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TECNOLOGIA DE INSPECCION DE SOLDADURA

INTERPRETACIÓN AL ESPAÑOL POR: Maximiliano Mobilia Juan José M. Burroni

Nota Esta traducción fue realizada con la asistencia técnica de : Ing. M. Cristina Tiracchia Ing. Raúl Cadenas

Tecnología de Inspección de Soldadura Inspección de Soldadura y Certificación

MÓDULO 1

INSPECCIÓN DE SOLDADURA Y CERTIFICACIÓN En el mundo de hoy hay un énfasis creciente focalizado en la necesidad de calidad, y la calidad en la soldadura es una parte importante del esfuerzo de calidad. Esta preocupación por la calidad del producto se debe a varios factores, incluyendo económic os, de seguridad, regulaciones gubernamentales, competencia global y el empleo de diseños menos conservativos. Si bien no hay un único responsable por el logro de una soldadura de calidad, el inspector de soldadura juega un rol importante en cualquier programa exitoso de control de calidad de soldadura. En realidad, mucha gente participa en la creación de un producto de calidad soldado. De cualquier modo, el inspector de soldadura es una de las personas de la “primera línea” que debe observar que todos los pasos requeridos en el proceso de manufactura hayan sido completados adecuadamente. Para hacer este trabajo con efectividad, el inspector de soldadura debe poseer un amplio rango de conocimientos y pericia, porque involucra muchas más cosas que simplemente mirar soldaduras. Por consiguiente, este curso está específicamente diseñado para proveer a los inspectores de soldadura experimentados y novicios un respaldo básico en los aspectos claves del trabajo. No obstante, esto no implica, que cada inspector de soldadura va a utilizar toda esta información mientras trabaja para una compañía particular; ni significa que el material presentado vaya a incluir toda la información para la situación de cada inspector de soldadura en particular. La selección de los ítems se basó en el conocimiento general deseable para una persona que realice inspección de soldadura en general. Una cosa importante para destacar es que una inspección efectiva de soldadura involucra muchas más cosas que únicamente mirar soldaduras terminadas. La sección 4 del “AWS QC1, STANDARD FOR QUALIFICATION AND CERTIFICATION OF WELDING INSPECTORS”, figura 1.1, destaca las varias

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responsabilidades del inspector de soldadura.

Figura 1.1 – ANSI/AWS QC 1-88, “Standard for AWS Certification of Welding Inspectors” Usted debería familiarizarse con esas varias responsabilidades porque el trabajo de un inspector de soldadura es un proceso de mejora continua. Un programa de control de calidad exitoso empieza antes de que se dé el primer arco o la primer puntada. Por eso, el inspector de soldadura debe estar familiarizado con todas las facetas del proceso de fabricación. Antes de soldar, el inspector va a chequear planos, especificaciones y la configuración del componente, para determinar los requerimientos específicos de calidad de soldadura y qué grado de inspección se requiere. Esta revisión también va a mostrar la necesidad de cualquier procedimiento especial durante la manufactura. Una vez que se empezó a soldar, el inspector de soldadura puede observar varios pasos del proceso para asegurarse que son hechos adecuadamente. Si todos estos pasos son completados satisfactoriamente, luego la inspección final simplemente confirma el éxito de las operaciones previas. Otro beneficio de este curso es que ha sido diseñado para proveer al inspector de soldadura

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de la información necesaria para completar exitosamente el examen para el AMERICAN WELDING SOCIETY´S CERTIFIED WELDING INSPECTOR (CWI). Los diez módulos listados debajo son temas de examinación. El inspector de soldadura debe tener por lo menos conocimiento en cada uno de ellos. Generalmente la información presentada va a ser una revisión, mientras que algunas veces, pueda representar una introducción a un tema nuevo. • Módulo 1: Inspección de Soldadura y Certificación • Módulo 2: Prácticas de Seguridad para Inspectores de Soldadura • Módulo 3: Procesos de Corte y Union de metales • Módulo 4: Geometría de las Juntas de Soldadura y Símbolos • Módulo 5: Documentos que reglan la Inspección de Soldadura y Calificación • Módulo 6: Propiedades de los Metales y Ensayos Destructivos • Módulo 7: Práctica Métrica para Inspección de Soldadura • Módulo 8: Metalurgia de la Soldadura para Inspectores de Soldadura • Módulo 9: Discontinuidades del Metal Base y de la Soldadura • Módulo 10: Inspección Visual y otros Ensayos No Destructivos ¿Quién es el inspector de soldadura? Antes de ingresar en la discusión de los temas técnicos, permítanos hablar del inspector de soldadura individualmente y de las responsabilidades típicas que acompañan al puesto. El inspector de soldadura es una persona responsable, involucrada en la determinación de la calidad de la soldadura de acuerdo a los códigos aplicables y/o especificaciones. En el desarrollo de las tareas de inspección, los inspectores de soldadura actúan en circunstancias muy variadas, dependiendo primariamente de para quién trabajan. A raíz de esto, hay una especial necesidad de especificaciones de trabajo debido a la complejidad de algunos componentes y estructuras. La fuerza de trabajo de inspección pueden incluir especialistas en ensayos

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destructivos, especialistas en ensayos no destructivos (NDE), inspectores de código, inspectores gubernamentales o militares, representantes del dueño, inspectores internos, etc. Estas personas pueden, algunas veces, considerarse a sí mismos como inspectores de soldadura, dado que ellas inspeccionan soldadura como parte de su trabajo. Las tres categorías generales en las que se puede agrupar las funciones de los inspectores de soldadura son: • • •

supervisor especialista Combinación de supervisor y especialista

Un supervisor puede ser una persona o varias cuyas habilidades varíen de acuerdo a la cantidad y tipo de trabajadores que puedan inspeccionar. Los requerimientos técnicos y económicos decidirán la extensión y la forma de agrupamiento y funciones, de este tipo de inspectores, en varias áreas de experiencia. El especialista, es una persona que realiza tareas específicas en el proceso de inspección. Un especialista puede o no actuar independientemente de un supervisor. El especialista en NDE es un ejemplo de esta categoría de inspector. Esta persona ha limitado sus responsabilidades en el proceso de inspección de soldadura. Es común ver inspectores que trabajan simultáneamente como supervisor y especialista. Esta persona puede ser responsable por la calidad general de la soldadura en cada uno de las varias etapas de fabricación, y también ser requerido para realizar ensayos no destructivos si es necesario. Los fabricantes pueden emplear varios tipos de supervisores de inspección inspectors, teniendo cada uno de ellos a su responsabilidad su propia área de inspección general de soldadura. Como la responsabilidad de la inspección está dividida en estos casos, los inspectores pueden delegar en otros los aspectos específicos del programa de inspección total. Para los propósitos de este curso, nos vamos a referir al inspector de soldadura en general, sin considerar como cada uno se va a desempeñar laboralmente. Es impracticable referirse en este enfoque a cada una de las situaciones que pueden presentarse.

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Para enfatizar las diferencias en los requerimientos laborales, vamos a observar a algunas industrias que utilizan inspectores de soldadura. Podemos encontrar inspección de soldadura en construcción de edificios, puentes y otras unidades estructurales. Aplicaciones referidas a la energía, que incluyen generación de energía, recipientes a presión y tuberías; y otros equipos que requieran funcionar bajo presión. La industria química también usa soldadura en la fabricación de equipos a presión. La industria del transporte requiere el aseguramiento de la precisión la calidad de las soldaduras en las áreas aerospacial, automotriz, naviera, ferroviaria y off road equipment. Por último, en los procesos de manufacturas de bienes de consumo, a menudo se requieren soldaduras de calidad. Con la diversidad mostrada en esta lista, varias situaciones pueden requerir diferentes tipos y grados de inspección. Cualidades Importantes del Inspector de Soldadura La persona que hace inspección de soldadura debe poseer cualidades certeras que aseguren que el trabajo sea hecho de la manera más efectiva. Figura 1.2 ilustra esas cualidades. En principio, y tal vez la cualidad más importante, sea su actitud profesional. La actitud profesional es muchas veces el factor clave para el éxito del inspector de soldadura. La actitud del inspector muchas veces determina el grado de respeto y cooperación recibido de otras personas durante la ejecución de las tareas de inspección. Incluída en esta categoría está la habilidad del inspector de soldadura para tomar decisiones basadas en hechos de manera que las inspecciones sean justas, imparciales y consistentes. Si las decisiones son injustas, parciales e inconsistentes; van a afectar en gran medida la credibilidad del inspector. Y, un inspector de soldadura debe estar completamente familiarizado con los requerimientos del trabajo, de manera que las decisiones nunca sean demasiados críticas ni laxas. Es un error para el inspector tener ideas preconcebidas sobre la aceptación de un componente. Las decisiones en las inspecciones deben ser tomadas sobre hechos; la condición de la soldadura y el criterio de aceptación deben ser los factores determinantes. Los inspectores van a sentirse muchas veces

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“probados” por otras personas en el trabajo, especialmente cuando sean recién asignados a una tarea. Mantener una actitud profesional ayuda a sobreponerse a los obstáculos para lograr un desempeño exitoso. Luego, el inspector de soldadura debe estar en buena condición física. Ya que el trabajo primariamente involucra inspección visual, obviamente el inspector debe poseer buena vista; ya sea natural o corregida. El AWS CWI requiere una agudeza visual mínima de 20/40, natural o corregida, y cumplimentar un examen de percepción de colores. Otro aspecto de la condición física involucra el tamaño de algunas estructuras soldadas. Las soldaduras pueden estar ubicadas en cualquier lugar sobre estructuras muy grandes, y los inspectores deben ir a esas áreas y realizar evaluaciones. Los inspectores deben estar en una condición física suficiente para ir a cualquier lugar donde un soldador haya estado. Esto no implica que los inspectores deban violar regulaciones de seguridad para cumplir con sus tareas. La inspección puede muchas veces ser impedida si no se realiza inmediatamente después de soldar, porque algunas ayudas para el soldador como escaleras y andamios pueden ser removidas haciendo imposible o peligroso el acceso para la inspección. Dentro de los lineamientos de seguridad, los inspectores de soldadura no pueden permitió que su condición física les impida realizar la inspección apropiadamente. Otra cualidad que el inspector debe desarrollar es una habilidad para entender y aplicar varios documentos que describen los requerimientos de la soldadura. Éstos pueden incluír planos producción, porque el inspector debe estar prevenido de los requerimientos del trabajo. A menudo, esta revisión va a revelar los puntos de inspección requeridos, calificación requerida de los procedimientos y los soldadores, preparaciones especiales del proceso o deficiencias de diseño como inaccesibilidad de la soldadura durante la fabricación. Si bien los inspectores deben cuidadosos en su revisión, esto no significa que los requerimientos deban ser memorizados. Estos son documentos de referencia y deben estar disponibles para información detallada en todo momento durante

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el proceso de fabricación. Generalmente los inspectores son las personas más familiarizadas con todos estos documentos de manera que ellos pueden ser llamados por cualquier otra persona por información e interpretación con respecto a la soldadura. La mayoría de la gente asociada con la inspección de soldadura va a concordar con que tener experiencia en inspección de soldadura es muy importante. Los libros de texto y el conocimiento impartido en las clases no pueden enseñar al inspector todas las cosas que se necesitan para inspeccionar efectivamente. La experiencia va a ayudar en que el inspector de soldadura se vuelva más eficiente. Mejores maneras de pensar y trabajar las va a ir desarrollando con el tiempo. La experiencia ganada trabajando con varios códigos y especificaciones mejoran la efectividad del trabajo. Para enfatizar la necesidad de tener experiencia en la inspección, a menudo vemos un inspector novicio junto con uno experimentado de manera que las técnicas apropiadas se traspasen. Finalmente vemos que los programas de certificación requieren un nivel mínimo de experiencia para calificación. Otra cualidad deseable para el inspector de soldadura es un conocimiento básico de soldadura y los procesos de soldadura. A raíz de esto, muchos soldadores son elegidos para convertirse en inspectores de soldadura. Con un conocimiento básico sobre soldadura, el inspector está mejor preparado para entender los problemas que el soldador pueda tener. Esto ayuda a obtener respeto y cooperación de los soldadores. Más allá de esto, el entendimiento ayuda al inspector de soldadura a predecir qué discontinuidades podrán ser encontradas en una situación específica. El inspector de soldadura podrá después monitorear las variables críticas de soldadura para ayudar en la prevención de éstos problemas. Inspectores experimentados en varios procesos de soldadura, que entiendan las ventajas y limitaciones de cada proceso, probablemente puedan identificar problemas potenciales antes de que ellos ocurran. El conocimiento sobre métodos de ensayo destructivos y no destructivos son de gran ayuda para el inspector de soldadura. Aunque los inspectores no necesariamente realizan los ensayos, de cuando en cuando pueden presenciar

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los ensayos o revisar los resultados al ser aplicados a la inspección. Como en los procesos de soldadura, el inspector de soldadura es ayudado por un entendimiento básico de los métodos de ensayo. Es importante, muchas veces, para el inspector de soldadura estar enterado de métodos alternativos que puedan ser aplicados para realzar la inspección visual. Los inspectores de soldadura pueden no realizar un ensayo determinado, pero pueden ser llamados para decidir si los resultados cumplen con los requerimientos del trabajo. La habilidad de ser entrenado es una necesidad para el trabajo del inspector de soldadura. A menudo, una persona es elegida para esta ocupación por este atributo. Los inspectores hacen su trabajo con más efectividad cuando reciben entrenamiento en una variedad de temas. Adquiriendo más conocimiento, los inspectores se vuelven más valiosos para sus empleadores. Otra responsabilidad muy importante del inspector de soldadura es tener hábitos seguros de trabajo; buenos hábitos de seguridad juegan un papel significante en evitar lesiones. Trabajar de una manera segura requiere un cuidadoso conocimiento de hasta donde es seguro arriesgarse, una actitud de que todos los accidentes pueden ser evitados, aprender los pasos necesarios para evitar exposiciones inseguras. El entrenamiento en seguridad debe ser una parte de cada programa de entrenamiento en inspección. Un atributo final, que no debe ser tomado a la ligera, es la habilidad del inspector de mantener y completar registros de inspección. El inspector de soldadura debe comunicar precisamente todos los aspectos de las inspecciones, incluyendo los resultados. Todos los registros desarrollados deben ser comprendidos para cualquier persona familiarizada con el trabajo. Los registros que solamente pueden ser descifrados por el inspector de soldadura son inútiles cuando él o ella están ausentes. Por ello, la prolijidad es tan necesaria como que esté correcto. El inspector de soldadura puede mirar estos registros cuando más tarde surja una pregunta. Cuando los reportes son generados, pueden contener información indicando como la inspección fue hecha, de

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manera que pueda ser repetida por alguien con resultados similares. Una vez que los registros han sido desarrollados, el inspector de soldadura debe tener una fácil referencia de ellos, más tarde. Hay unas pocas reglas de etiqueta referidas a los reportes de inspección. Primero, ellos deben ser completados en tinta, o a máquina. (Hoy en día, en la era de las computadoras, tipear los reportes de inspección en un sistema de computación es una manera muy efectiva de hacer reportes legibles, fácilmente recuperables cuando se necesite). Si se comete un error en un reporte escrito a mano, puede ser tachado con una sola línea (el error no debe ser totalmente borrado). Esta acción correctiva debe ser después indexada y fechada. Un enfoque similar es usado cuando los reportes son generados por computadora. El reporte debe contener, con precisión y completamente, el nombre del trabajo y la ubicación de la inspección; así como la información específica del ensayo. El uso de esquemas y dibujos puede también ayudar a transmitir información con respecto a los resultados de la inspección. Luego el reporte entero debe ser firmado y fechado por el inspector que hizo el trabajo. Requerimientos éticos para el inpector de soldadura Hemos descrito algunas de las cualidades que son deseadas para un inspector de soldadura. Además de aquellas que se mencionaron antes, hay requerimientos éticos que son impuestos por la profesión. La posición de un inspector de soldadura puede ser muy visible para el público si algunas disputas críticas emergen y son publicitadas. Por esto, los inspectores de soldadura deben vivir bajo las reglas y reportarse a sus supervisores cada vez que alguna situación cuestionable surja. Simplemente, el inspector de soldadura debe actuar con completa honestidad e integridad mientras realiza su trabajo, dado que su función es de responsabilidad e importancia. Si las decisiones son influenciadas por asociarse con gente deshonesta, ofrecimientos o intereses económicos; entonces el inspector no está actuando con integridad. Las decisiones de un inspector de soldadura deben estar basadas en hechos totalmente contrastables sin cuidado de para quién se hace el trabajo. La posición del inspector de soldadura trae aparejada cierta

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responsabilidad con el público. El componente o estructura que haya sido inspeccionada puede ser usada por otros que pueden ser heridos si alguna falla ocurre. Mientras los inspectores pueden ser incapaces de descubrir cada problema, es bajo su responsabilidad reportar cualquier condición que pueda resultar en un riesgo. Cuando se realiza una inspección, los inspectores deben realizar solamente aquellos trabajos para los que están debidamente calificados. Esto reduce la posibilidad de errores de juicio. Ocurren situaciones que pueden ser reportadas al público. Si el inspector está involucrado en una disputa relacionada con la inspección, él o ella pueden ser conminados a hacer pública una opinión. En esa situación, la inspección debe estar totalmente basada en hechos que el inspector crea válidos. Probablemente la mejor manera de tratar con acontecimientos públicos, es evitarlos siempre que sea posible. El inspector no debe entregar información voluntariamente para ganar publicidad. De cualquier modo, en situaciones donde se requiera un pronunciamiento público, el inspector puede solicitar el asesoramiento de un representante legal antes de hablar. Los requerimientos éticos del trabajo implican una gran carga de responsabilidad. De todas formas, el inspector de soldadura que entiende la diferencia entre una conducta ética y una no ética va a tener pocas dificultades en realizar el trabajo con el mejor resultado para todos. Muchos inspectores son requeridos para tomar decisiones que pueden tener un enorme impacto financiero para alguna de las partes. En esas situaciones, puede ser tentado para revisar algún aspecto o decisión a cambio de algún soborno. El inspector debe reconocer esos actos deshonestos y afirmarse en sus decisiones. El inspector de soldadura como comunicador Un aspecto importante del trabajo del inspector de soldadura es la comunicación. Día a día, el trabajo de inspección requiere una efectiva comunicación con mucha gente involucrada en la fabricación o construcción de alguna parte. Lo que debe ser destacado, es que la comunicación no es una calle de un solo sentido. El inspector debe estar capacitado para expresarle sus pensamientos a otros y listo para recibir una observación. Para que esta comunicación sea

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efectiva, debe realizarse un círculo continuo de manera que ambas partes tengan la posibilidad de expresar sus pensamientos e interpretaciones. Es una equivocación para cualquier persona, pensar que sus ideas van a prevalecer siempre. Los inspectores deben ser receptivos de las opiniones por las que más tarde deban responsabilizarse. A menudo, el mejor inspector es el que sabe escuchar bien. Como se mencionó, el inspector tiene que comunicarse con varias personas diferentes involucradas en la secuencia de fabricación. De hecho, en muchas situaciones ocurre que el inspector de soldadura es la figura central de la red de comunicaciones, dado que está constantemente tratando con la mayoría de la gente involucrada en el proceso de fabricación. Algunas de las personas con las que el inspector se puede comunicar son soldadores, ingenieros en soldadura, supervisores de inspección, supervisores de soldadores, capataces de soldadura, ingenieros de diseño y supervisores de producción. Cada compañía va a dictaminar exactamente como va a operar su inspector de soldadura. La comunicación entre los soldadores y el inspector es importante para alcanzar un trabajo de calidad. Si hay buena comunicación cada persona puede hacer un mejor trabajo. Los soldadores pueden discutir problemas que ellos encuentren o preguntar por requerimientos específicos de calidad. Por ejemplo, suponga que se le pide a un soldador que suelde una junta que tiene una abertura de raíz tan pequeña que no puede lograrse una buena soldadura. Ellos pueden contactar al inspector para que observe y corrija la situación antes de que se suelde incorrectamente y sea rechazada. Cuando la comunicación es efectiva, el inspector tiene la posibilidad de brindar respuestas y de iniciar acciones correctivas que prevengan la ocurrencia de algunos problemas. La comunicación entre soldador e inspector mejora cuando el inspector tiene alguna experiencia como soldador. Entonces, el soldador tiene más confianza en las decisiones del inspector. Si la comunicación entre estas dos partes es mala, la calidad puede resentirse.

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Los ingenieros de soldadura delegan mucho en los inspectores para que sean sus ojos en la planta o en la obra. Los ingenieros cuentan con los inspectores para focalizar problemas concernientes a la técnica o al proceso en sí. El inspector de soldadura puede también confirmar cuando los procedimientos son seguidos correctamente. A su vez, el inspector de soldadura puede preguntarle al ingeniero aspectos sobre esos procedimientos. A menudo, si un procedimiento no produce resultados lo suficientemente confiables, el inspector de soldadura debe ser la primera persona en señalar el problema. En este punto, el ingeniero de soldadura debe ser notificado de manera que pueda adecuarse el procedimiento para corregir el problema. El inspector de soldadura probablemente deba trabajar bajo la dirección de algún supervisor. Esta persona es responsable de verificar que el inspector esté calificado para el trabajo que realiza. El supervisor debe además responder a las preguntas del inspector y ayudarlo

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en la interpretación de los requerimientos de calidad. El inspector de soldadura, en algunas situaciones en la s industrias, debe transmitirle todas las preguntas al supervisor. A su vez, el supervisor toma la pregunta del inspector y la transmite a alguien de ingeniería, compras, etc. El inspector de soldadura debe realizar la pregunta de forma clara y precisa, de manera que pueda ser retransmitida por el supervisor a la otra parte. Durante el proceso de fabricación, el inspector de soldadura va a tener la oportunidad de hablar con muchas otras personas. En algunas situaciones, en lugar de comunicarse con los soldadores, lo hará con el supervisor de soldadores o con el capataz. Generalmente esto involucra explicaciones específicas de por qué una soldadura es rechazada . El inspector de soldadura puede también sacar provecho de la información sobre requerimientos actuales de calidad proporcionada por los ingenieros de diseño. Durante la fabricación pueden surgir problemas que solamente podrán ser respondidos por la persona que diseñó la estructura o el componente. Otra forma de comunicación es a través de dibujos y símbolos de soldadura. Si bien los símbolos son una poderosa herramienta de comunicación, éstos pueden requerir alguna aclaración por el creador del símbolo. Por último, el inspector de soldadura va a tener que discutir con el personal de producción el cronograma de trabajo. Esto ocurre especialmente cuando se hubieran realizado

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rechazos que pudieran alterar el cronograma de producción. Es importante que el inspector de soldadura mantenga prevenido al personal de producción del estado de las inspecciones de manera que se puedan corregir los cronogramas de producción si fuera necesario. Como se indicó, dependiendo del trabajo específico del inspector/a, él o ella pueden o no tratar con las personas mencionadas antes o con otras personas que no han sido mencionadas aquí. Es importante destacar que será beneficioso si alguna forma de comunicación tiene lugar, de manera que no ocurran sorpresas durante la fabricación. Cuando hablamos de comunicación, no nos estamos limitando solamente a hablar. Hay varias maneras a través de las cuáles la gente puedo comunicarse efectivamente. Éstas incluyen hablar, escribir, dibujar, gesticular y el uso de esquemas y fotografías. Cada situación debe ser tratada empleando uno o varios de estos métodos. El método no es tan importante como el hecho de que la comunicación ocurra; los mensajes son enviados, recibidos y entendidos por todos los involucrados. PROGRAMAS DE CERTIFICACIÓN PERSONAL Actualmente hay varios programas disponibles para determinar la experiencia y el conocimiento necesario para realizar inspección de soldadura efectivamente en un proceso individual. La Sociedad Americana para ensayos no destructivos ha especificado guías para la certificación en NDE en ASNT SNT TC-1ª. Este documento describe los procedimie ntos recomendados para la certificación de inspectores en la realización de ensayos no destructivos. ASNT reconoce tres niveles de certificación; niveles I, II y III. Para inspección visual, AWS ha desarrollado el programa para Inspectores Certificados en Soldadura. El documento AWS QC-G, Guía para la Certificación y Calificación AWS, figura 1.3, provee las aplicaciones necesarias y el soporte de información para las personas interesadas en ser Inspector Certificado en Soldadura. AWS QC-1, Standard para la Certificación de Inspectores en Soldadura AWS, figura 1.1, establece los requerimientos para el personal en inspección de soldadura, describe

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como el personal es calificado, enumera los principios de conducta y describe la práctica a través de la cuál la certificación puede ser mantenida. Los elementos principales van a ser discutidos aquí. El primer paso hacia la certificación es la documentación de información importante sobre educación y experiencia de trabajo. Para calificar para la examinación para Inspector Certificado en Soldadura (CWI), la persona debe documentar su soporte educativo. Además, el candidato debe tener documentados los años que trabajó de acuerdo con algún código o especificación. Con la documentación (por ejemplo, transcripciones de copias, cartas de referencia, horas acreditadas de entrenamiento, cuatrimestres o semestres) hasta dos años de experiencia laboral pueden ser sustituídas por educación universitaria. La educación universitaria incluye un grado en ingeniería o ciencias físicas o tecnología de soldadura. Cursos vocacionales y de oficio pueden ser aplicados a la sustitución de experiencia laboral, cuando los cursos se hayan completado y estén referidos a soldadura (hasta 1 año como máximo). Los aspirantes que tengan educación universitaria, ya sea con título estatal o militar, deben tener como mínimo 5 años de experiencia. Las personas con 8 grado de colegio se requiere que tengan como mínimo 10 años de experiencia laboral para poder rendir el examen. Para personas con menos de 8 grado de colegio, se requiere como mínimo 15 años. Un nivel subordinado de calificación es el Inspector Certificado Asociado de Soldadura (CAWI), que requiere menos años de experiencia para cada nivel de educación. Toda la experiencia citada para ambos, debe estar asociada a trabajos que se relacionen con algún código o especificación para que sean considerados válidos. Las personas que califican para el Examen de Inspector Certificado de Soldadura rinden un examen que consta de tres partes, que son las siguientes:

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PARTE A- FUNDAMENTOS: Es un examen a libro cerrado que consiste de 150 preguntas tipo

Figura 1.3 – ANSI/AWS QC-G, “Guide to AWS Qualification and Certification” multiple choice. Los temas que abarca esta parte del examen incluye registros e informes, ensayos destructivos, ejecución de soldadura, obligaciones y responsabilidades, examen de soldadura, definiciones y terminología, seguridad, símbolos de soldadura y ensayos no destructivos, métodos de ensayo no destructivos, proceso de soldadura, control del calor, metalurgia, conversiones matemáticas y cálculo. PARTE B- PRÁCTICA. El examen práctico consta de 46 preguntas. Requiere la medición de réplicas de soldadura con herramientas provistas, y la evaluación de las mismas con un “Libro de Especificaciones” provisto. No todas las preguntas requieren el uso de este libro, pero sí todas requieren de los conocimientos individuales para poder ser respondidas. El examen práctico cubre procedimientos de soldadura, calificación de soldadores, ensayos y propiedades mecánicas, inspección de soldadura y defectos, y ensayos no destructivos. Los aspirantes deben estar familiarizados con galgas para soldadura a filete

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y a tope, micrómetros, calibres con comparador y escalas graduadas.

calificaciones de la habilidad del brazing (QB 300-399), información de brazing (QB 400-499).

PARTE C- EXAMEN DEL CÓDIGO A LIBRO ABIERTO. Esta parte del examen consiste de 46 preguntas sobre el código que la persona haya elegido para esta parte del examen. Los siguientes códigos son aplicables para esta parte del examen:

MIL-STD-1689 (SH) (83). Cubre los siguientes temas del examen: enfoque, inspección, requerimientos de inspección, criterios de aceptación de inspección, preparación de materiales, materiales de aporte, diseño de soldadura, requerimientos de montaje, requerimientos de soldadura, mano de obra y misceláneas.

AWS D1.1. El examen sobre este código cubre las siguientes áreas de interés: precauciones generales, diseño de juntas soldadas, mano de obra, técnicas, calificación, inspección, soldadura de espárragos, estructuras cargadas estáticamente, estructuras cargadas dinámicamente y los apéndices. API 1004. Las siguientes áreas de interés son cubiertas por el examen del código API: general, calificación de procedimientos de soldadura, calificación de soldadores, diseño y preparación de una junta para soldadura de produccion, inspección y ensayo de soldadura de produccion, normas de aceptación-Ensayos No destructivos, reparación o eliminación de defectos, procedimientos de radiografía y soldadura automática. ASME B31.1. Este código cubre los siguientes temas: enfoque, diseño, materiales, requerimientos dimensionales, fabricación, inspección y ensayos y misceláneas. ASME SECCIÓN VIII. sección VIII del Código Asme, se formulan preguntas sobre lso siguientes areas: general (UG), soldadura (UW), materiales de acero al carbono (UCS), materiales de alta aleación (UHA) y misceláneas de este código. ASME SECCIÓN IX. La sección IX del Código Asme cubre las siguientes áreas del examen: requerimientos generales de soldadura (QW 100199), calificación de procedimientos de soldadura (QW 200-299), calificaciones de la habilidad del soldador (QW 300-399), información de soldadura (QW 400-499), requerimientos generales para brazing (QB100-199), calificación de procedimientos de brazing (QB 200-299),

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MIL STD-248D(89). El examen para esta norma militar trata sobre los siguientes temas: calificación de los procedimientos de soldadura, calificación de habilidad del soldador y calificación del procedimiento de brazing. Para completar exitosamente este examen, los aspirantes deben aprobar totalmente las tres partes. El puntaje mínimo para el CWI es del 72%; para el CAWI es 50 %. Antes de completar el examen, el aspirante debe someterse a un examen de su vista para asegurarse que la persona posea una visión adecuada, ya sea natural o corregida. Después de que todos los exámenes hayan sido aprobados, la persona es considerada calificada para realizar inspección visual de soldaduras. Cuando AWS dice que una persona es un Inspector Certificado en Soldadura, esto simplemente implica que las calificaciones de la persona están documentadas con un certificado apropiado. Los inspectores de soldadura son una parte muy importante de cualquier programa de control de calidad efectivo. Aunque hay varias categorías de inspectores de soldadura, en general están considerados como las personas que responsables por la evaluación de los resultados de las soldaduras. Estas personas para ser efectivas deben poseer cualidades físicas, mentales y éticas. Los módulos que restan van a detallar aquellos aspectos de soldadura que se consideran importantes para un inspector de soldadura. Además estos puntos son también considerados relevantes para el Examen de Inspector Certificado en Soldadura de AWS. De aquí en adelante, este libro es una guía apropiada para aquellas personas que se estén preparando para esta serie de exámenes.

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Como preparación para la parte del CWI que trata de los requerimientos para inspector certificado de soldadura, se recomienda leer y familiarizarse con ANSI/AWS QC1, normas para la Certificación de Inspectores en Soldadura. Parte del trabajo del inspector de soldadura es la revisión e interpretación de documentos referidos a la fabricación con soldadura.

Figura 1.4 – ANSI/AWS A3.0, “Standard Welding Terms and Definitions" Esto requiere que la persona tenga un completo entendimiento de las definiciones y términos que se emplean. Por esta razón, al final de cada módulo, el lector va a encontrar un apéndice conteniendo “Definiciones y Términos Clave”; aplicable a cada módulo. AWS brega por la necesidad de estandarizar el empleo de términos y definiciones por todos aquellos involucrados. En respuesta a esta necesidad fue publicado el AWS A.3.0. STANDARD WELDING TERMS AND DEFINITIONS. (figura 1.4). ANSI/AWS A3.0 fue desarrollado por el Comité de Definiciones y Símbolos para ayudar en la comunicación e información de la soldadura. Los términos standard y definiciones publicados en A.3.0 son aquellos que deben ser usados en el lenguaje oral y escrito de soldadura.

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Si bien éstos son los términos preferidos, no son los únicos empleados para describir varias situaciones. El propósito aquí es educar y es importante hacer uso de estos términos aún cuando no sean los más conocidos en algunos casos. Cuando sean mencionados términos no standard, aparecerán entre paréntesis, luego de los términos standard. Aunque la mayoría de los términos hayan sido aplicados a la operación de soldadura, es importante que el inspector de soldadura entienda otras definiciones que se aplican a otras operaciones conexas. Los inspectores de soldadura deben entender como describir las configuraciones de las juntas de soldadura y los comentarios que requiera su proceso de preparado. Después de soldado, el inspector puede necesitar describir la ubicación de una discontinuidad que haya sido descubierta. Si una discontinuidad requiere más atención, es importante que el inspector pueda describir su ubicación con precisió n de manera que el soldador pueda saber el lugar correcto de reparación. AWS recomienda el empleo en todo lugar de la terminología standard, pero el inspector debe estar familiarizado también con los términos no standard.

Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de seguridad para inspectores de soldadura

Guantes de cuero u otro material adecuado deben ser siempre utilizados. Los guantes no solamente protegen las manos de quemaduras y abrasión, sino que además proveen aislación en caso de shock eléctrico. Una variedad especial de ropa de protección está disponible para los soldadores. Delantales, polainas, trajes, capas, mangas y gorras; todas de material durable, deben ser vestidas cuando se suelda sobre cabeza o en circunstancias especiales como una garantía adicional para la protección del cuerpo. Chispas y salpicaduras calientes pueden penetrar en los oídos, y ser especialmente dolorosas y serias. Por eso, deben usarse tapones para los oídos resistentes a la llama en cualquier operación que posea estos riesgos. RUIDO Un ruido excesivo, especialmente continuo y de alto nivel, puede provocar severos problemas en la audición. Pueden causar pérdida permanente o temporal de la audición. El US DEPARTMENT OF LABOR OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH ADMINISTRATION regula y describe los niveles tolerables de exposición. Los requerimientos de estas regulaciones pueden ser encontrados en General Industry Standards, 29 CFR 1910.95. En soldadura, corte y operaciones conexas, el ruido puede ser generado por el proceso o el equipo o ambos. Mecanismos de protección auditiva son requeridos para algunas de estas operaciones. Información adicional es presentada en Arc Welding and Cutting Noise, AWS 1979. El corte por arco aire (CAC-A) y el corte por plasma (PAC) son procesos que tienen alto nivel de ruido. Los generadores movidos por motores diesel algunas veces producen mucho ruido, igual que las máquinas de soldar por inducción y de alta frecuencia. PROTECCIONES EN LAS MÁQUINAS Los soldadores y otros trabajadores deben estar también protegidos de las lesiones que provocan las máquinas y los equipos que están operando o por otras máquinas que estén funcionando en el área. Elementos móviles y poleas deben estar cubiertas con tapas que eviten el contacto físico.

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Figura 2.8 – Protección en las máquinas Debido a que los cascos, gafas y los filtros de placas oscuros restringen la visibilidad de los soldadores, ellos están más expuestos que otros a las lesiones por elementos desprotegidos que están en movimiento. Por eso, se les debe prestar especial atención. Cuando se repara maquinaria por soldadura o brazing, la maquinaria debe estar desconectada, trabada, “probada” y señalada para prevenir su operación inadvertida y lesiones. Los soldadores que trabajen en equipos con mecanismos de seguridad que han sido removidos deben entender completamente los peligros que esta involucra, y los pasos necesarios para evitar lesiones. Cuando el trabajo haya sido terminado, los mecanismos de seguridad deben ser vueltos a colocar. Las máquinas de soldar automáticas y robots de soldadura deben estar provistos con sensores o protecciones adecuadas para prevenir la operación cuando alguien esté en el área de peligro. Salientes puntiagudas o filosas en máquinas de soldar y otros equipos mecánicos pueden provocar serias lesiones. Ejemplos de ello son máquinas para soldar por resistencia, robots, máquinas automáticas por arco, jigs y muebles. Para prevenir lesiones con estos equipos, la máquina debe estar equipada con dispositivos que hagan que el operador tenga ambas manos en posiciones seguras cuando ésta está funcionando. En caso contrario, las salientes deben estar protegidas mecánicamente. Metalworking equipment no debe estar localizado donde un soldador pueda caer accidentalmente en o adentro de él. Durante el mantenimiento del equipo, las salientes deben estar bloqueadas para prevenirlas de que queden cerradas. En situaciones muy

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peligrosas, un vigía debe encargarse de prevenir a cualquiera de encender la máquina antes de que la reparación sea finalizada. GASES Y VAPORES Los soldadores, operarios de soldadura y otras personas en el área deben ser protegidas de la sobreexposición a los gases y humos producidos durante la soldadura, brazing, soldering y corte. La sobreexposición es una exposición que resulta perjudicial para la salud, o que excede los límites permisibles fijados por alguna agencia gubernamental. El US DEPARTEMENT OF LABOR, OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH ADMINISTRATION (OSHA), Regulations 29 CFR 1910.1000, u otra autoridad competente como la AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS (ACGIH) en sus publicaciones, THERESOLD LIMIT VALUES FOR CHEMICAL SUBSTANCES AND PHYSICAL AGENTS IN THE WORKROON ENVIRONMENT. Las personas con problemas de salud pueden tener sensibilidad inusual, y requerir una protección más estricta. Hay un mayor interés por los gases y humos que se generan en soldadura por arco que en soldadura por oxigas, brazing o corte. Un arco puede generar un gran volumen de gases y humos, con una enorme cantidad de sustancias involucrados. La protección contra los excesos de exposición generalmente es llevada a cabo por ventilación. Donde la exposición pueda exceder los límites permitidos con la ventilación disponible, debe emplearse además protección respiratoria. Se debe proveer protección a ol s soldadores y a todo el personal que se desempeñe en el área. FACTORES DE EXPOSICIÓN Posición de la cabeza El factor más importante que influencia la exposición a los humos es la posición de la

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cabeza del soldador respecto de la columna de humos. Cuando la cabeza está en una posición tal que la columna de humos envuelve la cabeza del soldador o su máscara, los niveles de exposición pueden ser muy altos. Por eso, los soldadores deben ser entrenados en mantener la cabeza a un costado de la columna de humos. Algunas veces, el trabajo puede ser posicionado de tal manera que la columna pueda ascender por un costado. Tipos de ventilación La ventilación tiene una influencia significativa en la acumulación de humos en el área de trabajo, y en la exposición del soldador a ellos. La ventilación debe ser local, donde los humos son extraídos cerca del punto de soldadura, o en general, donde el aire del lugar es cambiado o filtrado. El tipo adecuado va a depender del proceso de soldadura involucrado, del material soldado y otras condiciones del lugar. Una ventilación adecuada es necesaria para mantener los niveles de exposición del soldador dentro de límites seguros. Área de trabajo El tamaño del cerramiento o cercamiento del lugar donde se realiza la soldadura o se corta es importante. Afecta la dilución de los humos. La exposición adentro de un recipiente a presión, tanque u otro espacio confinado será más alta que en un lugar despejado. Nivel de vapores del ambiente El nivel de vapores del ambiente depende del número y tipo de estaciones o células de soldadura y del ciclo de trabajo de cada una. Diseño de la máscara del soldador La extensión de la máscara que se curva por debajo del mentón hasta el pecho, influye sobre la exposición a los humos. Máscaras con cerramientos adecuados pueden ser efectivas en la reducción de la exposición. Metal base y condición superficial

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Figura 2.9 – Campana colocada cerca del arco de soldadura El tipo de metal base que está siendo soldado influye sobre los componentes y la cantidad de los humos que se generan. Contaminantes superficiales o recubrimientos pueden contribuir en forma significativa al peligro potencial de los vapores. Pinturas que contengan plomo y laminados que contengan cadmio, generan peligrosos humos durante el corte y la soldadura. Los materiales galvanizados generan humos de zinc que son nocivos. VENTILACIÓN El grueso de los humos generados en soldadura y corte constan de pequeñas partículas que quedan suspendidas en la atmósfera por una gran cantidad de tiempo. Como resultado de esto, la concentración de humos puede crecer con el tiempo en un área cerrada, así como también la concentración de gases emanados o generados durante el proceso. Las partículas eventualmente se depositan en las paredes y en el piso, pero la relación de las partículas que se depositan respecto de las que se generaron durante la soldadura o el corte es baja. Por eso, la

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concentración de humos debe ser controlada mediante ventilación. Una adecuada ventilación es la clave para el control de gases y humos durante el proceso de soldadura. Debe ser provista una ventilación mecánica, natural o a través del respirador en todos los procesos de soldadura, corte, brazing y en todas las operaciones relacionadas. La ventilación debe asegurar que la concentración de contaminantes suspendidos en el aire se mantenga por debajo de los niveles recomendados. Muchos métodos de ventilación están disponibles. Varían desde circulaciones naturales a dispositivos localizados, como las máscaras de soldadura ventiladas. Ejemplos de ventilación incluyen: 1 Natural 2 Ventilación mecánica natural sobre el área 3 Capuchas extractoras sobre cabeza 4 Mecanismos extractores portátiles 5 Deflectores descendentes 6 Deflectores cruzados

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7 Extractores construídos adentro del equipo de soldar 8 Máscaras de soldar ventiladas Soldar en espacios confinados Deben ser tenidas en cuenta algunas consideraciones especiales para cuidar la salud y seguridad de los soldadores y otros trabajadores que trabajen en espacios confinados. Ver ANSI PUBLICATION Z117.1, SAFETY REQUIREMENTS FOR WORKING TANKS AND OTHER CONFINED SPACES, LATEST EDITION; para más precauciones. Los cilindros de gas deben ser localizados fuera de los espacios confinados para prevenir la contaminación del espacio por posibles pérdidas o por sustancias volátiles. Las fuentes de energía para los equipos de soldadura deben estar localizadas afuera para reducir el peligro de shock eléctrico o del escape del motor. La iluminación adentro del área de trabajo debe ser de bajo voltaje, 12V, o 110V si es requerido, el circuito debe ser protegido por un interruptor por corriente de falla a tierra (GROUND FAULT CIRCUIT INTERRUPTER GFCI). Debe ser provisto un medio para poder retirar a los trabajadores rápidamente en caso de emergencia. Cinturones de seguridad y sogas de seguridad, deben utilizarse de tal manera (cuando sean empleadas), que no permitan que el trabajador se enrede en la salida. Un ayudante o vigía puede ser posicionado afuera con un plan de rescate preplaneado en caso de emergencia. Figura 2.10 Además de mantener los contaminantes suspendidos en el aire por debajo de los valores recomendados, en espacios confinados, la ventilación debe (1) asegurar una cantidad adecuada de oxígeno para mantener la vida (al menos 19.5% en volumen) (2), prevenir la formación de una atmósfera con oxígeno enriquecido (no por encima de 23.5%) y (3) prevenir la acumulación de mezclas inflamables. La asfixia puede rápidamente llevar a la pérdida del conocimiento y muerte sin que sea advertido por la persona, si el oxígeno no está presente en una concentración suficiente. El aire contiene aproximadamente un 21% de oxígeno en volumen. Los espacios confinados pueden no estar bien ventilados en el caso que el soldador vista una aparato aprobado de respiración y tenga

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correcto entrenamiento en trabajos en espacios confinados. Una segunda persona igualmente equipada debe estar presente como reserva, en standby.

Figura 2.10 – Soldadura en espacios confinados Antes de ingresar al espacio confinado, la atmósfera del lugar debe ser testeada para determinar la presencia o ausencia de gases tóxicos o inflamables, humos y adecuada cantidad de oxígeno. Las pruebas deben ser realizadas con equipos aprobados por el US BUREAU OF MINES. Gases más pesados que el aire, como el argón, metilacetileno-propadieno, propano y dióxido de carbono; pueden acumularse en pozos, tanques, zonas deprimidas, zonas bajas y cerca del piso. Gases más livianos que el aire, como el helio y el hidrógeno pueden acumula rse en el techo de un tanque, cerca de los techos y áreas altas. Las precauciones para áreas confinadas se aplican a estas áreas. Si es posible, se puede utilizar para trabajar en estos espacios una alarma por sonido con monitoreo continuo. Las atmósferas con oxígeno enriquecido son un gran peligro para los ocupantes de un espacio confinado. Son especialmente peligrosas en concentraciones que estén por encima del 25% de oxígeno. Los materiales que pueden ser

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combustibles en atmósferas normales, en atmósferas enriquecidas, se deflagran violentamente. La ropa puede quemarse con gran rapidez; la ropa que esté engrasada o con aceites puede encenderse espontáneamente; el papel puede encenderse espontáneamente. Pueden resultar quemaduras muy serias y severas. La protección en espacios confinados debe ser provista para soldadores y otros trabajadores del área. Solamente se debe usar aire limpio y respirable para la ventilación. Oxígeno, otros gases o mezclas de gases nunca deben ser usadas para ventilación. Aparatos de respiración contenida con presión positiva deberán ser utilizados cuando se suelde o corte en áreas confinadas donde no se pueda proveer una ventilación adecuada y haya peligro inmediato para la vida y la salud. Debe poseer además una provisión de aire de emergencia de por lo menos cinco minutos en caso de que la fuente principal falle. Soldadura de recipientes Soldar o cortar adentro o afuera de recipientes que contengan sustancias peligrosas presenta peligros especiales. Vapores tóxicos o inflamables pueden estar presentes, o ser generados por la aplicación de calor. El área próxima (externa e interna) al recipiente debe estar limpia de cualquier obstáculo u objeto peligroso. Si al reparar un recipiente en el lugar, son liberadas sustancias peligrosas desde el suelo o el piso que está debajo, el recipiente debe estar aislado. El personal de incendios debe estar en posición y el equipo de protección debe estar disponible para su uso inmediato. Cuando se suelde o corte adentro de recipientes que contengan materiales peligrosos, las precauciones para espacios confinados deben ser también observadas. Gases generados durante el proceso deben ser descargados de una forma segura y aceptable de acuerdo a las disposiciones gubernamentales vigentes. Se deben tomar precauciones para prevenir la sobrepresión adentro del recipiente. Ensayos de presencia de gases y vapores deben ser realizados periódicamente para asegurarse que éstos se encuentran dentro de los límites admisibles durante la soldadura. Un método alternativo para soldar recipientes en forma segura es llenarlos con agua

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o algún gas inerte o arena. Cuando se usa agua, se lo debe llenar hasta un nivel inferior en un par de pulgadas del punto donde se quiera efectuar la soldadura. El espacio sobre el agua debe ser ventilado de manera de permitir que el aire caliente generado escape. Con gas inerte, el porcentaje de gas inerte que debe haber para evitar una explosión debe ser conocido. Como mantener con seguridad una atmósfera durante la soldadura debe ser también conocido. Materiales altamente tóxicos El límite de exposición para algunos materiales que están presentes en atmósferas para soldadura o corte, metales base, revestimientos o consumibles es inferior a 1mg/m3. Entre estos materiales están los metales y sus compuestos escritos en la tabla 1. Tabla 1, metales tóxicos 1 Antimonio 2 Arsénico 3 Bario 4 Berilio 5 Cadmio 6 Cromo 7 Cobalto 8 Cobre 9 Plomo 10 Manganeso 11 Mercurio 12 Níquel 13 Selenio 14 Plata 15 Vanadio Manufacturer´s material safety data sheets deben ser consultadas para encontrar si alguno de estos materiales están presentes en los metales de aporte de la soldadura o en los fundentes que se emplean. MSDS deben ser pedidas a los proveedores de equipo y materiales. De todos modos, metales de aporte de soldadura y los fundentes no son los únicas fuentes de estos materiales. También están presentes en metales base, revestimientos y otras fuentes en el área de trabajo. Los materiales radioactivos que estén bajo jurisdicción de NUCLEAR REGULATORY COMMISSION requieren consideraciones especiales, además de las disposiciones provinciales y municipales. Estos materiales

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incluyen máquinas de rayos X e isótopos radiactivos. Cuando se encuentren materiales tóxicos como constituyentes en operaciones de soldadura, brazing o corte; deben tomarse precauciones especiales de ventilado. Las precauciones deben asegurar que los niveles de contaminantes estén por debajo de los niveles permitidos para exposición humana. Todas las personas en la cercanía del área de trabajo deben estar protegidas de la misma manera. MANEJO DE GASES COMPRIMIDOS Los gases empleados en soldadura y corte son envasados en recipientes llamados cilindros o garrafas. Solamente los cilindros construídos y mantenidos de acuerdo al US DEPARTMENT OF TRANSPORTATION (DOT) pueden ser utilizados en USA. El uso de otros cilindros puede ser extremadamente peligroso e ilegal. Los cilindros deben ser periódicamente probados bajo condiciones DOT, y no pueden ser recargados si no han superado estas pruebas. Los cilindros pueden ser recargados solamente con permiso del dueño, y solamente deben ser recargados por proveedores de gas reconocidos o por aquellos que tengan el entrenamiento adecuado. Llenar un cilindro desde otro es peligroso y no debe ser intentado por nadie que no esté calificado para hacerlo. Nunca deben ser mezclados en los cilindros combustibles o mezclas incompatibles de gases. No se debe soldar sobre los cilindros de gas. Los cilindros no deben formar parte de un circuito eléctrico porque puede establecerse el arco entre la garrafa y el electrodo. Los cilindros que contengan gases de protección, usados en conjunto con soldadura por arco no deben ser enterrados. No deben enroscarse o guardarse sobre los cilindros portaelectrodos, torchas, cables, mangueras y herramientas para prevenir salte el arco entre la torcha y el cilindro o interferencia con las válvulas. Un cilindro dañado por un arco puede romperse y provocar severas lesiones, incluso la muerte. Los cilindros no deben ser usados como banco de trabajo o rodillos. Deben estar protegidos de golpes, objetos que se puedan caer sobre ellos, inclemencias del tiempo y no deben ser tirados o lanzados. Deben ser almacenados en áreas donde las temperaturas no caigan por

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debajo de los –20ºF ni supere los 130ºF. Cualquiera de estas exposiciones, abusos o malos usos pueden dañarlos al punto de provocar fallas con serias consecuencias.

Figura 2.11 – Cilindros con gas inerte, , conectado a un sistema de cañerías Los cilindros no deben ser levantados utilizando eslingas ordinarias o cadenas. Debe ser utilizada una cuna apropiada o una eslinga que retenga con seguridad al cilindro. No deben ser usados dispositivos electromagnéticos para manipular los cilindros. Siempre el que usa los cilindros debe asegurarse de que éstos estén correctamente asegurados de manera que no se caigan durante su uso o almacenamiento. Los cilindros que contengan acetileno o gases licuados deben almacenarse y usarse siempre en la posición hacia arriba. Otros cilindros es conveniente que se usen y almacenen en la posición hacia arriba, mas no es esencial en todos los casos. Antes de usar gas de un cilindro, el contenido debe estar identificado con una etiqueta encima. No deben identificarse los contenidos de otra manera que no sea esta, como colores, forma

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de los cilindros, etc; ya que estos pueden variar de un fabricante a otro, en diferentes regiones o líneas de productos y provocar confusiones. La etiqueta identificatoria en el cilindro es la única manera de adecuada de saber el contenido del cilindro. Si faltara la etiqueta en el cilindro, éste debe ser devuelto al proveedor. Muchas veces, es provisto un capuchón para proteger el mecanismo de seguridad y la válvula del cilindro. Este capuchón debe estar siempre en posición, excepto cuando el cilindro está en uso. El cilindro nunca debe ser levantado manualmente o con un aparejo o grúa desde el capuchón. La rosca que asegura a esta válvula está diseñada solamente para ese propósito y no para soportar el peso completo del cilindro. Los capuchones tienen que estar siempre totalmente roscados y apretados manualmente. Los cilindros de gas y otros recipientes deben ser almacenados de acuerdo a las disposiciones provinciales y municipales y los standards fijados por la OSHA y el NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. En el HANDBOOK OF COMPRESSED GASES, publicado por la COMPRESSED GAS ASSOCIATION, son discutidos procedimientos para manipular y almacenar en forma segura cilindros de gas. Algunos gases en cilindros de alta presión son cargados a presiones de hasta 2000 psi o más. Se debe utilizar un regulador-reductor de presión aprobado (excepto que el cilindro esté diseñado para operar a la presión completa) para evacuar un gas desde un cilindro o una tubería. Nunca deber ser utilizada una simple válvula de aguja. Debe ser empleada una válvula de seguridad o de alivio tarada a una presión inferior a la máxima permitida por el equipo de soldadura. La función de esta válvula es prevenir un daño al equipo a presiones superiores a la presión límite de trabajo, si el regulador fallara en el servicio. Las válvulas en cilindros que contengan gases a alta presión, especialmente oxígeno, deben ser abiertas muy lentamente para evitar la alta temperatura que se genera con la recompresión adiabática. La recompresión adiabática puede ocurrir si las válvulas se abren rápidamente. Con oxígeno, el calor puede encender el asiento de la válvula, a su vez la alta temperatura puede provocar que el asiento se funda o queme. La válvula del cilindro, al

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momento de abrirla, debe apuntarse hacia una dirección que no sea la de ninguna persona; de manera de evitar lesiones en caso de que ocurra un incendio. El operario nunca debe pararse frente a la válvula durante la apertura, para prevenir una lesión provocada por un escape de presión en caso de que el regulador falle. Antes de conectar un cilindro de gas al regulador o tubería, la válvula de salida debe ser limpiada. Esto debe hacerse con un trapo seco, libre de aceite; y tiene por fin remover la suciedad, humedad y cualquier partícula extraña. Luego la válvula debe abrirse momentáneamente y cerrarse rápidamente, esto es conocido como “cracking the cylinder valve”. Con los cilindros con gas combustible esto nunca debe realizarse cerca de fuentes de ignición como chispas, llamas, gente fumando, ni en espacios confinados. El regulador debe ser liberado de la presión del gas antes de conectarlo al cilindro y también después de cerrar la válvula del cilindro al terminar la operación. Las roscas de las válvulas de cilindro están normalizadas para gases específicos, de manera que solamente pueden conectarse a reguladores o tuberías con roscas similares. Es preferible no girar más de una vuelta (en la apertura) la válvula en cilindros con combustible y baja presión. Esto generalmente permite un flujo adecuado del combustible y permite en caso de emergencia un cierre rápido. Contrariamente, las válvulas de los cilindros de alta presión, deben abrirse completamente para que el asiento presione contra la empaquetadura y de esta forma prevenir pérdidas durante el uso. La válvula del cilindro debe cerrarse después de cada uso y cada vez que se devuelva un cilindro vacío a un proveedor. Esto previene las pérdidas de producto por fugas que pueden ocurrir y no detectarse mientras el cilindro está fuera de uso (desantendido), y así evitar los peligros que generan las fugas. Además evita el reflujo de contaminantes al cilindro. Es recomendable que los cilindros sean devueltos al proveedor con por lo menos 25psi de presión remanente. Esto previene la contaminación del cilindro durante el transporte.

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manguera sugiere que una incorrecta combinación de dispositivos fue empleada. No se recomienda el uso de adaptadores para cambiar la conexión de la rosca del cilindro porque existe el peligro de usar un regulador incorrecto y contaminar el regulador. Por ejemplo, gases que están contaminados con aceite pueden depositar un film de aceite en las partes internas del regulador. Este film puede contaminar al gas que estaba limpio y terminar en fuego o explosión cuando quede expuesto al oxígeno puro. Antes de usarlas, se debe inspeccionar las conexiones roscadas y las conexiones de acople rápido de los reguladores estén libres de suciedad y daños. Si la conexión de un cilindro o manguera tiene fugas, no debe ser forzada con torque excesivo. Los componentes y reguladores dañados deben ser reparados por mecánicos debidamente entrenados o en caso contrario, ser devueltos al fabricante para su reparación. Una válvula adecuada o un medidor de caudal debe ser utilizado para controlar el caudal de gas desde el regulador. La presión interna en el regulador debe ser drenada antes de ser conectado o removida de un cilindro de gas o tubería.

Figura 2.12 – Reguladores de oxígeno y acetileno y caudalímetros Mecanismos aliviadores de presión Solamente el personal entrenado puede ajustar los mecanismos de alivio de presión en los cilindros. Estos mecanismos están diseñados para proveer protección en el caso de que el cilindro esté sujeto a un medio agresivo, como fuego u otras fuentes de calor. Estos medios pueden hacer aumentar la presión de los gases contenidos en los cilindros. Los mecanismos de alivio de presión son diseñados para evitar que la presión exceda los límites de seguridad. Siempre se debe emplear un regulador reductor de presión cuando se esté evacuando gas de los cilindros de gas mie ntras se suelda o corta. Los reductores reguladores de presión deben ser usados solamente para la presión y el gas indicado en la etiqueta. No deben ser usados con otros gases o a otras presiones aunque la rosca de la válvula de salida del cilindro pueda ser la misma. No deben ser forzadas las conecciones roscadas al regulador. Un ajuste o conexión inapropiada de roscas entre el cilindro de gas y el regulador, o entre el regulador y la

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TUBERÍAS Una tubería es utilizada cuando se necesita gas sin interrupción o a una alta presión de suministro que pueda ser suplida desde un solo cilindro. Una tubería debe estar diseñada para una presión y un gas específico, y debe ser hermética a las fugas. Los componentes de la tubería deben estar aprobados para el propósito, y ser usados solamente para la presión y el gas para la cual fueron aprobados. Las tuberías para oxígeno y gases combustibles deben cumplir requerimientos especiales de seguridad y diseño. Los accesorios para tuberías para acetileno y metilacetileno-propadieno (MPS) no deben ser de cobre o aleaciones que contengan más del 70% de cobre. Bajo ciertas condiciones estos gases combustibles reaccionan con el cobre formando un compuesto inestable cobre acetylide. Este compuesto puede detonar bajo calor o shock. Los sistemas de tuberías deben contener un válvula apropiada de alivio de presión. Cada

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Figura 2.13 y 2.14 – Sistemas de tuberías de acetileno y oxígeno respectivamente línea proveniente de un cilindro de gas combustible debe incorporar una válvula antirretorno y un arresta llama. La válvula antirretorno debe colocarse en cada línea de salida del cilindro donde sean provistos gas y oxígeno para soldadura, corte o para precalentar la torcha. Estas válvulas deben ser revisadas periódicamente para tener una operación segura. El sistema de tubería debe estar protegido por una válvula de alivio de presión a menos que, se sepa que el sistema de tubería está específicamente diseñado y construído para trabajar con la presión completa del cilindro o tanque. Los dispositivos de protección (alivio de presión) deben ser suficientes de manera de evitar que la presión crezca por encima de la presión del elemento más débil del sistema. Dichos dispositivos de alivio de presión pueden ser válvulas de alivio o discos bursting. Un regulador reductor de presión nunca debe encargarse de evitar la presurización sobre todo el sistema. Un dispositivo de alivio de presión debe

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localizarse en cada sección del sistema que pueda estar expuesta a toda la presión del cilindro y que esté aislada de otro dispositivo de alivio o protección (como una válvula cerrada). Algunos reguladores de presión tienen válvulas integrales de alivio de presión y seguridad. Estas válvulas están diseñadas para protección del regulador únicamente, y no deben ser utilizadas para proteger el sistema aguas abajo. En los sistemas de tuberías criogénicas, los dispositivos de alivio deben estar localizados en cada sección del sistema donde el gas licuado pueda quedar atrapado. Si reciben calor, dichos líquidos pueden vaporizarse en gas, y en un espacio confinado la presión del gas puede incrementarse dramáticamente. Los dispositivos que protejan sistemas de tuberías de gas combustible u otro gas peligroso deben ser venteados hacia un lugar seguro. GASES

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Oxígeno El oxígeno no es inflamable, pero posibilita la combustión de los materiales inflamables. Puede iniciar la combustión y acelerarla vigorosamente. Por eso, los cilindros con oxígeno gaseoso y los contenedores con oxígeno líquido no deben ser almacenados cerca de cilindros con gases combustibles. Nunca debe usarse oxígeno como sustituto del aire comprimido. El oxígeno posibilita la combustión de una manera más vigorosa que el aire, debido a que el aire solamente contiene un 21% de oxígeno. Por eso, deben ser diferenciados e identificados el aire y el oxígeno. Aceite, grasa y restos de combustibles pueden encenderse espontáneamente en contacto con el oxígeno. Todos los sistemas y aparatos para servicio con oxígeno deben ser mantenidos libres de combustibles. Componentes de sistema, tuberías y válvulas que no estén expresamente manufacturadas para servicio con oxígeno deben ser limpiadas y aprobadas para este tipo de servicio antes de su uso. Los aparatos que estén expresamente manufacturados para servicio con oxígeno, y así etiquetados, deben ser guardados limpios como fueron recibidos. Las válvulas, reguladores y aparatos para oxígeno, nunca deben ser lubricados con aceite. Si éstas requieren lubricación, el método y la aplicación de lubricantes, debe estar especificada por el fabricante en sus manuales. Si no es así, los dispositivos deberán ser devueltos al fabricante o representante autorizado para su servicio. Nunca debe emplearse oxígeno para accionar herramientas que funcionen con aire comprimido. Éstas son generalmente lubricadas por aceite. De la misma manera, el oxígeno no debe ser usado para soplar la suciedad de la ropa o el área de trabajo porque generalmente están contaminados con aceite o grasa o polvo combustible. Únicamente debe vestirse ropa limpia cuando se trabaje con oxígeno. No debe utilizarse oxígeno para ventilar espacios confinados. Pueden resultar quemaduras muy severas por la ignición de la ropa o el pelo en atmósferas ricas en oxígeno.

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Gases combustibles Los gases más comúnmente usados en soldadura por oxigas (OFC) y corte (OFC) son acetileno, metilacetilen-propadieno (MPS), gas natural, propano y propileno. El hidrógeno es usado en un par de aplicaciones. La gasolina es, algunas veces, usada como combustible para corte por oxígeno. Se vaporiza en la torcha. Estos gases deben ser siempre llamados por sus nombres. El acetileno en cilindros es disuelto en un solvente, de esa manera puede ser almacenado bajo presión. En su estado natural, el acetileno nunca debe ser usado a presiones superiores a los 15psi (100000Pa) porque puede disociarse de manera explosiva a esas presiones y mayores. El acetile no y el MPS nunca deben ser usados en contacto con plata, mercurio o aleaciones que contengan 70% o más de cobre. Estos gases con estos metales forman compuestos inestables que pueden detonar violentamente bajo impacto o calor. Las válvulas de salida en cilindros con gases combustibles nunca deben abrirse para ser limpiadas cerca de fuentes de llama o de ignición o en espacios confinados. Cuando los gases combustibles sean usados para atmósfera de brazing en horno, deben ser venteados a un lugar seguro. Antes de llenar un horno con gas combustible, debe primero purgarse el equipo con un gas no inflamable. Para prevenir la formación de una mezcla aire combustible explosiva pueden ser usados argón o nitrógeno. Se debe prestar una especial atención cuando se utilice hidrógeno. Las llamas de hidrógeno son difícilmente visibles y debido a ello; partes del cuerpo, ropas, o combustibles pueden entrar en contacto con ellas sin que sea advertido. Incendios por gases combustibles El mejor procedimiento para prevenir incendios provocados por gases o líquidos combustibles es almacenarlos adentro del sistema, esto es para prevenir fugas. Todos los sistemas con combustibles deben ser inspeccionados cuidadosamente para detectar fugas en el ensamble y cada intervalos frecuentes de tiempo. Los cilindros de gas combustible deben ser examinados para detectar fugas especialmente en los mecanismos de seguridad,

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empaquetaduras de válvulas y conexiones fusibles. Una fuente común de incendios en soldadura y corte es la combustión de fugas de combustible por chispas que vuelan o salpicaduras. En caso de fuego combustible, una medida efectiva para controlarlo, es cerrar la válvula de combustible (si esta fuera accesible). Una válvula de gas combustible no debe abrirse más allá del punto necesario para obtener un flujo adecuado. Abierta de esta manera, puede ser cerrada rápidamente en caso de emergencia. Generalmente, esto es menos de 1 vuelta. Si la válvula inmediata de control de combustible en inaccesible, debe colocarse otra aguas arriba para poder cortar el flujo de combustible. La mayoría de los gases combustibles en cilindros están en estado líquido o disueltos en líquidos. Por eso, los cilindros siempre deben estar colocados en posición vertical y hacia arriba, de manera de prevenir que el líquido se introduzca en el sistema. Un cilindro con gas combustible puede tener fugas que algunas veces terminen en fuego. En caso de fuego, la alarma de incendios debe ser accionada y debe ser convocado personal entrenado en incendios. Un pequeño fuego cerca de una válvula de cilindro o dispositivo de seguridad debe ser extinguido. Cuando sea posible, el fuego debe ser extinguido cerrando la válvula, usando agua, ropas mojadas o extintores de fuego. Si la fuga no puede ser parada, el cilindro debe ser removido por personal entrenado en incendios a un lugar seguro en el exterior, y notificar al proveedor. Una señal de advertencia debe ser puesta, y no debe permitirse ninguna fuente de ignición en el área. Con un gran fuego sobre un cilindro de gas combustible, debe ser activada la alarma de incendios y todo el personal debe ser evacuado del área. El cilindro debe mantenerse mojado por los bomberos con una lluvia pesada de agua para mantenerlo fresco. Generalmente es mejor que el fuego continúe, que queme y consuma el gas antes que intentar extinguir la llama. Si el fuego es extinguido, hay peligro de que el gas de escape pueda reencenderse de manera explosiva. Gases de protección Argón, helio, dióxido de carbón y nitrógeno son los gases más usados para

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protección en algunos de los procesos de soldadura. Todos, excepto el dióxido de carbono son usados como atmósferas para brazing. Son inodoros e incoloros y pueden desplazar al aire necesario para respirar. Los espacios confinados que contengan a estos gases deben estar bien ventilados antes de que el personal entre a ellos. Si queda alguna duda, antes de que el personal ingrese a ellos, deben ser chequeados con un analizador de oxígeno para asegurarse que haya una proporción correcta del mismo. Si no hay disponible un analizador de oxígeno, el personal debe ingresar con un respirador. Los recipientes que contengan a estos gases no deben ser almacenados en espacios confinados, como ya se discutió. SHOCK ELÉCTRICO El shock eléctrico puede causar la muerte repentinamente. Si no son seguidas las medidas precautorias apropiadas, lesiones y fatalidades pueden ocurrir por shock eléctrico en soldadura o corte. Muchas operaciones de soldadura y corte emplean equipos eléctricos. Por ejemplo, en oxicorte con gas combustible las máquinas usan motores, controles y sistemas eléctricos. Algunos accidentes por causas eléctricas pueden ser inevitables, como aquellos causados por rayos. De todos modos, el resto son evitables, incluso aquellos causados por falta de entrenamiento adecuado. El shock eléctrico ocurre cuando una corriente eléctrica, de suficiente intensidad para crear un efecto adverso, pasa a través del cuerpo. La severidad del shock depende principalmente de la intensidad de la corriente, de la duración del contacto, del camino que deba recorrer la corriente y del estado de salud de la persona. La corriente circula por causa de la diferencia de potencial aplicada. La intensidad de la corriente depende de la diferencia de potencial aplicada y de la resistencia que tenga la zona del cuerpo a través de la cual circule la corriente. En el caso de corriente alterna, también influye la frecuencia. Intensidades de corriente superiores a 6mA son consideradas corrientes primarias de shock porque pueden causar directamente daño fisiológico. Intensidades de corriente de 0.5 a 6mA, fijas, son consideradas corrientes secundarias de shock. Las corrientes secundarias de shock pueden causar reacciones musculares

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involuntarias, sin provocar normalmente daños fisiológicos directos. A una intensidad de 0.5mA es el llamado umbral de percepción, porque es el punto al cual la mayoría de la gente empieza a sentir el hormigueo provocado por la corriente eléctrica. El nivel de sensaciones que genera la corriente depende del peso de la persona y también del sexo. Muchos equipos eléctricos; si están incorrectamente instalados, usados o mantenidos pueden ser un peligro de shock eléctrico. El shock puede ocurrir de una descarga (fogonazo) inducida por una diferencia de potencial en el sistema de distribución. Aún el suelo puede tener una diferencia de potencial respecto de tierra durante fenómenos severos transitorios. Estas circunstancias son infrecuentes. En corte y soldadura la mayoría de los equipos eléctricos son alimentados por corriente alterna con tensiones que varían entre 115V y 575V, o por generadores movidos a motor. La mayoría de la soldadura se realiza con arcos de menos de 100V. (Han resultado fatalidades con equipos operando con mentos de 80V). Algunos métodos de corte operan con arcos de más de 400V, y las máquinas de soldar por haz de electrones usan arcos de hasta 150KV. La mayoría de los shocks eléctricos que ocurren en soldadura son por contactos accidentales con conductores mal aislados o desnudos. Por eso, los soldadores deben tomar precauciones antes de contactar elementos desnudos en el circuito de soldadura, y también aquellos en el circuito primario. Generalmente la resistencia eléctrica se reduce en presencia de humedad o agua. Los peligros eléctricos son casi siempre más severos bajo estas circunstancias. Cuando se deba soldar o cortar bajo condiciones húmedas o mojadas, incluyendo sudor, el inspector de soldadura debe vestir guantes secos y ropa en buenas condiciones para prevenir el shock eléctrico. El inspector de soldadura debe ser protegido de superficies conductoras de electricidad, incluyendo la tierra. La protección puede brindarse mediante zapatos con suela de goma (como mínimo), y preferiblemente por una capa como una manta de goma o un entramado de madera. Se deben tomar precauciones similares contra contactos accidentales con superficies conductoras desnudas, cuando el inspector de soldadura deba

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trabajar en diferentes posiciones (acostado, sentado o arrodillado). Antes de soldar deben sacarse anillos o joyas, para disminuir la posibilidad de un shock eléctrico. La tecnología de los marcapasos y hasta donde son influenciados por otros equipos eléctricos está constantemente cambiando. Es imposible realizar consideraciones generales sobre como son afectados por los efectos de las operaciones de soldadura. Los que lleven puestos marcapasos u otros equipos electrónicos vitales para la vida, deberán consultar con el fabricante de sus equipos o con sus doctores para encontrar donde pueda haber un peligro. Los shocks eléctricos pueden ser reducidos mediante una instalación y mantenimiento adecuado, buena práctica en su operación, ropa adecuadas y protección corporal y equipamiento diseñado para el trabajo y la situación de uso. El equipo debe cumplir con las normas aplicables NEMA O ANSI como, “ANSI/UL 551, SAFETY STANDARD FOR TRANSFORMER TYPE ARC WELDING MACHINES”. Si se van a realizar grandes cantidades de soldadura y corte bajo condiciones peligrosas, se recomienda utilizar controles automáticos de máquina que reduzcan seguramente los riesgos de circuito abierto. Cuando algún proceso especial de corte o soldadura requiera circuito abierto con tensiones superiores a las especificadas en “ANSI/NEMA PUBLICATION EW-1, ELECTRICAL ARC WELDING APPARATUS”, deben proveerse procedimientos de operación y aislación adecuados para proteger al soldador de los altos voltajes. Un buen programa de entrenamiento en seguridad es esencial. Antes de empezar a operar, los empleados deben haber sido instruídos completamente por una persona competente en seguridad eléctrica. Como mínimo este entrenamiento debe cubrir los puntos incluídos en “ANSI/ASC Z49.1, SAFETY IN WELDING AND CUTTING” (publicados por AWS). No será permitido que personas que no han sido adecuadamente entrenadas realicen operaciones. El equipo debe ser instalado en un área limpia y seca. Cuando esto no sea posible, debe ser adecuadamente resguardado del polvo y la humedad. La instalación debe realizarse de acuerdo a los requerimientos de ANSI/NFPA 70,

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NATIONAL ELECTRIC CODE, y disposiciones locales. Esto incluye conecciones, fusibles y fuentes de poder. Los terminales de cables de soldadura y cables deben protegerse de contactos accidentales por personas u objetos metálicos como vehículos o grúas. Las conexiones entre cables de soldadura y fuentes de poder deben protegerse usando (1) receptáculos para los enchufes y toma con tapa, (2) localizar los terminales bajo una cubierta no removible o apertura de difícil acceso, (3) cubierta mecánica u (4) otros equivalentes mecánicos. La pieza de trabajo que está siendo soldada y la barra o chasis de todas la máquinas eléctricas deben estar conectadas a una buena puesta a tierra. La puesta a tierra puede estar hecha localizando la pieza o máquina en una plancha de metal sobre el suelo. La plancha también puede estar conectada a una puesta a tierra del edificio u otra puesta a tierra satisfactoria. Cadenas, alambres, sogas, grúas, aparejos y elevadores no deben ser empleados como puesta a tierra ni para llevar corriente. El conductor de masa no es la puesta a tierra. El conductor de masa conecta el terminal (donde está la fuente) a la pieza. Un cable separado es requerido para poner a tierra la pieza o el terminal de poder. Debe tenerse cuidado cuando se conecta la puesta a tierra. De lo contrario, la corriente de soldadura puede circular a través de una conexión hecha para la puesta a tierra, y puede ser de una intensidad superior que la de tierra. Puesta a tierra por radio frecuencia especial puede ser necesaria para máquinas de soldadura por arco con dispositivos de inicio de arco por alta frecuencia. Las conexiones para dispositivos de control portátiles, como botones accionados por el operador, no pueden estar conectados a circuitos con tensiones superiores a 120V. Partes metálicas de dispositivos de control expuestas a tensiones superiores a 50V deben estar a tierra con un conductor en cable de control. Para control, se recomiendan tensiones inferiores a 30V. Las conexiones eléctricas debes ser firmes y chequearse periódicamente para ver que no se aflojen. Los clamps magnéticos deben estar libres de partículas y salpicaduras sobre las

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superficies de contacto. Los cables de soldadura arrollados deben ser extendidos antes de soldar para prevenir sobrecalentamientos y daños a la aislación. Aquellos trabajos que alternativamente requieran cables de soldadura cortos y largos; los equipos deben estar equipados con cables aislados conectados por tramos de manera que los tramos no necesarios puedan desconectarse. Los equipos, cables, fusibles, enchufes y receptáculos deben usarse por debajo de sus capacidades de corriente y ciclo de trabajo. La operación de estos aparatos por encima de los valores recomendados resulta en sobrecalentamiento y rápido deterioro de la aislación y otras partes. La corriente de soldadura puede ser superior a la indicada en la máquina si se emplean cables cortos y/o tensiones inferiores. Son preferibles altas corrientes cuando se utilicen máquinas para soldar de propósitos generales con arcos de bajo voltaje, como soldadura por arco gas tungsteno. Los cables de soldadura deben ser del tipo flexible y diseñados especialmente para los rigores del servicio de soldadura. La aislación empleada en los cables para alta tensión u osciladores de alta frecuencia deben proveer protección adecuada. Las recomendaciones y precauciones del fabricante de cables deben ser siempre seguidas. La aislación de los cables debe ser mantenida en buena condición, y los cables reemplazados o reparados rápidamente cuando sea necesario. Los soldadores no deben dejar que las partes metálicas de electrodos, portaelectrodos o torchas toquen cualquier parte desnuda de su piel o cualquier parte húmeda de su cuerpo. Siempre deben vestirse guantes secos y en buena condición. La aislación en los portaelectrodos debe ser mantenida en buen estado. Los portaelectrodos no deben ser calentados por inmersión en agua caliente. Si se utilizan pistolas de soldar o portaelectrodos calentados por agua, deben estar libres de pérdida de agua o condensación que puedan afectar adversamente la seguridad del soldador. Los soldadores no deben enroscarse el cable de soldar alrededor de su cuerpo. El circuito de soldadura debe ser desenergizado cuando se ajuste el electrodo, torcha o pistola; para prevenir el peligro de shock eléctrico. Una excepción es la de los electrodos

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recubiertos en soldadura por arco con electrodo revestido. Cuando el circuito está energizado, los electrodos pueden ser cambiados con guantes secos, no con las manos desnudas. La desenergización del circuito es deseable para mayor seguridad. Cuando un soldador haya terminado de trabajar o deje el puesto de trabajo por un cantidad grande de tiempo, debe apagarse la máquina de soldar. De la misma manera, cuando se deba mover la máquina, ésta debe ser desconectada de la fuente. Cuando el equipo no esté siendo usado, los electrodos expuestos deben ser removidos del portaelectrodos para eliminar el peligro de contactos accidentales. Además, las pistolas de soldadura de equipos de soldadura semiautomática deben ser ubicadas de manera que el switch de la pistola no pueda ser encendido accidentalmente. Los incendios provocados por equipos de soldadura eléctricos son generalmente causados por sobrecalentamieto de los componentes eléctricos. Otras causas son chispas que vuelan, salpicaduras, combustibles sueltos en equipos que son accionados por motores. Muchas de las precauciones contra shock eléctrico son aplicables para prevenir fuegos o incendios causados por sobrecalentamiento del equipo. Las precauciones para evitar incendios por chispas o salpicaduras ya fueron tratadas. Los sistemas de combustible de equipos accionados por motores deben estar en buena condición. Las pérdidas deben ser reparadas prontamente. Los equipos accionados por motor deben ser apagados antes de reabastecerlos de combustible, cualquier chorreadura de combustible debe ser secada y debe permitirse que los vapores generados se disipen antes de encender el motor. En caso contrario, el sistema de ignición, los controles eléctricos, los componentes productores de chispas o el calor del motor pueden comenzar un incendio.

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Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de seguridad para inspectores de soldadura

Palabra clave- Protección ocular y protección gafas

ANSI/AWS F2.2-89

Tabla 2- SELECCIÓN PROTECCIÓN GAFAS Los números de protección están solo como guía, pudiendo variar de acuerdo a necesidades personales Operación SMAW

GMAW & FCAW

GTAW

CAC-A liviano CAC-A pesado PAW

PAC liviano PAC medio PAC pesado TB TS CAW

GW liviano GW mediano GW pesado OC liviano OC mediano OC pesado

Tamaño del electrodo en mm menor a 2.5 2.5-4 4-6.4 mayor a 6.4

Intensidad de corriente (A)

Protección mínima

menor a 60 7 60-160 8 >160-250 10 >250-500 11 menor a 60 7 60-160 10 >160-250 10 >250-500 10 menor a 50 8 50-100 8 >150-250 10 menor a 500 10 500-1000 11 menor a 20 6 20-100 8 >100-400 10 >400-800 11 menor a 300 8 300-400 9 >400-800 10 Espesor de la chapa mm pulgadas inferior a 3.2 inferior a 1/8 3.2 a 13 1/8 a 1/2 superior a 13 superior a 1/2 inferior a 25 inferior a 1 25 a 100 1a6 superior a 150 superior a 6

Protección sugerida (comfort) 10 12 14 11 12 14 10 12 14 12 14 6a8 10 12 14 9 12 14 3o4 2 14

4o5 5o6 6a8 3o4 4o5 5o6

1 Estos números son aproximados. Se recomienda empezar con una protección más oscura para ver la zona de soldadura. Luego puede ir disminuyendo, sin bajar del mínimo recomendado. En soldadura por gas o corte por oxígeno es conveniente usar un filtro que absorba el amarillo o la línea de sodio dentro del espectro de operación2 Estos valores se aplican donde el arco real es claramente visible. La experiencia ha mostrado que los filtros de luz pueden usarse cuando el arco está oculto por la pieza.

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Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de Seguridad para Inspectores de Soldadura

TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES ACGIH-American Conference of Governmental and Industrial Hygienists. Conferencia Americana de Higienistas Industriales y Gubernamentales. Este grupo está ocupado de mantener la exposición a materiales peligrosos dentro de niveles seguros y apropiados. Adiabatic Recompression Recompresión Adiabática- es el término dado a la temperatura que se puede alcanzar cuando un gas a alta presión es descomprimido súbitamente. (La descompresión de un gas a presión normal generalmente resulta en un calentamiento del gas). ANSI-American National Standards Institute Instituto Nacional Americano de Normas- es una organización que promueve normas técnicas y de seguridad.

Departamento de Transportación. Es una agencia federal o estatal que cubre el transporte de materiales. filter Lens Lentes con filtro- en soldadura, son lentes osucrecidos, generalmente de vidrio, que protegen los ojos de la radaci´n del arco y otras fuentes de calor. Los lentes de soldaduraa están numerados, donde los números altos ofrecen mayor protección. Ver tabla 2, de sele cción de lentes oscurecidos (lens shade selector), para elegir adecuadamente los mismos. Fire Watch Vigía- es una persona cuya principal responsabilidas es observar la posibilidad de fuego durante el trabajo, y prevenir a los trabajadores si hay fuego. flammable inflamable- cualquier cosa fácilmente o rápidamente.

que

se

quema

ANSI/ASC Z49.1- “Safety in Welding and Cutting” Es un documento que destaca las prácticas seguras para las operaciones de soldadura y corte.

fume plume columna de vapor- en soldadura, es como una nube de vapor que contiene partículas sólidas diminutas que surgen del metal fundido.

ANSI Z87.1- Practice for Occupational and Educational Eye and Face Protection.

fuse plug fusible- es un material, generalmente un metal, que tiene muy bajo punto de fusión. Generalmente se usa como un dispositivo de alivo de presión o calor.

asphyxiation asfixia- es la pérdida de la conciencia como resultado de muy poco oxígeno y demasiado dióxido de carbono en la sangre. AWS- American Welding Society. Sociedad Americana de Soldadura- es la asociación técnica líder en soldadura y temas relacionados. combustibles combustibles- cualquier material que puede encenderse fácilmente. cryogenic criogénico- un servicio muy fríoo, generalmente a temperaturas de muchos grados bajo cero. DOT-Department of Transportation.

2-23

fume release escape de vapor- es un término general dado a una liberación indeseada e inesperada de estos materiales. galvanized material material galvanizado- es cualquier material que tiene un recubrimiento de zinc sobre su superficie. Generalmente los materiales galvanizados son hojas de acero y fasteners. Hot Work Permit Permiso de trabajo en caliente- es una formulario diseñado para asegurarse que todas las precauciones hayan sido consideradas antes de cualquier trabajo con llamas al aire o alto calor.

Tecnología de Inspección de Soldadura Prácticas de Seguridad para Inspectores de Soldadura

Lock, Tag and Try ¿?????es una frase que significa clausurar el equipo, identificarlo y probarlo para asegurarse qe no es operable sin una reparación. MSDS- Materials Safety Data Sheet. Hoja de Información sobre Seguridad de los Materiales- es un documetno que didentifica a los materiales presentes en productos que tienen propiedades peligrosas para la salud o el físico. NEMANational Equipment Manufacturers Association. Asociación Nacional de Fabricanes de Equipos OSHA- Occupational Safety and Health Act Acta sobre Salud y Seguridad Ocupacional- es una ley federal que subraya los requerimientos de seguridad en los lugares de trabajo. pascal (Pa) Es una unidad para presión, o resistencia, en el sistema métrico. El equivalente inglés es el psi, libras por pulgada cuadrada. 1psi=6.895Pa. pinch points Salientes puntiagudas- cualqier geometría de un equipo que puede pinchar alguna parte del cuerpo del trabajador. safety glasses Anteojos de seguridad- son gafas endurecidas y con lentes de mínimo espesor que protegen lso ojos de objetos que puedan volar. standby relevo- en soldadura, es una persona entrenada y designada para observar cualqier riesgo o peligro y pedir ayuda si es necesario. Generalmente es usado en recipientes. TLV- Thereshold Limit Value. CMP Concentración Máxima Permitida- es el nivel de exposición límite para un material peligroso. toxic tóxico- venenoso.

2-24

vapors vapores- es una forma gaseosa de una sustancia. En

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales

M ÓDULO 3

PROCESOS DE UNIÓN Y CORTE DE M ETALES

Debido a que el inspector de soldadura está interesado principalmente por la soldadura, pueden ser muy útiles los conocimientos sobre los distintos procesos de unión y soldadura. Mientras que no es obligatorio que el inspector sea un soldador calific ado, cualquier experiencia práctica en soldadura es un beneficio. En efecto, muchos inspectores de soldadura son seleccionados para esta posición luego de haber trabajado como soldador por algún tiempo. La experiencia ha mostrado que quienes antes fueron soldadores luego resultan buenos inspectores. Hay algunos aspectos de los distintos procesos de unión y soldadura que un inspector de soldadura exitoso debe comprender para desempeñarse en la forma más efectiva. Primero, el inspector debe reconocer las ventajas y limitaciones importantes de cada proceso. El inspector debe también estar en conocimiento de aquellas discontinuidades que pueden resultar cuando se usa un proceso en particular. Muchas discontinuidades ocurren sin tener en cuenta el proceso que se usa; sin embargo, hay otras que pueden ocurrir durante la aplicación de un proceso en particular. Esas serán discutidas para cada método y referidas como “problemas posibles”. El inspector de soldadura debe también tener conocimientos sobre los requerimientos del equipamiento para cada proceso, porque ocurren frecuentes discontinuidades a causa de deficiencias del equipo. El inspector debe estar algo familiarizado con los distintos controles de la máquina y que resultados tendrá su ajuste en la calidad de soldadura resultante. Cuando el inspector de soldadura tiene cierta comprensión de estos fundamentos de los procesos, el o ella está mejor preparado para realizar inspección visual de soldadura. Este conocimiento lo ayudará en el descubrimiento de problemas cuando ocurren antes que sea tarde, cuando el costo de la corrección es mayor. El inspector que es capaz de señalar problemas durante el proceso será capaz de control tanto de producción como de calidad.

Otro beneficio de tener experiencia con estos métodos de soldadura es que los soldadores de producción tendrán un mayor respeto hacia el inspector y las decisiones resultantes. También, es más probable que el soldador lleve un problema a la consideración del inspector si sabe que éste conoce los aspectos prácticos del proceso. Entonces, tener éste conocimiento ayudará al inspector a tener una mejor cooperación de los soldadores y otras personas involucradas con el proceso de fabricación. Los procesos discutidos aquí pueden ser divididos en tres grupos básic os: soldadura, brazing y corte. Soldadura y brazing describen métodos para unir metales, mientras que el corte tiene como resultado quitar o separar material. En la medida que cada uno de los procesos de unión y corte son discutidos, se intentará describir sus características importantes, incluyendo ventajas, limitaciones del proceso, requerimientos de equipo, electrodos/ metales de aporte, aplicaciones, y posibles problemas del proceso. Hay numerosos procesos de unión y corte disponibles para el uso en la fabricación de productos metálicos. Son mostrados por la "Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines" de la American Welding Society, que se muestra en la Figura 3.1. Este cuadro separa los métodos de unión y corte en distintas categorías, esto es, Procesos de Soldadura y Procesos Afines. Los Procesos de Soldadura luego se dividen en siete grupos, Soldadura por Arco, Soldadura en Estado Sólido, Soldadura por Resistencia, Soldadura por Oxigas, Soldering, Brazing, Otras Soldaduras. Los Procesos Afines incluyen Spraying Térmico, Bonding (Adhesivo), Corte Térmico (Oxígeno, Arco y Otros Cortes). Con tantos procesos diferentes disponibles sería difícil describir cada uno dentro del alcance de este curso. Entonces, los procesos seleccionados para la discusión incluyen sólo aquellos que son aplicables para el examen de Inspector de Soldadura Certificado de AWS.

