Inspeccion de Soldadura

CURSO DE INSPECCION DE SOLDADURA

INSPECCION DE SOLDADURA CAPITULO I.

El inspector de soldadura.

1.1. Introducción. 1.2. Características importantes del inspector de soldadura. 1.3. Requerimientos éticos del inspector de soldadura CAPITULO II. 2.1 2.2 2.3

Responsabilidades del inspector.

Inspección previa a la aplicación de soldadura Inspección durante la aplicación de soldadura Inspección posterior a la aplicación de soldadura

CAPITULO III.

Terminología.

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12

Tipos de juntas Raíz de las juntas Cara de ranura, cara de raíz, orilla de raíz Partes de una junta de ranura Juntas de bisel sencillo Juntas de doble bisel Técnicas Partes de una soldadura a tope Partes de una soldadura de filete Penetración Fusión Raíz de la soldadura

4.1 4.2

CAPITULO IV.

CAPITULO V. 5.1 5.2 5.3

Estándares

Estándares Códigos Especificaciones

CAPITULO VI 6.1 6.2 6.3

Simbología.

Procesos de soldadura y corte.

Factores limitantes Proceso SMAW Proceso GMAW -i-

6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9

Proceso FCAW Proceso GTAW Proceso SAW Corte por oxi- gas (OFC) Corte con arco-aire Corte por arco plasma (PAC)

CAPITULO VII 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Seguridad

Ambiente de trabajo Protección facial Equipo de seguridad Humos y gases Espacios confinados Choques eléctricos

CAPITULO VIII. Propiedades de los materiales. 8.1 8.2 8.3

Propiedades mecánicas Propiedades químicas Metalurgia

CAPITULO IX. 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

De tensión De doblez De dureza De impacto Macroataques

CAPITULO X 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Pruebas destructivas

Pruebas No Destructivas

Inspección visual Líquidos penetrantes Partículas magnéticas Radiografía Ultrasonido

CAPITULO XI

Calificación de procedimientos y soldadores.

11.1 Especificación de procedimientos de soldadura 11.2 Calificación de procedimientos de soldadura 11.3 Calificación de soldadores CAPITULO XII

Discontinuidades de soldadura y metal base. - ii -

12.1 Introducción 12.2 Porosidad 12.3 Inclusiones 12.4 Garganta insuficiente 12.5 Falta de fusión 12.6 Falta de penetración 12.7 Traslape 12.8 Socavado 12.9 Laminaciones 12.10 Delaminaciones 12.11 Roturas 12.12 Golpes de arco CAPITULO XIII

Procedimientos para inspección

CAPITULO XIV

Reportes de Inspección

14.1 Contenido del reporte 14.2 Inspección múltiple 14.3 Reportes no estructurados

- iii -

CAPITULO I. El inspector de soldadura. 1.1 Introducción. Al igual que la industria, la soldadura se ha ido modernizando con el paso del tiempo, desde finales del siglo XIX en que se uso por primera vez la soldadura por arco eléctrico, hasta nuestros días en que existen procesos completamente automatizados. En esencia los principios básicos siguen siendo los mismos y a pesar de los avances tecnológicos la soldadura sigue siendo susceptible a fallas, por tal motivo la presencia de un inspector de soldadura se convierte en una necesidad preponderante. Es común encontrar inspectores de soldadura en muchas industrias entre las que se incluye: la construcción de edificios, puentes y tanques de almacenamiento; la de producción de energía que incluye calderas, recipientes a presión, líneas de tubería y equipo de distribución; la industria petroquímica que utiliza muchas soldadura en las instalaciones y equipos para sus procesos; la industria de la transportación y la fabricación de instalaciones marinas entre otras. El inspector de soldadura es un representante de una organización que puede ser el mismo fabricante, el cliente, una compañía certificadora, una aseguradora o de una agencia de gobierno y es el responsable de juzgar la aceptabilidad de un producto de acuerdo con especificaciones escritas. El inspector debe entender cuales son las limitaciones y cuales las intenciones de cada especificación. Para poder realizar un trabajo eficiente, el Inspector de soldadura necesita contar con experiencia, conocimiento y habilidad. Ya que estará involucrado en todas las etapas del proceso de fabricación y no solamente en ver soldaduras terminadas, por lo tanto el inspector se considera una persona altamente calificada. Debido al tipo, tamaño o sistema de la organización donde se desempeña el inspector de soldadura, sus actividades pueden incluir solo una, o varias, o todas las actividades mencionadas en este manual, sin embargo, para propósitos capacitación solo se ha considerado una categoría.

CAP I - 1 -

1.2

Características importantes del inspector de soldadura.

Un inspector de soldadura, debido a la importancia de su función tiene la obligación de realizar un trabajo profesional y para ello debe cumplir con ciertas características básicas que incluyen: Buena condición física.- frecuentemente las condiciones de inspección son difíciles, la altura, el calor, el medio ambiente, el acceso, hacen que la actividad del inspector sea rigurosa, una buena condición física le será favorable durante la inspección. La habilidad para examinar condiciones superficiales y juzgar su aceptabilidad de acuerdo a una especificación escrita es la función primaria del inspector de soldadura, por lo anterior se requiere una examinación con o sin lentes para determinar una agudeza visual cercana, utilizando una carta Jaeger J2 a12”. Actitud profesional.- una actitud profesional determinara el grado de éxito o fracaso de la inspección, el inspector debe ser imparcial y consistente en todas las decisiones. Conocimiento de terminología de soldadura e inspección.- el uso inapropiado de terminología de soldadura creará una situación embarazosa y por lo tanto debe conocer y comunicarse correctamente con un lenguaje técnico. Habilidad para interpretar dibujos y especificaciones.- el inspector debe estar familiarizado con dibujos y hábil para entender las especificaciones, no es necesario memorizar las especificaciones pero es necesario conocer los contenidos para poder obtener información rápidamente. Experiencia en Inspección.- para cumplir con los requerimientos de AWS el inspector debe mostrar evidencia de haber desarrollado funciones como inspector de soldadura. Conocimientos de soldadura.- ya que el inspector de soldadura invierte la mayor parte de su tiempo en evaluar soldadura el conocimiento de varios procesos es esencial, la experiencia como soldador es deseable pero no es obligatoria. Habilidad para recibir entrenamiento.- para ser considerado efectivo, se espera que el inspector de soldadura sea experto en CAP I - 2 -

diferentes áreas y sea hábil para recibir entrenamiento en áreas no familiares. Habilidad para llenar y mantener registros de Inspección.- los reportes no solo incluirán todos los resultados de inspección y pruebas sino también procedimientos de soldadura, calificaciones de soldaduras, dibujos o revisiones de especificaciones, la elaboración adecuada de registros protegen la reputación del inspector. 1.3

Requerimientos éticos del inspector de soldadura

El Inspector de Soldadura debe acatar los siguientes requerimientos éticos par salvaguardar la salud y bienestar del publico y para mantener la integridad de los altos principios de practicas y conducta de su ocupación. Integridad.- el inspector actuará con completa integridad materia profesional y será honesto con su empleador.

en

Responsabilidad para con el público.- El Inspector de Soldadura actuará para preservar la salud y el bienestar del público haciendo su trabajo de una forma conciente e imparcial al alcance de su moral, responsabilidad y calificaciones. Para esto el inspector: Tomará asignaciones solamente para aquellas en las calificado con entrenamiento, experiencia y habilidad.

que

esta

Presentará las credenciales que le sean requeridas. No falsificará documentos ni dará testimonio verbal ni escrito de un nivel de certificación que no tenga. Será completamente conciente y real en sus reportes escritos, declaraciones o testimonios del trabajo e incluirá toda la información pertinente o relevante. Firmará solamente aquellos trabajos que el mismo ha inspeccionado, o aquellos en los cuales tiene personal de su conocimiento bajo su propia supervisión. No se prestará a participar en hechos fraudulentos o deshonestos.

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Declaraciones publicas.- el inspector de soldadura no expresará públicamente su opinión sobre inspección de soldadura a menos que este fundado en un conocimiento adecuado de los hechos tenga el soporte técnico pertinente, y tenga una honesta convicción de su declaración. Conflicto de intereses.- el inspector de soldadura evitará conflictos de intereses con su empleador o cliente y revelará cualquier asociación de negocios, o circunstancia que pudiera ser considerada como tal. El inspector no aceptará ninguna compensación financiera, o de otra clase, de mas de una parte por servicios sobre el mismo proyecto a menos que haya un acuerdo con todas las partes.

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CAPITULO II.

Responsabilidades del inspector.

Para realizar la inspección visual eficazmente, es necesario observar tantas fases individuales de la fabricación como sea posible. Por consiguiente, varias de las responsabilidades del inspector de soldadura se categorizan por los puntos revisados; específicamente, antes, durante, y después de la aplicación de soldadura. 2.1

Inspección previa a la aplicación de soldadura

Revision de todos los dibujos y estándares aplicables: es importante la revisión de dibujos, estandares, contratos con anticipacion para poder identificar las etapas que requieren una inspección mas detallada. Revision de órdenes de compra: todas las ordenes identificarán los materiales que serán usados incluyendo consumibles tales como materiales de aporte, fundentes, gases, etc., estas deben establecer claramente los requerimientos especificados. Recepcion de materiales: el inspector debe verificar que los materiales suministrados cumplen con las ordenes de compra y deben ser checados contra la especificación aplicable. Condición y almacenamiento de materiales de aporte: se debe verificar la condiciones del material de aporte a ser usado, especialmente los electrodos de bajo hidrogeno para el proceso SMAW, además algunos fundentes, alambres y varillas requieren especial protección contra la humedad. Equipos de soldadura: todos los equipos deben ser checados periodicamente por capacidad operacional, calibración y seguridad. Geometría y arreglo de la juntas: las tolerancias especificadas en los códigos y especificaciones deben cumplirse, por ejemplo, aberturas de raiz, angulos de ranura, alineación, etc. Limpieza de la junta: la limpieza es un factor critico, ya que la aplicación de soldadura sobre aceite, grasa, pintura, humedad, oxido, etc., provocará porosidad, y en casos mas severos faltas de fusión y grietas.

CAP II - 1 -

Procedimientos de soldadura y calificaciones de soldador: es responsabilidad del inspector verificar la correcta aplicación de la especificacion de procedimiento de soldadura (WPS) así como verificar que las calificaciones de los soldadores cubren los rangos de procesos, espesores, diametros, posiciones , etc. Temperatura de precalientamiento: ya que el precalentamiento es neseasrio para prevenir una degradación en las propiedades del metal base durante la soldadura, la temperatura de precalentamiento será checada a 3 pulgadadas desde la orilla de la preparación de la junta. 2.2

Inspección durante la aplicación de soldadura

Cumplimiento del WPS: para conducir la inspección durante la aplicación de la soldadura, el WPS será una guía, ya que en el se especifican todos los aspectos importantes tales como: materiales, técnica, temperatura de precalentamiento, temperatura de interpasos, etc. Calidad de pasos individuales: una inspeccion durante la aplicación permite una correcion inmediata y se refleja en un mas bajo índice de rechazo en la producción. Limpieza en interpasos: una buena limpieza en interpasos evitara defectos tales como inclusiones de escoria y faltas de fusión. Temperatura de interpasos: la temperatura de interpasos debe ser checada a 1 pulgada desde la orilla de la preparación de la junta. 2.3

Inspección posterior a la aplicación de soldadura

Apariencia de la soldadura: en general la inspección visual después de la soldadura se límita a la detección de discontinuidades superficiales de la soldadura y del metal base, así como el perfil, tamaño y longitud y su cumplimieto con los criterios de aceptación y rechazo aplicables. Dimensión de la pieza soldada: la contracción de esfuerzos de la soldadura puede provocar cambios dimensionales, distorsión o desalineación en la pieza, las mediciones de esos cambios determinarán si la pieza es aceptada o rechazada.

CAP II - 2 -

Pruebas No Destructivas: cuando las PND adicionalmente a la inspección visual, estas serán personal certificado, en este caso el inspector es la revision de registros de certificación procedimientos aplicables y calibración de equipo.

se requieren conducidas por responsable de de personal,

Tratamiento termico posterior a la soldadura (PWHT): cuando sea especificado en el WPS se verificará que el tratamiento se ha hecho satisfactoriamente. Registros y reportes: los códigos de trabajo siempre requieren la conservacion de registros, si es especificado o no, todos los registros deberan conservarse.

CAP II - 3 -

CAPITULO III.

Terminología.

a) De tope

b) De esquina

c) En “T”

d) De traslape

e) De orilla Figura 3.1 Tipos de juntas

CAP III - 1 -

Figura 3.2 Raíz de las juntas

CAP III - 2 -

Figura 3.3 Cara de ranura,

cara de raíz y orilla de raíz

CAP III - 3 -

Figura 3.4 Angulo de bisel, profundidad del bisel, ángulo de ranura, radio de ranura, abertura de raíz

CAP III - 4 -

Figura 3.5 Juntas soldadas de ranura sencilla.

Figura 3.6 Juntas soldadas de ranura doble.

CAP III - 5 -

Cordón recto

Cordón oscilado

Aplicación en retroceso Figura 3.7 Técnicas

CAP III - 6 -

Figura 3.8 Partes de una soldadura a tope

a) soldadura de filete cóncava Figura 3.9 Partes de una soldadura de filete

CAP III - 7 -

b) filete de soldadura convexa Figura 3.9 (Cont.) Partes de una soldadura de filete

Figura 3.10 Penetración

CAP III - 8 -

Figura 3.10 (Cont.) Penetración

Figura 3.11 Fusión

CAP III - 9 -

Figura 3.10 Raíz de la soldadura

CAP III - 10 -

CAPITULO IV. 4.1

Simbología.

Elementos del símbolo de soldadura y símbolo de soldeo.

El símbolo de soldadura indica el tipo de soldadura y, cuando se utilice, forma parte del símbolo de soldeo. El símbolo de soldeo está constituido por varios elementos, la línea de referencia y la flecha son los únicos elementos requeridos. Todos los elementos cuando se utilicen estarán en posiciones específicas del símbolo de soldeo como se indica en la figura 4.1. Los símbolos de soldadura serán como los indicados en la figura 4.2, y se representaran sobre la línea de referencia. Los símbolos suplementarios que se utilicen conjuntamente con los símbolos de soldeo se indicaran como de muestra en la figura 4.3. Flecha con quiebre. Cuando solo una de las piezas de la unión vaya a estar preparada, la flecha tendrá un quiebre que señalará hacia esa parte. Métodos de acabado. Los siguientes símbolos de acabado pueden utilizarse para especificar el método, pero no el grado del acabado: C G H M R U

= = = = = =

cincelado esmerilado martillado mecanizado laminado método no especificado

Los símbolos idénticos por de soldeo, o para detallar 4.2

para soldaduras de reverso (sello) y respaldo son lo que serán especificadas en la cola del símbolo bien, se utilizarán líneas de referencia múltiple la secuencia de la soldadura.

