldaduras de filete
son diseñadas con dimensiones nominales, debe
haber una tolerancia real aplicada a esta medida.
Dado que las medidas de galgas disponibles
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comercialmente están graduadas en incrementos
de 1/16 de pulgada, parecería razonable medir
los tamaños de las soldaduras de filete al 1/32 de
pulgada más cercano. Las condiciones que
garantizan esta aproximación incluyen dificultad
en posicionar correctamente la vista para mirar la
galga, el hecho de que los tamaños de soldadura
no pueden ser pensados en términos de la
precisión de un mecanizado, la imprecisión de
las galgas, las irregularidades superficiales del
metal base y del metal de soldadura y la
dificultad en determinar la posición exacta del
pie de una soldadura de filete convexa. La figura
10.13 ilustra el tipo de galga patrón que es usada
para medir una soldadura de filete; este es el tipo
de galga usada en el examen práctico del CWI.
Figura 10.13 – Uso de una Galga Tipo
Patrón para Filete Cuando se mide una soldadura de
filete, el tamaño de la soldadura de filete es
determinado por el tamaño del triángulo
rectángulo isósceles más grande que pueda ser
totalmente contenido dentro de la sección
transversal de la soldadura. Por eso, para un
perfil convexo, las dimensiones del cateto y del
tamaño son las mismas. De todos modos, una
soldadura de filete que muestra un perfil cóncavo
va ser dimensionado basándose en la dimensión
de la garganta. Por eso, el inspector de soldadura
debe primero decidir que apariencia tiene el
perfil de la soldadura de filete; cóncavo o
convexo. Si no es fácilmente apreciable, deben
medirse ambas dimensiones (el cateto y la
garganta) con los patrones para asegurarse que el
tamaño de la soldadura es suficiente. En el caso
de soldaduras de filete con catetos desiguales, el
tamaño de soldadura va a ser el del cateto menor
de los dos.
Como se mencionó arriba, cuando se
usan galgas tipo patrones metálicos, serán usadas
las dos formas de la galga dependiendo de donde
el perfil del filete es convexo o cóncavo. Una vez
que el inspector de soldadura decide que perfil
está presente, él o ella eligen la forma del patrón
que está especificada para esa soldadura. Si la
soldadura es convexa, la forma apropiada de la
galga va a medir el cateto, Igualmente, para el
perfil de una soldadura de filete cóncavo, la
forma apropiada de la galga va a medir la
garganta existente. Sin tener en cuenta la forma
del patrón, el tamaño indicado va a estar referido
al tamaño requerido del triángulo teórico
inscripto en la sección transversal del filete
existente. El uso de este tipo de galga para
soldadura de filete es mostrado en la figura 10.14
para varias configuraciones de soldaduras de
filete.
Cuando una soldadura ha sido medida
para determinar si tiente el tamaño suficiente, el
inspector luego debe evaluar su longitud para
asegurar que ha sido depositado una cantidad
suficiente de metal de soldadura para satisfacer
los requerimientos que figuran en el plano. Esto
es de especial importancia donde soldaduras de
filete discontinuas hayan sido especificadas.
Aquí cada segmento debe ser medido como así
también la distancia entre centros o el paso. Para
soldaduras de filete continuas o soldaduras con
bisel, solamente son consideradas de longitud
suficiente si llenan la sección transversal de
acuerdo al requerimiento a lo largo de toda la
longitud del componente más pequeño a unir.
Otras mediciones son requeridas para
evaluar la precisión dimensional general de la
construcción soldada. Esto es importante debido
a que las tensiones de contracción que genera la
soldadura pueden causar cambios en las
dimensiones de las partes. Por ejemplo, una
soldadura depositada alrededor del exterior de un
agujero taladrado va a causar probablemente una
distorsión en el diámetro de ese agujero,
necesitando un mecanizado posterior para llevar
al agujero a la medida correcta. Parte de esta
evaluación visual va a ser determinar si resultó
alguna distorsión luego de la soldadura. El calor
localizado generado durante la soldadura puede
provocar la distorsión o la desalineación de los
componentes respecto de las otras partes del
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conjunto soldado. Estas mediciones van a
determinar si la cantidad de distorsión presente
es suficiente para rechazar el componente.
Figura 10.14 – Métodos para la Medición del Tamaño del Filete Algunas soldaduras también deben ser
evaluadas usando otros métodos de ensayos no
destructivos además de la inspección visual.
Usted también puede realizar estos ensayos si
está certificado en la técnica requerida, o puede
ser realizado por un especialista en ensayos
NDE. Si otra persona realiza el ensayo, usted
puede ser requerido para observar esta operación.
Tal vez, usted solamente esté involucrado en la
revisión de los registros de los ensayos del
personal certificado y del reporte de inspección,
que es creado para asegurar que los hallazgos
están de acuerdo con la norma o el código
aplicable. Usted también puede ser responsable
por el mantenimiento de esos registros.
También puede haber requerimientos
referidos al tratamiento de alivio de tensiones
post soldadura o a otros tratamientos térmicos
que son especificados para modificar las
propiedades de la construcción soldada que
presenta soldadura sin tratamiento posterior a la
soldadura. El inspector de soldadura puede ser
responsable por la observación de estos
tratamientos térmicos. También si, además, los
tratamientos deben ser realizados de acuerdo con
los requerimientos de algún código o
procedimiento.
Una vez que todos estos pasos de la
inspección visual hayan sido completados, deben
crearse informes para explicar todos los aspectos
de las evaluaciones que fueron realizadas. Estos
informes deben especificar distintos aspectos de
la inspección como cuando fue inspeccionado,
quién realizó la inspección, el criterio de
aceptación aplicado y los resultados de la
inspección. Como se mencionó antes, estos
informes deben ser lo más simples y legibles
como sea posible mientras que provean
suficiente información de manera que otros
puedan entender que fue hecho y que se
encontró.
Como ya ha sido discutido, la
inspecciono visual comprende los elementos
básicos de cualquier programa de control de
calidad. Aunque simple, este método es capaz de
encontrar la mayoría de las discontinuidades que
resultan de la soldadura. De todos modos, la
inspección de soldadura está limitada al
descubrimiento de irregularidades superficiales.
Por esto, debe ser realizada en todas las etapas
del proceso de fabricación para proveer una
cobertura adecuada. En general, hay ciertas
responsabilidades del inspector de soldadura que
deben ser realizadas antes, durante y después de
la soldadura. Cuando está correctamente
realizada, la inspección visual permite detectar
problemas cuando ocurren, lo que posibilita
reducir en gran medida los costos asociados con
la corrección de estos defectos. Con este soporte
en inspección visual, debemos mirar ahora la
siguiente fase de la inspección de soldadura.
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (NDT) Uno de los propósitos de un control de
calidad efectivo es determinar la conveniencia de
un metal base dado o soldadura para cumplir con
el servicio para el cual fue construido. Una
manera de juzgar esta conveniencia es someter al
metal base o al metal de soldadura a ensayos
destructivos que pueden proveer información
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acerca de la performance del objeto a ensayar. La
mayor desventaja de este enfoque es, como el
nombre lo indica, que el objeto es destruido en el
ensayo. Por esto, un número de ensayos han sido
desarrollados para proveer una indicación de la
aceptabilidad del objeto a ensayar sin que éste se
vuelva inutilizable para el servicio.
Todos éstos son conocidos como
“ensayos no destructivos”, porque permiten una
evaluación no destructiva del metal o del
componente. Además, los ensayos destructivos
de un porcentaje dado de piezas pueden ser caros
y asumen que las piezas no ensayadas son de la
misma calidad que las ensayadas. Los ensayos no
destructivos, alcanzan indirectamente resultados
aún válidos, dejando la pieza o componente sin
cambios y lista para ser colocada en servicio si
fuera aceptable.
Como se mencionó arriba, hay
numerosos ensayos no destructivos usados para
evaluar los metales base a ser unidos como así
también las soldaduras. Serán discutidos los
métodos más comunes de ensayo, mostrando sus
ventajas, limitaciones y aplicaciones. De todos
modos todos estos métodos de ensayo comparten
algunos elementos en común. Estos elementos
esenciales son:
1. Una fuente de energía o medio de prueba
2. Una discontinuidad debe provocar un cambio o alteración de la energía de prueba.
3. Una guía o patrón para detectar este cambio.
4. Una guía o patrón que indique este cambio.
5. Una guía o patrón de observación o registro de esta indicación de manera que pueda interpretarse.
Para una aplicación dada, la
conveniencia de un ensayo no destructivo
particular va estar dada por la consideración de
cada uno de esos factores. La fuente de energía o
medio de prueba debe ser conveniente para el
objeto a ensayar y para la discontinuidad que se
busca. Una discontinuidad debe ser capaz, si está
presente, de modificar o cambiar al medio de
prueba. Una vez que cambió, debe haber una
manera de detecta esos cambios. Los cambios
generados en el medio de prueba por la
discontinuidad deben crear una indicación o una
forma de registro. Por último, esta indicación
debe ser observada de manera que pueda ser
interpretada.