3-1

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales

ESQUEMA PRINCIPAL DE PROCESOS DE SOLDADURA Y AFINES soldadura porhidrógeno atómico .................... AHW soldadura por arco con electrodo desnudo ... BMAW soldadura por arco con electrodo de grafito .. CAW -gas ............................. CAW-G -protegido ............................. CAW-S -doble ............................. CAW-T soldadura por electrogas .............................. EGW soldadura por arco con electrodo tubular ..... FCAW

soldadura por coextrusión ........... CEW sodadura en frio ............................ CW soldadura por difusión .................. DFW soldadura por explosión ................ EXW soldadura por forja ........................ FOW soldadura por fricción ................... FRW soldadura por presión en caliente.. HPW soldadura por rolado ..................... RW soldadura por ultrasonido .............. USW

soldering por inmersión ............ DS soldering en horno .................... FS soldering por inducción ............. IS soldering por infrarrojo ............. IRS solding por soldador de cobre .. INS soldering por resistencia .......... RS soldering por soplete ................ TS soldering por ultrasonido .......... USS soldering por ola ....................... WS soldadura por chisporroteo ................... FS soldadura por proyección ..................... PW soldadura de costura por resistencia .. RSEW -alta frecuencia ............... RSEW-HF -inducción ....................... RSEW-I soldadura por resistencia por punto ..... RSW soldadura por recalcado ...................... UW -alta frecuencia ............... UW-HF -inducción ....................... USEW-I

SOLDADURA POR ARCO (AW) SOLDADURA EN ESTADO SOLIDO (SSW)

SOLDERING (S)

SOLDADURA POR RESISTENCIA (SW)

SPRAYING TERMICO (THSP)

BRAZING (B)

PROCESOS DE SOLDADURA

PROCESOS AFINES

soldadura aeroacetilénico ....................... AAW soldadura oxiacetilénica ......................... OAW soldadura por oxihidrógeno ..................... OHW soldadura por presión con gas .............. PGW

CORTE POR ARCO (AC)

OTROS PROCESOS DE CORTE

soldadura por haz de electrones ............ EBW -alto vacío ......................... EBW-HV -vacío medio ..................... EBW-MV -sin vacío ........................... EBW-NV soldadura por electroescoria .................. ESW soldadura por flujo .................................. FLB soldadura por inducción ......................... IW soldadura por láser ................................. LBW soldadura por percusión .......................... PEW soldadura aluminotérmica ....................... TW

SOLDADURA POR OXIGAS (OFW)

CORTE TERMICO (TC)

CORTE POR OXIGENO (OC)

brazing por bloques ...................................... BB brazing por difusión ...................................... CAB brazing por inmersión ................................... DB brazing exotérmico ....................................... EXB brazing por flujo ............................................ FLB brazing en horno ........................................... FB brazing por inducción .................................... IB brazing por infrarrojo ..................................... IRB brazing por resistencia .................................. RB brazing por soplete ........................................ TB brazing por arco con electrodo de grafito ...... TCAB

OTROS PROCESOS DE SOLDADURA

spraying por arco ................ .ASP spraying por llama ............... FLSP spraying por plasma ............ PSP

corte con fundente ............... FOC corte con polvo metálico ...... POC corte por oxigas ................... OFC -corte oxiacetilénico ............ OFC-A -corte oxídrico ................... . OFC-H -oxicorte con gas natural .... OFC-N -oxicorte con gas propano .. OFC-P

soldadura por arco con alambre y protección gaseosa ... GMAW -arco pulsante .............................................. GMAW-P -arco en corto circuito ................................. GMAW-S soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa........................................................ GTAW -arco pulsante .............................................. GTAW-S soldadura por plasma ....................................................... PAW soldadura por arco con electrodo revestido ...................... SMAW soldadura de espárrago ..................................................... SW soldadura por arco sumergido ........................................... SAW -series .......................................................... SAW-S

corte por arc air .............................................. CAC-C corte por arco con electrodo de carbono ........ CAC corte por arco con arco alambre y protección gaseosa ..................................... GMAC corte por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa ......................................... GTAC corte por plasma .............................................. PAC corte por arco con electrodo revestido ............ SMAC

corte por haz de electrones ................. EBC corte por láser ...................................... LBC -aire ................................ LBC-A -evaporativo ................... LBC-EV -gas inerte ...................... LBC-IG -oxígeno .......................... LBC-O

Figura 1.1 – Esquema principal de procesos de Soldadura y Afines

3-2

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales

Sobre estas bases, se describirán los siguientes procesos:

definir que se quiere significar con el término “soldadura”. De acuerdo con AWS, una soldadura es, “una coalescencia localizada de metales o no metales producida tanto por calentamiento de los metales a la temperatura de soldadura, con o sin la aplicación de presión, o por la aplicación de presión solamente y con o sin el uso de material de aporte.” Coalescencia significa “unidos uno a otro entre si”. Por esa razón la soldadura se refiere a las operaciones usadas para llevar a cabo esta operación de unión. Esta sección presentará importantes características de algunos de los procesos de soldadura más comunes, todos los cuales emplean el uso del calor sin presión. A medida que cada uno de esos proceso es presentado, es importante notar que todos tienen ciertas características en común. Esto es que hay ciertos elementos los cuales deben ser provistos por el proceso de soldadura en orden a que estos sean capaces de producir soldaduras satisfactorias. Estas características incluyen una fuente de energía para proveer calentamiento, los medios de protección del metal fundido de la atmósfera, y el metal de aporte (opcional con algunos procesos y configuraciones de junta). Los procesos difieren de uno a otro porque disponen estas mismas características o elementos en varias formas. Entonces, cuando se introduce un proceso, explicamos como se satisfacen dichos requerimientos.

Procesos de Soldadura • Soldadura por Arco con electrodo revestido • Soldadura por Arco con Alambre y Protección Gaseosa • Soldadura por Arco con Alambre Tubular • Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa • Soldadura por Arco Sumergido • Soldadura por Plasma • Soldadura por Electroescoria • Soldadura por Oxiacetileno • Soldadura de Espárrago • Soldadura por Haz de Electrones • Soldadura por Láser

Procesos de Brazing • • • • • •

Brazing por Soplete Brazing en Horno Brazing por Inducción Brazing por Resistencia Brazing por Inmersión Brazing por Infrarrojo

Soldadura por Arco con Electrodo Revestido (SMAW) El primer proceso a ser discutido es la soldadura con electrodo revestido. A pesar de que este es el nombre correcto para el proceso, comúnmente oímos referirse a él como “stick welding”. Este proceso opera mediante el calentamiento del metal con un arco eléctrico entre un electrodo de metal recubierto, y los metales a ser unidos. La Figura 3.2 muestra los distintos elementos del proceso de soldadura por arco con electrodo revestido. Esta ilustración muestra que el arco es creado entre el electrodo y la pieza de trabajo debido al flujo de electricidad. Este arco provee

Procesos de Corte • • • •

Corte por Oxigas Corte por Arc Air (con electrodo de Carbono Corte por Plasma Corte Mecánico

PROCESO DE SOLDADURA

Previo a nuestra discusión de los distintos procesos de soldadura, es apropiado

3-3

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales

calor, o energía, para fundir el metal base, metal de aporte y recubrimiento del electrodo. A medida que el arco de soldadura avanza hacia la derecha, deja detrás metal de soldadura solidificado cubierto por una capa de fundente convertido, conocido como escoria. Esta escoria tiende a flotar fuera del metal debido a que solidifica después que el metal fundido haya solidificado, entonces hay menos posibilidad que sea atrapada dentro de la zona de soldadura resultando una inclusión de escoria. Otra característica que es de notar en la Figura 3.2 es la presencia de gas de protección, el que es producido cuando el recubrimiento del electrodo es calentado y se descompone. Estos gases ayudan al fundente en la protección del metal fundido en la región del arco. El elemento principal en el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido es el electrodo en si mismo. Está hecho de un núcleo de metal sólido, alambre, cubierto con una capa de fundente granular que se mantiene en el lugar por algún tipo de agente aglutinante. Todos los electrodos de acero al carbono y baja aleación usan esencialmente el mismo tipo de alambre de núcleo de acero, de bajo carbono, acero

efervescente. Cualquier aleación es provista por el recubrimiento, debido a que es más económico agregar aleantes de esta manera. El recubrimiento del electrodo es la característica que clasifica a los distintos tipos de electrodos. Realmente sirven para cinco funciones diversas.

1. Protección: 2. 3. 4. 5.

el recubrimiento de descompone para formar una protección gaseosa para el metal fundido. Desoxidación: el recubrimiento provee una acción de flujo para remover el oxígeno y otros gases atmosféricos. Aleante: el recubrimiento provee elementos aleantes adicionales para el depósito de soldadura. Ionización: el recubrimiento mejora las características eléctricas para incrementar la estabilidad del arco. Aislación: la escoria solidificada provee una cobertura de aislación para disminuir la velocidad de enfriamiento del metal (el efecto menos importante).

Figura 3.2 – Soldadura por Arco con Electrodo Revestido Debido a que el electrodo es una característica tan importante del proceso de soldadura por arco con electrodo revestido, es necesario entender cómo se clasifican e identifican los distintos tipos. La American

Welding Society ha desarrollado un sistema para la identificación de los electrodos de soldadura por arco con electrodo revestido. La Figura 3.3 ilustra las distintas partes de este sistema.

3-4

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales

Las Especificaciones de la American Welding Society A5.1 y A5.5 describen los requerimientos para los electrodos de acero al carbono y de baja aleación respectivamente. Describen las distintas clasificaciones y características de esos electrodos

características de operación y corriente eléctrica recomendada: AC(corriente alterna), DCEP (corriente continua, electrodo positivo), DCEN (corriente continua, electrodo negativo). La Figura 3.4 enumera el significado del último dígito del sistema de identificación de electrodos SMAW. Es importante notar que aquellos electrodos que terminan en “5”, “6” u “8” se clasifican como del tipo de “bajo hidrógeno”. Para mantener este bajo contenido de hidrógeno (humedad), deben ser almacenados en su envase original de fabricación o en un horno de almacenamiento aceptable. Este horno debe ser de calentamiento eléctrico y debe tener una capacidad de control de temperatura en un rango de 150 a 350 F. Debido a que este dispositivo ayuda a mantener el bajo contenido de humedad (menor al 0,2%), debe ser ventilado en forma adecuada. Cualquier tipo de electrodo de bajo hidrógeno que no será usado inmediatamente deberá ser colocado en el horno de mantenimiento, tan pronto como su contenedor hermético sea abierto. La mayor parte de los códigos requieren que los electrodos de bajo hidrógeno sean mantenidos a una temperatura mínima del horno de 120 C (250 F) luego de ser quitados del contenedor sellado correspondiente. De todas formas, es importante notar que los electrodos distintos a los arriba mencionados pueden dañarse si son colocados en el horno. Algunos tipos de electrodos son diseñados para tener algún nivel de humedad. Si esta humedad es eliminada, las características de operación del electrodo serán significativamente deterioradas.

POSICION

EXXXX RESISTENCIA A LA TRACCION

REVESTIMIENTO CARACTERISTICAS DE OPERACION

Figura 3.3 - Sistema de Identificación de Electrodo SMAW Se establece que para electrodo la identificación consiste de una “E”, seguida por cuatro o cinco dígitos. Los primeros dos o tres números se refieren a la mínima resistencia a la tracción del metal de soldadura depositado. Esos números expresan la resistencia mínima a la tracción en miles de libras por pulgada cuadrada. Por ejemplo, “70” significa que la resistencia del metal soldadura depositado es al menos 70000 psi. Los números siguientes se refieren a las posiciones en las cuales el electrodo puede ser usado. Una “1” indica un electrodo que es apto para ser usado en cualquier posición. Un “2” indica que el metal fundido es tan fluido que el electrodo sólo puede ser usado en las posiciones plana o filete horizontal. Un “4” significa que el electrodo es apto para soldar en progresión descendente. El número “3” no está asignado. El último número describe otras características que son determinadas por la composición del revestimiento presente en el electrodo. Este recubrimiento determinará las Clasificación Hierro F3 EXX10 F3 EXXX1 F2 EXXX2 F2 EXXX3 F2 EXXX4 F4 EXXX5 F4 EXXX6 F4 EXXX8 F1 EXX20 F1 EXX24

Corriente DCEP AC y DCEP AC y DCEN AC y DC AC y DC DCEP AC o DCEP AC o DCEP AC o DC AC o DC

Arco

Penetración

Revestimiento y Escoria

Polvo

Enérgico Enérgico Medio Suave Suave Medio Medio Medio Medio Suave

Profunda Profunda Media Baja Baja Media Media Media Media Baja

Celulosa - sodio Celulosa - potasio Rutílico - sodio Rutílico - potasio Rutílico - polvo de hierro Bajo hidrógeno - sodio Bajo hidrógeno - potasio Bajo hidrógeno - polvo de hierro Oxido de hierro - sodio Rutílico - polvo de hierro

0  10 % 0% 0  10 % 0  10 % 25  40 % 0  10 % 0% 25  45 % 0% 50 %

3-5

de

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F1 EXX27 F1 EXX28

AC o DC AC o DCEP

Medio Medio

Media Media

Oxido de hierro - polvo de hierro Bajo hidrógeno - polvo de hierro

50 % 50 %

Nota : El porcentaje de polvo de hierro está basado en el peso del revestimiento.

Figura 3.4 - Significado del Ultimo Dígito de la Identificación de SMAW terminología puede ser más fácilmente comprendida observando la curva característica Los electrodos SMAW usados para unir voltaje-amperaje (V-A) de este tipo de fuente de aceros de baja aleación deben tener un sufijo potencia. alfanumérico, el que se agrega a la designación Como se puede ver en las curvas típicas estándar después de un guión. La Figura 3.5 voltaje-amperaje de la Figura 3.7, un muestra el significado de esas designaciones. decrecimiento en el voltaje del arco dará como resultado un incremento correspondiente en la Subfijo Principal(es) Elemento(s) de Aleación corriente del arco. Esto es significativo desde el A1 0.5% Molibdeno punto de vista del control de proceso, porque el B1 0.5% Molibdeno – 0.5% Cromo voltaje del arco está directamente relacionado con B2 0.5% Molibdeno – 1.25% Cromo la longitud del arco (distancia del electrodo a la B3 1.0% Molibdeno – 2.25% Cromo pieza de trabajo). Esto es, en la medida que el B4 0.5% Molibdeno – 2.0% Cromo soldador mueve el electrodo acercándolo o C1 2.5% Níquel alejándolo de la pieza de trabajo, el voltaje del C2 3.5% Níquel arco está realmente disminuyendo o aumentando, C3 1.0% Níquel respectivamente. D1 0.3% Molibdeno – 1.5% Manganeso Este cambio de voltaje se corresponde D2 0.3% Molibdeno – 1.75% Manganeso con cambios en la corriente del arco, o la cantidad G* 0.2% Molibdeno, 0.3% Cromo, 0.5% de calor que se crea por el arco de soldadura. Níquel; 1.0% Manganeso; 0.1% Entonces, cuando el soldador aleja el electrodo de Vanadio la pieza de trabajo, se incrementa la longitud del arco que reduce la corriente, y en consecuencia, *Necesita tener mínimo contenido de un solo elemento. reduce el calor introducido a la soldadura. Un arco de soldadura más corto resulta en una mayor Figura 3.5 – Subfijos de Aceros Aleados corriente del arco, y entonces se incrementa el para Electrodos SMAW calentamiento. Por esto, a pesar que hay un control en la corriente de la máquina de soldar, el El equipo para soldadura por arco con soldador tiene cierta capacidad de alterar la electrodo revestido es relativamente simple, como corriente del arco, manipulando el electrodo para se puede ver en la Figura 3.6. Un borne de la obtener longitudes de arco mayores o menores. fuente de potencia es conectado a la pieza a ser La Figura 3.7 también ilustra como dos soldada y el borne opuesto va a la pinza porta de curvas V-A diferentes pueden producir distintas electrodo en la cual el soldador ubica el electrodo respuestas de corriente. Porque la curva más baja a ser consumido. El electrodo y el metal base son tiene menor inclinación que la superior, se obtiene fundidos por el calor producido por el arco un cambio mayor de la corriente del arco para eléctrico de soldadura creado entre la punta del una longitud de arco dada (voltaje). Las fuentes electrodo y la pieza de trabajo cuando son de potencia modernas tienen controles que varían llevados cerca uno del otro. el voltaje del circuito abierto (OCV) y la La fuente de potencia para la soldadura inclinación para producir una corriente de por arco con electrodo revestido es tomada como soldadura que tenga un buen control del operador una fuente de suministro de corriente constante, y una magnitud apropiada. que tiene una característica descendente. Esta

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Hay varias razones por la s que este proceso continúa siendo tan popular. Primero, el equipamiento es relativamente simple y económico. Esto ayuda a hacer el proceso muy portátil. En efecto, hay numerosos que tienen potencia de motores de combustión interna (diesel o naftero), los que no dependen de una fuente eléctrica externa, por esto, la soldadura por arco con electrodo revestido puede ser llevada a cabo en ubicaciones remotas. También, algunas de las fuentes de potencia más nuevas en estado sólido, son tan pequeñas y de bajo peso que pueden ser llevadas por el soldador hasta el trabajo. Y debido a la numerosa disponibilidad de tipos de electrodos, el proceso es considerado muy versátil. Finalmente, con los equipos y electrodos mejorados que se pueden conseguir hoy en día, la calidad de la soldadura puede ser consistentemente alta. Una de las limitaciones de la soldadura por arco con electrodo revestido es la velocidad. La velocidad es afectada negativamente por el hecho que el soldador debe detener periódicamente la soldadura y reemplazar el electrodo consumido con uno nuevo, debido a que tienen una longitud típica de no más que 355 a 460 mm(14 a 18 in.) SMAW fue reemplazado por otros procesos semiautomáticos, mecánicos o automáticos en muchas aplicaciones, simplemente porque ofrecen una mayor productividad cuando son comparados con la soldadura por arco con electrodo revestido manual. Otra desventaja, que también afecta a la productividad, es el hecho que luego de la soldadura, hay una capa de escoria solidificada que debe ser removida. Otra limitación, cuando se usan electrodos de bajo hidrógeno, es que requieren almacenamiento en un horno de mantenimiento apropiado, que ayudará a mantener el bajo nivel de humedad de estos. Ahora que los principios básicos fueron presentados, es momento de discutir algunas de las discontinuidades que resultan durante el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido. Mientras que éstas no son las únicas discontinuidades que podemos esperar, pueden resultar debido a una mala aplicación de este proceso en particular.

Figura 3.6 – Equipo de Soldadura por Arco con Electrodo Revestido

Figura 3.7 Curva de Voltaje – Amperaje para una Fuente de Corriente Constante La soldadura por arco con electrodo revestido es usada en la mayoría de las empresas para numerosas aplicaciones. Es usada para la mayoría de los materiales a excepción de algunas aleaciones más exóticas. A pesar que es un método relativamente antiguo y procesos más nuevos lo han reemplazado en algunas aplicaciones, la soldadura por arco con electrodo revestido se mantiene como un proceso popular que continuará siendo muy usado por la industria de la soldadura.

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Uno de esos problemas es la presencia de porosidad en la soldadura terminada. Cuando se encuentra porosidad, es normalmente el resultado de la presencia de humedad o contaminación en la región de soldadura. Puede estar presente en el recubrimiento del electrodo, o en la superficie del material, o proveniente de la atmósfera que rodea la operación de soldadura. La porosidad puede ocurrir también cuando el soldador usa una longitud de arco demasiado grande. Este problema de arco largo es especialmente probable cuando se usan electrodos de bajo hidrógeno. Por esto, se prefiere el uso de una menor longitud de arco que no solo aumenta la cantidad de calor producido, sino también ayuda a la eliminación de la porosidad en el metal de soldadura. La porosidad puede resultar por la presencia de un fenómeno conocido como soplo de arco. A pesar de que este fenómeno ocurre en cualquier proceso de soldadura por arco, será discutido aquí debido a que es un problema común que molesta a los soldadores manuales. Para entender el soplo de arco, se debe entender que hay un campo magnético que se desarrolla siempre que pasa una corriente eléctrica por el conductor. Este campo magnético es perpendicular a la dirección de la corriente eléctrica, y puede visualizarse como una serie de círculos concéntricos que rodean al conductor, como se muestra en la Figura 3.8. Este campo magnético es más fuerte cuando es enteramente contenido dentro de un material magnético. En consecuencia, cuando se suelda un material magnético, como el acero, el campo puede ser distorsionado cuando el arco se aproxime al extremo de una chapa, el final de una soldadura o algún cambio brusco en el contorno (perfil) de la parte que está siendo soldada. Esto se muestra en la Figura 3.9.

Figura 3.8 – Campo Magnético Alrededor de un Conductor

Figura 3.9 – Campos Magnéticos Distorsionados en los Extremos de la Soldadura Para reducir los efectos del soplo de arco, se pueden probar algunas alternativas. Estas incluyen: 1) 2) 3) 4)

Cambiar de DC a AC Mantener un arco tan corto como sea posible. Reducir la corriente de soldadura. El ángulo del electrodo en dirección opuesta al soplo de arco. 5) Usar soldadura de punteo importante en cada extremo de la junta, con soldaduras de punteo intermitentes a lo largo de la junta. 6) Soldar a través de la soldadura de punteo o de la soldadura terminada 7) Usar técnica de paso peregrino. 8) Soldar apartado de tierra para reducir el soplo hacia atrás; soldar sobre tierra para reducir el soplo hacia adelante. 9) Conectar a tierra la pieza de trabajo en ambos extremos de la junta a ser soldada. 10) Enrollar el cable de tierra alrededor de la pieza de trabajo y pasar la corriente a tierra en la dirección tal que la disposición del campo magnético tenderá a neutralizar el campo magnético que causa el soplo de arco.

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11) Extender el final de la junta fijándole placas en la salida de la soldadura.

de soldadura incorrecto, y perfil de soldadura inapropiado.

Sumado a la porosidad el soplo de arco, puede causar también salpicaduras, socavación, perfil de soldadura inapropiado, y penetración disminuida. Con SMAW pueden ocurrir inclusiones de escoria simplemente porque este se basa en un sistema de fundentes para la protección de la soldadura. Con cualquier proceso que incorpora fundentes, es relevante la posibilidad que quede atrapada escoria dentro del depósito de soldadura. El soldador puede reducir ésta tendencia usando técnicas que permiten a la escoria fundida fluir libremente a la superficie del metal. Una profunda limpieza de la escoria de cada pasada previo a las pasadas adicionales también reducirá la frecuencia de los casos de inclusiones de escoria en soldaduras de pasadas múltiples. Debido a que la soldadura por arco con electrodo revestido es realizada principalmente en forma manual, pueden producirse numerosas discontinuidades por una manipulación inapropiada del electrodo. Algunas de estas son, fusión incompleta, socavación, solapado, tamaño

Soldadura por arco con alambre y protección gaseosa (GMAW) El siguiente proceso a se discutido es la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa, GMAW. Mientras que soldadura por arco con alambre y protección gaseosa es la designación del AWS para el proceso, comúnmente escuchamos referirse a él como soldadura “MIG”. Es más comúnmente usado como un proceso semiautomático; sin embargo, es usado también en aplicaciones mecanizadas y aplicaciones automáticas. En consecuencia, es muy adecuable a aplicaciones de soldaduras robotizadas. La soldadura por arco con alambre y protección gaseosa se caracteriza por un electrodo sólido de alambre el que es alimentado en forma continua a través de la pistola de soldadura. Se crea un arco entre este alambre y la pieza de trabajo para calentar y fundir el metal base y los metales de aporte. Una vez fundido, el alambre se deposita en la junta soldada. La Figura 3.10 ilustra los elementos esenciales del proceso.

Figura 3.10 - Soldadura por arco con alambre y protección gaseosa helio. Puede usarse uno sólo, en combinación con Una característica importante para el otro, o mezclado con otros gases reactivos GMAW es que toda la protección para la como el oxígeno o el dióxido de carbono. Muchas soldadura es provista por una atmósfera de gas aplicaciones de la soldadura por arco con alambre protector que también es suministrado a través de y protección gaseosa usan sólo protección de la pistola de soldadura desde alguna fuente dióxido de carbono, por su costo relativamente externa. Los gases usados incluyen los del tipo bajo con respecto a los gases inertes. inerte y los reactivos. Para algunas aplicaciones Los electrodos usados en este proceso se usan gases inertes tales como el argón y el son alambres sólidos que se proveen en bobinas o

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rollos de distintos tamaños. Como en el caso de soldadura por arco con electrodo revestido, hay un método de identificación de los electrodos de soldadura por arco con alambre y protección gaseosa aprobado por la American Welding Society. Se distinguen por las letras “ER” seguidas por dos o tres números, la letra “S”, un guión, y finalmente otro número, como se muestra en la Figura 3.11. “ER” designa al alambre que es a la vez electrodo y varilla, esto significa que puede conducir electricidad (electrodo), o ser simplemente aplicado como metal de aporte (varilla) cuando es usado con otro proceso de soldadura. Los próximos dos o tres números expresan la mínima resistencia a la tracción del depósito de metal de soldadura en miles de libras por pulgadas al cuadrado. Entonces, como los tipos SMAW, “70” significa un metal cuya resistencia a la tracción es al menos 70.000 psi. La letra “S” expresa que se trata de un alambre sólido. Finalmente el número luego del guión se refiere a la composición química particular del electrodo. Esto determinará tanto la característica de operación como las propiedades esperables del depósito de soldadura. Los electrodos de soldadura por arco con alambre y protección gaseosa tienen comúnmente importante cantidad de desoxidantes, tales como magnesio, silicio, y aluminio para ayudar a evitar la formación de porosidad. RESISTENCIA A LA TRACCION

este no se usa. El factor más crítico es que el alambre debe conservarse limpio. Si se permite que permanezca fuera a la intemperie, puede contaminarse con herrumbre, aceite, humedad, partículas de polvo, u otros materiales presentes en el ambiente del taller de soldadura. Por esto, cuando no se usa, el alambre debe conservarse en su envase plástico original, y/o contenedor de transporte. Incluso cuando un rollo de alambre está ubicado en el alimentador, debe estar cubierto con alguna protección cuando no se usa por períodos prolongados. La fuente de potencia usada para soldadura por arco con alambre y protección gaseosa es muy distinta del tipo empleado por la soldadura por arco con electrodo revestido. En lugar de una fuente de corriente constante, la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa usa una fuente del tipo de las conocidas como de voltaje constante, o potencial constante. Esto es, la soldadura se lleva a cabo usando un valor preseteado de voltaje sobre un rango de corrientes de soldadura.

COMPOSICIÓN QUIMICA

ERXXS-X ELECTRODO DE ALAMBRE

ALAMBRE SÓLIDO

Figura 3.11 - Sistema de Identificación de Electrodo GMAW Figura 3.12 Equipo de Soldadura por Arco con Alambre y Protección Gaseosa

A pesar que el alambre no tiene un fundente de recubrimiento, es importante almacenar adecuadamente el material cuando

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La soldadura por arco con alambre y protección gaseosa normalmente se realiza con corriente continua, electrodo positivo (DCEP). Cuando este tipo de fuente de potencia se combina con un alimentador de alambre, el resultado es un proceso de soldadura que puede ser tanto semiautomático, mecanizado, o totalmente automatizado. La Figura 3.12 muestra un equipo típico de soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. Como se puede ver, el equipo es un poco más complejo que uno usado para soldadura por arco con electrodo revestido. Un equipo típico incluye una fuente de potencia, alimentador de

alambre, fuente de gas, y pistola de soldar fijada al alimentador por un cable flexible a través del cual pasan el gas y el alambre. Para poner a punto la soldadura, el soldador ajustará el voltaje en la fuente de potencia y la velocidad del alimentador de alambre. Cuando la velocidad de alimentación de alambre aumenta, también aumenta la corriente de soldadura. La velocidad de fusión del electrodo es proporcional a la corriente del arco, entonces la velocidad de alimentación del alambre en realidad controla también ésta característica.

Figura 3.13 Curva V – A Típica de Potencial Constante Se mencionó que la fuente de potencia es del tipo de potencial constante, de todas formas observando la curva V-A típica, Figura 3.13, muestra que la línea no es plana sino que tiene una suave pendiente. Esta característica permite que el proceso funcione como un proceso del tipo semiautomático, esto significa que el soldador no tiene que controlar la alimentación del metal de aporte como en el caso de soldadura por arco con electrodo revestido manual. Otra manera de describir el sistema el llamarlo sistema con “Auto regulación de Potencial Constante”. Observando la Figura 3.13, puede verse que la disminución del voltaje del arco (la pistola alejada de la pieza de trabajo) hace disminuir la corriente y en consecuencia la velocidad de fusión del electrodo. El alambre continúa siendo

alimentado a su velocidad preestablecida para dar nuevamente el valor original de voltaje del arco. Esto reduce el efecto de la manipulación del operador en las características de soldadura, para hacer al proceso menos sensible al operador y entonces más fácil de ser aprendido. Cuando se cambian los ajustes de la máquina, el resultado es que las características de operación se alterarán drásticamente. Es de relevante importancia la manera en que el metal fundido es transferido desde extremo del electrodo, a través de la región del arco, al metal base. Con soldadura por arco con alambre y protección gaseosa hay cuatro modos básicos de transferencia de metal. Estos son, spray, globular, arco pulsante, y en corto circuito. La Figura 3.14 muestra tres de los cuatro métodos. Sus características son tan

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diferentes que es casi como si se tratara de cuatro procesos de soldadura distintos. Cada tipo específico tiene ventajas y limitaciones definidas que los hacen mejores para algunas aplicaciones y peores para otras. El tipo de transferencia del metal depende de distintos factores, incluyendo el gas de protección, corriente y niveles de voltaje y características del suministro de potencia. Una de las formas básicas en las cuales dichos procesos se diferencian es que suministran distintas cantidades de calor a la pieza de trabajo. La transferencia de spray es considerada como la de mayor temperatura, seguida por globular, arco pulsante y finalmente corto circuito. Por esto, la transferencia por spray es la mejor para secciones de gran espesor y juntas con soldaduras de penetración total, en cuanto puedan ser posicionados en posición plana. La transferencia globular provee tanto calentamie nto como buena deposición del material, pero sus características de operación tienden a ser menos estables, incrementado las salpicaduras. La soldadura por arco con alambre y protección gaseosa pulsante requiere una fuente de potencia capaz de producir una salida de corriente continua pulsante que permite al soldador programar la combinación exacta de corriente alta y baja para lograr un buen control del calor entregado y flexibilidad del proceso. El soldador puede setear tanto la cantidad como la duración del pulso de corriente alta. Entonces, durante la operación la corriente varía entre el pulso de alta corriente y el pulso de baja corriente, ambos pueden ser seteados con los controles de la máquina. La transferencia en corto circuito da una menor cantidad de calor sobre el metal base, haciéndolo una opción excelente para la soldadura de hojas de metal y juntas que tienen separaciones excesivas debido a un mal ajuste. El método de transferencia en contocircuito tiene como característica ser más frío debido a que el electrodo en realidad está en contacto con el metal base, creando un corto circuito por una porción del ciclo de soldadura. Entonces el arco opera y se extingue en forma intermitente. Los

cortos períodos durante el cual el arco se extingue, permite cierto enfriamiento que redunda en una reducción de la tendencia a quemarse de los materiales de poco espesor. Se debe tener cuidado cuando se usa la transferencia en corto circuito para soldar secciones de mayor espesor, debido a que se puede presentar fusión incompleta a causa de un calentamiento insuficiente del metal base. Como se mencionó, el gas de protección tiene un efecto significativo en el tipo de transferencia del metal. La transferencia tipo spray puede lograrse sólo donde hay una presencia de un 80% de argón en la mezcla de gases. CO2 es probablemente uno de los gases más populares para GMAW de acero al carbono, principalmente debido a su bajo costo y a sus excelentes características de penetración. Una desventaja, sin embargo, es que habrá más salpicadura que puede requerir ser quitada, reduciendo la productividad del soldador. La versatilidad que ofrece este proceso hizo que sea usado en muchas aplicaciones industriales. GMAW puede ser usada efectivamente para unir o cubrir muchos tipos de metales ferrosos o no ferrosos. El uso de gas de protección, en vez de un fundente, el cual puede ser más contaminado, puede reducir la posibilidad de introducir hidrógeno dentro de la zona de soldadura, entonces GMAW puede ser usado satisfactoriamente en situaciones donde la presencia de hidrógeno puede causar problemas. Debido a la ausencia de la capa de escoria que debería ser quitada después de soldar, La GMAW está bien situada para soldadura automática y robotizada. Esta es una de las mayores ventajas del proceso. Debido a que apenas es necesaria o no es necesaria en absoluto la limpieza luego de la soldadura, la productividad global del proceso se ve altamente incrementada. Esta eficiencia es incrementada en mayor medida por el hecho que el rollo de alambre continuo no requiere recambio tan frecuente como los electrodos individuales de SMAW. Todo esto incrementa la cantidad de tiempo en que se puede realizar realmente la soldadura.

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Figura 3.14 – Modos de Transferencia del Metal; (a) Spray, (b) Globular, y (c) Corto Circuito. (No se muestra arco pulsante) La principal ventaja de la GMAW son con alambre y protección gaseosa no es las lbs/hr (kg/hr) de metal depositado que reduce recomendable para soldadura de campo. el costo de mano de obra. Otro beneficio de la Es importante notar que el simple soldadura por arco con alambre y protección incremento de la velocidad del flujo de gas de gaseosa es que se trata de un proceso protección más allá de los límites recomendados relativamente limpio, principalmente debido a que no necesariamente garantiza que se proveerá una no hay fundente presente en el proceso. En los protección adecuada. En efecto, las altas locales con problemas de ventilación pueden velocidades de flujo causan turbulencia y pueden verse aliviados cambiando a soldadura por arco tender a incrementar la posibilidad de porosidad con alambre y protección gaseosa donde se usaba porque estas velocidades de flujo incrementadas soldadura por arco con electrodo revestido o pueden en realidad llevar gases atmosféricos soldadura por arco con alambre tubular, porque se dentro de la zona de soldadura. genera menor cantidad de humos. Con la Otra desventaja es que el equipo existencia de numerosos tipos de electrodos y requerido es más complejo que los usados para equipos que se han transformado más portátiles, soldadura por arco con electrodo revestido. Esto se continúa mejorando la versatibilidad de la incrementa la posibilidad de problemas mecánicos soldadura por arco con alambre y protección que causen problemas de calidad. Cuestiones gaseosa. Un beneficio adicional se relaciona con como guías de pistolas y conectores de tubos la visibilidad del proceso. Debido a que no hay desgastadas pueden alterar las características presencia de escoria, el soldador puede ver más eléctricas al punto de producir soldaduras fácilmente la acción del arco y de la pileta líquida defectuosas. para mejorar el control. Los principales problemas inherentes ya Mientras que el uso de gas de fueron discutidos. Estos son, porosidad debido a la protección en lugar de fundente trae algunos contaminación o pérdida de protección, fusión beneficios, puede ser también pensado como una incompleta debido al uso de transferencia en corto limitación, debido a que ésta es la principal forma circuito en secciones de gran espesor, e en que el metal fundido es protegido y limpiado inestabilidad del arco debido a guías y extremos durante la soldadura. Si el metal base está de conectores desgastados. A pesar de que tales excesivamente contaminado, el gas de protección problemas pueden ser muy perjudiciales para la sólo puede no ser suficiente para prevenir la calidad de la soldadura, pueden aliviarse si se aparición de porosidad. GMAW es también muy toman ciertas precauciones. sensible a ráfagas o vientos, que tienden a desviar Para reducir la posibilidad de porosidad, el gas de protección fuera y dejar al metal sin las partes deben ser limpiadas previo a la protección. Por esta razón, soldadura por arco soldadura, y la zona de soldadura debe protejerse de un viento excesivo encerrándola o usando

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Soldadura por arco con Alambre Tubular (FCAW) El siguiente proceso a describir es la soldadura por arco con alambre tubular. Este es muy similar a la soldadura por arco con alambre y protección gaseosa excepto que el electrodo es tubular y contiene un fundente granular en vez de un alambre sólido como en soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. La diferencia puede notarse en la Figura 3.16 que muestra un conjunto soldado mediante un proceso FCAW auto protegido y una vista en detalle de la región del arco durante la soldadura. Se muestra al electrodo tubular que es alimentado a través del tubo de contacto de la pistola de soldadura, para producir un arco entre el electrodo y la pieza de trabajo. En tanto la soldadura progresa, se deposita un cordón de metal de soldadura. Cubriendo éste metal de soldadura solidificado se encuentra una capa de escoria, como el caso de la soldadura por arco con electrodo revestido. Con soldadura por arco con alambre tubular, puede haber o no protección gaseosa, dependiendo en que tipo de electrodo se use. Algunos electrodos son designados como proveyendo toda la protección necesaria del fundente interno, y se los conoce como “auto protegidos”. Otros electrodos requieren protección adicional de un gas de protección adicional. Con FCAW, como con otros procesos, hay un sistema de identificación para los distintos tipos de electrodos de soldadura, ilustrado en la Figura 3.17. Una revisión de los tipos de electrodos muestra que las designaciones se refieren a la polaridad, número de pasadas, y posición de soldadura. Una identificación comienza con una “E”, la que expresa que es un electrodo. El primer número se refiere a la mínima resistencia a la tracción del metal de soldadura depositado en diez mil libras por pulgadas cuadradas, de manera que “7” significa que la resistencia a la tracción del metal de soldadura es al menos 70000 psi. El segundo dígito será tanto “0” o “1”. Un “0” significa que el electrodo es adecuado para el uso sólo en posición plana o filete horizontal, mientras que un “1” describe un electrodo que puede ser

rompevientos. Si la porosidad persiste, debe controlarse el suministro de gas para asegurar que no hay una excesiva presencia de humedad. El verdadero problema de GMAW es la fusión incompleta, especialmente cuando se usa transferencia en corto circuito. Esto se debe en parte al hecho de que es un proceso de arco abierto, dado que no utiliza fundente. Sin esta capa de protección del arco, el incremento de la intensidad del calor puede llevar al soldador a creer que hay una tremenda cantidad de calor en el metal base. Esta sensación puede ser errónea, y el soldador debe estar al tanto de esta condición y asegurar que el arco está siendo dirigido para garantizar la fusión del metal base.

Figura 3.15 – Denominaciones de la Pistola de Soldadura por Arco con Alambre y Protección Gaseosa Finalmente, el equipo debe estar bien mantenido para aliviar los problemas asociados con la alimentación del alambre. Cada vez que se reemplaza un rollo de alambre la guía debe ser limpiada sopleteándola con aire comprimido para quitar las partículas que pueden causar obstrucciones. Si persiste el problema, la guía debe reemplazarse. El tubo de contacto además, debe reemplazarse periódicamente. Cuando se desgasta, cambia el punto de contacto eléctrico de manera que se incrementa la “extensión el electrodo” sin que lo sepa el soldador. La extensión del electrodo se toma también desde el tubo de contacto hasta el extremo del electrodo, como se ilustra en la Figura 3.15.

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usado en cualquier posición. Siguiendo a estos números está la letra “T”, que se refiere a un electrodo tubular. A esto sigue un guión y luego otro número que denota el grupo particular basado en la composición química del metal de soldadura, tipo de corriente, polaridad de la operación, además si requiere protección gaseosa, y otras informaciones para la categoría. Figura 3.18 - Pistolas FCAW para Electrodos con Protección Gaseosa (arriba) y Auto protegidos (abajo). Con este sistema de identificación, puede determinarse si una clasificación de electrodo requiere o no gas de protección auxiliar. Esto es importante para el inspector de soldadura, debido a que la soldadura por arco con alambre tubular puede realizarse o no un gas de protección externo. La Figura 3.18 muestra los dos tipos de picos. Algunos electrodos están formulados para ser usados sin ningún gas de protección adicional distinto al contenido dentro del electrodo. Estos tienen los números 3, 4, 6, 7, 8, 10 y 11. Mientras que los electrodos que tienen los sufijos 1, 2 y 5, requieren alguna protección externa para ayudar en la protección del metal fundido. Ambos tipos ofrecen ventajas, dependiendo de la aplicación. Adicionalmente los sufijos G y GS se refieren a pasadas múltiples y pasada única respectivamente. Por ejemplo los autoprotegidos se adecuan mejor para soldaduras de campo, donde el viento puede tener como consecuencia una pérdida de la protección gaseosa. Los electrodos del tipo de los de protección gaseosa, son usados cuando la necesidad de propiedades mejoradas del metal de soldadura justifican el costo adicional. Los gases usados normalmente para soldadura por arco con alambre tubular son CO2, o 75% Argón - 25 % CO2, pero se dispone de otras combinaciones de gases. El equipo utilizado para FCAW es esencialmente idéntico a aquel de GMAW, como se muestra en la Figura 3.19. Algunas diferencias

Figura 3.16 – Soldadura por Arco con Alambre Tubular Autoprotegida

RESISTENCIA A LA TREACCIÓN

TUBULAR

EXXT-X ELECTRODO

POSICION COMPOSICIÓN QUIMICA CARACTERISTICAS DE OPERACIOON

Figura 3.17 - Sistema de Identificación de Electrodo FCAW

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pueden ser pistolas con capacidad para corrientes mayores y fuentes de potencia mayores, la ausencia del equipo de gas para electrodos autoprotegidos, rollos de alimentación de alambre bobinado. Como GMAW, FCAW usa un suministro de energía de voltaje constante y corriente continua. Dependiendo del tipo de electrodo, la operación puede ser, DCEP (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 8) o DCEN (7). El proceso de soldadura por arco con alambre tubular está ganando rápidamente aceptación como una alternativa de proceso de soldadura en algunas industrias. Sus relativamente buenos resultados en superficies contaminadas, y sus velocidades de deposición incrementadas, ayudaron a la soldadura por arco con alambre tubular a reemplazar a SMAW y a GMAW en muchas aplicaciones. El proceso es usado en muchas industrias donde los materiales predominantes son ferrosos. Puede ser usado con resultados satisfactorios tanto en aplicaciones de taller como de campo. A pesar de que la mayor parte de los electrodos producidos son ferrosos (tanto para aceros al carbono como inoxidables), se consiguen también algunos no ferrosos. Algunos del tipo de los de acero inoxidables usan realmente una vaina de acero al carbono que rodea el fundente interno que contiene los elementos aleantes granulares tales como cromo y níquel.

Figura 3.19 (continuación) – Equipo de Soldadura por Arco con Alambre Tubular con Protección Gaseosa FCAW ganó una gran aceptación debido a la gran cantidad de ventajas que ofrece. Probablemente la ventaja más significativa es que provee una alta productividad en términos de la cantidad de metal de soldadura que puede ser depositado en un período de tiempo dado. Es de las más altas para un proceso manual. Esto se ve favorecido por el hecho que el electrodo viene en rollos continuos lo cual incrementa el “tiempo de arco”, como con soldadura por arco con alambre y protección gaseosa. El proceso se caracteriza también por un arco agresivo, de penetración profunda, el cual tiende a reducir la posibilidad de discontinuidades del tipo de los problemas de fusión. Debido a que es usado normalmente como un proceso semiautomático, la habilidad requerida para la operación es algo menor que en el caso de ser un proceso manual. Con la presencia de fundente, tanto asistida por una protección gaseosa o no, FCAW es capaz de tolerar un mayor grado de contaminación del metal base que en el caso de GMAW. Por esta misma razón, FCAW se ubica bien para situaciones de campo donde la pérdida del gas de protección debido a

Figura 3.19 – Equipo de Soldadura por Arco con Alambre Tubular con Protección Gaseosa

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los vientos afectaría negativamente la calidad de GMAW. Es importante notar que este proceso tiene algunas limitaciones, las cuales el inspector tiene que conocer. Primero, debido a que hay presente un fundente, hay una capa de escoria solidificada que se debe quitar previo a depositar pasadas de soldadura adicionales o de que se pueda realizar una inspección visual. Debido a la presencia de este fundente, durante la soldadura se genera una cantidad significativa de humo. Una exposición prolongada en áreas no ventiladas puede provocar un efecto nocivo a la salud del soldador. Este humo también reduce la visibilidad al punto donde puede hacer difícil manipular apropiadamente el arco en la junta. A pesar de que se dispone de sistemas extractores de humo, tienden a aumentar el tamaño de la pistola, que aumenta el peso y disminuye la visibilidad. También puede perturbar la protección si se está usando un gas protector. A pesar de que FCAW se considera como un proceso que genera humo, no es tan malo como es SMAW, en función de la cantidad de humo generado por la cantidad de metal de soldadura depositado. El equipo requerido para FCAW es más complejo que el correspondiente a SMAW, entonces el costo inicial y la posibilidad de problemas de maquinaria pueden limitar su aceptabilidad para algunas situaciones. Como con cualquier proceso, FCAW tiene algunos problemas inherentes. El primero tiene que ver con el fundente. Debido a que no está presente, existe la posibilidad que en la soldadura final, quede atrapada escoria

alimentación de alambre. Como en el caso de GMAW, la falta de mantenimiento puede afectar la calidad de la soldadura. Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa (GTAW). El próximo proceso a ser discutido es la soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa, que tiene varias diferencias interesantes cuando se comparan con los aquellos discutidos anteriormente. La Figura 3.20 muestra los elementos básicos del proceso. La característica más importante de GTAW es que el electrodo usado no se consume durante la operación de soldadura. Está hecho con tungsteno puro o aleado, que tiene la capacidad de soportar temperaturas muy altas, incluso aquellas del arco de soldadura. Por esto, cuando pasa la corriente, se crea un arco entre el electrodo de tungsteno y la pieza. Cuando se requiere metal de aporte, se debe agregar en forma externa, usualmente manual, o usando algún sistema de alimentación mecánica. La totalidad de la protección del arco y del metal se alcanza a través del uso de gases inertes que fluyen fuera de la buza rodeando al electrodo de tungsteno. El cordón de soldadura depositado no tiene escoria que quitar debido a que no se usa fundente. Como con los otros procesos, hay un sistema donde distintos tipos de electrodos de tungsteno pueden identificarse fácilmente. Las denominaciones consisten en una serie de letras comenzando con una “E” que se pone por electrodo. Luego viene una “W" que es la designación química para el tungsteno. Estas letras están seguidas por letras y números que describen el tipo de aleación. Debido a que sólo hay cinco clasificaciones diferentes, se diferencian comúnmente usando un sistema de códigos de colores. La tabla de abajo muestra las clasificaciones y el código de colores apropiado.

solidificada. Esto puede deberse tanto a una limpieza inadecuada entre pasadas o técnica inapropiada.

Con FCAW, es crítico que la velocidad de avance sea suficientemente grande para mantener el límite de avance, de la pileta líquida. Cuando la velocidad de avance es suficientemente lenta como para permitir que el arco vaya hacia el medio o a la parte de atrás de la pileta líquida, la escoria fundida puede adelantarse en la pileta y quedar atrapada. Otro problema inherente involucra el aparato de

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EWZr

Clasificación de Electrodo de Tungsteno AWS

Aleante Tungsteno Puro 1.8-2.2 %cerio 1% óxido de lantano 0.8-1.2% torio 1.7-2.2% torio

Marrón

El GTAW puede realizase con DCEP, DCEN o AC. La DCEP dará un mayor calentamiento del electrodo, mientras que DCEN tenderá a calentar más el metal base. La AC calienta alternativamente el electrodo y el metal base. La AC se usa típicamente para soldar aluminio debido a que la corriente alterna incrementará la acción de limpieza para mejorar la calidad de la soldadura. La DCEN se usa más comúnmente para soldar aceros. La Figura 3.21 ilustra los efectos de esos tipos de corriente distintos y la polaridad en términos de la capacidad de penetración, acción de limpieza de óxido, balance térmico del arco, y capacidad de portar corriente del electrodo. Como se mencionó, GTAW usa gases inertes para la protección. Por inerte, queremos decir que los gases no se combinaran con el metal, pero lo protegerá de contaminantes. Los gases inertes más comúnmente utilizados son el argón y el Helio, basado en sus costos relativos y disponibilidad comparado con otros tipos de gases inertes. Algunas aplicaciones de soldadura de aceros inoxidables mecanizados usan gas protector que consiste en argón y una pequeña cantidad de hidrógeno, pero representa una mínima porción de la soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa realizada. El equipo requerido para GTAW tiene como elemento principal una fuente de potencia como la utilizada para SMAW, esto es, del tipo de corriente constante. Debido a que hay un gas presente, ahora es muy necesario tener un aparato para su control y transmisión. La Figura 3.22 muestra una configuración típica de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa. Una característica agregada a este sistema de soldadura, que no se muestra, es un generador de alta frecuencia que ayuda a la iniciación del arco de soldadura. En orden a alterar el calentamiento durante la operación de soldadura, también se le puede fijar un sistema de control de corriente remoto. Puede ser operado mediante el pie, o controlado por algún dispositivo

Figura 3.20 – Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa La presencia de torio y circonio ayuda en mejorar la s características eléctricas, haciendo al tungsteno ligeramente más emisor. Esto significa únicamente que es más fácil iniciar el arco con estos electrodos con torio y circonio que en los casos de electrodos de tungsteno puro. El tungsteno puro es más frecuentemente usado para soldar aluminio, debido a su habilidad para formar una terminación con forma esférica en el extremo cuando es calentado. Con una terminación esférica en lugar de aguda, hay una concentración más baja de corriente que reduce la posibilidad de dañar el tungsteno. El tipo EWTh-2 es el más comúnmente usado para la unión de materiales ferrosos. Clase EWP EWCe-2 EWLa-1 EWTh-1 EWTh-2

0.15-0.40%circonio

Color Verde Naranga Negro Amarillo Rojo

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fijado en la misma torcha. Esto es particularmente útil para soldar poco espesor o juntas en tubos CORRIENTE-TIPO POLARIDAD DEL ELECTRODO FLUJO DE LOS ELECTRONES E IONES

con abertura de raíz, donde se necesita un control instantáneo.

DC Negativa

DC Positiva

AC (Balanceada)

CARACTERISTICAS DE PENETRACION

ACCION DE LIMPIEZA DE OXIDO NO CALENTAMIENTO 70% En el extremo de la BALANCEADO EN EL ARCO pieza 30% En el extremo del electrodo PENETRACION Profunda, Estrecha CAPACIDAD DEL ELECTRODO Excelente (e.g., 3.18 mm [1/8 in.]-400ª)

SI SI – Una vez cada medio ciclo 30% En el extremo de la pieza 50% En el extremo de la pieza 70% En el extremo del 50% En el extremo del electrodo electrodo Poco profunda Pobre (e.g. 6.35 mm[1/4 in.]-120ª)

media Buena (e.g. 3.18 mm [1/8 in.]-225ª)

Figura 3.21 – Efecto del Tipo de Corriente de Soldadura en la Penetración de la Soldadura por Arco con Electrodo de Tungsteno y Protección Gaseosa virtualmente todos los materiales, porque el electrodo no se funde durante la operación de soldadura. Su capacidad de soldar con corrientes extremadamente bajas, hace del proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa adecuado para el uso con los materiales más delgados (hasta 0.005 in., o 0,0127 mm). Su operación típicamente limpia y controlable lo hace la opción perfecta para aplicaciones extremadamente críticas tales como aquellas encontradas en la industria aerospacial, alimentos, procesamiento de drogas, petroquímicas, cañerías de presión. La principal ventaja de GTAW se basa en el hecho que pueden producir soldaduras de excelente calidad y excelente apariencia visual. También, debido a que no se usa fundente, el proceso es muy limpio y no hay que remover escoria luego de la soldadura. Como se mencionó antes, pueden soldarse secciones de muy bajo Figura 3.22 – Equipo de Soldadura por espesor. Debido a la naturaleza de su operación, Arco con Electrodo de Tungsteno y es adecuado para soldar la mayoría de los Protección Gaseosa metales, muchos de los cuales no son fácilmente Hay numerosas aplicaciones de GTAW soldables usando otros procesos de soldadura. Si en muchas industrias. Puede ser operado con el lo permite el diseño de la junta, se pueden soldar pie, o controlado por algún dispositivo montado en los materiales sin uso de metal de aporte la misma torcha. Este es capaz de soldar adicional.

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Razones para las Inclusiones de Tungsteno.

Cuando se requiere, existen numerosos tipos de metal de aporte en forma de alambre para un amplio rango de aleaciones metálicas. En el caso donde no se encuentre alambre disponible comercialmente para una aleación metálica particular, es posible producir un metal de aporte adecuado simplemente cortando una pieza idéntica al metal base para producir una pie za delgada y puede ser manipulado dentro de la zona de soldadura como si fuera un alambre. Contrastando con dichas ventajas hay varias desventajas. Primero, GTAW está entre los procesos de soldadura más lentos disponibles. Mientras que produce un depósito de soldadura limpio, también se caracteriza por tener baja tolerancia a la contaminación. Por esto, los metales de aporte y base, deben estar extremadamente limpios previo a la soldadura. Cuando se usan procesos manuales, la soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa requiere alto nivel de habilidad; el soldador debe coordinar el arco con una mano mientras que alimenta el metal de aporte con la otra. GTAW se selecciona normalmente en situaciones donde la necesidad de muy alta calidad garantiza el costo adicional de superar dichas limitaciones. Uno de los problemas inherentes asociados con este método tiene relación con la incapacidad de tolerar contaminación. Si se encuentra contaminación o humedad, tanto del metal base, metal de aporte o gas de protección, el resultado puede ser porosidad en la soldadura depositada. Cuando se nota porosidad, esto es signo que el proceso está fuera de control y se necesitan medidas preventivas. Deben hacerse verificaciones para determinar la fuente de la contaminación para poder eliminarla. Otro problema inherente que está totalmente confinado al proceso de GTAW es el de las inclusiones de tungsteno. Como el nombre lo implica, estas discontinuidades ocurren cuando partes del electrodo de tungsteno se incluyen en el depósito de soldadura. Las inclusiones de tungsteno pueden ocurrir debido a un número de razones, y muchas están enumeradas en la siguiente tabla.

1) Contacto de la punta del electrodo con metal fundido 2) Contacto de metal de aporte con la punta caliente del electrodo; 3) Contaminación de la punta del electrodo con salpicaduras; 4) La corriente que excede el límite para un dado diámetro o tipo de electrodo; 5) Extensión de los electrodo más allá de las distancias normales de la boquilla, resultando en un sobrecalentamiento del electrodo; 6) Ajuste inadecuado de la boquilla; 7) Velocidades inadecuadas de flujo de gas de protección o excesivas ráfagas de viento que hacen oxidar la punta del electrodo; 8) Defectos tales como rajaduras o fisuras en el electrodo; 9) Usando gases de protección inadecuados; y 10) Amolado inapropiado de la punta. Soldadura por Arco Sumergido (SAW) El último de los procesos de soldadura más comunes a ser discutidos es la soldadura por arco sumergido. Este método es típicamente el más eficiente mencionado por lejos en términos de la relación de deposición de metal de soldadura. SAW se caracteriza por el uso de una alimentación continua de alambre sólido que provee un arco que está totalmente cubierto por una capa de fundente granular; de aquí el nombre de arco “sumergido”. La Figura 3.23 muestra como se produce una soldadura usando dicho proceso. Como se mencionó, el alambre se alimenta dentro de la zona de soldadura en forma bastante parecida a soldadura por arco con alambre y protección gaseosa o soldadura por arco con alambre tubular. La mayor diferencia, sin embargo, es el método de protección. Con soldadura por arco sumergido, se distribuye fundente granular adelante o alrededor del electrodo para facilitar la protección del metal fundido. En la medida que progresa la soldadura,

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hay una capa de escoria formada, agregado al cordón de soldadura, y fundente todavía granular que cubre el metal de soldadura solidificado. Se debe quitar la escoria y usualmente se descarta, a pesar que hay algunas técnicas de recombinación de una porción de aquella con nuevo fundente para ser usada nuevamente en algunas aplicaciones. El fundente que todavía es granular puede ser usado nuevamente si se tiene cuidado de evitar la contaminación. En algunos casos donde el fundente debe proveer aleantes, puede no ser aconsejable el reciclado. Debido a que SAW usa el electrodo y el fundente separados, hay numerosas combinaciones posibles para aplicaciones específicas. Hay dos tipos generales de combinaciones que pueden usarse para proveer un depósito de soldadura aleado; un electrodo aleado con fundente neutro, o un electrodo de acero dulce con un fundente aleante. Por esto para describir apropiadamente el metal de aporte de SAW, el sistema de identificación de AWS consiste en denominaciones tanto para fundente como para metales. La Figura 3.24 muestra que significan realmente las distintas partes de la clasificación electrodo / fundente, con un ejemplo real.

El equipo usado para soldadura por arco sumergido consiste en distintos componentes, como se muestra en la Figura 3.25. Debido a que este proceso puede utilizarse totalmente mecanizado o método semiautomático, el equipo usado para cada uno es ligeramente diferente. En cada caso, sin embargo, se requiere una fuente de potencia. A pesar que la mayor parte de la soldadura por arco sumergido se realiza con una fuente de potencia de tensión constante, hay algunas aplicaciones donde se prefiere una de tipo de corriente constante. Como en el caso de la soldadura por arco con alambre tubular, un alimentador de alambre fuerza al alambre a través del cable guía hasta la torcha de soldadura.

Figura 3.23 sumergido

–

Soldadura

por

arco

Indica fundente Indica la resistencia mínima a la tracción (por 69 MPa (10000psi) de metal de soldadura de acuerdo con las condiciones de soldadura, y usando el fundente que se clasificó y la clasificación específica de electrodo indicada Designa la condición de tratamiento térmico en la que se realiza el ensayo: •A• para el caso sin tratamiento y •P• para tratamiento térmico posterior a la soldadura. El tiempo y temperatura del PWHT son de acuerdo a lo especificado. Indica la menor temperatura a la cual la resistencia al impacto del metal de soldadura referido arriba alcanza o excede los 27J (20 ft • lb). E indica un electrodo sólido; EC indica un electrodo de material compuesto FXXX - EXXX Clasificación del electrodo usado para producir la soldadura referida arriba. F7A6-EM12K es una designación completa. Se refiere a un fundente que producirá un metal de soldadura con, en una condición sin tratamiento térmico posterior a la soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor a 480 MPa (70000 psi) y una resistencia al impacto de Charpy con entallas en V de al menos 27J (20 ft • lb). a –51°C (-60°F) cuando se produce con un electrodo EM12K bajo las condiciones citadas en la especificación F7A4-EC1 es una designación completa para un fundente cuando se usa el nombre comercial del electrodo en la clasificación. Se refiere a un fundente que producirá el metal de soldadura con tal electrodo, el que en la condición sin tratamiento posterior

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 3 – Procesos de Unión y Corte de Metales de soldadura, tendrá una resistencia a la tracción no menor que 480MPa (70000psi) y una resistencia al impacto de Charpy con entallas en V de al menos 27J (20 ft • lb). a –40°C (-40°F) bajo las condiciones citadas en la especificación

Figura 3.24 Sistema de Identificación de los Electrodos SAW

Figura 3.25 Equipo de Soldadura por Arco Sumergido situaciones donde la superficie necesita mejorar la En los sistemas mecánicos se debe mover resistencia a la corrosión o al desgaste, es más el fundente a la zona de soldadura. El fundente económico cubrir un metal base susceptible con generalmente se ubica en una tolva arriba del una capa de soldadura resistente. Si se puede cabezal de soldadura y se alimenta por gravedad, automatizar esta operación, la soldadura por arco de manera que se distribuye tanto ligeramente sumergido es una posibilidad excelente. adelante del arco o alrededor del arco desde un Probablemente la mayor ventaja de SAW pico que rodea la punta de contacto. En el caso es su alta relación de deposición. Normalmente de soldadura por arco sumergido semiautomática, puede depositar metal de soldadura más se fuerza al fundente dentro de la pistola usando eficientemente que cualquier otro proceso común. aire comprimido que ‘fluidiza’ el fundente El proceso de soldadura por arco sumergido tiene granular, haciendo que fluya con facilidad, o hay gran atractivo para el operador, primero porque una tolva conectada directamente a la debido a la falta de arco visible permite al empuñadura de la pistola. operador controlar la soldadura sin la necesidad Otra variante del equipo es la posibilidad de lentes filtrantes y otra ropa de protección de corriente alterna o continua de cualquier pesada. Otra característica beneficiosa es que polaridad. El tipo de corriente de soldadura genera menos humos que algunos de los otros afectará tanto a la penetración como al contorno procesos. Otra característica de este proceso que del cordón de soldadura. Para algunas lo hace deseable para muchas aplicaciones es su aplicaciones, pueden usarse electrodos múltiples. capacidad de penetrar profundamente. Los electrodos pueden energizarse por una sola La mayor limitación de SAW es que sólo fuente de potencia, o pueden ser necesarias se puede realizar en una posición donde el varias fuentes de potencia. El uso de electrodos fundente pueda mantenerse en la junta. Cuando múltiples proveen aún mayor versatilidad al se suelda en una posición distinta de la bajo mano proceso. normalmente usada, se requiere algún dispositivo El proceso de soldadura por arco con para mantener el fundente en su lugar para que se electrodo revestido se encontró aceptable en pueda realizar el trabajo. Otra desventaja es, muchas industrias, y se puede realizar en muchos como en otros procesos automatizado, puede metales. Debido a la alta relación de deposición, existir la necesidad de equipamiento para se mostró muy efectivo para recubrimiento o posicionar y presentar. Como en otros procesos revestimiento de superficie del material. En que utilizan fundente, las soldaduras terminadas

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tendrán una capa de escoria solidificada que debe ser quitada. Si los parámetros de soldadura son inapropiados, los contornos de la soldadura serán tales que ese trabajo de remoción de la escoria aún es más dificultoso. La última desventaja se relaciona con el fundente que cubre el arco durante la soldadura. Mientras que hace un buen trabajo protegiendo al soldador de los efectos del arco, también impide al soldador ver exactamente donde se posiciona el arco con respecto a la junta. Con un ajuste automatizado, es aconsejable realizar la longitud total de la junta sin una verificación de la alineación del fundente o del arco. Si el arco no es dirigido adecuadamente, puede haber fusión incompleta. Hay algunos problemas inherentes a la SAW. El primero tiene que ver con el fundente

granular. Igual que los electrodos de bajo hidrógeno para SMAW, es necesario proteger el fundente de soldadura por arco sumergido de la humedad. Puede ser necesario almacenar el fundente en contenedores calentados antes de su uso. Si el fundente se humedece, puede aparecer porosidad y fisuración en frío. Otro problema característico de SAW es la fisuración por solidificación. Esto ocurre cuando las condiciones de soldadura proveen un cordón de soldadura que tiene una relación ancho profundidad extrema. Esto es si el ancho del cordón es mucho mayor que su profundidad o viceversa, pude aparecer una fisuración por contracciones en la línea de centros durante la solidificación. La Figura 3.26 muestra algunas condiciones que pueden causar las fisuras.

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Figura 3.26 – Fisura de Solidificación debido al Perfil de la Soldadura de torchas de soldadura y la diferencia resultante Soldadura por Plasma (PAW) en la cantidad de calentamiento, y debido a esto El siguiente proceso a discutir es el de de penetración, que ocurrirá. desoldadura por plasma. Un plasma es definido como un gas ionizado. Con cualquier proceso que usa un arco, se crea plasma. Sin embargo, (PAW) es así llamado debido a la intensidad de esta región de plasma. A primera vista puede ser fácilmente confundido con GTAW porque el equipo requerido es muy parecido. En la Figura 3.27 se muestra una configuración típica. Ambos GTAW y PAW usan el mismo tipo de fuente de potencia. Sin embargo, si observamos atentamente la torcha en si misma, la diferencia se torna más obvia. La Figura 3.28 muestra una comparación gráfica de los dos tipos

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Hay dos categorías de operación de arco por plasma, el arco transferido y no transferido. Son mostrados en la Figura 3.29. Con el arco transferido, el arco es creado entre el electrodo de tungsteno y la pieza de trabajo. El arco no transferido, por otra parte, ocurre entre el arco y el orificio de cobre. El arco transferido es usado generalmente tanto para soldadura como para corte de materiales conductivos, porque tiene una mayor cantidad de calor aportado a la pieza de trabajo. El arco no transferido se prefiere para el corte de materiales no conductivos y para soldadura de los materiales cuando la cantidad de calor de la pieza de trabajo debe ser minimizado. Las similitudes entre GTAW y PAW se extiende también a los equipos. Las fuentes de potencia son idénticas en la mayoría de los aspectos. Sin embargo, como se muestra en la Figura 3.30, hay algunos elementos adicionales necesarios, incluyendo la consola de control de plasma y la fuente de plasma.

Figura 3.27 - Soldadura por Plasma

Figura 3.28 - Comparación de las Torchas de GTAW y PAW. Tanto para PAW como GTAW se usa electrodo de tungsteno para la creación del arco. Sin embargo, con la torcha de PAW, hay un orificio de cobre dentro de la buza cerámica. Hay un gas de “plasma” de alta velocidad el que es forzado a través de dicho orificio y pasa el arco de soldadura dando como resultado una constricción de este arco. Esta constricción, o estrechamiento, del arco hace que este sea más concentrado, y entonces más intenso. Una forma de ilustrar la diferencia en la intensidad del arco entre GMAW y PAW sería usar la analogía de un pico ajustable de una manguera. El arco de GTAW sería comparable a una forma de llovizna tranquila, mientras el arco de PAW se comportaría más como una forma que provee un vapor de agua concentrado teniendo una fuerza mayor.

Figura 3.29 – Comparación entre PAW Transferido y No Transferido La torcha, como se discutió arriba, difiere levemente; sin embargo, debe hacerse una observación cuidadosa de la configuración interna para tener certeza. La Figura 3.31 ilustra la torcha. Como se indicó, se requieren dos gases separados: El gas de protección y el gas del orificio (de plasma). El argón es empleado comúnmente para ambos tipos de gas. Sin

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embargo, la soldadura de distintos metales puede requerir el uso de helio o combinaciones

argón/helio o argón/hidrógeno para uno u otro gas.

Figura 3.30 – Equipo de Soldadura por Plasma formar un pequeño de ojo de cerradura. A medida que avanza la soldadura, el ojo de cerradura se mueve a lo largo de la junta fundiendo los bordes del metal base que luego fluyen juntos y solidifican luego que pasa el arco de soldadura. Esto crea una soldadura de alta calidad, sin la preparación de una junta elaborada y velocidades de avance rápidas comparadas con GMAW. Otra ventaja de PAW, que fue mencionada antes, es que provee una fuente de calor muy localizada. Esto permite velocidades de soldadura más elevadas y entonces una menor distorsión. Debido a que la distancia entre la torcha y la pieza de trabajo es típicamente bastante larga, el soldador tiene mejor visibilidad de la soldadura que se está realizando. También, debido a que el electrodo se mantiene dentro de la torcha, es menos probable que el soldador lo introduzca dentro del metal fundido y produzca inclusión de tungsteno.

Figura 3.31 – Estructura Interna de una Torcha Manual de Soldadura por Plasma Típica Las principales aplicaciones de PAW son similares a aquellas de GTAW. El PAW es usado para algunos materiales y espesores. PAW se torna como una opción donde las aplicaciones requieren el uso de una fuente de calor más localizada. Es usada en forma extensiva para soldaduras con penetración total en el materiales de hasta 1/2 pulgada de espesor empleando la técnica conocida como "soldadura con ojo de cerradura (keyhole)". La Figura 3.32 muestra el aspecto típico de una soldadura con ojo de cerradura. La soldadura con ojo de cerradura se realiza en una junta a tope con bordes rectos sin abertura de raíz. El calor concentrado del arco penetra a través del espesor del material para

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inclusiones metálicas. Las inclusiones de tungsteno pueden darse a causa de muy altos niveles de corriente; sin embargo el hecho que el tungsteno se mantiene dentro ayuda a prevenir que esto se ocurra. Una corriente muy alta puede también traer como consecuencia la fusión del orificio de cobre y su depósito en el metal de soldadura. Otro problema que puede encontrarse cuando se realiza soldadura de ojo de cerradura es conocido como "tunneling". Esto ocurre cuando el ojo de cerradura no está completamente lleno en el final de la soldadura, dejando un vacío cilíndrico el cual se puede extender enteramente a través de la garganta de soldadura. Cuando se usa la técnica de ojo de cerradura, también existe la posibilidad de tener fusión incompleta debido a que el arco y la junta son tan angostas. Por esto, pueden producir fusión incompleta a lo largo de la junta. Soldadura por Electroescoria (ESW) El siguiente proceso de interés es la soldadura por electroescoria, pero no es ni cercanamente tan comúnmente usada como los procesos mencionados previamente. Este exhibe típicamente la mayor cantidad de material depositado de cualquiera de los procesos de soldadura. ESW se caracteriza por la unión de componentes que están ubicados borde a borde de manera que la junta está vertical. La soldadura se realiza en una única pasada tal que la progresión es desde abajo hacia la parte superior de la junta, sin interrupción. A pesar que la soldadura progresa verticalmente, hacia arriba en la junta, la posición de soldadura es considerada plana debido a la ubicación del electrodo con respecto a la pileta de soldadura. Durante la soldadura, el metal fundido es sostenido por zapatas enfriadas por agua. Ver Figura 3.33. Un carácter interesante de ESW es que no se considera siendo un proceso de soldadura por arco. Se basa en el calentamiento de la resistencia del fundente fundido para fundir el metal base y el metal de aporte. Los procesos usan un arco para iniciar la operación; sin embargo, este arco se extingüe una vez que hay suficiente fundente fundido para proveer el calor que mantiene las condiciones de soldadura en la

Figura 3.31 – Técnica de ojo de cerradura para Soldadura por Plasma (Superficie – Arriba y Raíz – Abajo) La habilidad para usar este proceso en el modo de ojo de cerradura es también deseable. El ojo de cerradura es una indicación positiva de una penetración completa y uniformidad de la soldadura. Esta uniformidad de la soldadura es en parte debida al hecho que la soldadura por plasma es menos sensible a cambios en la longitud del arco. La presencia de su arco colimado permitirá relativamente grandes cambios en la distancia torcha - pieza sin ningún cambio en la capacidad de fusión. PAW está limitado a la unión efectiva de materiales de 1 pulgada (25.4 mm) o menos de espesor. El costo inicial del equipo es mayor que el relativo a GTAW, principalmente debido a que se requieren equipos adicionales. Finalmente, el uso de PAW puede requerir mayor habilidad del operador que la que requerida en el caso para GTAW debido a la mayor complejidad de la puesta a punto del equipo. Entre los problemas que pueden encontrarse con este proceso están dos tipos de

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medida que progresa hacia arriba a lo largo de la junta

por un único electrodo no es suficientemente rápida, entonces pueden usarse electrodos múltiples. En efecto, puede usarse una tira de metal en lugar de un alambre para aumentar la relación de material depositado aún más. Otro beneficio es que no se requiere preparación especial de la junta. En efecto, una superficie rugosa cortada a llama es satisfactoria para este método. Debido a que la totalidad del espesor de la junta es fundido en una pasada única, no hay tendencia a una distorsión angular durante o después de la soldadura, entonces se mantiene fácilmente la alineación. La principal limitación de ESW es el tiempo extenso requerido para armar y dejar listo para soldar. Hay una tremenda cantidad de tiempo y esfuerzo requerido para posicionar las piezas de trabajo y las guías antes que se pueda realizar la soldadura. Por esto ESW no es económico para secciones más delgadas, a pesar que la relación de material depositado es muy elevada. El proceso de ESW tiene asociado a el algunos problemas inherentes. Cuando aparecen estos problemas, pueden ser de proporciones mayores. Puede aparecer porosidad gruesa debido a fundente húmedo o la presencia de pérdidas en una de las zapatas refrigeradas por agua. Debido a que la soldadura por electroescoria se asemeja en muchos aspectos a un proceso de fundición, hay una posibilidad de tener fisuras en la línea de centros debido a contracción del metal de soldadura. También debido a una gran cantidad de calor aportado, hay una tendencia a crecimiento de grano en el metal de soldadura. Los granos grandes pueden dar una degradación de las propiedades mecánicas de las construcciones soldadas.

Figura 3.33, Soldadura por Electroescoria

Figura 3.34, Equipos de Soldadura por Electroescoria ESW se usa para unir grandes secciones. Está limitado esencialmente a la soldadura de aceros al carbono en espesores mayores a ¾ de pulgada (19 mm). Por esto, sólo industrias que trabajan con construcciones soldadas pesadas tienen interés real en ESW. La Figura 3.34 muestra la disposición de un equipo de ESW. La mayor ventaja de ESW es su alta relación de material depositado. Si la soldadura

Soldadura Oxiacetilenica (OAW) El siguiente proceso es la soldadura oxiacetilenica. Mientras que también se usa el término ‘soldadura por oxigas’, el acetileno es el único gas combustible capaz de producir temperaturas suficientemente altas para soldadura efectiva. con OAW, la energía para la soldadura es creada por una llama, por esto se considera como un método de soldadura química. Como el

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calentamiento es provisto por una reacción química, la protección para la soldadura oxiacetilenica es realizada también por esta llama. Por esto no se necesita protección interna. La Figura 3.35 ilustra el proceso siendo aplicado para el metal de aporte agregado de una fuente externa. El equipo para soldadura oxiacetilenica es relativamente simple. En la Figura 3.36 se muestra un equipo típico. Este consiste en varias partes: tanque de oxígeno, tanque de acetileno, reguladores de presión, torcha, mangueras de conexión. El cilindro de oxígeno es un contenedor hueco de alta presión, capaz de soportar una presión de aproximadamente 2200 psi. El cilindro de acetileno por otra parte, esta lleno con un material poroso similar al cemento. El acetileno se encuentra en el cilindro disuelto en acetona líquida. Debe tenerse cuidado debido a que el acetileno gaseoso es extremadamente inestable a presiones que exceden los 15 psi y puede ocurrir incluso una explosión sin la presencia de oxígeno. Debido a que el cilindro de acetileno contiene un líquido, es importante que se mantenga parado para evitar que se desparrame. Cada cilindro tiene fijado en su parte superior un regulador que reduce la alta presión interior hasta presiones de trabajo. Luego las mangueras conectan dichos reguladores a la torcha. La torcha incluye una sección donde el oxígeno y el acetileno se combinan para proveer la mezcla necesaria. La proporción de estos dos gases puede ser alterada por el ajuste de dos válvulas de control separadas. Normalmente, para soldar aceros al carbono, son ajustadas para proveer una mezcla que se conoce como llama neutra. Una mayor cantidad de oxígeno creará una llama oxidante y una mayor cantidad acetileno producirá una llama carburante. Luego que los gases se mezclan, fluyen a través de un pico desmontable.

Figura 3.35 – Soldadura oxiacetilenica

Figura 3.36 oxiacetilenica

Equipo

de

soldadura

Los picos están hechos en una variedad de tamaños para permitir soldadura de distintos espesores de metal. El material de aporte usado por OAW en aceros tiene un sistema de identificación simple. Dos ejemplos son RG-45 y RG-60. La

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“R” lo designa como varilla, “G” indica el gas y los números 45 y 60 relaciona la mínima resistencia a la tracción del depósito en miles de libras por pulgadas cuadradas (psi). Entonces 45 designa el depósito de soldadura que tiene un depósito con una resistencia a la tracción de al menos 45000 psi. A pesar que no es usado tan extensivamente como lo fue alguna vez, OAW todavía tiente algún uso. Su principal tarea incluye la soldadura de hojas de acero de poco espesor y cañerías de poco diámetro. También se aplica en muchas situaciones de mantenimiento. Las ventajas de OAW incluyen algunas características deseables en el mismo equipo. Primero es relativamente barato y puede ser hecho muy portátil. La portabilidad se relaciona no sólo por su tamaño compacto, sino debido a la inexistencia de una fuente de alimentación eléctrica. Debe tenerse precaución cuando se mueve el equipo de manera que no se dañen las válvulas principales de los cilindros. Si se rompen, un cilindro puede transformarse en un misil letal. Entonces, cuando se transportan, los reguladores deben quitarse y las válvulas deben ser cubiertas con capuchones roscados especiales para la protección contra impacto. El proceso tiene algunas limitaciones. Por un lado, la llama no provee una fuente de calor tan concentrada como puede ser alcanzada por un arco. Entonces si se está realizando una soldadura con bisel, la preparación de la junta debe exhibir un filo delgado para asegurar que se obtenga la fusión completa hasta la raíz de la junta. Esta baja concentración de calor también resulta en un proceso relativamente lento, entonces se considera típicamente a OAW como adecuada para secciones de bajo espesor. Como con cualquier proceso de soldadura que requiere que el metal de aporte sea alimentado manualmente, OAW requiere un nivel de habilidad para obtener buenos resultados. Hay ciertos problemas inherentes asociados con OAW. Están relacionados principalmente tanto a una manipulación inapropiada o al ajuste de la llama. Debido a que la fuente de calor no está concentrada, debe tenerse cuidado de dirigir la llama correctamente

para asegurar la fusión adecuada. Si la llama se ajusta de manera que se produzca una llama oxidante o carburante, puede producirse una degradación de las propiedades del metal de soldadura, entonces es importante tener un equipo capaz de producir un flujo de gas uniforme. Soldadura de Espárrago (SW) El último proceso de soldadura a ser discutido es la soldadura de espárragos. Este método se usa para soldar espárragos, o fijaciones, a la superficie del metal. SW se considera como un proceso de soldadura por arco porque el calor para la soldadura es generado por un arco entre el espárrago y el metal base. El proceso es controlado por una pistola mecánica la cuál está fijada a la fuente de potencia a través del panel de control. Entonces, la soldadura se realiza muy fácilmente y en forma repetida. El proceso se realiza en cuatro ciclos, los cuales están temporizados y secuenciados por la caja de control una vez que el espárrago es posicionado y se empuja el gatillo. La Figura ilustra esta secuencia. El esquema (a) muestra la pistola de espárrago y el cartucho en posición, y después en (b) siendo posicionado contra la pieza de trabajo. En (c), el gatillo ha sido presionado para iniciar el flujo de corriente, y la pistola luego levanta el espárrago para establecer el arco. En (d), el arco funde rápidamente el extremo del espárrago y un botón en la pieza de trabajo debajo del espárrago. Un temporizador en la pistola luego corta la corriente y el resorte principal sumerge el espárrago en la pieza de trabajo (e). El espárrago terminado se muestra en (f). Cuando se hace en forma apropiada, la soldadura de espárrago, muestra una fusión completa a través de la sección transversal del espárrago tanto como un filete de refuerzo, o charco, alrededor de la totalidad de la circunferencia de la base del espárrago.

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espárragos consiste en una fuente de potencia de corriente continua, unidad de control, y pistola de soldadura de espárrago. Las variantes pueden incluir un aparato de alimentación automática de espárragos, tanto como protección gaseosa para usar en la soldadura de espárragos de aluminio. Debido a la conveniencia y la simplicidad ofrecida por SW, ha sido de gran uso en muchas empresas para una gran variedad de metales. La Figura 3.39 muestra algo de la gran variedad de perfiles y tamaños de espárragos disponibles. La industria de la construcción y puentes usan SW en forma extensa como transmisores de corte para componentes estructurales de acero. Una vez que el concreto es vertido, cubriendo los espárragos fijados a las vigas, la unión mecánica obtenida permite al acero y al concreto actuar como una unidad compuesta debido a la mejora de la resistencia total y la rigidez de la estructura.

Figura 3.37 – Ciclo de Soldadura de Espárrago. Un equipo de SW típico se muestra en la Figura 3.38. Un equipo de soldadura de

Figura .38 – Equipo de Soldadura de Espárragos Disponibles para la Soldadura de Espárragos El gran rango de aplicaciones es debido al gran número de ventajas que se ofrecen. Primero, debido a que el proceso es controlado esencialmente por la unidad de control eléctrico y fijada a la pistola, y una vez que se realizan la puesta a punto de la unidad de control, no se requiere gran habilidad del operador. También, SW es un método tremendamente económico y efectivo para soldar muchas fijaciones a la superficie. Su uso elimina la necesidad de taladrar agujeros, recortados, o soldadura manual tediosa usando algún otro proceso. Una vez soldado, un espárrago puede ser inspeccionado fácilmente. En

Figura 3.39 – Algunas Configuraciones Típicas de Espárragos y Presentadores

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primer lugar se realiza una inspección visual para asegurar la presencia de un charco de 360º. Entonces el espárrago puede ser tanto golpeado con un martillo o arrancarlo, para juzgar su aceptabilidad. Cuando se golpea con un martillo, una buena soldadura de espárrago sonará como campana mientras que una junta mala resultará en un sonido hueco. Debido a que el proceso es controlado en forma eléctrica y mecánica, su principal limitación se relaciona con este equipo. Un mal funcionamiento eléctrico o mecánico puede producir una soldadura de mala calidad. El perfil del espárrago está limitado a algunas configuraciones que pueden ser tomadas en el mandril de la pistola. SW tiene dos discontinuidades posibles. Estas son que no haya charco en los 360º, y fusión incompleta en la interface. Ambas son causadas por una puesta a punto inapropiada de la máquina o una conexión a tierra insuficiente. La presencia de agua o herrumbre pesada, cascarilla de laminación en la superficie del metal base también puede afectar la calidad de la soldadura resultante.

causará el nivel de esta luz coherente, para alcanzar un punto de umbral (i.e., el punto en el cual la ganancia en amplificación de la luz producida comienza a exceder cualquier pérdida en luz que pueda estar ocurriendo simultáneamente); con lo que permite al dispositivo empezar a emitir un haz de luz láser. Desde un punto de vista de la ingeniería, un láser es un dispositivo de conversión de energía que transforma simplemente la energía de una fuente primaria (eléctrica, química, térmica, óptica, o nuclear) en un haz de radiación electromagnética a alguna frecuencia específica (ultravioleta, visible o infrarrojo). Esta transformación es facilitada por cierto medio sólido, líquido o gaseoso, que cuando se excita tanto en una escala molecular o atómica (por varias técnicas), producirán una forma de luz muy coherente y relativamente monocromática (i.e., exhibiendo una frecuencia bastante singular), un haz de luz láser. Debido a que son coherentes y monocromáticos, tanto la luz láser de baja potencia como de alta potencia tienen un ángulo de divergencia muy bajo. Por esto pueden ser transportados sobre distancias relativamente grandes antes de ser altamente concentrados (a través del uso tanto de enfoque óptico tanto transmisivo como tipo reflexivo) para proveer el nivel de densidad de potencia del haz necesitada para hacer una variedad de tareas de procesamiento de material tales como soldadura, corte, y tratamiento térmico. El primer rayo láser se produjo en 1960 usando un cristal de rubí bombeado por una lámpara destellante. Los láser de estado sólido de este tipo producen sólo pulsos cortos de energía lumínica, y a frecuencias de repetición limitadas por la capacidad térmica del cristal. En consecuencia, a pesar que los pulsos individuales exhiben picos instantáneos de niveles de potencia en el rango de los megawatt, los láser de pulso de rubí están limitados a bajos niveles de potencia de salida promedio. Tanto los lásers operados en forma pulsante o continua en estado sólido, que son capaces de soldar y cortar hojas de metal de poco espesor, se pueden obtener en forma comercial. Muchos de los últimos utilizan dopaje con neodimio, varillas de cristal itrio de aluminio

Soldadura por Láser (LBW) El láser es un dispositivo que produce un haz de luz coherente concentrado por estimulación electrónica o molecular de transiciones a niveles de energía menores. El láser es la luz amplificada por una emisión estimulada de radiación (light amplification by stimulated emssion of radiation). Coherente significa que todas las ondas de luz están en fase. En la práctica un dispositivo de láser consiste de un medio ubicado entre el extremo de los espejos de una cavidad de resonador óptico. Cuando este medio es "bombeado (i.e., excitado), hasta el punto donde ocurre una inversión de la población, una condición donde la mayoría de los átomos (o moléculas) en el medio son puestos en un estado de energía más alto del normal, se proveerá una fuente de luz coherente que puede luego reflejarse hacia atrás y hacia delante entre los extremos de espejos de la cavidad. Esto resulta en un efecto cascada inducido, que

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granate (Nd-YAG), para producir salida de rayo monocromático, continuo en un rango de potencia de 1 a 2kW.

por elementos ópticos planos, tales como espejos, y luego enfocados a un pequeño punto (para una alta densidad de potencia) en la pieza de trabajo usando tanto elementos focalizantes reflexivos o lentes. (LBW) es un proceso en que no hay contacto, por lo que no requiere la aplicación de presión. Generalmente se utiliza gas protector inerte para evitar la oxidación de la pileta fundida, y ocasionalmente se puede utilizar metal de aporte.

Figura 3.40- Sistema de producción que muestra un Láser de CO2 Combinado con una Mesa de Trabajo Rotativa También se desarrollaron lásers con gas bombeados eléctricamente con variedad de excitación ac, dc y rf, pulsantes y de onda continua (CW). De esta manera hoy se dispone comercialmente de los láseres de dióxido de carbono, con salida de potencia del rayo de 25kW, y están en uso para una gran variedad de trabajos de material en forma industrial. Tales láseres son capaces de producir penetración total, en soldaduras de una sola pasada en aceros de hasta 32mm de espesor (1-1/4).