Símbolos de pruebas no destructivas (PND)

Los símbolos de PND consistirán en los elementos del símbolo mostrando los métodos de PND que se especificarán utilizando las letras de designación que se indican a continuación: CAP IV - 1 -

Método

Letras de designación

Prueba de fuga Partículas magnéticas Líquidos penetrantes Radiografía Ultrasonido Visual

LT MT PT RT UT VT

Figura 4.1 Símbolo de soldeo

CAP IV - 2 -

Figura 4.2 Símbolo de soldadura

Figura 4.3 Símbolos suplementarios

CAP IV - 3 -

CAPITULO V.

Estándares

5.1 NORMA (ESTÁNDAR): El término “norma”, tal y como es empleado por AWS, ASTM, ASME y ANSI, es aplicado colectivamente a códigos especificaciones, prácticas recomendadas, clasificaciones, métodos, y guías que han sido preparados por una organización y aprobados con procedimientos establecidos. Los estándares de soldadura son publicados en cooperación con el Instituto Nacional Americano de Estándares (ANSI) Una vez que una norma ha sido especificada, un inspector debe entonces juzgar la calidad del producto basándolo en comparación con la norma establecida. Las normas son consideradas como obligatorias (“Mandatory”), tales como un código, o no obligatorias (“Nonmandatory”), como en el caso de una práctica recomendada. Normas no obligatorias usan las palabras debería y podría (“should” y “could”) en lugar de deberá y será (“shall” y “Will”). Normas no obligatorias se vuelven obligatorias cuando son referenciadas en un código. Por ejemplo, la Práctica Recomendada No. SNT-TC-1A de la Sociedad Americana de Pruebas No Destructivas (ASNT) establece guías para la calificación y certificación de personal de PND. Debido a que la sección 6 del código AWS D1.1 requiere que el personal de PND sea calificado de acuerdo a SNT-TC-1A, la práctica se vuelve obligatoria 5.2

CODIGO:

Es un conjunto de requisitos y condiciones que regulan de manera integral el diseño, materiales, construcción, fabricación montaje, instalación, inspección, pruebas, reparación, operación y mantenimiento de instalaciones, equipos, estructuras y componentes específicos. El código puede venir de una agencia del gobierno o una agencia privada tal como una sociedad de ingenieros. Un código es definido como "un cuerpo de leyes, de una nación, ciudad, etc., arregladas sistemáticamente para una fácil referencia". Ya que un código consiste en reglas que tienen carácter legal, el código es considerado obligatorio.

CAP V - 1 -

AWS La Sociedad Americana de Soldadura, AWS, publica numerosos documentos que cubren aspectos tales como los usos y el control de calidad de materiales, productos, operaciones y procesos de soldadura. Estos documentos incluyen códigos, especificaciones, prácticas recomendadas, clasificaciones, y guías. La Sociedad Americana de Soldadura (AWS) ha publicado 6 Códigos: AWS AWS AWS AWS AWS AWS

D1.1, D1.2, D1.3, D1.4, D1.5, D1.6,

Código Código Código Código Código Código

de de de de de de

Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura

Estructural-Acero Estructural-Aluminio Estructural-Acero en Láminas Estructural-Acero de Refuerzo en Puentes Estructural–Acero inoxidable

ASME Otro Código muy utilizado es el código de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) para calderas y recipientes a presión, que está dividido en 11 secciones: Sección I. Sección II: Parte A: Parte B: Parte C: Parte D: Sección III: Sección IV: Sección V: Sección VI: Sección VII: Sección VIII: Sección IX: Sección X: Sección XI:

Reglas para construcción de Calderas de Potencia Materiales Especificaciones para Materiales Ferrosos Especificaciones para Materiales No Ferrosos Especificaciones para Varillas para Soldar, Electrodos y Metales de Aporte Propiedades Estructuras y Componentes Nucleares Reglas para construcción de Calderas para Calentamiento Examinación No Destructiva Reglas Recomendadas para el Mantenimiento y Operación de Calderas para Calentamiento Reglas Recomendadas para el Mantenimiento y Operación de Calderas de Potencia Reglas para construcción de Recipientes a Presión Calificaciones de Procedimientos de soldadura y soldadores Recipientes a Presión Plásticos de Fibras Reforzadas Reglas para Inspección en Servicio de Componentes en Plantas de Potencia Nucleares CAP V - 2 -

SERIES B31 PARA TUBERÍAS SUJETAS A APRESIÓN. Sección B31.1 Sección B31.2 Sección B31.3 Sección Sección Sección Sección Sección

Tubería para potencia. Tubería para gas combustible. Tubería para Plantas Químicas y Refinerías de Petróleo. B31.4 Sistemas de Tubería para la Transportación de Petróleo Líquido. B31.8 Sistemas de Tubería de Transmisión y Distribución. B31.9 Tuberías de servicios de edificios, B31G. Manual para determinar la resistencia Remanente de Líneas de Tubería Corroída. B31.11 Tuberías para lechos fluidos (lodos).

5.3 ESPECIFICACION: La especificación difiere del código en que describe los requisitos para un objeto particular, material, servicio, etc., mientras el código describe un alcance muy grande de construcción, una especificación describe una parte específica o material que puede ser parte integral de algún producto fabricado de acuerdo a algún código, es el documento más general, puede contener ó hacer referencia a códigos, normas, estándares, dibujos de fabricación, etc. Las especificaciones AWS para Metales de Aporte cubren la mayor parte de tipos de metales consumibles empleados en los procesos de soldadura y soldadura fuerte, e incluyen requisitos obligatorios y no obligatorios. Los requisitos obligatorios cubren aspectos tales como composición química y propiedades mecánicas, fabricación, pruebas y empaque. Los requisitos no obligatorios, incluidos en apéndices, se proporcionan como fuente de información, sobre la clasificación, descripción o uso los metales de aporte cubierto. La designación alfanumérica de la AWS para metales de aporte consta de una letra "A" seguida de un 5, un punto y uno o dos dígitos adicionales, por ejemplo la AWS A5.l. Cuando ASME adopta estas especificaciones, ya sea de manera completa y fiel o con revisiones, le antepone las letras "SF" a la designación AWS, así la especificación ASME SFA-5.l sería similar, sino idéntica a la AWS A5.l (de la misma edición). La AWS publica treinta diferentes especificaciones para materiales de aporte, estas son revisadas y adoptadas por ASME que añaden CAP V - 3 -

las letras SF precediendo la designación de AWS, a continuación se muestran algunas de estas especificaciones: A5.1 A5.4 A5.5 A5.17 A5.20

Acero al carbón electrodos de acero al carbón para SMAW Acero inoxidable electrodos de acero inoxidable para SMAW Acero de baja aleación electrodos de acero de baja aleación para SMAW Acero al carbón electrodos de acero carbón y fundentes para SAW Acero al carbón electrodos de acero carbón para FCAW

CAP V - 4 -

CAPITULO VI 6.1

Procesos de soldadura y Corte.

El proceso de soldadura.

La soldadura es definida como metálicas estableciendo un resultado de la fundición por aplicación de presión, y con aporte”. 6.2

“la unión permanente de superficies enlace entre átomos, que es el la aplicación de calor con o sin la o sin la aplicación de material de

El arco eléctrico.

Prácticamente toda la producción de soldadura hace uso de la electricidad como fuente de energía, la primera aplicación del arco eléctrico fue alrededor del año de 1880. Pero su uso fue restringido hasta que se desarrollaron los electrodos revestidos. El arco eléctrico es una de las fuentes mas calientes de energía disponible, las temperaturas en la columna del arco alcanzan los 6090 °C, la cual esta muy por encima de los puntos de fusión de los metales y aleaciones mas comunes. Con condiciones típicas de soldadura de arco 25 volts y 300 amperes, la energía total abastecida podría ser de 26,000 BTU por hora. Durante la transferencia a través del arco, el metal fundido es protegido por gases de protección por oxidación y otras reacciones con la atmósfera del arco. Estos gases pueden ser provistos por el recubrimiento de electrodos, por fundentes que cubren el arco, o por un flujo de gas de protección desde una fuente externa. 6.3

Factores limitantes

Cada proceso de soldadura tiene ciertos factores limitantes que hacen a un proceso particular una mejor selección para algunas aplicaciones que otros. Aunque puede haber selecciones obvias, un proceso es usualmente seleccionado en base a un balance entre el costo u los factores de calidad. Cuando un proceso es especificado, el inspector de soldadura y el soldador deben estar enterados de los factores limitantes para el trabajo, ya que ellos deben ser hábiles para anticipar y superar cualquier factor que pudiera causar discontinuidades u otros problemas más serios. Además de la soldabilidad, los factores que influyen en la selección de un proceso de soldadura son: CAP VI - 1 -

      6.4

Dimensión del material a ser soldado, especialmente su espesor y forma La posición en la cual la soldadura será hecha Los requerimientos para la raíz de la soldadura La accesibilidad a la pared posterior de la junta Preparación de la junta Disponibilidad del equipo de soldadura, fuente de poder y accesorios. Proceso SMAW

La soldadura por arco metálico protegido usa el calor de un arco eléctrico entre un electrodo revestido y la pieza de trabajo, la protección viene de la descomposición del recubrimiento del electrodo. El metal de aporte es suministrado por el corazón del electrodo y su recubrimiento. Este proceso es aplicado manualmente. El equipo básico es una fuente de poder, cable del electrodo, cable de la pieza de trabajo, portaelectrodo y electrodo. La identificación de los electrodos es como sigue: CAP VI - 2 -

E XXXX Donde E indica la palabra electrodo, los primeros dos dígitos (tres cuando son cinco dígitos) son la resistencia a la tensión del deposito de soldadura multiplicado por mil. El tercer dígito es la posición en la cual el electrodo puede ser usado, 1 es para todas las posiciones, 2 para posición plana y horizontal únicamente y 4 para electrodos de bajo hidrógeno aplicados en posición vertical en progresión descendente. El último dígito es la composición del revestimiento. La resistencia de una soldadura con este proceso puede ser alterada añadiendo elementos al revestimiento del electrodo. Desafortunadamente, algunos ingredientes y el aglutinante pueden atraer y mantener la humedad, la cual puede causar grietas en ciertos materiales. Un grupo de electrodos específicamente formulados para depositar soldadura con bajos niveles de hidrógeno son referidos como electrodos de bajo hidrógeno, la identificación de estos tienen en su último dígito los números 5, 6 u 8. El revestimiento del electrodo provee lo siguiente:       

Estabilización del arco Gas de protección Agentes escorificantes Desoxidantes Protección contra el enfriamiento Elementos aleantes Polvo de hierro

Ventajas: Este equipo es relativamente simple y barato, existen equipos portátiles, los equipos mas nuevos son compactos y ligeros, la disponibilidad de numerosos electrodos hacen a este proceso bastante versátil.

CAP VI - 3 -

Desventajas: El proceso es relativamente lento, las capas de escoria deben ser removidas, los electrodos de bajo hidrógeno requieren almacenamiento especial. Discontinuidades: Casi cualquier discontinuidad puede ser proceso, si no es aplicado apropiadamente.

producida

en

este

La presencia de porosidad resulta de la presencia de humedad y contaminación en la región de la soldadura, en el revestimiento del electrodo en la superficie del material o de la atmósfera presente, aunque también puede ser causada por una técnica inapropiada o por soplos de arco. Además de la porosidad el soplo de arco también puede causar salpicaduras, socavados, contorno defectuoso de la soldadura y decremento en la penetración. Las inclusiones de escoria son a menudo causadas por una técnica inapropiada, limpieza de interpasos insuficiente, o falta de manipulación del electrodo, además si el diseñador provee insuficiente acceso en la junta. Ya que este proceso es manipulado manualmente, numerosas discontinuidades pueden resultar de una manipulación inapropiada del electrodo, tales como faltas de fusión, faltas de penetración, socavados, traslapes, tamaños incorrectos y perfiles inadecuados de la soldadura. 6.5

Proceso GMAW

Este proceso de arco metálico protegido con gas usa el calor de un arco eléctrico entre un electrodo de tipo alambre suministrado continuamente como metal de aporte y la pieza de trabajo. La protección es obtenida completamente de un gas inerte que puede ser argón o helio, un gas activo tal como el CO 2 o O2 o alguna combinación de ellos.

CAP VI - 4 -

Este proceso puede ser semiautomático, con máquina, o automático. En el modo semiautomático el soldador controla la inclinación y la distancia entre el electrodo y la pieza de trabajo. La longitud de arco y la alimentación del electrodo son controladas automáticamente por la fuente de poder y el controlador de alimentación de alambre. Este proceso deposita el metal de soladura en la junta por cualquiera de las siguientes modalidades: Transferencia por rocío: ocurre cuando la transición de corriente o voltaje excede el nivel que le corresponde al tipo y tamaño del alambre. La corriente y el voltaje son altos y el gas es inerte o con una pequeña adición de gases activos. Para cada tamaño y tipo de electrodo hay una corriente de transición sobre la cual el metal rompe en finas gotas muchas veces por segundo. La corriente impulsa esas gotas hacia el centro del arco, afuera del electrodo y hacia el charco de soldadura. Este modo de transferencia requiere altas corrientes en relación al diámetro del electrodo. Debido a su gran aporte de calor esta modalidad es mas usada en posiciones plana y horizontal. Transferencia globular: ocurre a corrientes bajas en comparación con la transferencia por rocío. La baja densidad de corriente en el electrodo produce grandes e irregulares gotas de metal al CAP VI - 5 -

charco sin mucha dirección, lo que resulta en un incremente de salpicaduras comparado con el de transferencia por rocío.