A medida que es discutido cada uno de
estos métodos de ensayo no destructivo, es
importante entender como ellos proveen los
elementos esenciales. Esto va a ayudar en la
decisión de que método de ensayo no destructivo
es el más conveniente para una aplicación
particular.
A lo largo de los años, han sido
desarrollados muchos métodos de ensayos no
destructivos. Cada uno de ellos tienen asociado
varias ventajas y limitaciones haciéndolo más o
menos apropiado para una aplicación dada. Con
la cantidad de métodos de ensayo disponible, es
importante elegir que método nos va a proveer de
los resultados necesarios. En muchos casos
pueden ser aplicados diferentes ensayos para
proveer una seguridad extra sobre el componente
o material. Dado que existen muchos ensayos, va
a ser difícil mencionar a cada uno de ellos en el
contexto de este curso.
Por esto, nos vamos a concentrar en los métodos
de ensayos no destructivos que son usados más
comúnmente para la evaluación de los metales
base y las soldaduras. Los métodos de ensayo a
ser discutidos están puestos a continuación con
sus abreviaturas en paréntesis.
1. Líquidos penetrantes (PT) 2. Partículas magnetizables (MT) 3. Radiografías (RT) 4. Ultrasonido (UT) 5. Corrientes inducidas (ET)
Si bien el inspector de soldadura no es
llamado generalmente para realizar estos
ensayos, es importante que él o ella tengan un
entendimiento básico de estos ensayos por varias
razones. Primero, el inspector de soldadura debe
estar al tanto de las ventajas y limitaciones de
éstos métodos. Esto lo va a asistir en decidir que
ensayo debe ser usado para proveerle alguna
información adicional sobre la calidad aparente
de un material o soldadura. De esa manera, la
evaluación visual puede ser luego apoyada por
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algún ensayo adicional. El conocimiento de las
ventajas y limitaciones también va a ayudar si el
especialista en ensayos no destructivos está
realizando los ensayos de manera adecuada.
Debido a que el inspector de soldadura puede ser
llamado para observar o mantener registros del
ensayo, el conocimiento puede ayudar en
entender los resultados.
A medida que sean discutidos cada uno
de los métodos de ensayo, va a haber una
descripción de la s ventajas y limitaciones, como
así también de los principios operativos. El
equipamiento necesario para cada ensayo
también va a ser discutido, y también se va a
hacer mención de algunas de las aplicaciones
típicas de cada método.
LÍQUIDOS PENETRANTES (PT) En términos generales, el ensayo de
líquidos penetrantes revela discontinuidades
superficiales mediante la afloración de un medio
penetrante contra un fondo contrastante
coloreado. Esto se logra mediante la aplicación
de un penetrante (generalmente un líquido) sobre
la superficie limpia de la pieza a ensayar. Una
vez que se deja permanecer al penetrante sobre la
superficie durante una cantidad de tiempo de
penetración, éste va a infiltrarse adentro de
cualquier abertura superficial. A continuación se
remueve el exceso de penetrante y se aplica un
revelador que saca al penetrante que permanece
en las discontinuidades. Las indicaciones
resultantes son mostradas en contraste y
magnifican la presencia de la discontinuidad e
manera que pueden ser interpretadas
visualmente.
Hay dos maneras básicas en las que
pueden ser agrupados los penetrantes;
específicamente, por el tipo de indicación
producida, y por el método de remoción del
penetrante en exceso. Las dos indicaciones del
penetrante son visible y fluorescente. La marca
visible (generalmente roja) produce un color rojo
vívido contra un revelador blanco cuando se ve
bajo luz blanca. El penetrante fluorescente
produce una marca fluorescente verdosa contra
un fondo luminoso cuando es observada bajo luz
ultravioleta (negra). Debido a que el ojo humano
puede percibir más fácilmente una marca
fluorescente que una marca visible, puede
resultar un método de ensayo más sensible el uso
de un penetrante fluorescente.
La segunda categoría en la que son
clasificados los penetrantes se refiere al método
mediante el cual el penetrante en exceso es
removido de la superficie. Pueden ser removibles
mediante agua, solvente o post-emulsionable.
Los penetrantes removibles mediante agua
contiene un emulsificador que permite al
penetrante aceitoso se levantado con una baja
presión del spray de agua. Los penetrantes
removibles mediante solvente requieren un
solvente para remover al penetrante del objeto a
ensayar. Los penetrantes post-emulsionables son
removidos agregando un emulsificador después
del tiempo de penetración. La aplicación del
emulsificador al penetrante sobre la superficie de
ensayo permite que el penetrante sea removido
de la misma forma del removedor a base de agua.
Combinando las características de éstas dos
clasificaciones, pueden producirse seis tipos
diferentes de penetrantes:
1. Visible/Removible mediante agua 2. Visible/Removible mediante solvente 3. Visible/Post-emulsionable 4. Fluorescente/Removible mediante agua 5. Fluorescente/Removible mediante
solvente 6. Fluorescente/Post-emulsionable
Con cualquiera de éstos tipos los pasos
básicos son los mismos, excepto para los
penetrantes post-emulsionables que requieren un
paso adicional para aplicar el emulsificador. Por
eso, con cualquiera de los métodos, hay cuatro
pasos generales a seguir, haciendo a este ensayo
relativamente fácil de realizar. De todos modos,
es importante que cada uno de estos pasos sean
realizados cuidadosamente y en la secuencia
apropiada; de otra manera, los resultados del
ensayo no van a ser confiables.
El primer paso involucrado en la
realización del ensayo de líquidos penetrantes es
limpiar cuidadosamente la superficie del objeto a
ensayar. Debido a que el ensayo de líquidos
penetrantes es usado para revelar
discontinuidades superficiales, este paso es
extremadamente importante. Si cualquier cosa
está bloqueando la abertura de cualquier
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discontinuidad hacia la superficie, va a impedir
que el penetrante entre por esa abertura; y como
consecuencia, la discontinuidad no va a ser
revelada. El objeto a ensayar debe estar libre de
polvo, aceite, humedad, pintura, etc. Cuando se
limpian materiales blandos como cobre o
aluminio debe tenerse cuidado si la superficie es
limpiada mediante algún método mecánico como
cepillos de alambre o arenado. Una limpieza
mecánica agresiva va a tender a enmascarar o
distorsionar la superficie del metal y cubrir una
abertura superficial y evitar el revelado de la
misma. La figura 10.15 muestra una superficie de
ensayo limpia.
Una vez que la superficie está bien
limpia y seca, el penetrante es aplicado. En
pequeñas partes esto puede lograrse sumergiendo
la pieza a ensayar en el penetrante. En piezas
grandes, el penetrante puede aplicarse mediante
un spray o un pincel. Debe permitirse que el
penetrante permanezca sobre la superficie de
ensayo por un periodo de 5 a 30 minutos, y este
tiempo es conocido como el tiempo de
penetración. La cantidad exacta de este tiempo
de penetración depende de las recomendaciones
del fabricante del penetrante, de temperatura de
la pieza y del tamaño de las discontinuidades en
cuestión. La superficie a ensayar debe
mantenerse mojada por el penetrante durante
todo este tiempo de manea que el penetrante
pueda fluir entre las aberturas superficiales.
Figura 10.16 muestra un penetrante siendo
aplicado en una superficie.
El penetrante es llevado dentro de las
pequeñas fisuras por una acción que se conoce
como efecto capilar; este fenómeno fue discutido
previamente en consideración del metal de aporte
de brazing que es llevado dentro de la junta de
braze. La acción capilar que provoca que los
líquidos sean empujados adentro de pequeñas
ranuras. Siguiendo el tiempo de penetración
prescrito, la superficie del objeto a ensayar es
limpiada cuidadosamente del exceso de
penetrante. Debe tenerse cuidado de limpiar la
superficie lo suficiente para prevenir la presencia
de un exceso de penetrante sobre la superficie
que pueda enmascarar las indicaciones reales y
perder así el revelado de alguna discontinuidad.
De todos modos esta operación de limpieza no
debe ser tan intensa que limpie el penetrante de
las discontinuidades poco profundas. La figura
10.17 muestra el procedimiento apropiado para
sacar el exceso de penetrante.