Figura 3.42 – Soldadura Por Láser Realizada en un Acero Inoxidable tipo 304 de 3.2 mm (1/8 in.) de espesor

Figura 3.41 – Pistola de Soldadura por Haz de Electrones La Soldadura por Láser (LBW) es un proceso de unión por fusión que produce la coalescencia del material con el calor obtenido de un rayo concentrado de luz coherente, monocromática que impacta en la junta a ser soldada. En los procesos, el haz láser es dirigido

Figura 3.43 – Sección Transversal de una Soldadura por Haz de Electrones Uniendo una Pieza a un Anillo Como se describe arriba, los lásers usados predominantemente para el procesamiento de material industrial y tareas de soldadura son de

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1.06 µm de longitud de onda de láser YAG y láser de CO2 de 10.6 µm de longitud de onda, con el elemento más comúnmente empleado en estas

dos variantes de láser, siendo el ion de neodimio (Nd), y la molécula de CO2 (respectivamente).

Figura 3.44 – Sistema de Soldadura de Producción para Componentes de Transmisiones para Automóviles Las principales ventajas de la soldadura por láser incluyen lo siguiente: • El aporte de calor está cerca del mínimo requerido para fundir el metal de soldadura; por esto, los efectos metalúrgicos en la zona afectada por el calor son reducidos, y la distorsión inducida por el calor están minimizados. • Los procedimientos de soldadura por láser de pasada única han sido calificados en materiales hasta 32 mm (1-1/4 in.) de espesor, por esto permite reducir el tiempo para soldar secciones de gran espesor y eliminar la necesidad de alambre de aporte (y la elaboración de la preparación de la junta). • No se requieren electrodos; la soldadura se realiza libre de la contaminación del electrodo, muesca, o daño de las corrientes de soldadura de alta resistencia. Debido a que la (LBW) es un proceso sin contacto, la distorsión se minimiza y se elimina esencialmente el desgaste de herramienta. • Los rayos láser están bien enfocados, alineados, y dirigidos por elementos ópticos. Por esto el láser puede ser ubicado a una distancia conveniente de la pieza de trabajo, y redirigido

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alrededor del herramental y obstáculos en la pieza de trabajo. Esto permite la soldadura en áreas de difícil acceso con otros medios de soldadura. La pieza de trabajo puede ser ubicada y soldada herméticamente en un lugar cerrado que es evacuado o que contiene una atmósfera controlada. El rayo láser puede ser enfocado en un área pequeña, permitiendo la unión de componentes pequeños, o poco separados con soldaduras delgadas. Se puede soldar una gran variedad de materiales, incluyendo combinaciones de diferentes tipos de materiales. El láser puede ser automatizado para soldadura automática de alta velocidad, incluyendo control numérico y computarizado. Las soldaduras en material de poco espesor y en alambres de poco diámetro son menos susceptibles al quemado que el caso de la soldadura por arco. Las soldaduras por láser no están influenciadas por la presencia de campos magnéticos, como en la soldadura por arco o por haz de electrones; también tiende a seguir la junta soldada a través de la raíz de la pieza de trabajo, incluso cuando el rayo

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y la junta no estén perfectamente alineados. Pueden soldarse metales con propiedades físicas distintas, tales como resistencia eléctrica. No se requiere vació o protección del rayo X. Se pueden obtener relaciones de proporción en el orden de 10:1(e.g., relaciones profundidad -ancho) cuando la soldadura se hace formando una cavidad en el metal, como la soldadura de ojo de cerradura. El rayo puede transmitirse a más de una estación de trabajo, usando conmutadores ópticos, entonces permite compartir el tiempo de haz.

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Soldadura por Haz de Electrones Debido a que la soldadura por haz de electrones (EBW) comenzó a ser usada como un proceso de soldadura comercial a fines de los '50, ha ganado amplia aceptación por parte de la industria. Durante el período inicial de la aplicación comercial, el proceso se limitaba estrictamente a la operación en cámaras de alto vacío. Sin embargo, rápidamente se desarrolló un sistema que requiere alto vacío solo en la zona de generación del haz. Esto permitió la opción de soldar tanto en una cámara de vacío medio o en un ambiente sin vacío. Este avance llevó a su aceptación por parte de fabricantes de automóviles comerciales y productos de consumo. Como consecuencia de esto, EBW ha sido empleado en un amplio rango de industrias alrededor del mundo.

La soldadura por láser tiene algunas limitaciones cuando se la compara con otros métodos, entre las que se encuentran las siguientes: •

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se pueda lograr la repetibilidad de la soldadura. Los láseres tienden claramente a tener una baja eficiencia de conversión de energía, generalmente debajo del 10 porciento Como consecuencia de la característica de solidificación rápida de (LBW), puede esperarse alguna porosidad y fragilidad de la soldadura. El equipo es caro.

Las juntas deben ser posicionadas con precisión lateral bajo el rayo y en una posición controlada con respecto al punto de foco del rayo. Las superficies de soldadura deben ser forzadas entre si en forma mecánica, los mecanismos de presentadores deben asegurar que la posición final de la junta esté alineada con precisión con el punto de incidencia del rayo. El espesor máximo de la junta que puede ser soldado con láser está de alguna manera limitado. De esta manera las penetraciones mayores a 19 mm (0.75 in.) no se consideran actualmente como practicables para la producción industrial de (LBW). La reflexión y conductividad térmica altas en algunos materiales tales como el aluminio y aleaciones de cobre, puede afectar su soldabilidad con láser. Cuando se realiza soldadura láser de potencia moderada a alta, se debe emplear un dispositivo de control de plasma apropiado para asegurar que

Figura 3.45 - Vista exterior de una Bomba de Vacío de Soldadura por Haz de Electrones

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{bobinas} para enfocar o producir deflexión del haz. El corazón del proceso de soldadura por haz de electrones es el conjunto de la pistola/columna de haz de electrones. Los electrones se generan mediante el calentamiento de un material emisor cargado negativamente en su rango de temperatura de emisión termoiónica, con esto los electrones causan la "ebullición" del emisor o cátodo y son atraídos al ánodo cargado positivamente. La grilla configurada con precisión o la copa de oblicuidad {bias} que rodea el emisor provee la geometría del campo electrostático que luego acelera y perfila simultáneamente esos electrones en un haz. Luego el rayo sale de la pistola a través de una abertura en el ánodo y continúa hacia la pieza de trabajo. Una vez que el haz sale de la pistola, se dispersará gradualmente con la distancia. Esta divergencia resulta del hecho que todos los electrones en el haz tienen cierta cantidad de velocidad radial, debido a su energía térmica, y además, todos experimentan algún grado de repulsión eléctrica mutua. Por esto en orden a contrarrestar este efecto de divergencia inherente, se usa un sistema de lente electromagnético para hacer converger el haz, el que se enfoca en un pequeño punto sobre la pieza de trabajo. Los ángulos de convergencia y divergencia son relativamente pequeños, que dan al haz concentrado un rango focal útil, o "profundidad de foco", que se extiende sobre una distancia de alrededor de una pulgada.

Figura 3.46 - Panel de Control de Soldadura por Haz de Electrones EBW es un proceso de unión por fusión que produce la coalescencia de los materiales por el calor obtenido del haz incidente compuesto principalmente de electrones con alta energía en la junta a ser soldada. Los electrones son partículas fundamentales de materia, caracterizadas por su carga negativa y una masa muy pequeña. Para ESW son elevados a un estado de energía alto al ser acelerado en el rango de 30 a 70 por ciento de la velocidad de la luz.

Figura 3.47 - Máquina de soldadura por haz de electrones Diseñada para unir Tiras Bimetálicas. El haz de electrones es creado usando una pistola de electrones que contiene típicamente algún tipo de emisor termoionico de electrones (normalmente llamado como la pistola "cátodo" o "filamento"), un electrodo de control de oblicuidad (normalmente conocida como la rejilla de la pistola o {grid cup}) y un ánodo. Se dispone de distintos dispositivos suplementarios, tales como arrollamientos de focalización y deflexión

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Figura 3.49 –Haz de Electrones Soldando un Engranaje en Medio Vacío

Figura 3.48 - La Soldadura por Haz de Electrones

Figura 3.50 - Sección Transversal de una Soldadura Por Haz de Electrones Sin Vacío en Chapas de Aceros Inoxidables de 19mm (3/4 in.) En la práctica, la velocidad de aporte de energía a la junta soldada es controlada por las siguientes cuatro variables básicas:

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• El número de electrones por segundo que inciden en la pieza de trabajo (corriente del haz) • La magnitud de la velocidad de esos electrones (voltaje de aceleración del haz) • El grado al que se concentra dicho haz en la pieza de trabajo (tamaño del punto focal del haz) • La velocidad a la cual la pieza de trabajo o haz de electrones se mueve (velocidad de trabajo)

modifica la densidad de potencia promedio que ingresa a la junta y esto resulta en un cambio en las características de soldadura alcanzadas. Sin embargo, como se notó previamente, siempre debe tenerse cuidado que el ángulo de incidencia no afecte adversamente los resultados finales de la soldadura. Esta especialmente, no debe causar que deje parte de la junta de soldadura sin soldar. La soldadura por haz de electrones tiene capacidades de performance únicas. El medio ambiente de alta calidad, altas densidades de potencia, el excelente control de salida resuelve un amplio rango de problemas de uniones. Los siguientes son las ventajas de la soldadura por haz de electrones: • La EBW convierte directamente la energía eléctrica a una salida de haz de energía. Por esto el proceso es extremadamente eficiente. • Las construcciones soldadas tienen una razón elevada de profundidad ancho. Esta característica permite una soldadura de pasada única para juntas de gran espesor. • La entrega de calor por unidad de longitud para una penetración dada puede ser mucho menor que en la soldadura por arco. La zona de soldadura delgada resulta en una distorsión baja, y un menor efecto de deterioro térmico. • Un ambiente de alta pureza (vacío) para la soldadura minimiza la contaminación del metal por oxígeno y nitrógeno. • La habilidad para proyectar el rayo por una distancia de varios metros en el vacío frecuentemente permite la soldadura en lugares que de otra manera serían inaccesibles. • Son posibles altas velocidades de movimiento debido a las altas velocidades de fusión asociadas con esta fuente de calor concentrada. Esto reduce el tiempo de soldadura e incrementa la productividad y eficiencia de la energía. • Pueden soldarse juntas a tope de borde recto razonables, tanto en chapas de

En densidades de potencia del orden de 1.55 x 102 W/mm2 (105 W/in2), y mayores, el haz de electrones es capaz de penetrar instantáneamente dentro de la pieza de trabajo sólida o una junta a tope y formar vapor del tamaño de un capilar (u ojo de cerradura) que se encuentra rodeado de metal fundido. En la medida que el rayo avanza a lo largo de la junta, el metal fundido de la parte delantera del ojo de cerradura fluye alrededor de su periferia y solidifica en la parte de atrás para formar el metal de soldadura. En la mayoría de las aplicaciones, la penetración de la soldadura formada es mucho mayor que su ancho, y la zona afectada por el calor es muy angosta. Por ejemplo, el ancho de una soldadura a tope en una chapa de acero de 13 mm (0.5 in.)de espesor puede ser tan pequeña como 0.8 mm (0.03in.) cuando se realiza en vacío. Esto establece un contraste notorio con la zona de soldadura producida en juntas soldadas con arco y con gas, donde la penetración se alcanzan principalmente a través de la fusión de conducción. Un haz de electrones puede ser movido prontamente por deflección electromagnética. Esto permite un movimiento específico del punto del haz mediante un pantógrafo (círculos, elipses, perfiles)a ser generados en la superficie de la pieza de trabajo cuando se usa un generador de patrones electrónico para dirigir el sistema de bobina de deflexión. Esta capacidad de deflexión puede, en algunos casos, ser usado también para dar al haz un movimiento de desplazamiento. En la mayoría de los casos, sin embargo, la deflexión es usada para la alineación haz - junta, o para aplicar un modelo de deflexión. Esta deflexión

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gran espesor como chapas de espesor relativamente bajo, con una sola pasada sin agregar el metal de aporte. • Pueden soldarse cierres herméticos con modos de operación de alto o medio vacío mientras que se retiene un vacío dentro del componente. • El haz de electrones puede ser desviado magnéticamente para producir distintas soldaduras perfiladas {shaped}; y osciladas magnéticamente para mejorar la calidad o incrementar la penetración. • El haz de electrones enfocado tiene una profundidad de foco relativamente larga, que se acomodará a un amplio rango de distancias de trabajo. • Puede producirse la penetración total, soldaduras de pasada única con caras casi paralelas, exhibiendo contracciones casi paralelas. • Pueden soldarse metales distintos y metales con alta conductividad térmica tales como cobre. Algunas de las limitaciones de la soldadura por haz de electrones son las que siguen: • Los costos principales son sustancialmente mayores que los correspondientes a aquellos de los equipos de soldadura por arco. Dependiendo del volumen de las partes a ser producidas, sin embargo, el costo final de las partes "por pieza" que se puede obtener con EBW puede ser altamente competitivo. • La preparación de las soldaduras con alta relación profundidad - ancho requiere una precisión de mecanizado de los bordes de la junta, alineación exacta de la junta, la luz de la junta debe ser minimizada para obtener las ventajas del tamaño reducido del haz de electrones. Sin embargo, los requerimientos de esa preparación precisa de las partes no son mandatorios si no se necesitan altas relaciones profundidad - ancho de las soldadura. • Las rapidez de solidificación alcanzadas pueden causar fisuras en

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aceros inoxidables altamente embridados, de baja ferrita. Para soldadura de alto y medio vacío, el tamaño de la cámara de trabajo puede ser suficientemente grande para acomodar la operación de montaje. El tiempo necesario para evacuar la cámara tendrá influencia en los costos de producción. Las soldaduras con penetración parcial con grandes relaciones profundidad ancho son susceptibles a vaciado de la raíz y porosidad. Debido a que el haz de electrones se desvía por campos magnéticos, deben usarse metales no magnéticos o adecuadamente desmagnetizados para herramental y fijación cerca de la trayectoria del haz. Con el modo de soldadura por haz de electrones sin vacío, la restricción de la distancia de trabajo desde el extremo de la pistola de haz de electrones a la pieza limitará el diseño de las áreas de trabajo directamente adyacentes a la junta soldada. Con todos los modos de EBW, se debe mantener la protección de radiación para asegurar que no haya exposición del personal a la radiación x generada por la soldadura por EB. Se requiere una ventilación adecuada con la EBW sin vacío, para asegurar la remoción adecuada del ozono y otros gases nocivos formados durante este modo de soldadura por EB.

PROCESOS DE BRAZING Ahora que se discutieron los procesos de soldadura, pondremos la atención en el brazing. El brazing difiere de la soldadura en que el brazing se realiza sin la fusión de los metales base. El calentamiento es suficiente solo para fundir el metal de aporte. Otro proceso de unión, soldering, es similar en el hecho que solo requiere la fusión del metal de aporte para crear el vínculo {bond junta, unión}. El brazing y soldering difieren en la temperatura a la cual funde el metal de aporte. Los metal de aporte que funden arriba de

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450°C (840°F) se consideran materiales de brazing, mientras que aquellos que funden debajo de esa temperatura se usan para soldering. De aquí, que el término “soldering con plata” es en realidad incorrecto, porque el metal de aporte de brazing con plata funde arriba de 450°C A pesar que el metal base no se funde, y no hay fusión entre el metal base y el metal de aporte, se crea un lazo que es sustancialmente resistente. Cuando se aplica en forma correcta, la junta de brazing puede desarrollar una resistencia igual o superior que el metal base a pesar que el material de brazing sea mucho más débil que el metal base. Esto es posible debido a dos factores. Primero, la junta de brazing se diseña para que tenga una gran área de superficie. También, la separación entre las dos piezas a unir se mantiene en un mínimo. Las aberturas mayores a 0.25mm (0.010 in.) puede dar una junta con la resistencia sustancialmente reducida. En la Figura 3.51 se muestran algunas configuraciones típicas de junta de braze. Como se puede ver, todas estas juntas tienen áreas de superficie relativamente grandes y aberturas ajustadas entre las partes. Para realizar el brazing, uno de los pasos más importantes es limpiar cuidadosamente las superficies de la junta. Si las partes no están suficientemente limpias, resultará una junta inadecuada. Una vez que se limpian las partes y son presentadas juntas entre si, se aplica el calor de alguna manera. Cuando se eleva la temperatura de las partes por encima de la temperatura de fusión del material de aporte de brazing, es arrastrado dentro de la junta cuando se pone en contacto con las partes, debido al efecto de capilaridad.

Figura 3.51 – Ejemplos de Distintas Configuraciones de Juntas de Brazing. La acción capilar es un fenómeno que causa que un líquido sea empujado dentro de un espacio ajustado entre dos superficies. Esto se puede observar si dos placas de vidrio se mantienen apretadas juntas y se coloca un borde en una batea de agua a poca profundidad. La acción capilar causará que el líquido entre las dos piezas de vidrio suba a un nivel por encima de aquel de la batea de agua. Debido a que la acción capilar está relacionada con la tensión superficial, esta se ve drásticamente afectada por la presencia de contaminación superficial. Entonces, si las superficies de una junta de brazing no están correctamente limpias, se reducirá la capacidad de la acción capilar al punto que el material de brazing no será suficientemente arrastrado {drawn llevado} dentro de la junta. Cuando pasa esto, resultará un lazo insuficiente. El material de aporte de brazing está disponible en un gran número de configuraciones y tipos de aleaciones. Las configuraciones incluyen alambre, tiras, chapas, pasta y preformas. Las preformas son piezas con formas especiales de aleación de brazing diseñadas para una aplicación particular, de manera que son preubicados en o dentro de la junta de braze durante el montaje de las partes. La Figura 3.52 muestra como pueden preubicarse dichas preformas de brazing dentro de la junta previo a la aplicación del calentamiento del brazing. La Figura 3.53 muestra como fluye el metal de

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aporte de brazing dentro de la junta dejando vacíos donde se ubicaba la preforma. Como con los consumibles de soldadura, las aleaciones de braze tienen también denominación de American Welding Society. Las denominaciones de aleaciones de brazing están precedidas por una “B” seguida por abreviaturas de los elementos químicos incluidos. Dentro de esos grupos generales hay tipos con propiedades levemente diferentes que se diferencian por números individuales. Los metales de aporte de brazing que tienen una ‘R’ enfrente de la ‘B’ en su denominación denotan que su composición química es idéntica con las varillas de Cobre y Aleaciones de Cobre de Soldadura Oxiacetilénica.

Figura 3.53 – La ubicación del Material de Aporte de Brazing en una Junta luego de la Aplicación del Calor. Para mantener la limpieza de la junta durante la aplicación del calor, es común el uso de fundentes de brazing. Estos también tienen clasificación de la American Welding Society de acuerdo con los tipos de metales base y de aporte utilizados. Tienen una designación alfanumérica simple como se muestra en la Figura 3.54. Clasificaciones de Metal base de Brazing por AWS Figura 3.52 – Ubicación de Preformas de Brazing en Juntas de Braze

Designación del Elemento Principal BAlSi ..........................Aluminio - Sílice BCuP .........................Cobre - Fósforo BAg ............................Plata BAu ............................Oro BCu ............................Cobre RBCuZn ..................... Cobre - Zinc BMg ............................Magnesio BNi ..............................Níquel

Hay numerosos métodos de brazing, cuya principal diferencia es la manera en que se calienta la junta. El más familiar es el conocido como el brazing por soplete (TB) donde el

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calentamiento se realiza usando una llama de oxigas. Puede realizarse tanto en forma manual, mecánica o automática. Otros métodos comunes de calentamiento incluyen horno, inducción, resistencia, inmersión e infrarrojo. El brazing en horno (FB) se realiza en el horno, frecuentemente con atmósfera controlada. El metal de aporte de braze y el fundente están ubicados previamente en o cerca de la junta y luego se ubican en el horno las partes a ser unidas, el cual las calienta en una forma muy controlada. BH [FB] puede ser usado para producir numerosas juntas de braze simultáneamente, una vez que la construcción es llevada a la temperatura de brazing. Brazing por Inducción (IB) se basa en el calor producido en un metal cuando se encuentra dentro de una bobina de inducción. La bobina de inducción es una simple bobina a través de la cual pasa corriente eléctrica de alta frecuencia. Ese flujo de corriente eléctrica

producirá un calentamiento sustancial de la pieza de metal ubicada dentro de la bobina. El brazing por resistencia (RB) se realiza mediante el calentamiento del metal base usando su propia resistencia inherente. Cuando corre una corriente eléctrica pasa a través de los metales base a cada lado de la junta de braze, aparece el calentamiento por resistencia que funde al metal de aporte de braze ubicado en la junta. El brazing por inmersión (BD) difiere del resto en que las partes a unirse están inmersas en algún tipo de baño fundido para proveer el calentamiento necesario. Este baño puede ser tanto braze fundido de metal de aporte o algún tipo de químico fundido, tal como sales químicas. El brazing por infrarrojo (IRB) se basa en el calentamiento provisto por energía radiante. Esto es, la junta a ser sometida a brazing se calienta usando alguna fuente de alta intensidad de luz infrarroja.

Tipo de Metal de Ingrediente Clasificación Formulario aporte s Típicos Aplicación

Rango Temperatura Actividad °C °F

de de

FB1-A

Polvo

BAlSi

Floruros Cloruros

Para brazing con soplete u horno

560-615

1080-1140

FB2-A

Polvo

BMg

Floruros Cloruros

480-620

900-1150

FB3-A

Pasta

BAg y BCu

Boratos Cloruros

No se incluye una clasificación detallada de los fundentes de brazing para magnesio, debido a que el uso de brazing para unir magnesio es muy limitado Fundente de propósito general para la mayoría de las aleaciones metálicas y no metálicas. (Excepción notable Al Bronce, etc. Ver Fundente 4A)

565-870

1050-1600

FB4-A

Pasta

BAg y BCu

Cloruros Floruros Boratos

Fundente de propósito general para muchas aleaciones que contienen metales que forman óxidos refractarios

595-870

1100-1600

Metal base Recomendados Todas las Aleaciones de aluminio que se pueden unir por braze Aleaciones de Magnesio cuyo nombre comienza con AZ

Todos los metales ferrosos y no ferrosos que se pueden unir por braze, excepto las que tienen aluminio o magnesio como constituyente. También usado para unir carburos Metales base que contienen hasta un 9% de aluminio (Latón de aluminio, bronce al aluminio, Monel K500). Puede aplicarse también cuando hay cantidades menores de Ti, o hay presencia de otros metales, que forman óxidos refractarios.

Nota: La selección de un nombre de fundente para un tipo de trabajo específico puede basarse en el tipo de metal de aporte y la descripción de arriba, pero la información de este lugar generalmente no es adecuada para la selección adecuada de fundente. La tabla de arriba representa un listado parcial de la Tabla 4.1 Brazing Fluxes del AWS Brazing Handbook Fuente:l AWS Brazing Handbook © 1991

Figura 3.54 – Sistema de Identificación de Fundente para Brazing de AWS (listado parcial)

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El brazing se usa en muchas industrias, especialmente aeroespacial y aire acondicionado o calentamiento. Puede aplicarse virtualmente a todos los metales, puede incluso unirse metales con no metales. Una de las mayores ventajas del brazing es que puede ser usado para unir metales disímiles. Esto es posible debido a que el brazing no funde el metal base para producir una aleación híbrida que puede tener propiedades no deseables. Se adecua también para soldar metales que simplemente no se puede soldar por ningún tipo de soldadura. Otra ventaja del brazing es que el equipo es relativamente barato. Debido a que el brazing usa temperaturas más bajas que la soldadura, los metales de poco espesor son fácilmente unidos sin tanto temor a la fusión a través de la chapa {melt –trough} o distorsión. La principal limitación es que las partes deben estar extremadamente limpias previo al brazing. Otra limitación es que el diseño de la junta debe proveer suficiente área de superficie para desarrollar la resistencia requerida. Algunas configuraciones no proveen tal situación. Hay algunos problemas inherentes asociados con el brazing. La primera es la formación de áreas de vacío o áreas sin vínculo dentro de la junta. Esto puede resultar de una limpieza insuficiente o calentamiento impropio de las partes. Otros problemas ocurren cuando se aplica un calentamiento muy localizado al metal base, que resulta en una erosión del metal base. Esto normalmente se asocia con el brazing por soplete donde la combinación del calor de la llama y su acción mecánica quitará el metal base adyacente a la junta de braze. Otro tema importante es la corrosión del metal base por algunos fundentes extremadamente reactivos; debe quitarse el residuo de fundente para evitar la corrosión subsiguiente de la junta o metal base.

metal. Frecuentemente estos procesos se requieren previo a la soldadura para producir perfiles adecuados de las partes o hacer preparaciones específicas de la junta. Durante o luego de la soldadura, algunos de estos mismos procesos pueden emplearse también para quitar las áreas defectuosas de soldaduras o producir una configuración específica si la configuración sin tratamiento posterior a la soldadura no es satisfactoria para el propósito deseado de la pieza. CORTE POR OXIGAS (OFC) El primero de estos procesos de corte es el corte por oxigas. Aquí, usamos una llama de oxigas para calentar el metal a la temperatura a la cuál se oxida rápidamente o quema. La temperatura necesaria es conocida como la temperatura de 'ignición', y para los aceros, está alrededor de 925º C (1700ºF). Una vez que se alcanzó la temperatura, se dirige un chorro de oxígeno de corte de alta presión a la superficie calentada para producir una reacción de oxidación. Este chorro de oxígeno también tiende a remover la escoria y el residuo de óxido que se produce por esta reacción de oxidación. Por esto, OFC puede ser considerado como un tipo de proceso de corte químico. El equipo usado para OFC es esencialmente el mismo al usado por SG [OAW] excepto que en lugar del pico de soldadura, ahora hay fijado un dispositivo de corte que incluye una leva o válvula para encender el corte por oxígeno. La Figura 3.56 muestra un equipo típico montado de OFC que se encuentra en la mayoría de los negocios de soldadura y fabricación.

PROCESOS DE CORTE Hasta ahora la discusión involucró sólo aquellos métodos usados para unir materiales entre sí. En la producción también son importantes los procesos para cortar o remover

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(A) Pico de una pieza

Figura 3.55 Corte por Oxigas

(B) Pico de dos piezas

Figuras 3.57 – Sección Transversal de Picos de Corte

La operación de corte también requiere un pico de corte especial que está fijado al extremo del soplete. Esto consiste en una serie de agujeros, arreglados en círculo alrededor del borde exterior del extremo del pico de corte. Aquí es donde la mezcla del gas de oxigas fluye para proveer el precalentamiento para el corte. En el centro de dichos agujeros se encuentra un pasaje único del oxígeno de corte. En la Figura 3.57 se muestran secciones transversales de los picos de corte típicos, y sopletes usados para corte manual y mecánico en la Figura 3.58.

Debe notarse que OFC puede realizarse usando distintos tipos de gases de combustibles, tales como acetileno, metano (gas natural), propano, gasolina, y metil acetileno proadine (MPS). Cada uno provee distintos grados de eficiencia y puede requerir picos de corte ligeramente modificados. Otros factores que deben ser considerados cuando se selecciona el gas combustible adecuado, incluyen el tiempo de precalentamiento recibido, velocidades de corte, costo, disponibilidad, cantidad de oxígeno requerido para quemar el gas eficientemente, y transportar fácil y seguramente los contenedores de combustible.

Figura 3.58 Torchas de OFC para Corte Mecanizado y Corte Manual El corte se realiza aplicando calor a la pieza usando una llama de precalentamiento que es una mezcla de oxigas. Una vez que el metal fue calentado a su temperatura de oxidación, el oxígeno de corte comienza a oxidar el metal caliente. La oxidación del hierro produce una tremenda cantidad de calor. Esta reacción

Figura 3.56 - Equipo de corte por Oxigas.

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química exotérmica provee el calor necesario para fundir rápidamente el metal y soplar simultáneamente los productos de la oxidación de la junta. El ancho de la abertura de corte es conocido como ranura {kerf}, se muestra en la Figura 3.59. También se muestra el arrastre, que es la cantidad de desalineación entre los puntos de entrada y salida del corte, medido a lo largo del eje del corte.

dos cosas siguientes; bien hacen el acero más difícil de cortar, o pueden dar un aumento en la superficie de corte endurecida o afectadas por el calor o ambas. En la Figura 3.60 se enumeran los efectos de distintos elementos de aleación. Como puede verse, en la mayor parte de los casos, el agregado de ciertos elementos de aleación puede impedir el uso de OFC convencional. En muchos casos, esos elementos son del tipo de los resistentes a la oxidación. El material debe cumplir con los siguientes criterios, en orden a que el corte por oxigas sea realizado en forma efectiva: (1) debe tener la capacidad de combustión en un chorro de oxígeno, (2) esta temperatura de ignición dede ser menor que su temperatura de fusión, (3) su conductividad de calor debe ser relativamente baja, (4) el óxido de metal producido se debe fundir a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión del metal, y, (5) la escoria que se forma debe tener baja viscosidad. Por esto, en orden a cortar fundición o acero inoxidable con este proceso, son necesarias técnicas especiales que involucran equipo adicional. Estas técnicas incluyen oscilación del soplete, el uso de chapa de desperdicios, alimentación de alambre, corte por pulverización y corte con fundente.

Figura 3.59 – Ilustración de Ranura y Desviación (Drag) en Corte por Oxigas A pesar que OFC se usa en forma extensa por muchas industrias, está limitado al corte de aceros al carbono y de baja aleación. En la medida que aumenta la cantidad de distintos elementos de aleación, pueden pasar una de las Elemento Carbono Manganeso Sílice

Cromo

Níquel

Molibdeno Tungsteno

Efecto del elemento en el corte por oxigas Los aceros hasta 0.25% de carbono pueden ser cortados sin dificultad. Los aceros de más elevado carbono deben ser precalentados para evitar el endurecimiento y las fisuras. El grafito y la cementita (Fe 2 C) van en detrimento, pero el hierro fundido que contiene 4% de carbono puede ser cortado por técnicas especiales. Los aceros con 14% de Manganeso y 1.5% de carbono son difíciles de cortar y deben ser precalentados para obtener mejores resultados. El sílice, en las cantidades presentes usualmente, no tiene efecto. Los aceros de los transformadores que contienen tanto como 4% de sílice están siendo cortados. Los aceros al sílice que contienen grandes cantidades de carbono y manganeso deben ser precalentados cuidadosamente y post recocido para evitar el endurecimiento al aire y las fisuras superficiales posibles. Cuando la superficie está limpia, los aceros hasta 5% de cromo se cortan sin mucha dificultad. Los aceros con mayores contenidos de cromo, tales como aceros con 10% de cromo, requieren técnicas especiales y éste se hace difícil cuando se usa el proceso de corte por oxigas normal. En general, cuando se cortan dichos tipos de aceros se requieren llamas carburantes. Los procesos de corte por inyección de fundente o corte con polvo de hierro posibilitan hacer cortes prontamente {correctamente} en los aceros al cromo puros usuales tanto como los aceros inoxidables. Los aceros que contienen hasta un 3% de níquel pueden ser cortados por el proceso de oxigas normal; hasta alrededor de 7% de contenido de níquel, los cortes son muy satisfactorios. Mediante los procesos de inyección de fundente o corte por polvo de hierro, pueden hacerse cortes de excelente calidad en aceros inoxidables de aleaciones comunes en ingeniería (18-8 hasta alrededor de 35-15 como límite superior). Este elemento afecta al corte prácticamente en forma similar al cromo. Los aceros al cromo - molibdeno de calidad aeronáutica no ofrecen dificultades. Sin embargo, los aceros de alto molibdeno - tungsteno, sólo pueden ser cortados con técnicas especiales. Las aleaciones normales, hasta 14% pueden ser cortadas muy fácilmente, pero el corte se torna dificultoso para porcentajes mayores. El límite parece ser alrededor del 20% de tungsteno.

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Cobre Aluminio Fósforo Azufre Vanadio

para porcentajes mayores. El límite parece ser alrededor del 20% de tungsteno. En cantidades de hasta el 2%, el cobre no tiene efecto. Salvo que esté presente en grandes cantidades (alrededor de 10%), su efecto no es apreciable. Este elemento no tiene efecto en las cantidades toleradas normalmente en el acero. Las cantidades pequeñas, tales como las presentes en los aceros, no tienen efecto. Con porcentajes de azufre superiores, la velocidad de corte se reduce y se hace notable el humo del dióxido de azufre En las cantidades que se encuentra normalmente en el acero, este aleante puede mejorar más que interferir en el corte.

Figura

3.60 - Efecto de los Elementos Las ventajas del corte por OFC incluyen su equipo relativamente barato y portátil haciéndolo aplicable para el uso tanto en aplicaciones de campo y de taller. Se pueden realizar cortes en secciones tanto delgadas como de gran espesor; la facilidad del corte normalmente se incrementa con el espesor. Cuando se hace automatizado, ( Figura 3.61), OFC puede producir cortes de una precisión razonable. Cuando se compara con métodos de corte mecánicos de aceros, el corte por oxigas es más económico. Para mejorar aún más la eficiencia, pueden usarse métodos de sopletes múltiples o cortar en forma apilada para hacer varias piezas a la vez. Una de las limitaciones de OFC es que el corte terminado requiere limpieza o amolado adicional como preparación para la soldadura. Otra limitación importante es que debido al requerimiento de altas temperaturas, puede producirse una zona afectada por el calor que tiene muy alta dureza. Esto es especialmente importante si hay necesidad de mecanizar dicha área. El empleo de precalentamiento y postcalentamiento ayudará al alivio del problema. También, aunque los cortes pueden ser razonablemente precisos, todavía no se comparan con la precisión posible mediante métodos de corte mecánico. Finalmente la llama y la escoria calientes requieren medidas de seguridad contra estos riesgos para el personal cercano a la operación de corte.

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Químicos

en

el

Corte

por

Oxigas

Figura 3.61 - Máquina de Corte por OFC CORTE POR ARCO ELECTRODO DE GRAFITO (CAC-A) Otro proceso de corte muy efectivo es el corte por arco electrodo de grafito. Este proceso usa un electrodo de carbón para crear un arco para calentar a lo largo, y con un fuerte chorro de aire comprimido remueve mecánicamente el metal fundido. La Figura 3.62 muestra el proceso en uso. El equipo usado para CAC-A consiste en una pinza de electrodo especial que está fijada a una fuente de corriente continua y una fuente de aire comprimido. Esta pinza, mostrada en la Figura 3.63, toma al electrodo de carbón en mordazas de cobre, una de las cuales tiene una serie de agujeros a través de los cuales pasa el aire comprimido.

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Figura 3.62 - Corte por Arco con Electrodo de Grafito (Arc Air) Para lograr el corte, el electrodo de carbón se coloca cerca de la pieza de trabajo para crear un arco. Una vez que se funde el metal, el chorro de aire comprimido sopla al metal fundido fuera, para producir una ranura o corte. La pinza del electrodo se fija a una fuente de potencia al igual que una fuente de aire comprimido. Puede usarse cualquier gas comprimido no inflamable, pero el aire comprimido es por lejos el más barato, si está disponible. En la Figura 3.64, se muestra la totalidad del sistema para el corte por arco con electrodo de grafito. CAC-A tiene aplicación en la mayoría de las industrias, especialmente debido a que se puede usar para cortar cualquier metal. A pesar de que cortará todos los metales, hay otras consideraciones que pueden requerir otros métodos de corte para aleaciones particulares. La Figura 3.65 muestra el tipo de corriente y polaridad para el corte con CAC-A de varios metales y aleaciones.

Figura 3.64 - Equipo de Corte por Arco con Electrodo de Grafito Mientras que tendemos a pensar en esta aplicación para remover las áreas defectuosas de la soldadura o metal base, es importante tomar conciencia que puede ser muy efectivo como herramienta para la preparación de la junta. Por ejemplo, dos piezas a ser soldadas a tope pueden ser alineadas con sus biseles rectos en contacto. El proceso de CAC-A puede ser empleado para producir preparación de biseles en U, como se muestra en la Figura 3.66. CAC-A es usado también para mecanizado basto de partes grandes y complejas. Tipo de Corriente DC AC

Polaridad del Electrodo Positivo -

Metal Aluminio Cobre y aleaciones Hierro, fundición, maleable, etc. DC Negativo Magnesio DC Positivo Níquel y aleaciones AC Aceros al Carbono DC Positivo Aceros Inoxidables DC Positivo Figura 3.65 Requerimientos Eléctricos de CACC para Distintos Metales

Figura 3.63 - Pinza de Corte por Arco con Electrodo de Grafito

Una de las ventajas básicas de CAC-A es que es un método relativamente eficiente para

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remover material. También tiene la capacidad de cortar cualquier metal. Debido a que usa las mismas fuentes de potencia que las usadas por algunos tipos de soldadura, los costos de los equipos son mínimos. La principal desventaja del proceso está relacionada con la seguridad. Es un proceso inherentemente muy ruidoso y sucio. Por esto, el operador puede elegir usar protección auditiva para reducir el nivel de ruidos, y filtros para la respiración para eliminar la inhala ción de las partículas metálicas producidas. Puede requerirse también un vigía para asegurarse que las gotas del metal ranurado no generen riesgo de incendio. Otra limitación es que el corte terminado puede requerir alguna limpieza previa a la soldadura adicional.

propósito es remover el metal en lugar de unir dos piezas. Los requerimientos del equipo son similares, excepto que la fuente de potencia requerida debe ser mucho mayor que la utilizada para la soldadura. Se utiliza la torcha de arco transferido debido al incremento de calentamiento del metal base. En la Figura 3.67 se muestran las torchas típicas de PAC, el equipo se muestra en la Figura 3.68. Para el corte automatizado, la torcha no sólo se encuentra enfriada por agua internamente, sino que el corte real se debe realizar dentro de agua para reducir el ruido y los niveles de partículas. Mientras que la aplicación principal es para el corte de metales no ferrosos, el PAC es útil también para el corte de aceros al carbono. Las ventajas incluyen la capacidad de cortar metales que no se pueden cortar con OFC, el corte de alta calidad resultante, y las velocidades de corte incrementadas para aceros al carbono.

Corte por Plasma (PAC) El último método de corte térmico es el corte por plasma. Este proceso es similar en la mayoría de los aspectos a PAW excepto que ahora el

Figura 3.66 - Ilustración de la Preparación de la Junta Usando Corte por Arco con Electrodo de Grafito Automatizado (superior izquierda) y Manual (superior derecha)

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amolado, fresado, torneado, perfilado, taladrado, cepillado, y cincelado. Se usan para preparación de la junta, contorneado de la soldadura, preparación de las partes, limpieza de la superficie, y remoción de las soldaduras defectuosas. Ver Figura 3.69. Un inspector de soldadura, debe entender como se usan estos métodos. Su aplicación equivocada puede tener un efecto de degradación en la calidad final de la soldadura. Si los fluidos (aceites de corte) no se quitan completamente de la superficie del material, pueden aparecer problemas tales como porosidad y fisuras.

Figura 3.67 - Torchas de corte por plasma manual y automática.

Figura 3.69 – Amoladora Mecánica Figura 3.68 - Equipo de corte por plasma Resumen Estos son muchos procesos de unión y corte usados en la fabricación del metal. Un inspector de soldadura que entiende los fundamentos de los distintos procesos puede puntualizar los problemas antes que ocurran. La comprensión técnica combinada con la información obtenida de la experiencia práctica permite que el inspector de soldadura esté mejor preparado a realizar la inspección visual de soldaduras.

Una limitación es que el corte generalmente es bastante grande y los bordes cortados pueden no estar a escuadra. Si se desea se pueden utilizar técnicas especiales, tales como inyección de agua, para mejorar esta configuración del borde. Otra limitación es el mayor costo comparado con el corte por oxigas. Corte Mecánico Finalmente se presenta una breve mención de los métodos de corte mecánico usados en conjunto con la soldadura. Estos métodos pueden incluir cizallado, corte por sierra,

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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES AC – corriente alterna; en EEUU, la polaridad alterna a 60 ciclos por segundo (en Argentina alterna a 50 ciclos por segundo). aleación – una sustancia con propiedades metálicas y compuestas de dos o más elementos de los cuales al menos uno es metal. alfanumérico – una combinación de números y letras usados en las denominaciones. ampere – unidad estándar par medir la fuerza de una corriente eléctrica. soplo de arco – la deflexión del arco de soldadura de su trayectoria original debido a fuerzas magnéticas. longitud del arco – la distancia desde la punta {tip} del electrodo de soldadura hasta la superficie adyacente de la pileta de soldadura. brazing – unir metales sin fundir el metal base usando un metal de aporte con un punto de fusión por encima de los 450°C (840°F). Ver soldering. acción capilar – en soldadura, la fuerza por la cual el líquido, en contacto con el sólido, se distribuye entre superficies de contacto presentadas muy cerca una de otra de la junta a ser unida por brazing o soldering. acero al carbono – una mezcla de hierro y pequeñas cantidades de carbono. carburización {cementado???} – en soldadura, una palabra que denota el agregado de carbono en las superficies de metal caliente a través de un mecanismo de disolución sólida . Puede ocurrir durante el corte por arco con electrodo de carbono (arc air), CAC-A. coalescencia – unir entre si dos o más materiales. código – un documento adoptado por una ciudad, municipalidad, estado o nación, con estatus legal. DC – corriente continua; polaridad eléctrica constante. DCEN – corriente continua, electrodo negativo. Conocida como polaridad ‘directa’ DCEP – corriente continua, electrodo positivo. Conocida como polaridad ‘inversa’

PALABRAS CLAVE3.DOC

discontinuidad – cualquier interrupción de la estructura típica del material; no necesariamente un defecto.

desviación {drag arrastre} – en OFC y PAC, la cantidad de desalineación entre los puntos de entrada y salida del corte, medido a lo largo del borde del corte. electrodo – un componente del circuito eléctrico que termina en el arco, escoria fundida conductiva, o metal base. superficie de contacto – la superficie de acoplamiento de un material que contacta o está muy cercano a otro miembro al cual será unido. ferroso – un término que se refiere a los metales que tienen una base principal de hierro, tal como los aceros. metal de aporte – el metal o la aleación agregada para hacer una junta de soldadura, brazing o soldering. fundente – un material usado para obstaculizar la formación de óxidos y otras sustancias indeseables en un metal fundido y en las superficies de metal sólido, y disolver o de otra manera facilitar la remoción de tales sustancias.

inclusión – material sólido extraño atrapado tal como escoria, fundente, tungsteno u óxidos. fusión incompleta – una discontinuidad de soldadura en la cual no hubo fusión entre el metal de soldadura y las superficies de fusión o cordones de soldadura contiguos. penetración incompleta de la junta – una condición de raíz de junta en la cual el metal de soldadura no se extiende a través de la totalidad del espesor de la junta. gas inerte – un gas que no se combina químicamente con otros materiales. El argón y el helio son los usados más comúnmente en soldadura. ranura – el ancho del corte producido durante el proceso de corte. soldadura de ojo de cerradura {keyhole} – un procedimiento que produce un agujero totalmente a través de la pieza. En la medida que avanza, el metal fundido fluye cerca del ojo de cerradura para formar dicha soldadura.

1

ksi – denominación para mil libras por pulgada al cuadrado. 70000 psi es igual a 70 ksi. acero de baja aleación – una aleación de hierro y carbono, con otros elementos agregados para incrementar la resistencia. no ferrosos – se refiere a las aleaciones distintas a las que tienen base de hierro. El cobre, níquel y aluminio son no ferrosos. orificio – en soldadura, una abertura, normalmente reducida que ayuda a controlar restringir el flujo de materiales. plasma – en soldadura, un chorro de gas ionizado. porosidad – discontinuidad tipo cavidad formado por gas atrapado durante la solidificación.

socavación – una ranura fundida dentro del metal base adyacente al talón de la soldadura o raíz de la soldadura y que queda sin llenar por el metal de soldadura. voltaje – fuerza electromotriz, o diferencia de potencial eléctrico, expresado en volts. chapa de sacrificio ¿???? de desecho . una chapa de acero al carbono ubicada sobre la chapa de acero inoxidable austenítico para permitir el corte por el método OFC. El CAC-A o el PAC son más eficientes para cortar ese tipo de aceros inoxidables. soldadura – una coalescencia localizada de metales o no metales producida tanto por calentamiento de los metales a la temperatura de soldadura, con o sin la aplicación de presión, o por la aplicación de presión solamente, y con o sin el uso de metal de aporte.

posición – en soldadura, la relación entre la pileta de soldadura, junta, componentes de la junta, y fuente de calor durante la soldadura. Los ejemplos son bajo mano, horizontal, vertical y sobre cabeza. prefijo – un valor término agregado al comienzo de un ítem para modificar su significado. progresión – en soldadura, el término aplicado para la dirección de la soldadura vertical, ascendente o descendente. psi – libras por pulgadas al cuadrado gas reactivo – un fas que se combinará químicamente con otros materiales. acero efervecente – aceros que tienen un “rim”, o una zona de la superficie que tiene una profundidad ****** , con contenido de carbono excesivamente bajo. Ocurre durante la fabricación del acero. proteccion – protección contra la contaminación salpicadura – partículas metálicas expelidas durante la soldadura de fusión que no forman parte de la soldadura. subfijo – un alfanumérico que sigue a un ítem que normalmente cambia o modifica su significado. resistencia a la tracción – establecida normalmente en libras por pulgada al cuadrado (MPa); se calcula dividiendo la carga máxima por el área de la sección transversal.

PALABRAS CLAVE3.DOC

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MÓDULO 4

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 4 - Geometría de las Juntas de Soldadura y Simbología de Soldadura

GEOM ETRÍA DE LAS JUNTAS DE SOLDADURA Y SÍM BOLOGÍA DE SOLDADURA Las determinaciones hechas sobre especificaciones de soldadura son parte de la responsabilidad del ingeniero de diseño o proyectista; y por eso lo son el diseño y tipo de junta utilizada. De todos modos, queda todavía la responsabilidad del personal de fabricación de interpretar precisamente, y luego preparar esas juntas para la fabricación. El conocimiento de la terminología de juntas soldadas es esencial en las comunicaciones del trabajo diario. El uso de términos apropiados hace mucho más fácil para el personal de soldadura el relevo de los problemas de soldadura y presentación encontrados durante el proceso de fabricación a otro personal. Hay una relación directa entre los términos de juntas soldadas y los símbolos suplementarios de soldadura de información y dimensionamiento. Es imperativo para el inspector de soldadura el conocer perfectamente estos aspectos de las comunicaciones. JUNTAS SOLDADAS Hay cinco juntas básicas usadas en soldadura de metales: a tope, en L, en T, solapada y en borde. Como se ilustra en la figura 4.2, se aplican símbolos y tipos precisos de soldadura a estas juntas. Un número de diferentes tipos de soldadura puede ser aplicado a cada tipo de junta dependiendo del diseño de la junta, y estos son mostrados al lado de cada tipo de junta. El diseño de la junta identifica, “la forma, las dimensiones y la configuración de la junta”. En la revisión de 1994 de ANSI/AWS A3.0, STANDARD TERMS AND DEFINITIONS, figura 4.1, se agregaron clasificaciones adicionales para las juntas spliced joints y las juntas con componentes curvos. Las juntas con componentes curvos, figura 4.3, son reducidas a cada uno de los cinco tipos de juntas básicas, como mínimo, una de los componentes que forma la junta tiene un borde curvo. Una spliced joint es, “una junta en la cual una pieza adicional extiende la junta y es soldada a cada uno de los componentes,” ver figura 4.4. Las piezas individuales de una junta son llamadas componentes. Los componentes son clasificados en tres tipos: butting members, nonbutting members y splice members. Las

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Figura 4.1 – ANSI/AWS A3.0, Standard Welding Terms and Definitions figuras 4.4 y 4.5 proveen ilustraciones de cada tipo de componente. Un butting member es, “un componente de la junta que es impedido, por el otro componente, de moverse en una dirección perpendicular a su espesor”. Por ejemplo, ambos componentes, o un componente de una junta en T o junta en L son butting members. Un nonbutting member es, “un componente de la junta que es libre de moverse en cualquier dirección perpendicular a su espesor”. Por ejemplo, ambos componentes de una junta solapada, o un componente de una junta en T o un componente de una junta en L son componentes non butting. Un componente splice es, “ la pieza que agranda la junta en una junta spliced”. En la Figura 4.4 son provistos dos ejemplos usados en conjunto con juntas a tope.

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 4 - Geometría de las Juntas de Soldadura y Simbología de Soldadura

Figura 4.2 – Los cinco tipos básicos de juntas y las soldaduras aplicables

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 4 - Geometría de las Juntas de Soldadura y Simbología de Soldadura

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 4 - Geometría de las Juntas de Soldadura y Simbología de Soldadura

Figura 4.5 Componentes butting y no butting La identificación del tipo de soldadura está indicada en la geometría de la junta. La geometría de la junta es, “la forma y dimensión de una junta vista en sección transversal antes de ser soldada”. Cuando una junta es vista en sección transversal, la forma del borde de cada componente a ensamblar a menudo reseña el tipo y símbolo de soldadura especificado. La figura 4.6 identifica los tipos básicos de formas de bordes usadas en la fabricación de metales soldados y las soldaduras aplicables a cada uno. Las vistas en sección transversal provistas en las figuras 4.7 a 4.11, muestran la relación entre el símbolo de soldadura y las combinaciones de varias formas de bordes. Estas combinaciones de diferentes formas de bordes, ilustran una variedad de configuraciones de juntas para algunas de las soldaduras aplicables identificadas en los cinco tipos básicos de juntas mostrados en la figura 4.2. Tipos adicionales de soldadura y diseños de

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biseles pueden ser hechos usando varias formas o componentes estructurales cuando las preparaciones de borde o superficie son aplicadas.

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Figura 4.6 - Geometrías de borde de los componentes

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Figura 4.7 – Combinaciones de geometría de borde para diferentes juntas a tope

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Figura 4.8 – Combinaciones de geometrías de borde para diferentes juntas en L

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Figura 4.9 – Combinaciones de geometrías de borde para juntas en T

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Figura 4.10 – Combinaciones de geometrías de borde para juntas solapadas

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Figura 4.11 – Combinaciones de geometrías de borde para juntas en borde

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Partes de la junta soldada Una vez que el tipo de junta es identificado, puede ser necesario describir exactamente el diseño de junta requerido. Para hacer esto, el personal de soldadura e inspección debe ser capaz de identific ar aspectos individuales que hagan de la geometría de la junta una junta particular. La nomenclatura asociada con estos aspectos incluye: • Raíz de la junta • Superficie de bisel • superficie de la raíz • Borde de la raíz • Abertura de raíz • Chaflán • Ángulo de chaflán • Ángulos de bisel • Radio del bisel Dependiendo del diseño de la junta, la geometría de la junta puede tomar (ligeramente) diferentes formas. Un ejemplo es la raíz de la junta. La raíz de la junta se define como “la parte de una junta a ser soldada donde los componentes se aproximan lo más próximamente entre sí. En sección transversal, la raíz de la junta puede ser una línea, un punto o un área.” La figura 4.12 ilustra algunas de las variantes de raíz de la junta para diferentes diseños de juntas. Las raíces de juntas son mostradas como áreas sombradas en los esquemas A hasta D, o como una línea oscura en los esquemas E y F. La nomenclatura asociada con superficie de bisel, superficie de la raíz y borde de la raíz es identificada en la figura 4.13. Superficie de bisel es, “ la superficie de un componente incluída en el bisel”. La superficie de la raíz (generalmente llamada land) es “la porción de la superficie del bisel dentro de la raíz de la junta”. Por último, borde de la raíz, es definida como “una superficie de la raíz de ancho cero”. Otros aspectos que puedan requierir una descripción por el personal de soldadura son mostrados en la figura 4.14. Estos elementos son a menudo variables esenciales en los procedimientos de soldadura, así como en la soldadura de producción, y le puede ser requerido al personal de soldadura que los midan para determinar si cumplen con las especificaciones de plano u otros documentos.

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La abertura de raíz es descripta como “la separación entre las piezas de trabajo en la raíz de la junta”. El chaflán es “una preparación de un borde angular”. El ángulo de chaflán es definido como “el ángulo entre el chaflán de un componente de la junta y un plano perpendicular a la superficie del componente”. Ángulo de bisel es, “el ángulo total incluído del bisel entre las piezas de trabajo”. Para una soldadura con bisel en 1/2 V simple, el ángulo de chaflán y el ángulo de bisel son iguales. El radio del bisel se aplica solamente a soldaduras con bisel en J o en U. Éste es descripto como “el radio usado para dar la forma de una soldadura con bisel en J o en U”. Normalmente, una configuración de una soldadura con bisel en J o en U está especificada por un ángulo de chaflán (o bisel) y un radio del bisel.

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Figura 4.12 – Raíces de juntas

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 4 - Geometría de las Juntas de Soldadura y Simbología de Soldadura

Figura 4.13 – Superficie del bisel – superficie de la raíz – borde de la raíz

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Figura 4.14 – Ángulo de chaflán – profundidad de bisel – ángulo de bisel – radio de bisel – y abertura de raíz

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Tipos de soldaduras Como fue mostrado en la figura 4.2, numerosos tipos de soldadura pueden ser aplicados a los varios tipos de juntas. Usando ANSI/AWS A2.4, STANDARD SYMBOLS FOR WELDING, BRAZING AND NONDESTRUCTIVE EXAMINATION como guía, hay nueve categorías de soldaduras asociadas con símbolos de soldadura. En cada una de esas categorías, se aplican ciertos tipos de soldadura. Las categorías son: 1. Soldadura con bisel 2. Soldaduras de filete 3. Soldadura en botón o en tapón o soldaduras en ranura o en ojal 4. Soldadura de espárragos 5. Soldadura por puntos o soldadura por proyección 6. Soldadura por costura 7. Soldadura de reverso o soldadura de respaldo 8. Soldaduras con recargue 9. Soldadura de componentes curvos Con la variedad de geometría de juntas y tipos de soldadura disponibles, el diseñador de soldadura puede elegir aquella que mejor cumpla con sus necesidades. Esta elección puede basarse en consideraciones como: • • • •

Accesibilidad a la junta para soldar Tipo de proceso de soldadura empleado Conveniencia para el diseño de la estructura Costo de la soldadura

Soldaduras con bisel Una soldadura con bisel es, “una soldadura hecha en un bisel entre las piezas”. Hay ocho tipos de soldadura con bisel: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Bisel recto A tope con inglete Bisel en V Bisel en 1/2 V Bisel en U Bisel en J Bisel en V ensanchado Bisel en 1/2 V ensanchado

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Sus nombres implican como las configuraciones actuales se ven cuando son vistas en sección transversal. Todos estos tipos de soldadura con bisel pueden ser aplicados a juntas que son soldadas de un solo lado o de ambos lados. La figura 4.15 ilustra las configuraciones típicas para una junta soldada de bisel simple y doble. Como se imagina, una junta soldada simple es una “junta soldada fusionada que ha sido soldada de un solo lado”. De la misma manera, una junta soldada doble es “una junta soldada fusionada que ha sido soldada de ambos lados”. Soldaduras con bisel de diferentes tipos son usadas en varias combinaciones. La selección está influenciada por la accesibilidad, economía, adaptación al diseño estructural, distorsión esperada y el tipo de proceso de soldadura usado. Las soldaduras con bisel recto son las más económicas de usar, pero están limitadas por el espesor de los componentes. La soldadura con bisel recto con penetración total, soldada de un solo lado, generalmente no son usadas para material más fino que ¼ de pulgada. Materiales finos requieren la selección de geometría de juntas que acomoden otros tipos de soldaduras con bisel. En juntas finas la geometría particular debe proveer accesibilidad para soldar, asegurando la solidez y resistencia de la soldadura, y minimizando la cantidad de metal removido. Por razones económicas, estos diseños de juntas deben ser elegidos con abertura de raíz y ángulo de bisel que requieran la mínima cantidad de metal de soldadura, pero que aún reúnan las condiciones de servicio de la soldadura. La selección de las aberturas de raíz y ángulos de bisel es influenciada por el metal a ser unido, la ubicación de la junta dentro de la soldadura, y las condiciones de servicio requeridas. Las soldaduras con biseles en J o U pueden ser usadas para minimizar los

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Figura 4.15 – Soldaduras con bisel

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Figura 4.15 (continuación) – Soldaduras con bisel simple y doble

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requerimientos de metal de soldadura cuando los factores económicos excedan en valor el costo de la preparación del borde. Estos tipos de soldaduras son especialmente útiles en secciones de poco espesor. Soldaduras con bisel en 1/2 V y con bisel en J son más difíciles de soldar que

aquellas con bisel en V o en U, debido al borde vertical. Soldaduras con bisel en V ensanchado y bisel en 1/2 V ensanchado son usadas en conexión con componentes de bordes curvos o redondeados.

Figura 4.16 – Aplicaciones de la soldadura de filete Soldaduras de filete ANSI/AWS A2.4 define a una soldadura de filete como, “una soldadura de sección transversal aproximadamente triangular uniendo dos superficies apróximadamente en ángulos rectos en una junta solapada, en T o en L”. Cuando el diseño lo permite, es preferida la soldadura de filete a la soldadura con bisel por razones económicas. Generalmente no se requiere preparaciones de borde para soldadura de filete, pero la superficie a soldar debe estar limpia. La soldadura de filete no toma el nombre de la geometría de junta asociada, como la soldadura con bisel; es un tipo particular de soldadura aplicada a una junta solapada, t o junta en L. Las soldaduras de filete son usadas (algunas veces) en

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combinación con las soldaduras con bisel. La figura 4.16 muestra algunas típicas soldaduras de filete aplicadas a juntas en L, en T y solapadas. Las soldaduras de filete son hechas usando soldadura simple y doble. También son aplicadas usando una o varias pasadas. Ejemplos de ambos tipos son mostrados en la figura 4.16. Además de realizarse con pasadas continuas, las soldaduras de filete (sobre la longitud completa de la junta), a menudo son realizados con pasadas discontinuas simétricas o asimétricas. Una soldadura de

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Figura 4.16 (continuación) – Aplicaciones de la soldadura de filete filete discontinua simétrica es, “una soldadura intermitente sobre ambos lados de una junta en la cual los incrementos de un lado son alternados con los del otro”. Una soldadura de filete discontinua asimétrica es, “una soldadura intermitente sobre ambos lados de la junta en la cual los incrementos de soldadura en uno de los

lados están aproximadamente opuestos a los del otro lado”. La figura 4.16 (E y F), ilustra ambos tipos de soldadura de filete. Soldaduras en botón o en tapón y soldaduras en ranura o en ojal

Figura 4.17 - 1Soldaduras en tapón o en botón - en ranura o en ojal - de espárragos

Dos de los tipos de soldaduras usadas para unir juntas solapadas son soldaduras en botón o en tapón y soldaduras en ranura o en ojal. La soldadura en botón o en tapón es “una soldadura hecha en un agujero circular en uno de los componentes de la junta fundiendo ese componente con el otro componente”. Una soldadura en ranura o en ojal es “una soldadura

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hecha en un oblongo o en un agujero alargado en uno de los componentes de la junta fundiendo ese componente con el otro. El agujero puede esta abierto en uno de los extremos”. Las soldaduras en botón o en tapón y las soldaduras en ranura o en ojal requieren filetes de profundidades definidas. Una soldadura de filete aplicada en un agujero circular no es considerada una soldadura en botón o en tapón o en ranura o en ojal.

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Soldadura de espárragos En la edición del ANSI/AWS A2.4 de 1989, se agregó un símbolo para la soldadura de espárrago. Soldadura de espárrago es “un término general para unir un espárrago metálico o algo similar a una pieza. La soldadura se puede realizar por arco, resistencia, fricción u otro proceso con o sin protección de gas”. La figura 4.17 (C) provee un ejemplo de una soldadura de espárrago. Los materiales de los espárragos más comúnmente soldados con el proceso de soldadura de espárrago por arco son acero de bajo carbono, acero inoxidable y aluminio. Otros

materiales son usados como espárragos en aplicaciones y bases especiales. La mayoría de las bases de las soldaduras de espárrago son circulares. De todos modos hay algunas aplicaciones en las cuales se usa una forma rectangular o cuadrada. Las aplicaciones de soldadura de espárragos incluyen el ensamble de pisos de madera a puentes metálicos o barras, montaje de accesorios en máquinas, asegurar tubos y arneses de alambre, soldar conectores, venteos en tanques y otros recipientes, anclajes rápidos, etc. Soldadura por puntos y soldadura por proyección

Figura 4.18 – Soldadura por puntos y soldadura por proyección Una soldadura por puntos es, “una soldadura hecha entre y sobre componentes solapados en los cuales la coalescencia (el acto de combinar o unir) puede empezar y ocurrir sobre la superficie de contacto o puede empezar desde el componente que está más afuera”. Una superficie de contacto es definida como, “la superficie de un componente que está en contacto con (o en la cercanía) otro componente al cuál será unido”. Generalmente las soldaduras por puntos son asociadas a las soldaduras por resistencia. De todos modos, una manera muy efectiva de unir una junta solapada en metales de poco espesor es con un soldadura por puntos por arco. En soldadura por puntos por arco, la soldadura se produce fundiendo desde el

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componente superior usando un proceso de soldadura por arco, y la fusión ocurre entre éste y el componente solapado”. La figura 4.18 (A y B) ilustra la soldadura por resistencia y la soldadura por puntos. Las soldaduras por proyección son hechas usando el proceso de soldadura por resistencia. La soldadura se forma por el calor obtenido de la resistencia a fluir de la corriente eléctrica a través del metal. Las soldaduras resultantes están localizadas en puntos predeterminados por intersecciones, proyecciones o resaltes. La figura 4.18 (C) muestra vistas en sección transversal de un componente con resalte de una junta solapada para ser soldado por proyección, y como queda la soldadura una vez concluída.

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Figura 4.19 – Soldaduras por costura – de reverso – de respaldo – de recargue

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Soldadura por costura Una soldadura por costura es “una soldadura continua hecha entre o encima de componentes solapados, en los cuáles la coalescencia puede empezar y ocurrir en la superficie de contacto, o puede provenir de la superficie externa de uno de los componentes. La soldadura continua puede consistir de un cordón de soldadura (soldadura por costura) o de una serie de puntos de soldadura superpuestos (costura de soldadura)”. Algunas guías deben ser provistas para mover el cabezal a lo largo de la costura mientras se suelda, o para mover la pieza debajo del cabezal. Este tipo de soldadura, es asociada con la soldadura por arco y la soldadura por resistencia. Soldaduras por costura para ambos procesos de soldadura son ilustradas en la figura 4.19 (A, B, C y D). Soldadura de reverso y soldadura de respaldo Como sus nombres lo dicen, estas soldaduras están hechas en la parte de atrás de una junta soldada. Si bien se aplican en la misma posición, son depositadas en forma diferente. AWS A3.0 describe a una soldadura de reverso como, “una soldadura hecha en la parte de atrás de una soldadura con bisel simple”. Una soldadura de respaldo es “un respaldo en forma de soldadura”. Una soldadura de reverso es aplicada después de que el frente es soldado, mientras que una soldadura de respaldo es depositada antes de soldar en lado frontal. La figura 4.19 (E y F) ilustra la aplicación de ambas. Soldaduras de recargue Como el nombre lo dice, este tipo de soldadura se aplica a la superficie de un metal. Una soldadura de recargue es definida como, “una soldadura aplicada a una superficie, oponiéndose a hacer una junta, para obtener las propiedades o dimensiones deseadas”. La figura 4.19 (G) ilustra una típica soldadura de recargue. Otros términos asociados con recargue son: Recargue [126], “una variación de la superficie en la cual el material superficial es depositado para alcanzar las dimensiones requeridas. Enmantecado [128], “una variación de la superficie que deposita metal superficial en una o

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más superficies para proveer metal soldados metalúrgicamente compatible para completar la soldadura”. Plaqueado [127], “una variación superficial que deposita o aplica material superfic ial, generalmente para desarrollar resistencia al calor o a la corrosión”. Recargue duro [125], una variación superficial en la cual el material superficial es depositado para reducir el desgaste”.

Figura 4.20 – Soldaduras en borde Soldaduras de compone ntes curvos Una soldadura de componentes curvos, en el caso del símbolo que la representa, se refiere a, “una soldadura hecha en los bordes de dos o más juntas de componentes, usualmente de poco espesor, con por lo menos un componente curvo”. Por eso, el símbolo representa el uso de un componente o componentes curvos y no el tipo específico de soldadura requerido. Una soldadura sobre bordes curvos es, “una soldadura en una junta en extremo, una junta a tope de componentes curvos o una junta en L de componentes curvos en las cuales el espesor completo de los componentes es fundido”. Una soldadura de bordes rectos sobre componentes curvos tiene dos componentes curvos, mientras que una soldadura en L de componentes curvos tiene solamente uno de los componentes curvos. La figura 4.20 ilustra soldaduras sobre bordes

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rectos hechas sobre juntas en L y en extremo de componentes curvos.

raíz es usado únicamente en le caso de una junta

Soldaduras terminadas El personal de soldadura e inspección de soldadura debe estar al tanto de los términos asociados con ciertos aspectos o condiciones de las soldaduras terminadas. El conocimiento de estos términos ayuda en el proceso de comunicación, realza la habilidad personal para interpretar la información de los símbolos de soldadura y localización de áreas de una soldadura que pueden requerir una limpieza o detalle post soldadura adicional. Los términos referidos a soldadura con bisel, figura 4.21, consisten de: • • • • • •

Superficie de soldadura Pie de soldadura Raíz de soldadura Superficie de raíz Sobreespesor Sobreespesor de raíz

La superficie de soldadura es, “la superficie expuesta de una soldadura del lado del cual la soldadura fue hecha"” Pie de soldadura es, “las uniones de la soldadura entre la superficie de soldadura y el metal base”. Opuesta a la superficie de soldadura está la raíz de soldadura. Raíz de soldadura es, “los puntos, mostrados en corte, en los cuáles la superficie de raíz intersecta la superficie del metal base”. Similar a la superficie de soldadura, es la superficie de raíz, o “la superficie expuesta de una soldadura opuesta al lado del cual la soldadura fue hecha”. En otras palabras la superficie de raíz está limitada por la raíz de soldadura en cada lado. La terminología adicional asociada con soldadura con bisel refiere al sobreespesor de soldadura; sobreespesor de soldadura es, “metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para rellenar una junta”. El sobreespesor (más conocido como la crown o cap), se refiere al “sobreespesor de soldadura del lado de la junta del cual la soldadura fue hecha”. A la inversa, el sobreespesor de raíz es, “sobreespesor de soldadura opuesto al lado del cual la soldadura fue hecha”. Sobreespesor de

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Figura 4.21 – Términos de soldadura con bisel en una soldadura simple, es decir, soldadura realizada de un solo lado, Ver figura 4.21 (C). Cuando se ha hecho una soldadura de los lados, el término sobreespesor es aplicado a la cantidad de sobreespesor presente en ambos lados. Este punto es ilustrado en la figura 4.21 (A) adonde una soldadura de reverso es usada. La terminología standard también existe para las partes de la soldadura de

Figura 4.22 – Terminología para soldadura de filete terminada

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filete. Como con la soldadura con bisel, la superficie de la soldadura de filete es conocida como superficie de soldadura. La unión de la superficie de soldadura con el metal base es el pie de soldadura. La máxima penetración del metal de soldadura adentro de la junta es la raíz de soldadura. “La distancia desde la raíz de la junta al talón de la soldadura de filete”, es llamada cateto. La figura 4.22 identifica varias partes de una soldadura de filete. Otros tres aspectos dimensionales de la soldadura de filete son concavidad, convexidad y garganta. Concavidad y convexidad son el valor de la curvatura de la superficie de soldadura en corte de la soldadura. El método para medir éstas es mostrado en la figura 4.27.

metal de soldadura ingresó adentro de la junta. El grado de penetración alcanzado tiene un efecto directo en la resistencia de la junta y por eso es referido al tamaño de la soldadura. Existe una gran cantidad de términos que describe el grado o ubicación de la fusión y la penetración. Durante el proceso de soldar, la superficie del bisel original es fundida de manera que los límites finales del metal de soldadura son más profundos que

Terminología de fusión y penetración

Figura 4.24 – Terminología de penetración

Figura 4.23 – Terminología de fusión En general, el término fusión se refiere a la fusión junto del metal de aporte y el metal base, o al del metal base solamente. Penetración es un término que se refiere a la distancia que el

4-26

los de las superficies originales. La frontera entre el metal de soldadura y el metal base es conocida como la interface de soldadura. La profundidad de fusión es, “la distancia desde la superficie de fusión a la interface de soldadura”. La profundidad de la fusión es siempre medida en forma perpendicular a la superficie de fusión. La zona de fusión es, “el área de metal base fundido como se determinó en un corte de la soldadura”. Estos términos son aplicados también a otros tipos como soldadura de filete y por recargue. La figura 4.23 ilustra varios términos asociados con fusión. Como se muestra e la figura 4.24, hay varios términos que se refieren a la penetración de la soldadura. Penetración de raíz es, “la distancia que el metal soldado ha fundido adentro de la junta más allá de la raíz de la junta”. La penetración de junta es, “la distancia desde la parte más el jana de la soldadura adentro de la junta a la superficie de soldadura, excluyendo cualquier sobreespesor de soldadura que pueda presentarse”. Para soldadura con bisel, esta misma longitud es conocida como tamaño de soldadura.

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Figura 4.25 – Zona afectada por el calor Otro término relacionado es zona afectada por el calor. Esta región mostrada en la figura 4.25, es definida como “la porción del metal base que no ha sido fundida, pero cuyas propiedades mecánicas o microestructura ha sido alterada por el calor de la soldadura, brazing, soldering o corte”. Terminología del tamaño de soldadura La discusión previa describe la penetración de junta, la relación entre tamaño de soldadura, para las configuraciones de soldadura con bisel simple. Para una configuración de soldadura con bisel doble donde la penetración de junta es menos que completa, el tamaño de soldadura es igual a la suma de la penetración de juntas de ambos lados. Ver figura 4.26 (A).

Figura 4.26 – Penetración y tamaño de la soldadura En una soldadura con bisel con penetración total, el tamaño de soldadura es igual al espesor del más fino de los dos componentes unidos, dado que no hay certeza acerca de la presencia de algún sobreespesor de soldadura. Ver figura 4.26 (B).

4-27

Figura 4.27 – Tamaño de la soldadura de filete Para determinar el tamaño de una soldadura de filete, usted debe primero saber la configuración final de la soldadura, ya sea cóncava o convexa. Convexa significa que la superficie de soldadura exhibe algún recargue haciéndola parecer ligeramente curvada hacia afuera. Esto es conocido como el grado de convexidad. Convexidad en una soldadura de filete es un sinónimo con sobreespesor de soldadura en una soldadura con bisel. Si una soldadura con bisel tiene un perfil cóncavo, esto significa que su superficie es “metida hacia adentro”. Para una u otra configuración, el tamaño de la soldadura de filete para catetos iguales es descripto como, “la longitud del cateto del triángulo rectángulo isósceles más grande que pueda ser inscripto dentro del corte de la sección de la soldadura de filete”. Este isósceles inscripto es mostrado con línea de trazos en las dos ilustraciones de la figura 4.27. Por eso, para la soldadura de filete

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convexa, el cateto y el tamaño de soldadura son iguales. De todos modos, el tamaño de la soldadura de filete cóncava es ligeramente menor que la longitud de su cateto Para soldaduras de filete de catetos desiguales, el tamaño de la soldadura de filete se define como, “la longitud de los catetos del triángulo rectángulo más grande que puede ser inscripto dentro del corte de la sección de la soldadura de filete”. La figura 4.28 muestra esto .

real son iguales, dado que no hay convexidad presente. El personal de inspección puede también ser interrogado para determinar los tamaños de otros tipos de soldaduras. Un ejemplo podría ser una soldadura por puntos o una soldadura por costura, donde el tamaño de soldadura es igual al diámetro del metal de soldadura en el plano de la superficies de contacto como muestra la figura 4.29. Un segundo ejemplo es para una soldadura sobre bordes rectos o soldadura de componentes curvos como se muestra en la figura 4.30; el tamaño de soldadura es igual al total del espesor de la soldadura desde la raíz de soldadura

hasta la superficie de soldadura. Figura 4.28 Soldadura de filete con catetos desiguales Puede notarse que hay anotaciones adicionales en las ilustraciones de la figura 4.27 que se refieren a las gargantas de las soldaduras de filete. Realmente hay tres tipos de diferentes de gargantas de soldadura. El primero es la garganta teórica, o “la mínima cantidad de soldadura que el diseñador cuenta cuando originalmente especifica el tamaño de soldadura”. La garganta teórica es descripta como, “la distancia desde el comienzo de la raíz de la junta perpendicular a la hipotenusa (lado del triángulo opuesto al ángulo recto) del triángulo rectángulo más grande que puede ser inscripto en el corte de la sección de una soldadura de filete. Esta dimensión se basa en la suposición de la abertura de raíz es igual a cero”. La garganta efectiva toma en cuenta cualquier penetración de junta adicional que pueda estar presente. Así, la garganta efectiva puede ser definida como, “la mínima distancia menos cualquier convexidad entre la raíz de soldadura y la superficiede una soldadura de filete”. La dimensión final de la garganta, la garganta real, toma en cuenta la penetración de junta así como cualquier convexidad adicional presente en la superficie de soldadura. La garganta real es, “la distancia más corta entre la raíz de soldadura y la superficiede una soldadura de filete”. Para una soldadura de filete cóncava, la garganta efectiva y la garganta

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Figura 4.29 – Tamaño de la soldadura por puntos o por costura

Figura 4.30 – Tamaño de la soldadura en borde

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Terminología de Aplicación de Soldadura

cordón oscilante es típicamente más ancho que el cordón rectilíneo, Debido a los desplazamientos laterales, la velocidad de pasada, como se mide en el sentido longitudinal del eje de soldadura, es menor de la que sería en el caso de un cordón rectilíneo. Ejemplos de esto son mostrados en la figura 4.32. Cuando las soldaduras de filete son requeridas, puede haber algunos casos donde el diseño no justifique el uso de soldadura continua. El diseñador puede, entonces, especificar soldaduras de filete discontinuas. Si hay soldaduras de filete discontinuas especificadas sobre ambos lados de una junta particular, pueden ser detalladas como soldaduras de filete

SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA SECUENCIA DE SOLDADURA

Figura 4.31 – Pasada – cordón Para completar esta discusión de los términos de soldadura, es apropiado mencionar la terminología adicional asociada con la actual aplicación de soldadura. A menudo los procedimientos de soldadura se van a referir a esos detalles, por eso el personal de inspección debe estar familiarizado con sus significados. El primer aspecto es la diferencia entre los términos pasada, cordón y capa. Una pasada es una progresión simple de soldadura a lo largo de una junta. El cordón es la soldadura que resulta de una pasada. Una capa es un nivel simple de soldadura dentro de una pasada. Una capa puede consistir de un cordón o de varios. Ver figura 4.31. Cuando un cordón es depositado, este puede tener nombres diferentes, dependiendo de la técnica que el soldador emplee. Si el soldador progresa a lo largo de la junta con pequeños desplazamientos laterales o sin ellos (sin oscilación), el cordón resultante es conocido como cordón rectilíneo. Un cordón oscilante resulta cuando un soldador manipula el electrodo en forma lateral, o de lado a lado, mientras la soldadura es depositada a lo largo de la junta. El

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Figura 4.32 – Cordones rectilíneos y oscilantes discontinuo asimétrico o simétrico. La soldadura de filete discontinuo simétrico tiene los incrementos en cualquiera de los lados de la junta directamente opuestos uno al otro. Similarmente, una soldadura de filete discontinuo asimétrico es una soldadura de filete intermitente sobre ambos lados de la junta en la cual los incrementos de soldadura en uno de los lados son alternados con respecto a aquellos en el otro. Ambos tipos de soldadura de filete discontinua son mostrados en la figura 4.33.

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Figura 4.33 – Soldaduras de filete discontinuas Otro término referido a la metodología actual de soldadura es boxing (comúnmente conocido como retorno). Boxing es definido como, “la continuación de una soldadura de filete alrededor de una esquina de un componente como una extensión de la soldadura principal”.

Figura 4.34 – Técnica de boxing Por último hay varios términos que describen la secuencia actual en la cual la soldadura es realizada. Esto generalmente es hecho para reducir la distorsión causada por soldar. Tres son las técnicas más comunes: paso peregrino, secuencia en bloque y secuencia en cascada. Ver figura 4.35. El paso peregrino es una técnica donde cada pasada individual es depositada en la dirección opuesta a la de progreso de soldadura.

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Una secuencia en bloque es definida como “una secuencia combinada longitudinal y sección transversal para una soldadura de pasada múltiple continua en la cual incrementos separados son completamente o parcialmente soldados antes de que los incrementos subsiguientes sean soldados”. Con la secuencia en bloque, es importante que cada capa subsiguiente sea ligeramente más corta que la previa de manera que el final de bloque tenga una pendiente suave. Esto va a proveer una mejor chance de obtener una fusión adecuada cuando el bloque adyacente es completado más tarde. Una secuencia en cascada es descripta como “una secuencia combinada longitudinal y sección transversal en la cual las pasadas de soldadura son hechas encapas solapadas”. Este método difiere de la secuencia en bloque en que cada pasada subsiguiente es más larga que la previa. SIMBOLOGÍA DE SOLDADURA La simbología de soldadura provee un sistema para representar la información completa sobre soldadura en los planos. Ésta rápidamente indica al diseñador, dibujante, supervisor y personal de soldadura; incluyendo a los inspectores de soldadura, que técnica de soldadura es necesitada para cada junta para satisfacer los requerimientos de resistencia del material y condiciones de servicio. Para el personal de presentación y layout, la simbología de soldadura a menudo transmite información que afecta las dimensiones finales de una pieza preparada. Por ejemplo, cambios en la abertura de raíz pueden provocar un cambio en las dimensiones actuales de una parte si solamente el plano indica las dimensiones de diseño de la pieza. El inspector debe estar al tanto de estos requerimientos y los efectos que producen estos cambios en los parámetros especificados. El personal de presentación y layout debe estar al tanto de la ubicación y el tamaño de las soldaduras de punteo. Soldaduras de punteo demasiado grandes y ubicadas fuera del área designada para soldadura, generan más pasos y una pérdida de tiempo en las fases finales de un proyecto. Un ejemplo de esto es la ubicación de

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Figura 4.35 – Secuencia de soldadura en cascada – en block – paso peregrino las soldaduras de punteo fuera del área designada de la soldadura de filete discontinua Otro ejemplo es la aparición de la superficie de soldadura después de que el soldador haya fundido un tack weld más grande en la soldadura requerida. Estos ejemplos usualmente caen bajo los requerimientos de la responsabilidad de la inspección, y el inspector de soldadura debe estar familiarizado con el significado de la simbología de soldadura para completar las tareas de inspección. En esta sección, el inspector de soldadura va a ser provisto de un entendimiento básico de la información que puede aparecer en la simbología de soldadura, el uso de símbolos suplementarios y el entendimiento de la terminología asociada con la simbología básica de soldadura. Una referencia detallada respecto de simbología y símbolos de soldadura y la terminología asociada puede encontrarse en la edición corriente de ANSI/AWS A2.4, SÍMBOLOS NORMALIZADOS PARA SOLDEO, SOLDEO FUERTE Y EXAMEN NO DESTRUCTIVO. Este documento es mostrado en la figura 4.36 y es publicado por la AWS.

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Figura 4.36 – ANSI/AWS Welding Symbols Standard

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Simbolo de soldadura versus simbología de soldadura AWS hace una distinción entre los términos símbolo de soldadura y simbología de soldadura. El símbolo de soldadura identifica (figura 4.38)cada tipo específico de soldadura y solamente es una parte de la información total contenida en la simbología de soldadura. Los símbolos de soldadura se dibujan arriba y debajo de la línea de referencia de la simbología de soldadura. El símbolo de soldadura, (figura 4.39), indica el símbolo total, incluyendo toda la

información aplicable a él, para especificar las soldaduras requeridas. Toda la simbología de soldadura requiere una línea de referencia y una flecha, y son mostrados en la figura 4.37.

Figura 4.37 – Flecha y línea de referencia

Figura 4.38 – Símbolos de soldadura DEFINICIÓN: Símbolo de soldadura. Es un carácter gráfico vinculado a la simbología de soldadura que indica el tipo de soldadura menos que sea requerido para clarificar. La simbología de soldadura puede incluir los Elementos de la simbología de soldadura Excepto la línea de referencia y la flecha, siguientes elementos: no es necesario utilizar todos los elementos a

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• • • • • • •

Línea de referencia (elemento indispensable) Flecha (elemento indispensable) Cola Símbolo básico de soldadura Dimensiones y otras informaciones Símbolos suplementarios Especificaciones, procesos u otras referencias

La línea de referencia, siempre es dibujada horizontal. Es usada para aplicar los símbolos de soldadura y cualquier otra información, y tiene un significado particular que permanece prescindiendo de los elementos que se le agregan. El lado inferior de la línea de referencia es conocido como el lado de la flecha y el superior como el otro lado. Esta convención se muestra en la figura 4.40. La

dirección de la flecha no tiene importancia en el significado de la línea de referencia. Líneas de referencia múltiples pueden ser usadas con los símbolos básicos de soldadura. La figura 4.41 ejemplifica esto. La flecha conecta la línea de referencia con la junta de soldadura o el área a ser soldada. Puede ser mostrada con o sin un espacio libre, o con flechas múltiples. Cuando la flecha es mostrada con una interrupción, la flecha quebrada siempre apunta hacia el componente de la junta que debe ser preparado o conformado; y se puede observar esto en la figura 4.42. La figura 4.42 también muestra que pueden añadirse flechas múltiples para mostrar la misma soldadura requerida en diferentes

Figura 4.39 – Posición standard de los elementos de la simbología de soldadura

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ubicaciones. Ejemplos adicionales de flechas son mostrados en la figura 4.60.

Figura 4.40 – Posiciones lado de la flecha-otro lado

Figura 4.41 – Líneas de referencia múltiples

Las flechas apuntan a una o varias líneas que claramente identifican la junta propuesta o área de soldadura. Cuando sea posible la flecha debe apuntar a una línea llena (línea visible), pero también puede apuntar a una línea de trazos (línea oculta). La cola de la simbología de soldadura es usada para indicar los procesos de soldadura y corte, como también las especificaciones de soldadura , procedimientos o información suplementaria a ser usada en la realización de la soldadura. Cuando no es necesaria la información suplementaria, procedimiento, especificación o proceso de soldadura para identificar la información de soldadura , la cola es omitida de la simbología de soldadura. La figura 4.43 ilustra la cola.

Figura 4.43 – Convenciones para el uso de la cola

Figura 4.44 – Ejemplos sobre el uso de la cola

Figura 4.42 – Colocación y signifcado de la posición de la flecha

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Figura 4.45 – Uso de la nota “Típico” Procesos, referencias, especificaciones, códigos, notas del plano o cualquier otro documento aplicable concerniente a la soldadura debe ser especificado colocando

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Figura 4.46 – Posición de la línea de referencia para los símbolos básicos de soldadura la referencia en la cola de la simbología de soldadura. La información contenida en los documentos referenciados no tiene que ser repetida en la simbología de soldadura. Las repeticiones de simbología de soldadura idéntica son evitadas designado a un solo símbolo como típico o abreviándolo como “TYP”, y apuntando la flecha hacia la junta representativa. Las designaciones típicas deben identificar con claridad todas las juntas aplicables, por ejemplo “TYP @ 4 rigidizadores”. Ver figura 4.62 para ver aplicaciones “típicas” de soldadura. Posiciones de los símbolos de soldadura Sin tener en cuenta hacia que lado apunta la flecha, cuando los símbolos de soldadura son ubicados por debajo de la línea de referencia la soldadura debe ser hecha sobre el lado de la flecha de la junta. Los símbolos de soldadura colocados sobre la línea de referencia requieren que la soldadura sea hecha sobre el otro lado de

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la junta. Los símbolos de soldadura colocados sobre ambos lados de la línea de referencia indican que la soldadura debe ser hecha sobre ambos lados de la junta. La designación sobre ambos lados no se aplica a todos los símbolos de soldadura. Algunos símbolos no tienen lado de la flecha u otro lado, aunque los símbolos suplementarios usados en conjunto con ellos pueden tenerlos. Ver figura 4.46. Por símbolos de soldadura de filete, soldadura con bisel y soldadura de componentes curvos; la flecha siempre conecta la línea de referencia del símbolo de soldadura a uno de los lados de la junta. Ese lado es considerado el lado de la flecha de la junta, y el lado opuesto es considerado el otro lado de la junta. Además, el cateto perpendicular para los símbolos de soldadura de filete, soldadura con bisel en 1/2 V, soldadura con bisel en J, soldadura con bisel en 1/2 V ensanchado y para junta en L con componentes curvos siempre se dibuja a la derecha, como se muestra en la figura 4.47.

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figura 4.50, un número de diferentes combinaciones pueden ser aplicadas a las juntas soldadas. soldadura con bisel es terminada con una soldadura de filete. Como se muestra en la figura 4.50, un número de diferentes combinaciones pueden ser aplicadas a las juntas soldadas.

Figura 4.47 – Símbolo de cateto perpendicular Los símbolos de soldadura en botón o en tapón, soldadura en ranura o en ojal, soldadura por puntos, soldadura por proyección y soldadura por costura; la flecha conecta a la línea de referencia del símbolo de soldadura con la superficie exterior de uno de los componentes de la junta, en la línea de centros de la soldadura deseada. El componente al lado del que la flecha apunta es considerado el componente del otro lado. El componente opuesto es considerado como el otro lado. Esto es mostrado en la figura 4.48.

Figura 4.48 – Ejemplo del lado de una soldadura en tapón o en botón Cuando solamente un componente de una junta va a ser preparado, como para una soldadura con bisel en 1/2 V, la flecha va a tener una interrupción y va a apuntar hacia el componente que debe ser preparado. Dichas juntas van a ser mostradas siempre con una flecha quebrada cuando no se den detalles sobre la junta. Si es obvio cual de los componentes va a ser preparado, la flecha no necesita ser quebrada. La figura 4.49 ilustra el uso de la flecha quebrada. Símbolos combinados de soldadura Algunas juntas soldadas requieren más de un tipo de soldadura. Este es un hecho común en juntas soldadas con bisel para la fabricación estructural. A menudo la soldadura con bisel es terminada con una soldadura de filete. Como se muestra en la

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Figura 4.49 – Uso de la flecha quebrada

Figura 4.50 combinados

Símbolos

de

soldadura

Líneas de referencia múltiples La adición de uno o más líneas de referencia a la simbología de soldadura es aplicada por diversas razones. Primero, éstas son usadas para mostrar la secuencia de operaciones. Esto es, la primera operación (mostrada en la línea de referencia más cercana a la flecha) debe ser realizada antes de que la operación sucesiva sea realizada. Segundo, el agregado de líneas de referencia extras es también empleado cuando debe ser incluida información suplementaria para cada soldadura, en combinación con el símbolo o en la cola. La figura 4.51 ilustra este uso.