Transferencia por corto circuito: en esta modalidad el alambre hace contacto con la pieza de trabajo y el arco se extingue. La corriente continua su flujo y la resistencia causa que el alambre se separe y el arco se reinicia, lo que ocasiona el deposito de soldadura gota por gota, puede haber hasta 200 gotas por segundo. Este modo es un proceso relativamente frió y una aplicación errónea puede resultar en faltas de fusión. Las hojas de metal pueden ser soldadas sin penetración excesiva y se puede aplicar en todas las posiciones. Transferencia por arco pulsante: esta modalidad mantiene un arco a bajo voltaje y baja corriente como condiciones de respaldo. Esta condición causa un arco mantenido, pero no causa transferencia de metal. La fuente de poder es ajustada para suministrar un pulso de alta corriente y voltaje, la cual toma las condiciones de soldadura arriba del nivel de transición y separa una gota del electrodo y la impulsa a través del arco. El numero de pulsos por segundo puede ser ajustado; la transferencia ocurre durante cada pulso. La identificación de los electrodos es como sigue:

ER XX S - X Donde E indica la palabra electrodo, R alambre redondo (rod ), los siguientes dos dígitos son la resistencia a la tensión del deposito de soldadura multiplicado por mil, S denota la palabra electrodo sólido, el último dígito es la clasificación química. Ventajas: Este proceso puede ser usado efectivamente en la unión de metales ferrosos y no ferrosos. El uso de un gas de protección en lugar CAP VI - 6 -

de un fundente el cual puede venir contaminado, puede reducir la cantidad de hidrógeno inducido en la zona de la soldadura; por lo tanto este proceso puede ser usado en donde la presencia de hidrógeno puede causar problemas, debido a la ausencia de escoria que deba ser removida después de la aplicación, este proceso es ideal para soldadura automática y robotizada y de alta producción. Ya que poca o ninguna limpieza es requerida después de la aplicación la productividad del operador es ampliamente mejorada. La eficiencia es incrementada por la alimentación continua del alambre y no requiere cambios tan a menudo como el caso del proceso SMAW. Desventajas: Ya que este proceso usa gas como protección del charco desde la atmósfera la contaminación excesiva de l metal base puede causar porosidad. Corrientes de aire pueden dispersar el gas de protección. El equipo usado es mas complejo que el usado en el proceso SMAW incrementando la posibilidad de problemas mecánicos que pueden dar origen a problemas de calidad. Discontinuidades: Este proceso puede dar origen a todo tipo de discontinuidades excepto inclusiones de escoria. La porosidad puede ser causada por gas atrapado en la soldadura, el cual es causado por una deficiente protección del gas, la protección debe desplazar la atmósfera circundante la cual contiene oxigeno y nitrógeno. El uso de un alto flujo de gas puede producir porosidad. La falta de fusión es posible, especialmente en soldaduras hechas con transferencia por corto circuito. La presencia de socavados y garganta insuficiente reflejan una pobre técnica del soldador. El traslape es mas común en soldadura con transferencia globular y de corto circuito. 6.6

Proceso FCAW

Este proceso usa el calor de un arco eléctrico entre un electrodo tubular suministrado continuamente como metal de aporte y la pieza de trabajo. La protección es obtenida, toda o en parte, desde un fundente contenido dentro del electrodo tubular. Los electrodos auto protegidos no requieren protección externa con gas, mientras que otros electrodos con fundente al centro usan protección externa con gas abastecidos a través del maneral. CAP VI - 7 -

El electrodo para este proceso contiene fundente, desoxidantes y elementos de aleación dentro del alambre tubular. Si protección externa es usada, el gas comúnmente usado es el dióxido de carbón o una mezcla de dióxido de carbón y argón. Una mezcla de 75% de argón y 25% de dióxido de carbón puede usarse para mejorar las características de operación del arco y mejorar las propiedades mecánicas de la soldadura terminada. La identificación de los electrodos es como sigue:

E XX T - X Donde E indica la palabra electrodo, el siguiente dígito es la resistencia a la tensión del deposito de soldadura multiplicado por 10,000, el siguiente dígito es la posición en que el electrodo puede ser usada, un 1 es para todas las posiciones, un 0 es para posición plana y horizontal solamente, T denota la palabra tubular, el último dígito es la clasificación química.

CAP VI - 8 -

Ventajas: Debido al alto incremento en rangos de deposito y a la alta tolerancia de contaminación, este proceso ha desplazado al proceso SMAW y GMAW en muchas aplicaciones. El proceso FCAW puede ser utilizado tanto en taller como en campo, y provee alta productividad en los términos de la cantidad de metal de soldadura que puede ser depositada en un periodo de tempo dado. Este proceso es caracterizado por un arco agresivo, y de alta penetración que tiende a reducir la posibilidad de discontinuidades del tipo de fusión. Este proceso puede ser usado en todas las posiciones. Desventajas: Debido a que el fundente esta presente durante la soldadura, una capa solidificada de escoria debe ser removida. El fundente también genera una gran cantidad de humo, el cual reduce la visibilidad del soldador y hace que el charco sea mas difícil de observar. Discontinuidades: Las discontinuidades más comunes son la porosidad y las inclusiones de escoria. Una protección inadecuada causa porosidad, mientras que una velocidad de aporte inadecuada o manipulación incorrecta del maneral resultara en el atrapamiento de escoria. 6.7

Proceso GTAW

Este proceso usa el calor de un arco eléctrico entre un electrodo no consumible y la pieza de trabajo. La protección es obtenida de un gas inerte o una mezcla de gases. El metal de aporte puede ser añadido según se necesite. La antorcha es usualmente enfriada con agua, o puede ser enfriada con aire para aplicaciones con baja corriente. Este tipo de soldadura puede ser realizada por el método manual, mecanizado o automático. Cuando el metal de aporte es añadido, el proceso se llama técnica a dos manos.

CAP VI - 9 -

Un calentamiento lento y bajas temperaturas combinados con una lenta velocidad de enfriamiento son las características de este proceso que resultan en la mejora de las propiedades mecánicas del metal de la soldadura y de la zona afectada por el calor. El electrodo de tungsteno provee los medios para iniciar el arco. La fusión es esencialmente baja y la mayoría de los gases involucrados pueden escapar desde el charco de soldadura antes de su enfriamiento. A excepción del aluminio en el cual se usa normalmente corriente alterna (ac) la mayor parte de las soldaduras hechas por este proceso usan corriente directa con polaridad directa (dcen). El aluminio forma un oxido inmediatamente después de ser limpiado. La limpieza del oxido ocurre cuando se usa corriente directa con polaridad inversa (dcep) o ac, si embargo, dcep es impractica debido a la pobre capacidad del electrodo para conducir la corriente, pero la ac provee limpieza cada medio ciclo. La reignición del arco es normalmente acompañada por una corriente de alta frecuencia (tabla 6.1), aunque el electrodo es llamado no consumible este es contaminado cuando hace contacto con el charco o con el metal de aporte y se consume cada que es limpiado.

CAP VI - 10 -

Tabla 6.1 Efecto del tipo de corriente de soldadura en la penetración del proceso GTAW Corriente Polaridad del electrodo

dc

dc

negativa

positiva

ac

Flujo de iones y electrones Características de penetración Acción de limpieza de oxido Balance de calor en el arco Penetración Capacidad del electrodo

No

si

si cada medio ciclo

70% en la pieza 30% en el electrodo Profunda / estrecha

30% en la pieza 70% en el electrodo Amplia / superficial

50% en la pieza 50% en el electrodo

Excelente

pobre

media

media

Varias clasificaciones de electrodos de tungsteno son disponibles, sin embargo el EWTh-2 es recomendado para uso con dcen, y para soldaduras con ac el electrodo EW-P es el recomendado, ver tabla 6.2. Tabla 6.2 Clasificación AWS para electrodos de tungsteno Clasificación AWS

EWP EWTh-1 EWTh-2 EWTh-3 EWZr EWCe-2

Aleación

tungsteno puro 0.8 – 1.2% thorio 1.7 – 2.2% thorio 0.35 – 0.55% thorio 0.15 – 0.40% Zirconio 1.8 – 2.2% cerio

Color

verde amarillo rojo azul café naranja

Ventajas: CAP VI - 11 -

El proceso GTAW es capaz de soldar casi todos los metales, aún materiales extremadamente delgados. La principal ventaja de este proceso es la alta calidad de las soldaduras y su excelente apariencia visual. También porque no usa fundente. El proceso es bastante limpio por lo que, no hay que remover escoria después de su aplicación. Desventajas: El nivel de entrenamiento necesario para producir soldaduras de alta calidad es adquirido después de mucha experiencia con la manipulación del electrodo y la alimentación del material de aporte. Debido a que el proceso tiene muy poca tolerancia a la contaminación. El metal base y el de aporte deben estar extremadamente limpios antes de la aplicación. Discontinuidades: Todos los tipos más comunes de discontinuidades son posibles con este proceso, excepto inclusiones de escoria. Un problema único de este proceso son las inclusiones de tungsteno. Esta discontinuidad ocurre cuando el electrodo de tungsteno se introduce en el charco de la soldadura. Las inclusiones de tungsteno resultan de un contacto accidental. El uso de corrientes excesivas puede contribuir a la deterioración del electrodo y provoca también inclusiones de tungsteno. 6.7

Proceso SAW

Este proceso usa el calor de un arco eléctrico o arcos entre el electrodo o electrodos y la pieza de trabajo. La protección es obtenida por una capa de fundente granular. La soldadura bajo una capa de fundente granular es un proceso semiautomático, mecanizado o automático el cual la alimentación de alambre y la longitud de arco es controlada por el alimentador de alambre y la fuente de poder. En la soldadura automática un mecanismo mueve ya sea la antorcha o la pieza de trabajo, y un sistema de recuperación del fundente recircula el fundente granular no fundido y lo regresa a su contenedor para su uso. La identificación de los electrodos es como sigue: Indica fundente. CAP VI - 12 -

Indica la resistencia mínima a la tensión (multiplicada por 10,000) del metal de soldadura con el fundente y alguna clasificación específica de electrodo, depositado de acuerdo a condiciones especificadas. Designa la condición de tratamiento térmico en el cual la probeta fue conducida: “A” para soldadura sin tratamiento térmico y “P” para soldadura con tratamiento térmico. Indica la temperatura mas baja a la que fue conducida la prueba de impacto. Indica electrodo Clasificación del electrodo usado.

F X X X – E X X X El arco es oculto en la soldadura de arco sumergido, el cual libera al soldador del uso de su careta pero oculta la trayectoria que debe ser seguida. Para soldadura con maquina o automática, la trayectoria es prealineada o un aparato controla la orientación de la antorcha en relación al línea de centro de la soldadura. En el proceso semiautomático la antorcha es realmente movida a lo largo de la junta en contacto con las caras de la pieza de trabajo para controlar la ubicación de la soldadura. Este proceso puede producir un arco de penetración profunda, juntas rectas a tope pueden ser soldadas en metales hasta de 1 pulgada de espesor y con un paso por cada lado con penetración completa, si la junta es exactamente seguida y la densidad de corriente es alta. La composición de la soldadura resulta de la contribución del metal base fundido y del electrodo, modificado por reacciones químicas del fundente y las aleaciones añadidas a través del fundente. Ya que el fundente y el alambre de aporte son abastecidos independientemente en este proceso es posible una gran flexibilidad en la obtención de propiedades de la soldadura. El inspector debe asegurarse que el procedimiento adecuado es seguido. Suciedad, grasa o humedad puede contaminar al fundente, resultando grietas. Algunos fundentes requieren contenedores de CAP VI - 13 -

almacenamiento caliente para asegurar que el fundente esta seco cuando es usado.

Ventajas: Este proceso puede ser aplicado en numerosos metales, debido a su alto índice de deposito de metal de soldadura, se ha demostrado que es bastante efectivo para recubrir o rellenar superficies de materiales. Puede típicamente depositar mas metal que cualquier otro de los procesos más comunes, es atractivo para el operador ya que debido al ocultamiento del arco, el operador no necesita lentes con filtro u otro equipo pesado de protección. Otro beneficio es que hay menos humo generado que con otros procesos. Tiene mejor capacidad de penetración. Desventajas: La limpieza de las superficies de trabajo y el alineamiento de la máquina con la junta es particularmente importante en este CAP VI - 14 -

proceso. Una alineación inadecuada resultará en cordones chuecos con penetración incompleta. En juntas con alta restricción una junta desalineada puede provocar grietas. Los fundentes de bajo hidrogeno requieren un almacenamiento en hornos calientes. Discontinuidades: Las soldaduras pueden exhibir todas las discontinuidades mas comunes. La porosidad es algunas veces encontrada debido a un fundente contaminado o húmedo o a una junta contaminada. Inclusiones de escoria son encontradas en muchas soldaduras con este proceso. Perfiles convexos de cordón en soldaduras de pasos múltiples frecuentemente las causan. Los cordones convexos dejan vacíos agudos con el cordón precedente y al o largo de la cara de la ranura en la cual la escoria queda atrapada, o donde la escoria del nuevo cordón quedará atrapada. Faltas de fusión pueden ocurrir en soldaduras muy largas de un solo paso o en soldaduras aplicadas muy rápido, las faltas de penetración ocurren cuando la junta no es cuidadosamente alineada. El socavado es común cuando son usadas corrientes de soldadura muy altas. Las grietas en soldaduras de arco sumergido pueden ocurrir cuando el material esta caliente o frío, algunas veces a la excesiva relación profundidad ancho. Las grietas tipo cráter pueden ser anticipadas cuando el soldador ha perfeccionado su técnica de llenado de cráteres. Es común el uso de placas de inicio y salida par iniciar y detener el arco fuera de la soldadura. Las grietas en la garganta en pasos de raíz delgados son típicas en juntas altamente restringidas. 6.8

Corte por oxi-gas (OFC)

Este proceso de corte uso exclusivamente en algún tiempo la mezcla de oxigeno y acetileno (OFC-A), pero actualmente se puede usar a mezcla de oxigeno con gas natural (OFC-N), con gas propano (OFC-P), con hidrógeno (OFC-H), son requeridas algunas modificaciones del soplete para cada tipo de gas. Este proceso corta los materiales ferrosos por oxidación del hierro arriba de la temperatura de oxidación cerca de los 1700°F, CAP VI - 15 -

la oxidación del acero origina una combustión, la cual es confinada en una zona estrecha. Al metal a ser cortado es calentado a la temperatura de oxidación aprovechando la flama disponible. La calidad de la superficie cortada varía con los límites del ancho. El entrenamiento del operador afecta todas las operaciones, ya que la flama debe ser ajustada manualmente, incluso para procesos automáticos. La mayor limitación de este método es que puede cortar efectivamente solamente aquellos metales que se oxidan por debajo de su temperatura de fusión, consecuentemente es difícil producir cortes de calidad con este método en aceros inoxidables. 6.9

Corte con arco-aire (CAC-A)

Este método funde el metal usando un arco eléctrico entre un electrodo de carbón y la pieza, entonces se aplica un chorro de aire a alta velocidad, esta corriente de aire se aplica paralela al electrodo y desprende el charco de metal fundido que se encuentra justo debajo del arco. 6.10 Corte por arco plasma (PAC) Este método usa el gran calor del arco plasma (18,000 °F a 25,000°F) útil para cortar cualquier metal, ferroso o no ferroso, el PAC remueve el metal fundido con un chorro de gas ionizado caliente a alta velocidad. El proceso usa un arco comprimido entre un electrodo enfriado por agua y la pieza de trabajo. El orificio que comprime el arco también es enfriado por agua. La calidad de corte proporcionada por este método es superior a cualquier tipo de corte térmico, debido a la alta temperatura utilizada.