Figura 10.15 – Superficie de Ensayo
Limpia
Figura 10.16 – Penetrante sobre la
Superficie de Ensayo y en la Fisura
Figura 10.17 – Se quita el exceso de
Penetrante
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Figura 10.18 – Indicación Visible luego de
la Aplicación del Revelador Una vez que el exceso de penetrante ha
sido removido, es aplicado el revelador. Puede
ser un polvo seco o un polvo suspendido en un
líquido volátil que se evapore rápidamente,
dejando al polvo sobre la superficie. Es
importante que el revelador sea aplicado en una
capa fina y uniforme. De hecho, una buena
técnica es aplicar el revelador en varias capas
finas, dejando pasar varios minutos entre la
aplicación de cada capa para evitar el desarrollo
de un recargue excesivo. Una capa fina de
revelador puede marcar indicaciones muy
pequeñas.
La sensibilidad del ensayo de líquidos
penetrantes depende del tamaño de las partículas
del polvo del revelador como así también del
espesor de la capa del revelador sobre la
superficie de ensayo. Partículas de gran tamaño y
capas gruesas de revelador van a tender a
disminuir la sensibilidad del ensayo de líquidos
penetrantes. El revelador absorbe al penetrante
afuera de cualquier discontinuidad superficial
para crear una indicación contrastante de la
misma manera que un material absorbente seca a
un líquido. Este “sangrado” agranda cualquier
pequeña discontinuidad de manera que pueda ser
fácilmente vista. La indicación de una
discontinuidad puede ser evaluada hasta donde es
considerada una condición perjudicial. Cuando
se usa un penetrante visible, la evaluación es
realizada bajo luz blanca mientras que con el uso
de penetrante fluorescente va a requerir que la
evaluación sea realizada bajo una luz ultravioleta
(negra) en un área oscurecida. Figura 10.18
ilustra como la indicación visible es producida
mediante el sangrado del penetrante a través de
la capa de revelador.
Se pueden obtener muchas ventajas por
el empleo del método de ensayos de líquidos
penetrantes. Primero, el uso de líquidos
penetrantes no está limitado al ensayo de objetos
metálicos. Cualquier material no poroso puede
ser ensayado mediante este método para detectar
la presencia de discontinuidades superficiales.
También es conveniente para evaluar juntas
soldaduras por brazing entre metales difieren,
que pueden presentar problemas con otros
métodos. Y puede ser aplicado a materiales no
magnéticos cuando otras técnicas no son
aplicables. El proceso es fácilmente
transportable, especialmente los removibles
mediante solvente. Para este método, hay latas de
aerosol de penetrante, revelador y revelador que
pueden ser llevados a cualquier lugar de ensayo.
Dependiendo del tipo de sistema penetrante
usado, el equipo requerido puede ser mínimo,
permitiendo el uso del ensayo de líquidos
penetrante sin un costo excesivo comparado con
otros métodos de ensayo.
Uno de las limitaciones más
importantes del ensayo de líquidos penetrantes es
que no detecta discontinuidades sub
superficiales. También es desechado porque lleva
demasiado tiempo cuando se lo compara con
otros ensayos como el de partículas
magnetizables. La condición superficial de la
pieza a ensayar tiene un efecto significativo
sobre la confiabilidad de este ensayo, de manera
que la limpieza requerida para ciertos casos
puede ser muy grande. También debe limpiarse
la pieza a ensayar después de un el ensayo se
realizó. Cuando se ensayan superficies rugosas,
irregulares que son las que generalmente se
presentan como resultado de una soldadura, la
presencia de indicaciones no relevantes hacen
que su interpretación sea muy difícil.
El equipamiento requerido para realizar
el ensayo de líquidos penetrantes es muy simple
y puede consistir solamente del penetrante, el
revelador, el removedor y, si es requerido, el
emulsificador. Una buena fuente de luz blanca es
requerida para penetrantes visibles y una buena
fuente de luz ultravioleta es requiera para el tipo
fluorescente. Además, el ensayo con penetrante
fluorescente requiere un área oscurecida para
observar la interpretación y limpieza de los
resultados del ensayo. Una lupa también puede
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resultar útil cuando están siendo evaluadas
discontinuidades muy pequeñas.
Una vez que ha sido descubierta una
indicación, puede ser registrada
permanentemente mediante una fotografía o un
esquema. La indicación también puede ser
levantada de la superficie de ensayo y transferida
a un reporte del ensayo usando una cinta
transparente de plástico.
Cuando se usa el método PT, es
imperativo remover todos los materiales del
ensayo incluyendo el exceso de penetrante,
limpiador y revelador antes de soldar. Encender
un arco sobre una superficie que contenga estos
materiales no solamente afecta la calidad de la
soldadura, también puede resulta en la formación
de humos nocivos o peligrosos que pueden crear
un riesgo para la seguridad del personal.
Partículas Magnetizables (MT) Este particular método de ensayo no
destructivo es principalmente usado para
descubrir discontinuidades superficiales en
materiales ferromagnéticos. Si bien pueden
observarse discontinuidades sub superficiales
muy cercanas a la superficie, son muy difíciles
de interpretar, y generalmente son ignoradas.
Para la detección e interpretación de
discontinuidades sub superficiales son
generalmente requeridas otras técnicas de NDE.
De todas maneras las discontinuidades
superficiales presentes en una pieza magnetizada
van a causar que el campo magnético aplicado
cree polos en cada extremo de la discontinuidad,
creando una fuerza de atracción para las
partículas de hierro. Si las partículas de hierro,
que son partículas magnetizables debido a que
pueden magnetizarse, son arrojadas sobre la
superficie, pueden ser sostenidas o acomodadas
en el lugar por este campo atractivo para
producir una acumulación de partículas de hierro
y de esta manera una indicación visual.
Figura 10.19 – Campo Magnético
Alrededor de una Barra Magnetizada Si bien existen distintos tipos de
ensayos de partículas magnetizables, todos basan
su funcionamiento en el mismo principio general.
Por esto, todos estos ensayos van a ser realizados
mediante la creación de un campo magnético en
una parte y aplicando partículas de hierro sobre
la superficie a ensayar.
Para entender el ensayo de partículas
magnetizables es necesario tener una noción
básica de magnetismo; por esto es apropiado
describir algunas de sus características
importantes. Para empezar esta discusión, mire la
figura 10.19 que muestra un diagrama del campo
magnético asociado con la barra magnética.
Mirando este diagrama, hay varios
principios del magnetismo que son demostrados.
Primero, hay líneas magnéticas de fuerza, o
líneas de flujo magnético, que tienden a viajar
desde un extremo (o polo) del imán hacia el
extremo opuesto (el otro polo). Estos polos son
designados como polo norte y polo sur. Las
líneas de flujo magnético forman lazos continuos
que viajan desde un polo hacia el otro en una
dirección. Estas líneas siempre permanecen
virtualmente paralelas una a la otra y nunca se
cruzan entre sí. Por último, la fuerza de estas
líneas de flujo (y a raíz de esto la intensidad del
campo magnético resultante) es mayor cuando
están totalmente contenidas adentro de un
material magnético o ferroso. Aunque van a
viajar a través de algunas separaciones rellenas
con aire, su intensidad es reducida
significantemente a medida que la longitud de la
separación aumenta.
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Figura 10.20 – Imán con Forma de U en
Contacto con un Material Ferromagnético
que Contiene una Discontinuidad Figura 10.20 muestra una
configuración en la cual una barra magnética
similar a la barra de la figura 10.19 ha sido
doblada en U, y está en contacto con un material
magnético que contiene una discontinuidad.
Todavía hay líneas de fuerza magnéticas
viajando en lazos continuos desde un polo hacia
el otro. De todos modos, ahora la pieza de acero
ha sido colocada cruzada respecto de los
extremos de un imán para proveer un camino
magnético continuo para las líneas de fuerza. Si
bien hay algunas pérdidas de flujo en las
pequeñas separaciones o espacios rellenos con
aire entre los extremos del imán y la pieza de
acero, el campo magnético permanece
relativamente fuerte debido a la continuidad del
camino magnético.
Consideremos ahora la discontinuidad
que está presente en la barra de acero; en la
vecindad de esa discontinuidad, hay campos
magnéticos de signo opuesto creados en los
extremos opuestos de la separación de aire
presente en la discontinuidad. Estos polos de
signo opuesto tienen una fuerza atractiva entre
ellos, y si el área es rociada con partículas de
hierro, estas partículas van a ser atraídas y
sostenidas en el lugar de la discontinuidad.
Por esto para realizar un ensayo de
partículas magnetizables, debe haber algunas
muestras de generación de un campo magnético
en la pieza a ensayar. Una vez que la parte ha
sido magnetizada, las partículas de hierro son
rociadas sobre la superficie. Si las
discontinuidades están presentes, estas partículas
van a ser atraídas y sostenidas en el lugar para
proveer una indicación visual. Los ejemplos
discutidos hasta aquí han descripto imanes
permanentes. No obstante, el uso de imanes
permanentes para ensayos de partículas
magnetizables es poco frecuente; la mayoría de
los ensayos de partículas magnetizables usan un
equipo electromagnético. Un electroimán se basa
en el principio de que hay un campo magnético
asociado con cualquier conductor eléctrico, como
se muestra en al figura 10.21.