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Figura 4.52 – Símbolos suplementarios

ser usada cuando la terminación es necesaria pero el método no ha sido aún determinado. La figura 4.53 ilustra el uso de los símbolos suplementarios de terminación y forma. Métodos mecánicos: C= Cincelado G= Amolado H= Martillado M= Mecanizado R= Laminado U= No especificado

Figura 4.51 – Uso de la línea de referencia múltiple para significar el orden de las operaciones

Símbolos de soldadura en campo

SÍMBOLOS SUPLEMENTARIOS Los símbolos suplementarios son usados en combinación con el símbolo de soldadura y puede indicar la longitud de la soldadura, la apariencia de la soldadura, el material incluido en la preparación de la junta soldada, o indicar cuál soldadura es realizada en algún lugar diferente a la fábrica. Ciertos símbolos suplementarios son usados en combinación con los símbolos básicos de soldadura, otros van a aparecer en la línea de referencia. La figura 4.52 identifica estos símbolos suplementarios. Métodos de Acabado Los símbolos suplementarios especificando forma son incluidos con el símbolo de soldadura cuando la superficie terminada de la soldadura deba aparecer plana, cóncava o convexa. Ciertos símbolos de terminación superficial de mecanizado pueden ser añadidos para indicar el tipo de método usado para obtener la forma deseada. Estos métodos mecánicos son indicados mediante el uso de una letra designada, que significa el método de terminación requerido; pero no el grado de terminación. La letra U puede

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Figura 4.53 – Contorno – Símbolos de soldadura en campo y de acabado

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Los símbolos de soldadura en campo son soldaduras no hechas en el taller o en el lugar donde las partes o ensambles son inicialmente construidos. El símbolo conocido como bandera de campo es ubicado arriba o abajo, y en ángulo recto respecto de la línea de referencia en la unión con la flecha. No tiene importancia de que lado se coloca respecto de la soldadura requerida. La bandera puede apuntar en una u otra dirección o en la misma dirección que la flecha. La figura 4.53, muestra una cantidad de símbolos de soldadura usados en combinación con los símbolos de soldadura en campo. Símbolos de sobreespesor de raíz por penetración (melt thru) El símbolo sobreespesor de raíz por penetración (melt through) es usado únicamente cuando se necesita penetración total de la raíz además de sobreespesor de raíz, en soldaduras hechas de un lado. El símbolo es colocado en el lado de la línea de referencia opuesto al símbolo de soldadura. La altura de sobreespesor de raíz requerida es especificada colocando la dimensión requerida en la derecha del símbolo sobreespesor de raíz por penetración (melt through). Ejemplos

de estro son mostrados en la figura 4.54. La altura de sobreespesor de raíz puede no estar especificada. Los símbolos sobreespesor de raíz por penetración (melt through) usados con la simbología de soldadura en borde de componente curvo es también colocado en el lado opuesto a la línea de referencia y el símbolo se mantiene igual mientras la junta es detallada o no se detalla en el plano. Cuando el símbolo de sobreespesor de raíz por penetración (melt through) es usado en combinación con la simbología de soldadura de junta en L de componente curvo es también colocado en el lado opuesto a la línea de referencia, de todos modos la fle cha va a estar quebrada y apuntando al componente que está curvado cuando ningún detalle sea dado.

Figura 4.54 – Uso del símbolo de sobreespesor de raíz por penetración

Figura 4.55 – Símbolo de soldadura en L con componentes curvos con el símbolo de s obreespesor de raíz aplicado

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Símbolos de respaldo y de separador Las juntas con respaldo son especificados colocando el símbolo de respaldo en el lado de la línea de referencia opuesto al símbolo de soldadura con bisel. Si el respaldo va a ser removido después de soldar, una “R” es colocada adentro del símbolo de respaldo; ver figura 4.56. El material y las dimensiones del respaldo son especificados en la cola del símbolo o en una nota colocada en el plano cerca de la junta a soldar. El símbolo de respaldo es distinto del símbolo de soldadura de reverso y del símbolo de soldadura de respaldo. Respaldo es un material o un mecanismo colocado en la parte trasera de un bisel. Las soldaduras de respaldo y de reverso son soldaduras aplicadas a la parte de atrás de una junta. El símbolo de respaldo, aunque parecido al de soldadura en tapón o en ojal, es distinguido por la presencia del símbolo de soldadura con bisel, con el cual es usado.

Figura 4.56 – Uso del símbolo de respaldo

Figura 4.57 – Símbolo de soldadura con bisel con separador

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Las juntas que requieran separadores son especificadas modificando el símbolo del bisel para mostrar un rectángulo adentro de él. Los separadores son ilustrados en la figura 4.57. El separador es aplicado a las juntas soldadas de ambos lados y es generalmente centrado en el talón de los componentes preparados. Puede ser usado para mantener en posición aberturas de raíz críticas. El separador puede ser removido después de soldar de un lado en forma completa, o puede permanecer como parte de la junta soldada. Cuando se usa en combinación con líneas de referencia múltiple, el símbolo aparece en la línea más próxima a la flecha. Los materiales y dimensiones del separador son mostrados en la cola del símbolo o escritos en el plano cerca de la junta soldada. El símbolo del separador es centrado en la línea de referencia, y es similar a la apariencia de la junta soldada; centrándolo en la línea de referencia se distingue del símbolo de respaldo. Símbolos de insertos consumibles Los insertos consumibles son flejes o anillos de metal de aporte, sumados a la junta a soldar, que completamente se funden en los elementos a unir. El inserto puede tener una composición especial de metal de aporte para prevenir la porosidad y permitir que el metal soldado alcance los requerimientos específicos. Generalmente, los separadores son soldados con procesos de soldadura GTAW. El símbolo es especificado colocando el símbolo en el lado opuesto del símbolo de soldadura con bisel. El inserto consumible clase AWS es colocado en la cola del símbolo; los insertos son mostrados en la figura 4.58

Figura 4.58 – Símbolo de insertos consumibles

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Símbolo de soldadura todo alrededor Este símbolo, mostrado en la figura 4.59, es usado para mostrar aplicaciones de soldadura , hechas completamente alrededor de las juntas especificadas. El símbolo puede ser usado en combinación o con símbolos solos de soldadura. Las series de juntas pueden involucrar diferentes direcciones y pueden estar en más de un plano. El símbolo es centrado en la junta entre la línea de referencia y la flecha. Los símbolos de todo alrededor no son usados para soldaduras circunferenciales hechas alrededor de tubos.

Figura 4.59 – Símbolo de soldadura todo alrededor

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Figura 4.60 – Especificación de la extensión de la soldadura

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Figura 4.60 (continuación) – Especificación de la extensión de la soldadura

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Figura 4.60 (continuación) – Especificación de la extensión de la soldadura

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Figura 4.61 – Aplicacione s del símbolo de sobreespesor de raíz por penetración (melt through)

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Figura 4.62 – Aplicaciones de la simbología de soldadura “típica”

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SÍMBOLOS DE DIMENSIONAMIENTO DE SOLDADURA Ha sido previamente notado que cada símbolo básico de soldadura es un detalle en miniatura de la soldadura a ser colocada en la junta soldada. Por eso, si un grupo específico de dimensiones son sumadas al símbolo de soldadura; y las notaciones, especificaciones o referencias son colocadas en la cola del símbolo de soldadura; se elimina la necesidad de un esquema grande y detallado en el plano. Hay posiciones certeras, específicas y definidas en el símbolo de soldadura para designar las dimensiones de la soldadura. El tamaño de la soldadura o resistencia, longitud, paso o número puede ser especificado. Además, información dimensional con respecto a la abertura de raíz, profundidad del llenado, profundidad de la preparación y ángulo del bisel pueden ser incluidos. Cada elemento del símbolo de soldadura se convierte en una herramienta importante para el personal y el inspector de soldadura. Su habilidad como inspector para interpretar con precisión la simbología de soldadura es extremadamente importante, dado que la información en la simbología de soldadura afecta definitivamente las preparaciones o el ensamble de las partes. La información recogida mientras se interpreta un plano debe incluir la información especificada para la preparación de una junta o soldadura. Esta sección examina en detalle los aspectos de dimensionamiento de la simbología de soldadura para cada tipo de soldadura. SOLDADURA DE FILETE Las soldaduras de filete son dimensionadas de acuerdo al tamaño, longitud y paso cuando se indica. Las dimensiones de las soldaduras de filete son colocadas en el mismo lado de la línea de referencia como el símbolo de soldadura. Las dimensiones de las soldaduras de filete doble son colocadas en ambos lados de la línea de referencia aún cuando sean diferentes o idénticas. Las dimensiones de la soldadura de filete especificadas en las notas del plano no necesitan ser repetidas en el símbolo. Las figuras 4.63 a 4.65 ilustran estos aspectos. Las dimensiones de una soldadura de filete son colocadas a la izquierda del símbolo, y no van entre paréntesis como en el caso de las

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soldaduras con bisel. Soldaduras de filete de catetos desiguales son también colocadas a la izquierda del símbolo de soldadura. La información de las dimensiones no va a indicar que tamaño se aplica a uno u otro de los catetos; esto debe ser mostrado por un detalle en el plano o nota.

Figura 4.63 – Dimensiones de la soldadura de filete

Figura 4.64 – Tamaño – Soldaduras de filete con catetos desiguales La longitud de una soldadura de filete es colocada en la izquierda del símbolo. Las dimensiones de longitud no aparecen cuando la soldadura es hecha sobre toda la longitud de la junta. La extensión de la soldadura de filete puede ser gráficamente representada con el uso de sombreado cruzado en conjunto con los objetos del plano y las dimensiones. La simbología de soldadura par ubicaciones y tamaños específicos puede también ser hechos en conjunto con las dimensiones de plano. El paso (medido de centro a centro) de las soldaduras es

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colocado a la derecha de la longitud y separado por un guión.

dimensionales distinguen a la soldadura en tapón de la soldadura en ojal o ranura; primero, la soldadura en tapón o botón se mide por el diámetro mientras que la soldadura en ojal o ranura se mide por el ancho. El tamaño de la soldadura en tapón o botón es indicado por el uso de un símbolo de diámetro. Este símbolo es omitido en la especificación de soldadura en ojal o ranura, ya que se especifica el ancho. Segundo, la longitud es empleada en la soldadura en ojal o ranura. El paso para una soldadura en ojal o ranura es colocado en la misma posición que la longitud de soldadura. Tercero, la posición y orientación de los ojales debe ser indicada en el plano. Ver figuras 4.67 y 4.69.

Figura 4.65 – Soldaduras de filete – Longitud Paso En soldadura de filete discontinua simétrica las dimensiones son colocadas en ambos lados de la línea de referencia; las soldaduras son hechas opuestas una a la otra sobre ambas juntas. Para la soldadura de filete discontinua asimétrica las soldaduras son dimensionadas de la misma manera, con soldaduras colocadas en lo lados opuestos de las juntas, pero no opuestas una a otra; están espaciadas simétricamente. La figura 4.66 muestra la longitud y la convención para soldadura de filete discontinua. Las figuras 4.70 a 4.73 muestran ejemplos adicionales de dimensionamiento de soldaduras de filete.

Figura 4.66 – Soldaduras de filete discontinuas Soldaduras en botón o tapón y en ojal o ranura Las soldaduras en tapón o botón y en ojal o ranura son identificadas mediante el mismo símbolo de soldadura; la posición del símbolo de soldadura para ambos tipos puede ser a uno u otro lado de la línea de referencia. Tres elementos

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Figura 4.67 – Diferencias entre soldaduras en botón y en ojal Las soldaduras en tapón o botón son dimensionadas de acuerdo al tamaño de la soldadura, ángulo de avellanado, profundidad del relleno, paso y número de soldaduras requeridas. La información de soldadura en tapón o botón es colocada en el lado de la línea de referencia donde el símbolo aparece. La flecha de la simbología de soldadura debe conectar la línea de referencia de la simbología de soldadura a la superficie exterior de uno de los componentes a unir en la línea central de la soldadura deseada. Ver figura 4.68.

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4.73 (A). Ver figura 4.74 para otros ejemplo de dimensiones en soldaduras en tapón o botón.

Figura 4.68 – Dimensiones de las soldaduras en botón El tamaño de la soldadura en tapón o botón es colocado en la izquierda del símbolo, sin tener en cuenta la flecha o el significado del otro lado. El tamaño es determinado por el diámetro del agujero en la superficie de contacto. El ángulo de avellanado para soldadura en tapón o botón es colocado arriba o debajo del símbolo de soldadura dependiendo de la ubicación del símbolo sobre la línea de referencia. La profundidad del relleno es indicada colocando la cantidad en el interior del símbolo de soldadura (cuando sea menos que el total). Si se omite la dimensión, esto indica que el agujero debe ser completamente rellenado. El paso, es colocado a la derecha del símbolo de soldadura. El separación en cualquier configuración diferente a una línea recta debe ser marcado en el plano. Numero de soldaduras en tapón o botón. Cuando un número definido de soldaduras en tapón o botón son requeridas, el número deseado es especificado entre paréntesis del mismo lado de la línea de referencia como el símbolo de soldaduras. La dimensión es colocada encima o debajo del símbolo de soldadura dependiendo de la posición del símbolo sobre la línea de referencia. Los contornos en soldaduras en tapón o botón que sean obtenidos por soldadura, tendrán superficies aproximadamente planas o convexas. Cuando es especificada una terminación de la soldadura, es aplicada la letra apropiada encima del símbolo de contorno. Algunas veces el tipo de soldadura especificada para agujeros va a requerir soldadura de filete. En esos casos, el símbolo de soldadura en tapón o botón no va a estar especificado; en cambio, el símbolo de soldadura de filete será usado, y un símbolo de todo alrededor es generalmente incluído para completar la configuración de soldadura requerida. Ver figura

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Soldaduras en ojal o ranura Las soldaduras en ojal o ranura son dimensionadas de acuerdo al ancho, largo, ángulo de avellanado, profundidad de relleno, paso y el número de soldaduras requerido. La información sobre soldadura en ojal o ranura es colocada en el lado de la línea de referencia donde el símbolo de soldadura aparece. La flecha de la simbología de soldadura debe conectar la línea de referencia de la simbología de soldadura con la superficie exterior de uno de los componentes de la junta en el centro de la soldadura deseada. Además, la ubicación y orientación de los ojales debe estar especificada en el plano. Ver figura 4.69.

Figura 4.69 – Dimensiones de las soldaduras en ojal Ancho de la soldadura en ojal o ranura: se coloca a la izquierda del símbolo, sin tener en cuenta la flecha u otro significado de posición. El ancho es la dimensión del ojal, medida en la dirección del eje menor en la superficie de contacto. Largo de la soldadura en ojal o ranura: se coloca a la izquierda del símbolo, sin tener en cuenta la flecha u otro significado de posición. El largo es la dimensión del ojal medida en la dirección del eje mayor en la superficie de contacto. Ángulo de avellanado para una soldadura en ojal o ranura: se coloca arriba o debajo del símbolo de soldadura dependiendo de la ubicación del símbolo sobre la línea de referencia. El ángulo de avellanado es el ángulo incluido de biselado del ojal. Profundidad de relleno: se indica colocando la dimensión adentro del símbolo de soldadura en ojal o ranura, cuando el relleno no sea total. Si la dimensión ha sido omitida, esto indica que el agujero va completamente relleno.

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Figura 4.70 – Especificación del tamaño y la longitud de soldaduras de filete

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Figura 4.71 – Especificación de la posición y extensión de las soldaduras de filete

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Figura 4.72 – Aplicaciones de los símbolos de soldaduras de filete

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Figura 4.73 – Aplicaciones de l símbolo de soldadura de filete

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Figura 4.74 – Aplicaciones de las dimensiones a soldaduras en botón

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Figura 4.75 – Aplicaciones de las dimensiones a soldaduras en ojal

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Separación o paso (es la distancia de centro a centro de uno o más soldaduras en ojal o ranura) : se coloca a la izquierda del largo, separado por un guión. Número de soldadura en ojal o ranura: cuando se requiera un número definido de soldaduras en ojal o ranura, el número deseado se especifica entre paréntesis en el mismo lado de la línea de referencia del símbolo de soldadura. Esta dimensión se coloca arriba o abajo del símbolo de soldadura, dependiendo de dónde se haya colocado el símbolo de soldadura respecto a la línea de referencia. Si el ángulo de avellanado está incluido en la simbología de soldadura, el número requerido de soldaduras en ojal o ranura se coloca arriba o abajo del ángulo de avellanado como sea apropiado. Ver figura 4.75 para ejemplos de dimensionado de soldaduras en ojal o ranura. Los contornos de las soldaduras en ojal o ranura que se obtienen por soldadura, van a tener una apariencia superficial aproximadamente plana o convexa. Cuando una soldadura posterior de acabado (contorno obtenido después de soldar) es especificada, la letra apropiada se aplica encima del símbolo de contorno. Esto significa el método empleado para obtener el contorno deseado, pero no especifica el grado de acabado. El grado de acabado se indica por una nota en el plano, o en un detalle. Algunas veces el tipo de soldadura especificada para una soldadura en ojal o ranura va a requerir una soldadura de filete. En estos casos, el símbolo de soldadura en ojal o ranura no va a estar especificado; en cambio va a ser aplicado el símbolo de soldadura de filete y el símbolo de todo alrededor. Soldadura por Proyección y por Puntos La soldadura por proyección y por puntos comparten el mismo símbolo, un círculo colocado debajo, encima o montado sobre la línea de referencia. Pueden diferenciarse por diferencias en el proceso de soldado, diseño de juntas, detalles en el plano y la referencia en el pie. Soldadura por Puntos Una soldadura por puntos puede realizarse usando soldadura por resistencia, por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa (GTAW), por haz de electrones o por

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ultrasonido. Tiene aplicaciones limitadas cuando se realiza por arco alambre y protección gaseosa (GMAW) o por arco con electrodo revestido. La simbología de soldadura por puntos se coloca debajo, encima o centrada respecto a la línea de referencia dependiendo del proceso de soldadura empleado. La simbología de soldadura para dimensiones de la soldadura por puntos incluye: tamaño de soldadura o resistencia, separación y número de puntos. El proceso de soldadura está siempre indicado al pie del símbolo. Las dimensiones se colocan del mismo lado de la línea de referencia como el símbolo, o en cualquier lado en el caso que no haya flecha u otro significado de lado. Cuando la soldadura por puntos está agrupada, o esté especificada la extensión de la soldadura por puntos, el dimensionamiento y la ubicación van a estar claramente marcadas en el plano. El tamaño de la soldadura por puntos y la resistencia están colocados a la izquierda del símbolo. El tamaño de la soldadura es medido por el diámetro de la soldadura en el punto de contacto de las superficies de contacto de los componentes. O el tamaño o la resistencia, pero no ambas dimensiones, van a aparecer en conjunto con la simbología de soldadura. Separación o paso de una o más soldadura por puntos hechas en línea recta son indicadas colocando la distancia apropiada a la derecha del símbolo de soldadura por puntos. El número de soldaduras por puntos requerido se coloca encima o debajo del símbolo, dependiendo de la posición del símbolo, y está especificado entre paréntesis. Soldadura por puntos agrupadas pueden representarse por el uso de líneas de centro intersectantes. En este caso, flechas múltiples que conectan la línea de referencia de la simbología de soldadura van a apuntar hacia por lo menos una de las líneas de centro que pasan a través de cada posición de soldadura. Si la soldadura por puntos debe estar agrupada aleatoria mente, el área dónde las soldaduras van a ser aplicadas debe estar claramente indicada en el plano. Extensión de la soldadura por puntos. Algunas veces la soldadura por puntos puede extenderse menos que la distancia entre cambios abruptos en la dirección de soldadura, o menos que la extensión total de la junta. En los casos

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que esto ocurre, la extensión deseada de soldadura debe estar dimensionada en el plano. Los contornos de soldadura por puntos que son obtenidos por soldadura, van a tener una apariencia superficial que es aproximadamente plana o convexa. Cuando se especifica soldadura de terminación posterior, la letra apropiada es aplicada encima del símbolo de contorno. Esto significa el método empleado para obtener el contorno deseado, pero no especifica el grado de terminación. El grado de terminación está especificado por una nota en el plano. Ejemplos de dimensionamiento de soldadura por puntos son mostrados en las figuras 4.77 y 4.78. Soldadura por Proyección El símbolo de soldadura por proyección se coloca encima o debajo de la línea de referencia de acuerdo al diseño de junta o proceso usado (tipo soldadura por resistencia). El símbolo para este tipo de soldadura nunca es colocado montado sobre la línea de referencia. Cuando es usada soldadura por proyección, el proceso de soldadura, siempre será identificado al pie de la simbología de soldadura. La designación de lado del símbolo de soldadura por proyección indica cuál de los componentes es conformado (embossed). Ver figura 4.76. Soldadura por Costura El símbolo de soldadura por costura, puede o no tener lado de flecha u otro significado de lado, de acuerdo a la posición de la línea de referencia y el proceso de soldadura usado. Cuando el símbolo de soldadura es colocado centrado sobre la línea, no tiene significado de otro lado; a menos que, no especifique flecha y otro significado de lado. Las soldaduras de costura son dimensionadas de acuerdo al tamaño o resistencia, longitud y/o paso y el número de soldaduras requeridas. El proceso de soldadura usado va a ser especificado en la cola de la simbología de soldadura. Las dimensiones del tamaño o resistencia son colocadas a la izquierda del símbolo del mismo lado que la posición del símbolo de soldadura o a la izquierda en cualquier lado en el caso de que no tenga significado. El tamaño de la soldadura por costura es medido de acuerdo al ancho de la soldadura en la superficie de contacto

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de los componentes. La resistencia es especificada en libras por pulgada o en Newton por milímetro para sistema métrico. Las especificaciones de tamaño y resistencia no se especifican al mismo tiempo. Longitud y paso de la soldadura por costura: La longitud de una soldadura por costura se coloca del lado izquierdo del símbolo de soldadura. Si la soldadura se extiende a lo largo de toda la junta, o toda la distancia entre cambios abruptos de la dirección de la soldadura; se omite poner la longitud. Algunas veces, la soldadura por costura es hecha en forma discontinua. En estos casos debe colocarse el paso a la derecha de la longitud, separado por un guión. Si dos o más soldaduras por costura son aplicadas en forma discontinua, se entiende que la longitud y el paso son medidas en forma paralela al eje de soldadura. Cuando la orientación sea otra que la paralela al eje de soldadura, se especificará claramente en un detalle en el plano la orientación deseada. El número de soldaduras por costura requerido es colocado arriba o abajo del símbolo de soldadura (dependiendo de la ubicación del símbolo) y está especificada entre paréntesis. Los contornos de la soldadura por costura que son obtenidos por soldadura, van a tener una superficie de soldadura aproximadamente plana o convexa. Cuando sea especificada una soldadura de terminación, se aplica la letra apropiada encima del símbolo de contorno. Esto significa el método usado para obtener el contorno deseado, pero no especifica el grado de terminación. El grado de terminación se indica por una nota en el plano o un detalle. Ver figuras 4.79 y 4.80 para ejemplos de dimensionado de soldadura por costura.

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Figura 4.76 – Dimensiones de soldadura por proyección

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Figura 4.77 – Aplicaciones del símbolo de soldadura por puntos

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Figura 4.78 – Dimensiones de la soldadura por puntos

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Figura 4.78 (continuación) – Dimensiones de la soldadura por puntos

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Soldaduras de espárragos El símbolo de soldadura de espárragos es una nueva categoría de símbolo de soldadura. En el sentido común, el símbolo de soldadura por espárrago no indica la soldadura de una junta. Por este motivo no tiene el lado de la flecha o uno u otro lado. El símbolo está siempre colocado debajo de la línea de referencia y apunta siempre directamente hacia la superficie donde los espárragos son soldados. Los espárragos son dimensionados de acuerdo al tamaño del espárrago (izquierda del símbolo), separación (derecha del símbolo) y número de espárragos requeridos (colocados debajo del símbolo entre paréntesis). La ubicación del primer y último espárrago colocados en una línea va a ser dimensionada en el plano, y una flecha va a apuntar directamente hacia el comienzo de cada línea de espárragos. En el caso de líneas múltiples de espárragos, flechas múltiples van a apuntar hacia cada una de la s líneas. Ver figura 4.81. Soldaduras de recargue Muchas veces los soldadores van a ser llamados para colocar capas de soldadura (recargue) sobre superficies metálicas, o para hacer un rayado sobre equipos pesados. En las fábricas que incluyen talleres de maquinarias o departamentos de construcción o reparación, el soldador puede ser llamado para recargar un árbol u otras piezas, de manera que luego mediante un mecanizado se puedan alcanzar la dimensión deseada o el diámetro buscado. El recargue es también empleado para proveer resistencia a la corrosión o superficies resistentes al calor (enmantecado). En algunas aplicaciones de recargue, “pasadas de enmantecado” son soldadas a la superficie de componentes existentes, antes de que los componentes preparados sean instalados. El “enmantecado” es hecho para mantener al metal de soldadura uniforme (metalúrgicamente compatible), y en algunas aplicaciones, hacer una transición entre dos metales de soldadura disímiles. La soldadura de recargue pueden ser aplicadas usando una o múltiples pasadas, y pueden incluir una o más capas. Los símbolos de soldadura de recargue no indican juntas soldadas; por eso, no tiene significado el lado de la flecha u otro lado. El símbolo siempre aparece debajo de la línea de referencia como

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símbolo de soldadura. La flecha de la simbología de soldadura apunta claramente hacia el área ser recargada con la soldadura de recargue. Tamaño (mínimo espesor), las dimensiones son colocadas a la izquierda del símbolo de soldadura. La dirección de soldadura es colocada en la cola de la simbología de soldadura. La dirección puede también especificarse en el plano. En el caso de varias capas de soldadura de recargue, el uso de líneas de referencia múltiples puede ser empleado y esto puede mostrar el tamaño requerido (espesor) de cada capa y la dirección de soldadura en la cola del símbolo o en el plano. Cuando el área entera de la superficie va a ser recargada, no es necesario poner otra dimensión más que el espesor en la simbología de soldadura. En los casos en que solamente una porción del área va a ser recargada por soldadura de recargue, la extensión de la soldadura, la posición y la orientación van a ser mostrados en el plano. Ver figura 4.82 para dimensionamiento de soldadura de recargue.

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Figura 4.79 – Aplicaciones del símbolo de soldadura por costura

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Figura 4.80 – Dimensiones de la soldadura por costura

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Figura 4.80 (continuación) – Dimensiones de las costuras de soldadura

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Figura 4.81 – Aplicaciones del símbolo de soldadura por espárragos

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Figura 4.82 – Dimensiones de la soldadura de recargue

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Símbolos de soldadura de reverso y de respaldo Los símbolos de soldadura de soldadura de reverso y soldadura de respaldo son idénticos. El término soldadura de reverso o soldadura de respaldo esta especificado en la cola de la simbología de soldadura y provee una indicación de la secuencia de soldadura cuando es usado en combinación con un símbolo de soldadura que tiene una línea de referencia. Soldaduras de respaldo son hechas en el lado opuesto de una soldadura con bisel antes de que la soldadura con bisel sea aplicada. Cuando son mostradas en conjunto con un símbolo de soldadura que emplea líneas de referencia múltiples, el símbolo de soldadura de respaldo va a estar ubicado sobre la línea de referencia más cercana a la flecha. Soldaduras de reverso son hechas después de que el bisel ha sido soldado, generalmente después de que alguna operación de repelado o amolado haya sido realizada para asegurar que se remueva la primer raíz de soldadura. Cuando es usado con la simbología de soldadura teniendo líneas de referencia múltiples, el símbolo va a aparecer en la línea después de uno que contenga la simbología de soldadura con bisel. El símbolo siempre va a aparecer en le lado opuesto del bisel soldado. Los contornos de la soldadura de reverso o de la soldadura de respaldo que son obtenidos mediante soldadura, van a tener apariencias superficiales que son aproximadamente planas o convexas. Cuando esté especificada soldadura para terminación superfic ial, la letra apropiada es aplicada sobre el símbolo de contorno. Esto significa el método empleado para obtener ese contorno deseado, pero no especifica el grado de terminación. El grado de terminación es indicado por una nota en el plano, o un detalle. Ver figura 4.83 para ejemplos de uso de símbolos de soldadura de reverso y soldadura de respaldo. Símbolos de soldadura de componentes curvos Hay dos tipos de símbolos de soldadura de componentes curvos, el símbolo de soldadura de componentes curvos y junta en borde y el símbolo de soldadura de componentes curvos y junta en L. A diferencia de otra simbología de soldadura, el uso de estos símbolos no denota un tipo específico de soldadura, sino que, se refieren

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al tipo de junta usada. El o los tipos específicos de soldadura empleados dependen de la configuración de la junta de componentes curvos. El uso del símbolo de soldadura de componentes curvos es destinado para juntas de chapas metálicas. Los componentes son preparados doblando uno o ambos componentes externos de la junta. Una junta de componentes curvos puede también incluir varios componentes colocados entre los dos componentes externos. Fue previamente informado de la existencia de la clasificación de los cinco tipos de juntas con componentes curvos. Para este manual, solamente tres de las cinco clasificaciones pueden ser identificadas por un símbolo de junta de componentes curvos. Los primeros dos son el símbolo de junta en borde con componentes curvos y junta en L con componentes curvos. El tercer tipo de junta, una junta a tope con componentes curvos (sin símbolo específico) puede ser identificada por el empleo de un símbolo de junta en borde con componentes curvos por su parecido a la configuración de una junta en borde con componentes curvos. El símbolo de la junta en L con componentes curvos tiene una línea recta perpendicular dibujada a la izquierda y una línea perpendicular que se dobla afuera en la línea de referencia en el lado izquierdo. El símbolo de junta en borde con componentes curvos es dibujado con dos líneas perpendiculares que ambas se doblan afuera en la línea de referencia. En ambos símbolos tiene significado el lado de la flecha o el otro lado. Los símbolos de soldadura de componentes curvos no tienen significado de otro lado debido a la preparación de la junta de los componentes. Porque ambos componentes son componentes curvos para una junta soldada en borde con componentes curvos, el uso de una flecha quebrada no es necesario cuando la junta no está detallada. Porque solamente uno de los componentes tiene bordes curvos, una flecha quebrada debe usarse para apuntar hacia el componente con bordes curvos. Si la junta en L con componentes curvos está detallada en el plano, la flecha no necesita ser quebrada.

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soldada en el plano. La figura 4.85 ilustra esta convención. Los símbolos de contorno no son usados en conjunto con los de soldadura con componentes curvos. Ver figuras 4.86 y 4.87 para el empleo de símbolos de soldadura con componentes curvos. Figura 4.84 – Posición de las dimensiones de la soldadura con componentes curvos Se aplican tres dimensiones a los símbolos de soldadura de juntas con componentes curvos, radio del borde, medida del borde y espesor de soldadura. Todas las dimensiones son colocadas a la izquierda de la simbología de soldadura. Las dimensiones son leídas de izquierda a derecha, primero el radio, después la medida del borde, seguido por el espesor de soldadura centrado directamente debajo o encima de estas dos dimensiones dependiendo del la posición del símbolo de soldadura respecto de la línea de referencia. Una abertura de raíz (el tamaño especificado de la separación en la junta entre los componentes) también puede ser aplicada. La dimensión de la abertura de raíz es colocada adentro de la simbología de soldadura. Ver figura 4.84. Radio del borde y medida del borde son colocadas a la izquierda del símbolo de soldadura. Ambas dimensiones son separadas por un signo +. La dimensión del radio del borde aparece primero, seguida del signo más, después la medida del borde. Las dimensiones son leídas en ese orden (de izquierda a derecha) a lo largo de la línea de referencia. El espesor de soldadura se indica colocando la dimensión requerida encima o debajo del radio del borde y de la medida del borde como se aplica a la posición del símbolo de soldadura respecto de la línea de referencia. Abertura de raíz, las dimensiones son colocadas dentro del símbolo de soldadura. Cuando se requiera una junta con penetración total (JCP), el símbolo de sobreespesor de raíz por penetración (melt through) va a aparecer del lado opuesto a la línea de referencia. El símbolo de sobreespesor de raíz por penetración (melt through) es usado sin tener en cuenta a cualquier vista que detalle la junta

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Soldaduras con bisel Previamente, fue hecha una aclaración de que el símbolo de soldadura es un detalle en miniatura de l aparte o superficie hacia la cuál apunta. Las soldaduras con bisel requieren generalmente alguna clase de preparación de borde en la junta, y la abertura de raíz de todas las juntas de biseles afectan la preparación de las partes cuando es especificada una separación de los componentes. Ocho tipos de símbolos de soldadura con bisel han sido desarrollados de acuerdo a las normas ANSI/AWS A2.4 y son ilustrados en la figura 4.88. Todos los símbolos de soldadura con bisel tienen un lado de la flecha, un lado opuesto y un significado de otro lado. El símbolo de soldadura con bisel con bordes rectos puede no tener lado de la flecha o significado de otro lado, significando que la soldadura puede ser comenzada de cualquiera de los dos lados. Como con otros símbolos de soldadura, el significado de la localización es determinado por el lado de la línea de referencia sobre la cual el símbolo es colocado. Flechas quebradas son usadas con el símbolo de soldadura con bisel en V, bisel en J y bisel en ½ V ensanchado. El uso de una flecha quebrada para estos tres símbolos identifica que el componente de la junta debe ser preparado. No es necesario el uso de una flecha quebrada si la junta es detallada en el plano. Las dimensiones para un solo bisel son colocadas en el mismo lado de la línea de referencia como el símbolo. Para ambos biseles, las dimensiones son colocadas sobre ambos lados de la línea de referencia para cada bisel, excepto para la abertura de raíz que aparece solamente una vez. Ver figura 4.92(B).

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Figura 4.83 – Aplicación del símbolo de soldadura de reverso y de respaldo

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Figura 4.85 – Aplicaciones del símbolo de sobreespesor de raíz por penetración a soldaduras de componentes curvos

Figura 4.86 – Dimensiones de soldadura en borde con componentes curvos

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Figura 4.87 – Aplicaciones del símbolo de soldadura con componentes curvos

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Figura 4.88 – Símbolos de soldadura con bisel

Figura 4.89 – Profundidad de bisel –Tamaño de la soldadura con bisel Las dimensiones que son comunes a todas las soldaduras con bisel incluyen, profundidad del bisel, tamaño de la soldadura con bisel, abertura de raíz y ángulo de bisel. Dimensiones adicionales aplicables a soldaduras con bisel en J y en U incluyen al radio y al talón. El radio es también usado en la especificación del tamaño para la soldadura con bisel en ½ V ensanchado y para la soldadura con bisel en V ensanchado. Ver figuras 4.92 a 4.97. Profundidad de bisel es colocada a la izquierda del símbolo de soldadura representado por una “S” en la figura 4.89. La profundidad de bisel es definida como, “la distancia perpendicular desde la superficie del metal base hasta el borde de raíz o el comienzo del talón”. Ver figuras 4.94(A, B y C).

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Tamaño de la soldadura con bisel es, “la penetración de la junta adentro del bisel”. La penetración puede incluir la fusión del metal base en la profundidad del bisel o detrás de ella, la superficie del bisel y/o el talón, representada pro “(E)”en la figura 4.89. Las dimensiones del tamaño de la soldadura con bisel son colocadas entre paréntesis, entre la dimensión para la profundidad del bisel y el símbolo de soldadura. Ver figuras 4.92 hasta 4.97. Excepto para la soldadura con bisel con bordes rectos, el tamaño de la soldadura con bisel “(E)”, en relación con la profundidad de bisel “S”, es mostrada como “S(E)” a la derecha del símbolo de soldadura. Debido a la geometría de junta, los bordes rectos, solamente el tamaño de la soldadura “(E)” es mostrado para una soldadura con bisel con bordes rectos. Ver figuras 4.94-4.96 y 4.100. Abertura de raíz es, “la separación en la raíz de la junta entre las piezas” que forman la junta. La raíz de una junta es o “abierta” o “cerrada”. Cuando es indicada una separación, la dimensión de la abertura de raíz aparece adentro del símbolo de la soldadura con bisel. Esta dimensión es especificada solo una vez para una junta de bisel doble soldada, generalmente del lado de la flecha del símbolo de soldadura. Ver figura 4.101(D). La abertura de raíz afecta a la preparación de los componentes cuando en un plano se especifica el tamaño de diseño (dimensión general de los componentes después de la presentación), más que el tamaño real (tamaño verdadero de un componente después que las tolerancias son aplicadas). Las tolerancias deben ser usadas cuando una abertura de raíz es especificada en el símbolo de soldadura y son especificadas dimensiones de diseño para un objeto particular en el caso de un plano. Angulo de bisel, es especificado afuera del símbolo de soldadura, colocado encima o debajo del símbolo dependiendo de la posición del mismo respecto de la línea de referencia. El dimensionamiento del ángulo es especificado en grados, º, indicando el ángulo formado por los componentes a ser soldados. Cuando un ángulo de bisel afecta a ambos componentes (como V o U), el ángulo de chaflán para cada componente es igual a la mitad de la dimensión dada. Por ejemplo, para una soldadura con bisel en V con

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una dimensión de 60º, requiere que cada componente sea biselado a 30º. Cuando son combinados, ambos componentes forman un ángulo incluido, el ángulo de bisel, de 60º. Este no es el caso cuando solamente uno de los componentes es preparado. Por ejemplo: un soldadura con bisel en doble J especificando 15º del lado de la flecha, y 20º del otro lado, es interpretado como un ángulo incluido del lado de la flecha de 15º y otro de 20º del otro lado. En este caso el componente del lado de la flecha es preparado de ambos lados (con ángulos diferentes), pero el componente del otro lado permanece con sus biseles rectos. Ver figura 4.102(E). Radio y talón, las dimensiones pueden aplicar para juntas U o J. Estas dimensiones no aparecen en conexión con la simbología de soldadura. El radio y el talón son indicadas por una referencia a un detalle particular en el plano, una sección transversal y otra información al pie de la simbología de soldadura. Consideraciones del Tamaño de Soldadura y de la Profundidad de Bisel. El tamaño de la soldadura con bisel puede ser más pequeño que la dimensión dada por la profundidad de bisel (penetración parcial de junta); otras veces va a igualar la profundidad de bisel (junta con penetración total). Donde son especificados biseles dobles, el tamaño de la soldadura con bisel puede ser más largo que la profundidad de bisel sobre cada lado de la junta, y las soldaduras van a solaparse más allá de la profundidad de bisel (junta con penetración total). Ver figuras 4.92, 4.101 y 4.102. El inspector puede encontrar simbología de soldadura con bisel sin profundidad de bisel o sin tamaño de soldadura especificada. Cuando estas dimensiones son dejadas afuera de la simbología de soldadura, se requiere junta con penetración total. Esta regla es válida para todas las soldaduras con bisel simple y para aquellas de doble bisel que tengan geometría de junta simétricas, con componentes que tengan la misma geometría de borde de cada lado del componente. Ver figuras 4.93(D y E), 4.102 (A, B y D) y 4.103. Las soldaduras con bisel asimétricas que se extiendan completamente a través de la junta (junta con penetración total), requieren el uso de

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dimensiones de tamaño para la soldadura con bisel. Ver figura 4.96 (A y B). En algunas instancias la profundidad de bisel no va a estar especificada por la simbología de soldadura; solamente va a aparecer el tamaño de la soldadura con bisel. Esta técnica de dimensionamiento de la soldadura con bisel se aplica a soldaduras con bisel que se extienden solo parcialmente a través de la junta (penetración parcial). Ver figuras 4.93 (A, C y F). En algunas ocasiones, el tipo de junta de bisel soldada no está especificada en el plano. En esos casos la preparación de junta es opcional, y en algunos casos determinada, por un layout o por el personal de presentación. En estas situaciones el símbolo de soldadura es omitido. Cuando no sea provisto ningún símbolo de soldadura y la línea de referencia y la flecha apunte hacia la junta o el área soldada y las letras “CJP” sean mostradas al pie, esto indica que es requerida junta con penetración total y que la geometría de junta es opcional. Ver figura 4.96. Una segunda instancia usada para indicar geometría de junta opcional da solamente el tamaño de la soldadura con bisel y también omite el símbolo de soldadura. El tamaño de la soldadura con bisel es colocado en cualquiera de los dos lados de la línea de referencia como es requerido para mostrar la posición de la soldadura desde el lado de la flecha o el otro lado. Ver figura 4.99. Para soldaduras con biselen ½ V, en V, en J o en U, la profundidad de bisel solamente puede ser colocada a la derecha o sus respectivos símbolo de soldadura y el tamaño de soldadura con bisel puede aparecer en cualquier parte del plano. Si es este caso, se hará referencia al pie del símbolo de soldadura de la ubicación de cualquier tamaño requerido de soldadura con bisel. Soldaduras con bisel Ensanchado

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aspectos dimensionales para soldadura con bisel ensanchado.

Figura 4.90 – Tamaño del bisel ensanchado versus el radio

Figura 4.91 – Profundidad del bisel ensanchado Hasta aquí se han visto todos los símbolos de soldadura excepto los de bisel ensanchado. En muchos aspectos los biseles ensanchados son casos especiales dado que ellos no conforman todas las convenciones asociadas con otros tipos de soldadura con bisel. Las dimensiones referidas a profundidad de bisel y ángulo de bisel en una soldadura con bisel normal son funciones de la geometría de borde. Con las soldaduras con bisel ensanchado esas mismas dimensiones son referidas a la curvatura del metal base y pueden ir más allá del control del soldador. Penetración total puede no ser alcanzable en varias soldaduras con bisel ensanchado dado que la fusión ocurre a lo largo de la superficie de uno o ambos componentes mas que sobre el espesor. Como en otros casos, la curvatura en este tipo de biseles puede resultar en un tamaño de soldadura que es solamente una fracción del radio. Ver figura 4.90. También existe una distinción en la interpretación de la dimensión “S” (profundidad de bisel) para soldaduras con bisel ensanchado y una para las otras soldadura con bisel. Con las juntas de bisel ensanchado, la profundidad de bisel es definida como el radio, o el punto de tangencia, indicado mostrado en la figura 4.91. Tamaño de soldadura con bisel “(E)”, también se aplica a las soldaduras con bisel ensanchado. La figura 4.100 ilustra varios de los

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Símbolos Suplementarios para Soldaduras con bisel Los contornos de las soldaduras con bisel que son obtenidos por soldadura deben tener apariencias superficiales que son aproximadamente pla nas o convexas. Cuando una soldadura de terminación es especificada, la letra apropiada es aplicada encima del símbolo de contorno. Esto significa el método empleado para obtener el contorno deseado pero no especifica el grado de terminación. El grado de terminación es indicado por una nota en el plano, o por un detalle. Las juntas con soldadura con bisel que empleen un material de respaldo o un deposito son especificados colocando el símbolo de respaldo al costado de la línea de referencia opuesta al símbolo de soldadura con bisel. Si el respaldo va a ser removido después de soldar, una “R” es colocada en el símbolo de respaldo. El tipo de material o dispositivo usado, y las dimensiones del respaldo son especificadas en la cola de la simbología de soldadura o en el plano. Si bien una soldadura de respaldo es un respaldo en forma de soldadura, el símbolo de soldadura de respaldo representa a un material o dispositivo. Compare las figuras 4.104 y 4.105. Si una junta soldada particular por una soldadura con bisel requiere el uso de un separador, el símbolo específico de soldadura con bisel es modificado para mostrar un rectángulo dentro de él. Cuando las líneas de referencia múltiples son usadas en conexión con soldaduras con bisel y separadores, el símbolo del separador va a aparecer sobre la línea de referencia más cercana a la flecha. El material y las dimensiones para los separadores son indicados en la cola o en el símbolo de soldadura o en el plano. Ver figura 4.105(B y C). También son usados con la soldadura en bisel los insertos consumibles. Cuando sea especificado, el símbolo de inserto consumible es colocado en el lado de la línea de referencia opuesta al símbolo de soldadura con bisel. La información sobre AWS Class of Consumable Insert es colocada al pie de la simbología de soldadura. Ver figura 4.106. Información adicional, con respecto a clases de insertos, puede

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ser obtenida consultando ANSI/AWS A5.30, Specification for Consumable Inserts. Una práctica común asociada a la soldadura con bisel y junta con penetración total involucra al repelado. Cuando sea involucrado el repelado, la operación puede ser especificada usando o una simbología de soldadura de una sola línea de referencia o de múltiples líneas de referencia. Ver figura 4.107. Referencia el repelado es incluida en la cola de la simbología de soldadura. Cuando el repelado es usado para soldaduras con bisel doble asimétricas, el símbolo de soldadura debe mostrar la profundidad del bisel en ambos lados, al lado del ángulo de bisel y la abertura de raíz. Ver figura 4.107(A). Cuando la operación involucre soldaduras con bisel simples o dobles pero simétricas, la única información requerida es símbolos de soldadura, con ángulos de bisel y abertura de raíz. Ver figura 4.107 (B & C).

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Figura 4.92 – Aplicación de dimensiones a los símbolos de soldadura con bisel

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Figura 4.93 – Soldaduras con bisel – Profundidad de bisel no especificada

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Figura 4.94 – Tamaño de la soldadura con bisel – “(E)” Referido a la profundidad de bisel “S”

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Figura 4.95 – Especificación del tamaño de la soldadura con bisel y profundidad del bisel

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Figura 4.96 – Especificación del tamaño de la soldadura con bisel solamente

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Figura 4.97 – Soldaduras con bisel y de filete combinadas

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Figura 4.98 – Junta con penetración total con geometría de la junta opcional

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Figura 4.99 – Junta con penetración parcial con geometría opcional

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Figura 4.100 – Aplicaciones de los símbolos de soldadura con bisel en 1/2V ensanchado y V ensanchado

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Figura 4.100 (continuación) – Aplicaciones de l símbolo de soldadura con bisel en 1/2V ensanchado y V ensanchado

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Figura 4.101 – Especificaciones de la abertura de raíz para soldaduras con bisel

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Figura 4.102 – Especificación del ángulo de bisel de la soldadura con bisel

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Figura 4.103 – Aplicaciones de los símbolos de contorno plano y contorno convexo

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Figura 4.104 – Aplicaciones del símbolo de soldadura de reverso y soldadura de respaldo

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Figura 4.105 – Juntas con separador o con respaldo

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Figura 4.106 – Aplicación del símbolo de inserto consumible

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Figura 4.107 – Soldaduras con bisel con repelado

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Figura 4.107 – Soldaduras con bisel con repelado

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TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES Actual throat Garganta real: es la distancia más corta entre la raíz de la soldadura y la superficie de una soldadura de filete. Ver figura 4.27. Back weld Soldadura de reverso: es una soldadura hecha en el reverso de una junta soldada mediante soldadura con bisel de un solo lado. Backing respaldo: es un material o dispositivo colocado contra el reverso de una junta, o de ambos lados de una soldadura por electroescoria o electrogas para retener el metal de soldadura fundido. El material puede fundirse parcialmente o no durante la soldadura y puede ser metálico o no metálico. backing weld soldadura de respaldo: es soldar primero del reverso una junta. Ver figura 4.19 (F). backstep sequence paso peregrino: es una secuencia longitudinal en la que las pasadas de soldadura son hechas en la dirección opuesta al avance de la soldadura . Ver figura 4.35 (A). bevel chaflán: es un borde formado por la intersección de dos planos que forman un ángulo. bevel angle ángulo de chaflán: es el ángulo entre el chaflán de un componente de la junta y un plano perpendicular a la superficie de este componente, figura 4.14. Esta dimensión es igual a la mitad del ángulo de chaflán o del ángulo incluido cuando los bordes de los dos componentes de la junta son preparados en ángulo. Cuando uno solo de los componentes es preparado en ángulo, esta dimensión es todavía indicada en la misma posición en la simbología de soldadura que el ángulo de bisel, pero es igual al grado total de la preparación para el bisel. bevel groove weld

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soldadura con bisel en 1/2Vo en K: es un tipo de soldadura con bisel en el que uno de los componentes de la junta tiene un bisel simple (1/2V) o doble (K). y el otro bisel recto. Ver figura 4.15 (D1 & D2). block sequence secuencia en bloque: es una combinación entre una secuencia longitudinal y otra secuencia en sección transversal de una soldadura continua y de pasadas múltiples en la que cada incremento separado es completamente o parcialmente soldado antes de que se suelden otros incrementos. Ver figura 4.35 (B). boxing ????: es la continuación de una soldadura de filete alrededor de la esquina de un componente como si fuera una extensión de la soldadura del principio. buildup recargue: es una variación superficial en la cual un material de recubrimiento es depositado para alcanzar las dimensiones requeridas. butt joint junta a tope: es una junta entre dos componentes alineados aproximadamente en el mismo plano. Ver figuras 4.2 (A), 4.3 (A), 4.4, 4.5, esquema rincón superior izquierdo y 4.7. buttering enmantecado: es una variación superficial que deposita metal de recubrimiento en una o más superficies para proveer metal de soldadura metalúrgicamente compatible para la terminación de la soldadura subsiguiente. butting member componente a tope: es un componente de la junta que es impedido, por el otro componente de la junta, de moverse en la dirección perpendicular a su espesor. Por ejemplo, ambos componentes de una junta a tope, o un componente de una junta en T o de una junta en L. cascade sequence secuencia en cascada: es una secuencia combinada longitudinal y transversal en la que las

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pasadas de soldadura son hechas en capas solapadas. Ver figura 4.35 (C).

junta en L: es una junta entre dos componentes colocados aproximadamente en ángulo recto en forma de L o esquina.

chain intermittent fillet weld soldadura de filete discontinua simétrica: es una soldadura discontinua sobre ambos lados de una junta en la cual los aportes (longitudes) de un lado son aproximadamente opuestos a los del otro lado. Ver figuras 4.16 (F) y 4.33.

depth of bevel profundidad de chaflán o bisel?????: es la distancia perpendicular desde la superficie del metal base hasta el borde de la raíz o el principio de la superficie de la raíz, figura 4.14.

cladding plaqueado: es una variación de la superficie que deposita o aplica material de recubrimiento generalmente para mejorar la resistencia a la corrosión o al calor.

depth of fusion profundidad de fusión: es la distancia que se extiende la fusión en el metal base o en el cordón previo desde la superficie fundida durante la soldadura. Ver figura 4.23.

complete joint penetration junta con penetración total: es una condición en la raíz de la junta en una soldadura con bisel, en la que el metal de soldadura se extiende a través del espesor de la junta. Ver figura 4.26.

edge joint junta en borde: es una junta entre los bordes de dos o más componentes cercanos o paralelos o cercanamente paralelos. Ver figura 4.2 (E), 4.3 (E) y 4.11.

complete joint penetration weld soldadura con penetración total de junta: es una soldadura con bisel en la cual el metal de soldadura se extiende a través de todo el espesor de la junta. Ver figura 4.26.

edge preparation preparación de borde: la preparación de los bordes de los componentes de una junta mediante corte, limpieza, amolado u otros métodos.

concave fillet weld soldadura de filete cóncavo: es una soldadura de filete que tiene una superficie cóncava.

edge shape geometría de borde: es la forma del borde del componente de la junta. Ver figuras 4.3 a 4.11.

concavity concavidad: es la máxima distancia desde la superficie de una soldadura de filete cóncava perpendicular a una línea que une el talón de la soldadura.

edge weld soldadura en borde: es una soldadura en una junta en borde, una junta a tope de componentes curvos o una junta en L de componentes curvos en la que se funde todo el espesor de los componentes. Ver figura 4.20 (A & B).

convex fillet weld soldadura de filete convexo: es una soldadura de filete que tiente una superficie convexa. Ver figura 4.27.

effective throat garganta efectiva: es la mínima distancia menos cualquier convexidad entre la raíz de la soldadura y la superficie de una soldadura de filete.

convexity convexidad: es la máxima distancia desde la superficie de una soldadura de filete convexo perpendicular a una línea que une el talón de soldadura.

face reinforcement sobreespesor: es un sobreespesor de soldadura en el lado de la junta sobre el que fue hecha la soldadura. Ver figura 4.21 (A). faying surface

corner joint

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superficie de contacto: es la superficie de un componente que está en contacto con o próximo a otro componente al cuál va a ser soldado. fillet weld soldadura de filete: es una soldadura de sección transversal aproximadamente triangular que une dos superficies en ángulo aproximadamente recto en una junta solapada, en T o en L. Ver figura 4.16. fillet weld leg cateto de la soldadura de filete: es la distancia desde la raíz de la junta al talón de la soldadura de filete. Ver figuras 4.22 y 4.27. flange weld (término no std) flanged butt joint junta a tope con componentes curvos: es una junta a tope en la cual por lo menos uno de los componentes tiene una geometría de borde curvo en la junta. Ver figuras 4.3 (A) y 4.7. flanged corner joint junta en L con componentes curvos: es una junta en L en la cual el componente a tope tiene una geometría de borde curvo en la junta. Ver figura 4.3 (B) y 4.8. flanged edge joint junta en borde con componentes curvos: es la forma de una junta en borde en la cual al menos uno de los componentes tiene una geometría de borde curvo en la junta. Ver figura 4.8. flanged joint junta con componentes curvos: es uno de los cinco tipos básicos de juntas en la cual al menos uno de los componentes de la junta tiene una geometría de borde curvo en la junta de la soldadura. Ver figuras 4.3 y 4.6 a 4.11. flanged lap joint junta solapada con componentes curvos: es una junta solapada en la cual por lo menos uno de los componentes tiene una geometría de borde curvo en la junta, la soldadura en borde no es aplicable. Ver figuras 4.3 y 4.l0. flanged T-joint

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junta en T con componentes curvos: es una junta en T en la cual uno de los componentes a tope tiene una geometría de borde curvo en la junta, y la soldadura en borde no es aplicable. Ver figuras 4.3 y 4.9. flare-bevel-groove-weld soldadura con bisel en ½ V ensanchado: es un tipo de soldadura con bisel en el que los componentes de la junta pueden tener una geometría de borde redonda, medio redonda o curva; combinada con una geometría de borde recta. flare-v.groove weld soldadura con bisel en v ensanchado: es un tipo de soldadura con bisel en la cual los componentes de la junta pueden tener geometrías de borde medio redondas, redondas o curvas. Ver figuras 4.l5 (Hl & H2). fusion fusión: es cuando se derriten juntos el metal de aporte y el metal base, o el metal base únicamente, para producir una soldadura. fusion face superficie de fusión: es la superficie del metal base que va a ser fundida durante la soldadura. Ver figura 4.23 (A). fusion face área de fusión: es el área del metal base fundido como queda determinada en la sección transversal de una soldadura. groove angle ángulo de bisel: es el ángulo total incluido del bisel entre las piezas de trabajo, ver figura 4.l4. En las juntas donde ambos bordes de las piezas son preparados en ángulo esta dimensión es el total de ambas piezas ( mostrado como una magnitud en grados, colocado directamente arriba del símbolo de soldadura cuando se designa en el otro lado o directamente debajo del símbolo en las designaciones del lado de al flecha). groove face superficie del bisel: es la superficie de un componente de una junta incluida en un bisel. La distancia angula r entre la superficie del metal

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base y el borde de la raíz, incluyendo cualquier superficie de raíz, figura 4.l3. groove radius radio del bisel: es el radio empleado para darle la forma de J o U a la soldadura con bisel. Ver figura 4.14. groove weld soldadura con bisel: es una soldadura hecha en una hendidura formada entre dos piezas. Ver figura 4.l5. hardfacing recargue duro: es una variación de la superficie en la cual el material de recubrimiento es depositado para reducir el desgaste. incomplete joint penetration junta con penetración parcial: es una condición de la raíz de la junta en una soldadura con bisel en la que el metal de soldadura no se extiende a través del espesor de la junta. Ver figuras 4.25 y 4.26. J-groove weld soldadura con bisel en J: es un tipo de soldadura con bisel en el cual uno de los componentes de la junta tiene una preparación de borde en J o en doble J y el otro componente tiene una geometría de borde recto. Ver figura 4.l5 (F1 & F2). joint junta: es la unión de componentes o de los bordes de los componentes que van a ser unidos o que hayan sido unidos. joint design diseño de junta: es la dimensión, forma y configuración de la junta. joint filler junta de aporte: es una placa de metal insertada entre el componente yuxtapuesto y el componente más fino de la junta para acomodar los componentes de la junta de espesores disímiles en una junta a tope de componentes yuxtapuestos. Ver figura 4.4. joint geometry

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geometría de junta: es la forma y dimensión una junta en sección transversal antes de ser soldada. joint penetration penetración de junta: es la distancia que se extiende el metal de soldadura desde la superficie de la soldadura hacia la junta, excluyendo el sobreespesor de soldadura. joint root raíz de la junta: es la parte de una junta donde los componentes se aproximan lo más cerca uno al otro. Cuando es vista en sección transversal, la raíz de junta puede ser un punto, o una línea, o una superficie. Ilustrado en figura 4.l2. joint type tipo de junta: es una clasificación de juntas de soldadura basada encino tipos básicos de configuraciones como junta a tope, junta en L, junta en borde, junta solapada y junta en T. Ver figura 4.2. lap joint junta solapada: es una junta entre dos componentes solapados en planos paralelos. Ver figura 4.2 (D), 4.3 (D), 4.5 y 4.l0. nonbutting member ???????: es un componente de una junta que es libre de moverse en cualquier dirección perpendicular a su espesor. Por ejemplo, ambos componentes de una junta solapada o un componente de una junta en T o de una junta en L. Ver figura 4.5. partial joint penetration weld soldadura de junta con penetración parcial: es una condición de la raíz de junta en una soldadura de bisel en la que existe una penetración de junta incompleta. plug weld soldadura en botón o en tapón: es una soldadura hecha en una agujero circular en un componte de una junta fundiendo ese componte en otro componente. Una soldadura de filete en un agujero no es considerada una soldadura en botón. Ver figura 4.17 (A).

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projection weld soldadura por proyección: es un tipo de soladura asociado con el proceso de soldadura por resistencia que produce la soldadura por el calor obtenido de la resistencia a fluir de la corriente de soldadura. Las soldaduras a ser realizadas son colocadas en proyecciones, relieves, o intersecciones. Ver figura 4.18 (C). root edge borde de la raíz: es una superficie de raíz de ancho cero, ver figura 4.l3. root face superficie de la raíz: es la porción de la superficie de bisel adentro de la raíz de la junta. Figura 4.l3 (también conocido como nariz o landing). Aunque no se muestra por una dimensión en el símbolo de soldadura, cuando la profundidad de la preparación para una soldadura de bisel es obtenida del espesor de la pieza, la diferencia es igual a la superficie de la raíz de la junta. root opening abertura de raíz: es la separación entre los componentes. Ver figura 4.l4 (A & E). root penetration penetración de raíz: es la distancia que se extiende el metal de soldadura en la raíz de la junta. Ver figura 4.24. root reinforcement sobreespesor de raíz: es un refuerzo de soldadura opuesto al lado desde el cual la soldadura fue hecha. Ver figura 4.2l (C). root surface superficie de raíz: es la superficie expuesta de una soldadura opuesta al lado desde el cual la soldadura fue hecha. Ver figura 4.21 (C). scarf weld soldadura de inglete o en borde inclinado: es un tipo de soldadura de biesle asociado con brazing en el cual los componentes a unir de la junta tienen geometría de borde en ½ v. Las superficies de bisel de la junta son paralelas (se complementan). Ver figura 4.l5 (A).

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seam weld soldadura por costura: es una soldadura continua hecha entre o sobre componentes solapados, en los cuales la coalescencia puede empezar y ocurrir en la superficie de contacto, o puede proceder de la superficie exterior de uno de los componentes. La soldadura continua puede consistir de un solo cordón o de una serie de puntos de soldadura solapados. Ver figura 4.l9 (A, B, C & D). slot weld soldadura en ojal o en ranura: es una soldadura hecha en un oblongo de un componente de una junta que funde a ese componente con el otro. El agujero puede ser abierto en uno de sus extremos. Una soldadura de filete en un oblongo no es considerada como una soldadura en ranura. Ver figura 4.l7 (B). spliced joint ¿?????????: es una junta en la que una pieza adicional agranda la junta y es soldada a cada uno de los componentes. Ver figura 4.4. splice member ¿???????: es una pieza que expande la junta en una junta yuxtapuesta. Ver figura 4.4. spot weld soldadura por puntos: es una soldadura hecha entre o sobre componentes solapados en la que la coalescencia puede empezar y ocurrir en las superficies de contacto o puede proceder desde la superficie externa de uno de los componentes. La sección transversal de la soldadura (vista en planta) es aproximadamente circular. Ver figura 4.l8 (A & B). square groove weld soldadura con bisel recto: es un tipo de soldadura con bisel en la que uno de los componentes de la junta tiene geometría de borde recto. Ver figura 4.l5 (Bl & B2). staggered intermittent fillet weld soldadura de filete discontinua asimétrica: es una soldadura de filete discontinua sobre ambos lados de una junta en al que los aportes de soldadura (longitudinales) de una la do son

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alternados respecto de los del otro lado. Ver figuras 4.l6 (E) y 4.33. stringer bead cordón rectilíneo: es un tipo de cordón de soldadura hecho sin oscilaciones aparentes. Ver figura 4.32.

V-groove weld soldadura con bisel en V o en X: es un tipo de soldadura con bisel en la que los componentes de la junta tienen geometrías de borde en ½ v o en k. Las superficies de bisel de la junta están opuestas. Ver figura 4.l5 (Cl & C2).

stud weld soldadura de espárrago: es un tipo de soldadura asociado con el término general de unir un espárrago metálico o similar a una pieza. La soldadura puede ser realizada usando arco, resistencia o fricción o cualquier otro proceso de soldadura con o sin gas externo de protección. Ver figura 4.l7 (C).

weave bead cordón oscilante: es un tipo de cordón de soldadura hecho con una oscilación transversal. Ver figura 4.32.

surface preparation preparación superficial: son las operaciones necesarias para producir la condición superficial deseada o especificada. Por ejemplo los agujeros o ranuras en uno de los componentes de una junta solapada para realizar una soldadura en botón o en ranura.

weld face superficie de la soldadura: es la superficie expuesta de una soldadura del lado del cual fue hecha la soldadura. Ver figura 4.21 (A).

surfacing weld soldadura por recargue: es una soldadura aplicada a una superficie que no forme una junta, para obtener las propiedades o dimensiones deseadas. Ver figura 4.l9 (G). T-joint junta en T: es una junta entre dos componentes colocados aproximadamente en ángulo recto, formando una T. Ver figura 4.2 (C), 4.3 (C), 4.5 y 4.9. theoretical throat garganta teórica: es la distancia desde el principio de la raíz de la junta perpendicular a la hipotenusa del máximo triángulo rectángulo que puede ser inscripto dentro de la sección transversal de una soldadura de filete. La dimensión se basa en la suposición que la abertura de raíz es igual a cero. Ver figura 4.27. U-groove weld soldadura con bisel en U: es un tipo de soldadura de bisel en la que ambos componentes de la junta tienen geometrías de borde en j o doble j. Ver figuras 4.l5 (E1 & E2).

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weld bead cordón de soldadura: es la soldadura que resulta de una pasada. Ver figura 4.3l.

weld groove bisel de soldadura: es el canal en la superficie de una pieza o la abertura entre dos compensen de una junta que provee el espacio para contener a la soldadura. weld interface interface de soldadura: es la interface entre el metal de soldadura y el metal base en una soldadura de fusión, entre metales base en una soldadura en estado sólido sin metal de aporte, o entre metal de aporte y metal base en una soldadura en estado sólido con metal de aporte. Ver figura 4.23. weld layer capa de soldadura: es un solo nivel de soldadura adentro de una soldadura de pasadas múltiples. Una capa de soldadura puede consistir de un solo cordón o de cordones múltiples. Ver figura 4.31. weld pass pasada: es un solo avance de una soldadura a lo largo de una junta. El resultado de una pasada es un cordón de soldadura o una pasada. Ver figura 4.3l. weld reinforcement

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sobreespesor de soldadura: es el metal de soldadura en exceso respecto de la cantidad requerida para llenar una junta. Ver figura 4.21 (A). weld root raíz de soldadura: son los puntos, mostrado en sección transversal, en los que la superficie de la raíz intersecta a la superficie del metal. welding sequence secuencia de soldadura: es el orden en que se hacen las soldaduras en una junta soldada. Ver figuras 4.33, 4.34 y 4.35. weld throat garganta de soldadura: ver garganta actual, garganta efectiva y garganta teórica. weld toe talón de soldadura: es la unión de la superficie de soldadura con el metal base. Ver figura 4.21 (B).

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M ÓDULO 5 Módulo 5 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura DOCUM ENTOS QUE GOBIERNAN LA INSPECCIÓN Y CALIFICACIÓN DE SOLDADURA

El trabajo de inspección de soldadura requiere que el inspector posea, o tenga acceso a una gran cantidad de información y guías. A pesar que la inspección de soldadura para diferentes industrias puede ser similar en muchos aspectos, cada trabajo particular puede tener requerimientos que lo hacen único. La afirmación simple, “Las soldaduras deben ser buenas”, no es suficiente información para juzgar la calidad de la soldadura. Muchas veces se le requiere a los inspectores que evalúen otros aspectos de la fabricación fuera de la calidad de la soldadura. La condición de los distintos materiales usados para las estructuras soldadas afectará la calidad global. Sin información del proyectista o del Ingeniero en soldadura los inspectores en soldadura no pueden evaluar con respecto a la calidad de la estructura soldada. Para satisfacer esta necesidad, hay numerosos documentos disponibles para el proyectista, Ingeniero en soldadura e inspector de soldadura que establece que, cuando, donde y como se debe realizar la inspección. Muchos de estos documentos incluyen también criterios de aceptación. Existen en distintas formas, dependiendo en la aplicación específica. Algunos de los documentos que puede usar el inspector de soldadura incluyen planos, códigos, normas, y especificaciones. Los documentos de contrato u órdenes de compra pueden incluir información tal como cuál de los documentos anteriores será usado para dicho trabajo. En el caso donde más de uno de los anteriores esté especificado, tienen el objeto de ser usado uno en conjunto con el otro. Las especificaciones de trabajo pueden incluir requerimientos suplementarios que alteran partes del código o norma que gobierna. Es esencial para el inspector de soldadura tener la oportunidad de estudiar todo documento aplicable antes de comenzar el trabajo. Este esfuerzo previo a la soldadura provee al inspector de soldadura de la información sobre la soldadura que le tocará. Parte de la información que puede obtenerse del

estudio previo de los documentos incluye lo siguiente: • • • • • • • • • •

Tamaño y geometría de la pieza Metales base y de aporte a ser usados Requerimientos de puntos de espera Detalles de fabricación Especificación para inspección no destructiva Alcance de inspección Criterio de aceptación/rechazo Requerimientos de calificación para el personal Calificación de procedimiento y soldador Requerimientos de control de materiales

PLANOS Los planos describen la pieza con detalle gráfico. El inspector debe revisar las dimensiones de los planos, tolerancias, notas, soldadura y detalles de soldadura, y los documentos que acompañan. Esto da al inspector de soldadura alguna idea del tamaño y configuración de la pieza. Los planos también ayudan al inspector a entender como se ensambla el componente. Y, pueden ayudar a la identificación de los problemas que pueden aparecer durante la fabricación. Las dimensiones provistas en una copia tienen dos funciones básicas: • •

Para proveer las medidas necesarias par fabricar las piezas Para indicar las ubicaciones donde deben ubicarse los componentes individuales de cada parte.

En los planos las dimensiones se muestran de las formas más variadas. La forma y tamaño de un objeto determinan que método se elegirá para cada dimensión. La ubicación entonces se indica por medio de una línea y una

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1.375± ± .002

flecha. La ubicación de la dimensión en si misma depende de la cantidad de espacio disponible. En el ambiente de trabajo de hoy en día usted encontrará frecuentemente las dimensiones de los planos expresadas en pulgadas y decimales de pulgadas. En la medida que la fuerza laboral se mueve hacia el siglo veintiuno, el mundo se transforma en un mercado para bienes y servicios de todas las naciones, y cada vez más se le requerirá al inspector que trabaje con dimensiones expresadas en el sistema métrico. En el presente, muchas compañías que realizan comercio internacional usan sistemas de dimensiones duales en sus planos. Esto permite a las piezas a ser fabricadas, que sean fabricadas tanto en unidades US (Comerciales) o unidades SI (Sistema Internacional). Una práctica de dimensionamiento dual pone la medida en U.S. comerciales primero, y la medida SI en paréntesis directamente al lado o ligeramente debajo de esta. 1 1/2in. (38.1 mm) o 1.50 in. (38.1 mm)

(b) Tamaño de diseño con tolerancia.

1.375 + .003 (c) Un valor de tolerancia dado ( se asume –0.0) Figura 5.1 – Ejemplos de tolerancias

Las tolerancias también se aplican a las dimensiones de ubicaciones de elementos como agujeros, ranuras, entallas, superficies, soldaduras, etc. Generalmente las tolerancias deben ser tan grandes como sea posible, considerados todos los otros factores, para reducir los costos de fabricación. Las tolerancias pueden ser muy específicas y dadas con un valor particular de dimensión. También pueden ser más generales y dadas como una nota o incluida en el rótulo del plano. Las tolerancias generales se aplicarán a todas las dimensiones en la copia salvo que se indique otra cosa. Las tolerancias dan al CWI cierta libertad en función de la aceptación/rechazo durante las inspecciones de las dimensiones de soldadura y construcción soldada. Las notas de los planos dan tanto instrucciones como información que son agregados a las ilustraciones, así como la información contenida en el Rótulo, o Lista de Materiales. Las notas eliminan la necesidad de repetición sobre el plano, tales como tamaño de los agujeros a ser taladrados, presentadores usados, operaciones de mecanizado, requerimientos de inspección, etc.. Cuando las notas son muy largas; que es frecuente en grandes planos de fabricación estructural y arquitectura, son tipeadas o impresas en hojas separadas e incluidas junto con el juego de planos o en los documentos contractuale s. Esta es una razón por la cual el inspector debe revisar los documentos de contrato (conocidos a veces como “paquete de especificaciones”). Las notas pueden ser clasificadas como General, Local o Especificaciones dependiendo de su aplicación en la copia. Las notas generales

Algunas compañías también ubican un cuadro en la esquina superior izquierda del plano, que muestra las equivalencias SI. Esto se hace para ayudar a los trabajadores a “pensar en métrico”. Otra parte importante en los planos son las ‘tolerancias’. Las tolerancias son la cantidad total de variación permitida del ‘tamaño de diseño’ de la pieza. Las tolerancias, (ver Figura 5.1), pueden ser expresadas en tres maneras: 1) como una variación entre límites, 2) como el tamaño de diseño seguido por la tolerancia, o 3) cuando se da sólo un valor, el otro se asume como cero.

1.377 1.373 (a) Tolerancia expresada por límites

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se aplican a la totalidad del plano y generalmente se ubican sobre o a la izquierda del rótulo en posición horizontal. Este tipo de notas no están referenciadas en la lista de materiales y no son de áreas específicas de los planos. Si hay excepciones a las notas generales en la zona del

plano, la nota generalmente será seguida de “Excepto como se muestra”, “Excepto lo Notado”, o “Salvo que se Especifique Otra Cosa”. Estas excepciones se muestran por una nota local o información en la zona del plano.

Figura 5.2 – Ejemplo de un Plano de Fabricación Las notas locales o notas específicas se todos o varios elementos diferentes, pueden estar aplican sólo a ciertas características o áreas y se ubicados dentro de un espacio regulado provisto ubican cerca, y dirigidas a, la característica o para este propósito en la impresión, incluidos en área por una flecha y línea de referencia. Las el paquete de las especificaciones, o documentos notas locales pueden también ser citadas desde la de contrato. zona del plano o la lista de materiales por el El término “especificación” número de nota encerrado en un triángulo frecuentemente será incluido adelante del paquete equilátero (conocido comúnmente como de información para aclarar que es una “llamadas”). especificación para dicho plano o asignación de Las especificaciones presentadas como trabajo particular. En el caso de materiales, sin notas locales denotaran los materiales requeridos, embargo, la palabra especificación no es usada procesos de soldadura a ser usados, tipo y necesariamente, pero está implícita. Más adelante tamaño de los electrodos, y clase y tamaño de las en este módulo se presentará una discusión más varillas de soldadura. Las especificaciones se detallada sobre las especificaciones. ubican cerca de una vista cuando se refieren Los detalles de soldadura mostrados en específicamente a esa vista. Cuando las los planos u otros documentos incluyen especificaciones son generales y se aplican a ubicaciones, longitudes y tamaños de las

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soldaduras, configuraciones de junta, pedidos de materiales, especificaciones de ensayos no destructivos, y requerimientos especiales de proceso. Algunos materiales requieren técnicas especiales tales como precalentamiento. El inspector de soldadura debe estar enterado de esto antes del comienzo de cualquier soldadura. Alguno de los documentos aplicables pueden dictar también “puntos de espera”, durante el proceso de fabricación. Los puntos de espera son etapas específicas y preacordadas en el proceso de fabricación, para permitir inspección en el intervalo. El inspector debe estar presente para hacer la inspección o realizar algúna operación específica durante esas etapas. Sólo luego que se inspeccionó y aprobó la totalidad del trabajo, puede seguir la fabricación. Se le puede requerir al inspector de soldadura que elija cuando se realizarán dichos puntos de espera o deben ser subrayados en las especificaciones de trabajo. Los detalles de proceso también deben estar marcados en el paquete de información. Tales cosas tales como la especificación de cierta cantidad de curvatura en una viga, o el uso de pintura que requiere terminación especial de la soldadura, son ejemplos de aspectos que necesitan atención adicional por parte del inspector. El inspector de soldadura debe estar en conocimiento de tales detalles de manera que él o ella pueda monitorear la operación y revisar los resultados. La especificación del proceso de soldadura para un trabajo en particular es un ejemplo de detalle de fabricación de soldadura que el inspector debe conocer. Si el inspector conoce el proceso de soldadura y material a ser usado, pueden realizarse predicciones sobre que problemas pueden ocurrir y qué métodos pueden aplicarse para evitar que ocurran. Antes de soldar, el inspector debe revisar los procedimientos de soldadura para asegurar que se cubran adecuadamente todas las combinaciones de materiales, espesores, procesos, y posiciones. Estos procedimientos también le indicarán a él que aspectos importantes de la operación de soldadura deben ser monitoreados para ayudar a alcanzar una soldadura satisfactoria.

Otro ejemplo de un detalle de fabricación que puede ser incluido en las especificaciones de trabajo es el requerimiento de ensayos no destructivos de una soldadura terminada. Las especificaciones de ensayos no destructivos deben estar acompañadas por información adicional, incluyendo el método a ser usado, procedimiento de ensayo, ubicación y alcance de los ensayos, y criterio aplicable de aceptación/rechazo. Los documentos de especificación deben proveer al inspector también una descripción detallada de los requerimientos de inspección visual necesaria. Deben establecer el alcance de la inspección visual, indicando tanto si dicha inspección debe ser continua o en base a una verificación puntual. Acompañando dicha información debe haber exposición de los requerimientos de calidad, incluyendo el criterio específico de aceptación y rechazo. El inspector de soldadura no puede cumplir con sus tareas adecuadamente si no es provisto con los criterios apropiados de aceptación y rechazo. Un aspecto final de esta información se refiere a las calificaciones de personal que realizará un trabajo específico. Puede haber requerimientos específicos para personas calificadas en áreas de soldadura, inspección visual y ensayos no destructivos. El inspector de soldadura puede estar involucrado activamente en la revisión de la certificación del soldador o ensayos de calificación. Algunos contratos requieren cierto nivel de calificación para las personas que realizan inspección visual de soldadura y ensayos no destructivos. Los inspectores deben conocer los requerimientos para dichas certificaciones y calificaciones. Si existen tales requerimientos, la documentación debe mostrar evidencia de los niveles adecuados de calificación para cada individuo que realiza las inspecciones. De la discusión de arriba, es evidente que hay una gran riqueza de información que se provee en distintos tipos de documentos. Los documentos deben estar disponibles a tiempo para el inspector de soldadura de manera que pueda realizar una inspección efectiva. Los inspectores con experiencia pueden identificar posibles

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problemas puntuales y ubicar detalles que pueden hacer difícil el montaje. Si se encuentra en el proceso en forma temprana, pueden hacerse previsiones de manera que se eviten los problemas. Esta etapa preliminar del proceso de fabricación muy frecuentemente es tomada a la ligera. Se pueden evitar muchos errores si individuos con experiencia realizan esta revisión preliminar. Nuestra discusión sobre este punto fue limitada a un tratamiento general de los tipos de información contenida en distintos documentos que gobiernan la calidad de la soldadura. En este punto es apropiado describir cada tipo de documento en detalle. Probablemente se le pueda requerir al inspector de soldadura, que se refiera a ellos durante el curso de trabajo. Se estudiarán tres tipos básicos (códigos, normas y especificaciones). Esto no implica que estos sean los únicos documentos sobre los que estará interesado el inspector de soldadura. Cada inspector de soldadura es responsable por el estudio de los documentos que están involucrados en los proyectos inspeccionados. Más aún, el inspector debe familiarizarse con los distintos requerimientos y métodos que se describen aquí. Si usted revisa en el “Módulo 1Inspección de Soldadura y Certificación”, un atributo importante del inspector de soldadura es el conocimiento de los planos, códigos y normas. Esto no significa que el inspector de soldadura deba memorizar los contenidos de dichos documentos. Sin embargo, los inspectores deben estar suficientemente familiarizados con un documento para ubicar la información adecuada en forma pronta. Todos los documentos deben estar disponibles para una referencia inmediata cuando surgen las preguntas. El inspector de soldadura debe estar familiarizado con los documentos específicos relacionados con un trabajo particular. Un entendimiento básico de otros documentos y sus áreas de alcance también es beneficioso. Esto puede ser de ayuda para explicar ciertas condiciones. Entonces, se hará mención de varios de estas normas, códigos y especificaciones que pueden ser consultados para respuesta a preguntas en distintas áreas generales. La siguiente discusión trata

específicamente con tres categorías generales de documentos: códigos, normas y especificaciones. Un número de organizaciones son responsables de la producción y revisión de distintos documentos. Ellas incluyen, pero no se limitan a: • • • • • • • •

American Welding Society (AWS) American Society of Mechanical Engineers (ASME) American National Standard Institute (ANSI) American Petroleum Institute (API) American Bureau of Shipping (ABS) Department of Transportation (DOT) Military Branches (Army, Navy, etc.) Otras Agencias de Gobierno

CODIGOS La primer categoría de documento a ser discutido es un ‘código’. Por definición, un código es, “un cuerpo de leyes, como de una nación, ciudad, etc., dispuesto en forma sistemática para una referencia fácil”. Cuando se construye una estructura dentro de la jurisdicción de una ciudad o estado, frecuentemente deben cumplir con ciertos “códigos de construcción”. Debido a que el código consiste en leyes que tienen estatus legal, siempre será considerado mandatorio. Por esto, veremos que contiene palabras tales como “debe (deben)” y “deberá {will}”. Un código específico incluye algunas condiciones y requerimientos para el ítem en cuestión. Muy frecuentemente también incluirá descripción de métodos para determinar si se alcanzaron dichas condiciones y requerimientos. El inspector de soldadura frecuentemente inspeccionará el trabajo de acuerdo a algún código. Varias organizaciones incluyendo a AWS y ASME tienen códigos desarrollados para distintas áreas de interés. AWS publicó seis códigos, cada uno de los cuales cubre distintos tipos de aplicaciones de soldadura industrial: • • • • •

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AWS D1.1 Structural Welding Code-Steel AWS D1.2 Structural Welding CodeAluminium AWS D1.3 Structural Welding Code-Sheet Steel AWS D1.4 Structural Welding CodeReinforcing Steel AWS D1.5 Bridge Welding Code

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•

AWS D9.1 Sheet Metal Welding Code

•

Entonces, dependiendo del tipo de soldadura que se está realizando, pueden seleccionarse uno o más códigos para detallar los requisitos de calidad de soldadura. ASME también desarrolló varios códigos que se aplican a, recipientes y cañerías que contienen presión. Dos de esos, ASME B31.1, “Power Piping,” y B31.3, “Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping”, detallan aquellos requerimientos para ambos tipos de cañerías con presión. A pesar que llevan la denominación ANSI, fueron desarrolladas por ASME. ASME también desarrolló una serie de códigos aplicables al diseño y construcción de recipientes a presión. Debido a la variedad de aplicaciones de dichos recipientes, los códigos ASME existen como un juego de once secciones separadas. Las once secciones son:

•

• • • • • • • • • •

• • • • •

Section II, Parte A – Ferrous Material Specification Section II, Parte B – Nonferrous Material Specification Section II, Parte C – Specification for Welding Rods Electrodes, and Filler Metals Section II, Parte C – Properties Section V, Nondestructive Examination Section VIII Rules formulario Construction of Pressure Vessels Section IX Welding and Brazing Qualifications

Con tantas diferentes secciones involucradas, es imperativo que el inspector de soldadura entienda donde puede ser encontrada cada tipo de información específica. Debe notarse que la Sección II, Parte C, es esencialmente idéntica a AWS Filler Metal Specifucations; ASME adoptó la especificación AWS casi en su totalidad. Si el inspector se especializa en un área determinada, entonces sólo necesita estudiar la sección que cubre el tema de interés.

SECCIONES DEL CODIGO ASME Section I Rules for Construction of Power Boilers Section II Materiales Section III Subsection NCA – General Requirements formulario Division 1 and Division 2 Section IV Rules for Construction of Heating Boilers Section V Nondestructive Examination Section VII Recommended Guidelines for the Care of Power Boilers Section VIII Rules for Construction of Pressure Vessels Section IX Welding and Brazing Qualifications Section X Fiber-Reinforced Plastic Pressure Vessels Section XI Rules formulario Inservice Inspection of Nuclear Power Plant Components

NORMAS El próximo tipo de documento a ser cubierto será la ‘norma’. El diccionario describe a la norma como, “algo establecido para el uso como regla o base de comparación para medir o juzgar capacidad, cantidad, contenido, alcance, valor, calidad, etc.”. La norma se trata como una clasificación separada de documento; sin embargo, el término norma también se aplica a numerosos tipos de documentos, incluyendo códigos y especificaciones. Otros tipos de documentos considerados normas son procedimientos, prácticas recomendadas, grupos de símbolos gráficos, clasificaciones, definiciones de términos. Algunas normas se consideran mandatorias. Esto significa que la información es un requerimie nto absoluto. Una norma mandatoria es precisa, definida claramente y adecuada para su adopción como parte de una ley o regulación. Por esto, el inspector de soldadura debe hacer los juicios basados en el contenido de dichas normas. Estas normas mandatorias usan palabras tales como “debe (deben)” o “deberá” porque sus requerimientos no son asunto de elección. Los

Además de las once secciones citadas del código ASME, algunas secciones tienen más subdivisiones. A los inspectores de soldadura que inspeccionan de acuerdo al criterio de ASME se les puede requerir que se refieran a varias secciones individuales del código. Por ejemplo, en la secuencia de fabricación de un recipiente a presión sin fuego, de acero al carbono, las secciones usadas pueden incluir:

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Figura 5.3 – ASNT SNT-TC-1A Las normas nacionales son el resultado de votaciones elaboradas y procedimientos de revisión. Son desarrollados de acuerdo a las reglas establecidas por el American National Standards Institute (ANSI). Las normas procucidas por distintas organizaciones técnicas tales como AWS y la American Society of Mechanical Emgineers (ASME) son revisadas por ANSI. Cuando se adoptan, llevan la identificación de ambas organizaciones. Los ejemplos incluyen: ANSI/ASME B31.1, Sec. IX, Boiler and Pressure Code y ANSI/AWS D1.1, Structural Welding Code – Steel. Ver Figura 5.4 y 5.5. Otra norma común utilizada por algunos inspectores de soldadura del American Petroleum Institute API 1104, “Standard for Welding Pipelines and Related Facilities”. Como lo implica su nombre, esta norma se aplica a la soldadura de cañerías a través del territorio, y otros equipos usados en el transporte y almacenamiento de productos del petróleo. Esta norma cubre los requerimientos para la calificación de procedimientos de soldadura, soldadores y operadores de soldadura. Se aplica a soldadura por gas y por arco, de juntas a tope o en te en tubos usados en la compresión, bombeo, y transmisión de petróleo, derivados del petróleo, y gases combustibles. API 1104 también incluye los requerimientos para la inspección visual y radiográfica de dichas soldaduras. Ver Figura 5.6.

códigos son ejemplos de normas porque tienen estatus legal. Hay numerosas normas que proveen información importante, pero se consideran no obligatorias. Un ejemplo de normas no mandatorias podría ser una práctica recomendada. No son normas obligatorias porque pueden proveer otros caminos por los que se pueden alcanzar los objetivos. Las normas no mandatorias incluyen palabras tales como “debería” y “podría” en lugar de “debe” y “deberá”. La implicación aquí es que la información ha sido colocada para servir como guía para la realización de una tarea particular. Sin embargo, no significa que algo es rechazable debido a que no cumple con dichas orientaciones. A pesar que una norma puede ser considerada no mandatoria, igualmente provee información importante que no debería ser ignorada por el inspector. Las normas no mandatorias pueden proveer las bases para el desarrollo de documentos mandatorios. Tal es el caso para ASNT’s, “Recommended Practice No. SNT-TC-1ª”, “para establecer las orientaciones para la calificación y certificación de personal de NDT”. Ver Figura 5.3.