CAP VI - 16 -

CAPITULO VII

Seguridad

El inspector de soldadura frecuentemente trabaja en las mismas condiciones de medio ambiente que el soldador y esta expuesto a muchos riesgos, por ejemplo, choque eléctricos, caídas, radiación, daños en la vista por luz UV y particularmente materia en el aire, gas, humo, caída de objetos, etc. La seguridad no debe tomarse a la ligera y el inspector debe observar todas las precauciones de seguridad, usando todo el equipo recomendado. 7.1

Ambiente de trabajo.

En la mayoría de los procesos de soldadura y corte una fuente de calor a alta temperatura esta presente, flamas abiertas, arcos eléctricos, metal caliente, chispas que viajan hasta distancias de 35 pies, y que pueden atravesar pequeñas aberturas en techos y paredes, incrementan el riesgo de incendios en presencia de combustibles. Debe procurarse el uso de extractores para mantener el medio ambiente con el menos nivel de humos y gases posible. El uso de mamparas evitara daños por radiación, quemaduras, daños en la vista de personal no involucrado con el trabajo de soldadura. 7.2

Protección facial y visual.

Los cascos contienen filtros apropiados que deben ser utilizados por los soldadores para poder ver el arco eléctrico. El inspector debe usar lentes que pueden ser claros u oscuros (filtros del No. 2 son recomendados para propósitos de protección general) para evitar daños en la vista que incluyen la protección contra partículas en el ambiente resultado de pulidoras, equipos de corte, etc. 7.3

Equipo de seguridad.

Zapatos industriales y ropa de trabajo serán usadas para proteger el cuerpo, de rebabas, chispas, radiación, se prefiere el uso de ropa de lana en vez de algodón por su bajo nivel de ignición, si se usa ropa de algodón debe ser tratado químicamente. Ropa de poliéster no debe ser usada. Serán usados guantes de piel u otro CAP VII - 1 -

material apropiado que además protegen contra choque eléctricos, y también es obligatorio el uso de protectores de oídos en áreas con ruidos continuos de alto nivel. 7.4

Humos y gases.

Algunos procesos de corte y soldadura producen un gran volumen de gases y humo y una gran cantidad de materiales, la ventilación apropiada podrá reducir significativamente las cantidades de humo en el área de trabajo y la sobreexposición del soldador. El factor más importante que influye a la exposición de humo es la posición de la cabeza del soldador con respecto a la pluma de humo. Cuando se manejan cilindros de gas las siguientes precauciones de seguridad deben ser tomadas:           7.5

Los cilindros no deben ser soldados. No serán usados como parte de un circuito eléctrico No serán usados para otras actividades en que no fueron diseñados Serán protegidos contra caída de objetos e inclemencias del tiempo Serán almacenados a temperaturas en el rango de 0° F hasta 130° F En los traslados deben usarse compartimientos apropiados No serán usados electromagnetos para su manejo Deben asegurarse contra caídas durante su uso o almacenamiento Acetileno y gases líquidos serán almacenados en posición vertical Deben ser etiquetados Espacios confinados.

Consideraciones especiales deben ser tomadas para garantizar la seguridad en espacios confinados, los cilindros de gas deben ser colocados afuera del espacio confinado para evitar contaminación del medio por fugas de gases, las máquinas de soldar deben ser colocadas afuera para evitar choques eléctricos, la iluminación dentro del área de trabajo debe ser de bajo voltaje. Se deben practicar procedimientos de rescate y contar con los medios de rescate necesarios para cualquier contingencia. Los extractores CAP VII - 2 -

ayudaran para prevenir la acumulación de humos, gases y de oxigeno enriquecido, el oxigeno no es flamable pero soporta la combustión de materiales flamables. 7.6

Choques eléctricos.

Los choque eléctricos ocurren cuando una corriente eléctrica es suficiente para crear un efecto adverso cuando pasa a través del cuerpo. La severidad del choque dependerá de la cantidad de la corriente, la duración y el trayecto del flujo, y el estado de salud de la persona. La cantidad de corriente dependerá del voltaje aplicado y de le resistencia del cuerpo a su paso. Las corrientes mayores de 6 miliamperes (mA) son considerados choques de corriente primaria, ya que pueden causar daños fisiológicos directos. Corrientes entre 5 y 6 mA son consideradas choques de corriente secundaria, esta puede ocasionar reacciones musculares involuntarias sin causar daños fisiológicos serios. Corrientes menores de 5 mA son conocidas como de umbral de percepción ya que es en este punto que la mayoría de la gente es sensible a la corriente. Los choques eléctricos en la industria de la soldadura ocurren como resultado de contactos accidentales con conductores aislados deficientemente o desnudos. Para prevenir choques eléctricos por condiciones mojadas o húmedas el inspector debe usar gantes secos y ropa en buenas condiciones, así como evitar el uso de joyería para disminuir la posibilidad de choque eléctrico.

CAP VII - 3 -

CAPITULO VIII. Propiedades de los materiales. 8.1

Propiedades mecánicas y físicas.

Las propiedades físicas y mecánicas de los materiales determinan su aplicabilidad en el diseño de un producto. En el diseño de uniones soldadas las consideraciones primarias son los comportamientos de materiales metálicos bajo varias condiciones de carga. Estas propiedades son determinadas en laboratorios de prueba donde equipos y procedimientos estandarizados son utilizados para obtener datos. Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas de los materiales son aquellas que revelan características elásticas e inelásticas cuando una fuerza es aplicada, ellas son: La resistencia última a la tensión Resistencia a la cedencia Elongación Modulo de elasticidad Resistencia a la compresión Resistencia al corte Resistencia a la torsión Resistencia a la fatiga Resistencia al impacto Todas excepto la resistencia a la fatiga y al impacto son determinadas por aplicación de cargas estáticas y constantes. Las propiedades de fatiga e impacto son determinadas por la aplicación de cargas dinámicas y pulsantes. Propiedades físicas Las propiedades físicas de los materiales son diferentes a las mecánicas y químicas y describen la naturaleza del material, ellas son: Densidad.- que es determinada por el peso por unidad de volumen. Conductividad eléctrica.- es la propiedad de un material para conducir corriente eléctrica.

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Conductividad térmica.- es la relación de flujo de calor a través de un material. Expansión térmica.- es la expansión que sufren los materiales cuando son calentados y se expresa por el coeficiente de expansión lineal. Temperatura de fusión.- un material puro tiene un punto definido de fusión que es la misma temperatura de su punto de solidificación. 8.2

Propiedades químicas

Química de la soldadura. La química de la soldadura trata de la interacción química entre el metal base, el metal de soldadura y otros elementos químicos existentes en el área de la soldadura. El metal base y el metal de soldadura deben ser químicamente compatibles. Pero otros elementos químicos en el ambiente que rodea al proceso de soldadura también deben ser considerados. Por ejemplo, el nitrógeno, carbono y oxigeno no pueden evitarse si el aire se pone en contacto con el proceso de soldadura. Cuando los metales están en el estado sólido las reacciones químicas adversas están restringidas a ataques por medios corrosivos. Para el acero aún el aire húmedo es corrosivo. Usualmente pintamos el acero para evitar que se oxide. Cuando los metales son líquidos la actividad química se acelera sobre lo que sería en estado sólido. Esto es porque continuamente llegan a la superficie átomos nuevos del metal a exponerse a átomos extraños de la atmósfera y así cuando los metales están en estado líquido, como en el metal fundido durante la soldadura, son posibles las reacciones químicas adversas. En el proceso de soldadura no deben existir átomos extraños. Los átomos más comunes que son dañinos al acero son: nitrógeno, oxígeno, hidrogeno y carbono. Los primeros tres provienen de la atmósfera que rodea el charco de soldadura (el hidrógeno viene del vapor de agua). El carbono y el oxígeno pueden ser recogidos de la flama oxiacetilénica y de gas de cobertura de dióxido de carbono. En el estado líquido, el acero disuelve todos estos átomos fácilmente, así que, es necesario protegerlo de estos elementos. CAP VIII - 2 -

Protección. Para proteger el metal de la acción de estos gases, tenemos que desplazar la atmósfera que lo rodea con un gas inerte. En la soldadura con electrodo de tungsteno (GTAW), el soldador protege el metal fundido con gas argón o helio. En los procesos de soldadura con electrodo continuo (GMAW) ya sea sólido o tubular (FCAW) el gas puede ser dióxido de carbono (C02), sin embargo, como el dióxido-de carbono puede reaccionarse con la soldadura como carbono y oxigeno, se adicionan desoxidantes en la composición de los electrodos. En la soldadura con electrodo manual (SMAW), este tiene un recubrimiento que al descomponerse forma 1os gases de protección que pueden ser dióxido de carbono ó monóxido de carbono. En la soldadura de pernos estos se protegen en un capuchón especial. La protección también puede ser una capa de fundente que protege de la atmósfera o bien una escoria protectora que se forma sobre la soldadura cuando esta se enfría. En la soldadura por arco sumergido (SAW), la capa de fundente es empleada durante el proceso de soldar para proteger de la atmósfera, y la escoria que se forma protege al cordón durante el enfriamiento. En la soldadura por arco eléctrico (SMAW), la escoria protectora se forma a partir de los desoxidantes que componen el recubrimiento del electrodo. Composición del Metal de Soldadura. Los átomos que componen una soldadura provienen del área del metal base adjunto a la soldadura y el metal de aporte o de llenado, y los gases en contacto con el metal de soldadura del fundente. Como inspector debe reconocer los aspectos químicos positivos y negativos de la composición de metal de soldadura. Por ejemplo, si se hace una soldadura sin metal de relleno, debe saber de la falta de desoxidantes y escorificantes normalmente obtenido de los materiales de aporte. Gases Disueltos: El hidrógeno (H), oxigeno (O) y el nitrógeno (N), se disuelven en el metal fundido y tienden a fragilizarlo si no son removidos. Los procesos para refinación del acero están diseñados para eliminar todo lo que se pueda de estos gases. Se utilizan fundentes y gases aislantes especiales para impedir su inclusión en el metal fundido. CAP VIII - 3 -

Difusión en el metal de soldadura. Un ejemplo de difusión ocurre cuando el hidrógeno, un gas, es permitido en la vecindad de metal fundido, como es el caso de una soldadura. La fuente más común de hidrógeno es la humedad (H2O), o la contaminación en las superficies de las partes soldadas. Muchos de los contaminantes normalmente encontrados en metales son los compuestos orgánicos, es decir, aceites, grasas, etc., y ellos contienen hidrógeno en su composición química. El calor de la soldadura se descompondrá el agua el contaminante orgánico en átomos individuales que incluyen el átomo de hidrógeno (H). Los átomos de hidrógeno son bastante pequeños, y puede difundirse fácilmente en la estructura del metal base. Cuando entran en el metal base, los átomos de hidrógeno a menudo se recombinan en moléculas de hidrógeno (H2), una combinación de dos átomos de hidrógeno qué es mucho más grande que un solo átomo de hidrógeno. Las moléculas más grandes a menudo quedan atrapadas en las discontinuidades del metal tales como los límites de grano o inclusiones. Estas moléculas de hidrógeno, a causa de su gran tamaño pueden causar tensiones altas en la estructura interior del metal base y para metales de ductilidad baja, puede causar el agrietamiento. La grieta por hidrógeno es a menudo llamada grieta bajo la soldadura o grieta retardada. El primer remedio para los problemas de grietas por hidrógeno consiste simplemente en eliminar la fuente de hidrógeno; el primer paso es limpiar completamente toda la superficie a ser soldada. Otra recomendación es especificar electrodos de "bajohidrógeno" para uso con aceros de baja aleación. Estos electrodos de bajo hidrógeno se formulan especialmente para conservar su contenido de hidrógeno bastante bajo, pero ellos exigen un manejo especial para evitar la absorción de humedad después de abrir los paquetes sellados de transporte. Después de abiertos los paquetes, los electrodos deben guardarse en un horno eléctrico a una temperatura de 250°F. 8.3

Metalurgia

Modelos cristalinos. En todos los metales en estado sólido, los átomos tienden a acomodarse en líneas, filas y capas para formar estructuras cristalinas tridimensionales. Cuando un metal solidifica, siempre lo hace en un modelo cristalino, esta configuración atómica le da CAP VIII - 4 -

a los metales sólidos su lustre metálico y determina sus propiedades físicas, mecánicas, químicas. y eléctricas. Hay aproximadamente 14 tipos de arreglos atómicos aunque las estructuras cristalinas más comunes, o fases, son: cúbicas de cuerpo centrado (bcc), cúbicas de cara centrada (el fcc), ortorrómbica y la altamente distorsiona tetragonal de cuerpo centrado. Metales con estructura bcc mas comunes son el hierro, aceros al carbón, el cromo, el molibdeno y el tungsteno. Metales con estructura fcc mas comunes son el aluminio, cobre, níquel, y aceros inoxidables austeníticos.