Figura 10.21 – Campo Magnético
Alrededor de un Conductor Eléctrico Cuando pasa electricidad a través de un
conductor, el campo magnético que se desarrolla
se orienta perpendicular a la dirección de la
electricidad. Hay dos tipos básicos de campos
magnéticos que son creados en los objetos a
ensayar usado un electroimán, longitudinal y
circular. Los tipos son denominados pro la
dirección del campo magnético que es generado
en la pieza. Cuando el campo magnético se
orienta a lo largo del eje de la pieza, es conocido
como magnetismo longitudinal. De la misma
manera, cuando el campo magnético es
perpendicular al eje de la pieza, es llamado
magnetismo circular. Hay varias formas en las
que puede crearse estos dos tipos de magnetismo
en una pieza de ensayo.
Figura 10.22 muestra un típico campo
magnético longitudinal creado envolviendo la
pieza con un conductor eléctrico arrollado.
Cuando se usa una máquina de partículas
magnetizables fija, esto puede conocerse como
una bobina “coil shot”. Cuando pasa la
electricidad a través del conductor, se crea un
campo magnético.
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Figura 10.22 – Magnetismo Longitudinal
Figura 10.23 – Magnetismo Circular
Figura 10.24 – Método del Yugo
Con este campo magnético, aquellas
discontinuidades que se encuentren
perpendiculares a las líneas de fuerza van a ser
fácilmente revelados. Aquellas que se encuentren
a 45° con respecto al campo también van a ser
revelados, pero si la discontinuidad se encuentra
paralelo al campo magnético inducido, no va a
ser revelada.
El otro tipo de campo magnético es conocido
como magnetismo circular. Para crear este tipo
de campo magnético, la pieza a ser ensayada se
vuelve el conductor eléctrico de manera que el
campo magnético inducido tiende a encerrar la
parte perpendicular a su eje longitudinal. En una
máquina de ensayo estacionaria, esto podría ser
llamado “head shot”. Esto es mostrado en la
figura 10.23.
Figura 10.25 – Método del Prod
Con magnetismo circular, las
discontinuidades longitudinales van a ser
reveladas mientras que aquellas discontinuidades
transversales no van a ser reveladas. Aquellas
que estén aproximadamente a 45° también van a
ser reveladas. Un aspecto importante del campo
magnético circular es que el magnetismo es
totalmente contenido adentro del material
ferromagnético mientras que el campo magnético
longitudinal es inducido en la pieza por el
conductor eléctrico que lo envuelve. Por esta
razón, el campo magnético circulares
generalmente considerado más potente, haciendo
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que el magnetismo circular sea más sensible para
un nivel dado de corriente eléctrica. Cuando se
trata de determinar la orientación de las
discontinuidades que pueden generar una
indicación, se debe empezar por determinar la
dirección de la corriente eléctrica, luego
considerar la dirección del campo magnético
inducido y después determinar la orientación de
la discontinuidad que va a dar la sensibilidad
óptima.
Ambos tipos de campos magnéticos
pueden ser generados en una pieza o parte
empleando equipamiento portátil. Un campo
longitudinal resulta cuando se usa el método de
“yugo”, como se muestra en la figura 10.24. Una
unidad de yugo es un electroimán, y esta hecho
arrollamiento de alambre conductor alrededor de
un núcleo de un material magnético blando. La
corriente que fluye a través del alambre induce
un campo magnético que fluye a través del
objeto a ensayar entre los extremos del yugo.
Para producir un campo magnético
circular con una unidad portátil, se usa la técnica
de “prod”. El uso de este método para ensayos de
soldadura es ilustrado en la figura 10.25. Puede
ser usado para crear un campo magnético con
corriente alterna (AC) o con corriente continua
(DC). El campo creado con corriente alterna es
más fuerte en la superficie del objeto a ensayar.
La corriente alterna va a proveer también una
mayor movilidad de las partículas en la
superficie de la pieza permitiendo a las partículas
moverse más libremente, lo que ayuda en la
detección de discontinuidades, aún cuando la
superficie de la pieza sea rugosa e irregular.
La corriente continua induce campos
magnéticos con mayor poder de penetración y
pueden ser usados para detectar discontinuidades
cerca de la superficie. Aunque estas indicaciones
son muy difíciles de interpretar. Un tercer tipo de
corriente eléctrica es conocida como corriente
alterna rectificada de media onda y puede ser
pensada como una mezcla de corriente alterna
con corriente continua. Con este tipo de corriente
se pueden alcanzar los beneficios de ambos tipos
de corrientes.
Fue destacado que el ensayo de
partículas magnetizables es más sensible frente a
las discontinuidades perpendiculares a las líneas
de flujo magnético y que las discontinuidades
paralelas a las líneas de flujo no son detectadas.
Con ángulos que varían entre estos extremos, hay
un área gris. En general, si el ángulo agudo
formado entre el eje de la discontinuidad y las
líneas de flujo magnético es mayor de 45, la
discontinuidad va a formar una indicación. Con
ángulos menores de 45 la discontinuidad puede
no ser detectada. Por esto, para proveer una
evaluación completa de la pieza para localizar
discontinuidades en todas las direcciones es
necesario aplicar el campo magnético en dos
direcciones perpendiculares.
Las aplicaciones de la inspección por
partículas magnetizables incluye la evaluación de
materiales que son considerados magnéticos a la
temperatura de ensayo. Estos materiales incluyen
acero, acero fundido, algunos de los aceros
inoxidables (exceptuando los austeníticos) y
níquel. No puede ser ensayado el aluminio, el
cobre u otro material que no pueda ser
magnetizado. Adecuadamente aplicado, este
método puede detectar discontinuidades
superficiales muy finas y va a dar indicaciones
borrosas de discontinuidades sub superficiales
grandes.
El equipamiento usado con este método
varía en tamaño, portabilidad y costo. Las
unidades yugo de corriente alterna son muy
portátiles y útiles para inspeccionar objetos muy
grandes para ensayar de otra forma. Estos objetos
pueden incluir edificios, puentes, tanques,
recipientes o grandes soldaduras. Equipos no tan
portátiles incluyen bobinas y prods. Ambos
requieren fuentes especiales y tienen una
movilidad limitada. Los equipos estacionarios
generalmente incluyen mecanismos para head y
coil shots. Las piezas a ser inspeccionadas en
unidades estacionarias tiene que ser pequeñas y
con altas velocidades de inspección o grandes y
con bajas velocidades de inspección. Las
unidades estacionarias incluyen equipos de
desmagnetización.
Las partículas de acero usadas son muy
pequeñas y generalmente proveen un color
vívido que contrasta con el del objeto a ensayar.
Los colores comúnmente disponibles incluyen al
gris, blanco, amarillo, azul y negro. Son
conocidos como partículas visibles y son usados
bajo una luz fuerte. Les partículas de acero
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también pueden obtenerse bajo luz ultravioleta y
su sensibilidad es mayor.
Estas partículas magnetizables son
aplicadas como un polvo seco con un chorro de
aire de baja velocidad, o son aplicadas sobre la
pieza como una suspensión en un líquido como
aceite liviano o agua. El método seco es
conocido como ensayo de partículas
magnetizables en seco y el otro es llamado
ensayos de partículas magnetizables por vía
húmeda. Ambos métodos son usados
frecuentemente, pero el húmedo tiene una
sensibilidad mayor y es el preferido para muchas
aplicaciones de campo y de taller. Las ventajas
del método de partículas magnetizables es que es
rápido y de bajo costo. Este método puede
hacerse muy portátil y puede ser muy bueno para
la detección de discontinuidades superficiales. El
ensayo puede hacerse a través de capas muy
finas de recubrimiento.
La mayor limitación es que solamente
puede ser usado en materiales que sean
magnetizables. Otras limitaciones son que la
mayoría de las partes requieren una
desmagnetización después del ensayo y que los
recubrimientos gruesos pueden enmascarar
discontinuidades. La desmagnetización requiere
el empleo de corriente alterna, y se realiza ya sea
moviendo lentamente la pieza del campo
magnético o reduciendo la corriente de inducción
aplicada a la pieza a cero. Es requerida para
ambas aplicaciones electricidad, esto limita su
portabilidad. Las superficies rugosas como
aquellas que quedan como resultado de la
soldadura o en fundiciones pueden hacer que la
evaluación sea aún más difícil.