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Figura 5.6 – API Estándar 1104 Figura 5.4 – ASME B31.1, Sección IX

Figura 5.7 – Estándar ASTM Figura 5.5 – ANSI/AWS D1.1 La American Society for Testing and Materials (ASTM) produce muchos volúmenes de especificaciones que cubren numerosos materiales. Dichas normas incluyen tanto productos metálicos como no metálicos para

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muchas industrias. Como lo implica su nombre, también están involucradas en los detalles de los métodos para evaluar dichos materiales. Estas especificaciones son ampliamente reconocidas tanto por compradores como proveedores. El resultado es un mejor entendimiento de los requerimientos para materiales particulares y métodos de ensayo. Cuando se requiere un material o ensayo específico, es más fácil comunicar la información necesaria si la especificación existe y se puede obtener sin demora. Ver Figura 5.7.

El interés de muchos de estos grupos se solapa, con respecto a la soldadura, y se alcanzaron acuerdos para reducir la duplicación de esfuerzos. Las especificaciones que se aplican a un producto en particular son preparadas normalmente por el grupo que tiene la responsabilidad global. Cada organización que prepara normas de consenso o especificaciones, tiene comités voluntarios o grupos de trabajo para realizar esta función. Los miembros de estos comités o grupos de trabajo son especialistas en sus campos. Preparan los borradores de las especificaciones o normas para ser revisados y aprobados por grupos mayores. Cada comité principal se selecciona para incluir personas con distintos intereses incluyendo productores, usuarios, y representantes del gobierno. Para evitar control o influencia indebida por el interés de un grupo, se debe alcanzar consenso por un alto porcentaje de la totalidad de los miembros. El gobierno federal desarrolla o adopta especificaciones y normas para ítems y servicios que son del dominio público más que privado. Los comités de redacción de normas o especificaciones normalmente existen dentro del departamento o agencia federal que tiene la responsabilidad de un ítem o servicio particular. Otras organizaciones que han desarrollado especificaciones para sus industrias particulares son API y AWS. Las especificaciones API gobiernan los requerimientos para materiales y equipos usados por la industria del petróleo. AWS desarrolló un número de especificaciones que describen los requerimientos para los metales de aporte de soldadura y tipos especializados de fabricación. La serie A5.XX de especificaciones, AWS A5.1 hasta A5.31, cubren los requerimientos de distintos tipos de consumibles de soldadura y electrodos. Por ejemplo, A5.1 detalla aquellos requerimientos para electrodos de acero al carbono revestidos para soldadura por arco con electrodo revestido. La información provista incluye las clasificaciones de los electrodos, propiedades químicas y mecánicas de los depósitos de soldadura, ensayo requerido, detalle de los ensayos, requerimientos dimensionales, e

ESPECIFICACIONES La última clasificación de documento a ser discutida es la ‘especificación’. Este tipo se describe como, “una descripción detallada de las partes de un todo; presentación y enumeración de particularidades, como el tamaño real o requerido, calidad, performance, términos, etc.”. Una especificación es una descripción detallada o listado de los atributos requeridos de algún ítem u operación. No sólo se listan aquellos requerimientos, sino también puede haber alguna descripción de cómo serán medidos. Dependiendo de una necesidad específica, las especificaciones pueden existir en diferentes formas. Las compañías frecuentemente desarrollan especificaciones internas describiendo los atributos necesarios de un material o un proceso usado en su operación de fabricación. La especificación puede ser usada enteramente dentro de los límites de esa compañía, o puede ser mandada a los proveedores para detallar exactamente que quiere comprar la empresa. Cuando dichos requerimientos se ponen por escrito, hay más seguridad que el ítem o servicio que se provee alcanzará las necesidades del cliente. Tanto el los departamentos de ingeniería como de compras se basan fundamentalmente en especificaciones para describir sus requerimientos. Además, las especificaciones internas o especificaciones de las compañías, varias organizaciones publican especificaciones y normas que son disponibles en el ambiente de la industria. En la Tabla 5.1 se muestra una lista parcial de dichas organizaciones.

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información de embalaje. La especificación AWS A5.01, Filler Metal Procurement Guidelines, subraya procedimientos para la solicitud de los metales de aporte. AWS desarrolló otra serie de especificaciones para describir distintos requerimientos de fabricación para tipos particulares de equipos. Estas están indicadas con los números D14.1 hasta D14.6. En este grupo de documentos se incluye: • • • • • •

National Standard. Sin embargo, la adopción de una norma por parte de ANSI no da, por sí mismo, nivel de mandatorio. Otros países industriales también desarrollan y publican normas con respecto a la soldadura. También existe la International Organizations of Standarizations (ISO). Su meta es el establecimiento de normas uniformes para el uso de comercio e intercambio de servicios internacionales. ISO está construida por cuerpos de las normas escritos por más de 80 países y ha adoptado o desarrollado más de 4000 normas. ANSI es el representante designado para ISO por EEUU. Las normas y publicaciones ISO están disponibles por medio de ANSI. El American Welding Society (AWS) publica numerosos documentos que cubren el uso y control de calidad de la soldadura. Estos documentos incluyen códigos, especificaciones, practicas recomendadas, clasificaciones, métodos y guías. Las publicaciones del AWS cubren las siguientes áreas de temas: Definiciones y símbolos; metal de aporte; calificación y ensayos; procesos de soldadura; aplicaciones de soldadura; y seguridad. Ver Figura 5.8

D14.1, Specification for Welding Industrial Mill Cranes D14.2, Specification for Metal Cutting Machine Tool Weldments D14.3, Specification for Welding Earthmoving and Construction Equipment D14.4, Clasification and Application of Welded Joints for Machinery and Equipment D14.5, Specification for Welding Presses and Press Components D14.6, Specification for Rotating Elements of Equipment

Mientras que cada uno de los de arriba se refiere a los requerimientos generales de AWS D1.1, hay detalles provistos que alcanzan las necesidades específicas de tal estructura o componente particular. La American National Standards Institute (ANSI) es una organización privada responsable por la coordinación nacional de las normas para el uso dentro de los Estados Unidos. En realidad ANSI no prepara las normas. En cambio, forma grupos de revisión de interés nacional para determinar si las normas propuestas son de interés público. Cada grupo está compuesto por personas de distintas organizaciones interesadas con el alcance y disposiciones de un documento particular. Si se alcanza el consenso de una norma particular, entonces puede ser adoptada como un American

CONTROL DE MATERIALES En muchas industrias, un aspecto importante de la fabricación es la identificación y la trazabilidad de los materiales. Esto es aún más aplicable en recipientes a presión y trabajo en obras nucleares. Se le puede requerir a algunos inspectores que colaboren en ese programa de control de material como una parte de sus obligaciones regulares. Si ese es el caso, el individuo debe ser capaz de identificar adecuadamente el material y comparar la información con la documentación vinculada.

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Figura 5.8 – Normas AWS MTR que lo acompaña. Esta revisión puede ayudar a determinar si los materiales alcanzan todos los requerimientos aplicables de la especificación. Normalmente, el material estará identificado físicamente por su tipo, grado, colada, etc. Esta identificación puede estar pintada, estarcida, o anotada de otra manera en alguna ubicación visible en la superficie del material. El inspector debería comparar dicha información con la información contenida en el MTR para asegurar que se proveyó la información apropiada y que el material es realmente el que se solicitó. Para que un programa de control de material sea exitoso, debe haber algún sistema por medio del cual se pueda hacer algún seguimiento del material recibido a través de las distintas etapas de fabricación. La meta es ser capaz de una trazabilidad de cada pieza de material usada en algún componente fabricado en todo el camino hacia atrás hasta el MTR, y por esto, su fabricante. Mie ntras que no hay ningún requerimiento específico para muchos tipos de fabricaciones, hay industrias, tales como la industria nuclear o aeroespacial, que están extremadamente interesadas en este tipo de aspecto de la fabricación. La política de la compañía indicará que papel, si lo hay, tendrá el inspector de soldadura en el sistema de control de material. El inspector puede revisar realmente los documentos para acatamiento o verificar simplemente para asegurarse que alguien ya ha

Los materiales de fabricación soldada frecuentemente se ordenan con la estipulación de que alcanzan una cierta norma o especificación. Para demostrar este cumplimento, el proveedor debe proporcionar la documentación que describe las características importantes del material. Esta documentación del material a veces se conoce como “MTR”, que es una abreviatura de Informe de Ensayo de Materiales (Material (Laminación) Test Report), o “MTC” que es una abreviatura de Certificado de Ensayo de Materiales (Material (Laminación) Test Certificate). Estos documentos frecuentemente son informes certificados que hace el fabricante, tabulando las propiedades químicas y físicas para el material. Los atributos normalmente se enumeran como “nominales” o “reales”, o ambos. Las propiedades nominales son simplemente aquellos límites descritos por la especificación particular. Los atributos reales son las propiedades de los metales que han sido medidas físicamente y listadas específicamente en el MTR. Ambos indican que el material cumple con alguna especificación. Los límites reales describen las propiedades químicas y mecánicas medidas de ensayos que representan una chapa, tubo, barra, perfil, metal de aporte particular, etc. Ver Figura 5.9. Cuando llega a un lugar de fabricación el material ordenado bajo cierta especificación, el inspector puede ser responsable de revisar la

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realizado esa tarea. El inspector puede estar involucrado con la totalidad del sistema de control de material o con un aspecto particular, tal como la identificación de materiales para calificación de procedimiento. Un método exitoso para el control de materiales tiene varios atributos importantes. Primero, debe ser tan simple como sea posible. Si un sistema es muy complejo, puede que no sea seguido, dando como resultado una pérdida de control. Los sistemas simples que son entendidos por todos tienen más posibilidades de dar resultados satisfactorios. Otra característica importante es contengan verificaciones adecuadas y auditorias para asegurar que el sistema no se quebrará, dando lugar a la pérdida del trazabilidad. Hay varios modos efectivos para mantener la trazabilidad necesario de los materiales. Dependiendo del grado de control requerido, y el número de materiales diferentes esperados, una compañía puede desarrollar un sistema que alcance los requerimientos particulares. Si sólo se encontrarán dos o tres tipos de materiales, puede ser suficiente un sistema simple de segregación o separación. Este método requiere solamente que los tipos de materiales individuales sean almacenados separadamente. Esta separación se puede lograr usando canastos separados, marcados especialmente o usando los diferentes tipos de material en distintas áreas del movimiento de fabricación. Otra manera efectiva de mantener el control es con un sistema de códigos de colores. A los tipos o grados individuales de material se les asigna un color particular marcando con ese medio. Con la recepción del material, alguien es responsable de marcar cada pieza con el color apropiado. El código de colores ayuda a la identificación del material durante los siguientes pasos de fabricación. Se debe tener una precaución con el código de colores: se debe considerar la ‘firmeza’ del color, o la duración, debido a que muchos materiales coloreados pueden cambiar de color cuando se exponen a la luz solar o a las condiciones climáticas. Un cambio de colores debido a la exposición al sol

puede llevar a serios errores en el control de los materiales. Otro punto de interés es que los materiales para marcar no deben ser nocivos a los materiales; son ejemplos de estos los materiales de marcado con alto cloro que causan daño a los aceros inoxidables austeníticos, o contenidos de azufre dañando aleaciones de alto níquel. Otro método de control de material es el uso de un código alfanumérico. Ciertamente es posible mantener la trazabilidad del material transfiriendo toda la información de identificación a la pieza. Sin embargo, esta información puede ser muy extensa y requerir una considerable cantidad de tiempo y esfuerzo. El uso de códigos alfanuméricos puede eliminar la necesidad de transferir toda la información tales como tipo, grado, tamaño, número de colada, etc. en cada pieza. Un código alfanumérico corto, puede ser asignado a un grupo específico de materiales para simplificar la operación manteniendo la posibilidad de trazabilidad. Cuando se recibe un material de un tipo dado, grado, colada, etc. se le asigna un código tal como A1, A2, A3, . . . . , D1, D2, etc. Entonces la información del material se vuelca en una hoja de registro y asocia con un código alfanumérico apropiado. Una vez que se establece la relación, lo único necesario para seguir el material a través de los pasos de fabricación es el código específico. Es más probable que los códigos abreviados sean transferidos y mantenidos adecuadamente más que una identificación compleja y larga. El último método a ser discutido es el sistema de ‘código de barras’ que puede ser automatizado y es muy efectivo tanto para el control del material como para el control de inventario. Este sistema usa un grupo de líneas verticales cortas de diferentes anchos como marcador, sobre el materia l. Este código de barras puede ser aplicado manualmente en el campo, o automáticamente durante el sistema de fabricación. Se encuentran lectores de códigos de barras que pueden leer códigos de barras y traducir la información de las líneas al tipo, grado, composición química, etc. reales. Estos sistemas son muy efectivos y se están transformando en

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una opción para el control de materiales en muchas industrias. Con cualquiera de estos sistemas de marcado, la identificación podría ser aparente. Es una buena práctica asegurarse que la identificación esta ubicada en varios lugares de una pieza, si esta es grande. Como mínimo, la marcación debe ubicarse diagonalmente en esquinas opuestas de chapas, extremos de tubos, perfiles y barras. Si la pieza de material es cortada al medio, entonces la identificación permanece en ambas piezas. Si se realiza otro corte, se debe transferir la identificación a cada pieza, incluyendo la que queda almacenada. Muchos fabricantes de tubos están imprimiendo el tamaño de tubo, especificación de cañería, y número de colada cada seis pies, para una fácil identificación. Como se mencionó en la discusión precedente, el inspector de soldadura estará involucrado con la inspección con el sistema de control del material sólo cuando así lo dic te la descripción del trabajo. El inspector puede estar involucrado en la revisión y marcado o una simple verificación para asegurar que la identificación se encuentra presente en los materiales a ser soldados.

nacionalmente que están actualmente respaldados por sociedades, asociaciones comerciales, usuarios y productores individuales de metales y aleaciones. Ver Figura 5.10. La UNS es un medio para evitar la confusión causada por el uso de más de un número de identificación para el mismo material, o los mismos números que aparecen para dos o más materiales completamente diferentes. La práctica estándar iniciada por el Unified Numbering System ayuda a una identificación eficaz, mantener registros, almacenamiento de datos, recuperación y referencia cruzada de los metales y aleaciones. El sistema sin embargo no es una especificación que tenga en cuenta la forma, condición o calidad, etc. de los materiales cubiertos. Es sólo para el propósito de una identificación básica.

IDENTIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES Las identificaciones de aleaciones frecuentemente son desarrolladas por las asociaciones de industrias tales como la Society of Automotive Engineers (SAE), American Iron and Steel Institute (AISI), y la Copper Development Association (CDA). Los sistemas de identificación fueron creados para ayudar a aquellos que trabajan dentro de una industria particular, y frecuentemente con poca atención a las industrias fuera de su esfera de influencia. Por esto, las especificaciones para aleaciones desarrolladas por dichas diferentes asociaciones frecuentemente solapan o incluso usan idénticas denominaciones para aleaciones completamente diferentes, llevando a confusión o incluso errores en el uso de aleaciones. El ‘Unified Number Sistem’ (UNS) fue desarrollado en 1974 para ayudar a interconectar muchos sistemas de numeración usados

Figura 5.10 – UNS Metals & Alloys El UNS fue diseñado para asignar denominaciones alfanuméricas a cada familia de metales y aleaciones, que se considera que tienen una “posición comercial”, o un “uso de producción”. Esto significa los metales y aleaciones que tienen un uso industrial activo, o son producidos regularmente. El UNS establece

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..metales y aleaciones de bajo punto de fusión M00001-M99999 ..metales y aleaciones no ferrosas misceláneas N00001-N99999 ..níquel y aleaciones de níquel P00001-P99999 ..metales y aleaciones preciosas R00001-R99999 ..metales y aleaciones reactivas y refractarias S00001-S99999 ..aceros resistentes a la temperatura y a la corrosión (incluyendo inoxidables), aceros para válvulas, y “superaleaciones” de base de hierro T00001-T99999 ..acero de herramientas, forjados y fundidos W00001-W99999 .. metal de aporte de soldadura Z00001-Z99999 .. zinc y aleaciones de zinc

18 series de números principales para metales y aleaciones. Cada número consiste de una letra única como prefijo, seguida de cinco dígitos. En la mayoría de los casos la letra sugiere la familia de metales identificados (en inglés), (tal como A para aluminio o S para acero inoxidable (stainless steel). La Figura 5.11 identifica las series principales de números y la clasificación de metal o aleación para cada uno. Esta información se encuentra en SAE HS-1086/ASTM DS-56 E, Metals & Alloys in the Unified Numbering System, (una publicación conjunta por ambas organizaciones). Para ilustrar como puede hacerse una referencia recíproca de un metal existente y números de aleación, se dan los siguientes ejemplos:

Figura 5.11 – Números UNS Principales “UNS” – SERIES SECUNDARIOS DE NUMEROS W00000-G09999 ..soldadura, aporte – aceros al carbono W10000-G19999 ..soldadura, aporte –aleaciones manganeso - molibdeno W20000-G29999 ..soldadura, aporte –aceros al Ni W30000-G39999 ..soldadura, aporte – aceros inoxidables austeníticos W40000-G49999 ..soldadura, aporte - aceros inoxidables ferríticos W50000-G59999 ..soldadura, aporte – aceros de baja aleación al cromo W60000-G69999 ..soldadura, aporte – aleaciones de cobre W70000-G79999 ..soldadura, aporte – aleaciones para revestimiento W80000-G89999 ..soldadura, aporte – aleaciones de níquel

AISI – 1020 = ACERO AL CARBONO UNS – G10200 = ACERO AL CARBONO CDA – C36000 = LATON UNS – C36000 = LATON

Dentro de cada serie de “números principales de UNS”, se creó una “división secundaria” para clasificar los metales y aleaciones cubiertas en la denominación principal. Como muestra la Figura 5.12, los metales de aporte de soldadura han sido divididos en series secundarias de números dentro de la clasificació n principal de UNS. El lector debe notar, sin embargo, que la lista de metal de aporte se define por composición química y esta lista no debe confundirse con la designación ‘E’ del AWS para electrodo en su clasificación de electrodos de soldadura basado en el depósito de soldadura.

Figura 5.12 – Números UNS Secundarios La información provista dentro de esta sección del módulo es para propósitos ilustrativos, para dar a usted una comprensión de los sistemas de numeración de la especificación de material. Para una explicación más detallada, o para obtener listas adicionales incluidas en el Unified Numbering System for Metals and Alloys, el lector puede contactar una de las siguientes organizaciones (la dirección y números de teléfono de dichas organizaciones fueron listadas antes)

“UNS” – SERIE PRINCIPAL DE NUMEROS A00001-A99999 C00001-C99999 E00001-E99999 F00001-F99999 G00001-G99999 H00001-H99999 J00001-J99999 K00001-K99999

..aluminio y aleaciones de aluminio ..cobre y aleaciones de cobre ..tierras raras y metales similares y aleaciones ..fundiciones de hierro ..aceros al carbono y aleados AISI y SAE ..aceros-H AISI y SAE ..fundiciones de acero (excepto aceros de herramienta ..aceros y aleaciones ferrosas misceláneas

“UNS” – ORGANIZACIONES A LAS QUE SE ASIGNAN NUMEROS AA ASTM AWS CDC SAE

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Alluminium Association American Society for Testing and Materials American Welding Society Copper Development Association Society of Automotive Engineers

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ZI

Tratamiento Térmico. Se establecerán los detalles para ese tratamiento, para aleaciones que requieren algún tratamiento térmico. Requerimientos Químicos. Este párrafo se refiere simplemente a una tabla que enumera los requerimientos de composición química real. Es importante notar que normalmente se enumerarán distintos grados, y cada grado tiene distinto requerimiento de composición química. Requerimientos de Resistencia a la Tracción. Este párrafo se refiere simplemente a una tabla que define los valores requeridos de resistencia a la tracción para la aleación. Los valores de resistencia a la tracción normalmente son diferentes para distintos rangos de espesor. Requerimientos de Dureza Brinell. Para materiales que requieren ensayo de dureza Brinell, se establecen el alcance y requerimientos. Probetas de Ensayo. Se establece aquí cualquier información relacionada con la ubicación, preparación y tratamiento de las probetas de ensayo. Número de Ensayos. Se establece el número de probetas de ensayo requerido para mostrar conformidad. Reensayo. Este párrafo describe que procedimientos serán seguidos si falla cualquiera de las probetas de ensayo. Marcado. Este párrafo tiene en cuenta como se identificará el material. Requerimientos Suplementarios. Se establece cualquier detalle adicional que pueda ser requerido por el comprador. Estos no se consideran requerimientos salvo que lo establezca así el comprador.

Zinc Institute, Inc.

Figura 5.13 – Organizaciones de Tipos de Aleaciones Específicas Especificación Típica de Acero A veces se le pide al inspector de soldadura que compare las propiedades reales del material con los requerimientos especificados en la especificación del material. ASTM desarrolló numerosas especificaciones de material; aquellas que se refieren a metales contienen en gran medida información de tipo similar. Para familiarizarse con que tipo de información provista, así de cómo de la forma en que es presentada, se discutirá una especificación típica de acero. Para esto se usará la especificación ASTM A514, “Standard Specification for High Strengh, Quenched and Tempered Alloy Steel Plate, Suitable for Welding (Especificación Estándar para Chapas de Acero Aleados Templados y Revenidos de Alta Resistencia Adecuados para Soldadura)” para ilustrar alguno de los detalles que pueden estar incluidos en una especificación de acero típica. Se describen algunas de las secciones y aspectos importantes de esta especificación para poner al tanto al inspector de soldadura de los principios básicos de esas especificaciones. Alcance. Esta presentación explica exactamente que será descrito por la especificación. Esto es, define los límites hasta donde cubre la especificación. Documentos aplicables. Esta es una lista de otros documentos que pueden estar citados dentro del texto de la especific ación. Requerimientos Generales para la Entrega. Aquí se detallan las condiciones requeridas si se solicita material, para cumplir con dicha especificación. Las especificaciones de aceros normalmente se refieren a ASTM A6 en lugar de incluir todos los requerimientos en cada especificación individual. Proceso. Se enumeran los métodos aprobados para la producción de este producto.

Especificación Típica de Metal de aporte También se le puede requerir al inspector de soldadura que revise las propiedades del metal de aporte de soldadura para verificar la conformidad con la especificación aplicable. Una de esas especificaciones, AWS A5.1, “Specification for Covered Carbon Steel Arc Welding Electrodes (Especificación de Electrodos

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Revestidos para Soldadura por Arco de Aceros al Carbono)” servirá como ejemplo del tipo de información provista, así como descripción del significado de esa información. Algunos de los aspectos importantes de esta especificación son descritos a continuación.

plegado guiado longitudinal, y ensayos de soldadura de filete. Sección C – Fabricación, Embalaje e Identificación. Detalles de los requerimientos de especificación de esos aspectos. Sección D – Detalle de los ensayos. Describe los detalles reales de realizar los distintos ensayos usados para medir la adaptabilidad de un metal de aporte para alcanzar dicha especificación. También describe cuál de esos ensayos se requiere para cada clasificación. Apéndice. Contiene información adicional descriptiva acerca de ciertos requerimientos encontrados en el cuerpo principal de la especificación. Incluye información relacionada con el cuidado y uso del electrodo para cumplir con esta especificación.

Alcance. Este describe lo abarcado por esta especificación. Sección Generales

A

–

Requerimientos

Clasificación. Se establecen las bases para la clasificación. Se hace referencia a las distintas tablas que enumeran esas clasificaciones, basadas en el tipo de corriente, tipo de revestimiento, posición de soldadura, composición química, y propiedades mecánicas. Aceptación. Establece que el fabricante debe certificar que ese producto alcanza todos los requerimientos de esta especificación. Reensayos. Si alguno de los ensayos falla, se deben realizar dos reensayos y ambos deben aprobar. Método de Fabricación. Es satisfactorio cualquier método de fabricación que produce un producto acorde con esta especificación. Marcado. Establece cual es la mínima identificación que debe ser visible en el exterior de cada paquete. Embalaje. Describe el embalaje adecuado, incluyendo tamaños estándar y configuraciones. Procedimientos de Redondeo. Explica como se redondeará la resistencia a la tracción a las 1000 psi más cercanas.

Calificación de Procedimientos y Soldadores Parte de cada proyecto importante de soldadura, tanto si se realiza en el taller o en el campo, es la calificación de procedimientos de soldadura y soldadores u operadores de soldadura. Es uno de los pasos preliminares más importantes en la secuencia de fabricación. Muy frecuentemente los proyectos comienzan sin el beneficio de procedimientos de soldadura y soldadores probados. Esto puede llevar a excesivos porcentajes de rechazo en la producción debido a alguna deficiencia insospechada en la técnica, materiales, o habilidad del soldador. Durante el ensayo de calificación de habilidad, puede estar involucrado el inspector de soldadura. Las estructuras de las compañías particulares dictarán el grado en que el inspector estará involucrado en este proceso. Algunos códigos requieren que el inspector de soldadura presencie realmente la soldadura de calificación y el ensayo. En consecuencia, el inspector de soldadura debe conocer los distintos pasos en la calificación de procedimientos de soldadura y personal de soldadura. La mayor parte de los códigos ubican la carga de la responsabilidad de calificación en el fabricante o contratista. Por esto, las

Sección B- Ensayos Requeridos y Métodos de Ensayos. Describe los distintos ensayos químicos y mecánicos que pueden ser requeridos para juzgar la aceptabilidad de un metal de aporte con esa especificación. El ensayo incluye composición química, resistencia a la tracción de metal de aporte puro, impacto, ensayo volumétrico, resistencia a la tracción transversal,

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calificaciones de soldadura son declaraciones por parte de esas compañías, que los procedimientos y personal de soldadura han sido calificados de acuerdo con los códigos y especificaciones adecuados y se encontraron aceptables. Sin embargo, los fabricantes y contratistas inteligentes, se dan cuenta que la calificación de procedimientos y personal de soldadura en realidad dará como resultado una reducción de los costos. Cuando se califican personas y métodos, y se encuentran aceptables, es menos probable que haya costos excesivos causados por las soldaduras rechazadas y retrasos en los trabajos. Es mucho más económico encontrar una deficiencia durante la calificación que durante la producción real. El inspector de soldadura también puede estar involucrado con dichas calificaciones desde el punto de vista de la revisión de documentos. Una de las responsabilidades puede ser revisar tanto los formularios de procedimiento de soldadura como calificación de soldador para determinar si están de acuerdo con las especificaciones del código y del trabajo. Los inspectores de soldadura con experiencia se dan cuenta que numerosos problemas puntuales pueden ser detectados y corregidos previo a la soldadura si esa revisión se realiza cuidadosamente. Más aún, la mayor parte de los códigos dan autoridad al inspector de soldadura para requerir que los soldadores sean recalificados en caso de que continúen produciendo trabajos con calidad inferior a la establecida. Durante esta discusión de ensayo de calificación, las referencias a la soldadura no implican que sólo necesitan dichas medidas de calificación las soldaduras. El brazing, por ejemplo, también requiere procedimientos y personal calificados para resultados satisfactorios. Las técnicas específicas de ensayos de calificación para brazing pueden encontrarse en ASME sección IX, que describe los distintos pasos involucrados en la calificación de procedimientos y personal de soldadura. Debido a que los códigos importantes (e.g AWS D1.1, ASME sección IX, y API 1104) manejan este aspecto de la soldadura en forma ligeramente

diferente, serán marcadas algunas de esas diferencias. Igualmente, usted está urgido de referirse al código apropiado para una información específica sobre este punto. Calificación de Procedimiento El primero de los pasos en el proceso de calificación es el desarrollo del procedimiento de soldadura, y su desarrollo dentro del procedimiento de calificación. Este debe preceder tanto a la calificación de soldadura y soldadura de producción, porque determinará si la técnica y materiales reales son compatibles. En general, la calificación del procedimiento de soldadura se realiza para mostrar la compatibilidad de: 1) metal(es) base 2) metales de aporte de soldadura y braze 3) proceso(s), y 4) técnicas

Notará que no se menciona el nivel de habilidad del soldador quién realiza el ensayo de calificación. A pesar que la mayoría de los códigos considerará al soldador que realiza la soldadura como calificado automáticamente, la calificación de procedimiento no tiene la intención de juzgar la habilidad del soldador. A pesar que cada código maneja la calificación de procedimientos de soldadura en forma ligeramente diferente, el propósito general es el mismo. Hay tres aproximaciones generales a la calificación de procedimientos. Estos incluyen los procedimientos precalificados, ensayo de calificación de procedimientos, y ensayos sobre prototipos para aplicaciones especiales. Los ensayos sobre prototipos pueden usarse simplemente para suplementar otros métodos más estándares de calificación de procedimiento. Discutamos primero el sistema usado por la American Welding Society en el “Código de Soldadura Estructural –Acero”, AWS D1.1. Este sistema es único en la industria de la soldadura, debido a que hay numerosos procedimientos que están considerados precalificados. Esto es, no hay necesidad de realizar los ensayos de calificación en la medida

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que los parámetros de soldadura estén dentro de ciertos límites prescritos. El código D1.1 enumera varios procesos de soldadura, metales base, espesores, configuraciones de junta, y técnicas de soldadura, que cuando se usan en una combinación específica, se consideran precalificadas. AWS D1.1 reconoce como precalificados a cuatro procesos de soldadura, incluye por arco con electrodo revestido (SMAW), por arco sumergido (SAW), por arco con alambre tubular (FCAW), y por arco con alambre y protección gaseosa (GMAW) excepto transferencia en corto circuito. Sin embargo, esto no significa que estos sean los únicos procesos de soldadura que pueden ser usados. Implica simplemente que en realidad se requiere un ensayo de calificación si se usan otros procesos de soldadura para soldadura de producción. También hay numerosos metales base que se consideran aceptables y no requieren calificación cuando se usan. El código diferencia entre edificios, puentes y estructuras tubulares en cuanto a las aleaciones que son aceptables en cada caso. En consecuencia, el hecho que un metal base esté precalificado para una aplicación en edificio no implica necesariamente que también sea aplicable para el uso en la construcción de puentes. Las partes del código que tratan específicamente con el diseño de edificios, puentes y estructuras tubulares (secciones 8, 9, y 10 respectivamente) enumeran los materiales para dichas aplicaciones. En total hay más de 30 metales base aceptables para el uso en al menos una de esas estructuras.

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QW – 463 Orden de Corte

Fuente: ASME B31.1 Sec IX

Figura 5.15 Probetas de Soldadura para Calificación de Procedimientos Típicas de ASME

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Soldadura con bisel en V (2) Junta a tope (B)

Tolerancias Según Detalle Según (ver 3.13.1) presentación (ver 3.13.1) R=+1.6, 0 +6, -1.6 α = +10°, -0° +10°, -5°

TODAS LAS DIMENSIONES EN mm Espesor del Metal Preparación del Bisel Base (I =Ilimitado) Proceso de Designación Abertura de Soldadura de la Junta raíz Angulo de Bisel {chaflán} T1 T2 R=6 α = 45° SAER  B-U2a I R = 10 α = 30° [SMAW] R = 13 α = 20° SAAG R=5 α = 30° [GMAW] R = 10 α = 30° B-U2a-GF I  SAAT R=6 α = 45° [FCAW] SAS [SAW] B-L2a-S 50.8 max  R=6 α = 30° SAS [SAW] B-U2-S I  R = 16 α = 20°

Posiciones de Soldadura Permitidas Todas

Gas de Protección (SAAT [FCAW]) 

Notas D, N

F, V, OH



F, V, OH



D, N

F, V, OH

requerido

A, N

F, V, OH

No req.

A, N

F, V, OH

No req.

A, N

F F

 

N N

D, N

Notas: A: No precalificadas para soldadura por arco con alambre y protección gaseosa usando transferencia por cortocircuito. Referirse al Anexo A C: Repelar la raíz hasta el metal sano antes de soldar el segundo lado. J: Si las soldaduras de filete son usadas para reforzar soldaduras con bisel en estructuras cargadas estáticamente en juntas en L y en T, estos deben ser igual a ¼ T1, pero no es necesario que exceda 9,6mm (3/8 in.). Las soldaduras con bisel en esquina y juntas en T cargadas cíclicamente, deben estar reforzadas con soldaduras de filete iguales a ¼ T1, pero no más que 9,6mm. N: La orientación de los dos miembros en las juntas pueden variar desde 135° a 180° , con tal que la configuración básica de la junta se mantenga igual (ángulo del bisel, superficie del talón, abertura de raíz) y se mantenga el tamaño de diseño de la soldadura.

Figura 5.14 – Ejemplo de las Limitaciones de la Junta de Soldadura de AWS. El espesor del metal base también tendrá efecto en la eficiencia del procedimiento de soldadura. Por esto, las distintas juntas de soldadura precalificadas tienen limitaciones en los rangos de espesores cubiertos. AWS D1.1 está en si limitada a soldadura de acero de 1/8 de pulgada de espesor en adelante. Para cada junta de soldadura precalificada los rangos específicos para los distintos procesos, posiciones y configuraciones de juntas están tabulados. Nuevamente, sólo porque una cierta condición ubica al procedimiento fuera de esas limitaciones, no implica que el procedimiento no puede ser usado. Significa simplemente que deben hacerse

los ensayos de calificación para hacerlo aceptable. La Figura 5.14 es un ejemplo de como AWS D1.1 enumera las limitaciones de los distintos aspectos de las juntas de soldadura precalificadas. Observando ese esquema y los valores de tabla, usted puede ver que esta junta precalificada particular es para una junta a tope con bisel en V, soldada de un solo lado, con respaldo de acero en la raíz. La información de la tabla muestra los distintos requerimientos para la configuración exacta de la junta de soldadura dependiendo del proceso, espesor y posición de la

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soldadura. Además, para un proceso dado, la abertura de raíz puede variar con respecto al ángulo de bisel. Considerando el proceso SMAW, hay tres opciones diferentes de combinaciones abertura de raíz y ángulo de bisel: 1/4” de abertura de raíz - 45° de ángulo de bisel, 3/8” de abertura de raíz - 30° de ángulo de bisel y 1/2” de abertura de raíz - 20° de ángulo de bisel. También es importante notar que las tolerancias tanto de la abertura de raíz como el ángulo de bisel aparecen en una tabla insertada en la esquina superior derecha. Hay listas para las tolerancias de “Según Detalle”, “Según presentación” en dichas medidas. Las tolerancias “Según Detalle” se relacionan a la libertad dimensional del proyectista cuando especifica dichos aspectos. Las tolerancias “Según presentación” se relacionan con la variación permitida de las dimensiones del detalle durante el montaje real de las partes a ser unidas. Por esto el inspector de soldadura debe aplicar dichas tolerancias “Según presentación” cuando inspecciona la presentación real de esa junta de producción. En la siguiente columna, hay un listado de posiciones para las cuales esa junta se considera precalificada. Siguiendo a esto hay una columna que establece si se requiere o no gas de protección cuando se usa FCAW. Cuando se hace referencia a dichas figuras de las juntas de soldadura, es importante prestar atención a las notas a las que se hace referencia en la última columna de la tabla. Estas notas pueden dar mayores restricciones en el uso de estas juntas de soldadura. El análisis final sobre cuando un procedimiento es considerado precalificado se hace luego de revisar los contenidos de las Secciones 3 y 4 del Código, que se refieren a la mano de obra y técnica, respectivamente. La sección de “Mano de Obra”, define muchos de los requerimientos de calidad aceptables para la preparación y realización de la soldadura. En la sección de “Técnica” hay información sobre los métodos aceptables para alcanzar dichos niveles de calidad. Esta sección también detalla los requerimientos específicos para los distintos procesos de soldadura, incluyendo sus ‘variables esenciales’.

Las variables esenciales son aquellas características del proceso de soldadura que, si se cambian más allá de ciertos límites, requieren que se establezca un nuevo procedimiento de soldadura. Esto es, que son suficientemente importantes para que, si varían en forma significativa, puedan resultar soldaduras no satisfactorias. Para cada proceso de soldadura se listan las variables esenciales. Como se mencionó antes, si algún aspecto hace que el procedimiento de soldadura sea no precalificado, pudiendo ser calificado haciendo un ensayo de soldadura y sometiéndolo a los ensayos destructivos. Esto se realiza en gran medida de la misma manera que los ensayos de calificación de acuerdo con ASME sección IX, que discutiremos luego. Una diferencia importante, sin embargo, es que para AWS, el procedimiento debe estar calificado en cada posición en que se realizará la soldadura de producción. Los requerimientos para estos ensayos aparecen en la Sección 5 de AWS S1.1. Se detallan las condiciones de ensayo, los resultados de ensayo requeridos, y las limitaciones de los distintos procedimientos calificados. El siguiente método general usado para la calificación de procedimientos es la realización de los ensayos de calificación. Este método es usado, en versiones algo modificadas, tanto en los ensayos de calificación de procedimientos de ASME, como de API. El ASME sección IX, Welding and Brazing Qualifications, cubre la calificación de brazing tanto como de soldadura para la fabricación de recipientes y cañerías a presión. API 1104 Standard for Welding Pipelines ande Related Facilities, es usado fundamentalmente por la industria de ductos para la calificación e inspección de procedimientos de soldadura y personal. En ambos sistemas, hay ciertas variables esenciales definidas. Como el sistema AWS, dichas variables esenciales dictan el alcance de una calificación de procedimiento dada. Esto es, una vez que se exceden dichas limitaciones, se debe desarrollar otro procedimiento. Dentro de esas variables esenciales se incluyen puntos como el proceso de soldadura, parámetros de soldadura, tipos de

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metal base, espesor del metal base, tipos y tamaños de metales de aporte, y técnicas específicas de soldadura. En el sistema ASME, esas variables esenciales se deben establecer en una Especificación de Procedimiento de Soldadura (EPS (WPS)). Enumerará los rangos totales de cada una de las variables esenciales. Debido a que dichos rangos pueden exceder los límites para distintas variables esenciales, para una cobertura total pueden requerirse varios ensayos de calificación. Las condiciones de ensayo reales se registran en un segundo documento, el Registro de Calificación de Procedimientos, (RCP (PQR)). En consecuencia, puede haber numerosos RCP (PQR) que hacen referencia a una única EPS (WPS). Una vez que se definieron dichas variables para un procedimiento determinado, de manera que incluyan todas las condiciones que se encontrarán durante la soldadura de producción, es soldada una probeta de soldadura para calificación de procedimiento. Para ASME puede ser tanto chapa o tubular de manera que se obtenga la calificación de procedimiento para ambas formas. En API la configuración siempre es tubular. Luego de la soldadura, se retiran las probetas de ensayo requeridas y se ensayan por métodos destructivos, a ser juzgados como aprobadas o rechazadas basados en los

requerimientos correspondientes. Las Figuras 5.15 y 5.16 muestran algunas de las probetas de ensayo de calificación de procedimiento típicos de acuerdo con ASME sección IX y API 1104, respectivamente. Para ASME, la calificación de procedimientos en la posición plana califica dicho procedimiento para todas las posiciones. API requiere que el procedimiento sea calificado en posición fija o rotada o ambas, dependiendo de los requerimientos del trabajo. Sin embargo, la calificación en una de esas posiciones no califica al procedimiento en la otra posición. Los ensayos están diseñados para evaluar los efectos de las técnicas de soldadura y la compatibilidad de los metales base y los de aporte. Algunos de los ensayos más comunes que se usan para la calificación son de tracción, plegado, nick-break, macroataque, rotura de filete, y ensayos no destructivos. En el Módulo 6 se encuentran ejemplos de algunas de las configuraciones de probetas de ensayo. La Figura 5.17 muestra dichas probetas de ensayo requeridas y el rango de espesores calificado para distintos tipos de calificaciones de procedimientos de soldadura a tope de acuerdo con ASME sección IX. La Figura 5.18 enumera las probetas requeridas para la calificación de procedimientos de soldaduras a tope por API 1104.

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Figura 5.15 (continuación) – Probetas de Soldadura para Calificación de Procedimientos Típica de ASME Condiciones de servicio especiales química, y condiciones especiales de servicio pueden requerir ensayos adicionales para evaluar (e.g. resistencia a la corrosión y abrasión). otras propiedades de la soldadura. Alguno de esos Cada código particular dictará un ensayos son impacto, dureza, composición criterio de aceptación de ensayo apropiado.

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Como inspector de soldadura usted puede estar involucrado en esa evaluación, tanto como en la operación de evaluar en sí. Probablemente la operación más importante que puede realizar el inspector de soldadura durante el proceso de calificación es monitorear cuidadosamente la soldadura en si para asegurar que se está

siguiendo el procedimiento. Si se encuentran problemas durante el procedimiento de soldadura que son el resultado de la falta de adecuación del procedimiento en si, posiblemente puedan ser identificados y corregidos en esta etapa en lugar de corregirlos durante la soldadura de producción.

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Notas: 1. A opción de la Compañía, pueden rotarse las ubicaciones con tal que estén con la misma separación alrededor del caño, sin embargo, las probetas no deben incluir soldadura longitudinal 2. Puede usarse una probeta de tracción de sección completa para un caño con un diámetro menor a 33,4 mm (1 5/16) Fuente: API Estándar 1104

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Figura 5.16 – Probetas de Ensayo para Calificación de Procedimientos Típica de API

Figura 5.17 - Probetas de Ensayo Requeridas y Espesores Calificados para Calificación de Procedimientos ASME

Figura 5.18 - Tipo y Número de Probeta Requerida para el Calificación de Procedimiento API de Soldaduras a Tope El método final de calificación de componente pueden ser afectados por la procedimientos de soldadura es a través del uso operación de soldadura. Tales cosas, como altos de prototipos de ensayo de soldadura. Esta niveles de embridamiento e inaccesibilidad de la técnica se usa a veces para configuraciones de junta de soldadura son causa de posibles construcciones soldadas complicadas donde hay problemas de soldadura, pero estos son más interés sobre como la forma o condición de un difíciles de evaluar usando un ensayo de

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4)

calificación estándar. Es sólo a través de soldadura de prueba real en prototipos que pueden responderse esas cuestiones. Estos ensayos de prototipos pueden ser los ensayos exclusivos, o pueden ser usados junto con otras técnicas de calificación más comunes. Además, estos ensayos son de ayuda para el fabricante debido a que el o ella ahora tienen una impresión de como se puede hacer una soldadura en particular y que se puede aplicar exitosamente un método particular. Esta valiosa experiencia se puede adquirir mediante ensayos preferentemente a tener que desarrollar el procedimiento al costo de producción. Para resumir esta discusión de la calificación de procedimiento de soldadura, observemos la secuencia general para la calificación de un procedimiento a través de un ensayo real. Mientras que esto puede variar ligeramente entre distintas compañías, la mayor parte de estos aspectos son suficientemente importantes para ser considerados. El inspector de soldadura puede estar involucrado con cada uno de estas 9 etapas o sólo con unas pocas, otra vez, dependiendo de la estructura de la compañía en particular. Se debe entender que una de las partes más importantes del proceso de calificación de procedimiento es el uso de dicho procedimiento durante la soldadura de producción. Con mucha frecuencia las compañías realizan ensayos de calificación de procedimientos de soldadura sólo para satisfacer los requerimientos del cliente. Una vez calificado, lo guardan en una carpeta o es archivado en el mueble de alguno. Esto no es de ayuda para el soldador en la planta que necesita conocer la información establecida en los formularios de calificación de procedimiento.

5) 6)

7) 8) 9)

Seleccionar, identificar y retirar las probetas de ensayo requeridas. Ensayar y evaluar las probetas Revisar los resultados para verificar conformidad con los requerimientos aplicables del código. Liberar el procedimiento aprobado para producción. Calificar los soldadores individualmente de acuerdo con dicha especificación. Monitorear el uso de ese procedimiento durante la producción para asegurar que continúe produciendo resultados satisfactorios.

Los procedimientos son instrucciones de soldadura, por esto, deben estar disponibles sin demora para el soldador durante la producción. Debido a las limitaciones físicas del papel en el ambiente de soldadura, algunas compañías usan hojas plásticas u hojas plastificadas que son suficientemente duraderas para permanecer cerca de la operación de soldadura. Estas contienen toda la información necesaria del procedimiento de soldadura aprobado, de manera que el soldador puede hacer una rápida referencia si surge cualquier pregunta. Esto también ayuda al inspector de soldadura, porque el o ella pueden verificar los requerimientos del procedimiento y compararlos con los parámetros reales que está usando el soldador para la producción. Otro propósito del monitoreo sobre el proceso de la soldadura es detectar cualquier deficiencia en el procedimiento de soldadura que puede aparecer sólo durante la soldadura de producción. Si lo nota, el inspector de soldadura puede reportarlo al supervisor o Ingeniero en soldadura de manera que pueda hacerse una acción correctiva. Se han desarrollado formularios estándar para cada código en los cuales se puede sintetizar la información de la calificación del procedimiento, y normalmente se usan por simplicidad. En cada código hay ejemplos de los formularios.

ESPECIFICACION DE CALIFICACION DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA 1) Seleccionar las variables de soldadura 2) Verificar el equipo y materiales para comprobar que sean adecuados 3) Monitorear la presentación de la junta de soldadura tanto como la soldadura en si, registrando todas las variables importantes y observaciones.

Calificación de Soldador Una vez que se calificó el procedimiento de soldadura no tiene ninguna utilidad hasta que los soldadores hayan sido calificados para realizar soldadura de acuerdo a dicho procedimiento. Esas

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son dos operaciones separadas porque sirven para distintos propósitos, como se explicará en la siguiente discusión. Asumamos que se establecieron y aprobaron los procedimientos de soldadura apropiados a través de uno u otro método. Ahora es necesario realizar los ensayos de calificación de soldador para determinar si los soldadores individuales poseen la habilidad suficiente para producir soldaduras satisfactorias usando dichos procedimientos. Antes, el interés estaba en la compatibilidad de materiales y técnicas. Una vez que fueron probados, las calificaciones individuales de soldador están diseñadas para juzgar el nivel de habilidad de los soldadores de producción. En consecuencia, el ensayo de calificación de soldador es algo diferente. A pesar de que es diferente en ciertos aspectos, la calificación de soldador tiene ciertas similitudes cuando se la compara con la calificación de procedimiento. Entre estas la existencia de variables esenciales. En el caso de calificación de soldador, estas pueden incluir posición de soldadura, configuración de la junta, tipo y tamaño de electrodo, espesor del metal base, y técnica especifica de soldadura. Estas características están todas relacionadas con los aspectos de la operación de soldadura que están afectados directamente por la habilidad física del soldador. Los códigos en general son específicos para las limitaciones de las variables esenciales. La Figura 5.19 enumera las limitaciones de posición en ciertos tipos de soldadura para calificación de soldador, de acuerdo con AWS D1.1. Usted puede ver que el rango de calificación varía con las distintas configuraciones de soldadura: chapa a tope, filetes en chapa, y caño a tope. Es manifiesto que la calificación en chapa a tope provee cobertura limitada para soldar en tubo. Sin embargo, si el soldador califica en tubo, el o ella automáticamente califica para chapa. Además, se puede notar que las calificaciones en las posiciones 3G y 4G calificarán a ese soldador para todas las posiciones en chapa. También, la calificación en cualquiera de las posiciones para tubo 6G, o 2G, y 5G calificarán al soldador en todas las posiciones

de tubo excepto aquellas de uniones T, Y, y K. La posición de ensayo 6GR, sin embargo, proveerá una cobertura total para todas las posiciones y configuraciones de tubos. Estas denominaciones numéricas para posiciones de ensayo son simples abreviaturas y deben ser recordadas por el inspector de soldadura. Las figuras 5.20 hasta 5.23 son ilustraciones de las distintas posiciones de ensayo para chapa a tope, filetes en chapas, caño a tope, y filetes en caños, respectivamente. El espesor de la chapa o del caño de la probeta de soldadura es otra variable esencial que determina el rango de calificación que se obtiene a partir de la realización de un ensayo específico de calificación. La Figura 5.24, enumera los rangos de espesor calificado para distintas probetas de soldadura de chapas y caños, de acuerdo con AWS D1.1. Esta tabla nos dice que una chapa de ensayo de 3/8 de pulgada calificará a un soldador para soldar materiales de producción hasta 3/4 de pulgada de espesor. Esto se conoce como una calificación limitada por el espesor. Además, una calificación exitosa de una chapa de ensayo de 1 pulgada calificará al soldador por cualquier espesor mayor a 1/8 de pulgada. Esto se conoce como calificación de espesor ilimitado.

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Soldadura de Chapa de Ensayos de Calificación Producción Calificada Soldadura de Tubo de Producción Calificada Soldadura de Tubo Cajón de Producción Calificada Tipo de A Tope con Bisel Bisel T, Y, K A Tope con Bisel Bisel T, Y, K Soldad CJP PJP CJP CJP CJP PJP CJP CJP Posiciones Bisel CJP Bisel PJP Filete 9 Filete 9 Filete 9 ura 2 1G F F F F F F F F F CJP 2G2 F, H F, H F, H F, H F, H F, H F, H F, H F, H con 3G2 V V V V V V V V V 1 C Bisel 4G2 OH OH OH OH OH OH OH OH OH H 1F F F F A 2F F, H F, H F, H P Filete 1 3F V V V A 4F OH OH OH Botón y Califican para Soldadura de Botón / Ranura Sólo en las Posiciones Ensayadas Ranura 1G Rotada F F F F3 F F F F3 F F F 3 2G F, H F, H F, H (F, H) F, H F, H F, H (F, H) 3 F, H F, H F, H CJP 5G F, V, OH F, V, OH F, V, OH (F, V, OH) 3 F, V, OH F, V, OH F, V, OH (F, V, OH) 3 F, V, OH F, V, OH F, V, OH T con 3 5 7 (2G+5G) Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas 3 Todas Todas 6 Todas 7,8 Todas U Bisel B 6G Todas Todas Todas Todas 3 Todas Todas 7 Todas Todas 3 Todas Todas 7,8 Todas U 6GR Todas 4 Todas Todas Todas 3 Todas Todas 5 Todas Todas Todas 3 Todas Todas 6 Todas Todas L 1F Rotado F F F A 2F F, H F, H F, H R Filete 2F Rotada F, H F, H F, H 4F F, H, OH F, H, OH F, H, OH 5F Todas Todas Todas CJP – Penetración Completa en la Junta PJP – Penetración Parcial en la Junta (R) Restricción Notas: 1. Califica para un eje de soldadura con una línea esencialmente recta, incluyendo soldadura a lo largo de una línea paralela al eje de un tubo (pipe)circular. 2. Califica para soldaduras circunferenciales en tubos de un diámetro exterior nominal mayor o igual a 610 mm (24 in). 3. Los detalles de juntas a tope de producción sin respaldo o repelado de raíz requieren ensayos de calificación del detalle de la junta mostrada en la Figura 4.24. 4. Limitado a detalles de juntas precalificadas. Ver 3.12 o 3.13. 5. Para juntas de producción de uniones T, y, y K, CJP que están conformes bien a la Figura 3.8, 3.9 o 3.10 y la Tabla 3.6, usar el detalle de la Figura 4.27 para los ensayos. Para otras juntas de producción, ver 4.12.4.1.

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6. 7. 8. 9.

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 5 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura Para los ensayos juntas de producción de uniones T, y, y K, CJP que están conformes a la Figura 3.6 y la Tabla 3.6, usar el detalle de las Figuras 4.27 y 4.28, o alternativamente ensayar la junta de la Figura 4.27 y cortar las probetas de macroataque {macroetch} de las esquinas mostradas en la Figura 4.28. Para otras juntas de producción, ver 4.12.4.1. Para los ensayos de juntas de producción de uniones T, Y, y K, PJP que están conformes a la Figura 3.5, usar el detalle de la Figura 4.24 o Figura 4.25. Para uniones de tubos cajón alineadas con radios de esquina menores que dos veces el espesor de la cuerda {chord} del miembro, ver 3.12.4.1. Las soldaduras de filete en uniones de producción T, Y, K, deben estar conformes a la Figura 3.2. La calificación de EPS debe esta conforme a 4.11.

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Figura 5.20 – Posiciones de Chapas de Ensayo para Soldaduras con Bisel

Figura 5.21 – Posiciones de Chapa de Ensayo para Soldaduras de Filete

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Figura 5.22 – Posiciones de Ensayo de Caño para Soldaduras con Bisel 5-32

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Figura 5.23 – Posiciones para Ensayo de Tubos o Cañerías para Soldadura de filete Figura 5.24, Número y Tipo de Probetas y Rango de Espesores Calificados por AWS para Calificación de Soldador en Chapa Otra variable esencial es la configuración de la junta en sí misma. Para determinar su efecto, las chapas y caños para ensayo estándar se usan para aproximar las configuraciones necesarias. Uno de los aspectos más importantes de la configuración de la junta es la presencia o ausencia de respaldo de soldadura. En D1.1 hay referencias específicas a la dirección de laminación de los materiales tipo chapa cuando se usan respaldos. La ductilidad del metal variará dependiendo de su dirección de laminación. Si se realizan ensayos de plegado en las probetas de ensayo en las cuales la dirección de laminación de la chapa está en la dirección transversal, podrá fallar el metal base. Por lo tanto es importante asegurar que las chapas estén orientadas apropiadamente previo al ensayo de calificación.

Figura 5.25 – Configuraciones de Junta a Tope para Calificación de Soldador AWS(con y sin respaldo)

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muestra en la Figura 5.28. Las iniciales T, K, e Y son una simple referencia al perfil aproximado de las juntas. Esta configuración de junta de ensayo fue hacha para simular los problemas asociados con la soldadura en uniones T, Y, y K en estructuras tubulares. Esto se realiza por el agregado de un anillo de restricción a no más de 1/2 pulgada desde el borde del bisel. Con algún proceso, puede requerirse la recalificación si hay un cambio en el tipo de electrodo especificado. Por ejemplo, la Figura 5.29 muestra los distintos tipos de electrodos SMAW que están agrupados de acuerdo al nivel de habilidad requerido para su operación. Se considera que los electrodos del Grupo F4 son del tipo más difícil de usar, y en forma análoga, el Grupo F1 incluye aquellos electrodos que requieren menor habilidad manual. Normalmente la calificación con un electrodo de número de grupo más alto, califica automáticamente a ese soldador para soldar con cualquier electrodo de un grupo con un número menor. Por esto, un ensayo de calificación realizado con un electrodo E7018, que está en el grupo F4, proveerá al soldador una cobertura para todos los electrodos SMAW del tipo de acero al carbono. La técnica de soldadura específica usada también se considera como una variable esencial para la calificación de soldador. Cambios en tales detalles como dirección de la soldadura para la posición (i. e. ascendente o descendente) requerirá ensayo de calificación adicional. Otra técnica típica relacionada con las variables esenciales puede incluir cambios en el proceso, posición, tipo de metal base, espesor del metal base, y diámetro del tubo.

Figura 5.26 – Chapa de Ensayo para Calificación de Soldador AWS con Soldadura de filete

AWS ha sugerido una configuración de chapa para ensayos opcional para ensayos de soldadura en posición horizontal. Usa el mismo bisel con ángulo de 45° como la posición plana, pero sólo se encuentra biselada la chapa superior. Esto provee una bandeja plana sobre la cual el soldador puede superponer las pasadas para llenar el bisel con mayor facilidad. La Figura 5.25 muestra las configuraciones de junta tubular a tope para soldaduras con o sin respaldo. En las Figura 5.26 y 5.27 se muestran las probetas de soldadura para, chapas para calificaciones de soldadura de filete. Otra vez, AWS D1.1 ofrece dos métodos para este tipo de calificación; el ensayo de Rotura de Soldadura de filete y el ensayo de macroataque (Figura 5.26) y el ensayo de Plegado de Raíz de Soldadura de Filete (Figura 5.27). La última configuración de junta usada en AWS D1.1 es conocida como ensayo 6GR, o junta de ensayo para uniones T, Y, y K, en caños o cañerías cuadradas o rectangulares. Se

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Fuente: AWS D1.1

Figura 5.27-Calificación de Soldador u Operador AWS para Soldadura de Filete-Opción 2 Una vez que se eligieron, la probeta de Figura 5.28 – Junta de Ensayo para ensayo de soldadura, posición y técnica Uniones T, Y, y K sin Respaldo en Caño o adecuadas para asegurar un rango de calificación Tubo Cajón – Calificación de Soldador adecuado, se realiza la soldadura de ensayo de AWS acuerdo con el procedimiento aplicable. Se le Nombre del Clasificación de Electrodo* puede requerir al inspector de soldadura que Grupo AWS atestigüe la soldadura para verificar el EXX15, ECC16, EXX18, EXX15F4 cumplimiento del procedimiento tanto como notar X,EXX16-X, EXX18-X la habilidad del soldador. Debe tenerse especial EXX10, EXX11, EXX10-X, EXX11-X F3 atención a las técnicas y habilidades del soldador EXX12, EXX13, EXX14, EXX13-X F2 que puede revelar hábitos que pueden producir EXX20, EXX24, EXX27, EXX28, F1 soldaduras no satisfactorias. EXX20-X, EXX27-X * Las letras “XX” usadas en la denominación de la clasificación en esta tabla establece los distintos niveles de resistencia (60, 70, 80, 90, 100, 110, y 120) de los electrodos Fuente AWS D1.1

Figura 5.29 – Grupos de Clasificaciones de Electrodos SMAW La probeta de ensayo de soldadura terminado luego es marcado para identificarlo de acuerdo con el nombre del soldador, posición de ensayo y la parte superior de la probeta de ensayo de soldadura en caso de caño soldado en

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las posiciones 5G, 6G, o 6GR. El código entonces describirá si son necesarios o no los ensayos no destructivos, así como el tipo y número de probetas requerido. En general se requieren menos probetas para la calificación de soldador que para la calificación de procedimiento. En efecto, algunos códigos permiten el uso de ensayos no destructivos solamente, tal como la radiografía, en lugar de los ensayos destructivos estándar para calificación de soldador. La Figura 5.24, muestra el tipo y cantidad de probetas de ensayo requeridas para la calificación de soldador de acuerdo con AWS D1.1. Usted notará que se requieren sólo dos ensayos de plegado para cada calificación de soldador en chapa. Los plegados de cara y raíz se usan para las chapas de menor espesor, mientras que aquellas de 3/8 de espesor requieren el uso de plegado lateral. Esto es debido a la dificultad asociada con el plegado de probetas de grandes espesores. Generalmente todas las probetas de ensayo para calificación de soldador se categorizan como ensayos para comprobar una soldadura sana, incluyendo ensayos de plegado, ensayo de nick-break y ensayo de rotura de filete. Sus configuraciones y métodos de ensayo son idénticas a aquellos usados para la calificación de procedimiento. Para la calificación de soldador en chapa o caño, se toman probetas de acuerdo con la sección aplicable del código. Para probetas de ensayo de caños soldados en las posiciones 5G y 6G, las probetas de ensayo se toman en relación, con el top (la parte superior) del caño durante la operación de soldadura.

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REGISTRO DE ENSAYO DE CALIFICACION DE SOLDADOR, OPERADOR Y SOLDADOR PUNTEADOR Tipo de Soldador__________________________________ Nombre_________________________________________No. de Identificación______________________ Especificación de Precedimiento de Soldadura No. _______Rev. ____________Fecha________________

Valores Reales de los Registros Usados en la Calificación

Rango de Calificación

Variables Procesos / Tipo [Tabla 4.10, Item(2)] Electrodo (único o múltiple) [Tabla 4.10, Item (9)] Corriente/Polaridad Posición [Tabla 4.10, Item (5)] Progresión de la Soldadura [Tabla 4.10, Item (7)] Respaldo (SI o NO) [Tabla 4.10, Item (8)] Material / Especificación [Tabla 4.10, Item (1)] Metal base Espesor: (Chapa) Bisel Filete Espesor: (Tubo {pipe o tube}) Bisel Filete Diámetro: (Tubo {pipe}) Bisel Filete Metal de aporte [Tabla 4.10, Item (3)] Espec. No. Clase F-No. Gas/Tipo de fundente [Tabla 4.10, Item (4)] Otros

Tipo

hasta

INSPECCIÓN VISUAL (4.8.1) Aceptable SI o NO____ Resultados de los Ensayos de Plegado Guiado (4.30.5) Resultado Tipo

Resultado

Resultados de Ensayos de Filete (4.30.2.3 y 4.30.4.1) Apariencia________________________________ Tamaño de Filete___________________________ Ensayo de Penetración de la Fractura en la Raíz__ Macrografía_______________________________ (Describir la ubicación, naturaleza, y tamaño de cualquier fisura {crack} o desgarradura en la probeta) Inspeccionado por_________________________ número de Ensayo_________________________ Organización____________________________ Fecha___________________________________

Número de Identificación de Película

Resultado

RESULTADOS DEL ENSAYO RADIOGRÁFICO Observaciones Número de Identificación de Película

Resultado

Observacio nes

Interpretado por_________________________ número de Ensayo_________________________ Organización_____________________________ Fecha___________________________________ Nos., los abajo firmantes, certificamos que lo expuesto en estos registros es correcto y que las soldaduras fueron preparadas y ensayadas de acuerdo con los requerimientos de la sección 4, de ANSI/AWS D1.1, ( ) Código de Soldadura Estructural – Aceros (año)

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 5 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura Fabricante o Contratista_____________________ Formulario E-4 Autorizado por_____________________________ Fecha___________________________________

Figura 5.30 – Registro de Ensayo de Calificación de Soldador y Operador de Soldadura

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Una vez que se identifican en forma adecuada, las probetas luego son evaluadas de acuerdo con los requerimientos del código apropiado. Si todos los ensayos resultan satisfactorios, el soldador se considera calificado para realizar soldadura dentro de los límites de dicha calificación. Los resultados de los ensayos, así como la descripción del procedimiento de soldadura utilizado, son detallados en un formulario de reporte para certificar que el soldador ha satisfecho los requerimientos de calificación. En la Figura 5.30 se muestra un formulario típico usado por AWS. Los formularios de calificación de soldador usado por ASME y API se muestran en las Figuras 5.31 y 5.32. En este punto, es apropiado diferenciar entre los términos calificar y certificar, como se aplica a los ensayos de soldadura. Si decimos que un soldador está calificado, queremos decir que el o ella ha demostrado suficiente habilidad para realizar una soldadura determinada. La certificación, sin embargo, se aplica al documento(s) que sustenta esta calificación. Un soldador que pasa exitosamente un ensayo de calificación estará en su derecho de ser llamado como soldador calificado en oposición a soldador certificado. Una vez calificado, el soldador tiene permitido soldar en producción en la medida que la soldadura no involucre posiciones, espesores, electrodos, etc., que estén fuera de los límites de la calificación. La mayor parte de los códigos permiten que la calificación se mantenga en el tiempo en la medida que el soldador continúe usando satisfactoriamente el proceso, en producción. Sin embargo, si el inspector en soldadura o el supervisor de personal nota un desempeño no satisfactorio, se le puede requerir al soldador que realice otro ensayo de calificación y/o mayor entrenamiento. La certificación (documentación de la calificación) puede terminarse cuando un soldador abandona un empleador y es empleado por otro. Debido a que cada fabricante o contratista es responsable por la calificación de su propio procedimiento y soldadores, los códigos requieren generalmente

que un soldador sea calificado por cada empleador por separado. Para resumir lo anterior, la secuencia general para la calificación de un soldador es: 1) Identificar las variables esenciales. 2) Verificar el equipo y los materiales para asegurar que sean adecuados. 3) Verificar la configuración y posición de la probeta de ensayo de soldadura de soldadura. 4) Monitorear la soldadura real para asegurar que cumple con el procedimiento de soldadura aplicable. 5) Seleccionar, identificar y remover las probetas de soldadura requeridas. 6) Ensayar y evaluar las probetas. 7) Completar los formularios correspondientes. 8) Controlar la soldadura de producción

La calificación individual de los soldadores provee al fabricante o contratista de personal para realizar la soldadura de producción de acuerdo con los procedimientos calificados. Una vez que comienza la soldadura de producción, se le requerirá al inspector de soldadura que controle la soldadura para asegurar que la soldadura se está realizando de acuerdo con los requerimientos del procedimiento y que las soldaduras terminadas sean aceptables. Cualquier deficiencia debe ser notada y corregida. Si se encuentran problemas recurrentes, las medidas correctivas pueden incluir tanto cambios en el procedimiento como en el personal. Mientras que la existencia de procedimientos y personal calificados no garantiza que toda la soldadura de producció n será satisfactoria, al menos da alguna seguridad que los procedimientos y personal son capaces de producir soldaduras de calidad adecuada. Es importante recordar, sin embargo, que estas soldaduras de calificación son producidas probablemente bajo condiciones más favorables que en la producción real. En consecuencia, las variaciones en la presentación, configuración de la junta, accesibilidad, etc. pueden introducir condiciones que incrementen la posibilidad de error. Por esto, el inspector de soldadura debe intentar ubicar e identificar esas inconsistencias

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•

antes que den como resultado soldaduras no satisfactorias.

•

RESUMEN Los documentos representan un lado de la ecuación de inspección. El otro es, en efecto, el inspector; cuya función es establecer la calidad del producto o parte de pieza. Tradicionalmente, la inspección se ve como una actividad de postproducción. La Inspección de soldadura es significativamente diferente. La inspección de soldadura incluye actividades que tienen lugar antes, durante y luego de la soldadura. La inspección de soldadura es por esto tanto predictiva como reactiva. Calidad es por definición, conformidad con la “especificación”. Como se mostró aquí, el término “especificación” puede referirse en efecto al trabajo o disposiciones invocadas por el contrato encerradas en: • • • •

Preparaciones, forma y dimensiones de la junta Producción, antes, durante y después de la soldadura

La habilidad del inspector de soldadura para leer, interpretar y entender en su totalidad la documentació n aplicable es básica para tener éxito en la inspección de soldadura.

Planos Códigos Normas Especificaciones

Los planos dan detalles del tamaño, forma y configuración del ítem. Los códigos, Normas y especificaciones dan detalles de los requerimientos de diseño, materiales, métodos y calidad que se deben satisfacer. Los procedimientos de soldadura y la habilidad del soldador se encuentran incluidos en estos métodos; cuya calificación puede involucrar al inspector de soldadura. Basado en el concepto de acción predictiva, la inspección de soldadura cubre todas las actividades donde se pueden desarrollar problemas. Como todos, la inspección de soldadura y los documentos que muestran requerimientos específicos están relacionados con: • Diseño de juntas • Materiales, metal base y metal de aporte • Procedimientos de soldadura y mano de obra

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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES MTC – Código Alfanumérico – una combinación corta de letras y números usados para identificar el tipo, grado, etc., del material. ANSI – American National Standards Institute API - American Petroleum Institute ASME - American Society of Mechanical Engineers ASNT – American Society for Nondestructive Testing ASTM – American Society for Testing and Materials AWS - American Welding Society Código de Barras - un grupo de líneas cortas, verticales que representan un cuerpo de información. Flecha – la variación de rectitud permisible, como en vigas o vigas armadas Código – un cuerpo de leyes, como de una nación, ciudad, etc., organizadas en forma sistemática para una referencia sencilla. Plano – un detalle gráfico de un componente, que muestra su geometría y tamaño, con tolerancias. Drop ¿??? – en soldadura de fabricación, la pieza de material que queda cuando se tomo una parte para ser usada. Variables Esenciales – Aquellas variables, que si se cambian más allá de ciertos límites, requieren que se prepare y califique un nuevo procedimiento de soldadura. Número de Colada – un número asignado a cada colada de acero por quién lo fabrica. Punto de Espera – un paso específico preacordado, en el proceso de fabricación donde la fabricación es parada para permitir una inspección interina. La fabricación puede reanudarse sólo cuando la inspección muestra que la pieza alcanza los requerimientos de calidad. Especificación Interna - una especificación escrita por una compañía principalmente para uso interno. ISO – Intenational Standarization

Organization

for

Lista de Materiales {material call out} – un listado de materiales requeridos para la fabricación de un componente. La lista especificará todos los tipos de aleación, grados, medidas, etc., requeridos tanto para metales base y de aporte.

MTR – NACE – National Association of Corrosion Engineers RCP (PQR) Registro de Calificación de Procedimiento Norma – algo establecido para el uso como regla o base de comparación en la medición o juicio de capacidad, cantidad, contenido, alcance, valor, calidad, etc.. Especificación – una descripción detallada de las partes de un todo, exposición o enumeración de particulares, tales como tamaño real o requerido, calidad, performance, términos, etc. Tolerancia – la cantidad de variación permitida de la ‘medida nominal’ de una pieza. Trazabilidad – un atributo del sistema de control de materiales que permite es seguimiento de cualquier pieza o material usado en la fabricación, hacia atrás hasta la fuente y documentos de certificación. UNS – Unified Numbering System EPS (WPS) Especificación Procedimiento de Soldadura

de

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MÓDULO 6

PROPIEDADES DE LOS M ETALES Y ENSAYOS DESTRUCTIVOS En el mundo de hoy, hay miles de metales diferentes, disponibles para servir como materiales de construcción ya sea para metales base o para metales de aporte. De esta elección, los ingenieros de materiales y diseñadores son aptos para elegir aquellos metales que mejor cumplan con sus necesidades particulares. Estos metales pueden diferir no solamente en su composición, sino también en la forma en que son manufacturados. Dentro de los Estados Unidos, hay varias organizaciones que mantienen normas sobre materiales, como ASTM, ASME Y AWS. Además, hay otras normas sobre materiales de otros países y grupos incluyendo Japón y Europa. Fue aclarado en el Módulo 1, que una de las responsabilidades del inspector de soldadura puede ser revisar documentación referida a las propiedades reales de los metales base y de aporte. El propósito de este Módulo es describir algunas de las propiedades mecánicas y químicas de acuerdo a la influencia que éstas puedan tener en el desempeño de la labor del inspector de soldadura. En la mayor parte de los casos, el inspector de soldadura debe simplemente comparar valores especificados con los números reales para determinar si cumple o no. De todos modos, va a ser de ayuda para el inspector el tener información adicional sobre las propiedades de ese material. La información adicional puede ayudar a evitar problemas que puedan ocurrir durante la soldadura. Otro de los propósitos de este Módulo es proveer una base para la información discutida en el Módulo 8, “Metalurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura”. Dado que la estructura metalúrgica de un metal define sus propiedades, va a ser mostrado como varios tratamientos metalúrgicos pueden alterar las propiedades de un metal. Dependiendo de las propiedades mecánicas y químicas de un metal, pueden ser requeridas técnicas especiales de fabricación para prevenir la degradación de esas propiedades. El precalentamiento y el post calentamiento son ejemplos de las técnicas que pueden ser aplicadas para mantener

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las propiedades de los metales. Para los aceros templados y revenidos, el inspector de soldadura puede ser llamado para observar y monitorear el aporte de calor durante el proceso de soldadura de manera de prevenir la degradación de las propiedades del metal base provocadas por el sobrecalentamiento. En estos ejemplos, el desempeño del inspector de soldadura no está relacionado directamente con las propiedades de los materiales. De todos modos, el monitoreo efectivo puede prevenir problemas causados por la alteración de las propiedades esperadas por exceso o falta de calor.

Propiedades mecánicas de los metales Algunas de las importantes propiedades de los metales van a ser revisadas, esta discusión está limitada a cinco a categorías de propiedades: • Resistencia • Ductilidad • Dureza • Tenacidad • Resistencia a la Fatiga Resistencia La resistencia es definida como la capacidad de un material para aguantar una carga aplicada. Hay varios tipos de resistencia dependiendo cada uno de cómo la carga es aplicada al material: resistencia a la tracción, resistencia al corte, resistencia a la torsión, resistencia al impacto y resistencia a la fatiga. La resistencia a la tracción de un metal es descripta como la capacidad del metal para resistir la falla cuando está sujeto a una carga de tracción o de tiro. Dado que los metales son usualmente usados para soportar cargas de tracción, esta es una de las propiedades más importantes para un diseñador. Cuando una especificación de un metal es examinada, la resistencia a la tracción generalmente está expresada de dos formas. Los términos usados son resistencia a la tracción (ultimate strength) y resistencia a la fluencia (yield strength). Ambos se refieren a diferentes aspectos del comportamiento de un material. La resistencia a la tracción refiere a la máxima carga capaz de soportar el metal, o la resistencia del metal en el punto exacto en que ocurre la rotura.

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Para definir la resistencia a la fluencia, es necesario entender el significado del “comportamiento elástico” de un material. El comportamiento elástico de un metal se refiere a la deformación del metal bajo cargas que no causan una deformación permanente cuando la carga deja de ser aplicada. El comportamiento elástico puede ser ilustrado con un ejemplo familiar; una bandita elástica se comporta como un material típicamente elástico. Se va a estirar bajo una carga, pero va a retornar a su forma original cuando la carga cesa. Cuando un metal es cargado dentro de su región elástica, este responde con alguna clase de estiramiento o alargamiento. En este rango elástico, el estiramiento es directamente proporcional a la carga aplicada, de manera que el comportamiento elástico también es conocido como “comportamiento lineal”. Cuando un metal se comporta elásticamente, puede ser estirado hasta algún punto y vuelve a la longitud original cuando la carga cesa. Esto es, no queda con deformación permanente. Esto es ilustrado en la figura 6.1. Si un metal es cargado más allá de su límite elástico, no se comportará elásticamente. Su comportamiento es ahora conocido como “plástico”, que significa que ocurre una deformación permanente. Esto también implica que la relación tensión-estricción no es más lineal. Una vez que la deformación plástica ocurre, el material no va a retornar a su longitud original luego de que se remueva la carga aplicada. Ahora va a exhibir una deformación permanente. El punto en el cual el comportamiento del material cambia de elástico a plástico es conocido como límite de fluencia. Entonces la resistencia a la fluencia es aquel valor de resistencia al cual la respuesta del material cambia de elástica a plástica. Este valor es extremadamente importante, dado que la mayoría de los diseñadores van a emplearlo como la base para la carga máxima admisible para algunas estructuras. Esto es necesario porque la estructura puede perder utilidad si se deforma en forma permanente a causa de que se sobrepasó el límite de fluencia. Tanto la resistencia a la tracción como la de fluencia son generalmente determinadas mediante un “ensayo de tracción”. Una muestra

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o probeta cuya sección transversal es conocida es cargada de manera que la tensión en libras por pulgada al cuadrado, pueda ser determinada. La

Figura 6.1 – Iustración del comportamiento elástico de los metales La resistencia a la tracción de un ensayo de tracción es de 60000 psi. La carga máxima que este metal puede soportar es de 60000 psi multiplicada por el área de la sección transversal (en pulgadas) Para un componente de 1 pulgada por 1 pulgada (1 pulgada cuadrada): Carga máxima=60000 psi x pulgada cuadrada Carga máxima= 60000 pulgadas Para un componente de 2 pulgadas por 2 pulgadas (4 pulgadas cuadradas): Carga máxima=60000 psi x 4 pulgadas cuadradas Carga máxima= 240000 pulgadas

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Figura 6.2 – Propiedades mecáncias de algunos metales probeta es cargada hasta la rotura y luego es posible determinar su capacidad de carga en libras por pulgada cuadrada (psi). Los ejemplos que siguen muestran como funciona esta relación para un material. Cuando un diseñador sabe la resistencia a la racción de un metal, el puede determinar el tamaño necesario de la sección transversal de ese material para resistir una carga dada. El ensayo de tracción provee una medida directa de la resistencia del metal, también es posible hacer una medición indirecta de la resistencia haciendo un ensayo de dureza. Para aceros al carbono hay una relación directa entre la resistencia a la tracción y la dureza. Esto es, si se incrementa la dureza, la resistencia a la tracción también aumenta, y viceversa. El ensayo de tracción provee la determinación más precisa de la resistencia a la tracción, pero generalmente es conveniente realizar un ensayo de dureza en aceros al carbono y de baja aleación para determinar sus resistencias a la rotura equivalentes. La figura 6.2 muestra algunos valores típicos para resistencias a la rotura y a la fluencia, alargamientoalargamiento porcentual y dureza para algunos materiales comunes de construcción. Es interesante resaltar que los valores de esta tabla pueden variar dependiendo del tratamiento térmico que se le haya realizado al material, a las condiciones mecánicas o a la masa. Estas condiciones cuando cambian, pueden alterar las propiedades mecánicas aunque el material tenga la misma composición química.

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La temperatura del metal también tiene un efecto sobre su resistencia. Si la temperatura aumenta, la resistencia del metal decrece. Si un metal va a estar sometido a temperatura, el diseñador debe tener en cuenta la reducción de la resistencia por la temperatura para el diseño de la sección que soporte la carga. La temperatura también va a tener influencia en la ductilidad del metal, que es el próximo tema a ser discutido.. Ductilidad Ductilidad es un término que se refiere a la capacidad del material para deformarse, o estirarse bajo carga sin romperse. Cuánto más dúctil es un metal, más se va a estirar antes de romperse. La ductilidad es una propiedad importante de un metal, porque puede afectar la rotura del material, ya sea que fuera gradual o repentina cuando el metal es cargado. Si un metal presenta alta ductilidad, generalmente va a romperse gradualmente. Un metal dúctil va a doblarse antes de romperse, lo que es un buen indicador de que el metal ha excedido su punto de fluencia. Los metales poco dúctiles fallan súbitamente, se quiebran repentinamente sin aviso. La ductilidad aumenta con la temperatura. Un metal con alta ductilidad es denominado dúctil, mientras que un metal con baja ductilidad es denominado frágil o quebradizo. Los materiales frágiles muestran pequeña o ninguna deformación antes de fracturarse. El vidrio es un buen ejemplo de un material frágil. Un metal comúnmente frágil es la fundición de hierro, especialmente la fundición blanca.

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La diferencia en aspecto de la rotura de un material dúctil respecto de uno frágil es mostrada en la figura 6.3, donde se observan las mitades de dos probetas sometidas al ensayo de impacto. La ductilidad es la propiedad que permite que varios componentes puedan ser de longitudes diferentes (levemente) y soportar uniformemente una carga sin que uno de los componentes sea sobrecargado al punto de romperse. Si uno de estos componentes es un poco más corto, pero dúctil, es capaz de deformarse lo suficiente para permitir que la carga sea también soportada por los otros componentes. Un ejemplo de este comportamiento es la tensión de los alambres que forman los cables de los puentes colgantes. Dado que no pueden ser hechos con tal precisión que sean todos iguales, los alambres son de material dúctil. Cuando el puente es cargado, los alambres más cortos momentáneamente soportan más carga hasta que se estiran y luego se reparte la carga entre todos los alambres. La ductilidad se vuelve aún más importante para un metal que debe ser sometido a operaciones de conformado. Por ejemplo, los metales usados para componentes de la carrocería de automóviles tie nen que tener suficiente ductilidad para poder ser conformados con la forma deseada.

Un aspecto importante referido a la ductilidad, y la resistencia, es la diferencia de magnitud respecto de la dirección en la cual la carga es aplicada referida a la dirección del laminado del material durante su proceso de manufactura. Las propiedades de los materiales laminados varían según la dirección. El laminado causa que los cristales, o granos, sean estirados en la dirección del laminado mucho más que en la dirección transversal. El resultado es que la resistencia y la ductilidad de un material laminado como una chapa de acero es mayor en la dirección de laminación. En la dirección transversal del material, la resistencia decrece hasta un 30% y la ductilidad se reduce hasta un 50% con respecto a la dirección de laminación. En la dirección del espesor, la resistencia y la ductilidad son aún menores. Para algunos aceros, la ductilidad en esta dirección es muy baja. Cada una de las tres direcciones referidas arriba tienen asignada una letra para su identificación. La dirección de laminación es identificada con la “X”, la dirección transversal con la “Y” y el espesor con la “Z”. Tal vez usted haya presenciado la calificación de un soldador por medio de una probeta de plegado en la cual se produjo la rotura en el metal base. Esto es generalmente como resultado de usar el material con la dirección de laminación paralela al eje de soldadura. Aún cuando un metal presente excelentes propiedades en la dirección de laminación, al cargarlo en cualquiera de las otras dos direcciones puede terminar en rotura. La ductilidad de un metal es normalmente determinada por un ensayo de tracción, y al mismo tiempo se mide el alargamiento. La ductilidad generalmente es expresada de dos maneras: como alargamiento porcentual o como reducción porcentual de área. Dureza

Figura 6.3 – Falla dúctil versus frágil

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TENACIDAD.-

Figura 6.4 – Ensayos de dureza, penetradores y formas de las improntas

DUREZA La dureza es una de las propiedades mecánicas más comunes y más fácil de medir. Es definida como la capacidad del material para resistir la penetración o impronta. Se aclaró previamente que para los aceros al carbono la dureza y la resistencia a la tracción están relacionadas. La dureza aumenta con la resistencia y viceversa. Por eso, si se conoce la dureza, es posible estimar la resistencia a la tracción, especialmente para aceros al carbono y de baja aleación. Esto es muy útil para determinar la resistencia de un metal sin tener que preparar la probeta de tracción. La dureza de un metal puede ser determinada de diferentes formas. De todos modos, los métodos más comunes emplean alguna clase de penetrador que penetra en la superficie del metal empujado por alguna carga aplicada. Varios ensayos pueden realizarse usando esta técnica básica; difieren en el tipo y forma del penetrador. La dureza del material es determinada en función del tamaño o de la profundidad de la impronta. La figura 6.4 muestra algunos de los penetradores más comunes y las formas de sus improntas. Dada la gran cantidad de métodos, es posible determinar la dureza de un área grande de la superficie de un metal o de grano individual del metal. Tenacidad

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La siguiente propiedad mecánica a ser discutida es la tenacidad. En general, la tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía. De un diagrama de tensión-deformación puede determinarse la tenacidad calculando el área bajo la curva de tensión deformación, como se muestra en la figura 6.5. Estas curvas, muestran que el metal Monel es más tenaz que el acero dulce (mild) porque el área bajo la curva es mayor. Otro término común es la tenacidad de entalla. Ésta difiere de la tenacidad en que se refiere a la capacidad del material de absorber energía cuando la superficie presenta entalladuras, mientras que la tenacidad se refiere a la capacidad de absorción de energía de una muestra sin entallas. La tenacidad de entalla difiere además en que la tenacidad define el comportamiento del material cuando es cargado lentamente, mientras que la tenacidad de entalla refleja la absorción de energía que ocurre cuando es cargado con alta velocidad de carga. Por esta razón, la tenacidad de entalla es conocida como resistencia al impacto. La diferencia entre estos dos términos es demostrada por la analogía de la rotura de un cordón. Si es aplicada una carga con baja velocidad (lentamente), se requiere más carga que si se tira del cordón bruscamente.

Figura 6.5 – Tenacidad de dos metales Cuando se discuta sobre tenacidad o tenacidad de entalla , el nivel inferior es cuánta

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energía puede ser absorbida por un material antes de romperse. Un metal que exhibe baja tenacidad va a romperse con bajas cargas, con pocas muestras de deformación. Un metal tenaz, va a romperse a un valor más alto con muestras de deformación permanente. Volviendo a la discusión previa sobre ductilidad, la diferencia entre metales de alta y baja tenacidad es que valores de baja tenacidad definen comportamientos frágiles mientras que altos valores de tenacidad se relacionan con roturas dúctiles. Como en el caso de la ductilidad, la tenacidad de un metal va a cambiar con la temperatura. En general, si la temperatura disminuye, la tenacidad del metal también disminuye. Consecuentemente, la tenacidad de un metal es determinada a una temperatura especificada. Sin información adicional, el valor de la tenacidad de un metal tiene poca importancia. Dado que por la presencia de una entalladura u otra forma de concentración de tensiones hace que los materiales estructurales tengan roturas frágiles bajo ciertas condiciones, la tenacidad de entalla es la primera preocupación. Muchos metales, especialmente los aceros de alta resistencia para herramientas, son extremadamente sensibles a la presencia de irregularidades filosas en al superficie. La figura 6.6 muestra algunas formas típic as que crean el efecto de entalladura. Si un metal exhibe un valor grande de tenacidad de entalla , esto significa que se va a desempeñar bien, haya o no entalladuras presentes. De todos modos, si un metal es sensible a las entalla duras, significando que tiene un bajo valor de tenacidad de entalla , puede fácilmente romperse durante impactos o cargas repetitivas. En general, la tenacidad de entalla disminuye con el aumento de la dureza y con la disminución de la temperatura. En pruebas de comportamiento para determinar la tenacidad de entalla para un metal, uno trata de determinar la temperatura para la cual el comportamiento de la rotura cambia de dúctil frágil. Esta temperatura es conocida como la temperatura de transición del metal.

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Figura 6.6 – Distintas condiciones que pueden producir un concentrador de tensiones Hay varios tipos de ensayos usados para determinar la tenacidad de entalla de un metal. De todos modos, en principio difieren en la forma en que la entalla es introducida y en la forma en que es aplicada la carga. La mayoría incluye algún tipo de carga de impacto que es aplicada cuando el metal llegó a cierta temperatura. Algunos de los ensayos de tenacidad de entalla más comunes son Charpy, drop weight nil ductility, explosion bulge, dynamic tear y crack tip opening displacemet (CTOD). Resistencia a la Fatiga La última propiedad mecánica a revisar es la resistencia a la fatiga. Para definir la resistencia a la fatiga de un metal se debe entender primero que se entiende por rotura de un metal por fatiga. La fatiga de un metal es causada por la acción mecánica repetitiva o cíclica sobre un componente. Esto es, la carga cambia alternativamente entre tracción y compresión o varía el valor de la carga. Esta acción puede ocurrir rápidamente, como en el caso de la rotación de un motor, o lentamente cuando los ciclos pueden ser medidos en días. Un ejemplo de rotura por fatiga puede ser la flexión repetida de un árbol motor que termino produciendo la rotura. Este tipo de rotura va a ocurrir generalmente a un valor inferior al valor de resistencia a la rotura del árbol.

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Figura 6.7 – Curvas típicas tensióndeformación para el acero y el aluminio

número específica de ciclos requerido para provocar la rotura; el número típico es de 1 a 10 millones de ciclos. La resistencia a la fatiga puede ser determinada mediante un ensayo de fatiga. Mientras este puede ser realizado de diferentes formas, lo más común es que se aplique un valor a tracción y luego el mismo a compresión. Es te tipo de ensayo es conocido como “reverse bending (flexión alternada)”. Mientras el máximo valor de tensión es incrementado, el número de ciclos requeridos para provocar la rotura decrece. Si un número de estos ensayos son realizados a distintos niveles de carga puede trazarse una curva de tensión en función del número de ciclos, como se muestra en la figura 6.7. La curva tensión número de ciclos es simplemente una descripción gráfica de cuántos ciclos son necesarios para producir una rotura a distintos niveles de tensión.