Figura 8.1

Efectos de cambios de temperatura en el hierro puro. CAP VIII - 5 -

Comportamiento térmico del hierro. El hierro puro es bastante diferente de otros metales. Cuando es calentado a la temperatura correcta, tiene la habilidad de transformarse de un arreglo cúbico a otro, a este fenómeno se le llama alotropía. La figura 8.1 muestra los efectos del cambio de temperatura en el hierro puro. Nótese que las transformaciones alotrópicas solo son obtenidas bajo condiciones de equilibrio. Si el metal es calentado o enfriado rápidamente las temperaturas de transformaciones alotrópicas cambiaran. Una temperatura que merece atención es el punto Curie, o punto de cambio magnético. De 1414°F hacia arriba el hierro deja de ser magnético. Este punto Curie no es un punto de cambio estructural. Una carta de tamaño de grano es ubicada del lado izquierdo de la gráfica. Los granos son más pequeños a 1670°F. Este es el mejor estado del hierro porque un tamaño de grano pequeño tiene las propiedades mecánicas mas deseadas. Por ejemplo, si se lleva el hierro hasta 1670°F hasta un arreglo FCC este tendrá un tamaño de grano pequeño, y si es enfriado se transformara nuevamente a BCC causando un refinamiento adicional del grano debido al hecho de que los granos se arreglan a si mismos. El refinamiento no sucedería se se hubiera calentado hasta 2000°F por el tamaño grande el grano. El hierro puro es muy dúctil y tiene una resistencia baja a la tensión. Por lo que virtualmente no es usado en la industria; sin embargo, cuando el carbón es añadido hierro, se incrementa su resistencia y se retiene su ductilidad. El acero El acero es una aleación compuesta de hiero, carbón, manganeso, silicio, fósforo y azufre. La materia prima del acero es el arrabio que se obtiene en el alto horno. El arrabio tiene alto contenido de carbón, silicio, manganeso, azufre y fósforo y debe ser refinado antes de poder ser utilizado como un acero de manufactura. El proceso de refinación se puede hacer en hornos de hogar abierto, básicos de oxigeno o eléctricos. Estos procesos CAP VIII - 6 -

tienen la habilidad de refinar el arrabio a la calidad de acero deseada. Elementos en el acero al carbón La siguiente lista muestra los efectos de algunos de los elementos presentes en los aceros al carbón, en las propiedades del acero, incluyendo su soldabilidad: Carbón: Es el principal elemento en la formulación del acero. El carbón puede estar disuelto en el Hierro (aunque la mayoría de los aceros soldados tienen menos de 0.8%) ó en una forma combinada como Carburo de Hierro (Fe3C) Un contenido alto de carbón implica alta dureza y alta resistencia a la tensión. Por otro lado, un mayor contenido de carbón reduce la soldabilidad. Manganeso: Los aceros usualmente contienen desde 0.25 hasta 1.0% de manganeso. El manganeso se combina con el bajo contenido de azufre para formar sulfuro de manganeso, esto reduce la probabilidad de grietas que ocurren a elevadas temperaturas y también impide la formación de sulfuro de hierro. Ayuda en la desoxidación del acero y aumenta la resistencia y la dureza del acero al aumentar. En los aceros al carbón es común tenerlo en cantidades de hasta 1.5%. Silicio: Usualmente se encuentra en cantidades alrededor de 0.35% en aceros rolados. Sin embargo, en las fundiciones de acero es común encontrarlo de 0.34 a 1.00%. El silicio se disuelve en el acero donde se utiliza como un desoxidante y tiende a aumentar su resistencia. El metal de soldadura usualmente contiene aproximadamente 0.50% de silicio como desoxidante. Algunos metales de aporte pueden contener hasta 1% para ayudar a una mejor limpieza y desoxidación de la soldadura en superficies contaminadas. Cuando estos metales de aporte son utilizados para soldar sobre superficies limpias, la resistencia del metal de soldadura resultante será marcadamente más alta. La disminución que resulta en !a ductilidad podría presentar problemas de agrietamientos en algunos casos.

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Azufre: Se hace un especial esfuerzo para eliminarlo. Cuando existe en cantidades mayores de 0.05% tiende a causar fragilidad y reduce la soldabilidad. El azufre se combina con el hierro para formar sulfuro de hierro, el cual se funde a una temperatura de 1814°F de aquí la necesidad del manganeso Porcentajes del azufre entre 0.10 y 0.35% ayudan a mejorar la maquinabilidad del acero Estos aceros se conocen como "sulfurizados" ó "de "fácil maquinado". Fósforo: El fósforo también se considera una impureza indeseable en el acero. Se encuentra normalmente en cantidades de hasta 0.04% en la mayoría de los aceros al carbón. Tiene la habilidad de endurecer los aceros pero a expensas de su ductilidad. En aceros de baja aleación de alta resistencia, se puede agregar fósforo en cantidades de hasta 0.10% para mejorar resistencia y aguante a la corrosión Otros elementos de aleaciones especiales Otros elementos aleantes pueden ser usados en la fabricación de aceros, estos le darán características específicas como mayor resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperatura, resistencia a bajas temperaturas, etc. A continuación se mencionan algunos de los más comunes: Cromo: El cromo es un poderoso elemento aleante en el acero. Se agrega por dos razones principales: primero, aumenta fuertemente la dureza del acero; segundo, aumenta fuertemente la resistencia a la corrosión del hierro y el acero en medios muy oxidantes. Su presencia en algunos aceros podría causar dureza excesiva y agrietamientos sobre o junto de la soldadura. Los aceros inoxidables contienen cromo en cantidades que exceden del 12%. Molibdeno: Este elemento es un fuerte formador de carburos y se encuentra usualmente presente en el acero aleado en cantidades menores del 1.0% se agrega para aumentar la dureza y resistencia a altas temperaturas. Níquel: Se agrega para aumentar la dureza de los aceros. Hace muy bien esta función porque con frecuencia aumenta tenacidad y ductilidad, aún con los aumentos de resistencia y dureza. El CAP VIII - 8 -

níquel se usa frecuentemente para mejorar la tenacidad del acero a bajas temperaturas. Aluminio: Este elemento se agrega al acero en cantidades muy pequeñas como desoxidante. Es además un refinador del grano que ayuda a una mayor tenacidad. Vanadio: La adición de vanadio proporciona un aumento en la dureza del acero, es muy efectivo, por lo que se usa en pequeñas cantidades. En porcentajes mayores del 0.05% puede haber una tendencia a fragilidad en el acero durante los tratamientos térmicos para relevado de esfuerzos. Colombio: El colombio, como el vanadio, se utiliza generalmente para aumentar la dureza del acero. Sin embargo, debido a su alta afinidad con el carbón, se puede combinar con éste para causar una disminución general en la dureza. Tratamiento térmico del acero Los aceros existen en varias fases, típicamente: Austenita: esta es una estructura de acero FCC también conocida como hierro gamma. Es una estructura de fase sólida solamente a altas temperaturas. Puede tener hasta 1.8% de carbón. Ferrita: También conocida como hierro alfa con estructura de acero BCC. Es una estructura de fase sólida a temperatura ambiente. Puede tener hasta 0.008% de carbón. Cementita: Este es un compuesto cristalino de hierro y carbón (Fe3C) con una estructura de cristal ortorrómbico. La cementita se une con ferrita para formar perlita. Contiene 6.67% de Carbón por peso. Perlita: La unión de cementita y ferrita en una forma laminar producen perlita. Resulta de la transformación de austenita a velocidad de enfriamiento lento. Martensita: Esta estructura es obtenida solamente cuando la austerita es suprimida a una temperatura donde esta se ha transformado en un arreglo tetragonal de cuerpo centrado. Si hay suficiente carbón en e acero, este no podrá precipitarse y quedará atrapado en el arreglo tetragonal. CAP VIII - 9 -

Diagrama Hierro-Carbono: Sin pretender hacer un estudio detallado del diagrama hierrocarbono mostrado en la siguiente figura, cabe mencionar que es de gran ayuda cuando se discute el tratamiento térmico del acero. El carbón es trazado horizontalmente y se muestra en términos de porcentaje por peso. La temperatura se grafica verticalmente hasta la temperatura de fusión del hierro puro.

Figura 8.2

Diagrama Hierro – Carbono.

A temperaturas de hasta a 1333 °F (definida como temperatura de transformación) un acero con 0.30% de carbón existe en forma de perlita y ferrita. Arriba de 1333 °F las fases cambian a una mezcla de austenita y ferrita, y antes de los 1550°F el material cambia completamente a austenita. El acero seguirá siendo austenita hasta que alcance el punto de fusión en la que no hay CAP VIII - 10 -

ninguna fase. Los cambios no ocurren instantáneamente y puede requerir un tiempo considerable. Alterando la velocidad de enfriamiento desde el rango de austenita se pueden afectar las fases de acero. Los métodos de enfriamiento del acero ordenados del mas lento al mas rápido son el horno de recocido, normalizado, templado en aceite, templado en agua y templado en salmuera. En el hormo de recocido el acero es llevado a su temperatura de austenitización a 50°F por arriba de la línea A3, es mantenido por un periodo de tiempo (normalmente una hora por pulgada de espesor) y posteriormente se enfría en el mismo horno, los resultados de un recocido es un acero mas débil y mas suave. En el normalizado el acero es llevado a su temperatura de austenitización a 50°F por arriba de la línea A3, es mantenido por un periodo de tiempo (normalmente una hora por pulgada de espesor) y posteriormente se enfría con aire quieto, el normalizado forma granos de ferrita y perlita. Los aceros templados son tomados de su temperatura de austenitización por arriba de la línea A3, se mantienen por un tiempo luego son templados en aceite, agua o salmuera. Los aceros templados producirán una estructura martensítica. Un enfriamiento lento forma ferrita y perlita y algo más rápidamente forma bainita. La velocidad de enfriamiento es gobernada por el contenido de carbono, y para aceros aleados, por su composición química adicional. Los aceros templados que formaron martensita usualmente requieren un "revenido” para disminuir su dureza y resistencia y mejorar la ductilidad y tenacidad. El revenido se hace calentando la martensita a una temperatura entre 100 °F y 1000 °F para suavizar el acero. A estas temperaturas ningún cambio estructural puede verse en el microscopio. En términos simples, para aceros, a velocidad de enfriamiento más rápida, más duro y menos dúctil la estructura resultante. Mientras que una mayor resistencia es a menudo deseable, la ductilidad baja acompañante aumentará la susceptibilidad de los aceros a las grietas. CAP VIII - 11 -

Fusión y solidificación durante la soldadura. Cuando el metal se calienta hasta su estado líquido, los átomos se mueven muy enérgicamente mezclándose completamente. La acción de mezclarse se crea por la transmisión y conducción que ocurren debido al flujo de calor de las áreas calientes a las áreas más frías. Soldando, la acción de mezcla se estimula también por las fuerzas magnéticas, y por la presión del arco, o por la presión de una flama de gas y el movimiento del electrodo de soldadura. El soldador puede observar esta acción cuando el metal se arremolina bajo la fuente de calor. El resultado es que los átomos del metal base se mezclan con los átomos del metal aportado. La solidificación del metal líquido no puede ocurrir hasta que la fuente de calor sea removida y los átomos pierdan energía hasta “asentarse" en una estructura cristalina metálica. La energía del líquido debe disiparse en forma de calor perdido. La configuración inicial de la estructura cristalina como la soldadura solidificada es determinada por la estructura cristalina del metal existente en estado sólido. La formación de estructura cristalina continúa con el mismo modelo, si ése es el modelo natural de la mezcla de átomos presente. Los átomos de una composición de soldadura disimilar puede tomar su propia alineación poco después de que la solidificación ha empezado. Algunos átomos tienden a segregarse durante la solidificación, pero en general, los átomos mezclados de un líquido formarán una soldadura homogénea. Las soldaduras bajo el Microscopio Al soldar, el metal base adyacente al metal de la soldadura se sujetará a la velocidad de enfriamiento máxima, porque se calienta a una temperatura muy alta y entonces un templado rápido ocurrirá debido a su contacto con el metal base más frío. Progresivamente desde el la soldadura hacia el metal base que no se ha fundido, pueden encontrarse áreas que se han expuesto a temperaturas superiores a la temperatura de transformación. Aunque el metal no se ha fundido, se ha llegado el rango de austenitización a varias temperaturas y en periodos variantes de tiempo. Esta velocidad de enfriamiento varía a través de esta zona. Esta zona que ha sido afectada por el calor de la soldadura pero no se ha fundido, se llama zona afectada por el calor (ZAC). El área inmediatamente adyacente a la soldadura tendrá los granos CAP VIII - 12 -

más grandes, y dependiendo en su velocidad de enfriamiento puede tener martensita. Progresivamente hacia fuera de la soldadura, los granos son más pequeños y más fases pueden encontrarse dentro del acero, hasta el metal no afectado. Uno de los tratamientos térmicos más comunes para reducir la tendencia a la alta dureza y baja ductilidad en el ZAC es llamado precalentamiento. Precalentando el metal base a una temperatura de 150-700 °F, la velocidad enfriamiento se reducirá eficazmente. Por lo tanto, resultará en una soldadura y ZAC más dúctil y menos propensa a grietas.

Figura 8.4

Relación entre temperaturas para varias regiones de la soldadura y el diagrama hierro carbono

Otro factor que afecta la velocidad de enfriamiento a la zona de la soldadura es el calor aportado (Heat input). El uso de electrodos de diámetro más pequeño, corrientes más bajas y velocidades de aporte más rápidas tienden a disminuir el calor aportado. Para los procesos de soldadura, el calor aportado puede calcularse con la formula: CAP VIII - 13 -

HI = IV60/S Donde: HI = I = V = S =

calor aportado en joules/in. corriente voltaje velocidad en pulgadas/min.

La expansión térmica Los metales se expanden y se contraen al calentar y enfriar, debido a los efectos de energía en las oscilaciones atómicas. Al calentar el metal existe más energía en las oscilaciones por lo que, los átomos tienden a separarse, como resultado, el metal se extiende. Cuando el metal se enfría, este proceso se invierte y el metal se contrae.

Contracción longitudinal

Contracción transversal

Figura 8.4

Distorsión angular

contracción en una pieza soldada.