Los resultados del ensayo de partículas
magnetizables pueden ser registrados mediante
esquemas, fotografías o colocando una cinta
transparente sobre la indicación y luego
transfiriéndola a una hoja limpia de papel.
Ensayo Radiográfico (RT) La radiografía es un método de ensayos
no destructivos basado en el principio de
transmisión o absorción de radiación
preferencial. Las áreas de espesor reducido o
menor densidad transmiten más, y en
consecuencia absorben menos radiación. La
radiación que pasa a través del objeto de ensayo,
formará una imagen contrastante en una película
que recibe la radiación.
Las áreas de alta transmisión de
radiación, o baja absorción, en la película
revelada aparecen como áreas negras. Las áreas
de baja transmisión de radiación, o alta
absorción, en las películas reveladas aparecen
como áreas claras. La Figura 10.26 muestra el
efecto del espesor en la oscuridad de la película.
El área de menor espesor del objeto de ensayo
produce un área más oscura en la película debido
a que se transmite más radiación a la película. El
área de mayor espesor del objeto de ensayo
produce el área más clara porque el objeto
absorbe más radiación y se transmite menos. La
Figura 10.27 muestra el efecto de la densidad del
material en la oscuridad de la película.
Figura 10.26 – Efecto del Espesor de la
Pieza en la Transmisión de Radiación
(Absorción)
Figura 10.27 – Efecto de la Densidad del
Material en la Transmisión de Radiación
(Absorción)
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De los materiales mostrados en la
Figura 10.27, el plomo tiene la mayor densidad
(11.34 g/cc), seguido en orden por el cobre (8.96
g/cc), el acero (7.87 g/cc), y el aluminio (2.70
g/cc). Con la mayor densidad (peso por unidad
de volumen), el plomo absorbe la mayor parte de
la radiación, y por esto produce la película más
clara.
La radiación de baja energía, que no
sea de partículas, se da en la forma de radiación
gamma o rayos X. Los rayos gamma son el
resultado de la desintegración de los materiales
radioactivos; las fuentes radioactivas incluyen al
Iridio 192, Cesio 137 y Cobalto 60. Estas fuentes
emiten radiación en forma constante y deben
mantenerse en un contenedor de almacenamiento
protegido, conocido como “cámara gamma”,
cuando no está en uso. Estos contenedores
frecuentemente emplean protecciones de plomo y
acero.
Los rayos X fabricados artificialmente;
se producen cuando los electrones, viajando a
altas velocidades, chocan con la materia. La
conversión de energía eléctrica en radiación X se
alcanza en un tubo de vacío. Se pasa una
corriente baja a través de un filamento
incandescente para producir electrones. La
aplicación de alto potencial (voltaje) entre el
filamento y el metal de objetivo acelera los
electrones a través de este potencial diferencial.
La acción de un flujo de electrones que golpean
contra el objetivo produce rayos X. Sólo se
produce radiación cuando se aplica el voltaje a
un tubo de rayos X. Usando tanto fuentes de
rayos X o gamma, la pieza no continúa siendo
radioactiva seguido al ensayo.
Las discontinuidades por debajo de la
superficie que son detectadas fácilmente por este
método son las que tienen una densidad distinta
al material que se está radiando. Estas incluyen
huecos, inclusiones metálicas y no metálicas, y
fisuras y faltas de fusión alineadas en forma
favorable. Los huecos tales como porosidad,
producen áreas oscuras en la película, debido a
que representan una pérdida significativa de
densidad del material. Las inclusiones metálicas
producen áreas claras en la película si tienen
mayor densidad que la del objeto de ensayo.
Por ejemplo, las inclusiones de
tungsteno en las soldaduras de aluminio,
producidas por una técnica inapropiada de
soldadura por arco con electrodo de tungsteno y
protección gaseosa, aparecen en la película como
áreas muy claras, la densidad del tungsteno es de
19.3 g/cc. Las inclusiones no metálicas, tales
como la escoria, producen frecuentemente áreas
oscuras en la película; sin embargo, algunos
electrodos contienen revestimientos que
producen escoria de una densidad similar a la del
metal de soldadura depositado y la escoria
producida por ellos es muy difícil de encontrar e
interpretar. Las fisuras y fusiones incompletas
deben estar alineadas de forma tal que la
profundidad de las discontinuidades sea casi
paralela al haz de radiación para que sean
detectadas. Las discontinuidades superficiales
también aparecerán en la película; sin embargo,
no se recomienda el uso del ensayo de radiación,
debido a que la inspección visual es mucho más
económica. Algunas de estas discontinuidades
son la socavación, excesivo sobre espesor, falta
de fusión, y sobre espesor de raíz por
penetración. El ensayo radiográfico es muy
versátil y puede ser usado para inspeccionar
todos los materiales de ingeniería.
Figura 10.28 – Indicadores de Calidad de
Imagen (penetrámetros) Tipo cuña y
Alambre.
El equipo requerido para realizar los
ensayos radiográficos comienza con una fuente
de radiación; esta fuente puede ser tanto una
máquina de rayos X, que requiere una
alimentación eléctrica, o un isótopo radioactivo
que produce radiación gamma. Los isótopos
ofrecen frecuentemente facilidad para su
transporte. Cualquiera de los tipos de radiación
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requieren películas, porta películas hermético a
la luz, y se usan letras de plomo para identificar
el objeto de ensayo. Debido a la alta densidad del
plomo, y el espesor incrementado en forma local,
estas letras forman áreas claras en la película
revelada. Los Indicadores de Calidad de Imagen
(ICI (IQI)), o penetrámetros („pennys‟) se usan
para verificar la resolución de sensibilidad del
ensayo. Estos ICI (IQI) normalmente son de dos
tipos; „cuñas‟ o „alambre‟. Ambos tipos están
especificados por tipo de material; además, los
de tipo cuña tendrán espesor especificado e
incluyen agujeros de distinto tamaño, mientras
que los alambres tendrán diámetros
especificados. La sensibilidad se verifica por la
habilidad de detectar una diferencia dada en
densidad debido al espesor del ICI (IQI) o el
diámetro del agujero, o el diámetro del alambre.
La Figura 10.28 muestra ambos tipos de ICI
(IQI) o penetrámetros; la Figura 10.29 muestra la
ubicación de los ICI (IQI) tipo cuña en una chapa
soldada previo a la radiografía.
Figura 10.29 – Ubicación de los ICI (IQI)
Los ICI (IQI) de cuña varían en espesor
y en diámetro de los agujeros dependiendo del
espesor del metal que se está radiografiando. La
Figura 10.30 muestra los aspectos esenciales de
un ICI (IQI) #25 usado por el código ASME; en
la figura se nota su espesor y la dimensión de los
agujeros. Aquí el espesor del ICI (IQI) es de
0.025 in., de aquí la designación #25, para un
espesor de cuña en milésimos de pulgada (un #10
tiene un espesor de 0.010, un #50 tiene 0.050 in.
de espesor, etc.). Los diámetros y posiciones se
especifican, y se marcan en como múltiplos del
espesor individual de la cuña. El mayor agujero
en una cuña #25 es 0.100 in., y se llama agujero
4T, debido a que es igual a cuatro veces el
espesor de la cuña, y se ubica más cerca del
número de plomo del ICI (IQI). Un agujero „2T‟
(0.050 in.) se posiciona como el más lejano al
número de plomo 25, y es igual a dos veces el
espesor de la cuña. El agujero más pequeño que
4T y 2T es un agujero „1T‟ y es exactamente
igual al espesor de la cuña, 0.025 in. Dichos
agujeros se usan para verificar la sensibilidad de
resolución, que normalmente se especifica como
un 2% del espesor de la soldadura. Sin embargo,
también se puede especificar una sensibilidad del
1%, pero es más difícil de obtener.
Se requiere un equipo de
procesamiento para revelar la película expuesta y
es mejor un negatoscopio con iluminación de alta
intensidad para una mejor interpretación de la
película. Debido a los peligros potenciales de la
exposición a la radiación para las personas,
normalmente se requiere un equipo de monitoreo
de la radiación.
La mayor ventaja de este método de
ensayo es que puede detectar discontinuidades
por debajo de la superficie en todos los metales
comunes de la ingeniería. Una ventaja posterior
es que las películas reveladas sirven como un
registro permanente excelente del ensayo, si se
almacena apropiadamente lejos de un calor y luz
excesivos.