Figura 6.8 – Influencia de las entallas en el desempeño a la fatiga

Figura 6.9 – Influencia de la terminación superficial en la resistencia a la fatiga La resistencia a la fatiga de un metal es definida como la resistencia necesaria para soportar la rotura bajo la aplicación repetitiva de carga. El conocimiento de la resistencia a la fatiga es importante porque la mayoría de las roturas de los metales son el resultado de la fatiga. La información sobre resistencia a la fatiga generalmente es reportada en relación con un

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Figura 6.10 – Ejemplos de discontinuidades en la superficie de la soldadura Estas curvas muestran como el acero exhibe un límite de fatiga; caso contrario el aluminio que no lo posee. El límite de fatiga es la máxima tensión a la cual el material no va a fallar, sin importar el número de ciclos que se aplique a la carga. Esto significa que el aluminio va a fallar eventualmente, aún a niveles bajos de tensión. De todos modos, el acero puede durar indefinidamente mientras la tensión se mantenga por debajo del límite de fatiga. A menudo, el límite de fatiga de los aceros al carbono es aproximadamente la mitad de su resistencia a la tracción. La resistencia a la fatiga, como la resistencia al impacto, es extremadamente dependiente de la geometría superficial del componente. La presencia de cualquier entalla o concentrador de tensión puede incrementar la tensión al punto de superar el límite de fatiga del metal. Por encima de la aplicación de un número

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suficiente de ciclos, la falla por fatiga va a discontinuidad sub superficial. La razón para esto ocurrir. La figura 6.8 muestra el efecto del radio es que las tensiones a nivel superficial son de la entalla sobre la resistencia a la fatiga de un generalmente más altas que los niveles de tensión metal. La terminación superficial puede tener un interna. Por esta razón, el inspector de soldadura efecto en la resistencia a la fatiga como se puede jugar un rol importante en la prevención de muestra en al figura 6.9. las roturas por fatiga mediante la realización de Una mayor preocupación en soldadura se una cuidadosa inspección visual. El refiere a la resistencia a la fatiga del metal. Esta descubrimiento y la corrección de irregularidades preocupación no es tanto por los cambios superficiales filosas va a mejorar en gran medida metalúrgicos que puedan ocurrir, sino por la las propiedades de cualquier estructura respecto a presencia de algunas irregularidades superficiales la fatiga. En muchos casos, con respecto a la filosas; las cuáles pueden ser aportadas por la fatiga, una soldadura pequeña con un contorno soldadura. A menos que la superficie sea lisa suave se va a desempeñar mejor que una después de soldarse, la soldadura crea una soldadura más grande con irregularidades superficie irregular. Las discontinuidades superficiales filosas. superficiales de la soldadura como socavado, solapado, sobreespesor excesivo o convexidad, Propiedades Químicas de los Metales pueden tener un efecto en la resistencia a la fatiga del componente. Estas condiciones crean entallas Las propiedades mecánicas de un metal filosas que pueden actuar como iniciadores de pueden ser alteradas por la aplicación de varios fisuras de fatiga. Ejemplos de algunas de estas tratamientos térmicos y mecánicos. De todos irregularidades superficiales son mostrados en la modos, van a ocurrir cambios drásticos si es figura 6.10. cambiada la composición química. Desde el Mientras que la rotura por fatiga puede punto de vista de la soldadura, el interés principal resultar de una discontinuidad interna de la son las aleaciones o mezclas de diferentes soldadura, son más preocupantes aquellas que se elementos, ambos metálicos y no metálicos. El encuentran en la superficie. Esto es, una ejemplo más común es el acero, que es una discontinuidad superficial va a iniciar más rápido mezcla de hierro y carbono, más otros elementos una rotura por fatiga que va a convertirse en una en diferentes cantidades. Nombre Contenido de Uso típico Soldabilidad común carbono Lingote de Máximo 0.03% Pintar, galvanizar, laminado en Excelente acero hojas y tiras Acero bajo Máximo 0.15% Electrodos para soldar, placas y Excelente carbono chapas Acero dulce 0.15%-0.3% Chapas, placas y barras Buena estructurales Acero medio 0.3%-0.5% Partes de maquinaria Regular (frecuentemente se requiere carbono precalentamiento y postcalentamiento Acero alto 0.5%-1% Resortes, matrices, rieles de Mala (difícil de soldar sin pre y post carbono ferrocarril calentamiento adecuado) Figura 6.11 – Tipos de aceros planos al carbono

Designación de la serie 10XX 11XX 13XX 23XX

Tipos y Clases Aceros al carbono sin resulfurar Aceros al carbono resulfurar Manganeso 1.75% Níquel 3.5%

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25XX Níquel 5% 31XX Níquel 1.25%-Cromo 0.65% o 0.8% 33XX Níquel 3.5%-Cromo 1.55% 40XX Molibdeno 0.25% 41XX Cromo0.5%-0.95%-Molibdeno 0.12% o 0.2% 43XX Níquel 1.8%-Cromo 0.5% o 0.8%-Molibdeno 0.25% 46XX Níquel 1.55% o 1.8%-Molibdeno 0.2% o 0.25% 47XX Níquel 1.05%-Cromo 0.45%-Molibdeno 0.25% 48XX Níquel 3.5%-Molibdeno 0.25% 50XX Cromo 0.28% o 0.4% 51XX Cromo 0.8%, 0.9%, 0.95%, 1% o 1.45% 5XXXX Carbono 1%-Cromo 0.5%, 1% o 1.05% 61XX Cromo 0.8 o 0.95%-Vanadio 0.1% o 0.15% mínimo 86XX Níquel 0.55%-Cromo 0.5% o 0.65%-Molibdeno 0.2% 87XX Níquel 0.55%-Cromo 0.5%-%-Molibdeno 0.25% 92XX Manganeso 0.85%-Silicio 2% 93XX Níquel 3.25%-Cromo 1.2%-Molibdeno 0.12% 94XX Manganeso 1%-Níquel 0.45%-Cromo 0.4%-Molibdeno 0.12% 97XX Níquel 0.55%-Cromo 0.17%-Molibdeno 0.2% 98XX Níquel 1%-Cromo 0.8%-Molibdeno 0.25% Figura 6.12 – Designaciones de aceros al carbono y de baja aleación según SAE-AISI Además de las propiedades mecánicas, la composición química del metal también va a tener un efecto sobre la resistencia a la corrosión y la soldabilidad (la facilidad con que cada metal puede ser exitosamente soldado). Por esto, parte de las tareas de un inspector de soldadura pueden incluir la verificación de la composición química de un metal comparando su composición actual contra la especificación. Grupos de Aleaciones Un inspector de soldadura, puede ser expuesto a un número diferente de aleaciones metálicas. Los metales pueden ser agrupados in varias categorías de aleaciones; algunas categorías comunes son acero, aluminio, níquel y cobre. Esta discusión está principalmente orientada a aleaciones de acero, que luego divididas en tres subcategorías: aceros comunes al carbono, aceros de baja aleación y aceros de alta aleación. De acuerdo al tonelaje usado, los aceros comunes al carbono son los más usados. Contienen principalmente hierro, pero además pequeñas proporciones de carbono, manganeso, fósforo, azufre y silicio. La cantidad de carbono presente tiene el mayor efecto sobre las propiedades del metal. La figura 6.11 muestra el

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contenido de carbón y algunas características de los aceros comunes al carbono. Los aceros de baja aleación contienen menor cantidad de otros elementos como níquel, cromo, manganeso, silicio, vanadio, columbio, aluminio, molibdeno y boro. La presencia de estos elementos en distintas cantidades pueden resultar en diferencias notables en las propiedades mecánicas. Estos aceros de baja aleación pueden ser generalmente clasificados en aceros estructurales de baja aleación y alta resistencia, aceros para usos automotrices y de maquinaria, aceros para servicio a baja temperatura o aceros para servicio en alta temperatura. Muchos de estos aceros de baja aleación han sido clasificados de acuerdo con su composición química, como se muestra en la figura 6.12. Esto clasificación fue desarrollada por el American Iron and Steel Institute (AISI) y la Society of Automotive Engineers (SAE) y son generalmente usados en la fabricación de aceros. El último grupo de aceros son los de alta aleación. Los aceros inoxidables y otros tipos de aleaciones resistentes a la corrosión son ejemplos de este grupo de aceros aleados. Los aceros inoxidables contienen como mínimo un 12% de cromo y algunos contienen cantidades significativas de níquel. La figura 6.13 muestra las composiciones de algunos de estos tipos de

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aceros inoxidables, divididos en cinco grupos, austeníticos, martensíticos, ferríticos, endurecidos por precipitación y de grados dúplex. Efectos de la Composición Química en los Aceros La siguiente lista muestra los efectos de varios elementos aleantes sobre las propiedades de los aceros, incluida la soldabilidad. Carbono Es generalmente considerado como el elemento aleante más importante en los aceros y puede estar presente hasta en un 2% (aunque la mayoría de los aceros soldados tienen menos de un 0.5%). El carbono puede existir disuelto en el hierro, o en formas combinadas como la cementita (Fe 3 C). A medida que aumenta la cantidad de carbono, aumenta la dureza y la resistencia a la tracción, así como la respuesta a los tratamientos térmicos (endurecimiento). Por otro lado, el incremento de la cantidad de carbono reduce la soldabilidad. Azufre Es generalmente una impureza indeseable en los aceros, más que un elemento aleante. Se realizan esfuerzos especiales para eliminarlo durante la fabricación de aceros. En cantidades superiores al 0.05% tiende a causar fragilidad y a reducir la soldabilidad. Aleado en cantidades desde el 0.1 al 0.3% tiende a mejorar la maquinabilidad del acero. Estos tipos de aceros son conocidos como “resulfurados” o “corte libre”. Los aceros corte libre no son recomendados donde se deba soldar. Fósforo Es generalmente considerado como una impureza no deseada en los aceros. Generalmente se encuentra en cantidades de hasta un 0.04% en la mayoría de los aceros al carbono. En aceros endurecidos, puede tender a causar fragilidad. En aceros de baja aleación y alta resistencia, puede añadirse hasta un 0.1% de fósforo para mejorar la resistencia a la corrosión y a la tracción.

Silicio Generalmente solo está presente en pequeñas cantidades (0.2%) en aceros laminados cuando es usado como desoxidante. De todos modos en ,fundiciones de acero (steel castings), está presente en cantidades que varían de 0.35% al 1%. El silicio se disuelve en el acero y tiende a hacerlo más resistente. El metal de soldadura generalmente contiene aproximadamente 0.5% de silicio como desoxidante. Algunos metales de aporte pueden contener hasta un 1% para realzar la limpieza y la desoxidación para soldar sobre superficies contaminadas. Cuando estos metales de aporte son empleados para soldar sobre superficies limpias, el metal de soldadura resultante va a incrementar ostensiblemente su resistencia. La disminución resultante en ductilidad puede presentar problemas de fisuras en algunas situaciones. Manganeso Los aceros contienen generalmente por lo menos un 0.3% de manganeso porque actúa de las siguiente manera: 1 asiste en la desoxidación del acero, 2 previene la formación inclusiones de sulfuro de hierro, 3 Aumenta la resistencia por incremento de la capacidad de endurecimiento del acero. Cantidades de hasta un 1.5% son encontradas en aceros al carbono. Cromo Es un poderoso elemento aleante en los aceros. Es agregado principalmente por dos razones; primero aumenta en gran medida la dureza del acero y segundo, mejora notablemente la resistencia a la corrosión de las aleaciones a la oxidación media. Su presencia en algunos aceros puede causar una dureza excesiva y fisuras, en las adyacencias de la soldadura. Los aceros inoxidables contienen cantidades de cromo que llegan a superar el 12%. Molibdeno Este elemento es un fuerte formador de carburos (carbide) y generalmente está

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Figura 6.13 – Composición de algunos aceros inoxidables presente en los aceros aleados en cantidades menores al 1%. Es agregado para aumentar la dureza y la resistencia a las temperaturas elevadas. Es agregado a los aceros inoxidables austeníticos para mejorar la resistencia al pitting. Níquel Es agregado a los aceros para aumentar su dureza. Se desempeña bien en esta función porque a menudo mejora la tenacidad y la ductilidad del acero, aún con el aumento de la resistencia y de la dureza que brinda. El níquel es frecuentemente usado para mejorar la tenacidad del acero a bajas temperaturas. Aluminio Es agregado al acero en muy pequeñas cantidades como desoxidante. También afina el grano para mejorar la tenacidad; los aceros con adiciones moderadas de aluminio son conocidos como aceros de grano fino.

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Vanadio La adición de vanadio va a resultar en un aumento de dureza del acero. Es muy efectivo en esta función, de manera que generalmente es agregado en cantidades diminutas. En cantidades superiores al 0.05% puede haber tendencia a que el acero se fragilice durante los tratamientos térmicos de alivio de tensiones. Niobio (columbio) Como el vanadio, es generalmente considerado como un endurecedor del acero. De todos modos, debido a su fuerte afinidad con el carbono, puede combinarse con el carbono en el acero con una marcada disminución de la dureza. Es agregado a los aceros inoxidables austeníticos como un estabilizador para mejorar las propiedades de soldabilidad. El niobio es también conocido como columbio.

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Gases disueltos El hidrógeno (H2), el oxígeno (O2) y el nitrógeno (N2) todos disueltos en el metal fundido pueden provocar la fragilidad del acero si no son removidos. Los procesos de refinamiento del acero son diseñados para eliminar la mayor parte de estos gases. Gases de protección especiales o fundentefundentes son usados para prevenir su disolución en el metal de soldadura fundido. Aleaciones de Aluminio Son probablemente el grupo más numeroso de aleaciones no ferrosas usadas en la industria metalmecánica actual. Disponibles como materia prima o fundidas, se consideran generalmente soldables. El aluminio es muy deseado para aplicaciones que requieran buena resistencia, bajo peso, buena conductividad térmica y eléctrica y buena resistencia a la corrosión. Comercialmente el aluminio puro recocido o fundido tiene una resistencia a la tracción de 1/5 de la resistencia del acero estructural. El Mayor elemento aleante Número de la Asociación del Aluminio Aluminio puro* 1XXX Cobre 2XXX Manganeso 3XXX Silicio 4XXX Magnesio 5XXX Magnesio y silicio 6XXX Zinc 7XXX *mínimo 99% Figura 6.14 – Grupos de aleación de la Asociación del aluminio Designación F O H1 H2 H3 W T T2 T3 T4

Condición En bruto Recocido, recristalizado Estado de acritud solamente Estado obtetenido por acritud y recocido después parcialmente Estado obtenido por acritud y estabilizado a continuación Tratamiento térmico de disolución Tratado térmicamente Recocido Tratamiento térmico de solubilización y deformado posteriormente en frío Tratamiento térmico de solubilización y posterior

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solubilización y posterior envejecimiento natural hasta conseguir una condición estable T5 Envejecimiento artificial T6 Tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento artificial T7 Tratamiento térmico de solubilización y posteriormente estabilizado T8 Tratamiento térmico de solubilización y deformación en frío y maduración artificiaal T9 Tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento artificial y deformación en frío Figura 6.15 – Designaciones básicas del estado de tratamiento de las aleaciones del alumnio trabajado en frío aumenta considerablemente la resistencia, además de permitir que el aluminio se pueda alear con otros metales. Aleado con cobre, silicio o zinc, permite tratamientos térmicos que puedan aumentar su resistencia. En algunos casos, su resistencia al punto de ser comparable con un acero. Hay dos categorías generales en las cuales las aleaciones de aluminio pueden ser colocadas: térmicamente tratables y no tratables térmicamente. Los tipos de tratamientos térmicos toman su dureza y resistencia de un proceso denominado “endurecimiento por precipitación”. Los tratamientos no térmicos aumentan la resistencia por endurecimiento mediante estiramiento (trabajo en frío) y por adición de elementos aleantes. La figura 6.14 nombra las designaciones para los varios tipos de aleaciones de aluminio según la Aluminium Association, de acuerdo a la mayor parte de elementos aleantes. Para indicar la condición de los distintos grados, puede añadirse un sufijo a la designación numérica. Estas designaciones standard de tratamientos son mostradas en la figura 6.15. Aleaciones de Níquel El níquel es un metal tenaz, plateado de la misma densidad que el cobre. Tiene una excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación aún a altas temperaturas. El níquel se puede alear con muchos materiales y es base para un número de aleaciones en combinación con el hierro, el

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cromo y el cobre. Muchas de las aleaciones para alta temperatura y resistentes a la corrosión tienen porcentajes de níquel en el orden del 60 al 70%. Esto puede incluir varias aleaciones como el Monel 400, Inconel 600 y Hastelloy C-276. Procedimientos de soldadura similares a aquellos usados en acero son empleados con el níquel y sus aleaciones, y todos los métodos comunes de soldadura pueden ser usados. Aleaciones de Cobre El cobre es probablemente mejor conocido por su alta conductividad eléctrica, explicando por qué es tan usado para aplicaciones eléctricas. Es aproximadamente tres veces más denso que el aluminio y tiene conductividades térmicas y eléctricas que son aproximadamente 1.5 veces mayores. El cobre es resistente a la oxidación a temperaturas inferiores a los 400ºF, al agua salada, a las soluciones alcalinas sin amoníaco y muchos químicos orgánicos. De todos modos, el cobre reacciona rápidamente con el azufre y sus compuestos producen sulfatos de cobre. El cobre y sus aleaciones son extensamente usados para tuberías de agua, válvulas y equipos, intercambiadores de calor y equipos químicos. Las aleaciones de cobre pueden ser divididas en ocho grupos, incluyendo: • Cobre • Aleaciones con alto porcentaje de cobre • Latones (Cu-Zn) • Bronces (Cu-Sn) • Cobre-níquel (Cu-Ni) • Aleaciones cobre-níquel-zinc (níquel plateado) • Cobre-plomo • Aleaciones especiales Aunque la mayoría de las aleaciones del cobre son soldables y/o por brazing en algún grado, su alta conductividad térmica presenta algunos problemas. Este factor tiende a conducir el calor de la soldadura o del brazing afuera de la junta demasiado rápido. Es crítica la limpieza debido a la presencia de tenaces óxidos superficiales. De todos modos, estas aleaciones pueden ser unidas efectivamente usando una gran variedad de procesos de soldadura y brazing.

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ENSAYOS DESTRUCTIVOS Una vez que es reconocido que las propiedades metálicas son importantes para la conveniencia de un metal o una soldadura, es necesario determinar los valores reales. Esto es, ahora el diseñador puede querer poner un número en cada una de esas importantes propiedades de manera que él o ella puedan efectivamente diseñar una estructura usando materiales teniendo las características deseadas. Hay numerosos ensayos usados para determinar las varias propiedades mecánicas y químicas de los metales. Mientras que algunos de esos ensayos proveen valores para más de una propiedad, la mayoría son diseñados para determinar el valor de una característic a específica. Por esto, puede ser necesario realizar varios ensayos diferentes para determinar toda la información deseada. Es importante para el inspector de soldadura entender cada uno de estos ensayos. El inspector debe saber cuando es aplicable un ensayo, que resultados van a proveer y como determinar si los resultados cumplen con la especificación. También puede ser de ayuda si el inspector de soldadura entienda algunos de los métodos usados en lo s ensayos, aún si no está directamente involucrado con el ensayo. Los métodos de ensayo son generalmente agrupados en dos clases, destructivos y no destructivos. Los ensayos destructivos dejan al material o parte fuera de uso para servicio una vez que se realiza el ensayo. Estos ensayos determinan como el material se comporta cuando es cargado a rotura. Los ensayos no destructivos no afectan a la pieza o componente para su posterior uso, y serán discutidos en el módulo 10. En toda esta discusión, no va a considerarse el ensayo destructivo específico usado para determinar una propiedad de un metal base o de un metal de soldadura. Para la mayor parte, esto no representa un cambio significativo en la manera en la cual el ensayo es realizado. Habrá ocasiones cuando un ensayo es realizado para ensayar específicamente al metal base o al metal de soldadura, pero la mecánica de la operación del ensayo va a variar muy poco o nada.

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generalmente los sobreespesores de soldadura son de terminación plana. Este enfoque es usado para ensayar procedimientos y calificación de soldadores de acuerdo con API 1104. Un ensayo de tracción exitoso hecho de acuerdo con esta especificación es descripto con una probeta que falla en el metal base, o en el metal de soldadura si la resistencia del metal base está por encima. Para la mayoría de los casos en los cuales el ensayo de tracción es requerido, de todos modos, hay una necesidad para determinar el valor actual de la resistencia y otras propiedades de ese metal, no solamente si la soldadura es tan resistente como el metal base. Cuando la determinación de estos valores es necesaria, la probeta debe ser preparada en una configuración que provea una sección reducida en alguna parte cerca del centro de la longitud de la probeta, como se muestra en la figura 6.16.

Ensayo de Tracción La primera propiedad revisada fue la resistencia, de manera que el primer método de ensayo destructivo va a ser el ensayo de tracción. Este ensayo nos provee una gran cantidad de información acerca de un metal. Alguna de las propiedades que pueden ser determinadas como el resultado del ensayo de tracción incluyen: • Resistencia a la Rotura • Resistencia a la Fluencia • Ductilidad • Alargamiento Porcentual • Reducción Porcentual de Área • Módulo de Elasticidad • Límite Elástico • Límite Proporcional • Tenacidad Algunos valores del ensayo de tracción pueden determinarse por lectura directa de una galga. Otros pueden ser cuantificados solamente después del análisis del diagrama de tensión deformación que es producido durante el ensayo. Los valores para ductilidad pueden hallarse mediante mediciones comparativas de la probeta de tracción antes y después del ensayo. El porcentaje de esa diferencia describe el valor de la ductilidad presente. Cuando se realiza un ensayo de tracción, uno de los aspectos más importantes es que el ensayo involucra la preparación de la probeta de tracción. Si esta parte del ensayo es realizada con poco cuidado, la validez de los resultados del ensayo se ven severamente reducidos. Pequeñas imperfecciones en la terminación superficial, por ejemplo, pueden resultar en reducciones significativas de la resistencia aparente y de la ductilidad de la probeta. Algunas veces, el solo propósito del ensayo de tracción de una probeta soldada es para mostrar simplemente si la zona soldada va a desempeñarse de la misma manera que el metal base. Para este tipo de evaluación, solamente es necesario remover una probeta transversal al eje longitudinal de la soldadura, con la soldadura groseramente centrada en la probeta. Los dos extremos cortados deben ser paralelos usando un serrucho u oxicorte, pero no es necesario ningún tratamiento superficial ni la remoción de los sobreespesores de soldadura. De todos modos,

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Figura 6.16 – Probeta de tracción con sección reducida Esta sección reducida es dónde se pretende que se localice la rotura. De otro modo la rotura puede tender a ocurrir preferentemente cerca de la zona de agarre de la probeta, haciendo más difíciles la mediciones. También esta sección reducida resulta en un incremento de la uniformidad de las tensiones a través de la sección transversal de la probeta. Esta sección transversal debe exhibir los siguientes tres aspectos para que puedan obtenerse resultados válidos: 1.

La longitud completa de la sección reducida debe ser una sección transversal uniforme. 2. La sección transversal debe ser de una forma que pueda ser fácilmente medida de manera que el área de la sección pueda ser calculada. 3. Las superficies de la sección reducida deben estar libres de irregularidades superficiales, especialmente si son perpendiculares al eje longitudinal de la probeta.

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Por estas razones, así como también la mecánica para preparar una probeta, las dos formas más comunes para las secciones transversales son la circular y la rectangular. Amabas son rápidamente preparadas y medidas. Si es requerido para realizar un ensayo de tracción, el inspector de soldadura debe estar capacitado para calcular el área de la sección transversal reducida de la probeta. Los ejemplos 1 y 2 mostrados abajo muestran como estos cálculos son hechos para ambas secciones transversales. Ejemplo 1: Área de una Sección Transversal Circular Área (círculo)= pixr2 o, pixd2/4 Diámetro de la probeta, d=0.555 in. (medido) Radio de la probeta, r=d/2=0.2525 in. Área=3.1416x.25252 Área=0.2 in.2 Ejemplo 2: Área de una Sección Rectangular Ancho medido, w=1.5 in. Espesor medido, t=0.5 in. Área=wXt Área=0.75 in.2 La determinación de este área previo al ensayo es crítica porque este valor va a ser usado para finalmente determinar la resistencia del metal. La resistencia va a ser calculada dividiendo la carga aplicada sobre el área de la sección transversal original. El ejemplo 3 muestra este cálculo para la probeta de sección transversal circular usada en el ejemplo 1. Ejemplo 3: Cálculo de la Resistencia a la Rotura Carga=12500 lb para la rotura de la probeta Área= 0.2 in2 (ver ejemplo 1) Resistencia a la Rotura=Carga/Área Resistencia a la Rotura=12500/0.2 Resistencia a la Rotura=62500 psi (lb/in.2) El ejemplo previo muestra un cálculo típico de resistencia a la rotura para una probeta standard circular. Esta es una probeta standard porque tiene un área de exactamente 0.2 in.2.

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Esto es conveniente dado que dividiendo un número por 0.2 es lo mismo que multiplicar dicho número por 5. Por esto, si es usada la probeta standard, el cálculo para resistencia a la rotura puede ser realizado de una manera muy simple, como se muestra en el ejemplo 4. Ejemplo 4: Cálculo Alternativo Resistencia a la Rotura

de

la

Carga=12500 libras Área= 0.2 in2. Resistencia a la Rotura=12500x5 Resistencia a la Rotura=62500 psi El resultado de este cálculo es idéntico al del ejemplo 3. El uso de este tamaño standard era muy popular años atrás, antes del advenimiento de la calculadora moderna. En ese tiempo, era más fácil mecanizar precisamente una probeta de tracción que determinar aritméticamente la resistencia dividiendo la carga por algún número complicado. De todos modos, hoy podemos calcular fácilmente la resistencia a la rotura exacta sin importar el área. Otra operación que debe ser realizada antes del ensayo es marcar precisamente unextensómetro sobre la sección reducida. Este extensómetro es normalmente marcado usando un par de puntos centrales tomados de alguna distancia prescrita. Los extensómetros más comunes miden entre 2 y 8 pulgadas. Después del ensayo, la nueva distancia entre esas marcas es medida y comparada con la distancia original para determinar el alargamiento o acortamiento mostrado por la probeta cuando fue cargada hasta la rotura. El alargamiento porcentual refiere el valor que la probeta se estiró entre dos marcas durante el ensayo de tracción. Es calculado dividiendo la diferencia entre la longitud final y la original entre las marcas por la longitud original, y multiplicando el resultado por 100 para representar un porcentaje. Un ejemplo de alargamiento porcentual es mostrado más abajo: Galga de longitud original 2 pulgadas Alargamiento final marca 2.5 pulgadas

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Alargamiento porcentual=2.5-2/2.5x100=25% Cuando una probeta dúctil es sometida al ensayo de tracción, una parte de ella va a exhibir “una estricción”, como resultado de la aplicación de la carga longitudinal de tracción. Si nosotros volvemos a medir y a calcular el área final de esta región más pequeña (con estricción), restándola del área de la sección transversal original, dividiendo el resultado por el área original y multiplicando el resultado por 100, esto va a dar el valor porcentual de reducción de área. Un ejemplo de la reducción porcentual de área (RA) es el siguiente: Área de la Sección Transversal Original de 0.2 pulgadas Área de la Sección Transversal Final de 0.1 pulgada Porcentual RA=0.2-0.1/0.2x100=50%

Figura 6.17 – Máquina de tracción Una vez que fue medida y marcada apropiadamente, la probeta es colocada firmemente en las mordazas apropiadas fijas de la máquina de tracción y moviendo las cabezas. Como se muestra en la figura 6.17. Una vez colocada, la carga de tracción es aplicada a una velocidad determinada. Diferencias en esta velocidad de aplicación de la carga pueden resultar en un ensayo inconsistente. Antes de la aplicación de la carga, es conectado a la probeta en las marcas de un dispositivo conocido como extensómetro. Durante la aplicación de la carga, el extensómetro va a medir el alargamiento que resulta de la carga aplicada. Tanto la carga como el alargamiento son leídos y

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Figura 6.18 – Curva típica deformación para un acero dulce

tensión

grabados para hacer un gráfico de la variación del alargamiento en función de la carga aplicada. Esto es graficado como carga versus deflexión de la curva. De todos modo, nosotros normalmente vemos los resultados del ensayo de tracción expresados en términos de tensión y deformación. La tensión es proporcional a la resistencia, dado que es la carga aplicada en cualquier instante dividido el área de la sección transversal. La deformación es simplemente el valor del alargamiento aparente sobre una longitud dada. La tensión es expresada en psi (lb/in.2) mientras que la deformación es un valor adimensional expresado como in/in. Cuando estos valores son graficados para un acero dulce típico. El resultado que puede aparecer es como el de la figura 6.18. El diagrama de tensión deformación exhibe varios aspectos importantes que serán discutidos. El ensayo comienza con tensión y deformación cero. A medida que la carga es aplicada, el valor de la deformación aumenta linealmente con la tensión. Esta área muestra lo que previamente fue denominado comportamiento elá stico, donde la tensión y la deformación son proporcionales. Para cualquier material dado, la tangente de esta línea es un valor conocido. Esta pendiente es el módulo de elasticidad. Para el acero, el módulo de elasticidad (o módulo de Young) a temperatura ambiente es aproximadamente igual a 30000000 de psi, y para

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el aluminio es 10500000 psi. Este número define la rigidez del metal. Esto es, cuánto más alto es el módulo de elasticidad, más rígido es el metal. Eventualmente, la deformación va a empezar a aumentar más rápido que la tensión, significando que el metal se está alargando más para un valor de carga aplicada. Este cambio maraca el final del comportamiento elástico y el comienzo del período plástico, o de deformación permanente. El punto sobre la curva que muestra el fin del comportamiento lineal es conocido como límite elástico o proporcional. Si la carga es removida en cualquier instante hasta este punto, la probeta va a retornar a su longitud original. Muchos metales tienden a exhibir una partida drástica desde el comportamiento inicial elástico. Como puede ser visto en la figura 6.18, no solamente las tensiones y las deformaciones no son más proporcionales, sino que las tensiones pueden caer o permanecer al mismo valor mientras que la deformación aumenta. Este fenómeno es característico de la fluencia en los aceros dúctiles. Las tensiones aumentan hasta algún límite máximo y después caen hasta algún límite mínimo. Estos valores son conocidos como los límites superior e inferior

deformación

Figura 6.20 – Típico diagrama tensióndeformación para un acero de menor ductilidad

Figura 6.21 – Determinación del límite de fluencia medinate el método 02 Figura 6.19 – Comparación de los diagramas tensión-deformación real y del ingeniero de fluencia, respectivamente. El punto superior es la tensión a la cuál hay un aumento notable de la deformación o deformación plástica, sin un aumento en la tensión. La tensión luego cae y se mantiene relativamente constante en el puntoinferior de fluencia mientras que la

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continúa aumentando durante lo que es conocido como punto de alargamiento en fluencia. sección resistente original. Dado que la tensión es calculada en base a la sección del área transversal original, esto da el aspecto de que la carga esta disminuyendo cuando en realidad sigue aumentando. Si un ensayo de tracción es realizado donde las tensiones son calculadas continuamente en base al área real que resiste la carga aplicada,

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puede ser graficado el diagrama real de tensiones deformaciones. Una comparación entre esta curva

Figura 6.22 – Diagramas de tensióndeformación para aceros de alta y baja tenacidad y la curva del ingeniero discutida previamente es mostrada en la figura 6.19. Ésta muestra que la deformación de la probeta continúa aumentando con el aumento de la tensión. Esta curva verdadera muestra que la rotura ocurre a la máxima tensión y a la máxima deformación. Para metales menos dúctiles, puede no haber un cambio pronunciada en el comportamiento entre la deformación plástica y la elástica. Por eso el método drop beam no puede ser utilizado para determinar la resistencia a la fluencia. Un método alternativo es conocido como el método offset (o método límite 0.2). La figura 6.20 muestra el comportamiento típico tensión deformación para un metal menos dúctil. Cuando es empleado el método offset (o método límite 0.2), es dibujada una línea paralela al módulo de elasticidad para alguna deformación preestablecida. El valor de deformación es generalmente descripto en términos de algún porcentaje. Un valor común es 0.2% (0.002) de la deformación; de todos modos otros valores pueden ser también especificados. La figura 6.21 muestra como es dibujada la línea paralela para dar este valor. La tensión correspondiente a la intersección de esta línea de offset (o método límite 0.2) con la curva de tensión deformación es la resistencia a la fluencia . Debe ser anotada como una resistencia a la fluencia 0.2% de

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manera que otras personas sepan cómo fue determinada. La última información que puede ser obtenida del diagrama de tensión deformación es la tenacidad del metal. Usted recuerda que la tenacidad es una medida de la capacidad del metal para absorber energía. Usted también aprendió que para velocidades de aplicación de carga lentas, la tenacidad puede ser determinada por el área bajo la curva de tensión deformación. Por eso, un metal que tiene valores altos de tensión y deformación es considerado más tenaz que uno con valores bajos. La figura 6.22 muestra una comparación entre los diagramas tensión deformación para un acero de alto carbono para resortes y un acero estructural. Si las áreas bajo las dos curvas son comparadas, es evidente que el área bajo la curva del acero estructural es mayor debido al gran alargamiento aunque el acero del resorte muestre una alta resistencia a la tracción. Por eso, el acero estructural es un metal más dúctil. Siguiendo el ensayo de tracción, es ahora necesario hacer una determinación de la ductilidad del metal. Esto es expresado en una de estas dos formas; o como alargamiento porcentual o como reducción porcentual de área. Ambos métodos involucran mediciones antes y después del ensayo. Para determinar el alargamiento porcentual, es necesario haber marcado la probeta antes de pulirla. Después de que la probeta haya fallado, las dos piezas son colocadas juntas y la nueva distancia entre esas marcas es medida. Con la información original y la longitud final entre las galgas marcadas, es posible calcular el alargamiento porcentual como se muestra en el Ejemplo 5. La ductilidad también puede ser expresada en términos de la estricción que se produce durante el ensayo de tracción. Esto es conocido como reducción porcentual de área, donde las áreas inicial y final de la probeta de tracción son medidas y calculadas por comparación. El ejemplo 6 muestra este cálculo. Tanto el alargamiento porcentual como la reducció n porcentual de área representan expresiones para el valor de ductilidad de una probeta de tracción, estos valores rara vez, o nunca van a ser iguales. Generalmente, la reducción porcentual de área va a ser

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aproximadamente el doble del valor del alargamiento porcentual. La reducción porcentual de área está pensada para ser una expresión representativa para la determinación de la ductilidad de un metal en presencia de alguna entalla. De todos modos, es más frecuente ver especificado el alargamiento porcentual si es usado un solo método. Ejemplo 5: Determinación del Alargamiento Porcentual Longitud original de la galga=2.0 in Longitud final de la galga=2.6 in Alargamiento%=longitud final-longitud inicial/longitud finalx100 Alargamiento porcentual=2.6-2.0/2.6x100 Alargamiento porcentual=0.6/2.0x100 Alargamiento porcentual=30% Ejemplo 6: Determinación de la Reducción Porcentual de Área (%RA) Área original=0.2 in.2 Área final=0.1 in.2 Reducción porcentual de área=área original-área final/área originalx100 %RA=0.2-0.1/0.2x100 %RA=0.1/0.2x100 %RA=50% Ensayos de Dureza La dureza es la capacidad del metal para resistir la penetración o la impronta. La dureza de un metal permite realizar una aproximación sobre el valor de la resistencia a la tracción. Como consecuencia, los ensayos de dureza son removida, el diámetro de la impronta es medido usando un magnificador graduado. Basado en el tamaño y en el tipo de penetrador, la carga aplicada y el diámetro resultante de la impronta, puede ser determinado un Número de Dureza Brinell (BHN). Dado que esta es una relación matemática, el número BHN puede ser determinado con una variedad de tipos de penetradores y cargas. También este BHN puede ser referido a la resistencia la tracción de los aceros al carbono. Esto es, el BHN multiplicado por 500 es aproximadamente igual a la resistencia a la tracción del metal. Esta relación no se aplica

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realizados usando un tipo de penetrador el cual es forzado contra la superficie objeto del ensayo. Es medida la profundidad de la impronta o el diámetro de la penetración, dependiendo del tipo de ensayo de dureza realizado. La dureza puede ser medida usando una variedad de dispositivos electrónicos o por ultrasonido, pero la discusión está limitada a los métodos de impronta. La dureza de un metal es fácilmente determinada, debido a la gran cantidad de métodos que pueden ser usados para determinarla. Van a ser discutidos tres tipos básicos de ensayos de dureza por penetración, Brinnel, Rockwell y microdureza. En general, los tres tipos difieren uno de otro en el tamaño de la impronta producida. El ensayo de Brinell es el más usado, y el de microdureza el menos empleado. El método de Brinell es comúnmente usado para la determinación de la dureza de metal. Es conveniente para este propósito porque la impronta cubre un área relativamente grande, eliminando los problemas asociados con durezas localizadas o puntos blandos en el metal. Las altas cargas características usadas para el ensayo Brinnel ayudan a reducir los errores producidos por las irregularidades superficiales. Previo al ensayo Brinell, es necesario prepara adecuadamente la superficie; esto incluye el amolado de la superficie para alcanzar una superficie relativamente plana. La superficie debe ser lo suficientemente plana para poder medir precisamente la penetración. Para realizar un ensayo Brinell, un penetrador es forzado contra la superficie del objeto de prueba mediante alguna carga preestablecida. Una vez que la carga es a todas las aleaciones, solamente a los aceros al carbono y a los de baja aleación. Un ensayo Brinell común usa una bolilla de acero endurecido de 10 mm de diámetro y una carga de 3000 kg. De todos modos, las condiciones del ensayo , como dureza y espesor de la muestra, variaciones en el tipo y diámetro de la bolilla y el valor de la carga aplicada pueden también ser requeridos. Otros tipos de bolillas que pueden ser usados pueden incluir las de 5 mm de acero endurecido y las de 10 mm de carburo de tungsteno. Para metales blandos, cargas tan bajas como 500 kg pueden ser utilizadas. Otras cargas entre 500 y 3000 kg

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Figura 6.23 – Dureza Brinell para distintos diámetros y cargas valor de la dureza de una tabla, ver figura 6.23. también pueden ser utilizadas con resultados Los pasos usuales para un ensayo Brinell son: equivalentes. En pruebas de campo con el método Brinell es común usar un martillo (hammer blow) 1. Preparar la superficie a ensayar. para hacer las improntas tanto en la pieza a 2. Aplicar la carga de prueba. ensayar como en un bloque de calibración de 3. Mantener la carga aplicada dureza conocida. La dureza de la pieza a ensayar durante un tiempo es luego determinada comparando el diámetro de preestablecido. su penetración con el diámetro del test de 4. Medir el diámetro de la impronta. calibración. El BHN es normalmente determinado 5. Determinar el BHN de una tabla. midiendo el diámetro de la impronta y leyendo el Un aspecto importante es notar que en el procedimiento arriba expuesto hay un tiempo preestablecido para mantener la carga aplicada.

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Para el hierro y el acero, este será de 10 a 15 segundos. Para metales más blandos se requieren tiempos de 30 segundos. Cuando se usan modelos portátiles, el tiempo de aplicación de la carga es simulado manteniendo la carga hidráulica una vez que la carga ha sido alcanzada. Otros equipos de prueba pueden requerir un impacto. Es evidente, por este procedimiento, lo fácil de aplicar que puede ser el método Brinell. Aún con su simplicidad, los resultados de este ensayo pueden resultar precisos, si todos los pasos fueron ejecutados con suficiente cuidado. Para información adicional concerniente al ensayo Brinell, refiérase a la norma ASTM E10, Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials. Muy a menudo, hay una necesidad para ensayar objetos demasiados grandes para ser colocados en una máquina de medición Brinell. En estos casos, una máquina portátil de ensayo puede ser usada. Hay una variedad de tipos y configuraciones, pero básicamente la forma de realizar el ensayo es la misma.

Figura 6.24 – Penetrador de diamante Rockwell El próximo tipo de ensayo a discutir es el método Rockwell. Este tipo abarca numerosas variaciones de la principal pero usa penetradores de distintos diámetros. Los penetradores usados son diamante Brale, mostrado en la figura 6.24, y bolillas de acero endurecido de diámetros 1/16, 1/8, ¼ y ½. El ensayo Rockwell deja penetraciones más pequeñas que las del Brinell. Esto permite realizar ensayos en área relativamente pequeñas. Usando uno de estos penetradores, varias cargas pueden ser aplicadas para ensayar a la mayoría de los materiales. Las cargas aplicadas son mucho más bajas que aquellas usadas para el ensayo Brinell, con rangos que van de los 60 a l50 kg. También hay un grupo de ensayos Rockwell denominados superficiales. Estos son

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principalmente usados para determinar la dureza de muestras de espesor delgado y de alambres; por eso las cargas aplicadas son significativamente más bajas que aquellas usadas para otro tipo de ensayos Rockwell. Igual que en el ensayo Brinell, la superficie a ensayar debe estar apropiadamente preparada previo a la aplicación de un ensayo Rockwell. La buena técnica es imperativa para realizar un ensayo de dureza preciso. Una vez que la muestra es preparada, debe ser seleccionada la escala correcta basándose en el rango aproximado de dureza esperada. Las escalas “B” y “C” son por mucho las más comúnmente usadas para acero, con la “B” elegida para las aleaciones más blandas y la “C” para las más duras. Cuando se está en duda sobre qué escala elegir para una aleación desconocida, puede elegirse la escala “A” porque incluye un rango de dureza que cubre a las escalas “B” y “C”. Han sido preparadas tablas para la conversión de la información de dureza de una escala en otra. Una vez que la escala apropiada haya sido seleccionada, y la unidad de prueba calibrada, el objeto a ensayar es colocada en el soporte de la máquina de ensayos Rockwell. El soporte puede ser de varias formas dependiendo de la forma de la pieza a ensayar. El objeto debe ser ajustado adecuadamente o los resultados del ensayo van a resultar erróneos. El método Rockwell se basa en la medición extremadamente precisa de la profundidad de la penetración. Por eso si el objeto no está adecuadamente ajustado, la medición puede ser imprecisa. Una variación de tan solo 0.00008 in. Va a resultar en un cambio del número Rockwell. El comparador hace la medición de la profundidad automáticamente. Sin tener en cuenta la escala a ser usada, los pasos básicos son esencialmente los mismos. Éstos son enumerados abajo. 1. Preparar la superficie a ensayar. 2. Colocar el objeto a ensayar en la máquina Rockwell. 3. Aplicar la (precarga) carga menor usando el tornillo de ajuste. 4. Aplicar la carga mayor. 5. Liberar la carga mayor. 6. Leer el dial.

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7. Liberar la carga menor y sacar la pieza a ensayar. La precarga es usada para tomar cualquier pérdida o falta fuera del sistema, mejorando al precisión del ensayo. La figura 6.26 muestra gráficamente cada uno de estos pasos. Los resultados obtenidos del ensayo Rockwell pueden ser referidos con los valores del ensayo Brinell y por ello con los de la resistencia a la tracción del metal. La figura 6.27 muestra como se relacionan los valores de los ensayos Brinell, Rockwell y de la resistencia a la tracción. Para más información respecto del ensayo Rockwell, referiérase a la norma ASTM E18, Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials.

Figura 6.25 – Improntas de microdureza Como en el ensayo Brinell, también hay equipos portátiles los cuáles pueden ser usados para determinar la dureza Rockwell de un metal. Aunque su operación puede variar ligeramente de aquellos comparadores, los resultados van a ser equivalentes. El próximo tipo de ensayo de dureza a ser discutido es conocido como microdureza. Lleva este nombre porque su impronta es tan pequeña que es requerido un gran aumento para facilitar la medición. Los ensayos de microdureza son muy útiles en la investigación de las microestucturas de los metales, porque ellos pueden ser realizados sobre un grano del metal para determinar la dureza en esa región microscópica. Por eso, el metalurgista es el principal interesado en este tipo de ensayo de dureza.

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Hay dos grandes tipos de ensayos de microdureza, Vickers y Knoop. Ambos usan penetradores de diamante, pero sus configuraciones son ligeramente diferentes. En la figura 6.25 son mostrados los dos tipos de penetraciones.

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Figura 6.26 – Pasos involucrados en la realización del ensayo Rockwell

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Figura 6.27 – Tabla de conversión de dureza

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El penetrador Vickers, de aristas rectas da una penetración en la cual las dos diagonales son aproximadamente iguales. El penetrador Knoop, de todos modos, hace una penetración que tiente una dimensión larga y otra corta. Como en los otros métodos, usted tiene una selección de cargas de ensayo cono de tipos de penetradores. El término de microdureza implica que las cargas aplicadas van a variar entre 1 y 1000 gramos (g). De todos modos, la mayoría de los ensayos de microdureza usan cargas que están entre 100 y 500 g. Para realizar los ensayos de microdureza Knoop o Vickers, la preparación de la superficie es sumamente importante. Aún la más pequeña irregularidad superficial puede generar imprecisiones. Normalmente, para microdureza, la superficie de la muestra es preparada como para cualquier investigación metalográfica. La importancia de esta terminación superficial aumenta con la disminución de la carga aplicada. Una vez preparada, la pieza es fijada en un portapiezas de manera que las improntas puedan ser precisamente colocadas. Muchas máquinas de microdureza emplean una base móvil que facilita el movimiento preciso de la pieza sin necesidad de sacarla y reajustarla. Este dispositivo es requerido cuando se toman un número de lecturas a lo largo de una región del metal. Un ejemplo de este tipo de aplicación puede ser la determinación de al variación de dureza a lo largo de la zona afectada por el calor (HAZ). El resultado puede ser denominado como microdureza transversal. Los pasos a seguir en el ensayo de microdureza son como siguen:

Ens ayo de Tenacidad Otra propiedad interesante de los metales es la tenacidad. Usted ha aprendido que esta propiedad describe la capacidad del metal para absorber energía. Cuando el ensayo de tracción fue discutido, usted aprendió que la tenacidad de un metal puede ser descripta como el área bajo la curva de tensión deformación. Este es un valor para la cantidad de energía que puede ser absorbida por un metal cuando una carga es aplicada gradualmente. De todos modos, ustedes recordarán que en la discusión de la tenacidad cuando la carga es aplicada rápidamente, la preocupación es con la tenacidad de entalla, o resistencia al impacto. Esta discusión que sigue está centrada en que ensayo puede utilizarse para determinar esta propiedad particular de los metales. Por eso, los varios ensayos usados para determinar la tenacidad de entalla de un metal van a usar una probeta que contiene algún tipo de entalla mecanizada y la carga va a ser aplicada con gran velocidad. Usted más tarde va a reparar que la temperatura de la probeta tiene un efecto significativo sobre los resultados del ensayo, por eso el ensayo debe ser realizado a una temperatura prescrita.

1. Prepare la superficie de la muestra. 2. Coloque la pieza en el portapieza. 3. Localice el área de interés, usando microscopio. 4. Haga la penetración. 5. Mida la penetración usando microscopio. 6. Determino la dureza usando tablas o calculando.

Desde el advenimiento del interés en la tenacidad de entalla de los metales, numerosos ensayos diferentes fueron desarrollados para medir esta importante propiedad. Cuando las capabilidades de absorber energía de un metal son discutidas, debe ser entendido que el metal absorbe energía en etapas. Primero, hay una cantidad definida de energía requerida para iniciar una fisura. Luego, es requerida energía adicional para provocar que esa fisura crezca o se propague.

El uso de ensayos de dureza van a dar una gran cantidad de información útil sobre un metal. De todos modos, el método de dureza debe estar especificado para una aplicación dada.

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Figura 6.28 – Probetas Charpy standard

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Figura 6.29 – Colocación de la probeta Charpy en el el soporte

Figura 6.30 – Máquina típica Charpy Algunas de los ensayos de tenacidad de entalla pueden medir la propagación de energía separadamente de la energía de iniciación mientras que otros métodos simplemente nos proveen una medida de la energía combinada de iniciación y propagación. Es una decisión del ingeniero especificar cuál es el método de ensayo que nos va a dar la información deseada. Aunque existen numerosos tipos de ensayo de tenacidad de entalla , probablemente el más común usado en los Estados Unidos sea el de Charpy con entalla en V. La probeta standard para este ensayo es una barra de 55 mm de longitud y sección cuadrada de 10mm por 10 mm. Una de los lados de la probeta tiene una entalla en V, cuidadosamente mecanizada de 2 mm de profundidad. En la base de esta entalla,

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hay un radio de 0.25 mm. El mecanizado de este radio es extremadamente crítico, dado que pequeñas diferencias van a resultar en graves variaciones en los resultados del ensayo. Una probeta standard de Charpy es mostrada en la figura 6.28. Secciones transversales de tamaño reducido son comúnmente usadas cuando la muestra del metal es demasiado pequeña para la probeta standard incluyendo la probeta de ¾, ½ y ¼. Las secciones transversales cuadradas son respectivamente de 7.5 mm, 5 mm y 2.5 mm. Una precaución a tener en cuenta cuando se use estas probetas reducidas; la información sobre tenacidad generada por estas probetas reducidas es generalmente más alta que aquella generada de probetas standard debido al efecto de la masa. Por esto, debe compararse la información obtenida con probetas reducidas con la obtenida de probetas standard, a menos que se hayan determinado factores correctores para ese material específico. La norma ASTM E-23 cubre en detalle los ensayos de impacto, y debe ser consultada por cuestiones que atañen al tamaño. Una vez que la probeta ha sido cuidadosamente mecanizada, luego es enfriada a la temperatura preestablecida para el ensayo, si es una temperatura que está por debajo de la de la sala de ensayo. Esto puede ser realizado usando una variedad de medios líquidos o gaseosos; hielo y agua son los más comunes para temperaturas moderadamente frías, y hielo seco y acetona para temperaturas muy frías. Después que la probeta está estabilizada a la temperatura requerida, es luego removida la baja temperatura del baño y rápidamente colocada en el soporte de la máquina de ensayo. La forma de el soporte y la colocación de la probeta es mostrada en al figura 6.29. La máquina usada para realizar el ensayo de impacto de Charpy es mostrada en la figura 6.30. El ensayo de impacto de Charpy consiste de un péndulo con una cabeza pegadora, un soporte, un dispositivo de liberación, un puntero y una escala. Dado que nosotros pretendemos medir la cantidad de energía absorbida durante la fractura de la probeta, una cantidad de energía es aportada por el péndulo, suspendiéndolo y soltándolo desde una altura especificada. Después que se lo libera, el péndulo va a caer y va a continuar luego del golpe hasta que alcance una altura máxima en

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Figura 6.31 – Determinación temperatura de transición

de

la

el lado opuesto. Si no encuentra resistencia va a llegar hasta una altura que es denominada como absorción nula de energía. Cuando hace contacto con la probeta Charpy, hay un valor determinado par iniciar y propagar una fisura en la probeta. Esto provoca que el péndulo alcance un nivel inferior que aquel para absorción de energía cero. La máxima altura de este balanceo es indicada por el puntero o flecha en la escala. Dado que esta escala está calibrada, nosotros podemos leer la cantidad de energía requerida para romper la probeta, directamente de la escala. Este valor, conocido como energía de rotura, es la principal información obtenida del ensayo de impacto Charpy. Esta energía es expresada en libras-pie de energía. Mientras que los resultados del ensayo Charpy son expresados en libras-pie de absorción de energía, hay otras maneras de describir la tenacidad de entalla de un metal. Éstos son determinados por la medición de varios aspectos de la probeta de Charpy rota. Estos valores son la expansión lateral y el corte porcentual. La expansión lateral es una medida de

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la deformación lateral producida durante la fractura de la probeta, Es medida en términos de milésimas de pulgada. El corte porcentual es una expresión para el valor de la fractura superficial que ha fallado en una forma dúctil o de corte. No importa cual de estos métodos de medición es usado, nosotros generalmente consideramos los resultados de una serie entera de ensayos. Una vez que hayamos ensayado un número de probetas a varias temperaturas, podemos determinar como cambian los valores con la temperatura. Si nosotros graficamos estos valores en función de la temperatura, vamos a obtener curvas que tiene un valor horizontal superior y uno inferior con una zona intermedia casi vertical. Para cada categoría de medición, hay una temperatura a la cual los valores caen abruptamente, Estas temperaturas son conocidas como temperaturas de transición, lo que significa que el comportamiento del material cambia de relativamente dúctil a frágil a esa temperatura. El diseñador puede saber si ese metal se va a comportar satisfactoria mente por encima de esa temperatura. Ejemplos de estas curvas de transición son mostrados en la figura 6.31. Además del ensayo Charpy, hay otros que pueden ser aplicados para varas aplicaciones. Otros ensayos usados para medir la tenacidad de entalla del metal incluyen el drop weight nilductility, explosion bulge, dynamic tear y crack tip opening displacement (CTOD). Estos ensayos emplean diferentes tipos de probetas como también diferentes formas de aplicar la carga. Ensayos Volumétricos Este grupo de ensayos es diseñado para ayudar en la determinación de la sanidad de un metal, o si está libre de imperfecciones. Los ensayos volumétricos son usados rutinariamente para la calificación de procedimientos de soldadura y de soldadores. Después de que una chapa de ensayo haya sido soldada, las probetas son removidas y sometidas al ensayo volumétrico para determinar si el metal de soldadura contiene alguna imperfección o defecto. Hay tres tipos generales de ensayos destructivos volumétricos: doblado, nick-breck y desgarre de filete. (la sanidad también puede ser determinada por ensayos no destructivos como ultrasonido y rayos, por ejemplo). El primer tipo, ensayo de doblado, puede ser realizado de

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diferentes formas. Este es probablemente el ensayo más comúnmente usado para juzgar la calificación adecuada de un soldador en una probeta de ensayo.

Figura 6.32 – Pobetas típicas de doblado transversal

Figura 6.33 – Macho y hembra del ensayo de doblado guiado Los diferentes tipos de ensayos de doblado son generalmente nombrados de acuerdo al tipo de orientación de la soldadura respecto a la acción de doblado. Hay tres tipos de ensayos de ensayos de doblado de soldadura transversales: cara, raíz y lateral. Con estos tres tipos, la soldadura reposa a lo largo del eje longitudinal de la probeta y el tipo se refiere al lado de la soldadura que es colocado a la tracción durante el ensayo. Esto es, la superficie de soldadura es estirada en un doblado de cara, la raíz de la soldadura es estirado en un plegado de raíz y el lateral de una sección transversal de una soldadura es estirado en un plegado lateral. La figura 6.32 muestra esquemas de estos tres tipos de probetas de doblado. Los ensayos de doblado son generalmente realizados usando algún tipo de guía de doblado. Hay tres tipos básicos: doblado guiado, doblado guiado con equipo de rolado y doblado guiado por enrollado. La guía de doblado

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del ensayo de doblado guiado standard, mostrada de la Figura 6.33, consiste de un punzón (también llamado macho) y una hembra que forma la superficie de doblado, le da la forma de U. Para realizar un ensayo de doblado, la probeta es colocada a lo largo de la hembra (que tiene topes) con el lado a colocar en tracción de cara a la hembra. El macho es colocado sobre el área de interés y forzado a doblar a la probeta y dejarlo con forma de U. La probeta es removida y evaluada. El segundo tipo de ensayo de doblado guiado, es similar al standard excepto que está equipado con rodillos en lugar bordes endurecidos. Esto reduce la fricción contra la probeta permitiendo que se alcance el doblado con menos fuerza. El último tipo de ensayo de doblado guiado es conocido como el de enrollado. Lleva este nombre porque la probeta es doblada siendo envuelta alrededor de un pin fijo, como muestra la Figura 6.34.

Figura 6.34 – Doblado guiado enrollado Muchos ensayos de calificación para aceros dulces requieren que la probeta sea doblada alrededor de un macho que tenga un diámetro igual a cuatro veces el espesor de la probeta. Por eso, una probeta de 3/8” de espesor debe doblarse alrededor de un macho de 1,5” de

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diámetro. Esto resulta en un alargamiento de aproximadamente un 20% de la superficie exterior al macho. Si se emplea un macho más pequeño, el alargamiento es mayor. En ensayos de calificación de probeta de soldado, donde el metal de soldadura es mucho más fuerte que el metal base, hay una mayor tendencia de la probeta a hundirse en el metal base próximo a la soldadura que a deslizarse suavemente alrededor del macho. Si no hay disponible un enrollador, puede ser beneficioso seleccionar una probeta de doblado longitudinal más que una transversal. La soldadura se apoya en línea con el eje longitudinal de la probeta de doblado longitudinal. Esto es mostrado en la figura 6.35. Con cualquiera de estos ensayos de doblado, las probetas deben ser preparadas cuidadosamente para prevenir cualquier imprecisión en el ensayo. Cualquier amolado realizado sobre la superficie debe ser orientado en la misma dirección del doblado para que no generen entalladuras transversales (concentración de tensiones) que pueden provocar que la probeta falle prematuramente. Las esquinas de la probeta se le deben realizar radios para disminuir la concentración de tensiones. Para probetas removidas de probetas de ensayos en caños, el lado de la probeta doblada contra el punzón debe ser aplanado para evitar que se doble en la dirección transversal a la dirección de doblado. La aceptabilidad de los ensayos de doblado en probetas es normalmente basada en el tamaño o número de defectos que puedan aparecer sobre la superficie tensionada. El código aplicable va a dictaminar el criterio exacto de aceptación o rechazo.

Figura 6.35 – Probeta de doblado longitudinal

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El próximo tipo de ensayo volumétrico debe a ser discutido es el nic k-break test. Este ensayo es usado exclusivamente en la industria de tuberías como describe API 1104. Este método juzga la sanidad de la soldadura fracturando la probeta a través de la soldadura de manera que la superficie de la fractura pueda ser examinada en busca de discontinuidades. La entalla es localizada en la zona de soldadura mediante el uso de serruchos a lo largo de dos o tres superficies. Una probeta típica de nick-break test es mostrada en la figura 6.36.

Figura 6.36 – Probeta de Nick Break

Figura 6.37 – Evaluación de la probeta de Nick Break

Figura 6.38 – Probeta del ensayo de desgarramiento de filete

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Una vez que la probeta ha sido cortada, es luego fracturada por tracción en una máquina de tracción, golpeando el centro con un martillo mientras se sostiene desde los extremos o golpeando en un extremo con un martillo mientras en el otro queda sostenido en un viso. El método de fractura no es significativo porque el interés no está centrado en cuánta fuerza es necesaria para fracturar la probeta. La meta es fracturar a la probeta a través de la zona soldadura de manera que pueda ser determinada cualquier imperfección presente. La superficie de fractura es luego examinada en todas las áreas por la presencia de inclusiones de escoria , porosidad o falta de fusión. Si están presentes, son medidas y aprobadas o rechazadas basándose en las limitaciones del código. Los requerimientos para API 1104 son mostrados gráficamente en la Figura 6.37.

Figura 6.39 – Método para romper la probeta del ensayo de desgarramiento de filete El último ensayo volumétrico a ser mencionado es el fillet weld break test. Como los otros dos tipos, este ensayo volumétrico es usado principalmente en la calificación de soldadores. Este el único ensayo requerido para la calificación de punteadores de acuerdo con AWS D1.1. Una probeta para el ensayo de desgarre de filete es mostrada en la Figura 6.38.Una vez que la probeta es soldada, es rota mediante un golpe como se muestra en la figura 6.39. Con este ensayo, el inspector está buscando una soldadura con una apariencia superficial satisfactoria. Luego, la superficie de la fractura es examinada para asegurarse que la soldadura tenga evidencia de haber fundido hasta la raíz de la junta y que no hay áreas con falta de fusión en el metal base o poros de más de 3/32” en su máxima dimensión.

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Estos ensayos volumétricos son usados rutinariamente en muchas industrias. Su aplicación y evaluación parece ser simple. De todos modos, el inspector de soldadura debe estar prevenido que la evaluación de estos ensayos puede no ser tan simple como pueda parecer según las especificaciones y códigos. Por esta razón es deseable para el inspector de soldadura que invierta tiempo en estos ensayos para familiarizarse con su interpretación y ejecución. Ensayo de Fatiga El último método de ensayo a ser discutido es el ensayo de fatiga. Este es un tipo de ensayo que posibilita la determinación de la resistencia a la fatiga de un metal. Las cargas de fatiga son las cargas cíclicas de un componente. Los ensayos de fatiga ayudan a los diseñadores a determinar de que manera un metal va a resistir las roturas cuando sea cargado cíclicamente con cargas a la fatiga. Normalmente una serie de ensayos de fatiga son realizados para llegar al límite de resistencia para un metal. Los ensayos son conducidos en varios niveles de tensión hasta que la máxima tensión es encontrada, debajo de la cual el metal debe tener vida infinita a la fatiga. Dado que la fatiga está fuertemente influenciada por la terminación superficialy configuración, la preparación de las probetas de fatiga es extremadamente crítica. Solamente pequeños defectos alcanzan para provocar cambios significativos en los resultados. De manera que si no se toma suficiente cuidado en esta etapa, al final los resultados pueden no ser válidos. Los ensayos de fatiga pueden ser realizados de diferentes formas. El ensayo específico a ser usado depende de la carga esperada del metal en servicio. Esa carga puede ser de flexión en el plano, flexión rotativa, torsión, tracción, compresión o combinaciones de éstas. Cuando la carga es en la dirección axial o longitudinal, los ciclos pueden ser tales que la probeta es cargada alternativamente a tracción y compresión. Esto es generalmente el caso más severo. El inspector de soldadura debe esta prevenido de los aspectos de la fatiga de los metales, pero raramente está involucrado en el ensayo de un metal a la fatiga.

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Ensayos Destructivos para la Determinación de la Composición Química de los Metales Los ensayos que han sido previamente discutidos son usados para determinar las propiedades mecánicas de un metal. También es importante la composición química de los metales. De hecho, la composición química de un metal determina en gran medida la s propiedades mecánicas de ese metal. Frecuentemente es necesario determinar la composición química de un metal. Tres son los métodos comúnmente empleados, espectrógrafo, combustión y análisis químicos por vía húmeda. El inspector de soldadura raramente va a ser requerido para realizar un ensayo químico. De todos modos, él o ella pueden tener que ayudar en la extracción de muestras para análisis, o revisar los análisis para determinar si un metal cumple con una especificación determinada. Para más información sobre análisis de metales, refiérase a las normas de ASTM que cubren este tema. Los métodos particulares para el acero están en al ASTM A 751 Standard Methods, Practices, and Definitions for Chemical Analysis of Steel Products. El análisis de los metales puede ser hecho en el campo usando la técnica de rayos X fluorescentes. Mientras que esta técnica tiene limitaciones en el análisis elemental, puede ser de mucha ayuda en prevenir mezclas de materiales y de clases de aleaciones. Cuando solamente se necesita determinar el tipo de metal, hay juegos de patrones basados en las propiedades magnéticas o cambios cualitativos de color provocados por reactivos que son de mucha ayuda. También hay equipos portátiles de espectrografía para cuando se necesitan análisis de campo más precisos. Otro grupo de ensayos que generalmente pueden ser clasificados como ensayos químicos son los ensayos de corrosión. Estos ensayos están específicamente diseñados para determinar la resistencia a la corrosión de un metal o de una combinación de metales. Las pérdidas por corrosión de metales le causan a la industria daños por billones de dólares al año. Los diseñadores están muy preocupados acerca de cómo un metal se va a comportar en un medio corrosivo particular. Los ensayos para determinar el grado de resistencia a la corrosión son diseñados para simular las condiciones posibles y

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reales que va a encontrar el metal durante su servicio. Algunas de las consideraciones que deben ser tenidas en cuenta cuando se realiza un ensayo de corrosión es la composición química, el medio corrosivo, la temperatura, la presencia de humedad, la presencia de oxígeno y otros metales y las tensiones presentes. Si algunos de estos aspectos es ignorado, el ensayo de corrosión puede arrojar resultados no válidos. Ensayos Metalográficos Otra manera de aprender acerca de las características de un metal o una soldadura es a través del uso de distintos análisis metalográficos. Estos análisis consisten generalmente de remover una sección del metal o soldadura y pulirla hasta un grado. Una vez preparada, la probeta puede ser evaluada con la ayuda de la vista humana o con algún medio de magnificación. Los análisis metalográficos están clasificados como microscópicos o macroscópicos. La diferencia entre ellos es el aumenta que es usado. Los análisis macroscópicos son generalmente realizados con aumentos de hasta 10X o menos . Los microscópicos, usan aumentos de más de 10X. En un análisis de macro típico pueden ser observados un gran número de aspectos diversos. Una sección transversal de soldadura puede proveer una probeta macroscópica para determinar cosas como la profundidad de fusión, la profundidad de penetración, la garganta efectiva, la sanidad de la soldadura, el grado de fusión, la presencia de discontinuidades en la soldadura, el número de pasadas, etc. Una foto de una probeta es conocida como fotomacrografía. Fotomacrografías típicas son mostradas en la Figura 6.40. Muestras micrográficas pueden ser usadas para determinar varios aspectos. Están incluidos los microconstituyentes, la presencia de inclusiones, la presencia de defectos microscópicos, la naturaleza de las fisuras, etc, De la misma forma, fotos de las micrografías son conocidas como fotomicrografías. La Figura 6.41 muestra algunas fotomicrografías típicas. Ambos análisis pueden ser de mucha ayuda en asuntos como análisis de fallas, procedimientos de soldadura y calificación de soldadores y control del proceso.

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Figura 6.40 – Fotomacrografías de soldadura

Figura 6.41 – Fotomicrografías típicas Los dos tipos de probetas también difieren en la preparación requerida. Algunas probetas para macrografías solamente necesitan un acabado circular con una lija de grano 80, mientras que las probetas para micrografías necesitan un desbaste muy fino hasta grano 600 y un pulido posterior para llevarlo a terminación espejo. Ambas usualmente requieren un ataque para revelar la estructura. El ataque se realiza agregando un reactivo que remueve las capas superficiales, dejando expuesta la estructura de los granos que está debajo. Puede obtenerse una información considerable acerca de las propiedades de los metales haciendo una simple evaluación de una macro o micrografía. Los análisis metalográficos son una herramienta importante para el inspector de soldadura y para el ingeniero.

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Resumen Se han dado numerosos detalles en este módulo acerca de algunos de los más importantes métodos de ensayos destructivos disponibles para que el inspector de soldadura para determine las distintas propiedades de los materiales. Mientras que el inspector de soldadura nunca puede ser responsable por el resultado del ensayo, es importante que él o ella entiendan que información puede ser provista por esos ensayos de manera que ésta pueda ser usada como herramientas de examen. Mientras que muchos de esos análisis parecen simples, muy a menudo involucran más de lo que se ve a primera vista. Por eso, el inspector debe trabajar con una persona experimentada antes de tratar de realizar alguna de estas operaciones.

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 6-Propiedades de los Metales y Ensayos Destructivos

TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES alloy aleación: es una mezcla de elementos que crean un metal. El acero es una aleaciponde hierro y carbono. anneled recocido: es un tratamiento térmico delos metales que los deja con la mínima resistencia y dureza. API-American Petroleum Institute Instituto Americano del Petróleo ASTM- American Society for Testing and Materials Asociación Americana para Ensayos y Materiales austenite austenita: es una fase del metal que se encuentra en aceros a elevada temperatura y en aceros inoxidables a temperatura ambiente. austenitic austenítico: es un término que se aplica al gurpo de los aceros inoxidables que a temperatura ambiente la austenita es una fase estable.

cristales: en metales, son zonas individuales muy pequeñas que se forman durante la solidific ación desde el estado líquido. También son conocidos como granos. density densidad: es la relación de la masa sobre la unidad de volumen. para los metales, la densicad genralmeten se da en gramos sobre centímetro cúbico. directional properties propiedades direccionales: son las diferencias en las propiedades mecánicas de los metales dependiendo del sentido de laminación. discontinuity discontinuidad: es una interrupción del patrón normal de un metal; algunso ejemplos son porosidad, fusión incompleta e inclusiones de escoria. Una discontinuidad rechazable es conocida como un defecto. ductile dúctil: es el comportamiento de los metales que exhiben ductilidad bajo carga a rotura.

Brinell Brinell: es un tipo de ensayo de macrodureza.

ductility ductilidad: es la habilidad de un metal para deformarse ebajo cargo sin romperse.

brittle quebradizo: es el comportamiento de los metales querompoen sin deformación; materiales con poca o sin ductilidad.

duplex dúplex: es un témino que se refiere a un grupo de aceros que a temperatura ambiente tienen dos fases.

carbide former formador de carburos: es un elemento que promueve la formacipon de carburos metálicos o no metálicos.

elastic behavior comportamiento elástico: es la deformación de un metal bajo carga sin deformación permanente. Cuando la carga es removida, el metal retorma a su forma original.

charpy Charpy: es un tipo de ensayo de impacto.

elastic limit límito elástico: ver comportamiento proporcional.

cold work trabajado en frío: es la deformación permanente de un metal por debajo de su temperatura de transformación.

elongation alargamiento: es el estiramiento de un material plástico o elástico. El alargamiento porcentual es una medida de la ductilidad del metal.

crystals endurance limit

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límite de duración: es la tensión aplicada a la cual el metal no va a fallar, sin tener en cuenta el número de ciclos de fatiga. fatigue fatiga: en diseño, es una tensión aplicada cíclica, un modo de falla cuando los metales están sujetos a cargas cíclicas. fatigue strength resistencia a la fatiga: es la capacidad de un metal de soportar cargas cíclicas, como así también tensiones de signos contrarios. ferrite ferrita: es una fase encontrada en los aceros; también llamada fase alfa. ferritic ferrítico: es un término que se refiere a un grupo de aceros inoxidabels que al temperatura ambiente presentan una fase de ferrita. gage length longitud entre marcas: en el ensayo de tracción, es la distancia enter dos pequeñas marcas colocadas en la probeta antes de aplicar la carga. Generalmente la distancia es de 2 o de 8 pulgadas. grains granos: ver cristales. hardenability endurecimiento: es la habilidad relativa de un metal para ser endurecido, generalmetne por un temple rápido. hardness dureza: es la habilidad para resistir la penetración o la indentación.

probeta de metal. Los ejemplos son Charpy, explosion bulge y drop weight nil ductility tests. kg kg: es una abreviatura para kilogramo. Un kilogramo es aproximadamente igual a 2,2 libras. Knoop Knoop: es un tipo de ensayo de microdureza. ksi ksi: resistencia o presión en miles de libras jpro pulgada cuadrada. Una resistencia a la tracción de 70000 psi puede escribirse como 70 ksi. lateral expansion expansión lateral: es una medida de deformación de una probeta de Charpy rota.

la

martensite martensita: es una fase encontrada en los metales que se forma mediadnte un enfriamienteo rápido o temple. mil mil: medida lienal, un milímetor equivale a 0,001 pulgada. mm mm: abreviatura de milímetro. Un mm equivale aproximadamente a 39,37 mils. modulus of elasticity módulo de elasticidad: es la relación enter e la tensión aplicada y la deformación elástica; la pendiente de una caurta de limeote elaástico de un metal; es una medida relativa de la rigidez de materal. También es llamada módulo de Young.

HAZ- heat affected zone zona afectada por el calor: es la zona de la base.

neck down estricción: es una reducción del área de la sección transversal de un metal dúctil en el puent de fractura cuando una carga de tracción provoca la rotura.

impact strength resistencia al impacto: es la habilidad relativa de un metal para absorber un carga de impacto.

notch sensitive sensibilidad de entalla: es un metal que tiene baja tenacidad de entalla.

impact testing ensayo de impacto: es un gur po de ensyaos que aplican rápidamente una carga, un impacto, a una

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notch toughness

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tenacidad de entalla: es la capacidad de un metal para absorber enrgía sin romperse cuand están presentes entallas superficiales.

dirección de laminación: es la dirección longitudinal de laminación del material; en la misma dirección del laminado.

pi pi: es un número constante, que se deriva de dividir el diámetro de un círculo por su circunferencia. Es 3,14159 (5 lugares). El símbolo es

shear corte: en fracturas de metales, es un modo dúctil de falla.

plastic behavior comportamiento plástico: es la deformación permanenete de un metal bajo una carga aplicada. El metal no vuelve a su forma original luego de que se le saca la carga. postheating post calentamiento: es el calentamiento de una soldadura terminada y del metal base después de soldados. precipitation hardening endurecimiento por precipitación: es un término aplicado a las aleaciones que son endurecidas por la fomración de un precipitado endruecedor en un tratamiento térmico. Es un gurpo de aceros inoxidables. preheating precalentamiento: es el calentamiento del metal base y/o del metal de aporte antes de soldar. proportional limit límite proporcional: es el límite elástico de un metal, más allá de él se alcanza la deformación plástica. psi libra por pulgada cuadrada: es la unidad de medida usada para resistencia y presión. quenching temple: es un enfriamiento muy rápido desde una temperatura elevada. Es un método para aumetnar la dureza de los aceros térmicamente tratables. Rockwell Rockwell: es un tipo de ensayo de macrodureza. rolling direction

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slag inclusion inclusión de escoria: es una discontinuidad en los metales, generalmente un no metálico como un óxido o un sulfuro. S-N curve curva tensión-cantidad de ciclos: es una curva generada desde la información obtenida del número de ciclos y los niveles de tensión aplicados para causar una falla en las probetas del metal. soundness sanidad: en ensayos de metales, es una referencia a libre de imperfecciones. Los ensayos de sonoridad incluyen doblado, nick break y fillet break. spectographic testing espectografía: es una técnica de ensayo para determinar la composición química de un metal. stainless steel acero inoxidable: por definición, es un acero que contiene un 12% de cromo o más. strain hardening endurecimiento por deformación: es un incremento en al resistencia y la dureza de un metal debdio a la aplicación de una deformación (deformación permanente o trabajo en frío). stress raiser concentrador de tensión: es cualquier marca superficieal o geometría que incrementa la tensión aplic ada en punto en particular en un componente. Ejemplos de esto son weld ripples, shaft keyweys, surface scratches. stress relief alivio de tensiones: es un tratamiento térmico controlado que alivia las tensiones residuales en los metales.

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tempering ?????: es un tratamiento térmico, generalmente de un acero templado, que reduce la dureza y restablece la ductilidad y la tenacidad. tensile strength resistencia a la tracción: ver ultimate tensile strength o límiete de rotura. transition temperature temperatura de transición: en ensayo de impacto, es la temperatura a la cual la rotura del metal cambia de dúctil a frágil. torsion torsión: es una fuerza rotacional o giratoria. toughness tenacidad: es la habilidad de un metal para absorber lentamente la energía aplicada. Ver tenacidad de entalla (notch toughness) y resistencia al impacto (Impact strength). transverse transversal: es la dirección perpendicular a la dirección de laminación del metal. ultimate tensile strength límite de rotura: es máxima carga que soporta un material. En inglés se abrevia UTS. Vickers Vickers: es un tipo de ensayo de microdureza. weldability soldabilidad: es la capacidad de un material de ser soldado bajo las condiciones de fabricación impuestas en una estructura específica adecuadamente diseñada y para cumplir satisfactiriamente con el servicio para el cual fue ejecutada. x-ray fluorescence rayos x fluorescentes: es una técnica de ensayo no destructivo para la determinación de la composición química de un metal. yield strength resistencia a la fluencia: es la carga a la cual el materail va a empezar a fluir, o a deformarse permanentemente. También llamado punto de fluencia.

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Young´s Modulus Módulo de Young: ver módulo de elasticidad.

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M ÓDULO 7 Módulo 7 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura PRACTICA DE M ETROLOGIA PARA LA INSPECCION DE SOLDADURA Por muchos años, ha habido esfuerzos para convertir el sistema oficial de medición norteamericano al sistema internacional que es más usado. A la fecha la conversión se mantiene voluntaria, y todavía no es "ley". Sin embargo, el gobierno federal ha inic iado el requerimiento que todos los documentes científicos y de ingeniería federales deberán ser publicados usando el sistema internacional. Este sistema internacional es usado por la mayoría de las naciones en el mundo, y es conocido como "Le Systeme Internationale d'Unites", abreviado como "SI". El nombre común para este sistema en estados unidos es el ‘sistema métrico’. El sistema corriente de uso en estados unidos es conocido como US habitual y se abrevia como US. El sistema internacional ofrece muchas ventajas sobre el sistema US, pero es resistido por muchas industrias por varias razones. La mayor razón es económica; la conversión a un nuevo sistema requiere gastos en herramental, reentrenamiento del personal, realización de nuevos planos, e incluso cambios de diseño en muchos casos. Sin embargo, muchas industrias están haciendo la conversión de unidades en forma voluntaria para mejorar su posición global de marketing, y dentro del sistema corriente usado en Norteamérica hay una mezcla de lo nuevo y lo viejo. Un ejemplo del uso métrico en estados unidos son las bebidas alcohólicas y las industrias destileras que ahora marcan sus productos en litros, mililitros, mas que en el sistema US de pint (1/8 galón), cuartos y galones. Y los cinturones de seguridad con medida métrica son encontrados en forma abundante en los automóviles nuevos fabricados en U.S.. Por esto, tener conocimiento en ambos sistemas se está transformando en un requerimiento para el personal de Estados Unidos, para un trabajo más preciso y efectivo. Para aquellas industrias que eligen competir en mercados globales, el uso del sistema métrico, o SI, es un imperativo económico. Planos de fabricación, dimensiones del producto, medidas de embalaje, pesos, etc., deben convertirse al sistema internacional para alcanzar los requerimientos de todo el mundo. La industria de

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la soldadura no es excepción, y este Módulo discutirá los términos comunes y los sistemas necesarios para operar tanto con el sistema US como con el sistema SI. La conversión de un sistema a otro requiere el conocimiento de ciertas reglas, especialmente para los cálculos; estas reglas serán tratadas y se darán ejemplos clarificadores. La American Welding Society desarrolló un estándar, ANSI/AWS A1.1-89, Guía de Práctica Métrica para la Industria de la Soldadura (Metric Practice Guide for the Welding Industry), (Figura 7.1), para asistir a la industria de la soldadura en su transición al uso del sistema SI. El Prólogo de dicho documento establece: "(Este prólogo no es parte de ANSI/AWS A1. 1-89, Metric Practice Guide for Welding Industry, pero se presenta sólo para propósitos informativos.)

Figura 7.1 - ANSI/AWS A1.1, Guía de Práctica Métrica La presente Política de Medición de AWS establece, en parte, que " La AWS apoya una transición transitoria al uso de las unidades SI. La

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AWS reconoce que el sistema de unidades "US habitual" será reemplazado por eventualmente por el sistema de unidades SI. Dilatar la transición al sistema de unidades SI y alargar innecesariamente los períodos de transición resultan en costos mayores y confusión, e incrementos de las pérdidas de compatibilidad con el mercado internacional". En la actualidad, EEUU permanece como el único país industrial que todavía usa en forma predominante el sistema pulgada-libra de medición. Desde la firma del Metric Act de 1975 por el Presidente Ford y la confusión inicial de la transición, la característica voluntaria del Acto, permitió que el ímpetu se estanque. Ahora nos encontramos en desigualdad, no solo con otros países industriales, sino también, en muchos casos, entre nosotros. Muchas compañías importantes - tales como General Motors Corporation, Ford Motor Company, Crysler Corporation y un 70 por ciento de Fortune 500 - han hecho el cambio en algunos aspectos del negocio. Pero las firmas más pequeñas - Aquellas que tienen típicamente menor interacción internacional - han sido más lentas para el cambio. Más recientemente, el "Omnibus Trade and Competiveness Act", que fue firmado por el presidente Reagan en agosto de 1988, designó como preferido al sistema métrico de medición en comercio y contratos. Específicamente, este Acto requiere a cada Agencia Federal el uso del sistema métrico para las procuraciones, patentes y otras actividades relacionadas con los negocios a fines de 1992. Este estándar tiene la intención de facilitar esta transición. Se solicita el consejo y la respuesta de los lectores. Cualquier comentario se debe dirigir a la Secretaría, Committee on Metric Practice, American Welding Society, 550 N.Y. LeJeune Road, PO Box 351040, Miami, Florida 33126." de Por lo establecido anteriormente en AWS A1.1 es evidente que el AWS apoya la conversión al sistema SI, pero no es mandatoria hasta el momento para sus documentos. El estándar, A1.1, es una revisión del sistema SI,

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notando específicamente las convenciones estándar para su uso, y también enumerando los términos comunes relacionados con la industria de la soldadura. En este Módulo se usan extractos de A1.1 para puntualizar el uso apropiado del sistema SI, pero uno debe mantener en mente, que el uso es voluntario y no mandatorio. Se presenta la información para incrementar su conocimiento general del sistema SI e incrementar su efectividad en el manejo con los mercados globalizados de hoy en día. Para comenzar la revisión de la conversión SI, es valioso ver que tan complicado es realmente el sistema actual. Debido a que la mayoría están familiarizados con esta complejidad, frecuentemente se piensa que es 'simple', pero en efecto, es muy complejo. Para novatos, deben pensar, cuantos términos, o valores de unidades, hay para la medición de la longitud. Comúnmente, para medir longitudes se usan las unidades en pulgadas, pies, yardas, y millas, tanto como otras, estadio, legua, braza, y muchísimos más. Todos estos términos para medir sólo una dimensión, la longitud. Y si bien uno puede convertir cada una de estas unidades a otra, los factores de conversión son inconvenientes y rara vez múltiplo de 10. La mayoría tuvo que aprender que hay 12 pulgadas en un pie, 36 pulgadas o tres pies en una yarda, y 5280 pies o 1760 yardas en una milla. Propiedad

Unidades SI

Símbolo

Longitud metro m Masa kilogramo kg Volumen litro L Temperatura Celsius C Tiempo segundo s Presión, Tensión pascal Pa Energía joule J Corriente eléctrica ampere A Frecuencia hertz Hz Tabla 7.1 - Unidades SI Comunes de Medición

Hay un problema similar para la medición de volúmenes en el sistema US; onzas líquidas, octavos, cuartos, galones, pie cúbico, etc. Para hacer esto incluso más confuso a veces se usa la misma palabra para dos casos diferentes. Un ejemplo es la unidad base, onza, usados tanto

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para para volumen y peso. Onza puede significar un volumen, como 64 por galón, o un peso, como en 16 por libra. Pero el sistema US se prefiere por la familiaridad con él, y como se notó antes, la gente es reacia al cambio. El sistema métrico, cuando se compara al US, es muy simple, debido a la falta de familiaridad con el SI, parece dificultoso para muchos, especialmente para aquellos con muchos años usando el sistema US. Sin embargo el sistema métrico se aprende rápidamente, y ofrece muchas ventajas sobre el sistema US presente principalmente porque tiene una sola unidad base primaria para cada medición necesaria, y opera consistentemente con múltiplos de 10 en las unidades de base de valores mayores. Usando una base multiplicadora de 10 también permite el uso del sistema decimal para valores menores que uno. En la Tabla 7.1, se muestran distintos ejemplos de unidades base. Expresión Factor de Exponencial Multiplicación 106 1000000 103 1000 10-1 0.1 10-2 0.01 10-3 0.001 10-6 0.000001 Tabla 7.2 - Prefijos y Símbolos

Prefijo Símbolo mega M kilo k deci d centi c mili m micro u Comunes en SI

Propiedad

Notar que la longitud siempre se expresa en la base de unidad del metro; la masa, o el peso como se usa comúnmente, siempre se expresa en kilogramos (que ya tiene aplicado un prefijo); y el volumen líquido se pone en litros. Los valores mayores o menores requieren simplemente un prefijo, o multiplicador, ubicado frente a la unidad base; la Tabla 2 enumera distintos prefijos comunes (el kilo es la única excepción de esta lista; la masa siempre se pone en kg). Por esto las distancias entre ciudades se mide en kilómetros (un kilómetro es igual a 1000 metros), mientras que las unidades pequeñas se deben medir en milímetros (un milímetro es 1/1000 de un metro). Además de las unidades de medición mostradas en la Tabla 7.1, hay distintos términos que se relacionan con la soldadura, y se muestran en la Tabla 7.3. Los prefijos en la Tabla 7.2 son necesarios para asistir el manejo de valores muy grandes o muy pequeños que se encuentran normalmente en el trabajo diario. Por ejemplo, un material de fabricación común, acero al carbono corriente tiene una resistencia a la tracción aproximada de 70000 libras por pulgada al cuadrado (psi) en el sistema US corriente. La conversión de 70000 psi a la unidad pascal del SI para la resistencia a la tracción da un valor muy grande porque hay 6.895 pascales en cada psi. Esta conversión se muestra abajo: Unidad

dimensiones de área milímetros cuadrados densidad de corriente ampere por milímetro cuadrado velocidad de deposición kilogramo por hora resistividad eléctrica ohm metro fuerza del electrodo newton velocidad de flujo (gaseoso y líquido) litro por minuto tenacidad a la fractura meganewton metro-3/2 resistencia al impacto joule dimensiones lineales milímetro densidad de potencia watt por metro cuadrado presión (gas y líquido) kilopascal presión (vacío) pascal resistencia a la tracción megapascal conductividad térmica watt por metro kelvin velocidad de avance milímetro por segundo dimensiones de volumen milímetro cúbico velocidad de alimentación del alambre milímetro por segundo Tabla 7-3 - Unidades SI Comunes Pertenecientes a la Soldadura

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Símbolo mm2 A/ mm2 kg/h Ω•m N L/min MN•m-3/2 J = N•m mm W/ m 2 KPa = 1000 N/m2 Pa = N/m2 MPa = 1000000 N/m2 W/(m•K) mm/s mm3 mm/s

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derecha del decimal podemos referirnos a cada una de las posiciones:

Ejemplo 1: 70000 psi

=?? Pa = 70000psi X 6.895 Pa /

1.234.567,987654

psi 482650000 Pa

La magnitud de la pregunta de arriba es un poco burda para el uso debido a su tamaño, entonces podemos aplicar el prefijo 'mega' de la Tabla 7.2 para simplificarlo. El prefijo mega tiene un valor de 106 o 1000000, y lo aplicamos para responder y mover la coma decimal consecuentemente. Esto resulta en una respuesta más simple sin todos los ceros, moviendo la coma decimal 6 lugares a la izquierda luego de agregar el prefijo. Ejemplo 2: 70000 psi = 482.65 Mpa

Habrá varios ejemplos más de la conversión de un sistema a otro, pero primero se deben fijar algunas convenciones aritméticas simples requeridas para sumar, restar, multiplicar o dividir. Para comenzar, el 'número línea' {number line} será repasado para asegurarse de la nomenclatura usada para referirse a la posición particular en este 'número línea'. Seguimos con un ejemplo que denota las posiciones de todos los dígitos en un número muy grande que contiene muchos dígitos luego de la coma decimal: Ejemplo 3: Para el número 1.234.567,987654 Los números a la izquierda del decimal son mayores que uno, y se los conoce como: El 7 en la posición de la 'unidad' El 6 en la posición de las 'decenas'' El 5 en la posición de las 'centenas' El 4 en la posición de los 'millares' El 3 en la posición de los 'diez millares' El 2 en la posición de los 'cien millares' El 1 en la posición de los 'millones'

Fijándose en el mismo número nuevamente, y mirando los números de la

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Los números a la derecha de la coma decimal, que son menores que uno, se conocen como: El 9 en la posición de los 'décimos'' El 8 en la posición de los 'centésimos'' El 7 en la posición de los 'milésimos' El 6 en la posición de los 'diez milésimos' El 5 en la posición de las 'cien milésimos' El 4 en la posición de los 'millonésimos'

Manteniendo estas distintas posiciones en mente ayudará a manejar los cálculos de las conversiones. El próximo tema a repasar es el uso de la notación científica NC; que es, el uso de potencias de diez para simplificar el registro de números muy grandes o muy chicos. Las expresiones exponenciales de diez comúnmente usadas se muestran en la Tabla 7.2. Estas potencias de 10 son usadas para escribir los números en notación científica. Cuando se conviertan números a NC, la convención es que el lugar decimal siempre se mueve a la posición tal que siempre hay un solo dígito apareciendo a la izquierda de la coma. El número de espacios que se mueve el punto decimal, a izquierda o derecha, para alcanzar esta nueva configuración, es la 'potencia de diez', o es exponente de 10, en la expresión de notación científica. Si la coma se mueve hacia la izquierda, como ocurre con números grandes, entonces el exponente de 10 es un número positivo. Si el punto decimal se mueve hacia la derecha, como ocurre para los números menores que uno, entonces el exponente de 10 es negativo. Los dígitos escritos previo al símbolo de multiplicación "X" se conocen como 'número de raíz' o 'valor numérico'. Los ejemplos tanto de números grandes o chicos escritas en notación científica son: Ejemplo 4: 234 5678 0.0234

=2,34 X 102 =5,678 X 103 =2,34 X 10-2

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0.567

=5,67 X 10-4

Suma

De los ejemplos anteriores, es evidente que un movimiento de la coma un espacio a la izquierda equivale a multiplicar por diez, y mover la coma decimal un espacio hacia la derecha es equivalente a dividir por diez. El exponente negativo en la notación científica significa un número de raíz que es menor que uno. Otra ventaja de la notación científica es la facilidad de los cálculos con números muy grandes o muy chicos. Cuando se multiplican dos miembros, ambos escritos en notación científica, sólo es necesario multiplicar los dos números de raíz entre sí, y sumar los exponentes, o potencias de 10, de cada número, y componer la respuesta en notación científica. La división de dos números consiste en dividir las dos raíces como se hace normalmente, sustrayendo el número del exponente del denominador al número del exponente del numerador, y componiendo nuevamente la notación científica. Se muestran algunos ejemplos: Ejemplo 5: Multiplicación (suma de exponentes) 2.0 X 103 X 1.5 X 105 = 3.0 X 108 1.0 X 108 X 4.5 X 107 = 4.5 X 1015 3.5 X 10-3 X 2.0 X 106 = 7.0 X 103 5.0 X 102 X 12 X 10-6 = 60 X 10-4 = 6 X 10-3 Ejemplo 6:

División (sustracción de exponentes) 3.0 X 104 / 1.5 X 102 = 2.0 X 102 6.0 X 10-7 / 3.0 X 103 = 2.0 X 10-10 4.5 X 104 / 1.5 X 10-5 = 3.0 X 109 8.0 X 10-6 / 2.0 X 10-9 = 4.0 X 103

2.3 X 104 + 3.54 X 105 = 0.23 X 105 + 3.54 X 105 = 3.77X105

3.78 X 10-6 + 7.45 X 10-4 = 0.0378 X 10-4 + 7.45 X 10-4 = 7.4878 X 10-4 Ejemplo 8: Resta 7.8 X 106 - 9.4 X 104 = 7.8 X 106 - 0.094 X 106 = 7.70 X 106 3.9 X 10-4 - 6.1 X 10-5 = 3.9 X 10-4 - 0.61 X 10-4 = 3.29 X 10-4

Notar que las reglas estándar se aplican para sumar y estar números positivos como negativos. El resultado final siempre debe ser llevado a notación científica, teniendo sólo un dígito a la izquierda de la coma, ajustando el exponente. El próximo tema a revisar es la convención de "redondeo"; la mayoría de las personas está familiarizado con algún tipo de reglas de redondeo, pero la convención usada es: Regla 1 -

Incremento del último dígito que se conserva en uno si el siguiente dígito es mayor que 5.