Cuando el calor es uniformemente aplicado o alejado de un pedazo de metal, las dimensiones cambian, pero las tensiones no son inducidas desde dentro porque la expansión o la reducción es uniforme en toda la pieza. Sin embargo, cuando la aplicación o remoción de calor no son uniformes, como ocurre en la soldadura, la tensión es inducida dentro de la parte y puede resultar en un poco de distorsión, porque las partes más calientes del metal se expanden mas que las partes a temperaturas más bajas. Cuando las partes soldadas tienen algún tipo de restricción durante el ciclo de calentamiento y enfriamiento, la tensión residual puede ser muy alta. Las tensiones residuales pueden ser bastante grandes para causar grietas durante el enfriamiento, o por fatiga durante el servicio, o por corrosión. A menudo es necesario eliminar estas tensiones residuales con un tratamiento térmico posterior a la soldadura llamado relevado de esfuerzos. CAP VIII - 14 -

El relevado de esfuerzos se hace calentando el acero a 50°F por debajo de la línea A1 del diagrama hierro-carbono por un periodo de tiempo (normalmente una hora por pulgada de espesor) y posteriormente se enfría con aire quieto. El resultado de este método es que el calentamiento uniforme permite que las tensiones residuales se relajen por lo que, la resistencia de los materiales queda ahora reducida. Una técnica que puede usarse para reducir la necesidad tratamiento térmico posterior a la soldadura es el precalentamiento. El precalentamiento es muy eficaz para reducir o eliminar las grietas calientes de muchas aleaciones. También ayuda quitando la humedad de la pieza, ayuda a remover el hidrógeno y retarda la formación de martensita.

CAP VIII - 15 -

CAPITULO IX. 9.1

Pruebas destructivas

De tensión

En la prueba estandarizada de tensión, una probeta maquinada es marcada con dos puntos de golpe separados a dos pulgadas, la probeta es colocada en una máquina de pruebas de tensión o máquina universal, entonces una carga axial es aplicada moviendo una de las mordazas a velocidad constante, mientras la otra permanece fija. Conforme se aplica la carga, se alarga de manera uniforme proporcionalmente al incremento de la fuerza aplicada. La carga dividida entre la sección transversal de la probeta dentro de las dos marcas al inicio de la prueba representa la resistencia del material a la fuerza de tensión. El esfuerzo es expresado en libras por pulgada cuadrada (psi). La elongación de la probeta representa la deformación () inducida en el material y es expresada en pulgadas por pulgada de longitud (in/in)

Figura 9.1

Diagrama deformación - esfuerzo

CAP IX - 1 -

La deformación y el esfuerzo son graficados en un diagrama que se muestra en forma simplificada en la figura 9.1. La relación proporcional de carga y elongación o deformación y esfuerzo continúa hasta un punto alcanzado donde la elongación se incrementa a una mayor velocidad. A este punto, mas allá del cual la elongación de la probeta no es mayor al proporcional de la carga es llamado límite elástico proporcional del material. Cuando la carga es removida antes de este punto, la probeta regresa a su longitud y diámetro originales. Si la carga se sigue aplicando a las mismas condiciones mas allá del límite elástico provocará una deformación o elongación permanente de la probeta. En el caso de aceros de bajo y medio carbón, un punto es alcanzado mas allá en el cual el metal se estira sin ningún incremento de carga. Este es el punto de cedencia. La resistencia del material en este punto es llamado esfuerzo de cedencia del material.

Figura 9.2 Probeta de una prueba de tensión. CAP IX - 2 -

Mas allá del límite elástico del material, una continuación en la aplicación de la carga causará una reducción en la sección transversal de la probeta, esta acción es acompañada por una aceleración en la elongación axial. La carga alcanza eventualmente un valor máximo, y entonces cae rápidamente, con una pequeña elongación de la probeta antes de que la fractura ocurra. La probeta romperá en la zona transversal reducida. La carga máxima en libras, dividida por la sección transversal original en pulgadas cuadradas, es el esfuerzo último a la tensión. Ductilidad y elasticidad. Las dos partes de la probeta fracturadas son unidas, y la distancia medida entre los dos puntos como se indica en la figura 9.2, el incremento de la longitud de la probeta en dos pulgadas que es usualmente expresado en porcentaje. El diámetro en el punto de fractura es medido y el área calculada. La reducción del área original es calculada y expresada en porcentaje. Ambos, los porcentajes de reducción de elongación y de área son medida de la ductilidad. El modulo de elasticidad E, de un material simplifica la comparación entre un material u otro. Esta propiedad es la relación entre la deformación y el esfuerzo dentro del rango elástico. 9.2

De doblez

Estas pruebas son efectuadas para verificar la sanidad de los metales o que este libre de imperfecciones. Estas pruebas normalmente son rutinarias para pruebas de calificación de procedimientos y calificación de soldadores. Después de que se ha elaborado la probeta de calificación son removidas las muestras para realizar las pruebas y determinar si la soldadura contiene imperfecciones y defectos. Hay varios tipos de pruebas de doblez, dependiendo de la orientación de la soldadura con respecto al doblado. Los tres tipos más comunes son: de cara, de raíz y laterales.

CAP IX - 3 -

Para desarrollar estas pruebas, las muestras son dobladas a 180° formando una “U”, quedando la soldadura centrada con la parte requerida en la zona de tensión. Una vez removida la muestra es evaluada. La aceptabilidad de las muestras dobladas es normalmente basada en el tamaño y/o número de defectos que aparecen en la superficie a tensión, el código o especificación gobernante dictará el criterio exacto de aceptación y rechazo. 9.3

De dureza

La dureza es la habilidad de un material para resistir a la indentación o penetración, esta prueba es desarrollada usando un penetrador forzándolo contra la superficie del objeto de prueba con una carga determinada, y dependiendo del método de dureza que este siendo usado, ya sea el diámetro o la profundidad de la indentación será la medida. Los tipos mas comunes de pruebas de dureza son: Brinell, Rockwell, y microdureza (figura 9.3). Para los tres métodos es importante la preparación del material para minimizar errores, esta preparación puede requerir el uso de pulidores para eliminar óxidos, pintura, corrosión, etc. DUREZA BRINELL: Este método es comúnmente usado para determinar la dureza en piezas grandes porque el identador cubre un área relativamente grande. Dependiendo de los materiales a probar se pueden aplicar cargas desde 500 hasta 3000 Kg. con resultados equivalentes, cuando esta carga es removida se mide el tamaño de la indentación que quedó y se determina la dureza en tablas especificadas, información adicional puede ser encontrada en el estándar ASTM E 10. DUREZA ROCKWELL: este método utiliza diferentes indentadores a diferentes cargas de prueba. Los indentadores son más pequeños que los utilizados en el método Brinell, lo que permite pruebas localizadas en áreas relativamente pequeñas de metal. Las cargas aplicadas van desde los 60 hasta los 150 Kg. La escala apropiada debe ser seleccionada en base al rango aproximado de dureza esperado. Las escalas B y C son las más usadas para el acero, la escala B se selecciona para aceros suaves y la C para aceros mas duros. Cuando se desconoce el material a ser probado se selecciona la escala A que cubre las escalas mencionadas, información adicional puede ser encontrada en el estándar ASTM E 18. CAP IX - 4 -

Así como para el método Brinell, hay equipos portátiles para determinar la dureza Rockwell de un metal. Aunque su operación puede variar ligeramente con respecto a los modelos estacionarios, los resultados serán equivalentes.

PRUEBA

IDENTADOR

Brinell

Esfera de acero o carburo de tungsteno de 10mm Ø

Vickers

Knoop Microdureza

FORMA DE LA IDENTACION

Diamante piramidal

Diamante piramidal

Rockwell A C D B F G E

Diamante cónico Esfera de acero de 1.6mm Ø Esfera de acero de 3.26mm Ø Figura 9.3 Formas y tipos de indentadores

DUREZA VICKERS Y KNOOP: Se refiere a pruebas de microdureza porque la impresión que dejan es tan pequeña que se debe observar con lentes de aumento para facilitar su medición, su uso es muy benéfico en la investigación de microestructuras. Hay dos tipos de microdureza Vickers y Knoop ambas utilizan indentadores de diamante piramidal, pero su configuración es ligeramente diferente. La mayoría de las cargas de microdureza utilizan cargas de 100 a 500 gramos. En este método es más importante la preparación de la CAP IX - 5 -

superficie ya que inexactitudes. 9.4

la

más

pequeña

irregularidad

puede

causar

De impacto

La resistencia al impacto es la habilidad de un metal para absorber la energía de una carga rápidamente aplicada. Un material puede tener buena resistencia a la tensión y buena ductilidad bajo carga estática, aún así se romperá si es sometida a un impacto a alta velocidad.

Figura 9.4 Métodos de pruebas de impacto. De los dos métodos usados, el tipo Charpy es actualmente el más usado, en esta prueba de resistencia al impacto con muesca, hay dos tipos de probetas más comunes las preparadas con muesca en “V” y con muesca en tipo cerradura. Otros tipos de probetas menos comunes son descritos en el estándar ASTM E 23. La probeta es colocada en un yunque, y un péndulo pesado, el cual se balancea desde una altura estandarizada, se impacta en el lado opuesto de la muesca. La máquina de prueba indica la cantidad de energía en libra-pie requerida para fracturar la probeta. Esta es la medida de la resistencia al impacto. Algunos aceros exhiben una considerable perdida de resistencia al impacto a bajas temperaturas, y, por esta razón, las pruebas son hechas a diferentes temperaturas.

CAP IX - 6 -

9.5

Macroataques

Esta prueba consiste básicamente en remover un corte transversal de la probeta soldada y posteriormente se pule hasta obtener un acabado fino. Una vez pulida la muestra se ataca con una mezcla que puede ser una solución de ácido nítrico o persulfato de armonio al 10% y agua. Este proceso revelará los límites de la soldadura y de la zona afectada por el calor. Por último se lava con agua limpia y después con alcohol etílico para remover totalmente la solución de ataque. La sección transversal de la soldadura puede ser examinada para determinar la profundidad de fusión, profundidad de penetración, garganta efectiva, sanidad de la soldadura, presencia de discontinuidades de la soldadura, número de pasos, etc.

CAP IX - 7 -

CAPITULO X

Pruebas No Destructivas

Pruebas No Destructivas (P.N.D.) Es el empleo de propiedades físicas o químicas de materiales, para la evaluación indirecta de materiales sin dañar su utilidad futura. Se consideran sinónimos: Ensayos No Destructivos (E.N.D.), Inspecciones No Destructivas, Exámenes No Destructivos. Las Pruebas No Destructivas se clasifican en: • • •

Pruebas No Destructivas Superficiales. Pruebas No Destructivas Volumétricas. Pruebas No Destructivas de Hermeticidad.

P.N.D. Superficiales: Nos proporcionan información acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Entre estos están los siguientes métodos: VT - Inspección Visual. PT - Líquidos Penetrantes. MT - Partículas Magnéticas. P.N.D. volumétricas: Nos proporcionan información acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Entre estos están los siguientes métodos: RT - Radiografía Industrial. UT - Ultrasonido Industrial. P.N.D. de hermeticidad: nos proporcionan información del grado que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera o queden fuera de control. Los métodos de P.N.D. de hermeticidad son: VT - Inspección Visual. LT - Pruebas de Fuga. La mayoría de los estándares solicita que el personal responsable de la inspección este certificado al menos como Nivel II conforme a la práctica recomendada SNT- TC-1A.

CAP X - 1 -

10.1 Inspección visual Una inspección visual adecuada, antes, durante y después de la aplicación de soldadura, podrá prevenir la mayoría de las discontinuidades que serían encontradas posteriormente por otro método de inspección. Además de las características necesarias y las responsabilidades de un inspector establecidas en los capítulos I y II, es importante agregar las siguientes condiciones de inspección: 

  •

La superficie de materiales y soldaduras a ser inspeccionadas y por lo menos 1" (25.4 mm) a cada lado de la zona de interés, deben estar en condición no pintada y libre de chisporroteo, óxido, escamas, escoria y cualquier otro material extraño que pudiera interferir con la examinación.. La iluminación debe ser adecuada, en caso de que la luz natural no sea suficiente debe auxiliarse con luz artificial. El ángulo de visión nunca debe ser menor de 30°. Cuando se utilice visión directa, la distancia de los ojos del inspector a la superficie bajo inspección no será mayor de 24", el inspector puede auxiliarse con lentes de aumentos, boroscopios, u otras herramientas que garanticen una mejor visibilidad de la superficie bajo inspección.

La examinación visual esta limitada a la detección de discontinuidades superficiales, y sus ventajas son el bajo costo de aplicación, poca necesidad de equipo costoso, problemas facilmente identificados, y la rápida y económica corrección de problemas. Instrumentos usados para la inspeccion: Entre los instrumentos mas usados durante la inspeccion visual, además de vernieres, micrometros, escalas metalicas, flexometros, boroscopios y lupas, estan los calibradores de soldadura, a continuación se muestran los mas comunes: Calibrador de soldadura Brigge Cam, Fig. 10.1: para medir socavados, refuerzos, tamaños de soldadura de filtete, gargantas, angulos de preparación, desalineamiento.

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Figura 10.1. Calibrador A.W.S. (Automatic Weld Size) Fig. 10.2: para medir refuerzos en soldaduras a tope, y, tamaños, concavidades y convexidades en soldaduras de filtete.

Figura 10.2. Calibrador HI-LO Fig. 10.3: para medir refuerzos, tamaños en soldaduras de filtete, y principalmente desalineamientos internos y externos uniones de tubos.

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Figura 10.3. Calibrador para soldaduras de filete Fig. 10.4: para medir tamaños en soldaduras de filtete ya sea concavas o convexas.

Figura 10.4.