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Figura 10.30 – Apariencia de un ICI (IQI)
de cuña
Junto con estas ventajas hay varias
desventajas. Una de ellas es el riesgo impuesto a
las personas por una exposición excesiva a la
radiación. Se requieren muchas horas de
entrenamiento en seguridad sobre radiación para
garantizar la seguridad tanto del personal que
realiza el ensayo radiográfico como de otro
personal en la vecindad del ensayo. Por esta
razón, el ensayo se debe realizar sólo después
que se evacuó el área de ensayo, que puede
presentar problemas de cronograma. Los equipos
de ensayos radiográficos pueden ser muy caros y
los períodos de entrenamiento requeridos para
lograr operadores e intérpretes competentes son
algo largos. La interpretación de películas debe
realizarse por aquellos certificados actualmente
como mínimo con Nivel II por SNT TC-1A de
ASNT. Otra limitación de este método de ensayo
es la necesidad de tener acceso a ambos lados del
objeto de ensayo (un lado para la fuente y el
opuesto para la película), que se muestra en la
Figura 10.31.
Figura 10.31 – Orientación de la Fuente
de Radiación, Chapa de Ensayo y
Película Radiográfica
Otra desventaja del ensayo radiográfico
es que puede no detectar las fallas que están
consideradas como más críticas (e.g. fisuras y
falta de fusión) salvo que la fuente de radiación
esté orientada preferentemente con respecto a la
dirección de la discontinuidad. Además, las
configuraciones de algunos objetos de ensayo
(e.g. soldadura de componentes secundarios o de
filete) pueden hacer tanto la realización como la
interpretación del ensayo más difícil. Sin
embargo, el personal de ensayo con experiencia
puede obtener radiografías de estas geometrías
más complicadas e interpretarlas con alto grado
de precisión.
ENSAYO POR ULTRASONIDO (UT)
El ensayo por ultrasonido (UT) es un
método de inspección que usa ondas sonoras de
alta frecuencia, por encima del rango audible por
el ser humano, para medir propiedades
geométricas y físicas en los materiales. Las
ondas sonoras viajan a distintas velocidades en
los distintos materiales. Sin embargo, la
velocidad de propagación del sonido en un
material dado, es un valor constante para ese
material. Hay varias formas en las que el sonido
viaja a través de un material, pero esta distinción
no es de importancia para una discusión a este
nivel. Un tipo de onda sonora, llamada
longitudinal, viaja a 340 m/s (1100 pies por
segundo) en el aire, alrededor de 5790 metros
por segundo (19000 ft/s) en acero y alrededor de
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6100 metros por segundo (20000 ft/s) en
aluminio. Los ensayo por ultrasonido usan
energía eléctrica en la forma de voltaje aplicado,
y este voltaje se convierte por un transductor en
energía mecánica y en la forma de ondas sonoras.
El transductor realiza esta conversión de energía
debido al fenómeno conocido como efecto
“piezoeléctrico”. Esto ocurre con distintos
materiales, tanto los que ocurren naturalmente
como los realizados artificialmente; cuarzo y
titanato bario son ejemplos de materiales
piezoeléctricos de cada tipo. Un material
piezoeléctrico producirá un cambio mecánico en
la dimensión cuando se excita con un pulso
eléctrico. De igual forma, este mismo material
producirá un pulso eléctrico cuando se actúa
sobre él en forma mecánica. Un ejemplo de uso
común de los materiales piezoeléctricos se
encuentra en los encendedores electrónicos
usados para encender balizas a gas, hornallas de
gas, encendedores de cigarrillos, etc. En estos
casos el cristal piezoeléctrico es comprimido y
liberado rápidamente, generando una chispa
eléctrica que salta en una abertura para encender
el gas.
Para realizar el ensayo por ultrasonido,
se fija el transductor a una unidad base
electrónica. Siguiendo una secuencia de arranque
y procedimiento de calibración, la unidad base
actúa como un dispositivo de medición
electrónico. Esta máquina generará pulsos
electrónicos precisos que son transmitidos por un
cable coaxial hasta el transductor que fue
colocado en contacto acústico con el objeto de
ensayo. Los pulsos son de muy breve duración y
alta frecuencia (típicamente 1 a 10 millones de
Hz, o ciclos por segundo). Este sonido de alta
frecuencia tiene la capacidad de ser dirigido con
precisión, similarmente a la luz de un flash.
Cuando se excita por pulsos
electrónicos, el transductor responde con una
vibración mecánica, y crea una onda sonora que
se transmite a través del objeto de ensayo a la
velocidad que sea típica del material. Se puede
escuchar un fenómeno similar cuando un metal
es golpeado con un martillo para dar un sonido.
Este sonido es una onda sonora (menor
frecuencia) que viaja a través del metal. Usted
puede haber tenido experiencia de un caso donde
se encuentra una pieza de metal defectuosa
debido a un sonido “sordo” que se escucha
cuando es golpeado.
La onda sonora generada continuará
viajando a través del metal a una velocidad dada
y retornará al transductor cuando encuentre algún
reflector, tal como un cambio de densidad, y sea
reflejado. Si este reflector está orientado
apropiadamente, rebotará el sonido de retorno
hacia el transductor a la misma velocidad y
contactará al transductor. Cuando es impactado
por dicha onda sonora que retorna, el cristal
piezoeléctrico convertirá esta energía sonora
nuevamente en pulsos electrónicos que son
amplificados y pueden ser mostrados por el tubo
de rayos catódicos [TCR (CRT)] como una
indicación visual a ser interpretada por el
operador.
Usando los bloques de calibración que
tienen una densidad, dimensiones, y perfil
especificado, la unidad de ultrasonido puede ser
calibrada para medir el tiempo que toma al
sonido la trayectoria del viaje, y convertir dicho
tiempo en dimensión de la pieza. Por esto el
equipo de ultra sonido permite al operador medir
cuanto lleva al sonido viajar a través de un
material hasta un reflector, y retornar hacia el
transductor, del que puede generarse la
información sobre la dimensión como la
distancia del reflector debajo de la superficie, y
su tamaño.
La Figura 10.32 ilustra la secuencia
típica de calibración, en una cuña de acero
escalonada para un transductor de haz
longitudinal usado para determinar espesores. El
transductor se ubica en los distintos espesores
conocidos del bloque de calibración y se ajusta el
instrumento para dar la representación
correspondiente en la pantalla. Una vez que se
termina la operación, el operador puede leer la
dimensión de la pieza de ensayo directamente de
la pantalla notando cuando la indicación crece en
forma vertical a lo largo del eje horizontal. Con
transductores únicos pueden hacerse mediciones
muy precisas usando el método “eco a eco” más
que el crecimiento desde la línea horizontal. Esta
técnica toma la dimensión entre distintos ecos, y
promedia la información para una medición de
espesor.
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Figura 10.32 – Secuencia de Calibración
para Transductor de Haz Longitudinal. En general, la representación en la
pantalla provee al operador con dos tipos de
información. Primero, las indicaciones
aparecerán en varias ubicaciones a lo largo del
eje horizontal de la pantalla. (Siempre habrá una
indicación, llamada „indicación del eco de la
interfase eco inicial, que se ubicará cerca del
lado izquierdo de la pantalla.) Cuando el sonido
entra a una pieza y rebota desde un reflector
volviendo al transductor, su retorno es indicado
por una señal que crece verticalmente de la línea
horizontal. En segundo lugar la altura de la señal
puede medirse y da una medida relativa de la
cantidad de sonido reflejado. Una vez que se
calibró el instrumento, la ubicación de la
indicación del reflector en el eje horizontal
puede ser relacionada con la distancia física que
ha viajado el sonido en la pieza para llegar al
reflector. La altura de esa señal en la pantalla es
una indicación relativa del tamaño del reflector.
Usando dicha información, el operador
experimentado puede determinar frecuentemente
La naturaleza y tamaño del reflector y
relacionarlo con un código o especificación para
aceptabilidad o rechazo.
Figura 10.33 – Reflexión del Sonido
desde una Discontinuidad
Hay dos tipos de transductores de
ultrasonidos básicos: (1) ondas longitudinales, o
transductores de haz recto se usan para
determinar la profundidad de una discontinuidad
debajo de la superficie del material. Estos
transductores transmiten el haz dentro de la pieza
en forma perpendicular a la superficie de la
pieza, como se muestra en la Figura 10.33. (2)
Ondas Transversales {shear}, o transductores
con haz en ángulo se usan en forma extensiva
para la evaluación de soldadura debido a que
envían el haz dentro de la pieza en ángulo,
permitiendo que el ensayo se realice sin remover
el sobreespesor áspero de la soldadura. Muy
frecuentemente el transductor de haz longitudinal
se fija a una cuña de plástico que provee el
ángulo necesario. La Figura 10.34 muestra como
se propaga el sonido a través del material cuando
se usa un haz en ángulo.