Regla 2 -

Retener el último dígito sin modificar si el dígito siguiente es menor que 5.

Regla 3 -

Retener el último dígito sin cambiar si es par, o incrementar en uno si es impar, si el último dígito es exactamente 5

Mientras que la mayor parte son familiares con las dos primeras reglas, muchos pueden no haber usado la Regla 3 previamente, pero el uso y práctica harán de esto parte de nuestro 'vocabulario técnico'. Los ejemplos de uso de esas reglas se muestran por redondeo de un único número en distintas posiciones en el número:

Para la suma o resta de números en notación científica, el primer paso es colocar ambos números con el mismo exponente, entonces hacer la operación normal de suma o resta. Ejemplo 7:

Ejemplo 9:

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8937 = 9000 redondeado al 'millar' más cercano 8937 = 8900 redondeado al 'centenar' más cercano 8937 = 8940 redondeado a la 'decena' más cercano

Otros ejemplos muestran el uso de la Regla 3 'impar/par'; Ejemplo 10: 8435 = 8440 redondeado a la 'decena' más cercana 8445 = 8440 redondeado a la 'decena' más cercana 8455 = 8460 redondeado a la 'decena' más cercana 8465 = 8460 redondeado a la 'decena' más cercana

Otro ejemplo muestra de la convención de redondeo para un número que contiene decimales redondeados a diferentes posiciones: Ejemplo 11: 4.4638=4 cercana 4.4638=4.4 4.4638=4.46 cercano 4.4638=4.464 cercano

redondeado a la decena más redondeado al décimo más cercano redondeado al centésimo más redondeado al milésimo más

Los ejemplos adicionales muestran los resultados cuando varios números distintos son redondeados a 4 dígitos (recordar Regla 3): Ejemplo 12:

redondeo debe comenzar siempre en la posición adecuada para el valor deseado, y luego redondeado en un único paso. Estas convenciones de redondeo también están citadas en ANSI/AWS Standard A1.1 con ilustrativos ejemplos adicionales. El siguiente tema de revisión es la tolerancia y la convención de “dígito significativo”, o “figura significativa”. Con el uso actual común de calculadoras electrónicas se dan respuestas de cálculos simples con una falsa impresión de precisión. Por ejemplo, haciendo 1÷3, en una calculadora típica de 8 dígitos la respuesta es 0.3333333. La pregunta a responder es; ¿la respuesta anterior es más precisa que una de 0.3 o 0.33?. La respuesta a la pregunta anterior no puede ser determinada sin conocer las tolerancias para los dos números originales. Posiblemente, el número 3 derivó de redondear 2.8 a 3, y el número 1 derivó de redondear 1.4 a 1. Por esto la precisión de la respuesta numérica depende de las tolerancias y redondeo de los números originales. Si del ejemplo de arriba, los números exactos originales, 1.4 y 2.8, se usan previo al redondeo, se encontrará una respuesta exacta de 0.50. Este es muy distinto del resultado de dividir 1 por 3 que es 0.3333333. Entonces, la precisión de la respuesta calculada siempre dependerá de la precisión, o exactitud, de los números originales. Para la ayuda en la mejora a la precisión, y el reconocimiento de la inexactitud de los datos dados, se estableció una convención de los dígitos significativos. Una primera mirada a como se establecen los dígitos significativos se ordena con el ejemplo: Ejemplo 13:

1.02345 se hace 1.023 1.02055 se hace 1.021 1.02350 se hace 1.024 1.02450 se hace 1.024

El redondeo debe ser siempre una única operación; esto es, no redondear cada último dígito que va quedando hasta llegar al dígito deseado. Una única operación de aproximación; evita errores de redondeo en los cálculos, el

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65.4 tiene 3 dígitos significativos 4.5300 tiene 5 dígitos significativos 7.0001 tiene 5 dígitos significativos 0.0018 tiene 2 dígitos significativos 0.00180 tiene 3 dígitos significativos 42.06 tiene 4 dígitos significativos

Notar que para números menores que uno, los ceros a la izquierda y a la derecha de la

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coma, usados para ubicar el punto decimal, no se cuentan como dígitos significativos. Sin embargo, los ceros en el medio o al final de los números dados arriba son contados como dígitos significativos debido a que agregan precisión considerable al número. Los números mayores que uno sin coma decimal, que contienen ceros en el extremo del número, pueden tener incertidumbre asociada con el número, y el número de dígitos significativos puede variar. Por ejemplo:

27000000

puede tener 2, 3, 4, ....,8 dígitos significativos, dependiendo de su precisión. Si se sabe que tiene 2 dígitos significativos, se escribe mejor como 2,7 X 102. Si se sabe que tiene 4 dígitos significativos, se debe escribir como 2,700 X 107. En los ejemplos previos de resistencia a la tracción con un valor de 70000 psi, no se establece realmente el valor exacto, debido a que el número 70000 puede haber sido redondeado a las decenas, cientos, millares más cercanos. En orden a evitar la incertidumbre, la resistencia a la tracción puede ser escrita como 7 X 104. Esta aproximación establece que sólo tiene una cifra significativa. Escribiéndolo como 70000 X 104 denota una precisión de 5 lugares, lo que es un número muy exacto. Cuando se realizan cálculos, es necesario conocer la precisión de la información original. Las reglas de la computación que usan la convención de las cifras significativas son:

Regla B

Ejemplo 15: 3.77 X 105 7.4878 X 10-4 7.706 X 106 3.29 X 10-4

Ejemplo 14:

Regla A

Para ver como trabajan, será útil una revisión de varios ejemplos usados anteriormente. En los Ejemplos 7 y 8, debemos corregir las respuestas para los problemas de suma y resta, redondeando al menor número de cifras significativas del componente original. Por esto, las respuestas a los ejemplos de suma y resta deben ser modificadas como sigue:

Para suma y resta, retener sólo tantos dígitos significativos en el resultado como los contenidos en el componente con el menor número de dígitos significativos Para multiplicación y división, la respuesta final no puede tener más dígitos significativos que el componente con la menor cantidad de dígitos significativos.

7-7

es 3.8 X 105 es 7.49 X 10-4 es 7.7 X 106 es 3.3 X 10-4

Los resultados de arriba, deben ser redondeados a cifras significativas de 2, 3, 2 y 2 respectivamente para igualar la información original. Otros ejemplos son: Ejemplo 16: 73.24 X 4.52 = 331 (no 331.0448) 1.648 / 0.023 = 72 (no 71.652174) 3.16 + 2.7 = 5,9 (no 5,86) 83,42 - 11 =72 (no 72,42) 48,0 X 943 = 45300 (no 45264)

En algunas ocasiones, se sabe que algunos números no tienen incertidumbre, y cuando se usan en cálculos, las cifras significativas de la respuesta se basan en el componente “inexacto”. Los siguientes ejemplos: Ejemplo 17: 8,416 X 50 = 420,8 cuando 50 es exacto 47,816 - 25 = 22,816 cuando 25 es exacto

Se mostró antes, en el Ejemplo 1 con un acero con una resistencia a la tracción de 70000 psi puede ser convertido a pascales al sistema SI. Entonces, para hacer el número más manejable, se aplicaba un prefijo de ‘mega’ para eliminar varios ceros. Estos prefijos son muy convenientes, y son simples abreviaturas de los multiplicadores del número. Un ejemplo de un

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término común encontrado diariamente, es el prefijo ‘kilo’. Significa 1000, entonces si se aplica a la unidad métrica de longitud, un kilómetro es 1000 metros. Igualmente, “mili” significa un milésimo, entonces un milímetro significa un milésimo de metro, hay 1000 milímetros en un metro. Ejemplos del uso de los prefijos son:

importantes. Uno ve que la tabla está acomodada en cuatro columnas, llamadas ‘Propiedad’, ‘a convertir desde’, ‘A’, ‘Multiplicar por’. Usted debe usar dichas columnas en el mismo orden en que están dispuestas. Para cualquier ejercicio de conversión, el primer paso es decidir que propiedad particular se describe por las unidades dadas que serán convertidas. Una vez que se eligió la categoría adecuada de la columna de “Propiedad”, observar en la segunda columna “a convertir desde”, y ubicar la línea que contiene la unidad dada. Esa es la unidad usada para la conversión. Moviéndose a través de la misma línea hacia la derecha, buscar la unidad que encaja con la unidad a la que se quiere convertir. Luego, ubicar en la línea que contiene tanto las unidades conocidas como las deseadas, el valor encontrado en la última columna, ‘Multiplicar por’, es el factor de conversión apropiado. En este punto, multiplicar el número de las unidades conocidas por el factor de conversión. El resultado es el número en las unidades deseadas. Abajo aparecen distintos ejemplos para mostrar como se usa esa tabla para realizar las conversiones típicas:

Ejemplo 18: 456000000 Pa = 456 Mpa 56 km = 56000 m 234000mm = 234 mm 456 g = 0.456 kg

Debido a que las conversiones de unidades SI a unidades US, o viceversa, se necesitan comúnmente, se desarrollaron tablas con factores de conversión para que sirvan a estas conversiones. La Tabla 7.4 en la página siguiente muestra muchos de factores usados en soldadura. El uso de la tabla es muy simple; encontrar la propiedad a convertir, y multiplicar el número a ser convertido por el factor de conversión dado. Entonces, redondee de la respuesta computada para igualar los últimos números significativos en los componentes originales. El inspector no debe hacer un esfuerzo para memorizar ninguno de los factores de conversión mostrados en la Tabla 7.4; estos serán provistos cuando se necesiten para la conversión de los datos. El CWI debe ser capaz de computar con simplicidad los números para llegar a la solución basados en la figura significa y convenciones de redondeo. Mirando más allá en la tabla de factores de conversión, hay algunas características

Ejemplo 19:

Un manómetro de oxígeno muestra una presión de 40.0 psi. ¿Cuál es la presión en pascales? 1) Propiedad = presión (gas o líquido) 2) Unidad conocida = 40 psi 3) Unidad deseada = kilopascales (kPa) 4) Factor de conversión = 6,894757 40.0 psi X 6894757 = 275,79028

Propiedad*

a Convertir desde

a

Multiplicar por

dimensiones de área (mm2)

in. 2 mm2

mm2 in. 2

6,451600 x 102 1,550003 x 10-3

densidad de corriente (A/mm2)

A/in. 2 A/mm2

A/mm2 A/in. 2

1,550003 x 10-3 6,451600 x 102

velocidad de deposición** (kg/h)

lb/h kg/h

kg/h lb/h

0,45** 2,2*

7-8

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resistividad eléctrica (Ω•m)

Ω•cm Ω•m

Ω•m Ω•cm

1,000000 x 10-2 1,000000 x 102

fuerza del electrodo (N)

libra – fuerza kilogramo – fuerza N

N N lbf

4,448222 9,806650 2,248089 x 10-1

velocidad del fundente (L/min)

ft3/h galón por hora galón por minuto

L/min L/min L/min

4,719475 x 10-1 6,309020 x 10-2 3,785412

tenacidad a la fractura (MN•m-3/2)

ksi•in. -3/2 MN•m-3/2

MN•m-3/2 ksi•in. -3/2

1,098855 0,910038

aporte de calor (J/m)

J/in. J/m

J/m J/in.

3,937008 x 10 2,540000 x 10-2

energía de impacto

pie libra fuerza

J

1,355818

medidas lineales (mm)

in. ft. mm mm

mm mm in. ft.

2,540000 x 10-2 3,048000 x 102 3,937008 x 10-2 3,280840 x 10-3

masa (gramos)

lb kg

kg lb

0,45** 2,2*

densidad de potencia (W/m2)

W/in. 2 W/m 2

W/m 2 W/in. 2

1,550003 x 103 6,451600 x 10-4

presión (gas y líquido) (kPa)

psi lb/ft 2 N/mm2

kPa kPa kPa

6,894757 4,788026 x 10-2 1,000000 x 103

presión (gas y líquido) (kPa)

kPa kPa kPa

psi lb/ft 2 N/mm2

1,450377 x 10-1 2,088543 x 10 1,000000 x 10-3

Tabla 7.4 – Factores de Conversión para Términos Comunes de Soldadura

Propiedad*

a Convertir desde

a

Multiplicar por

presión (vacío) (Pa)

torr (mm Hg a 0°C) micron (µm Hg a 0°C) Pa Pa bar

Pa Pa torr micron psi

1,333220 x 102 1,333220 x 10-1 7,500640 x 10-3 7,500640 x 10 1,450377 x 101

MPa MPa MPa psi lb/ft 2

6,894757 x 10-3 4,788026 x 10-5 1,000000 1,450377 x 102 2,088543 x 104

resistencia a la tracción psi (MPa) lb/ft 2 N/mm2 MPa MPa

7-9

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MPa

N/mm2

1,000000

conductividad térmica (W/[m•K])

cal/(cm•s°•C)

W/[m•K]

4,184000 x 102

velocidad de avance

in./ min

mm/s

4,233333 x 10-1

velocidad de mm/s in.7min 2,362205 alimentación del alambre (mm/s) * Unidades preferidas dadas en paréntesis **conversión aproximada Tabla 7.4 (continuación) – Factores de Conversión para Términos Comunes de Soldadura = 3,96 mm Y la respuesta computada entonces se

debe redondear a las tres cifras significativas, y luego llevada a notación científica

Aquí, la respuesta tiene tres cifras significativas y es correcto como se calculó sin redondear.

275,79028 kPa = 276 kPa = 2,76 X 102 kPa

Ejemplo 22:

Ejemplo 20:

Una probeta de tracción ha sido traccionada y presenta una resistencia a la tracción de 625 MPa. ¿A cuántos psi corresponde? 1) 2) 3) 4)

Los parámetros fueron ajustados para producir una velocidad de deposicisión de metal de 7,3 kg/h. ¿Cuál es la velocidad de deposición en términos de lb/h? 9) 10) 11) 12)

Propiedad = resistencia a la tracción Unidad conocida = 625 MPa Unidad deseada = psi Factor de conversión = 1,450377 X 102

Propiedad = velocidad de deposicisión Unidad conocida = 7,3 kg/h Unidad deseada = lb/h Factor de conversión = 2,2

7,3 X 2,2 625 MPa X 1,450377 X 102

= 906,48563 X 102 = 9,06 X 104 psi

La calculadora dará una respuesta de 906,48563 pero debe ser redondeada a tres cifras significativas; esto es, 90.600psi y finalmente, 9,06 X 104 en notación científica. Ejemplo 21:

¿Cuál es el diámetro en milímetros de un electrodo de 5/32 in. (0,156”)? 5) Propiedad lineales 6) Unidad conocida 7) Unidad deseada 8) Factor de conversión 0,156 X 2,54 X 10

= mediciones = 5/32 in. (0,156”) = mm = 2,540000 X 10

= 16,06 lb/h = 16 lb/h

La calculadora da una respuesta de 16,06, pero este debe ser redondeado a dos cifras significativas, resultando la respuesta de 16 lb/h. Los siguientes son algunos extractos adicionales de ANSI/AWS A1.1, incluyendo los números de párrafo para una referencia cruzada, para mostrar las convenciones adicionales de uso y costumbre empleados en el sistema SI. Debe recordarse que el ANSI/AWS A1.1 es una guía, no un sistema mandatorio, y deben usarse de esta manera. 6 Uso y Costumbre 6.1 Aplicación y Uso de los Prefijos 6.1.1 Los prefijos deben ser usados con las unidades SI para indicar los órdenes de magnitud.

= 396 X 10-2 mm

7-10

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Los prefijos proveen sustitutos convenientes para el uso de potencias de diez, y eliminan dígitos insignificantes. Preferido 12,3 km

No preferido 12300 m, 12,3 x 103m

6.1.2 Se recomiendan prefijos en pasos de 1000. Debe evitarse el uso de prefijos hecto, deca, deci, y centi. Preferido mm, m, km

No preferido hm, dam, dm, cm

6.1.3 Deben elegirse los prefijos de manera que los valores numéricos estén entre 0,1 y 1000. 6.1.3.1 Para situaciones especiales tales como las presentaciones en tablas, puede usarse la misma unidad, múltiplo o submúltiplo a pesar de que el valor numérico exceda el rango de 0,1 a 1000. 6.1.4 En el sistema SI no se deben usar prefijos como múltiplos o con guiones. Correcto pF, GF, GW

Incorrecto uuF, Mkg, kMW, G-W

6.1.5 En el denominador, generalmente es deseable sólo el uso de bases y unidades derivadas. Se usan los prefijos con la unidad del denominador para dar un tamaño adecuado a los números (ver 6.1.3). Preferido 200 J/kg, 5Mg/m3

No preferido 0,2 J/g, 1 kg/ mm

6.1.6 Los prefijos se fijan a la base de unidades SI con la excepción de la unidad base de masa, el kilogramo, que contiene prefijo. En este caso el prefijo necesario se fija al gramo. 6.1.7 No se deben mezclar los prefijos salvo que las magnitudes garanticen una diferencia. Correcto 5 mm long x 10 mm de altura

4 mm de diámetro x 50 m de longitud

6.1.8 La pronunciación de los prefijos siempre es la misma, sin tener en cuenta la base de unidad que esté acompañando. Por ejemplo la pronunciación aceptada de kilo es “kill-oh”. Nunca se debe usar la expresión vulgar “kilo” por kilogramo.

6.2 Uso de Unidades No Preferidas 6.2.1 Debe evitarse la mezcla de unidades de distintos sistemas.

Preferido kilogramo por metro cúbico (kg/m3) No preferido kilogramo por galón (kg/gal)

6.8 Mayúsculas. Las unidades SI llevan mayúsculas sólo al comienzo de una oración (ejemplos: newton, pascal, metro, kelvin, hertz). En “grados Celsius”, el grado siempre está en minúsculas y Celsius está siempre en mayúsculas. Los símbolos de unidades en SI no están en mayúsculas excepto en aquellos derivados de nombres propios. La letra mayúscula L es el símbolo para la unidad litro. A (ampere), K (kelvin), W (watt) N (newton), J (joule), etc. m (metro), kg (kilogramo), etc. Hay sólo cinco prefijos de números en mayúsculas, estos son, E (exa), P (peta), T(tera), G(giga), y M(mega). 6.9 Plurales. Los símbolos de unidades son los mismos en plural que en singular. Los nombres de las unidades forman sus plurales en la manera habitual.

Incorrecto 5 mm x 0.01 m de altura

Excepción

7-11

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50 newtons (50N), 25 gramos (25g) 6.10 Puntuación. No se deben usar puntos luego de las unidades SI, excepto al final de una oración. Se usan las comas como marca para los decimales. No se usan puntos en los símbolos de unidades o en conjunción con los prefijos. Correcto 5.7mm

Incorrecto 5.7 m.m.

6.11 Agrupamiento de los Números 6.11.1 Los números con cinco dígitos o más deben ser escritos con un espacio que separa cada grupo de tres dígitos contándolos tanto a la izquierda como a la derecha de la coma decimal. Con números de cuatro dígitos, la separación es opcional. 6.11.2 Se deben usar espacios (no puntos) entre los grupos de tres dígitos. Correcto 1 420 462.1; 0.045 62 1452 o 1 452 Incorrecto 1,420,462.1: 0.04562 6.12 Observaciones Varias 6.12.1 Se usa un espacio entre el valor numérico y el símbolo de la unidad. Correcto 4 mm

Incorrecto 4mm

6.12.2 Los símbolos y nombres de las unidades nunca se usan juntos en una única expresión: Correcto metros por segundo (m/s)

Incorrecto metros / s

7-12

6.12.3 Los números se expresan como decimales, no como fracciones. Cuando el número es menor a la unidad, se debe preceder el decimal con un cero. Correcto 0.5 kg, 1.75 m

Incorrecto 1/2 kg, .5 kg., 1 3/4 m

6.12.4 Los símbolos del sistema SI deben estar en tipografía Roman (recta) preferentemente a la itálica(inclinada). 6.12.5 Deben usarse prefijos tipeados (en imprenta) preferentemente a manuscrita. Se pueden usar palabras deletreadas preferentemente al uso de símbolos dibujados a mano. 6.12.6 Cuando es deseable o necesario usar las unidades U.S. de pulgadas y libras en una ecuación o tabla, se deben exponer en el sistema SI en una ecuación o tabla separada, o en una columna dentro de la tabla. Como alternativa, puede agregarse una nota con los factores a usar para convertir los resultados calculados en el sistema US pulgadas-libras al SI de unidades preferido. Las equivalencias SI pueden estar después e insertadas entre paréntesis. Los ejemplos de arriba son parte del trabajo de matemática que se le puede pedir a un inspector de soldadura que realice. Como mínimo, se le pedirá a él o ella que realice algunas conversiones en el examen de AWS CWI. Los ejemplos de arriba son problemas típicos que aparecerán en los exámenes de AWS CWI. No tiene importancia que tan grande puedan ser los números, los problemas se resulven siempre de la misma manera. Simplemente hay que seguir los distintos pasos y el uso de la tabla de factores de conversión para obtener un multiplicador. Entonces, todo lo que queda hacer es la aritmética de acuerdo a las reglas y las convenciones citadas previamente.

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Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius Encontrar el número a ser convertido en la columna central (negrita). Si se convierten grados Farenheit, leer el equivalente en Celsius en la columna con el nombre “ºC”. Si se convierten grados Celsius, leer el equivalente en Farenheit en la columna con el nombre “ºF”

ºC -273 -268 -262 -257 -251 -246 -240 -234 -229 -223 -218 -212 -207 -201 -196 -190 -184 -179 -173 -168 -162 -157 -151 -146 -140 -134 -129 -123 -118 -112 -107 -101 -96 -90 -84 -79 -73 -68 -62 -57 -51 -46

ºF -459 -450 -440 -430 -420 -410 -400 -390 -380 -370 -360 -350 -340 -330 -320 -310 -300 -290 -280 -270 -260 -250 -240 -230 -220 -210 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50

-454 -436 -418 -400 -382 -364 -346 -328 -310 -292 -274 -256 -238 -220 -202 -184 -166 -148 -130 -112 -94 -76 -58

ºC

ºF -40 -34 -29 -23 -18 -17 -16 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23

-40 -30 -20 -10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74

-40 -22 -4 14 32 36 39 43 46 50 54 57 61 64 68 72 75 79 82 86 90 93 97 100 104 108 111 115 118 122 126 129 133 136 140 144 147 151 154 158 162 165

ºC

ºF 24 26 27 28 29 30 31 32 33 34 36 37 38 43 49 54 60 66 71 77 82 88 93 99 104 110 116 121 127 132 138 143 149 154 160 166 171 177 182 188 193 199

76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390

Tabla 7.5 - Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius

7-13

169 172 176 180 183 187 190 194 198 201 205 208 212 230 248 266 284 302 320 338 356 374 392 410 428 446 464 482 500 518 536 554 572 590 608 626 644 662 680 698 716 734

ºC 199 204 210 216 221 227 232 238 243 249 254 260 266 271 277 282 288 293 299 304 310 316 321 327 332 338 343 349 354 360 366 371 377 382 388 393 399 404 410 416 421 427

ºF 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800

734 752 770 788 806 824 842 860 878 896 914 932 950 968 986 1004 1022 1040 1058 1076 1094 1112 1130 1148 1166 1184 1202 1220 1238 1256 1274 1292 1310 1328 1346 1364 1382 1400 1418 1436 1454 1472

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ºC

ºF

ºC

ºF

ºC

ºF

ºC

ºF

432

810

1490

738

1360

2480

1043

1910

3470

1349

2460

4460

438

820

1508

743

1370

2498

1049

1920

3488

1354

2470

4478

443

830

1526

749

1380

2516

1054

1930

3506

1360

2480

4496

449

840

1544

754

1390

2534

1060

1940

3524

1366

2490

4514

454

850

1562

760

1400

2552

1066

1950

3542

1371

2500

4532

460

860

1580

766

1410

2570

1071

1960

3560

1377

2510

4550

466

870

1598

771

1420

2588

1077

1970

3578

1382

2520

4568

471

880

1616

777

1430

2606

1082

1980

3596

1388

2530

4586

477

890

1634

782

1440

2624

1088

1990

3614

1393

2540

4604

482

900

1652

788

1450

2642

1093

2000

3632

1399

2550

4622

488

910

1670

793

1460

2660

1099

2010

3650

1404

2560

4640

493

920

1688

799

1470

2678

1104

2020

3668

1410

2570

4658

499

930

1706

804

1480

2696

1110

2030

3686

1416

2580

4676

504

940

1724

810

1490

2714

1116

2040

3704

1421

2590

4694

510

950

1742

816

1500

2732

1121

2050

3722

1427

2600

4712

516

960

1760

821

1510

2750

1127

2060

3740

1432

2610

4730

521

970

1778

827

1520

2768

1132

2070

3758

1438

2620

4748

527

980

1796

832

1530

2786

1138

2080

3776

1443

2630

4766

532

990

1814

838

1540

2804

1143

2090

3794

1449

2640

4784

538

1000

1832

843

1550

2822

1149

2100

3812

1454

2650

4802

543

1010

1850

849

1560

2840

1154

2110

3830

1460

2660

4820

549

1020

1868

854

1570

2858

1160

2120

3848

1466

2670

4838

554

1030

1886

860

1580

2876

1166

2130

3866

1471

2680

4856

560

1040

1904

866

1590

2894

1171

2140

3884

1477

2690

4874

566

1050

1922

871

1600

2912

1177

2150

3902

1482

2700

4892

571

1060

1940

877

1610

2930

1182

2160

3920

1488

2710

4910

577

1070

1958

882

1620

2948

1188

2170

3938

1493

2720

4928

582

1080

1976

888

1630

2966

1193

2180

3956

1499

2730

4946

588

1090

1994

893

1640

2984

1199

2190

3974

1504

2740

4964

593

1100

2012

899

1650

3002

1204

2200

3992

1510

2750

4982

599

1110

2030

904

1660

3020

1210

2210

4010

1516

2760

5000

604

1120

2048

910

1670

3038

1216

2220

4028

1521

2770

5018

610

1130

2066

916

1680

3056

1221

2230

4046

1527

2780

5036

616

1140

2084

921

1690

3074

1227

2240

4064

1532

2790

5054

621 1150 2102 927 1700 3092 1232 2250 4082 1538 Tabla 7.5 - Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius (continuación)

2800

5072

7-14

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 7 Documentos que Gobiernan la Inspección y Calificación de Soldadura

ºC

ºF

ºC

ºF

ºC

ºF

ºC

ºF

627

1160

2120

932

1710

3110

1238

2260

4100

1543

2810

5090

632

1170

2138

938

1720

3128

1243

2270

4118

1549

2820

5108

638

1180

2156

943

1730

3146

1249

2280

4136

1554

2830

5126

643

1190

2174

949

1740

3164

1254

2290

4154

1560

2840

5144

649

1200

2192

954

1750

3182

1260

2300

4172

1566

2850

5162

654

1210

2210

960

1760

3200

1266

2310

4190

1571

2860

5180

660

1220

2228

966

1770

3218

1271

2320

4208

1577

2870

5198

666

1230

2246

971

1780

3236

1277

2330

4226

1582

2880

5216

671

1240

2264

977

1790

3254

1282

2340

4244

1588

2890

5234

677

1250

2282

982

1800

3272

1288

2350

4262

1593

2900

5252

682

1260

2300

988

1810

3290

1293

2360

4280

1599

2910

5270

688

1270

2318

993

1820

3308

1299

2370

4298

1604

2920

5288

693

1280

2336

999

1830

3326

1304

2380

4316

1610

2930

5306

699

1290

2354

1004

1840

3344

1310

2390

4334

1616

2940

5324

704

1300

2372

1010

1850

3362

1316

2400

4352

1621

2950

5342

710

1310

2390

1016

1860

3380

1321

2410

4370

1627

2960

5360

716

1320

2408

1021

1870

3398

1327

2420

4388

1632

2970

5378

721

1330

2426

1027

1880

3416

1332

2430

4406

1638

2980

5396

727

1340

2444

1032

1890

3434

1338

2440

4424

1643

2990

5414

732

1350

2462

1038

1900

3452

1343

2450

4442

1649

3000

5432

ºC= 5/9(ºF -32)

ºF=9/5ºC + 32

Tabla 7.5 - Escalas para conversión de Temperatura Farenheit - Celcius (continuación)

7-15

PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES ANSI/AWS A1.1 – la ”Guía de Práctica Métrica para la Industria de la Soldadura(Metric Practice Guide for the Welding Industry)”, una norma publicada por el AWS. Factor de Conversión – un número establecido para ayudar en la conversión de una unidad a otra. Exponente – el número usado como potencia 2 de diez; 2 es el exponente de 10 . Número de Línea (cifra) – el conjunto de números, tanto mayores o menores que la unidad, que conforman el sistema numérico para asignar valores. Prefijo – una palabra ubicada delante de otra que cambia su significado o valor. Redondeo – en matemática, la práctica de ajustar el tamaño del último dígito retenido en un número basado en el tamaño del siguiente dígito en relación con el 5. Notación Científica – el sistema numérico que utiliza las potencias de diez, el sistema exponencial, para simplificar el manejo de números muy grandes o muy pequeños. SI – Le Systeme Internationale d’Unites (la abreviatura usada para llamar al sistema métrico) Figura Significativa – un término que se refiere a la convención que considera la precisión de los números teniendo en cuenta el redondeo, y establece reglas para el tratamiento de los números calculados con tal precisión. SN – La abreviatura usada para notación científica. US - la abreviatura del sistema de medición corriente en los Estados Unidos (para el sistema US corriente)

PALABRAS CLAVE7.DOC

1

Inspección M ÓDULO 8 M ETALURGIA DE LA SOLDADURA PARA EL Tecnología INSPECde TO R DE de Soldadura Módulo 8 Mealurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura SOLDADURA

La Metalurgia es la ciencia que trata sobre la estructura interna de los metales y las relaciones entre las estructuras y las propiedades que exhiben los metales. Cuando se refiere a la metalurgia de la soldadura, concierne a los distintos cambios que ocurren en los metales cuando se unen por soldadura, especialmente aquellos que afectan las propiedades mecánicas. Ciertamente es apropiado que el inspector de soldadura sea entendido en las bases de la metalurgia de la soldadura. Igualmente, es poco probable que el inspector sea responsable de la especificación de las aleaciones del metal base o del metal de soldadura o de su tratamiento. Sin embargo, el entender las bases de la metalurgia de la soldadura no sólo ayuda al inspector de soldadura, sino también frecuentemente para muchas funciones de inspección. Una razón para esto es que las propiedades mecánicas de los metales, tales como resistencia, dureza, ductilidad, tenacidad, resistencia a la fatiga, y resistencia a la abrasión son todas afectadas por las transformaciones metalúrgicas como resultado de la soldadura. Estas propiedades son afectadas por distintos factores metalúrgicos, incluyendo el agregado de aleantes, tratamientos térmicos y tratamientos mecánicos. El inspector de soldadura que tenga una mejor comprensión de estas propiedades tendrá una mejor percepción sobre la razón de la necesidad de ciertas operaciones de fabricación. Algunos requerimientos de fabricación, tales como el precalentamiento, post calentamiento, control de temperatura entre pasadas, control de aporte de calor, granallado (peening), alivio térmico de tensiones, y otros tratamientos térmicos que puedan producir algún tipo de cambio metalúrgico el cual, afectará las propiedades mecánicas del metal. Por esto, esta sección principalmente describirá algunos aspectos de la metalurgia de la soldadura de ferrosos (base de hierro) poniendo énfasis en la necesidad de métodos de fabricación para controlar los cambios que puedan ocurrir. Debido a que el tema de la metalurgia de la soldadura incluye numerosas facetas, sería irracional pensar que esta discusión pueda cubrirlas todas. Entonces, limitaremos la

cobertura a los cambios más importantes que puedan ocurrir durante la operación de soldadura. Estos cambios pueden ser resumidos y ser divididos en dos categorías. La primer categoría incluye aquellos cambios que ocurren en un metal cuando se calienta desde la temperatura ambiente hasta una temperatura mayor. La segunda categoría es el efecto en las propiedades del metal versus la velocidad a la ocurren dichos cambios de temperatura. Más específicamente, nos interesa que tan rápido se enfría un metal caliente hasta la temperatura ambiente; esto es la velocidad de enfriamiento del metal. Nuestra discusión comenzará con referencia específica a los cambios que ocurren en metales en la medida en que son calentados y enfriados en forma uniforme. Sin embargo, debe notarse que la soldadura presenta problemas muy diferentes debido a que la operación de soldadura tiende a calentar áreas muy localizadas del metal. En consecuencia, estas velocidades de calentamiento/enfriamiento no uniformes crean la necesidad ce ciertas consideraciones adicionales. Estructuras Básicas de los Metales Para ganar en entendimiento de las propiedades metalúrgicas de los metales, es necesario comenzar la discusión describiendo algunas propiedades de las partículas que comprenden todas las formas de materia. Estas partículas básicas que se combinan para formar un material sólido, líquido o gaseoso, se conocen como átomos. Esos átomos son tan pequeños que no pueden ser vistos, incluso con los microscopios más potentes. Sin embargo, comenzando la discusión a este nivel y explicando las propiedades de dichos átomos y sus estructuras, podrán entender de mejor forma algunos de los fenómenos que podemos observar en forma macroscópica, o a simple vista. Una de las propiedades importantes de estos átomos, es que, en ciertos rangos de temperatura, tienden a formar sustancias con formas específicas. Esto es debido a hay fuerzas definidas que actúan entre estos átomos individuales cuando están ubicados dentro de cierta distancia uno de otro. Estas fuerzas tienden

8-1

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 8 Mealurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura

tanto a rechazar, o a atraer, los átomos uno hacia el otro, mientras que al mismo tiempo otro átomo es expulsado o rechazado. Por esto, los átomos individuales se mantienen en su ubicación original en relación con todo el resto de los átomos alrededor por estas fuerzas en oposición. Ver Figura 8.1. Estos átomos en sus posiciones originales están alineados fila sobre fila, y capa sobre capa, en tres dimensiones, simétrica, en una estructura o modelo de red cristalina. Sin embargo, no están estacionarios en esas posiciones. En realidad, tienden a vibrar alrededor de una posición de equilibrio para mantener un espacio balanceado. A una temperatura dada se mantendrán con una separación equilibrada para dicha temperatura particular. Cuando hay un balance entre las fuerzas de repulsión y de atracción, decimos que la energía interna del metal está en un mínimo. Cualquier intento de forzar los átomos más cerca uno de otro tendrá la oposición de fuerzas repulsivas que se incrementan en la medida que son llevados más cerca. Este comportamiento se evidencia por el hecho que los metales muestran resistencias a la compresión excesivamente altas. Igualmente, cualquier intento por de separar los átomos, dará como resultado una fuerza opositora de atracción. Estas fuerzas de atracción, sin embargo, tienden a decrecer en la medida que los átomos son llevados muy lejos. Se puede observar la evidencia de este último comportamiento en el ensayo de tracción. Por debajo del punto de fluencia del metal, la carga alarga la probeta de tracción, y se incrementa la separación entre cada átomo. Cuando se descarga, la probeta se comportará en forma elástica; esto es, que volverá a su tamaño original en un nivel macroscópico, lo que significa que los átomos retornan a su equilibrio de espacio original. Si la carga de la probeta de tracción se incrementa más allá del punto de fluencia del metal, se comportará en forma plástica. Ahora, ya no volverá a su tamaño original, debido a que los átomos fueron forzados suficientemente lejos unos de otros, de manera que las fuerzas de atracción ya no son suficientemente grandes para

mantenerlos en su posición original. Cuando el espacio interatómico se incrementa más aún, al punto que las fuerzas de atracción ya no son suficientemente grandes para mantener juntos a los átomos, el material fallará.

Figura 8.1 – Estructura Atómica – Mostrando la Ubicación de los Atomos y los Electrones

Se marcó anteriormente que los átomos de los metales exhiben una separación muy específica a una temperatura dada, o energía interna. Debido a que el calor es una forma de energía, la energía interna del metal se incrementa cuando aumenta la temperatura. Esta energía adicional tiende a hacer que los átomos vibren más, lo que incrementa la distancia entre los átomos. Podemos observar el resultado de dicha energía adicional, visualmente, debido a que el tamaño total de la pieza de metal se incrementará en la medida que se separan los átomos individualmente. Inversamente, cualquier disminución en la temperatura del metal hará que los átomos se juntan; en cambio, se observa como contracción del metal.

Figura 8.2 – Sólido versus Líquido A medida que se agrega calor adicional al metal, la vibración de los átomos se continúa incrementando causando que se aumente el espacio y, que en consecuencia se expanda el metal. Esto sucederá hasta un cierto punto en que la distancia entre los átomos es tan grande que ya no se atraen en forma suficiente para exhibir una

8-2

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 8 Mealurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura

estructura específica. El metal sólido se transforma en líquido. Ver Figura 8.2. La temperatura asociado con este cambio se conoce como punto de fusión. Un calentamiento mayor eventualmente transformaría el líquido en gas; esta última transformación ocurre a una temperatura conocida como de vaporización. El metal sólido tiene la energía interna más baja, y la menor distancia interatómica. El metal líquido tiene mayor energía interna con mayor distancia interatómica, y se considera amorfo, lo que significa sin estructura. El metal gaseoso tiene la mayor energía interna, y la mayor distancia entre los átomos, y también carece de estructura. Mientras que todo esto es bastante intrigante, es más significativo darse cuenta porque es importante para usted, como inspector de soldadura. Es obvio que la soldadura y el corte introducen calor dentro del metal; este calentamiento provocará una expansión del metal. Si estuviéramos considerando un calentamiento uniforme del metal, podríamos medir el cambio de longitud, o de tamaño, de una pieza de metal en la medida que esta se calienta. Cada aleación de metal tiene asociada consigo un coeficiente específico de dilatación térmica. Esto es, hay un cierto valor numérico que describe cuanto se dilatará un metal para un incremento de temperatura dado. Con la soldadura, sin embargo, el calor no se aplica en forma uniforme. Esto es, parte del metal se lleva hasta una temperatura muy alta, mientras que el metal adyacente a la zona de soldadura se mantiene a una temperatura menor. Esto provoca diferentes cantidades de expansión del metal en distintas ubicaciones relativas a la zona de soldadura. La parte del metal que se calienta en forma directa, tenderá a dilatarse, y esta dilatación es resistida por el metal que esta a una temperatura menor. La Figura 8.3, ilustra los cambios dimensionales que ocurren en una barra recta (Figura 8.3a) que se calienta de un solo lado por una soldadura por arco. En la Figura 8.3b, se establece un arco y se comienza a calentar la chapa bajo la influencia del arco. La parte que se calienta se expande (Figura 8.3c) y, debido a que

está parcialmente embridado por la parte de la barra que no se calentó, la barra tiende a flexionarse en un arco en cada extremo fuera de la fuente de calor. Debido a que la parte caliente es más débil (parte de esta en realidad está líquida y es muy débil) no tiene éxito para forzar a la barra a flexionarse demasiado. La parte caliente está menos restringida en las direcciones laterales, entonces tiende a ensancharse en el lado donde se aplicó el calor.

Figura 8.3 – Contracción en una soldadura causado por Dilatación y Contracción Cuando se extingue el arco (Figura 8.3d), la porción caliente y fundida comienza a enfriarse y contraerse. El calor siempre fluye desde el área caliente hacia el área fría, entonces durante el enfriamiento, el calor fluye dentro del área previamente fría calentándola. Ahora, en la medida que la parte dilatada comienza a enfriarse, se contrae, revirtiendo la dirección de las fuerzas de deformación que finalmente causan que la longitud de la zona superior de la barra se acorte y los extremos de la barra se levanten dándole a

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 8 Mealurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura

la barra un perfil cóncavo cuando se enfría, como se muestra en la Figura 8.3e. Entonces, cuando aplicamos el calor a una pieza en manera no uniforme, como en el caso para la soldadura, el resultado es un cambio dimensional por los esfuerzos térmicos desarrollados causando que la parte se distorsione o encorve cuando se enfría. La Figura 8.3f representa la barra resolidificada con un cierto nivel de tensiones residuales que permanecen en ella, denotada por la representación de un resorte. Siempre que se funde un metal en una zona pequeña, y localizada, como en soldadura, se generan esfuerzos por la contracción. Inclusive, si la barra fue restringida externamente durante este ciclo de calentamiento y enfriamiento, la parte enfriada todavía contiene tensiones causadas por este calentamiento y enfriamiento diferencial. Conocemos estas tensiones como tensiones residuales. Estas tensiones residuales tienden a mantener la barra en su perfil flexionado. Sin embargo, la barra no se flexionará más debido a que se enfrió hasta temperatura ambiente y ahora es más resistente que las fuerzas ejercidas por las tensiones residuales. Las tensiones residuales permanecerán en la barra salvo que se realice algo para relajarla. Hay diferentes formas de reducir o eliminar las tensiones residuales. Se puede realizar en forma térmica cuando se calienta en forma uniforme la totalidad de la pieza o la banda larga que contiene la zona de soldadura a alguna temperatura y es mantenida por un período de tiempo prescrito. El resultado de este método es que el calentamiento uniforme que permite un alivio en las tensiones residuales debido a que se reduce la resistencia del metal. Un enfriamiento lento y uniforme hasta la temperatura ambiente producirá una pieza con tensiones residuales mucho más bajas. Hay métodos para proveer este alivio de tensiones mediante la aplicación de tratamientos vibratorios, o mecánicos. Ambos métodos mostraron ser efectivos en varias aplicaciones.

Figura 8.4 – Martillado (peening) de Cordones de Soldadura Intermedios para Alivio de Tensiones Residuales Puede realizarse un tercer método para reducir las tensiones residuales que puede realizarse junto a la operación de soldadura, y que se conoce como martillado (peening). Ver Figura 8.4. Este también es un tratamiento mecánico. El martillado involucra el uso de pesados martillos neumáticos (no un piquete para quitar la escoria) que se usa para golpear en la superficie de los cordones intermediarios de una soldadura multipasada. Esta acción de martillado tiende a deformar la superficie haciendo disminuir el espesor del cordón. Esta deformación tiende a desparramar la cara de la soldadura para hacerla más ancha y larga. Debido a que es metal se distribuye ligeramente, se reducen las tensiones residuales. Cuando se usa el martillado para el alivio de tensiones, debe tenerse cuidado de evitar las fisuras de la soldadura por un tratamiento mecánico agresivo. No es recomendable martillar el cordón de raíz que se puede fisurar fácilmente al ser golpeado. Normalmente, el cordón final tampoco se martilla, pero por una razón diferente; superficies muy martilladas pueden ocultar la presencia de discontinuidades, haciendo más difícil la inspección. Cuando se aplica en forma adecuada, el martillado provee una forma efectiva de reducir las tensiones residuales cuando se realizan soldaduras en grandes secciones, o en situaciones donde están restringidas con rigidez. Estructuras Cristalina En un metal sólido, los átomos tienden ellos mismos a alinearse en líneas ordenadas, filas, y capas para formar estructuras cristalinas tridimensionales. Por definición, los metales son cristalinos, y cualquier discusión de falla debido a

8-4

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 8 Mealurgia de la Soldadura para el Inspector de Soldadura

“cristalización” de hecho es incorrecta. Cuando un metal solidifica, normalmente lo hace en una estructura cristalina. La apariencia de superficie de fractura conocida erróneamente como “cristalina” es normalmente típica de una superficie de fractura por fragilización o fatiga. El número más pequeño de átomos que puede describir un arreglo ordenado se conoce como “celda unitaria”. Es importante darse cuenta que las celdas unitarias no existen como unidades independientes, sino que comparten átomos con las celdas unitarias vecinas en una matriz tridimensional. Las estructuras cristalinas más comunes, o fases, son cúbica de cuerpo centrado (BCC), cúbica de caras centradas (FCC), tetragonal centrada en el cuerpo (BCT), y hexagonal compacta (HCP). Pueden verse en la Figura 8.5. Algunos metales tales como el hierro, existen como una fase sólida a temperatura ambiente y como otra fase sólida a temperaturas elevadas. Este cambio con la temperatura de una fase a otra en un metal sólido se conoce como transformación alotrópica, o transformación en fase sólida. Un cristal de metal que posee diferentes estructuras pero la misma composición química se conoce como alotrópico. Esto se discutirá con mayor detalle más adelante.

La estructura FCC puede imaginarse como un cubo con átomos en cada una de los ocho vértices y un átomo en el centro de cada una de las seis caras. Entre los metales con FCC comunes se encuentran el aluminio, cobre, níquel, y aceros inoxidables austeníticos. La celda unitaria BCT puede describirse tomando una celda unitaria BCC básica, y elongándola en un eje para lograr una forma rectangular, con un átomo en el centro. La martensita, una fase del acero que se forma por un enfriamiento rápido, es una estructura BCT. La celda unitaria HCP es un prisma hexagonal puede imaginarse como dos hexágonos (seis lados) que forman la parte superior e inferior del prisma. Se ubica un átomo en el centro y en cada punta del hexágono. Entre los hexágonos, superior e inferior, se ubican tres átomos, uno en cada vértice de un triángulo. Entre los metales HCP comunes, se encuentran el zinc, cadmio y magnesio. La celda unitaria BCC puede describirse como un cubo con un átomo en cada uno de los 8 vértices y un único átomo en el centro de la celda. Entre los metales BCC comunes se encuentran el hierro, aceros al carbono, cromo, molibdeno, y tungsteno. Solidificación de los Metales Un metal solidifica en una estructura cristalina por un proceso conocido como nucleación y crecimiento. En el enfriamiento, grupos de átomos se nuclean (solidifican) sobre impurezas o en lugares del límite líquido - sólido, tales como la interface entre el metal de soldadura fundido y una zona más fría, sin fundir, la zona afectada por el calor. Tales grupos se llaman núcleos y aparecen en gran número. En el metal de soldadura, los núcleos tienden a fijarse a si mismos a granos existentes de la zona afectada por el calor en la interface de soldadura. Los átomos continúan solidificándose y se fijan a los núcleos. Cada núcleo crece a lo largo de una dirección preferencial, con los átomos que se alinean en la forma descrita mediante la celda unitaria apropiada para formar un grano de forma irregular, o cristal.

Figura 8.5 – Estructuras Cristalinas Comunes de los Metales y Aleaciones

8-5

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La Figura 8.6 muestra como se forman los granos de metal de soldadura a medida que este metal solidifica. En la Figura 8.6a, se comienzan a formar en la interface de soldadura. La Figura 8.6b muestra los granos sólidos formados cuando crecen dichos núcleos originales. Debido a que dichos núcleos tienen distintas orientaciones, cuando los granos adyacentes crecen juntos se forman los bordes de grano. La Figura 8.6c muestra la solidificación completa del metal de soldadura. Los bordes de grano se consideran como discontinuidades, debido a que representan una interrupción en el arreglo uniforme de los átomos.

temperaturas. Los metales de grano fino generalmente dan una mejor ductilidad, tenacidad a la entalla, y propiedades de fatiga. Como una revisión rápida antes de continuar; los metales son estructuras cristalinas formadas por átomos en matrices ordenadas. Estas matrices ordenadas, o arreglo, se conoce como fase y se describen por una celda unitaria. Los metales solidifican a partir de muchos lugares a la vez y crecen en direcciones preferenciales para formar granos o cristales. La unión entre granos individuales se conoce como borde de grano. El tamaño de grano dictará la cantidad de área de borde de grano presente en un metal que, en cambio, determina en cierto grado las propiedades mecánicas del metal. Aleantes Las propiedades de los elementos metálicos pueden ser alteradas por el agregado de otros elementos, que pueden ser o no metálicos. Tal técnica se conoce como aleación. El metal que resulta de esta combinación se conoce como aleación. Por ejemplo, se agrega el elemento metálico zinc al metal cobre para formar la aleación latón. El elemento no metálico carbón es uno de los elementos aleantes agregados al hierro para formar la aleació n acero.

Figura 8.6 – Nucleación y Solidificación de Metal de Soldadura Fundido Las propiedades mecánicas pueden depender del tamaño de grano del metal. Un metal que muestra tamaño de grano pequeño tendrá mejor resistencia a la tracción a temperatura ambiente, debido a que los bordes de grano tienden a inhibir la deformación de los átomos individualmente cuando el metal se encuentra bajo tensión. Sin embargo, a temperaturas elevadas, los átomos de los bordes se pueden mover fácilmente y desplazarse, y así reducir la resistencia a altas temperaturas. Por esto los metales de grano fino, se prefieren para servicio a temperatura ambiente o baja, mientras que los materiales con grano grande son preferibles para el servicio a elevadas

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la estructura de la red. Esta se llama aleación sustitucional y se muestra en la Figura 8.8. Los ejemplos de esto son tanto el cobre en el níquel y el níquel en cobre. Como la presencia de los bordes de grano, el agregado de elementos aleantes producen irregularidades en la estructura cristalina. Como se puede ver en las Figuras 8.7 y 8.8, la presencia de elementos aleantes ejerce distintos grados de atracción y repulsión para dar un arreglo de la estructura cristalina que de alguna manera esta distorsionada. Esto tiende a incrementar la energía interna del metal y puede dar como resultado un incremento de las propiedades mecánicas. Casi todos los metales de ingeniería son aleaciones que consisten en un elemento principal y cantidades variables de uno o más elementos adicionales. Si existe más de una fase, cada una tendrá su propia estructura cristalina característica.

Figura 8.7 - Aleación Intersticial

Componentes de la Microestructura de los Aceros al Carbono.

El arreglo general de los granos, bordes de grano, y fases en una aleación metálica, se llama microestructura. La microestructura es la principal responsable de las propiedades de la aleación. La microestructura es afectada por la composición o el contenido de aleantes, y por otros factores tales como conformación y operaciones de tratamiento térmico. La microestructura se ve muy afectada por la operación de soldadura, que en cambio, tiene influencia sobre las propiedades de la aleación. Mientras que todos los metales exhiben distintas microestructuras, esta discusión tratará exclusivamente con los cambios microestructurales que ocurren simplemente con el acero al carbono, que es una aleación que consiste en combinación de hierro y carbono. También se pueden agregar otros elementos aleantes, pero sus efectos en la microestructura no serán tan significativos como los del carbono. Para introducir dicho tema, es importante darse cuenta que el hierro y los aceros sufren cambios en su arreglo cristalográfico como resultado de los cambios en la temperatura. Esto

Figura 8.8 - Aleación Sustitutiva Los elementos aleantes son incluidos en la red del metal base (la forma general en que se acomoda cada átomo individual) en distintas formas que dependen en los tamaños rela tivos de los átomos. Los átomos más pequeños, tales como el carbono, nitrógeno e hidrógeno, tienden a ocupar lugares entre los átomos que forman la estructura de la red del metal base. Estas se conocen como aleaciones intersticiales y se muestran en la Figura 8.7. Por ejemplo, pequeñas cantidades de carbón pueden ocupar sitios intersticiales entre los átomos de hierro en el acero. Los elementos aleantes con átomos de tamaños cercanos al de aquel del metal base tienden a ocupar lugares sustitucionales. Esto es, reemplazan uno de los átomos del metal base en

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es, según se calientan o enfrían las aleaciones hierro-carbono, ocurren cambios alotrópicos. El hecho que ocurran estos cambios permite el cambio de propiedades mecánicas para una aleación específica a través de la aplicación de distintos tratamientos térmicos. Para entender los cambios que ocurren, los metalurgistas usan un diagrama, que muestra los rangos de distintos componentes microestructurales del sistema hierro - carbono. Se conoce como “Diagrama de Fase Hierro - Carbono”, y se muestra en la Figura 8.9. Este diagrama describe la naturaleza de las fases presentes en las aleaciones hierro carbono bajo condiciones cercanas al equilibrio, esto es calentamiento y enfriamiento muy lentas. Debe notarse que muchos de estos constituyentes microestructurales tienen nombres múltiples y se pueden intercambiar. Por ejemplo, el hierro puro a temperatura ambiente se conoce como hierro alfa o ferrita. El carburo de hierro que está presente a temperatura ambiente se llama cementita o CFe 3. La estructura cúbica de caras centradas que aparece a temperaturas intermedias se conoce como hierro gama o austenita. Mirando el diagrama, se nota que el eje vertical describe los cambios de temperatura, mientras que el eje horizontal indica la cantidad de carbono presente. En consecuencia, para un contenido de carbono dado, se puede trazar una línea vertical que atraviesa el eje horizontal. Moviéndose verticalmente hacia arriba, puede determinarse que microestructuras existirán a distintas temperaturas.

Figura 8.9 - Diagramas de Fase Hierro Carbono Como se muestra en la notación debajo del eje horizontal, se considera que los aceros incluyen dichas aleaciones que tienen desde 0.008% hasta 2% de Carbono. Dentro de este rango, los aceros se dividen en tipo hipoeutectoide, eutectoide e hipereutectoide, con el punto eutectoide (0.8% carbono) siendo la línea divisoria. Los aceros hipoeutectoides son simplemente dichas aleaciones con menos de 0.8% C que existen a temperatura ambiente como combinaciones de perlita y ferrita como opuestos a los hipereutectoides que contienen más de 0.8% C y existen como combinaciones de perlita y cementita. El equilibrio de la microestructura a temperatura ambiente para un acero eutectoide (exactamente 0,8% carbono) es perlita pura. La perlita es simplemente una mezcla en capas de cementita y ferrita. La técnica de usar ataque con ácido revela las microestructuras que se muestran en las Figuras 8.10 - 8.12.

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La Figura 8.10 muestra una microestructura típica comercial de hierro puro con casi nada de contenido de carbón. La Figura 8.11 muestra el aspecto típico de la perlita cuando está pulida, atacada con ácido y observada mediante un microscopio de alta potencia (1500X). Las áreas claras son ferrita y las áreas oscuras son cementita. Una de las transformaciones importantes que ocurren en el acero es la transformación de los distintos constituyentes a temperatura ambiente (ferrita, perlita, cementita, y combinaciones de estos) a austenita, que es una estructura cúbica de caras centradas de hierro y carbono. Con calentamiento, esta transformación comenzará a ocurrir a 722°C (1333°F); la línea horizontal que representa esta transformación se conoce como AC1. Excepto para un contenido de Carbono de 0.8%, el porcentaje del eutectoide, esta transformación ocurrirá en un rango de temperaturas, y la transformación completa sólo tiene lugar cuando la temperatura se eleva sobre la curva llamada A3. En el hierro puro, la transformación se completa a 910°C (1670°F), mientras que un acero eutectoide sufrirá una transformación completa a 722°C (1333°F). Con un enfriamiento muy lento, ocurrirá el mismo cambio en sentido reverso. La existencia de esta transformación permite endurecer o ablandar los aceros mediante el uso de distintos tratamientos térmicos. Cuando se calentó un acero hasta el rango austenítico y se permitió un enfriamiento lento en su rango de transformación, la estructura resultante contendrá perlita. Esta estructura puede aparecer sólo cuando se permite un tiempo suficiente para permitir la difusión de los átomos hasta llegar a esa forma. La difusión no es otra cosa que la migración de los átomos dentro de la estructura de metal sólido. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la movilidad de los átomos en la estructura cristalina. Cuando el enfriamiento desde la austenita ocurre en forma suficientemente lenta, se formará perlita. Los aceros que son tratados térmicamente para producir perlita generalmente son muy blandos y dúctiles.

Figura 8.10 - Microestructura de Hierro Comercialmente Puro, Los Granos Blancos son Ferrita. Se Observan los bordes de grano, y los glóbulos más oscuros son inclusiones no metálicas.

Figura 8.11 - Aspecto Laminar de la Perlita (Aumento 1500X) Cuando el enfriamiento desde el rango austenítico ocurre más rápidamente, en esta transformación hay cambios significativos para una aleación de un acero dado. Primero, la transformación ocurrirá a una temperatura menor. En segundo lugar, la microestructura resultante cambia drásticamente y se incrementan la dureza y la resistencia a la tracción, con la correspondiente caída en la ductilidad. A velocidades de enfriamiento más grandes, la

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principal microestrura incluye perlita, bainita y martensita. Con un ligero aumento en la velocidad de enfriamiento, la temperatura de transformación desciende, produciendo una estructura perlítica más fina, con un espacio menor entre las láminas. Esta estructura es ligeramente más dura que la perlita gruesa y tiene algo menos de ductilidad. A velocidades de enfriamiento aún más rápidas, y temperaturas de transformación menores, ya no se forma perlita. En cambio, se forma bainita y su estructura tiene una forma de pluma de finas agujas de carburo en una matriz ferrítica. La bainita tiene una resistencia y dureza significativamente superior y menor ductilidad, siendo muy difícil de ver bajo el microscopio. Con un enfriamiento muy rápido, o temple, no hay tiempo suficiente para que ocurra la difusión. En consecuencia, algo de carbón queda atrapado en la red. Si la velocidad de enfriamie nto es suficientemente rápida y la cantidad de carbono presente es suficientemente alta, se formará la martensita. La formación de martensita es un proceso de falta de difusión (la velocidad de enfriamiento es tan rápida que los átomos no tienen tiempo de desplazarse). La transformación de austenita a martensita se da a causa de una acción tipo corte {shear type} o mecánica. La estructura cristalina resultante se conoce como una estructura tetragonal de cuerpo centrado, que simplemente es una distorsión de la estructura cúbica de cuerpo centrado en una rectangular. Debido a la presencia de esta forma de red distorsionada, la estructura martensítica exhibe una energía interna más elevada o deformación que da como resultado una resistencia a la tracción y dureza extremadamente altas. Sin embargo, la martensita tiene como características baja ductilidad y tenacidad. La Figura 8.12 muestra la aparición de martensita con gran ampliación (500X). Para mejorar la ductilidad y la tenacidad sin una disminución significativa de la dureza y la resistencia a la tracción de la martensita, se emplea el proceso conocido como ‘revenido’. Este tratamiento térmico consiste en recalentar la estructura martensítica del temple a alguna

temperatura por debajo de la temperatura más baja de transformación (722 °C [1333 °F]). Esto permite al material templado solamente, de estructura martensítica inestable pasar a ser martensita revenida permitiendo al carbono precipitar en forma de partículas reducidas de carburo. Mediante la elección del tiempo de revenido y temperaturas adecuadas, se pueden controlar la resistencia y ductilidad deseada. Mayores temperaturas de revenido logran propiedades más blandas y dúctiles. El tratamiento térmico de temple y revenido se usa frecuentemente para mejorar las propiedades de los aceros con requerimientos mecánicos, debido que desarrollan altas fluencia y a resistencia la tracción, altas relaciones resistencia de fluencia/tracción y tenacidad a la entalla mejorada comparando con las propiedades del laminado, recocido o normalizados. En la Figura 8.13 se puede observar un ejemplo de los efectos de distintas temperaturas de revenido para una aleación de acero particular.

Figura 8.12 – Martensita por temple – Mostrando Estructura Acicular (500X) Para ayudar en la determinación de que constituyentes microestructurales darán como resultado velocidades de enfriamiento más rápidas, el metalurgista usa otro diagrama que se conoce como diagrama TTT, o Tiempo Temperatura - Transformación. También son llamados diagramas de transformación isotérmica (ITT). Como lo implica el nombre, describe los

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productos microestructurales que ocurren luego de tiempos específicos a una temperatura particular para una composición particular del acero. Un diagrama similar, el CCT, o diagrama de Transformación a Enfriamiento Constante, muestra los cambios que ocurren durante un enfriamiento continuo desde el rango austenítico. Estos dos tipos de diagramas se superponen como se muestra en la Figura 8.14, que grafica las característic as del enfriamiento continuo y la transformación isotérmica de un acero tipo 8630. Este diagrama muestra a los productos microestructurales como una función tanto de la temperatura como el tiempo. Se muestran distintas velocidades de enfriamiento para ilustrar el uso del diagrama. Los productos de la transformación resultante dependen de las regiones a través de las cuales pasan las curvas de enfriamiento y la cantidad de tiempo que les toma a dichas curvas pasar a través de dichas regiones. Como ejemplo, la curva “A” sólo pasa por la región austenita a martensita, entonces la estructura resultante es 100% martensita. Una velocidad de enfriamiento menor caracterizada por la curva “D” muestra que los componentes microestructurales serán principalmente ferrita con sólo cantidades menores de bainita y martensita. Debido a que la martensita sólo puede transformarse desde la austenita, cualquier austenita que se transforma en ferrita o bainita no puede transformarse en martensita.

Figura 8.13 - Efecto de la Temperatura de Revenido en las Propiedades Mecánicas de una Aleación 12,2% Cr

Figura 8.14 - Diagrama de Enfriamiento Contínuo y Transformación Isotermica para Acero tipo 8630 Consideraciones Metalúrgicas para la Soldadura

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Debido a que la soldadura puede producir cambios significativos tanto en la temperatura del metal como en la velocidad de enfriamiento desde esa temperatura elevada, es importante entender que cambios metalúrgicos pueden resultar de la operación de soldadura. La Figura 8.15 ilustra la relación entre las temperaturas pico exhibidas en las distintas regiones de la zona de soldadura y el diagrama de equilibrio hierro – cementita. Como se puede ver, dependiendo de la ubicación del punto dentro o cercano a la soldadura, pueden producirse varias estructuras metalúrgicas. Dentro de la soldadura, la región de temperaturas más altas, el metal puede enfriarse desde el estado líquido a través de distintas regiones de fase mostradas anteriormente. Adyacente a la soldadura, en la zona afectada por el calor (ZAC [HAZ]) , no se llega a la fusión pero se alcanzan temperatura extremadamente altas. La ZAC [HAZ] es simplemente la región del metal base adyacente al metal de soldadura que ha sido elevado a temperaturas justo por debajo de la temperatura de transformación al punto de fusión del acero. Las velocidades de enfriamiento de esta zona afectada por el calor son de las más rápidas debido al fenómeno conocido como temple por contacto. Los cambios en las condiciones de soldadura pueden tener un efecto muy significativo en la formación de las distintas fases, porque las condiciones de soldadura tienen un efecto muy importante en la velocidad de enfriamiento resultante para la soldadura. Algunas de las condiciones de soldadura que pueden producir cambios incluyen la cantidad de aporte de calor, el uso de precalentamiento, el carbono equivalente del metal base, y el espesor de metal base. A medida que se incrementa el aporte de calor, decrece la velocidad de enfriamiento. El uso de electrodos de soldadura de menor diámetro, menores corrientes de soldadura, y velocidades de avance mayores tenderán a disminuir el aporte de calor, y entonces incrementar la velocidad de enfriamiento. Para cualquier proceso de soldadura, puede calcularse fácilmente el aporte de calor. Sólo depende de la corriente de soldadura aparente, voltaje del arco y

velocidad de avance, según se mide a lo largo del eje longitudinal de la junta de soldadura. La fórmula para el aporte de calor se muestra abajo.

Figura 8.15 – Relación entre los Picos de Temperatura de las distintas Regiones de una Soldadura, y la Correlación con el Diagrama de Fases Hierro – Carburo de Hierro {Cementita} Aporte de Calor= Corrientede Soldadura x Voltajede Soldadura x 60 Velocidad de Avancede la Soldadura en in. / min.

Para esta fórmula, el aporte de calor se expresa en términos de joules por pulgada, y la velocidad de avance en pulgadas por minuto. Los Joules también se pueden expresar como wattsegundo. Entonces el 60 que aparece en el numerador de la fórmula simplemente convierte los minutos de la velocidad de avance en segundos. Se le puede pedir al inspector de soldadura que registre el aporte de calor de la soldadura para controlar las propiedades microestructurales resultantes que aparecen en la zona afectada por el calor. Otro ítem que tiene un efecto significativo en la microestructura resultante es el uso de precalentamiento. En general, el uso de precalentamiento tenderá a reducir la velocidad de enfriamiento en la soldadura y en la ZAC [HAZ] dando una mejora en la ductilidad. Cuando no se usa el precalentamiento, la zona afectada por el calor es relativamente angosta y muestra su mayor dureza. En algunos casos, dependiendo del contenido de aleantes, puede formarse

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martensita. Sin embargo, cuando se incluye el precalentamiento, la zona afectada por el calor es más ancha y la dureza resultante es significativamente menor debido a una velocidad de enfriamiento menor que permite la formación de perlita, ferrita y posiblemente bainita, en lugar de martensita. Por esto, se le puede pedir al inspector de soldadura que monitoree el precalentamiento requerido para una operación particular de soldadura. Este requerimiento está relacionado principalmente con la disminución de la velocidad de enfriamiento en la zona afectada por el calor, para producir microestructuras que tengan propiedades deseables. Otro factor importante para la soldadura de acero es el carbono equivalente. Debido a que el carbono tiene el efecto más pronunciado en la templabilidad (la facilidad con que el metal se endurece por el enfriamiento desde una temperatura austenítica, o su capacidad de formar martensita) del acero, nos interesa cuánto de este se encuentra presente en una aleación particular. Cuanto mayor contenido de carbono, mayor templabilidad del acero. Otros elementos de aleación también promoverán la templabilidad, en distinto grado. Un contenido de carbono equivalente es entonces una expresión empírica que se usa para determinar como los efectos combinados de los distintos aleantes se encuentran presentes en la templabilidad del acero. Debajo se muestra un ejemplo de un contenido de carbono equivalente típico (C.E.).

Carbono Equivalente Temperatura de Precalentamiento Sugerida Hasta 0.45 0.45 a 0.60 Más que 0.60

Opcional 200 a 400°F (93.33 a 204.4°C) 400 a 700°F (204.4 a 371.11°C)

Usando estas orientaciones, el Ingeniero en soldadura puede tomar una decisión preliminar de que temperatura de precalentamiento será satisfactoria para una aplicación dada. Esta decisión será afectada por otros factores, pero esto sirve al menos como un punto de partida. El espesor del metal base también tiene un efecto en la velocidad de enfriamiento; generalmente las soldaduras en metal base de mayor espesor se enfrían más rápidamente que las soldaduras en secciones delgadas. La mayor capacidad calorífica, o disipación del calor, asociada con las secciones de mayor espesor producen un enfriamiento más veloz en el cordón de soldadura. Entonces cuando se sueldan secciones de mayor espesor, pueden especificarse distintos requerimientos de soldadura, tales como precalentamiento, para reducir la velocidad de enfriamiento con el objeto de mejorar las propiedades mecánicas resultantes de la zona afectada por el calor. Entonces, cuando se sueldan secciones de mayor espesor, normalmente se incrementan los requerimientos de precalentamiento y entre pasadas para ayudar a disminuir la velocidad de enfriamiento resultante.

% Ni %Cr %Cu %Mo C.E. = %C + %Mn + + + + 6 15 5 13 4

Está fórmula está dirigida a aceros al carbono y aleados que no contienen más que 0,5% Carbono, 1.5% de Manganeso, 3.5% Níquel, 1% de Cromo, 1% de Cobre, y 0.5% de Molibdeno. Una vez que se determinó un contenido de carbono, podemos predecir el rango aproximado de precalentamiento que será necesario para los mejores resultados. La tabla debajo resume algunas de las temperaturas de precalentamiento sugeridas para distintos rangos de carbono equivalente.

Tratamientos Térmicos Se ha hecho mención de alguno de los tratamientos térmicos que se pueden aplicar a los metales. Pueden aplicarse al metal base previo a la soldadura o a la totalidad de la construcción soldada para producir unas propiedades mecánicas específicas. Como inspector de soldadura, uno de sus trabajos puede ser controlar dichas operaciones de tratamiento térmico para asegurar que se observan los requerimientos de tiempo y temperatura.

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Los tratamientos térmicos básicos, incluyen recocido, normalizado, temple, revenido, precalentamiento, postcalentamiento, y alivio de tensiones térmico. El recocido es un tratamiento para ablandar, usado para incrementar la ductilidad del metal a expensas de su resistencia. Para realizar el recocido, el metal es llevado hasta el rango austenítico, mantenido una hora por pulgada de espesor o un mínimo de una hora, y luego enfriado muy lentamente. En un horno, este enfriamiento se realiza simplemente apagando la potencia del horno y permitiendo a la pieza enfriarse hasta temperatura ambiente mientras permanece en el horno. El normalizado también ablanda el metal, pero no en una forma tan significativa como el recocido. Se lo considera como un tratamiento térmico de “homogeneización” haciendo la estructura del metal muy uniforme a través de la sección transversal. El tratamiento de normalizado se inicia elevando la temperatura del metal hasta el rango austenítico, manteniéndolo por un período corto de tiempo, y permitiendo luego el enfriamiento lento en aire calmo. Este enfriamiento es más rápido que el enfriamiento en horno, entonces las propiedades resultantes incluyen una dureza y resistencia ligeramente superior y posiblemente una ductilidad menor comparando con el recocido. Los aceros al carbono y de baja aleación normalizados son normalmente fáciles de soldar. El temple difiere del recocido y el normalizado en que las propiedades mecánicas resultantes muestran una dureza y resistencia significativamente incrementadas y una baja en la ductilidad. Este tratamiento de endurecimiento se realiza elevando la temperatura del metal hasta el rango austenítico, manteniéndolo por un cierto tiempo, y enfriándolo rápidamente hasta temperatura ambiente mediante la inmersión de la pieza en un medio de temple, tal como agua, aceite o sales disueltas en agua. El temple se realiza para producir principalmente estructura martensítica que tiene característicamente alta dureza y resistencia, y baja ductilidad. Para mejorar la ductilidad sin una degradación significativa de las características de resistencia,

normalmente se realiza un tratamiento de revenido. Para revenir, el metal es calentado nuevamente a una temperatura por debajo de la temperatura de transformación más baja, mantenido por un corto tiempo para permitir que la estructura martensítica altamente tensionada se relaje algo, y luego es enfriado. Los tratamientos de precalentamiento se usan, como se discutió previamente, para disminuir algo la velocidad de enfriamiento del metal base adyacente a la soldadura para permitir la formación de constituyentes microestructurales distintos de la martensita. El precalentamiento se aplica previo a la soldadura. Los tratamientos de postcalentamiento, se usan para reducir las tensiones residuales y para revenir fases duras, frágiles formadas durante el enfriamiento o temple. El postcalentamiento se aplica luego que se terminó la soldadura. Generalmente, las temperaturas de postcalentamiento son superiores a aquellas usadas para el precalentamiento. El tratamiento térmico a ser discutido finalmente, es el alivio térmico de tensiones, que cae dentro de la categoría de tratamiento de postcalentamiento. Este se discutió antes como un método de reducir la cantidad de tensiones residuales que están presentes luego de la soldadura. El alivio térmico de tensiones se realiza a temperaturas por debajo de la menor temperatura de transformación de 722°C (1333°F). Aumentando la temperatura de la soldadura y el metal base gradual y uniformemente, se permite una relajación de los esfuerzos térmicos creados por el calentamiento localizado de la soldadura. El alivio de tensiones ocurre debido a que la resistencia del metal se reduce en la medida que se eleva la temperatura, permitiendo a los esfuerzos residuales relajarse y una recuperación del metal. Este tratamiento ayudará a la eliminación de los problemas asociados con la distorsión. Hay otros dos aspectos de la metalurgia de la soldadura a ser discutidos debido a que también ayudarán al inspector a entender los principios físicos involucrados en los distintos cambios metalúrgicos discutidos antes. Estos son la difusión y la solubilidad en el sólido.

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que un átomo de hidrógeno individual. Las moléculas, con un tamaño mayor, frecuentemente quedan atrapadas en el metal en discontinuidades tales como bordes de grano o inclusiones. Esas moléculas de hidrógeno, debido a su mayor tamaño, pueden causar altos esfuerzos en la estructura interna del metal, y para metales de baja ductilidad pueden causar fisuras. La fisura por hidrógeno se conoce frecuentemente como fisura en frío (bajo cordón).

Difusión Previamente hemos notado que los átomos en estado líquido pueden moverse con absoluta facilidad uno respecto a otro; sin embargo, bajo ciertas condiciones, incluso los átomos en estado sólido pueden cambiar de posición. En efecto cualquier átomo puede “vagar” fuera, paso a paso, de su posición inicial. Estos cambios de posición en estado sólido se conocen como difusión. Se ve un ejemplo de difusión si barras planas y lisas de plomo y oro son fijados firmemente una contra otra. Ver Figura 8.16. Si se las deja fijadas juntas a temperatura ambiente por varios días, las dos hojas permanecerán fijadas cuando se quitan las fijaciones. Esta fijación se debe a que los átomos de plomo y oro han migrado, o se han difundido, dentro del otro metal, formando un enlace metalúrgico muy débil. Este enlace es muy débil, y los dos metales pueden ser separados por un golpe fuerte en la línea de unión. Si se incrementa la temperatura de ambos metales, incrementa la cantidad de difusión, y a temperaturas arriba del punto de fusión de ambos, se da una mezcla completa. Otro ejemplo de difusión tiene lugar cuando se permite que el hidrógeno, un gas, se encuentre en la vecindad del metal fundido, tal como una soldadura. La fuente más común de hidrógeno es la humedad (H2O), o contaminación con material orgánico en las superficies de las piezas a ser soldadas. Muchos de los contaminantes encontrados normalmente en los metales son componentes orgánicos tales como aceite, grasa, etc., y contienen hidrógeno en su composición química inicial. El calor de la soldadura romperá las moléculas de agua o contaminantes orgánicos en átomos individuales, que incluyen el átomo de hidrógeno (H+). El átomo de hidrógeno es de tamaño muy reducido, y se puede difundir fácilmente dentro de la estructura del metal base. Cuando entran al metal base, los átomos de hidrógeno frecuentemente se recombinan en la molécula de hidrógeno (H2), una combinación de dos átomos de hidrógeno, que tiene un tamaño mucho mayor

Figura 8.16 – Difusión de los átomos de Oro y Plomo La primera solución para la fisuración por hidrógeno es eliminar la fuente de hidrógeno; el primer paso es limpiar cuidadosamente todas las superficies a ser soldadas. Otra aproximación es especificar “electrodos de bajo hidrógeno” par el uso con aceros al carbono o de baja aleación. Estos electrodos de bajo hidrógeno están formulados especialmente para mantener su contenido de hidrógeno muy bajo, pero requieren un manipuleo especial para evitar que absorban humedad luego que se abren los contenedores de embalaje sellados. También es efectivo el precalentamiento del metal base para eliminar la absorción de hidrógeno porque el hidrógeno se difundirá hacia fuera de la mayoría de los metales a temperaturas de 93,3° a 232,2°C (200° a 450°F). Los métodos mencionados arriba pueden ayudar a reducir la posibilidad de fisuración por hidrógeno en aquellos metales que son susceptibles. Solubilidad Sólida

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La mayoría de nosotros es familiar a la solubilidad normal de los sólidos en líquidos. Agregando una cuchara llena de sal en un vaso de agua y agitando, la sal se disolverá. Sin embargo, la mayoría de nosotros no estamos familiarizados con un sólido que se disuelve en otro sólido. Con el ejemplo dado antes del plomo y el oro, los dos metales se estaban difundiendo a través de una solución sólida dentro de otro. Y, volviendo a nuestro ejemplo de la sal y el agua, si se agrega más sal, encontramos que una parte de esta no se disuelve, independientemente de cuanto agitemos. Lo que ha ocurrido es que para cierta cantidad de líquido, y su temperatura, llegamos al ‘límite de solubilidad crítica’. Ninguna cantidad de agitación disolverá más sal. En orden a disolver más sal, deberá incrementarse el volumen de líquido, o aumentada su temperatura. Entonces vemos que en la disolución de un sólido en un líquido, hay una solubilidad límite que depende del volumen del liquido y su temperatura. Cuando mayor es la temperatura de un metal, habrá una mayor solubilidad del segundo elemento. Por esto podemos ver metales combinándose aún cuando ambos sean sólidos. En efecto, en cuando se eleva la temperatura del metal, aumenta la cantidad de difusión y solubilidad. Un ejemplo de un sólido que se disuelve en otro sólido es el método que usamos para incrementar la dureza superficial de un acero. Si este acero es envuelto en una cuna con partículas de carbono, y luego se lo calienta a temperaturas de 870° a 925°C (1600-1700°F), que está bien por debajo de el punto de fusión tanto del carbono como del acero, parte del carbono se difundirá (disolverá) dentro de las superficies del acero. Este carbono agregado en la superficie del acero hace la superficie mucho más dura, y esto es útil para resistir el desgaste y la abrasión. Esta técnica es llamada comúnmente ‘cementado’ La superficie del acero también puede endurecerse exponiendo el acero a un ambiente de amoniaco a temperaturas similares a la del cementado. El amoniaco (NH3) se rompe en sus componentes individuales, nitrógeno e hidrógeno, y los átomos de nitrógeno entran a la superficie. Esta técnica se llama ‘nitrurado’ (nitruración).

Ambas técnicas de endurecimiento superficial demuestran la difusión y la solubilidad sólida de los metale s. El conocimiento de la difusión y la solubilidad sólida ayudará al inspector de soldadura a entender la importancia de la limpieza en soldadura, y la necesidad de una protección adecuada durante las operaciones de soldadura. A este punto, la principal aleación usada para la discusión fue el acero al carbono y el acero de baja aleación. Esta última sección hará una revisión de la metalurgia en soldadura de tres materiales comúnmente utilizados, acero inoxidable, aluminio, cobre y las distintas aleaciones de cada uno. Aceros Inoxidables. La palabra ‘inoxidable’ es un poco incorrecta cuando se aplica a las clases de metales conocidos como aceros inoxidables, debido a que normalmente significa que resisten a la corrosión. Sin embargo, en ambientes severamente corrosivos, muchos aceros inoxidables se corroen a muy altas velocidades. Los aceros inoxidables se definen como los que contienen al menos un 12% de cromo. Hay muchos tipos de aceros inoxidables, y el inspector de soldadura debe reconocer cuando se habla de ellos y usar la denominación adecuada para cada tipo. Las cinco clases principales de aceros inoxidables son ferríticos, martensíticos, austeníticos, de endurecimiento por precipitación, y los duplex. Las primeras tres categorías se refieren a la fase estable que se encuentra a temperatura ambiente en cada clase. La cuarta, frecuentemente llamados aceros inoxidables ‘PH’, se refiere al método para endurecerlos por un tratamiento de ‘envejecimiento’, un mecanismo de endurecimiento por precipitación como opuesto al temple y revenido conocido como endurecimiento por transformación. Por último, los grados duplex, son aproximadamente mitad ferrita y mitad austenita a temperatura ambiente con resistencia mejorada para fisuración por corrosión bajo tensiones con cloruro.