10.2 Líquidos penetrantes La prueba de Líquidos Penetrantes consiste básicamente en la detección de defectos abiertos a la superficie del tipo de grietas, porosidad, etc. La prueba se puede utilizar en cualquier CAP X - 4 -

material, lo único que se requiere es que no sea un material poroso. Antes de iniciar la prueba de penetrantes se requiere tener una superficie de inspección limpia y seca, de estas condiciones depende que la prueba se efectué con éxito. Las temperaturas de inspección deben ser las recomendadas por el fabricante de los líquidos usados. Se emplea un líquido penetrante sobre una superficie a prueba para que por capilaridad entra entre las discontinuidades. Después de transcurrido el tiempo de penetración, se remueve el penetrante superficial, teniendo cuidado de dejar solamente el que ha entrado en los defectos. La remoción del penetrantes podrá ser con solvente, emulsificador o agua dependiendo de su tipo, teniendo la precaución de no extraer el penetrante que pueda haber entrado en las discontinuidades. Posteriormente es aplicada una capa de un polvo llamado revelador, el penetrante es absorbido por el polvo y sale de entre las discontinuidades proporcionando una indicación, ya que el color del penetrante contrasta con el color blanco del revelador. Hay dos clasificaciones generales de líquidos penetrantes los coloreados visibles y los fluorescentes, donde, los primeros pueden ser observados bajo luz blanca normal y los segundos requieren el uso de luz negra (ultravioleta) para poder observar las indicaciones. La mezcla de materiales penetrantes de clasificaciones o marcas no es permitida.

diferentes

tipos,

Esta prueba es relativamente rápida y económica, el proceso es sencillo por lo que, no hay dificultad en le aprendizaje de su aplicación. El técnico debe ser capaz verdaderas de las falsas.

de

diferenciar

las

indicaciones

CAP X - 5 -

10.3 Partículas magnéticas. Este método de inspección con partículas magnéticas es usado para la detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. No se puede inspeccionar por este método piezas de cobre, aluminio, magnesio y la mayoría de los aceros inoxidables. Los aceros al carbón son ferromagnéticos, en volúmenes grandes de inspección se prefiere usar Partículas Magnéticas en lugar de penetrantes por rapidez y economía. Este método involucra el establecimiento de un campo magnético en la pieza que se inspecciona, el flujo magnético se logra con la ayuda de un yugo, de puntas o de bobinas. Como se puede ver en las figuras 10.6, 10.7 y 10.8. La presencia de una discontinuidad distorsionará el campo magnético, lo que provoca la aglomeración de partículas de hierro que han sido rociadas sobre la superficie en ese punto.

Figura 10.5.- Distorsión del campo magnético. Hay dos clasificaciones generales de partículas magnéticas los coloreados visibles y los fluorescentes, donde, los primeros pueden ser observados bajo luz blanca normal y los segundos requieren el uso de luz negra (ultravioleta) para poder observar las indicaciones.

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Figura 10.6.- Inspección con el método de puntas.

Figura 10.7.- Inspección con el método de yugo.

CAP X - 7 -

Figura 10.8.- Inspección con el método de bobina. La corriente usada para generar el campo magnético puede ser alterna (ac), directa (dc) o directa de media onda rectificada (hwdc). La corriente alterna incrementa la movilidad de las partículas en la superficie mejorando la sensitividad de la prueba en la examinación de superficies rugosas. La corriente directa tiende a penetrar mas que la alterna, lo que la hace ideal para detectar indicaciones subsuperficiales, aunque perdiendo sensitividad. La corriente directa de media onda rectificada combina los beneficios de los dos tipos de corriente de magnetización. Este método tiene entre sus ventajas la capacidad de detectar discontinuidades no abiertas a la superficie, y por lo tanto no requiere una limpieza tan exhaustiva como en el caso del método de líquidos penetrantes. 10.4 Radiografía La inspección radiográfica es usada en una gran variedad de materiales con diferentes configuraciones tales como, soldaduras, piezas de fundición, piezas forjadas, piezas maquinadas, componentes electrónicos, etc. La mayor parte de la radiografía industrial se hace con Rayos Gamma o X, siendo los primeros los mas usados en inspección de campo debido que los equipos son mas pequeños en dimensión, no CAP X - 8 -

requieren conexiones eléctricas, son de uso rudo, entre otras ventajas.

La radiografía es el único método que proporciona un registro permanente de resultados y es el método que mejor revela la naturaleza interna de la pieza bajo examinación. La inspección consiste en obtener una imagen, registrada en una película radiográfica, la cual es producto de la interacción de la radiación con el objeto sometido a examinación y la película misma. La Imagen presentará diferentes grados de densidad (ennegrecimiento) que revelarán las diferencias en espesores, cambios geométricos y la sanidad del objeto. Para que la imagen radiográfica pueda ser usada como herramienta de aceptación o rechazo de una pieza inspeccionada debe cumplir con algunas condiciones especificas tales como, densidad, zonas de interés libres de indicaciones falsas, referencias y sensibilidad. La sensibilidad radiográfica esta en función de la definición y del contraste, y es determinada por el uso de un accesorio denominado indicador de calidad de imagen IQI, comúnmente conocido como penetrometro. Los IQI pueden ser de varios tipos y su uso es especificado en los estándares aplicables para la inspección. Entre las limitaciones de la inspección radiográfica están las siguientes: CAP X - 9 -



Su costo se incrementa conforme la junta se vuelve compleja y la cantidad de información obtenida des limitada.



La orientación de las discontinuidades debe estar alineada al haz de radiación, de otra manera difícilmente serán detectadas, como es el caso de las laminaciones.



Es el método mas peligroso debido al riesgo involucrado al uso de radiaciones, para el caso de México cada entidad que maneja material radiactivo debe poseer un licencia de operación otorgada por la Comisión Nacional de Seguridad y Salvaguardias.



Se requiere que los técnicos estén altamente calificados en comparación con los métodos de MT y PT.



Se debe dar una atención especial a la seguridad radiológica.

mas mas

10.5 Ultrasonido La prueba ultrasónica es aplicable a casi todos los materiales, y consiste básicamente en la transmisión de ondas sónicas en frecuencias superiores al rango audible (ultrasónicas) al interior de una pieza, al chocar con indicaciones o con la pared posterior estas ondas serán reflejadas y detectadas por el sistema de prueba. Este método se utiliza en el área industrial para medir espesores de pared en recipientes o tuberías sujetos a corrosión, checar adherencia de materiales, inspeccionar sanidad de materiales, inspeccionar sanidad de soldaduras, entre otros. Antes de que el instrumento sea usado debe ser calibrado contra un block estandarizado de referencia, que será el requerido por el estándar usado para la inspección. Cuando un haz recto intercepta una discontinuidad perpendicular planar será reflejada una señal máxima. Para inspección de soldadura se utiliza generalmente un haz angular por lo que se utilizan zapatas que se acoplan al transductor de haz recto o se usa un transductor angular. El Ultrasonido es capaz de detectar fallas internas desde un solo lado de la pieza, proporciona la localización de las fallas en CAP X - 10 -

tres dimensiones y permite la inspección de espesores mucho mas grandes que el método de RT.

Entre las limitaciones de la inspección ultrasónica están las siguientes: 

La soldadura en algunos materiales es difícil de inspeccionar, principalmente aquellos procesos que tienden a producir estructuras de granos grandes que provocan la dispersión del haz de sonido. La penetración del sonido en estos materiales y su interpretación suele ser difícil



La superficie de rastreo debe ser suficiente para permitir que el haz de sonido se proyecte en la soldadura y en la zona afectada por el calor para permitir la detección de posibles discontinuidades.



La superficie de rastreo debe estar libre de imperfecciones para permitir un buen acoplamiento,



La orientación de las discontinuidades debe ser perpendicular al haz de sonido, de otra manera difícilmente serán detectadas.



Se requiere que los técnicos estén altamente calificados en comparación con la mayoría de los métodos de pruebas no destructivas.

CAP X - 11 -

CAPITULO XI

Calificación de procedimientos y soldadores.

11.1 Especificación de

procedimientos de soldadura.

Un procedimiento de soldadura detalla los pasos por el que una junta específica o ensamble va a ser realizada. Da los valores prescritos o rangos de valores para todas las variables controlables del proceso y especifica los materiales a ser usados. Un procedimiento de soldadura determina las propiedades mecánicas de la junta. La especificación del procedimiento de soldadura (WPS) deberá ser conformado de acuerdo con los requisitos de contrato o de compra. La información será lo suficientemente detallada para asegurar que la soldadura cumplirá con todos los requerimiento del código, estándar o especificación aplicable. La elaboración del WPS es responsabilidad del fabricante y no del inspector de soldadura cuya responsabilidad es verificar que el WPS se calificó de acuerdo con el procedimiento aplicable. La siguiente lista indica las partes principales que se deben ser contenidas y revisadas en un WPS: Proceso de soldadura. Metáles base y Especificaciones Aplicables. Materiales de aporte, tipo, clasificación, composición. Tipo de Corriente. Diseño de la junta y tolerancias. Preparación y limpieza de la junta. Detalles de cada paso de soldadura. Posiciones de Soldar. Temperaturas de precalientamiento e interpasos. Martilleo. Calor aportado. Respaldo. Tratamiento térmico posterior a la soldadura. 11.2 Calificación de procedimientos de soldadura (PQR) El propósito del PQR es demostrar que los materiales y métodos prescritos en el WPS producirán una junta con propiedades mecánicas que reúnen los requisitos especificados. Hay cuatro pasos en la calificación de un WPS: CAP XI - 1 -

1.- Preparacion de la probeta para la calificación del procedimiento. El tamaño, tipo, y espesor es relacionado con el tipo y espesor del material a ser soldado en producción y con el número, tipo, y tamaño de las muestras que serán removidas para pruebas mecánicas. Los materiales y los detalles de soldadura serán gobernados por el WPS particular que será calificado. 2.- Pruebas del PQR. El tipo y número de muestras removidas para las pruebas destructivas dependerán de los requisitos de la aplicación o especificación particular. Tales pruebas pueden incluir: tensión, doblez, impacto, etc. A menudo las pruebas no destructivas también son aplicadas. El inspector de soldadura deberá verificar que es cierto que los archivos muestran cómo las soldaduras de calificación de procedimiento fueron hechas y probadas. 3.- Evaluación de los Resultados de las pruebas. Los resultados de las pruebas de calificación del WPS, con los registros de preparación de la junta, soldadura, y pruebas, estarán disponibles para revisión. Estos resultados se analizarán por las partes responsables para determinar si los resultados de las prueba reúnen los requisitos de la especificación aplicable. 4.- Aprobación de las pruebas de calificación del Procedimiento. Como una regla, la agencia cliente deben aprobar las pruebas de procedimiento, los resultados de las especificaciones del procedimiento antes de soldadura en producción.

y especificaciones de inspección o el calificación del pruebas, y las iniciar cualquier

La calificación es cumplida cuando las pruebas requeridas se han completado y la aprobación se ha obtenido. Sin embargo, la evidencia documental auténtica debe estar disponible para demostrar que las juntas fueron calificadas satisfactoriamente. Durante el uso de un procedimiento calificado, el inspector de la soldadura puede pedir la recalificación del procedimiento, si las soldaduras de producción no están produciendo resultados consistentemente confiables. 11.3 Calificación de habilidad del soldador (WPQ). Las pruebas del WPQ determinan la habilidad del los soldadores y operadores de máquinas de soldar, para producir soldaduras sanas CAP XI - 2 -

con los procesos, materiales, y técnicas definidas en los procedimientos de soldadura calificados. La calificación es responsabilidad legal del patrón de ese personal. Es responsabilidad del inspector de soldadura verificar que cada soldador u operador de soldadura esta trabajando bajo el estándar o especificación en que ha sido propiamente calificado. Pruebas del WPQ. Las pruebas del WPQ mejoran la probabilidad de obtener soldaduras satisfactorias en los productos terminados. Aunque las pruebas en las soldaduras de calificación demuestran que un soldador u operador es capaz de producir juntas aceptablemente sanas, las soldaduras de producción deberán ser inspeccionadas durante y después de la aplicación. Las pruebas prescritas por la mayoría de los códigos, las especificaciones, y estándares son similares, para la mayor parte. Las tipos más comunes de pruebas se describirán para las siguientes aplicaciones: soldadura en placas y miembros estructurales, soldadura en tubería, soldadura en hojas metálicas. Otro factor que tiene un gran impacto en la habilidad de un soldador para producir una soldadura satisfactoria es la posición en que es calificado, la cual depende de la posición de las soldaduras de producción. 1.- Soldadura en placas y miembros estructurales. Los requisitos de calificación para los soldadores de placas y miembros estructurales usualmente obligan al soldador a hacer una o más pruebas en placa o tuberías de acuerdo con los requisitos del procedimiento calificado de soldadura. Cada prueba es calificada de una manera específica, a menudo por pruebas destructivas y no destructivas. Los requisitos prescriben los espesores del material y las posiciones de prueba que califican para soldaduras de producción. Otros detalles cubren soldaduras de ranura con o sin respaldo y la progresión cuando se suelda en posición vertical. 2.- Soldadura en tubería. Los requisitos de calificación para soldar en tubería difieren de aquellos por soldar en placa, principalmente en el tipo ensambles y posiciones de la prueba. CAP XI - 3 -

Otra diferencia importante es el hecho de que a menudo no hay acceso a la superficie de la raíz de la junta, requiriendo el uso de algún anillo de respaldo, insertos consumibles, o la producción de soldaduras sin respaldo. Este procedimiento requiere más habilidad que la que se necesita para soldadura con respaldo. Para simular las dificultades de soldadura de producción, la calificación de soldadura en tubería se hace con probetas que se sueldan en la posición, o posiciones para las que el soldador desea ser calificado. Pueden también ser colocadas restricciones de espacio durante la prueba para medir la habilidad del soldador par producir soldaduras satisfactorias cuando las situaciones de acceso son limitadas. 3.- Soldadura en hojas metálicas. Este tipo de soldadura requiere de habilidades especiales porque los miembros delgados tienden rápidamente al fundirse muy rápido, y pueden resultar agujeros mas allá de la unión de la junta. Por consiguiente, las pruebas de calificación examinan la habilidad del soldador para producir soldaduras sanas en placas de metal delgado. Note que todos los códigos limitan el espesor mínimo que el soldador puede soldar en producción. 4.- Pruebas de calificación de Soldadores. Todos los códigos y las especificaciones tienen reglas definidas para probar la calificación de los soldadores. Frecuentemente, pruebas de doblez guiado son hechas en muestras obtenidas del las probetas. Algunos códigos permiten la calificación por prueba radiográfica en lugar de la prueba de doblez. La prueba radiográfica puede permitirse sola o junto con otras pruebas mecánicas. Todos los códigos requieren que la soldadura de las probetas esté sana y que la fusión con el metal base sea completa. Recalificación. La recalificación de un soldador es necesaria cuando: falló la calificación inicial, cuando no se cumplió una variable esencial del procedimiento de soldadura, cuando el soldador estuvo mas tiempo del permitido por el código o especificación aplicable sin soldar en el proceso calificado o, cuando haya alguna razón para cuestionar la habilidad del soldador.

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CAPITULO XII

Discontinuidades de soldadura y metal base.