Figura 10.34 – Propagación de Un Haz en
Angulo
Hay dos tipos de ensayos ultrasónicos,
de contacto e inmersión. En el ensayo por
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contacto, el transductor es ubicado contra la
superficie de la pieza. Debido a que el sonido de
alta frecuencia no se transmite fácilmente a
través del aire, se coloca un líquido entre la pieza
a ensayar y el transductor para mejorar el
contacto. El líquido se conoce como „medio
acoplante‟. En el ensayo por inmersión, la pieza
a ser evaluada se ubica bajo el agua y se
transmite el sonido desde el transductor y hacia
la pieza a través del agua. El ensayo de contacto
tiene la ventaja de ser portátil, mientras que el de
inmersión es más conveniente para el ensayo de
producción de piezas pequeñas o de formas
irregulares.
Las aplicaciones del ensayo por
ultrasonido incluyen tanto la detección de
discontinuidades superficiales o subsuperficiales.
Este método es más sensible para
discontinuidades planares, especialmente
aquellas que están orientadas en forma
perpendicular al haz sonoro. Por este método se
pueden detectar laminaciones, fisuras, falta de
fusión, inclusiones y agujeros. A la vez que
determina si un metal es sano, pueden realizarse
también mediciones de espesor.
El equipo requerido para ensayo por
ultrasonido incluye un instrumento electrónico
tanto con un TRC o una display. Usando un
instrumento con TCR, un operador de
ultrasonido puede determinar ubicación, tamaño
y tipo de muchas discontinuidades. Los
instrumentos con displays normalmente están
limitados a mediciones dimensionales. Sin
embargo, cuando se miden materiales corroídos
para determinar espesor de pared, es mejor usar
un instrumento con salida de scope osciloscopio
para una mayor precisión.
Para el ensayo por ultrasonido también
es necesario que el transductor esté bien
acoplado. Se dispone de una amplia gama de
tamaños y estilos de transductores. Muchos
transductores están montados en cuñas de
plexiglás que permiten a la cuña entrar en el
objeto de ensayo con distintos ángulos para el
ensayo con ondas transversales. Como medios
acoplantes se usan muchos materiales diferentes;
algunos de los medios acoplantes comúnmente
usados son aceite, grasa, glicerina, agua, y polvo
de celulosa o soluciones salinas en agua.
El último requerimiento del
equipamiento son los patrones. Para medición de
espesor de material, los patrones de calibración
deben ser del mismo material que el objeto de
ensayo y debe tener dimensiones conocidas y
precisas. Para la detección de discontinuidades,
los bloques de calibración deben alcanzar los
requerimientos anteriores además de contener
ciertas discontinuidades mecanizadas, tales como
agujeros mecanizados, desde un lateral, un
agujero con fondo plano, o una ranura. La
ubicación y tamaño de esa discontinuidad debe
ser conocida y precisa. Las señales de las
discontinuidades en la pieza de ensayo son
comparadas con las señales de la discontinuidad
del bloque de calibración para determinar su
aceptabilidad. Para un haz en ángulo usado en el
ensayo de soldadura el bloque de calibración es
el Bloque IIW que provee una verificación del
punto de salida del haz y el ángulo de la onda
transversal. Como se notó el bloque de
calibración debe ser del mismo material; cuando
esto no sea posible, puede sustituirse con otro
material y se desarrolla una curva de corrección,
basada en la diferencia de la velocidad del
sonido de los dos materiales para corregir la
información real.
Uno de los principales beneficios del
ensayo por ultrasonido es que se considera como
un ensayo verdaderamente volumétrico. Esto es,
que es capaz de determinar no sólo la ubicación
en longitud y lateral, sino que también provee al
operador con una determinación de la
profundidad de la discontinuidad debajo de la
superficie. Otra mayor ventaja de ensayo por
ultrasonido es que sólo requiere acceso de un
solo lado del material a ser ensayado. Esta es una
gran ventaja en la inspección de recipientes,
tanques, y sistemas de cañerías.
Otra ventaja importante es que el
ensayo por ultrasonido detecta de mejor manera
aquellas discontinuidades planares críticas tales
como fisuras y falta de fusión. El ensayo por
ultrasonido es más sensible a discontinuidades
que están perpendiculares al haz de sonido.
Debido a que se pueden alcanzar distintos
ángulos de haz con cuñas de plexiglas, el ensayo
por ultrasonido puede detectar laminaciones,
falta de fusión y fisuras que están orientadas de
manera tal que no podría hacerse con ensayo
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radiográfico. El ensayo por ultrasonido tiene
capacidad de penetración profunda, hasta 200
pulgadas en acero, y puede ser muy preciso. Los
equipos de ensayo por ultrasonido modernos
tienen un peso muy bajo y frecuentemente la
batería como fuente lo hace muy portátil. Las
máquinas más nuevas tienen posibilidad de
almacenar datos dentro de las unidades, que se
pueden llevar con la mano y sólo pesa uno o dos
libras.
La mayor limitación de este método de
ensayo es que requiere operadores altamente
capacitados y experimentados debido a que la
interpretación puede ser dificultosa. También, la
superficie del objeto de ensayo debe estar
totalmente suave, y se requiere medio acoplante
para el ensayo de contacto. Se requieren normas
de referencia, y este método de inspección de
soldadura generalmente se limita a soldaduras a
tope en materiales que tienen un espesor mayor a
¼ in.
Ensayo de Corrientes de Inducidas de
Foucault. (ET)
Cuando una espira que lleva AC cerca de una probeta de metal, las corrientes de
inducidas se inducen en el metal por inducción
electromagnética. La magnitud de las corrientes
parásitas inducidas depende de muchos factores,
y la espira de ensayo es afectada por la magnitud
y dirección de esas corrientes inducidas por las
corrientes inducidas. Cuando se calibra la espira
con patrones conocidos, el método de corrientes
de inducidas puede ser usado para caracterizar
muchas condiciones de objetos de ensayo. La
Figura 10.35 es una presentación esquemática de
las corrientes de inducidas en el objeto de ensayo
cuando se ubica la espira de ensayo cerca de la
superficie.
Figura 10.35 – Corrientes Parásitas
Inducidas en el Objeto de Ensayo
El ensayo de corrientes de inducidas es
un método de ensayo altamente versátil. Puede
ser usado para medir espesores de secciones de
poco espesor, conductividad eléctrica,
permeabilidad magnética, dureza y condición de
tratamiento térmico de los objetos de ensayo.
Este método de ensayo también puede ser usado
para buscar metales no similares y medir espesor
de revestimientos no conductivos en objetos de
ensayo conductivos eléctricamente. Además, este
método puede ser usado para detectar fisuras,
pliegues y grietas, agujeros e inclusiones cerca
de la superficie del objeto de ensayo.
El equipo requerido para ensayo de
corrientes inducidas incluye un instrumento
electrónico tanto con una pantalla métrica o
TRC, y una bobina de sonda que consiste en una
o más vueltas de arrollamiento. La bobina de
ensayo puede ser un tipo de sonda para evaluar
una superficie, una bobina cilíndrica que rodea
una pieza circular o tubular, o una bobina de un
diámetro interior que es pasada dentro del tubo o
agujero. Los patrones de calibración dependen de
la información deseada. La medición de espesor
requiere patrones de calibración del mismo
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material con historias de tratamientos térmicos
conocidas.
La Figura 10.36 ilustra algunas
pantallas de TRC típicas para distintos tipos de
evaluaciones de corrientes inducidas, incluyendo
búsqueda de metal por conductividad, pérdida de
espesor por corrosión, detección de
discontinuidad, y determinación del espesor del
recubrimiento. Una de las mayores ventajas del
ensayo de corrientes inducidas es que puede ser
automatizado fácilmente. La sonda no necesita
tocar el objeto de ensayo, no se requiere medio
acoplante y el método es conveniente, todo lo
cual hace la inspección en la “línea de montaje”
relativamente fácil. Debido a que el ensayo no
requiere que la sonda contacte la pieza, se facilita
la inspección de piezas calientes. Finalmente, los
ensayos de corrientes inducidas pueden ser
usadas para la inspección de cualquier material
conductivo para la corriente, sea magnético o no.
La mayor limitación del ensayo de
corrientes inducidas es la alta habilidad requerida
en los operadores para calibrar el equipo e
interpretar los resultados. Está limitado al ensayo
de materiales conductivos eléctricamente y su
máxima penetración es baja (típicamente 3/16
pulgadas o menos). Los patrones requeridos para
los ensayos de corrientes inducidas pueden ser
bastante elaborados y numerosos. La suciedad o
contaminación superficial que es magnética o
eléctricamente conductiva puede afectar el
resultado del ensayo y deben ser quitados. Y,
cualquier ensayo de materiales magnéticos puede
requerir sondas y técnicas especiales.
Figura 10.36 – Pantallas de TRC Típicas para Ensayo de Corrientes Inducidas
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Figura 10.37 – Ubicación Estándar de los
Elementos La principal aplicación del ensayo de
corrientes inducidas es la evaluación de cañerías
tales como las encontradas en intercambiadores
de calor. Pasando una bobina para el ensayo por
un diámetro interno a través del interior del tubo,
se puede obtener gran cantidad de información
sobre corrosión, fisuras, picaduras, etc.
SIMBOLOS DE NDE
De la misma manera que los símbolos
de soldadura sirven para especificar exactamente
como deben realizarse las soldaduras, los
símbolos de NDE proveen información similar
para nuestro trabajo de inspección y trabajo de
ensayo. Una vez unido, normalmente será
necesario inspeccionar dichas soldaduras para
determinar si fueron satisfechos los
requerimientos de calidad aplicables. Cuando se
requiere, pueden especificarse los ensayos a
través de símbolos de ensayos no destructivos
que se construyen de manera muy similar a los
símbolos de soldadura descritos antes. La Figura
10.37 muestra la disposición general de los
elementos básicos de los ensayos no
destructivos. Como el caso de la simbología de
soldadura, la información debajo de la línea de
referencia se refiere a la operación de ensayo
realizada en la junta del lado de la flecha, y la
información arriba de la línea describe el
tratamiento al otro lado. En vez de la simbología
de soldadura, hay símbolos básicos de ensayos
NDE que son designaciones con letras para los
distintos procesos de ensayo. Estos se muestran
abajo:
Tipo de Ensayo Símbolo Emisión Acústica AET Corrientes Inducidas ET Pérdida LT
Partículas Magnetizables MT Radiografía Neutrónica NRT Líquidos Penetrantes PT Prueba de Servicio PRT Radiografía RT Ultrasonido UT Visual VT
Las Figuras 10.38, 10.39, y 10.40
muestran los símbolos de ensayo aplicados al
lado de la flecha, al otro lado, y ambos lados,
respectivamente. Si no es significativo que lado
debe ser ensayado, el símbolo de ensayo puede
estar centrado en la línea de referencia, como se
muestra en la Figura 10.41. También hay una
convención para describir el alcance de los
ensayos requeridos. Un número a la derecha del
símbolo de ensayo se refiere a la longitud de la
soldadura a ser ensayada, como se muestra en la
Figura 10.42.
Figura 10.38 – Ensayo No Destructivo del
Lado de la Flecha
Figura 10.39 – Ensayo No Destructivo del
Otro Lado
Figura 10.40 – Ensayo No Destructivo de
Ambos Lados
Figura 10.41 – Ensayo No Destructivo
donde el Lado no es Significativo
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A. Se muestra la Longitud
B. Se muestra la Ubicación
Figura 10.42 – Denominaciones para la
Longitud y Ubicación de la Soldadura a
ser Ensayada.
Si no existe una dimensión a la derecha
de la simbología de ensayo, esto implica que
debe ensayarse la longitud total de la junta, lo
que es similar a la convención de símbolos de
soldadura. Otras formas de describir la extensión
del alcance son especificar el porcentaje de la
longitud de soldadura, o el número de piezas a
ensayar. La Figura 10.43 ilustra la aplicación del
porcentaje para describir un ensayo parcial, y la
Figura 10.44 muestra como especificar el número
de ensayos a realizar, entre paréntesis. Si se
realizará el ensayo será realizado todo alrededor
de la junta, puede aplicarse el símbolo de ensayo
todo alrededor como se muestra en la Figura
10.45.
En el caso de ensayo radiográfico o
radiográfico neutrónico, puede ser útil describir
la ubicación de la fuente de radiación para
optimizar la información recibida de estos
ensayos. Si se desea, puede simbolizarse la
orientación de la fuente de radiación como se
ilustra en la Figura 10.46.
Figura 10.43 – Denominaciones para el
porcentaje de la Soldadura a ser
Ensayado.
Figura 10.44 – Denominación del Número
de Ensayos a ser Realizados
Figura 10.45 – Uso del Símbolo de
Ensayo Todo Alrededor
Figura 10.46 – Símbolos que Muestran la
Orientación de la Radiación.
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Figura 10.47 – Combinación de
Simbología de Soldadura y de Ensayo.
Esta simbología de ensayo también
puede combinarse con la simbología de
soldadura como se muestra en la Figura 10.47.
RESUMEN
Hay numerosos métodos de ensayos no
destructivos disponibles, debido a que no se
considera que ningún ensayo por si solo
suministrará una evaluación completa de las
propiedades del material, ni podrá determinar si
un material es sano. Como inspector de
soldadura, puede que necesite determinar que
ensayo es más adecuado para una aplicación
particular. En consecuencia, el inspector debe
entender como se realizan los distintos ensayos,
pero es más importante, que sea capaz de decidir
que ensayo puede ser más adecuado para proveer
la información necesaria para complementar la
inspección visual.
Como inspector de soldadura
certificado por AWS, es posible que su trabajo
sea observar las inspecciones realizadas por el
personal calificado y que se preparen y
mantengan los registros apropiados. Mientras
que se pueden especificar otros ensayos no
destructivos, el requerimiento de inspección
visual debe ser automático, y se debe completar
antes que cualquier método de ensayo.
También, el inspector de soldadura
emplea gran cantidad de tiempo comunicándose
con otras personas involucradas en la fabricación
de las distintas estructuras y componentes
soldados. El uso de la simbología de ensayos y
soldadura adecuados es una parte importante de
ese proceso de comunicación, porque esa es la
„taquigrafía‟ usada para llevar la información
desde el diseñador hasta aquellos involucrados
con la inspección de aquel producto. Entonces,
se puede esperar del inspector de soldadura que
entienda las distintas características de esos
símbolos de manera que se puedan determinar
los requerimientos de soldadura e inspección.
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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES Paso peregrino – en soldadura, una técnica donde la dirección de la trayectoria para pasadas individuales es opuesta a aquellas de la dirección general de la progresión de la soldadura a lo largo del eje de la soldadura. Bleedout – en el ensayo de líquidos penetrantes, la acción de ‘wicking’ del revelador para llevar a la tinta penetrante fuera de la discontinuidad a la superficie de la pieza que se está ensayando; la indicación causada por la tinta penetrante luego de la aplicación del revelador. Acción capilar – el efecto de la tensión superficial de los líquidos que causa que sean llevados dentro de separaciones pequeñas. Medio acoplante – en ensayo por ultrasonido, el líquido aplicado al objeto de ensayo para mejorar el contacto del transductor CRT (TRC) – Tubo de Rayos Catódicos; un osciloscopio usado para mostrar las señales eléctricas. Densidad – en los metales, la densidad se refiere al peso por unidad de volumen, tales como gramos por centímetro cúbico o libras por pie cuadrado. En el ensayo radiográfico, la densidad se refiere a la oscuridad de la película; una película de baja densidad es clara y una película de alta densidad es oscura. Revelador – en el ensayo de líquidos penetrantes, el polvo seco o solución de partículas absorbentes finas que serán aplicadas a la superficie, normalmente por rociado, para absorber la tinta penetrante contenida dentro de una discontinuidad y magnifican su presencia. Tiempo de condensación ¿???? – en el ensayo de líquidos penetrantes. El tiempo que se le permite a la tinta penetrante
permanecer en las superficies de ensayo para permitir que comiencen a fluir dentro de las discontinuidades superficiales. Corrientes inducidas de Faucault – corrientes pequeñas inducidas en los materiales conductivos causadas por la proximidad de una bobina que transporta corriente. Exceso de tinta penetrante - en el ensayo de líquidos penetrantes, la tinta penetrante que permanece en la superficie luego que una parte de esta fluyó dentro de las discontinuidades por la acción capilar. Ferromagnético – se refiere a los metales ferrosos, con base de hierro, que pueden ser magnetizados. Falla – en END (NDT), un sinónimo de discontinuidad. Una falla puede ser evaluada por un código para determinar su aceptación o rechazo. Fluorescencia – una propiedad de una sustancia de producir luz cuando sobre ella actúa una energía radiante, tal como luz ultravioleta. Fundente – en magnetismo, el término que se refiere al campo o fuerza magnética. Galvanizado – agregado de un revestimiento fino de zinc a las superficies de aceros al carbono o de baja aleación para protección contra la corrosión. Rayos gamma – la radiación emitida de un isótopo radioactivo tal como el Iridio 192. Hertz – en ingeniería, el término que expresa los ciclos por segundo. Puntos de espera – pasos preseleccionados en el proceso de fabricación donde se debe detener el trabajo para permitir la inspección. ICI (IQI) –Indicadores de Calidad de Imagen, dispositivos usados para determine
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la sensibilidad de resolución del ensayo de RT; llamado también penetrámetro.