12.1 Introducción. Las discontinuidades son imperfecciones en soldaduras o metales base. Idealmente una soldadura sana no tendrá discontinuidades, sin embargo, las soldaduras no son perfectas y las imperfecciones existen en diferentes grados. Las discontinuidades pueden ser dependiendo únicamente del criterio aplicado en la inspección.

aceptadas o de aceptación

rechazadas y rechazo

La discontinuidades han sido caracterizadas como se menciona en los puntos subsecuentes. 12.2 Porosidad Las porosidades resultan cuando el gas queda atrapado en el metal solidificado. Esto será discutido solamente respecto a soldaduras (aunque las porosidades también se ven comúnmente en vaciados). El gas atrapado viene ya sea del gas usado en el proceso de soldadura y del gas liberado de las reacciones químicas que estan ocurriendo durante el proceso de soldadura. La técnica de soldadura apropiada evita la formación de gas y que este se atrape. Los materiales defectuosos o sucios pueden producir gas. Muy pocas soldaduras se enfrían lo suficientemente lento para dejar que pasen burbujas a la superficie antes de que el metal solidifique. El gas se atrapa en forma de discontinuidades porosas en la soldadura.

Las porosidades usualmente ocurren en forma de discontinuidades esférica pero puede tomar la forma de un hoyo cilíndrico. La presencia de porosidades puede ser una señal de que el proceso de soldadura no esta apropiadamente controlado o que el metal base esta contaminado. Generalmente, las porosidades en pequeñas proporciones no necesariamente significan concentración de esfuerzos. CAP XII - 1 -

La distribución de porosidades puede ser de ayuda para determinar que tipo de falla causo la porosidad. Si la porosidad esta uniformemente distribuida, la causa podría ser debida a materiales defectuosos o una mala técnica usada en la soldadura. Un grupo de porosidades es más fácil que resulte del inicio o final inadecuado de la soldadura. Las porosidades alineadas junto a un límite de unión sugerirán que la contaminación inicia en una reacción química, que produjo un gas indeseable. Tal contaminación podría haber sido eliminada al preparar la unión correctamente. Las discontinuidades alargadas de gas que se extienden de la raíz de la soldadura hacia la superficie usualmente de deben a la contaminación. Se llaman porosidades tipo túnel. 12.3 Inclusiones Las inclusiones salen cuando los materiales sólidos están atrapados en el metal solidificado. Las inclusiones interrumpen la continuidad de la soldadura, y resultara alguna pérdida en la integridad de la estructura cuando estén presentes.

Inclusiones no metálicas (escoria y óxidos) resultan de una técnica de soldadura defectuosa y la falta del diseño para proveer e1 acceso apropiado para la soldadura dentro de la unión. La escoria fundida y los óxidos fluirán a la parte superior de la superficie si se les permite. Las muescas agudas en los limites de la unión o entre los pasos, causan que la escoria se atrape baje la soldadura de metal fundido. Las inclusiones alargadas o líneas paralelas llamadas "huellas de carreta", se presentan frecuentemente al soldar tuberías. Otro tipo de inclusiones metálicas son usualmente partículas de tungsteno atrapadas en el metal de soldadura y ocurren en soldadura de arco de gas tungsteno. Las partículas de tungsteno aparecen como áreas claras en las radiografías debido a la alta CAP XII - 2 -

densidad de este material, a diferencia de discontinuidades que aparecen como áreas oscuras.

las

otras

12.4 Garganta insuficiente

La garganta insuficiente es una depresión en la cara de la soldadura o en la superficie de la raíz de una soldadura por debajo de la superficie plana del metal base adjunto. El soldador u operador de la soldadura fallo al llenar completamente de soldadura la unión. En soldadura de tuberías la garganta insuficiente del lado de la raíz suele referirse como concavidad interna. 12.5 Falta de fusión

Es la falla en la que el metal de aporte se funde parcialmente con el metal base. La falta de fusión es causada principalmente por una aplicación insuficiente de calor en las caras de la unión o bien son causadas por la presencia de óxidos refractarios que inhiben la fusión del metal base. 12.6 Falta de penetración La penetración requerida en cualquier unión se define en la especificación del procedimiento de soldadura. Ya sea que la penetración dependa de la accesibilidad de la fuente de calor o de la varilla de aporte en la junta. La penetración inadecuada en la unión puede resultar por técnica incorrecta, insuficiente calor al soldar, ensamble incorrecto, o diseño incorrecto. Muchos CAP XII - 3 -

códigos requieren el uso de respaldo en juntas de ranura sencilla o saneo de raíz en las de doble ranura para asegurar una buena penetración.

12.7 Traslape Es el aporte del metal de soldadura fuera de la cara o raíz de la unión sin fusión completa. El resultado de la discontinuidad es un defecto mecánico severo en la superficie. Esta discontinuidad es similar a la fusión incompleta con la diferencia de localización en donde la unión metálica falló. El traslape es causado por la imposibilidad del metal de aporte de fusionarse con el metal base de la superficie, especialmente cuando los óxidos fuertemente adheridos cubren al metal base. El traslape resulta de la falta de control en el proceso de soldadura en la forma de calor insuficiente (corriente muy baja), selección incorrecta de materiales de soldadura o preparación incorrecta de la unión.

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12.8 Socavado Es una discontinuidad superficial resultante de la fusión del metal base en la unión de la cara de la soldadura y metal base o en la raíz de la soldadura. Toma la forma de un corte mecánico en los límites de fusión. El socavado es causado por la aplicación de calor excesivo que funde el metal base, manipulación inadecuada del electrodo y excesiva velocidad de aporte. 12.9 Laminaciones Las laminaciones son planas, generalmente alargadas, encontradas cerca del centro de productos rolados. Las laminaciones se forman cuando hay gas atrapado en la cavidad de contracción de lingote, pero subsecuentemente no se sueldan bajo la presión de rolado caliente. Generalmente corren paralelamente a la superficie del producto rolado y se encuentran comúnmente en formas estructurales y placas. Y que se abren como sándwich, los productos que tienen laminaciones no pueden soportar cargas en la dirección del espesor.

12.10

Delaminaciones

Es la separación de una laminación bajo tensión. La tensión puede ser resultado de una distorsión durante el corte por flama, puede ser tensión residual de soldadura, o tensión aplicada. 12.11

Grietas

Las grietas pueden ocurrir en la soldadura o en el metal base, o ambos, cuando las tensiones localizadas exceden la resistencia CAP XII - 5 -

del material. Las grietas son generalmente asociadas con las discontinuidades en las soldaduras y los metales base, con cortes, con tensiones residuales altas y con fragilización por hidrógeno. Las grietas relacionadas a la soldadura aparecen como si el metal fuera quebradizo. Hay poca evidencia en los límites de la grieta que el metal se deformó antes de agrietarse. Los grietas pueden ser clasificadas como grietas calientes o grietas frías.

Los grietas calientes se desarrollan a temperaturas altas. Normalmente se forman durante la solidificación del metal cerca del punto fusión. Las grietas calientes se propagan entre los granos cuando la solidificación ocurre. Las grietas frías se desarrollan después de que la solidificación está completa y es a menudo relacionada al servicio. Las grietas retardadas normalmente son causadas por la presencia de hidrógeno en una microestructura susceptible a agrietarse que esta sujeta a una tensión aplicada. Las grietas frías pueden propagarse a través de o entre los granos. Las grietas longitudinales son alineadas y paralelas al eje de la soldadura. Las grietas transversales son perpendiculares al eje de la soldadura. Pueden permanecer dentro de la soldadura o pueden extenderse hacia la ZAC (zona afectada por el calor) y del resto el metal base. En algunas soldaduras, las grietas transversales pueden formarse en la ZAC del metal base y no en la soldadura. Las grietas de cráter ocurren en el cráter que se forma en la terminación inadecuada en un paso de soldadura. Son consideradas grietas calientes y son también llamadas grietas de estrella por la forma en que se presentan. Sin embargo, pueden tener otras formas. Los grietas del cráter son normalmente poco profundos por lo que su eliminación no es complicada. CAP XII - 6 -

Una grieta de garganta es un grieta longitudinal en la cara de una soldadura de ranura o filete. Las grietas de borde son grietas generalmente frías. Empiezan y crecen en la línea de fusión entre soldadura y metal base dónde las tensiones residuales son altas, sobre todo cuando la soldadura exhibe refuerzo excesivo o convexidad. Comienzan de forma perpendicular a la superficie de metal, pero tienden a curvarse y seguir la ZAC. Las grietas de raíz son grietas longitudinales en la raíz de la soldadura. Generalmente son del tipo grietas calientes. Grietas debajo del cordón son grietas normalmente frías que se forman en la ZAC del metal base. Son a menudo cortas pero pueden unirse para formar una grieta continua. sobre todo cuando tres condiciones simultáneas están presentes: (1) hidrógeno. (2) alta dureza (Rockwell "C" de 30 o mayores), y (3) la tensión residual alta. 12.12

Golpes de arco

Representan una fusión o calentamiento no intencional fuera del área de depósito de soldadura. Normalmente causados por el arco eléctrico, o pueden producirse por una conexión de tierra inadecuada. También pueden ser el resultado del contacto inadecuado durante la inspección con partículas magnéticas con el método de puntas. El resultado es una área pequeña, fundida que puede ser la fuente de socavados, zonas endurecidas, o agrietamiento localizado, dependiendo de la composición de metal. Por esa razón. Los golpes de arco representan una condición peligrosa que puede producir una falla peligrosa de la soldadura.

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CAPITULO XIII

Procedimientos para inspección

El procedimiento. Los procedimientos escritos son documentos que definen los parámetros técnicos de inspección, requisitos de equipos u accesorios, así como los criterios de aceptación y rechazo que son aplicables a materiales, partes, componentes o equipos de acuerdo con códigos, normas o especificaciones. Objetivos del procedimiento. Los procedimientos son elaborados para con los siguientes objetivos:

cumplir principalmente



Dar cumplimiento integro a los requerimientos de los códigos, normas o especificaciones aplicables.



Asegurar que las técnicas de inspección siguiendo un mismo patrón establecido.



Usar el mismo criterio de aceptación y rechazo para asegurar la repetibilidad en los resultados, obteniendo por lo tanto un nivel constante en la calidad de los trabajos inspeccionados.

se

desarrollen

Elaboración y revisión del procedimiento. Los procedimientos deben ser elaborados por personal que tenga entrenamiento y experiencia en el método de inspección considerado, además debe estar familiarizado con los códigos, normas o especificaciones en los cuales va a estar basado el procedimiento.

CAP XIII - 1 -

Los procedimientos deben ser revisados y autorizados antes de su uso, en primer lugar por un nivel III para el caso de los métodos de RT, UT, MT, PT y VT y por un CWI para el caso de inspección de soldadura, ambos representantes de la entidad que ejecuta la inspección. Posteriormente son entregados al cliente para revisión y aprobación, en caso de que el cliente solicite requerimientos adicionales a los establecidos en los documentos aplicables, estos deben ser evaluados en común acuerdo para evitar discrepancias en el desarrollo de la inspección. Todos los cambios acordados deben ser establecidos en el procedimiento. Contenido del procedimiento: El desarrollo de los procedimientos escritos contendrán al menos la siguiente información: 

Se describirá brevemente cual es el objetivo de la emisión del procedimiento.



Serán definidas procedimiento



Se indicará cuales son los estándares que sirven de guía a la elaboración del procedimiento y que además puedan servir de consulta cuando exista alguna duda en la interpretación del procedimiento.



Se definirán las responsabilidades del personal involucrado en la ejecución del procedimiento, así como los niveles de certificación requerida para los técnicos.



Se definirá con claridad el equipo utilizado y su capacidad.



Se hará una descripción de todas las actividades a realizar utilizando un lenguaje sencillo y preciso para que se facilite su uso por el usuario final.



Se incluirá de forma integra el criterio de aceptación y rechazo.

las

limitaciones

y

la

aplicabilidad

del

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Registros Los documentos generados durante la ejecución de un procedimiento pueden ser estandarizados, a estos se les signará un número de formato, tal formato incluirá con claridad los datos y resultados de manera que se garantice una fácil interpretación.

CAP XIII - 3 -

CAPITULO XIV

Reportes de Inspección

14.1 Contenido del reporte Ya sea que se lee hoy o meses después, el reporte de inspección debe ser claro y conciso para que otras personas no tengan ninguna dificultad en entender las decisiones que se alcanzaron. Aunque conciso, el informe debe entenderse claramente aún por personas no familiarizadas con el producto inspeccionado. Todos los reportes deben ser completos, exactos, y tener las firmas apropiadas. Los reportes formales y datos requeridos por código o estándar debe estar hecho a tinta, en estos documentos legales no son permitidos borrones o manchas. Los errores deben ser señalados con una sola línea atravesada (error), cuando tales correcciones son hechas, se acompañan por las iniciales del inspector y la fecha del cambio. De esta forma no hay duda de quién hizo los cambios y cuando ocurrieron. Los reportes deben incluir como referencia cualquier otro reporte que el inspector de soldadura use como herramienta en su propio proceso de inspección. Entre los documentos más comúnmente usados son los siguientes: Reportes de vigilancia Reportes de pruebas de materiales Reportes de calidad Registros de calificación Reportes de progreso El inspector para el fabricante es parte de la organización de control de calidad y participa directamente preparando los reportes por el programa de aseguramiento de calidad. 14.2 La Inspección de Múltiple. Un reporte de un inspector puede duplicar los reportes de otros inspectores, pero esa es la naturaleza de la vigilancia de proyectos grandes. Un ejemplo ilustrativo es el reporte de una radiografía de una soldadura. Las radiografías son evaluadas por diferentes personas contribuyen con la inspección. Tales individuos pueden ser:

que

CAP XIV - 1 -

1.El técnico Level II responsable de la exposicion, interpretacion, evaluacion y elaboracion del reporte. 2.- un inspector de soldadura asignado por el fabricante o contratista. 3.- un inspector de soldadura asignado por el cliente. 4.- un representante de la compañía certificadora del producto. 14.3 Reportes no estructurados. Los reportes de un inspector de soldadura suelen ser no estructurados, es decir no tienen un formato establecido como el caso de inspección radiográfica, calificación de soldadores, etc., esto se debe a que su inspección esta involucrada en todas las etapas del proceso de fabricación. El formalidad de un reporte variará con la responsabilidad del inspector de soldadura, es decir, el reporte de un inspector en un a compañía pequeña será mas informal que reporte de un inspector de estado. Los reportes generados por el inspector junto con los registros anexados deben ser entregados a todas personas que deban recibirlos, y el inspector conservará copias de todos sus reportes en un archivo propio.

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