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La fase estable de los aceros inoxidables encontrada a temperatura ambiente, depende de la química del acero, y algunos aceros inoxidables pueden contener una combinación de diferentes fases. Los aceros inoxidables más comunes son los grados austeníticos, los que se identifican como grados de series ‘200’ y ‘300’; los aceros inoxidables 304 y 316 son grados austeníticos. El acero 416 es un grado martensítico, y el 430 es un grado ferrítico. Uno de los aceros inoxidables PH comunes es un grado 17-4 PH. Un grado duplex popular es A16XN. Como es de esperase, la soldabilidad de dichos grados varía en forma significativa. Los grados austenítico son muy soldables con las composiciones de metal de aporte disponibles actualmente. Estos grados pueden estar sujetos a fisuración en caliente, que ocurren cuando el material está muy caliente. Este problema se soluciona controlando la composición de los metales base y de aporte para favorecer la formación de la fase ‘ferrita delta’, que ayuda a eliminar el problema de la fisuración en caliente. Normalmente las fisuras se evitarán seleccionando metales de aporte con ferrita delta en un porcentaje de 4-10%. Este porcentaje frecuentemente se conoce como ‘Número de Ferrita’ y puede medirse con un medidor de ferrita. La ferrita delta puede medirse mediante un medidor de ferrita debido a que la ferrita delta es BCC (cúbica de cuerpo centrado) y magnética, mientras que la fase principal, austenita, es FCC (cúbica de caras centrada) y no magnética. Los aceros ferrític os, también se consideran soldables con los metales de aporte adecuados. Los grados martensíticos son inclusive más difíciles de soldar, y frecuentemente requieren tratamientos de precalentamiento y calentamiento posterior a la soldadura especiales. Se han desarrollado procedimientos para soldar dichos materiales, y deben seguirse cuidadosamente para evitar problemas de fisuración y mantener las propiedades mecánicas de los metales base. Los aceros inoxidables PH y duplex también son soldables, pero deben tenerse en cuenta los

cambios en las propiedades mecánicas causadas por la soldadura. Uno de los problemas comunes encontrados cuando se sueldan grados austeníticos se conoce como ‘precipitación de carburos’, o ‘sensitización’. Cuando se calienta hasta temperaturas de soldadura, una parte del metal base alcanza el rango de temperaturas de 427° - 871°C (800°-1600°F), y dentro de este rango de temperaturas, el cromo y el carbono presentes en el metal se combinan para formar carburos de cromo. La temperatura más severa para esta transformación es alrededor de 677°C (1250°F), y en cada ciclo de operación de soldadura se pasa por esta temperatura dos veces; una en el calentamiento para soldar y nuevamente para enfriar hasta temperatura ambiente. Estos carburos de cromo se encuentran típicamente a lo largo de los bordes de grano de la estructura. El resultado de su formación es la reducción del contenido de cromo dentro del mismo grano adyacente al borde de grano, llamado ‘decromización’, dando una reducción del contenido de cromo debajo del deseado. El resultado final de la decromización del grano es una reducción de la resistencia a la corrosión del mismo grano debido al contenido reducido de cromo. En algunos ambientes corrosivos, los bordes granos se corroen a alta velocidad, y se lo llama ‘corrosión por ataque intergranular’, o IGA. Ver Figura 8.17. La sensitización de los aceros inoxidables austeníticos durante la soldadura puede evitarse por medio de distintos métodos. El primer método involucra el tratamiento de recalentamiento de la totalidad de la estructura calentándola a 1066°-1093°C (1950°-2000°F) y templando rápidamente en agua. Este recalentamiento rompe los carburos de cromo permitiendo que el carbono se disuelva dentro de la estructura. Sin embargo, este tratamiento puede causar serias distorsiones a las estructuras soldadas. Un segundo método es el agregado de estabilizadores al metal base y los metales de aporte. Los dos ejemplos más comunes de estabilización son el agregado de titanio y niobio

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(columbio) a las aleaciones de la serie 300 en cantidades iguales a 8 o 10 veces el contenido de carbono. Estos estabilizadores de aleación se combinan preferentemente con el carbono y reducen la cantidad de carbono disponible para la formación del carburo de cromo, manteniendo el contenido de cromo de la aleación y la resistencia a la corrosión. Cuando se agrega titanio, tenemos la aleación de inoxidable austenítico 321; cuando se agrega niobio, tenemos el grado 347.

como ‘Carbono extra Bajo’, o la abreviatura ELC. Hoy en día, son conocidos por la letra “L” que significa que el contenido de carbono es menor que 0.03%. (Los grados estándar contienen hasta un 0.08% de carbono). Reduciendo el contenido de carbono en la aleación, hay menos carbono disponible para combinarse con el cromo, y se reduce la sensitización durante la soldadura. Estos grados de bajo carbono tienen las propiedades mecánicas ligeramente reducidas debido a su menor contenido de carbono, y esto se debe considerar cuando se seleccionan estas aleaciones, especialmente para el uso a altas temperaturas. Aluminio y sus Aleaciones Las aleaciones de aluminio tienen una película muy tenaz de óxido en sus superficies, que se forman rápidamente cuando el aluminio desnudo se expone al aire, y esta película de óxido le da protección en ambientes corrosivos. Estos mismos óxidos en la superficie interfieren en la con los procesos de unión. Para realizar operaciones de brazing o soldering, se usan fundentes para romper la película de óxido para que se puedan unir las partes. Cuando se suelda, se usa corriente alterna que hace romper el óxido por la corriente reversa de la soldadura AC, y se evita que se vuelva a formar la película de óxido protegiendo con gas argón o helio. El método de soldadura con AC a veces es conocido como ‘técnica de limpieza superficial’. La metalurgia del aluminio y sus aleaciones es muy compleja, especialmente teniendo en cuenta la gran cantidad de tipos de aleaciones y tratamientos térmicos. Los metales de aporte adecuados para la mayor parte de grados soldables y condiciones de tratamientos térmicos pueden encontrarse en ANSI/AWS A5.10, Specification for Bare Aluminium and Aluminium Alloy Welding Electrodes and Rods.

Figura 8.17 – Corrosión por Ataque Intergranular en Aceros Inoxidables Austeníticos Causados por la Sensitización durante la Soldadura.

Figura 8.18 –Temple del Acero Inoxidable Austenítico para Maximizar la Resistencia a la Corrosión

Figura 8.19 – Prevención de la Sensitización en Aceros Inoxidables Austeníticos

Cobre y sus Aleaciones El cobre puro y muchas de sus aleaciones no pueden ser endurecidas por tratamiento térmico de temple y revenido como el acero. Estas aleaciones usualmente se endurecen y se hacen más resistentes mediante la cantidad

Un tercer método es la reducción del contenido de carbono del metal base y los metales de aporte. Inicialmente, estos aceros inoxidables austeníticos de bajo carbono eran conocidos

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Resumen

de ‘trabajo en frío’ introducido cuando se conforma en los distintos moldes. El hecho de soldar ablanda el material trabajado en frío y debe ser considerado antes de soldar en aleaciones de cobre endurecidas por trabajo. Hay series de aleaciones de cobre que mejoran su resistencia por “envejecimiento”, un tratamiento similar al endurecimiento por precipitación usado en los aceros inoxidables PH. Cuando se suelda en dichas aleaciones, usualmente se especifica un tratamiento térmico de post soldadura para restablecer las propiedades mecánicas originales. Uno de los mayores problemas soldando cobre y sus aleaciones es debido a su punto de fusión relativamente bajo y su muy alta conductividad térmica. Se debe aplicar un calor considerable al metal para superar su pérdida debido a la conductividad, y el punto de fusión relativamente bajo tiene como consecuencia que el metal funda antes de lo esperado y fluya fuera de la junta. La mayor parte de las aleaciones de cobre son soldables con la técnica y práctica adecuada.

La metalurgia de la soldadura es una consideración importante para cualquier componente soldado porque los cambios metalúrgicos que ocurren pueden tener efectos muy significativos en las propiedades mecánicas de la soldadura y metales base. Existen una cantidad de requerimientos en los procedimientos de soldadura porque el metalurgista o Ingeniero en soldadura quiere controlar las propiedades mecánicas de la construcción soldada. En consecuencia, se le puede solicitar al inspector de soldadura que controle alguno de estos requerimientos para asegurar que la fabricación resultante sea satisfactoria. Los cambios en las propiedades del metal tendrán lugar en base a la cantidad de calor que se aplica, así como la velocidad a la que se extrae ese calor del metal. Ustedes vieron la manera que esos factores causan cambios en las propiedades del metal. En consecuencia, ahora es más fácil entender que variables son importantes y porque es necesario controlarlas durante la operación de soldadura.

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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES Hierro alfa – una solución sólida BCC de carbono en hierro a temperatura ambiente. También llamada ferrita.

desoxidantes (reductores) – elementos o componentes que se combinan preferentemente con el oxígeno para evitar que reaccione con el metal base o de soldadura caliente.

recocido – un tratamiento térmico diseñado para ubicar al metal en una condición más blanda y de menor resistencia.

punto de rocío – la temperatura a la cuál cualquier humedad presente condensa; una medida de que tan seco es un gas

austenita – una solución sólida FCC de carbono en hierro que se forma luego de calentar por encima de la línea de transformación A1. También la fase estable a temperatura ambiente en los aceros inoxidables de la serie 300. También llamada hierro gamma.

difusión – movimiento de los átomos dentro de una solución, siendo esta sólida, líquida o gaseosa

autógeno – en soldadura, una soldadura realizada sin metal de aporte, fundiendo partes del metal base para llenar.

duplex – en los metales, un tipo de acero al carbono que contiene 50% de ferrita y 50% de austenita

BCC – cúbica de cuerpo centrado BCT – tetragonal de cuerpo centrado.

eutectoide – en acero, la aleación con un contenido de carbono de exactamente 0.8%

Carbono Equivalente – un número calculado por una o varias fórmulas que ayuda a calcular el precalentamiento necesario.

ferrita – una solución sólida BCC de carbono en hierro gamma; también llamada hierro alfa

cementado – un caso de proceso de endurecimiento que difunde carbón dentro de una aleación ferrosa sólida mediante el calentamiento del metal en contacto con material carbonoso (que contiene carbón)

FCC – cúbica de caras centradas

cementita – carburo de hierro, Fe3C. Hay dos tipos de cementado, cementado en caja y cementado gaseoso.

grano – en los metales, el cristal individual formado en la solidificación; ver cristal

conducción – en transferencia de calor, la transmisión de calor de partícula en partícula convección – en transferencia de calor, la transmisión de calor por medio del movimiento de la masa de las partículas calentadas. cristal – o grano; la unidad individual formada en la solidificación, separado de otros cristales por los bordes de grano. Ferrita Delta – una fase de las aleaciones de los aceros inoxidables que resiste la fisuración a altas temperaturas.

PALABRAS CLAVE8.DOC

discontinuidad – cualquier interrupción en la matriz u organización homogénea normal del metal

Hierro Gamma – una solución sólida FCC de carbono en hierro, también llamada austenita.

ZAC (HAZ) – zona afectada por el calor; el metal adyacente a la soldadura que no se funde pero es afectada por el calor de la soldadura. HCP – hexagonal compacta fisuras en caliente – la formación de fisuras en caliente intergranulares como resultado de sulfuros de hierro contenido en el borde de grano a temperaturas elevadas (1800°F) hipereutectoide – una aleación de hierro con más que 0.8% de carbón hipoeutectoide – una aleación de hierro con menos que 0.8% de carbón

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IGA (intergranular corrosion attack), corrosión intergranular; causada por la sensibilización de los aceros inoxidables joule – la unidad métrica para el trabajo o el calor (energía) ksi – mil libras por pulgada al cuadrado laminar – tipo capa o chapa martensita – un constituyente inestable del hierro, formado sin difusión por un enfriamiento rápido desde la fase austenítica por encima de la temperatura de transformación, A1. unión metalúrgica – tipo especial de unión atómica que mantiene juntos a los átomos metálicos molécula – un grupo de átomos unidos químicamente naciente (creciente) – un átomo solo, como un átomo de hidrógeno en oposición al hidrógeno molecular que está compuesto de dos átomos de hidrógeno, H2; todos los gases son moleculares nitrurado – un caso de proceso de endurecimiento que introduce nitrógeno en la superficie de un material ferroso a temperaturas elevadas en la presencia de amoníaco o nitrógeno normalizado – un tratamiento térmico donde el acero es calentado hasta el rango de austenización y enfriado en aire calmo tenacidad a la entalla – la capacidad del metal de absorber una carga de impacto (energía) con la existencia de entallas superficiales orgánico – materiales realizados compuestos principalmente de carbono, oxígeno e hidrógeno. perlita – una estructura en capas o laminar compuesta de ferrita y cementita (carburo de hierro) peening – deformación mecánica severa del metal

PALABRAS CLAVE8.DOC

transformación de fase – en los metales, un cambio en la estructura atómica post calentamiento – un tratamiento térmico dado a la construcción soldada luego que se termina la soldadura endurecimiento por precipitación – un mecanismo de endurecimiento, diferente del temple y revenido, que se basa en la formación de un precipitado durante el ciclo de tratamiento térmico para incrementar su resistencia y dureza precalentamiento – un tratamiento térmico dado a una junta previo a la soldadura psi – libras por pulgada al cuadrado purga – la aplicación secundaria de un gas inerte o no activo para proteger el lado de atrás de las construcciones soldadas durante la soldadura temple – en tratamiento térmico, un enfriamiento muy rápido desde temperaturas elevadas tensiones residuales – tensiones que permanecen inmediatamente luego de la operación de soldadura o conformado factor de seguridad – un multiplicador usado en la realización de un diseño de la estructura más fuerte que lo requerido realmente; normalmente 3 o 4 para recipientes a presión y 5 o más para puentes. segregación – en aleaciones, la separación, o falta de homogeneidad, de dos o más elementos o fases. sensibilización – o precipitación de carburos; la formación de carburos de cromo que resulta del vaciamiento del cromo de los granos individuales y reduce la resistencia a la corrosión del metal a la corrosión intergranular (IGA) protección – la protección principal de los gases atmosféricos durante la operación de soldadura; obtenida de fundentes, revestimientos de electrodos o gases inertes o no reactivos

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escoria – el material formado cuando los fundentes de soldadura o revestimientos de electrodos se combinan con gases atmosféricos o contaminantes durante la soldadura solubilidad sólida – la capacidad sólida de los metales de disolverse dentro de otro cuando se forma un sólido por medio de mecanismos de difusión aceros inoxidables – aleaciones que contienen un mínimo de 12% de cromo seleccionados por su resistencia a la corrosión alivio de tensiones – un tratamiento térmico que alivia al metal de las tensiones residuales por medio de calentamiento, manteniendo a temperatura, y enfriando por un ciclo prescrito Concentrador de tensiones – una entalla superficial o geometría que multiplica los esfuerzos aplicados para incrementar el esfuerzo real en un componente Revenido – el tratamiento térmico que reduce la resistencia y dureza de los aceros templados y restablece la ductilidad y tenacidad Expansión Térmica – la expansión, o crecimiento, de un material cuando es calentado Tenacidad – la capacidad del material de absorber energía Celda Unitaria – una forma simétrica con el menor número de átomos que describe completamente la estructura única del metal o fase

PALABRAS CLAVE8.DOC

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 9-Discontinuidades del Metal Base y de la Soldadura

MÓDULO 9

DISCONTINUIDADES DEL M ETAL BASE Y DE LA SOLDADURA Una de las partes más importantes del trabajo del inspector de soldadura es la evaluación de soldaduras para determinar su comportamiento para el servicio proyectado. Durante las varias etapas de esta evaluación, el inspector va a estar buscando irregularidades en la soldadura o en la construcción soldada. Comunmente, nosotros nos referimos a estas irregularidades como discontinuidades. En general, una discontinuidad es descripta como una interrupción en la naturaleza uniforme de un ítem. Por eso, un pozo en una autopista puede ser considerado como un tipo de discontinuidad, porque interrumpe la superficie suave y uniforme del pavimento. En soldadura. los tipos de discontinuidades que nos preocupan son cosas como: fisuras, poros, falta de fusión, socavación, etc. El conocimiento de estas discontinuidades es importante para el inspector de soldadura por un número de razones. primero, el inspector va a ser contratado para inspeccionar visualmente las soldaduras para determinar la presencia de alguna de estas discontinuidades. Si son descubiertas, el inspector de soldadura debe ser capaz de describir su naturaleza, ubicación y tamaño. La información va a ser requerida para determinar si esa discontinuidad requiere o no reparación, de acuerdo con las especificaciones del trabajo. Si un tratamiento adicional es considerado necesario, el inspector de soldadura debe ser capaz de describir precisamente la discontinuidad con el detalle suficiente para que pueda ser corregido por el personal de producción. Antes de describir esas discontinuidades, es extremadamente importante comprender la diferencia entre discontinuidad y defecto. Muy a menudo, la gente erróneamente intercambia ambos términos. Como un inspector de soldadura, usted debe realizar la distinción entre los términos discontinuidad y defecto. Mientras que una discontinuidad es algo que introduce una irregularidad en una estructura que de otra manera sería uniforme, un defecto es una discontinuidad específica que puede comprometer el comportamiento de la estructura para el propósito que fue diseñada. Esto es, un defecto es una discontinuidad de un tipo definido,

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de un tamaño suficiente como para que la estructura o el objeto particular sean inapropiados para el uso o servicio para el que fueron diseñados, basándose en el criterio del código aplicable. Para determinar si una discontinuidad es un defecto, debe haber alguna especificación que defina los límites aceptables de la discontinuidad. Cuando su tamaño o concentración excedan esos límites, es considerado un defecto. Por esto podemos pensar que un defecto es una “discontinuidad rechazable”. Por eso, si nos referimos a algún aspecto como un defecto, implica que es rechazable y requiere alguna clase de tratamiento posterior para llevarlo a los límites de aceptación de algún código. Dependiendo del tipo de servicio para el cual la parte fue diseñada, una discontinuidad puede o no ser considerada un defecto. Como consecuencia, cada industria usa un código o especificación, que describe los límites de aceptación para estas discontinuidades que puedan afectar el desempeño satisfactorio de estas partes. Por ello, la discusión siguiente de discontinuidades de soldadura va a tratar con las características, causas y efectos, sin referencia específica a su aceptación. Solamente después de su evaluación y de acuerdo con el especificación aplicable, puede hacerse un juicio de valor acerca de la aceptabilidad o no de una discontinuidad. De todos modos, nosotros podemos hablar en general de la criticidad o de los efectos de ciertas discontinuidades. Esta discusión lo va a ayudar a entender porque ciertas discontinuidades son inaceptables, sin tomar en cuenta su tamaño o extensión, mientras que la presencia de una menor cantidad de otros es considerada aceptable. Una manera de explicar esto es teniendo en cuenta la configuración específica de esa discontinuidad. Las configuraciones de las discontinuidades puede ser separada en dos grupos generales, lineales y no lineales. Las discontinuidades lineales exhiben longitudes que son mucho mayores que sus anchos. Las discontinuidades no lineales, tienen básicamente, igual ancho e igual largo. Una discontinuidad lineal presente en la dirección perpendicular a la tensión aplicada, representa una situación más crítica que una no lineal; debido a la mayor

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tendencia a la propagación y generación de una fisura. Otra manera en la cual la forma de una discontinuidad determina su criticidad, o efecto sobre la integridad de la estructura; es la condición de sus extremos. Entendemos por la condición de sus extremos al filo de sus extremidades. En general, cuánto más filoso sea el extremo de una discontinuidad, más crítico es. Esto es porque una discontinuidad filosa tiene más tendencia a la propagación de una fisura, o a crecer. Nuevamente, esto depende de la orientación respecto de la tensión aplicada. Generalmente asociamos discontinuidad lineal con una condición de extremo filoso. Por eso, si hay una discontinuidad lineal con una condición de extremo afilada y en dirección transversal a la tensión aplicada, esto representa la situación más desfavorable respecto a la capacidad de ese componente para soportar una carga aplicada. Si nosotros fuéramos a enumerar algunas de las discontinuidades más comunes en orden de sus condiciones de extremo más filosas, empezaríamos con fisuras, falta de fusión, falta de penetración, inclusiones de escoria inclusiones de escoria y poros. Este orden coincide con las discontinuidades permitidas por la mayoría de los códigos. Hay solamente unas pocas situaciones en las cuáles cualquier tamaño de fisura es permitido. La falta de fusión puede ser tolerada o al menos limitada a un valor máximo. La mayoría de los códigos van a permitir la presencia de pequeños valores de falta de penetración y de slag, y algo de porosidad. Dependiendo del tipo de industria y del tipo de servicio pretendido, estos valores van a variar, pero en general la presencia de las discontinuidades más filosas es la más restringida. Para explicar mejor la importancia de la condición de extremo en la severidad de una discontinuidad, vamos a tomar como ejemplo como puede frenarse la propagación de una fisura con una técnica que usted pudo haber observado. La técnica acá referida es la de realizar un agujero taladrado al final una fisura en un componente. Mientras que esto no corrige la fisura, puede parar su propagación. Esto es realizado debido a que los extremos filosos de la fisura son redondeados lo suficiente por el radio del agujero realizado para reducir la concentración de tensiones al punto de que el

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material pueda soportar la carga aplicada sin que se propague la fisura. Una última forma en la cual la criticidad de una discontinuidad puede ser juzgada se refiere a la manera en que la parte o estructura va a ser cargada durante el servicio. Por ejemplo, si una soldadura forma parte de una parte a presión, aquellas discontinuidades en la soldadura que constituyan un porcentaje significativo del espesor de la pared van a ser más dañinas. En el caso de una estructura que vaya a ser cargada en fatiga (por ejemplo cargas cíclicas), estas discontinuidades que formen entallas con extremos filosos sobre las superficies de la estructura van a causar fallas más rápidamente que aquellas de la superficie. Estas ranuras superficiales actúan como concentradoras de tensiones, tienden a amplificar las tensiones en ese punto. Dicha concentración de tensión puede resultar en una condición de sobrecarga localizada aún cuando las tensiones aplicadas a toda la sección sean bajas. Los concentradores de tensión pueden amplificar la tensión aplic ada por factores tan altos como diez en el caso de las fisuras superficiales con borde filoso. Esto puede ser visto en el ejemplo de un pedazo de alambre de soldar que usted desee romper. Una manera de hacer esto es doblar el alambre hacia delante y hacia atrás hasta que finalmente se rompe. De todos modos, puede tomar varios ciclos para producir esta rotura. Si usted toma un pedazo similar de alambre, lo coloca sobre una superficie con un borde afilado, y lo golpea con un martillo, usted va a producir una entalla en la superficie del alambre. Ahora, solamente uno o dos ciclos van a ser necesarios para provocar la rotura del alambre, porque la entalla representa un concentrador de las tensiones generadas al doblar el alambre. Por eso, para una estructura que deba soportar cargas de fatiga, las superficies deber estar libres de aquellas discontinuidades que puedan proveer entallas con extremos filosos. Como consecuencia, las partes sometidas a cargas de fatiga en servicio, generalmente requieren tener sus superficies mecanizadas con terminaciones superficiales muy suaves. También deben ser evitados los cambios abruptos de dirección en el contorno o la geometría. Para estos tipos de componentes, uno de los métodos más efectivos de inspección es el

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visual. Por esto, usted, como un inspector de soldadura, puede jugar un rol extremadamente importante en determinar que tan bien esos componentes se van a comportar en servicio. La adecuación de esas estructuras al servicio para el cual fueron diseñadas puede ser juzgada por la presencia de algunas discontinuidades superficiales o discontinuidades afiladas. Habiendo provisto esta información básica sobre discontinuidades en forma general, vamos a discutir ahora algunas de las más comunes discontinuidades encontradas durante las actividades normales de inspección. Aquellas con las cuales nos vamos a preocupar están enumeradas, y las definiciones para cada una de ellas pueden ser encontradas en AWS STANDARD, A3.0, “Standard Welding Terms and Definitions”, o en la sección al final de este módulo “Key Terms and Definitions”. §fisura §falta de fusión §falta de penetración §inclusión §inclusión de escoria §inclusión de tungsteno §porosidad §socavación §socavación de cordón (underfill) §solapado §convexidad §sobreespesor de soldadura §corte de arco §salpicaduras §laminación §desgarramiento laminar §grietas/pliegues (seam/lap) §dimensional Fisuras La primer discontinuidad a ser discutida es la fisura, es la discontinuidad más crítica. La criticidad es debida a las fisuras caracterizadas como lineales, como también a las que muestran condiciones de extremo muy filosas. Dado que los extremos de las fisuras son muy afilados, hay una tendencia de la fisura a crecer, o a propagarse, si es aplicada una tensión. Las fisuras se inician cuando la carga, o tensión aplicada a un componente excede la resistencia a la tracción. En otras palabras, cuando hay una condición de sobrecarga que

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causa la fisura. La tensión puede surgir durante la soldadura, o inmediatamente después, o cuando la carga es aplicada. Mientras que la carga aplicada puede no exceder la capacidad del componente de soportar carga, la presencia de una entalla, o de un concentrador de tensiones, puede causar que las tensiones localizadas en la zona de la entalla excedan la resistencia a la rotura del material. En este caso, la fisura puede ocurrir en la zona de concentración de tensiones. Por esto, usted comunmente ve fisuras asociadas con discontinuidades superficiales y sub superficiales que proveen una concentración de tensiones en adición a aquellas asociadas con el proceso de soldadura en sí mismo. Podemos clasificar las fisuras utilizando distintos criterios. Una criterio es según sean fisuración en “frío” o en “caliente”. estos términos son una indicación de la temperatura del metal a la cual la fisura ocurre. Esta es una manera en la cual podemos saber exactamente por qué apareció una fisura, dado que algunos tipos de fisuras con características de la fisuración en “frío” o en “caliente”. Las fisuras en caliente generalmente ocurren mientras el metal solidifica, a temperaturas elevadas. La propagación de estas fisuras es intergranular; esto el, las fisuras ocurren entre granos. Si observamos las superficies de fractura de una fisura en caliente, podemos ver varios colores “de temple ” en las caras de la fractura indicando la presencia de alta temperatura en esa fisura. Las fisuras en frío ocurren después que el material se enfrió hasta la temperatura ambiente. Éstas fisuras resultan de las condiciones de servicio. fisuras bajo cordón, que resultan del hidrógeno atrapado también pueden ser clasificadas como fisuración en frío. La propagación de las fisuras en frío puede ser intergranular o transgranular; esto es entre o a través de los granos, respectivamente. Las fisuras pueden ser descriptas por su dirección con respeto al eje longitudinal de la soldadura. Aquellas que están en dirección paralela al eje longitudinal son denominadas fisuras “longitudinales”. De la misma manera, aquellas fisuras en dirección perpendicular al eje longitudinal de la soldadura son llamadas fisuras “transversales”. Estas referencias direccionales se aplican tanto a las fisuras en el metal de soldadura como a las del metal base. Las fisuras

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longitudinales pueden resultar de las tensiones transversales de contracción de soldadura o bien a tensiones asociadas a las condiciones de servicio. La figura 9.1 muestra una fisura longitudinal en el centro de una soldadura con bisel. La soldadura también contiene una superficie porosa que puede haber contribuido a la propagación de la fisura. Las fisuras transversales son generalmente provocadas por las tensiones longitudinales de contracción de soldadura. que actúan en las soldaduras o en los metales bases de baja ductilidad. La figura 9.2 muestra dos fisuras transversales que ocurren en una soldadura GMAW sobre un acero HY-130, y que se propaga a través del metal base. La figura 9.3 ilustra las orientaciones de fisuras longitudinales y transversales en soldaduras de filete y con bisel. Por último, podemos diferenciar entre varios tipos de fisuras dándole una descripción exacta de sus ubicaciones con respecto a las varias partes de la soldadura. Estas descripciones incluyen garganta, raíz, talón, cráter, bajo cordón, ZAC y las fisuras en el metal base. Las fisuras en la garganta de la soldadura son así denominadas porque se extienden a través de las soldadura a lo largo de la garganta de soldadura, o el camino más cortoa través de la sección transversal de la soldadura. Son fisuras longitudinales y generalmente son consideradas como fisuras en caliente. Una fisura en la garganta puede ser observada visualmente sobre la superficie de soldadura, por eso, también se la denomina fisura en la línea de centro. Las juntas que exhiben restricciones transversales en la dirección transversal al eje de la soldadura son susceptibles a este tipo de fisura, especialmente en aquellas situaciones en las que la sección transversal de la soldadura es pequeña. Por eso, pasadas de raíz finas y soldaduras de filete cóncavas pueden resultar en fisuras en la garganta, porque sus reducidas secciones transversales pueden no ser suficientes para soportar las tensiones transversales de contracción de la soldadura. La figura 9.4 es un ejemplo de fisura en la garganta en una soldadura de filete. Las fisuras en la raíz son también longitudinales; de todos modos su propagación puede ser tanto en el metal base como en el metal

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de soldadura. Son denominadas fisuras en la raíz

Figura 9.1 - Fisura longitudinal

Figura 9.2 – Fisuras transversales porque se inician en la raíz de la soldadura o en la superficie de la soldadura. Como en las fisuras en la garganta, son generalmente debidas a la existencia de tensiones de contracción de la soldadura. Por eso, son generalmente consideradas como fisuras en caliente. Las fisuras en la raíz generalmente ocurren cuando las juntas son mal preparadas o presentadas. Grandes aberturas de raíz, por ejemplo, pueden generar concentración de tensiones que produzcan fisuras en la raíz.

Figura 9.3 – Fisuras longitudinales y transversales en soldaduras con bisel y de filete Las fisuras en el pie son fisuras en el metal base que se propagan desde el pie de la soldadura. Las configuraciones de soldadura que tienen sobreespesor de soldadura o convexidad pueden generar concentración de tensiones en los

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pies de la soldadura. Esto, combinado con una microestructura menos dúctil en la ZAC aumenta la susceptibilidad de la construcción soldada a las fisuras en el pie. Las fisuras en el pie son generalmente consideradas como fisuras en frío. Las tensiones que provocan la ocurrencia de las fisuras en el pie pueden ser el resultado de las tensiones transversales de contracción de soldadura, algunas tensiones aplicadas de servicio o la combinación de las dos. Las fisuras en el pie que ocurren en servicio son generalmente el resultado de componentes sometidos a cargas de fatiga. Fisuras en el pie típicas son mostradas en la figura 9.5.

Figura 9.4 – Fisura en la garganta en la raíz de una soldadura de filete Las fisuras en el cráter ocurren en el punto donde terminan las pasadas de soldadura individuales. Si la técnica usada por el soldador para terminar el arco no llena completamente de pileta líquida, el resultado puede ser una región poco profunda, o un cráter, en ese lugar. La presencia de esta área más fina, combinada con las tensiones de contracción de la soldadura, pueden causar fisuras en el cráter individuales o una red de fisuras radiales desde el centro del cráter. Cuando hay una distribución de fisuras en el cráter con distribución radial, son conocidas como fisuras en estrella. Dado que las fisuras en el cráter ocurren durante la solidificación de la pileta líquida, son consideradas fisuras en caliente. Las fisuras en el cráter que ocurren en cordones hechos por GTAW en aluminio son mostrados en la figura 9.6. Las fisuras en el cráter pueden ser extremadamente dañinas porque tienen tendencia a propagarse, como se muestra en la figura 9.7. Aunque la causa primaria de las fisuras en el cráter es la técnica usada por el soldador para terminar una pasada de soldadura, estas fisuras también pueden ser el resultado de metales de aporte que tengan la característica de fluir produciendo contornos cóncavos cuando

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solidifican. Un ejemplo de este fenómeno es el uso de electrodos recubiertos de acero inoxidable cuyas designaciones terminen con “-16” (por ejemplo E308-16, E309-16, E316-16, etc.). Estas terminaciones designan un tipo de recubrimiento de titanio que va a producir un contorno de soldadura característicamente plano o ligeramente cóncavo. Como consecuencia, cuando estos electrodos son usados, el soldador debe tomar precauciones extra y llenar bien los cráteres para prevenir las fisuras en el cráter.

Figura 9.5 – Fisuras en el pie La próxima categoría de fisuras son las fisuras bajo cordón. Aunque es debida al proceso de soldadura, la fisura bajo cordón está ubicada en la ZAC en lugar de estar en el metal de soldadura. como el nombre lo dice, se encuentra característicamente en la zona adyacente a la línea de fusión de la soldadura en la ZAC. En un corte transversal, las fisuras bajo cordón aparentan correr paralelas a la línea de fusión del cordón de soldadura. La figura 9.8 muestra la configuración típica de una fisura bajo cordón. Aunque es más común encontrarla adentro del metal, pueden propagarse a la superficie para permitir su descubrimiento durante una inspección visual. Fisuración bajo cordón es un tipo de fisura particularmente dañina porque puede no propagarse hasta varias horas después de haber terminado la soldadura. Por este motivo, las fisuras bajo cordón son también llamadas delayed cracks. Como consecuencia, aquellos materiales

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que son más susceptibles a este tipo de fisuras, la

Figura 9.6 – Acercamiento a fisuras en el cráter en soldadura de aluminio

Figura 9.7 – Propagación de una fisura en el cráter en una soldadura de aluminio inspección final no debe realizarse hasta 48 o 72 horas después de que la soldadura se haya enfriado a la temperatura ambiente. Los aceros de alta resistencia son particularmente susceptibles a este tipo de fisura. Las fisuras bajo cordón resultan de la presencia de hidrógeno en la zona de soldadura. El hidrógeno puede provenir del metal de aporte, del metal base, de la atmósfera circundante o de la contaminación orgánica superficial. Si hay alguna fuente de hidrógeno presente durante el proceso de soldadura, éste puede ser absorbido por el metal de soldadura fundido. Cuando el metal está fundido, puede disolver una gran cantidad de este hidrógeno atómico o naciente, conocido como ión hidrógeno (H+). De todos modos, una vez solidificado, el metal tiene mucha menso capacidad de disolver al hidrógeno. La tendencia de los iones del hidrógeno es a moverse a través de la estructura del metal hacia el borde de grano en la ZAC. Hasta este punto, átomos de hidrógeno pueden combinarse para formar moléculas de hidrógeno (H2). Esta forma gaseosa del hidrógeno requiere más volumen y es demasiado grande para moverse a través de la estructura del metal. Estas moléculas están ahora atrapadas. Si el metal que la rodea no es lo suficientemente dúctil, la presión interna creada por las moléculas de hidrógeno atrapadas puede generar una fisuración bajo cordón.

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Figura 9.8 – Fisuras bajo cordón Como inspector de soldadura, usted debe estar prevenido de este problema potencial y tomar las precauciones para evitar su ocurrencia. La mejor técnica para la prevención de la fisuración bajo cordón es eliminar las fuentes de hidrógeno cuando se suelda materiales susceptibles. Por ejemplo, con SMAW, pueden ser usados electrodos de bajo hidrógeno. Cuando esté especificado, deben permanecer almacenados en un horno para mantener bajo su nivel de humedad. Si se les permite permanecer en la atmósfera por un periodo prolongado de tiempo, éstos pueden absorber humedad suficiente para provocar fisuras. Las partes a ser soldadas deben estar lo suficientemente limpias para eliminar cualquier fuente superficial de hidrógeno. El precalentamiento también puede ser prescrito para ayudar a eliminar este problema de fisura. Dado que la ZAC es típicamente menos dúctil que la zona de soldadura circundante y el metal base, la fisura puede ocurrir allí sin que haya presencia de hidrógeno. En los casos donde haya gran restricción, las tensiones de contracción generadas pueden ser suficientes para provocar fisuras en la ZAC, especialmente en el caso de materiales quebradizas como fundición. Un tipo particular de fisura en la ZAC que ya fue discutido es la fisura en el pie. La fisuración también puede estar presente en el metal base. Estos tipos de fisuras pueden o no estar asociados con la soldadura.

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Figura 9.9 – Radiografía de una fisura longitudinal

Figura 9.10 – Radiografía de una fisura transversal Bastante a menudo, las fisuras en el metal base están asociadas con la concentración de tensiones que terminan en fisuras una vez que el componente entra en servicio. Radiográficamente, las fisuras aparecen como líneas finas, mas que como líneas oscuras bien definidas. Pueden diferenciarse de otras discontinuidades porque su propagación no es perfectamente recta, pero tiende a errar porque la fisura sigue el camino de menor resistencia a través de la sección transversal del material. La figura 9.9 muestra una radiografía de una fisura longitudinal típica que probablemente esté asociada con la raíz de soldadura. La figura 9.10 ilustra como una fisura transversal típica puede aparecer en una radiografía. Falta de fusión Por definición, falta de fusión es “una discontinuidad de la soldadura en la cual la fusión no ocurre entre el metal de soldadura u las caras de fusión o los cordones adyacentes”. Esto es, la fusión es menor a la especificada para una

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soldadura en particular. Debido a su linealidad y a su condición de extremo filosa, la falta de fusión representa una discontinuidad de la soldadura importante. Puede ocurrir en distintas ubicaciones dentro de la zona de soldadura. La figura 9.11 muestra algunas de las distintas ubicaciones para la falta de fusión. La figura 9.11(A) muestra la ocurrencia de falta de fusión sobre la superficie original del bisel como así también entre los cordones individuales. Con frecuencia, la falta de fusión tiene inclusiones de escoria asociadas a ella. De hecho, la presencia de escoria es debido a una limpieza insuficiente puede prevenir la ocurrencia de la fusión. Debemos pensar a menudo a la falta de fusión como una imperfección interna de la soldadura. De todos modos, puede ocurrir también sobre la superficie de la soldadura. Esto es mostrado en la figura 9.11(B) y graficado esquemáticamente en la figura 9.12. Otro término no std para falta de fusión es cold lap. Este término es a menudo, e

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GMAW. Las figuras 9.13 y 9.14 muestran falta de fusión (cold lap) ocurriendo entre el metal de soldadura y el metal base y entre diferentes pasadas de soldadura, respectivamente.

Figura 9.13 – Falta de fusión entre pasadas

Figura 9.11 – Distintas zonas con falta de fusión

Figura 9.12 – Falta de fusión en la superficie de la soldadura incorrectamente usado, para describir la falta de fusión entre el metal de soldadura y el metal base o entre distintas pasadas de cordones de soldadura, especialmente cuando se utiliza

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Figura 9.14 – Falta de fusión entre el metal de soldadura y el metal base La falta de fusión puede resultar de un número de diferentes condiciones o problemas. Probablemente la causa más común de esta discontinuidad sea la manipulación inapropiada del electrodo por el soldador. Algunos procesos son más proclives a este problema porque no hay suficiente calor concentrado para fundir adecuadamente los metales. Por ejemplo, cuando se usa GMAW y transferencia en corto circuito, el soldador se debe concentrar en dirigir el arco de soldadura a cada ubicación de la junta de soldadura que deba ser fundida. De otra forma, habrá áreas que no se fundirán completamente. En otros casos, la configuración de la junta soldada puede limitar al cantidad de fusión que pueda se alcanzada. Un ejemplo de esto es el uso de una soldadura con bisel con un ángulo de bisel insuficiente para el proceso y el diámetro del electrodo empleado. Finalmente,

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Figura 9.15 – Radiografía del costado de una pared con falta de fusión contaminación extrema, incluyendo cascarilla de laminación y capas de tenaces de óxido, pueden también dificultar la obtención de la fusión completa. Es muy difícil detectar la falta de fusión con radiografía a menos que el ángulo de radiación sea orientado adecuadamente. Generalmente. la falta de fusión es adyacente a la superficie del bisel original y tiene un ancho y un volumen pequeños, dificultando la resolución radiográfica a menos que el camino de radiación sea paralelo, y este alineado, con la discontinuidad. Si la falta de fusión es radiográficamente visible, generalmente va a aparecer en la placa como líneas más densas y oscuras que son generalmente más rectas que las imágenes de fisuras o escoria alargada. La posición lateral de estas indicaciones sobre la placa van a ser una referencia sobre su profundidad. Por ejemplo, en una soldadura con bisel en ½ V, la falta de fusión cerca de la raíz va a aparecer cerca de la línea media de la soldadura mientras que la presencia de falta de fusión cerca de la superficie de soldadura va a aparecer en la radiografía como una imagen posicionada cerca del talón de la soldadura. La figura 9.15 es una radiografía que representa imágenes lineales como si hubiesen sido producidas por falta de fusión a lo largo de las caras de los biseles de la junta original. Falta de Penetración La falta de penetración, a diferencia de la falta de fusión, es una discontinuidad asociada solamente con la soldadura con bisel. Es una condición donde el metal de soldadura no se extiende completamente

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Figura 9.16 – Ejemplos de juntas con falta de penetración a través del espesor de la junta cuando es requerida junta con penetración total por una especificación. Su ubicació n es siempre adyacente a la raíz de la soldadura. La figura 9.16 muestra varios ejemplos de juntas con

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penetración parcial. La mayoría de los códigos ponen límites a la cantidad y el grado de penetración parcial admisible, y varios códigos no aceptan ninguna penetración parcial.

Figura 9.17 – Junta con falta de penetración Hay otro nombre que puede ser correctamente aplicado a las condiciones mostrados en la figura 9.16 si las soldaduras cumplen con los requerimientos especificados por el diseñador. Pueden ser denominadas “penetración parcial de junta”; esto es, no se pretendía que fueran soldadura con junta con penetración total. Por ejemplo, en una junta donde los requerimientos de diseño especifican soldaduras con penetración parcial de junta, y esto es común, los ejemplos mostrados podrían ser aceptables si los tamaños de la soldadura fuesen los adecuados. De todos modos, en una junta donde se requiere penetración total, la presenca de falta de penetración es causa de rechazo. Debe aclararse que previamente la condición ahora llamada “falta de penetración” ha sido utilizada por varios términos no std. Algunos de estos términos son “penetración inadecuada”, “falta de penetración”, etc. Para soldaduras con bisel el término correcto es falta de penetración y debe ser usado en lugar de estos otros términos. La figura 9.17 muestra una fotografía de esta condición en la raíz de una soldadura a tope, y la figura 9.18 muestra su imagen radiográfica. La falta de penetración puede ser provocada por las mismas condiciones que provocan la falta de fusión; esto es técnica inapropiada, configuración de junta inadecuada, o contaminación excesiva. La imagen radiográfica provocada por la penetración incompleta va a ser una línea recta

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típicamente oscura. Va a ser mucho más recta que la de falta de fusión porque está asociada con la preparación original de la soldadura en la raíz. Va a estar centrada en el ancho de la soldadura en el cuál ambos componentes son preparados. Inclusiones La definición de inclusión es “un material sólido y extraño, atrapado; como por ejemplo, escoria, fundente, tungsteno u óxido”. Por ello, el término inclusión puede incluir tanto materiales metálicos como no metálicos. Las inclusiones de escoria, como su nombre lo indica, son regiones adentro de la sección de la soldadura o sobre al superficie de la soldadura donde el fundente fundido empleado para proteger al metal fundido es mecánica atrapado adentro del metal solidificado. Este fundente solidificado, o escoria, representa la parte de la sección de soldadura donde el metal no se fundió a sí mismo. Esto puede resultar en una condición de debilidad que podría impedir el desempeño en servicio del componente. Aunque normalmente pensamos que las inclusiones de escoria están totalmente contenidas adentro de la sección transversal de la soldadura, a veces podemos observarlas en la superficie de la soladura. La figura 9.19 muestra un ejemplo de una inclusión de escoria en la superficie. Como la falta de fusión, las inclusiones de escoria pueden ocurrir entre la soldadura y el metal base o entre las pasadas de soldadura. De hecho, las inclusiones de escoria son generalmente asociadas con falta de fusión. Las inclusiones de escoria pueden solamente ocurrir cuando el proceso de soldadura usa alguna clase de fundente de protección. Son generalmente provocadas por el uso de técnicas inadecuadas por el soldador. Cosas como manipulación inadecuada del electrodo y limpieza insuficiente entre pasadas puede provocar la presencia de inclusiones de escoria. A menudo, la manipulación incorrecta del electrodo o parámetros incorrectos de soldadura pueden generar contornos de soldadura indeseables que pueden indicar falta de limpieza de la escoria entre pasadas. Como consecuencia, la soldadura puede después cubrir la escoria atrapada y producir inclusiones de escoria. Dado que la densidad de la escoria es generalmente muy inferior a la de los metales, las

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Figura 9.18 – Radiografía de una junta con falta de penetración inclusiones de escoria van a aparecer generalmente en al s radiografías como marcas oscuras, con formas irregulares, como se muestra en las figuras 9.20 y 9.21. De todos modos, hay también electrodos recubiertos cuya escoria tiene la misma densidad del metal, y como usted espera, las inclusiones de escoria generadas por el uso de estos electrodos son muy difíciles de detectar radiográficamente.

Figura 9.19 superficiales

–

Inclusiones

de

escoria

Las inclusiones de tungsteno están generalmente asociadas al proceso GTAW, que emplea electrodos de tungsteno para generar el arco. Si el electrodo de tungsteno hace contacto con la pileta líquida, el arco puede extinguirse y el metal fundido puede solidificar alrededor de la punta del electrodo. Hasta que se remueva, la punta del electrodo va a estar muy quebradiza y va a ser “incluida” en la soldadura si no es removida mediante un amolado. Las inclusiones de tungsteno pueden también ocurrir cuando la corriente usada para el proceso GTAW es excesiva de aquella recomendada para un diámetro particular de electrodo. En este caso, la densidad de corriente

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puede ser tan grande que el electrodo empieza a descomponerse y pedazos de él pueden depositarse en el metal de soldadura. Esto también puede ocurrir si el soldador no despunta adecuadamente la punta del electrodo de tungsteno. Si las marcas del amolado están orientadas de manera que formen anillos alrededor del electrodo en lugar de esta alineadas con su eje, pueden formar concentración de tensiones que pueden provocar que la punta del electrodo se rompa. Otros motivos para que ocurran inclusiones de tungsteno pueden ser: 1. contacto del metal de aporte con la punta caliente del electrodo; 2. contaminación de la punta del electrodo con salpicaduras; 3. extensión de los electrodos mas allá de sus distancias normales desde el culote, resultando en un sobrecalentamiento del electrodo; 4. ajuste inadecuado del culote; 5. flujo inadecuado del gas de protección o turbulencias excesivas que provocan la oxidación de la punta del electrodo; 6. uso de un gas de protección inadecuado 7. defectos en el electrodo como fisuras; 8. uso de una corriente excesiva para el tamaño de electrodo dado 9. mal amolado del electrodo; 10. uso de un electrodo demasiado pequeño.

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Figura 9.20 – Radiografía de inclusiones aisladas de escoria

Figura 9.21 – Radiografía de inclusiones alargadas de escoria

Figura 9.22 – Radiografía de inclusiones de tungsteno Las inclusiones de tungsteno son encontradas aleatoriamente sobre la superficie de la soldadura a menos que el inspector de soldadura tenga la oportunidad de mirar una pasada intermedia después que un pedazo de tungsteno haya sido depositado. La principal forma de encontrar las inclusiones de tungsteno es a través de la radiografía. Dado que el tungsteno tiene una densidad mucho mayor que la del acero o del aluminio, se va a revelar como un

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área clara y definida sobre la placa radiográfica. Esto es mostrado en la figura 9.22. Porosidad La AWS A3.0 define porosidad como “una tipo de discontinuidad que forma una cavidad provocada por gases que quedan ocluidos durante la soldadura”. Por eso, nosotros podemos pensar que la porosidad es como un vacío o una bolsa de gas adentro del metal de soldadura

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solidificado. Debido a su forma característicamente esférica, la porosidad normal es considerada como la menos dañina de las discontinuidades. De todos modos, en algunos casos donde una soldadura debe formar un recipiente a presión para contener algún gas o líquido, la porosidad debe ser considerada como más dañina. Esto es debido a la posibilidad de que la porosidad genere una zona de debilidad.

dañino si la función principal de la soldadura es el confinamiento de gas o líquidos, porque representa una posibilidad de un camino de debilidad.

Figura 9.23 – Poros distribuídos uniformemente

Figura 9.24 – Poros superficiales alineados unidos por una fisura

Figura 9.25 – Poros superficiales aislados Como las fisuras, hay diferentes nombres dados a tipos específicos de porosidad. En general, se refieren a la porosidad de acuerdo a su posición relativa, o a la forma específica del poro. Por eso, nombres como porosidad distribuida uniformemente, nido de poros, poros alineados y poros verniculares, son empleados para definir mejor la presencia de poros. Una sola cavidad es denominada un poro o cavidad. En estos tipos, los poros son generalmente de forma esférica. De todos modos, en la poros verniculares, los poros no son esféricos; sino alargados. Por esta razón, son conocidos como poros alargados o gusanos. El tipo poros verniculares representa el tipo más

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Figura 9.26 – Poros superficiales alargados La figura 9.23 muestra un ejemplo de porosidad distribuida uniformemente sobre la superficie de la soldadura. La figura 9.24 ilustra poros alineados con una fisura, y la figura 9.25 muestra la presencia de poros aislados en la superficie de la soldadura. La figura 9.26 es un ejemplo de poros alargados en la superficie de la soldadura. Este tipo de condición superficial puede ocurrir cuando los gases son atrapados entre el metal fundido y la escoria solidificada. Un caso en el cual este fenómeno puede ocurrir es cuando la granulometría del fundente usada para SAW es excesiva. Cuando esto ocurre, el peso del fundente puede ser demasiado grande para permitir que el gas escape apropiadamente. Los poros son normalmente provocados por la presencia de contaminantes o humedad en la zona de soldadura que se descomponen debido a la presencia del calor de la soldadura y de los gases formados. Esta contaminación o humedad puede provenir del electrodo, del metal base, del gas de protección o de la atmósfera circundante. De todos modos, variantes en la técnica de soldadura también pueden causar poros. Un ejemplo puede ser el empleo de un arco excesivamente largo en un proceso SMAW con un tipo de electrodo de bajo hidrógeno. Otro ejemplo puede ser el uso de altas velocidades en un proceso SAW que pueden generar poros verniculares. Por eso, cuando se encuentran poros, es una señal de que el proceso de soldadura está fuera de control. Es entonces tiempo de investigar qué factor, o factores son

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Figura 9.27 – Radiografía de poros distribuídos

Figura 9.28 – Radiografía de nido de poros

Figura 9.29 – Radiografía de poros alineados responsables por la presencia de esta discontinuidad en la soldadura. Cuando la porosidad es revelada en una placa, va a parecer como una región bien definida, porque representa una pérdida significativa de la densidad del material. Va a aparecer normalmente como una región circular excepto en el caso de poros verniculares. Este tipo de porosidad va a tener una cola asociada con la identificación circular. La figura 9.27 muestra la presencia de porosidad distribuida uniformemente.. La figura 9.28 ilustra una radiografía que muestra un nido de poros y un ejemplo de poros alineados, es mostrado en la figura 9.29.

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Socavación Una socavación es una discontinuidad superficial que sucede en el metal base adyacente a la soldadura. Es una condición en la cual el metal base ha sido fundido durante el proceso de soldadura y no hubo una cantidad suficiente de material de aporte para llenar la depresión resultante. El resultado es un agujero alargado en el metal base que puede tener una configuración relativamente filosa. Dado que es una condición superficial, es particularmente dañina para todas aquellas estructuras que vayan a estar sometidas a cargas de fatiga. La figura 9.30 muestra la apariencia típica de una socavación en una soldadura de filete y en una soldadura con bisel. Es interesante notar que para las soldaduras con

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bisel, la socavación puede ocurrir tanto en la superficie de soldadura como en la superficie de la raíz de la soldadura.

Figura 9.30 – Apariencia típica de una socavación en soldaduras con bisel y de filete

Figura 9.31 – Socavación adyacente a una soldadura de filete La figura 9.31 muestra la típica apariencia visual de una socavación en una soldadura con bisel. Este esquema evidencia como es más detectable visualmente la socavación. Esto es, hay una sombra definida producida por la socavación cuando es iluminada adecuadamente. Los inspectores de soldadura experimentados conocen este fenómeno y usan técnicas como apoyar una luz titilante sobre la superficie del metal base de manera que donde exista una socavación produzca una sombra. Otra técnica es realizar una inspección visual final sobre la soldadura después de pintada, especialmente cuando la pintura que ha sido usada es de un color luminoso como el blanco o el amarillo. Cuando es observada bajo luz normal, las sombras generadas por la presencia de la socavación son mucho más pronunciadas. El único problema con esta técnica es que la pintura debe ser luego removida de la socavación antes de cualquier reparación con soldadura para prevenir la ocurrencia de otras discontinuidades como poros. Y por supuesto, la parte deberá ser pintada después de que las reparaciones se hayan completado.

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La socavación es normalmente el resultado de una técnica inadecuada de soldadura. Más específicamente, si la velocidad de soldadura es excesiva, puede no haber suficiente cantidad de material de aporte depositado para llenar las depresiones provocadas por la fusión del metal base adyacente a la soldadura. La socavación puede también ocurrir cuando el calor de soldadura es demasiado alto, causando una excesiva fusión del metal base, o cuando se manipula incorrectamente el electrodo. Cuando aparece en una radiografía, y no es sugerida esta técnica para su descubrimiento, la socavación va a parecer como una marca oscura, como cubierta de pelusa en el borde del sobreespesor de soldadura, como se muestra en la figura 9.32. Puede notarse que la detección radiográfica de una socavación superficial es una verdadera pérdida de tiempo, dinero y recursos. Las socavaciones superficiales son fácilmente encontradas con una inspección visual cuidadosa; una vez encontrada, debe ser luego reparada si es necesario, previo a cualquier inspección radiográfica. Socavación de cordón (underfill) Socavación de cordón (underfill), como la socavación, es una discontinuidad superficial que resulta en una falta de material en la sección. De todos modos, socavación de cordón (underfill) ocurre en la superficie del metal de una soldadura con bisel donde hay socavación en el metal base adyacente a la soldadura. Simplificando, hay socavación de cordón (underfill) cuando no hay suficiente metal de aporte depositado para llenar adecuadamente la junta. Cuando es descubierta, generalmente significa que el soldador no terminó de hacer la soldadura, o que no ha entendido los requerimientos de la soldadura. La figura 9.33 muestra el aspecto de una socavación de cordón (underfill) en una soldadura con bisel. Al igual que la socavación, la socavación de cordón (underfill) puede ocurrir tanto en la cara como en la superficie de la raíz de la soldadura. En las soldaduras de tubos, es conocido como rechupe, porque puede ser provocado por un aporte de calor excesivo y por la fusión de la pasada de raíz durante la deposición de la segunda pasada. La figura 9.34 muestra el aspecto visual de socavación de cordón (underfill) en la

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Figura 9.32 – Radiografía de una socavación superficial superficie de una soldadura con bisel. Como con las socavaciones, cuando una luz es orientada apropiadamente, es producida una sombra por la depresión superficial.

Figura 9.34 – Socavación de cordón

Figura 9.33 – Socavación de cordón en soldaduras con bisel La causa principal de la socavación de cordón (underfill) es la técnica empleada por el soldador. Una velocidad de pasada alta no permite que una cantidad suficiente de metal de aporte se funda y se deposite sobre la zona soldada hasta el nivel de la superficie del metal base.

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Solapado Es otra discontinuidad superficial que puede ocurrir por emplear técnicas inadecuadas de soldadura. Solapado es descripta como la protusión del metal de soldadura por delante del talón o de la raíz de la soldadura. Aparece cuando el metal soldado inunda la junta y yace en la superficie del metal base adyacente. Debido a su apariencia característica, el solapado es conocido como enrollado (rollover) ; pero ese es un término no std y no debe ser usado. La figura 9.35 muestra como el solapado puede aparecer tanto en soldaduras con bisel como de filete. Como en el caso de la socavación y de la socavación de cordón (underfill), el solapado puede ocurrir tanto en la superficie de soldadura como en la raíz de la soldadura de las soldaduras con bisel. La figura 9.36 es un ejemplo de cómo se vé el solapado en una soldadura de filete. Una vez más, hay una sombra definida cuando una luz es orientada apropiadamente. El solapado es considerado como una discontinuidad significativa dado que puede resultar en una entalla filosa en la superficie de la soldadura. Yendo más allá, si la cantidad de

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sin fundirse. Algunos tipos de metales de aporte son más proclives a este tipo de discontinuidad, cuando funden, son demasiados fluidos para resistir la fuerza de la gravedad. Por eso, solamente pueden ser usados en posiciones en las que la gravedad va a tender a sostener al metal fundido en la junta.

Figura 9.35 – Solapado en soldaduras con bisel y de filete

Figura 9.36 – Solapado en una soldadura de filete (también se muestra socavación) solapado es lo suficientemente grande, puede esconder una fisura que puede propagarse desde este concentrador de tensiones. La ocurrencia de solapado es normalmente debida a una técnica inapropiada del soldador. Esto es, la velocidad de pasada es demasiado lenta, la cantidad de metal de aporte fundido va a ser excesiva frente a la cantidad requerida para llenar la junta. El resultado es que una cantidad excesiva de metal se vierte y yace sobre la superficie del metal base

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Convexidad Esta discontinuidad particular de la soldadura se aplica solamente a las soldaduras de filete. La convexidad se refiere a la cantidad de metal de soldadura recargado sobre la superficie de soldadura de filete más allá de lo que consideramos plano. Por definición, es la máxima distancia desde la superficie de una soldadura de filete convexa perpendicular a una línea que une los talones de la soldadura. La figura 9.37 ilustra que dimensión representa esta convexidad. Dentro de ciertos límites, la convexidad no es dañina. De hecho, un ligero valor de convexidad es deseable para asegurarse que la concavidad no está presente, que puede reducir la resistencia de una soldadura de filete. De todos modos, cuando el valor de convexidad excede algún límite, esta discontinuidad se convierte en un defecto significativo. El hecho que una cantidad adicional de metal de soldadura esté presente no es el problema real, a menos que consideremos el problema económico de depositar una mayor cantidad de metal de aporte que la estrictamente necesaria. El problema real creado por la existencia del exceso de convexidad es que el perfil de la soldadura de filete resultante es ahora con entallas filosas presentes en los talones de la soldadura. Estas entallas pueden producir concentración de tensiones que pueden debilitar la estructura, especialmente cuando la estructura es cargada a fatiga. Por eso, una convexidad excesiva puede ser evitada, o corregida durante el proceso de soldadura depositando una cantidad adicional del metal de soldadura en los talones de la soldadura para darle una transición más suave entre el metal de soldadura y el metal base. La convexidad resulta cuando la velocidad de pasada es demasiado lenta o cuando el electrodo es manipulado incorrectamente. El resultado es que es depositada una cantidad excesiva de metal de aporte y no moja apropiadamente la superficie del metal base. La

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presencia de contaminación sobre la superficie del metal base o el uso de gases de protección que no limpien adecuadamente estos contaminantes pueden también generar un perfil indeseable de la soldadura de filete.

Figura 9.39 – Sobreespesor en ambos lados de la junta Figura 9.37 – Convexidad en soldadura de filete Sobreespesor de soldadura El sobreespesor de soldadura es similar a la convexidad, excepto que describe una condición que solamente puede estar presente en una soldadura con bisel. El sobreespesor de soldadura es descripto como un metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para llenar una junta. Los otros dos términos, sobreespesor de raíz y sobreespesor, son términos específicos que describen la presencia de este refuerzo en un lugar particular de la junta soldada. El sobreespesor ocurre sobre el lado de la junta del cual la soldadura fue realizada, y el sobreespesor de raíz ocurre del lado opuesto de la junta.

Como la convexidad, el problema asociado con un sobreespesor excesivo es la generación de entallas filosas que son creadas en cada pie de soldadura por el hecho de que hay presente más metal de soldadura que el necesario. Cuánto más grande sea el sobreespesor de soldadura, más severa la entalla. El gráfico mostrado en la figura 9.40 ilustra el efecto del valor del sobreespesor sobre la resistencia a la fatiga de una junta soldada.

Figura 9.40 – Efecto del sobreespesor de soldadura en la resistencia a la fatiga Figura 9.38 – Sobreespesor y sobreespesor de raíz La figura 9.38 muestra el sobreespesor y el sobreespesor de raíz para una junta soldada de un lado. Para una junta soldada de ambos lados, el sobreespesor de ambos lados es descripto como sobreespesor, que es mostrado en la figura 9.39.

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Mirando a este gráfico, es obvio que el ángulo del sobreespesor de soldadura decrece (causado por una disminución del valor del sobreespesor de soldadura) hay una disminución significativa de la resistencia a la fatiga de la junta soldada. La mayoría de los códigos prescriben límites máximos para el valor

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permitido de sobreespesor de soladura. De todos modos, reduciendo el valor del sobreespesor de soldadura no mejora realmente la situación, como es mostrado en la figura 9.41.

Figura 9.41 – Tratamiento inaceptable y aceptable del sobreespesor excesivo de soldadura Como muestran las ilustraciones, solamente después de realizar un amolado para incrementar el ángulo del sobreespesor de soladura y aumentar el radio de la entalla la situación realmente mejora. Amolando para remover la parte superior del sobreespesor de soldadura no hace nada para disminuir la agudeza de las entallas en el talón de la soldadura. La altura del sobreespesor es disminuida con amolado para alcanzar los requerimientos del código, pero la preocupación persiste. Un sobreespesor de soldadura excesivo es causado por los mismos motivos que la convexidad, siendo la técnica del soldador la causa principal. Corte de arco La presencia de un corte de arco puede ser una discontinuidad del metal base muy perjudicial, especialmente en las aleaciones de alta resistencia y en las de baja aleación. Los corte de arco son generados cuando el arco es iniciado sobre la superficie del metal base fuera de la junta soldadura, ya sea intencionalmente o accidentalmente. Cuando esto ocurre, hay un área localizada de la superficie del metal base que es fundida y enfriada rápidamente debida a la pérdida de calor a través del metal base circundante. En ciertos materiales, especialmente los aceros de alta resistencia, esto puede producir una ZAC que pueda contener martensita. Si esta microestructura dura y frágil es producida, la tendencia a la fisuración puede ser grande. Una gran cantidad de fallas en estructuras y

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recipientes a presión pueden ser adjudicadas a la presencia de cortes de arco de soldadura, que provocaron una zona de iniciación de fisura que terminó en una rotura catastrófica. La figura 9.42 es una fotomicrografía que muestra un corte de arco en la superficie de un tubo de caldera. La microestructura oscura es martensita que fue formada. En esta caso particular, el corte de arco provocó una zona de iniciación de fisura que terminó en la falla de este tubo de caldera. Los corte de arco son generalmente causados por el uso de una técnica inapropiada de soldadura. Los soldadores deben ser informados del daño potencial causado por un corte de arco. Debido al daño potencial que ellos representan, nunca deben ser permitidos. El soldador no debe realizar producción si persiste en iniciar el arco fuera de la junta soldada. Por eso, se convierte en una cuestión de disciplina y actitud de trabajo. Una conexión inapropiada de la puesta a tierra al trabajo puede también producir un corte de arco.

Figura 9.42 – Foto micrografía de una estructura martensítica producida por un corte de arco Otra observación importante se aplica a la inspección de soldadura usando el método de ensayo de partículas magnetizables “prod”. Dado que este método se basa en la conducción de la electricidad a través del componente para generar un campo magnético, existe la posibilidad de que pueda producirse un corte de arco durante la inspección si no hay un contacto adecuado entre los prods y la superficie del metal. Aunque no es tan severo como los cortes de arco de soldadura, estos arcos también pueden producir efectos nocivos.

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Salpicaduras El AWS A3.0 describe a las salpicaduras como partículas de metal expelidas durante la fusión de la soldadura de manera de no formar parte de la soldadura. Nosotros generalmente las pensamos como aquellas partículas que están pegadas al metal base adyacente a la soldadura. De todos modos, las partículas que son tiradas afuera de la soldadura y el metal base son también consideradas salpicaduras. Por esta razón otra definición puede ser aquellas partículas de metal que incluyen la diferencia entre la cantidad de metal fundido y la cantidad de metal depositado en la junta soldada.

Figura 9.43 – Fisura formada en una salpicadura en la superficie del metal base

Figura 9.44 – Salpicadura En términos de criticidad, la salpicadura puede no ser una gran preocupación en muchas aplicaciones. De todos modos, glóbulos grandes de salpicaduras pueden tener suficiente calor para causar una ZAC localizada en la superficie del metal base similar al efecto de un corte de arco. Además, la presencia de salpicaduras en la superficie del metal base pueden proveer una concentración localizada de tensiones que puede causar problemas durante el servicio. Un ejemplo de esta situación es mostrado en la figura 9.43

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donde una fisura formada en un glóbulo de salpicadura que quedó pegado al metal base. La presencia de estas concentraciones de tensión sumadas a un medio ambiente corrosivo generan una forma de corrosión por tensión conocida como fragilidad cáustica. Cuando hay presente salpicaduras, de todos modos, se vuelve objetable para lo que de otra manera sería una soldadura satisfactoria . Esta condición es ilustrada en la figura 9.44. Otro aspecto de las salpicaduras que puede terminar en problemas tie ne que ver con la superficie irregular que es producida. Durante la inspección de la soldadura usando varios métodos no destructivos, la presencia de salpicaduras puede impedir la realización de un ensayo válido o producir indicaciones irrelevantes que pueden enmascarar algunos defectos reales de la soldadura. Por ejemplo, la presencia de salpicadura adyacente a una soldadura puede impedir el acoplamiento adecuado del transductor durante un ensayo de ultrasonido. Además, la salpicadura puede causar problemas para la performance y la interpretación de los ensayos de tintas penetrantes y partículas magnetizables. Y la salpicadura puede generar problemas si las superficies deben ser pintadas; la salpicadura puede causar fallas prematuras en recubrimientos. Las salpicaduras pueden ser provocadas por el uso de altas corrientes de soldadura que pueden causar una turbulencia excesiva en la zona de soldadura. Algunos procesos de soldadura tienen más tendencia a producir salpicaduras que otros. Por ejemplo, procesos tipo GMAW con transferencia globular o cortocircuito tiene tendencia a producir más salpicaduras que si se usara transferencia por spray. Otro aspecto que puede ayudar con el control de la cantidad de salpicaduras generadas es el tipo de gas de protección usado para GMAW y FCAW. El uso de mezclas de argón van a reducir la cantidad de salpicaduras producidas comparada con el uso de CO2 puro. Laminación Esta discontinuidad particular es un defecto del metal base. La laminación resulta de la presencia de inclusiones no metálicas que pueden aparecer en el acero cuando es producido. Estas inclusiones son normalmente formas de óxidos que son producidos cuando el acero

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todavía está fundido. Durante las operaciones subsiguientes de laminado, estas inclusiones se alargan formando una banda. Si estas bandas son largas, y toman una forma plana, son conocidas como laminaciones. La forma más común de laminación proviene de una condición conocida como rechupe, que se desarrolla en la parte superior de los lingotes de acero durante las etapas finales de la solidificación. Algunas veces, en ocasiones poco frecuentes, este rechupe no es completamente removido del lingote previo a ser laminado. El rechupe generalmente contiene algunos óxidos complejos, que son laminados adentro de la chapa o del producto la minado. Otro término usado erróneamente en lugar del término laminación es delaminación. La norma ANSI/AWS standard B1.10, “Guide for The Nondestructive Inspection of Welds”, define dos palabras distintas. B1.10 define delaminación como “la separación de una laminación por tensión”, Esto, de acuerdo con la norma AWS, la principal diferencia entre los dos términos es solamente el grado de separación de las secciones laminadas.

Figura 9.45 – Fisura en el metal de soldadura debida a la presencia de laminación El calor de fusión de la soldadura puede ser suficiente para refundir las bandas en la zona de laminación más próxima a la soldadura, y los extremos de las bandas pueden fundirse o también abrirse. Las laminaciones también pueden verse durante el corte térmico, donde el calor del proceso de corte puede ser suficiente para abrir

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los cordones planos hasta el punto de que puedan ser observados a simple vista. Las laminaciones pueden o no presentar una situación dañina, dependiendo de la forma en la cual la estructura es cargada. Si las tensiones actúan en el material en dirección perpendicular a la laminación, van a debilitar severamente la estructura. De todos modos, las laminaciones orientadas en dirección paralela a la tensión aplicada pueden no causar ninguna preocupación. Si la laminación está presente en la superficie de una preparación, puede causar problemas durante la soldadura. En este caso, el metal de soldadura puede propagarse desde las laminaciones debido a la concentración de tensión. Un ejemplo de este fenómeno es mostrado en la figura 9.45. Otro problema relacionado con la presencia de laminaciones abiertas hacia la superficie del bisel es que son sitios para la acumulación primaria de hidrógeno. Durante la soldadura, el hidrógeno puede ser disuelto en el metal fundido y proveer el elemento necesario para la fisuración por hidrógeno (fisuración bajo cordón). Dado que la laminación proviene del proceso de fabricación del acero, poco puede ser hecho para prevenir su ocurrencia. Comprando aceros con bajo nivel de contaminación se va a reducir drásticamente la tendencia a la presencia de laminaciones. De todos modos, el soldador y el inspector de soldadura no pueden hacer nada para prevenir su ocurrencia. Todo lo que puede ser hecho es realizar una adecuada inspección visual y/o ensayo no destructivo para revelar la presencia de laminaciones antes que un material laminado sea incluido en la construcción soldada. El mejor método para el descubrimiento de laminación es además de la inspección visual es el uso de ensayos de ultrasonido. La radiografía no va a revelar las laminaciones porque no hay cambio en la densidad radiográfica de un metal aún si hay laminación. Para ilustrar esto, imagine la radiografía de dos placas de ¼” de espesor colocadas una sobre la otra con una de una sola placa de ½” de espesor. Al revisar el ensayo para cada placa no va a revelar ninguna diferencia en la densidad del film, por que la radiación sigue pasando a través del mismo espesor total de metal.

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contracción de la soldadura. El desgarramiento siempre yace adentro del metal base, generalmente afuera de la ZAC y generalmente en dirección paralela al borde de fusión. La figura 9.46 muestra algunas configuraciones en las cuales puede ocurrir el desgarramiento laminar. El desgarramiento laminar es una discontinuidad directamente relacionada con la configuración de la junta. Por esto, aquellas configuraciones de juntas en las cuales las tensiones de contracción de la soldadura son aplicadas en dirección que tiende a empujar el material en la dirección Z, o a través de su espesor, van a ser más susceptibles a el desgarramiento laminar. Como aprendimos en el Módulo 6, cuando un metal es laminado, va a exhibir menor resistencia y ductilidad en la dirección Z comparado con las mismas propiedades en las direcciones longitudinal y transversal. Otros factores que afectan la susceptibilidad del material a el desgarramiento laminar son el espesor y el grado de contaminantes presentes. A mayor espesor del material y alto contenido de inclusiones, mayor probabilidad de desgarramiento laminar. Para que se inicie el desgarramiento laminar, deben existir simultáneamente tres condiciones. Éstas son: tensiones en la dirección del espesor, configuración de junta susceptible y un material con un alto contenido de inclusiones. Por eso, para prevenir la ocurrencia de desgarramiento laminar, cualquiera de estos elementos debe ser eliminado. Generalmente el problema es resuelto usando aceros limpios.

Desgarramiento laminar

Figura 9.46 – Configuraciones de soldadura que pueden provocar desgarramiento laminar Otra discontinuidad del metal base de importancia es el desgarramiento laminar. Es descripto como una fractura tipo meseta en el metal base con una orientación básicamente paralela a la superficie rolada. El desgarramiento laminar ocurren cuando hay tensiones altas en la dirección del espesor, o en la dirección Z, generalmente como resultado de las tensiones de

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Grietas y Pliegue s de laminación Son otras discontinuidades del metal base relacionadas con el proceso de fabricación del acero. Difieren de la laminación en que están abiertas hacia la superficie laminada del metal en lugar de en el borde. En sección transversal, tienen dirección paralela a la superficie laminada a lo largo de cierta distancia y después viran hacia esa superficie. Las grietas de laminación son descriptas como unas grietas rectas longitudinales que pueden aparecer sobre la superficie del acero. Las grietas de laminación son causadas principalmente por las imperfecciones del lingote de acero, por un manejo inapropiado después de colado o por

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variaciones durante el calentamiento o el laminado. Los pliegues de laminación son provocados por un sobrellenado en las pasadas a través de los rodillos de laminación que provocan proyecciones que van cayendo y girando sobre el material mientras este es laminado.

Figura 9.47 – Grieta profunda sobre la superficie de un producto laminado semiterminado

Figura 9.48 – Grietas anidadas sobre la superficie de un producto laminado semiterminado

Figura 9.49 – Pliegue en la superficie de un acero laminado La figura 9.47 y 9.48 muestra ejemplos de una grieta de laminación profunda y de un grupo de grietas de laminación superficiales. Un ejemplo de pliegue de laminación es mostrado en la figura 9.49. Dado que las grietas y los pliegues de laminación resultan de una laminación inadecuada durante la fabricación del acero, el inspector de soldadura tiene poco control sobre su ocurrencia más que su detección si llega a

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aparecer en el material usado en la fabricación. Son mejor revelados si se emplea métodos visuales, partículas magnéticas, tintas penetrantes, ultrasonido o corrientes parásitas (eddy current testing). Dimensional Hasta este punto, todas las discontinuidades discutidas puedenser clasificadas como defectos estructurales. De todos modos, hay otro grupo de discontinuidades que puedan ser clasificadas como irregularidades dimensionales. Las discontinuidades dimensionales son imperfecciones en tamaño y/o forma. Estas irregularidades pueden ocurrir en las mismas soldaduras o en las estructuras soldadas. Dado que las discontinuidades dimensionales pueden inutilizar una estructura para el servicio para el cual fue diseñada, deben ser consideradas y revisadas por el inspector de soldadura. La inspección puede consistir de la medición de las tamaños y las longitudes de las soldaduras para asegurarse que hay suficiente metal de soldadura para transmitir las cargas aplicadas. Otras mediciones pueden ser hechas de toda la soldadura para asegurarse que el calor de soldadura no haya causado una excesiva distorsión o deformación. Defectos en Láser y Soldadura por Haz de Electrones Los atributos especiales de los haces de soldadura de alta densidad de energía producen soldaduras con aspectos únicos, y entre estos están los tipos característicos de defectos asociados con este proceso. Ambos procesos son típicamente realizados a altas velocidades y particularmente en el caso de EB, produce zonas de fusión relativamente profundas y angostas. Hasta tal punto la zona de fusión es angosta, que existe la posibilidad de errar a a junta de soldadura. Este es un problema potencia l para ambos procesos, pero es más problemático con el EB, dado que las zonas de fusión tienden a ser más angostas y que el haz de electrones puede ser desviado por campos magnéticos (figura 9.50). Si erró totalmente a la junta, no hay problema para el inspector de soldadura, porque no va a haber unión de los componentes. Pero las dificultades en la inspección puedne ocurrir cuando, una junta es errada de manera

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discontinua o donde la porción más grande de la parte superior del cordón, (conocida como cabeza de uña), y cubre la otra parte de la junta soldada. Esto puede producir una junta que tiene suficiente resistencia para retener las partes unidas y que por inspección visual aparece como completamente satisfactoria vista desde arriba. Una junta errada, de todos modos, puede tener solamente una pequeña fracción de la resistencia requerida y esperada.

Figura 9.50 – Deflexión del haz (pérdida de la junta)

Figura 9.51 – Porosidad en una soldadura por haz de electrones

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Ambos procesos son susceptibles de variaciones sustanciales en la profundidad de la penetración, de una junta a otra y adentro de la misma junta. Esto es debido a las inestabilidades inherentes de la dinámica física de las cavidades de vapor en materiales fundidos, que pueden volverse más pronunciadas a medida que las cavidades son más profundas. Por eso, la penetración variable de la soldadura es más característica de las soldaduras de más alto poder, más penetrantes. También inherente a la naturaleza inestable de la zona de fusión variable, profunda y angosta, la formación de vacíos irregulares, que ocurren donde sea que la aleación fundida (mientras gotea hacia la cavidad del haz), falla al no llenar completamente la cavidad. Aunque este tipo de porosidad puede ocurrir en cualquier profundidad, ocurre más frecuentemente cerca del fondo de la soldadura y es conocido como “porosidad de raíz” (figura 9.51). Debido a la asociación con la inestabilidad de la pileta de soldadura, este tipo de discontinuidad se vuelve más relevante a medida que la densidad del haz y la velocidad de soldadura aumenta, y a medida que el haz se concentra y a medida que se suelda con un haz delgado. Mientras que el proceso EB es más susceptible a las variaciones de la penetración debido a las fuerzas dinámicas de las fuerzas de la pileta de soldadura, las soldaduras láser son más susceptibles las variaciones de penetración por la reflexión variable del rayo. Esto es llamado acoplamiento o desacoplamiento de la energía del rayo láser. La tendencia al acoplamiento espontáneo y al desacoplamiento depende del tipo de láser (longitud de onda de la luz), la reflexibilidad del material que está siendo soldado, la densidad de energía del rayo, y la preponderancia de una “columna” de vapor del rayo reflexiva de la zona de fusión. La columna láser puede ser mitigada por la selección de la composición gas de protección y el direccionamiento del flujo del gas. Altas energías de densidad del haz van a tender a superar este problema, pero van a acrecentar las características de penetración variable debido al motivo previamente mencionado. Si el problema de la penetración variable es compensado mediante el uso de un poder excesivo del haz, asegurándose que aún cuando la

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penetración es momentáneamente reducida va a ser adecuada para alcanzar la penetración total, periodos de penetración total de la pared van a ir acompañados por la deposición de salpicaduras bajo la soldadura, que en muchos casos puede estar en el interior del componente. Estas salpicaduras van a adherirse generalmente a la superficie opuesta, pero no necesariamente. Este material alojado en el interior de componentes de precisión para los cuáles este proceso es especialmente aplicado, presenta dificultades obvias.

Figura 9.52 – Falta de fusión en una sección vertical (arriba) y horizontal (abajo) en una soldadura por haz de electrones en una aleación de titanio La alta velocidad de soldadura, alta relación penetración/ancho de la zona de fusión y como consecuencia zonas de centro de soldadura bien definidas y altas velocidades de enfriamiento; son conducentes a la fisuración en

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caliente a lo largo de la zona de centro de la soldadura y en aceros, la fisuración en frío en la ZAC. Debido al alto vacío bajo el cual el haz de electrones se desarrolla y a la alta velocidad de soldadura, puede ocurrir porosidad gaseosa, y si esto ocurre queda f{acilmente atrapado en la zona angosta de fusión y de rápida solidificación . Debido al pequeño diámetro de la fuente de calor, ambos procesos requieren una presentación y un acercamiento preciso de las superficies a unir. Un separación excesiva puede llevar al llenado incompleto de la junta (figura 9.52) o a áreas localizadas en las cuales hay más corte que soldadura. Un diámetro y poder excesivo del haz, para el espesor de la sección y la composición del material que está siendo soldado, puede aumentar la acción potencial de corte de los haces. Afortunadamente, este tipo de defectos son fácilmente detectados mediante una inspección visual cuidadosa. Resumen Las imperfecciones pueden existir tanto en el metal de soldadura como en el metal base; son generalmente descriptas como discontinuidades. Si cierto tipo de discontinuidad es del tamaño suficiente, puede inutilizar a la estructura para cumplir con el servicio para el que fue diseñada. Los códigos generalmente dictan límites admisibles para las discontinuidades. Aquellos que sean mayores a estos límites son denominados defectos. Los defectos son discontinuidades que requieren algún tipo de acción correctiva. La severidad de la discontinuidad se basa en un número de factores, incluyendo: donde sea lineal o no lineal, el filo de sus extremos, y si es abierta o cerrada a la superficie. Las discontinuidades existen en un número de formas diferentes, incluyendo fisuras, falta de fusión, falta de penetración, inclusiones, porosidad, socavacións, socavación de cordón (underfill), solapado, convexidad, sobreespesor de soldadura, cortes de arco, salpicaduras, laminación, desgarramiento laminar, grietas de laminación/pliegues de laminación y dimensionales. Conociendo como pueden formarse estas discontinuidades, le inspector de soldadura puede

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tener éxito en detectar estas causas y prevenir problemas.

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TÉRMINOS CLAVE Y DEFINICIONES arc strike corte de arco: es una discontinuidad que resulta de un arco, consiste de cualquier metal refundido en forma localizada, metal afectado por el calor, o un cambio en el perfil de la superficie de cualquier objeto metálico. atomic hydrogen hidrógeno atómico: es la forma iónica del hidrógeno conocida como H+ en oposición al hidrógeno molecular que contiene dos átomos de hidrógeno y es conocido como H2. Un sinónimo para hidrógeno atómico es hidrógeno naciente. collet ¿??: es la parte de una torcha que forma una cubierta. convexity convexidad: es la distancia máxima perpendicular desde la superficie de un filete convexo hasta la línea que une al pie de la soldadura. crack fisura: es un tipo de discontinuidad caracterizada por una punta filosa y una relación alta largo/ancho. crater crack cráter: es una fisura que se forma en la terminación de la soldadura. defect defecto: es una discontinuidad que excede el límite admisible de un código, es una discontinuidad rechazable que requiere reparación o recambio. delamination delaminación: es la separación de una laminación bajo la acción de una tensión. density densidad: es la relación entre la masa de un objeto y su volumen, generalmente en gramos por centímetro cúbico; también se conoce como la oscuridad en una placa radiográfica; las zonas más oscuras son las de mayor densidad.

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discontinuity discontinuidad: es una irregularidad en el patrón normal de un material; cualquier interrupción de la naturaleza uniforme del material. inclusion inclusión: es un material sólido extraño que quedó atrapado en el material, como escoria, fundente, tungsteno u óxido. incomplete fusion falta de fusión: es una discontinuidad de la soldadura en la cual la fusión no ocurre entre el metal de soldadura y las superficies de fusión o los cordones adyacentes. intergranular intergranular: se refiere al borde de grano, Una fisura intergranular puede iniciarse y propagarse a lo largo de los bordes de grano. incomplete joint penetration junta con penetración parcial: es una condición de raíz de junta en una soldadura con bisel en la que el metal soldado no se extiende a través del espesor de la junta. lamellar tear desgarramiento laminar: es una terraza subcutánea y una fisura amesetada en el metal base con una orientación básica paralela a la superficie forjada causada por tensiones de tracción en la dirección del espesor del metal base debilitado por la presencia de inclusiones pequeñas dispersas, aplanadas, no metálicas paralelas a la superficie del metal. lamination laminación: es un tipo de discontinuidad con una separación o debilidad generalmente alineada en sentido paralelo a la superficie trabajada del metal. nascent hydrogen hidrógeno naciente: ver hidrógeno atómico. overlap solapado: es soldadura por fusión, es la saliente e metal de soldadura más allá del pie de la soldadura o raíz de soldadura.

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pipe rechupe: en el lingote de metal fundido, es la porción superior central del lingote que se forma por la contracción, y que usualmente contiene óxidos. planar planar: que pertenece o está contenido en un plano. porosity porosidad: es una discontinuidad formada por gas ocluido durante la solidificación o en un depósito de spray térmico.

concentradores de tensión: son condiciones como entallas, fisuras o geometrías que aumentan la tensión aplicada pro factores de 2 hasta 10. stringer ¿????: en metalurgia, es un óxido alargado o una inclusión no metálica adentro del metal. titania titanio: es un óxido de titanio, un tipo de recubrimiento para los electrodos.

propagate propagación: es el crecimiento o la continuación del crecimiento.

transgranular transgranular o intergranular: es una condición que pasa a través de los granos del metal. Una fisura intergranular tiene una senda a través de los granos en contraposición a una fisura intergranular que tiene una senda o camino a lo largo de los bordes de grano.

protrusion resalte: es la proyección hacia adelante.

transverse transversal: colocado a través.

radiograph radiografía: es una película hecha de radicación gamma pasante a través de un objeto para determinar la calidad de su estructura interna.

tungsten inclusion inclusión de tungsteno

safe ending ¿?????: es la práctica de taladrar un pequeño agujero en el final de cada fisura para aumentar el radio final de la fisura y parar su propagación.

undercut socavación: es una cavidad fundida en el metal base adyacente al pie de la soldadura o de la raíz de la soldadura y que queda sin llenar por el metal de soldadura.

seam/lap pliegue/grieta: son discontinuidades longitudinales sobre la superficie del metal base en productos dados.

underfill socavación de cordón: es una condición en la cual la superficie de soldadura o superficie de la raíz se extiende debajo la superficie adyacente del metal base.

shielding gas gas de protección: es el gas usado para prevenir o reducir la contaminación atmosférica, como así también la del metal de soldadura fundido.

weld reinforcement sobreespesor de soldadura: es metal de soldadura en exceso de la cantidad requerida para llenar una junta en la raíz o en la superficie.

spatter salpicadura: son las partículas de metal expelida durante la fusión que no forman parte de soldadura.

Wrought Materia prima: es el término aplicado al conformado del metal mientras que es sólido para formar formas, en oposición al producto fundido que forma directamente

stress risers

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Tecnología M ÓDULO 10 – INSPECCION VISUAL Y OTROS M ETODOS D E NDEdeYInspección SIM BOdeLSoldadura OS Módulo 10 – Inspección Visual y Otros Métodos de NDE y Símbolos

En cualquier programa efectivo de control de calidad de soldadura, la inspección visual provee el elemento básico para la evaluación de las estructuras o componentes que están siendo construidos. En términos de tener alguna seguridad sobre la aceptabilidad de una soldadura para el servicio pretendido, los códigos y normas siempre van a estipular la realización de la inspección visual como el nivel mínimo de inspección para establecer la aceptación o el rechazo de la soldadura. Aún cuando otros métodos de ensayo destructivos o no destructivos están especificados, en realidad tienen el sentido de reforzar o suplementar la inspección visual. Cuando nosotros consideramos los otros métodos usados para evaluar soldaduras, pueden ser realmente pensados como simple s técnicas para realzar visualmente, porque la evaluación final del ensayo va a ser cumplida visualmente. Ha sido probado en numerosas situaciones que un programa efectivo de inspección visual va a resultar en el descubrimiento de la gran mayoría de los defectos que puedan ser encontrados más tarde usando otro método de ensayo no destructivo más caro. Es importante destacar, de todos modos, que es posible solamente cuando la inspección visual es realizada antes, durante y después de la soldadura por un inspector entrenado y calificado. Simplemente observando una soldadura terminada sin el beneficio de ver las etapas previas de fabricación, se puede tener solamente una seguridad limitada de la aptitud de una soldadura. La principal limitación del método de inspección visual es que solamente va a revelar aquellas discontinuidades que aparezcan en la superficie. Por esto es importante para el inspector de soldadura observar muchas de las superficies iniciales e intermedias de la junta y de la soldadura. Debido a su relativa simplicidad y al equipo reducido que es requerido, la inspección visual es un herramienta de control de calidad con una relación de costo muy efectiva. Esta relación se agranda cuando la inspección visual revela un defecto ni bine ocurre, de manera que pueda ser corregido inmediatamente y de forma más económica. Un ejemplo de esto puede ser el

descubrimiento de una fisura en una pasada de raíz. Si es descubierta antes de realizar las pasadas siguientes, la reparación es relativamente simple comparada contra el costo que podría llegar a tener si no es descubierta hasta que la soldadura fue terminada. Muchas veces estos costos adicionales implican más que simplemente un mayor costo o una reparación más costosa. A menudo la mayor preocupación es el tiempo adicional requerido para realizar la reparación. Cuando un defecto es detectado justo después que ocurre, el tiempo que insume la reparación es mínimo de manera que el impacto en el cronograma de la obra es mínimo. Mientras que la inspección visual es un método de evaluación relativamente simple, no se vaya a pensar que puede ser realizado por cualquiera. La American Welding Society ha reconocido la importancia de utilizar solamente a aquellas personas que tengan por l o menos un mínimo niveles de experiencia y conocimiento para realizar la inspección visual. Para responder a estas necesidades, el programa de Inspector Certificado de Soldadura ha sido desarrollado para juzgar la aptitud de una persona para una posición como la de Inspector Certificado de Soldadura. Cuando una persona satisface los requerimientos de experiencia y pasa exitosamente una serie de exámenes, él o ella es considerado capaz de realizar efectivamente la inspección visual de soldaduras y construcciones soldadas. Mientras que la inspección visual es generalmente considerada como menos complicada que otros métodos de ensayo no destructivos, eso no implica que cualquiera pueda realizar efectivamente esta operación. Simplemente revisando las nueve secciones precedentes, resulta evidente que quien quiera realizar inspección visual debe tener pericia en numerosas áreas. Lleva muchos años adquirir experiencia y entrenamiento con todos los aspectos de la inspección de soldadura. En esencia, el inspector de soldadura debe estará familiarizado con todas las técnicas usadas para producir soldaduras como así también con todos los métodos empleados para evaluar al producto terminado.

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Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 10 – Inspección Visual y Otros Métodos de NDE y Símbolos

Esta última sección va a tratar con l aplicación de inspección visual de soldadura como el elemento básico de un programa de control de calidad, y va a cubrir aquellas técnicas adicionales de NDE que complementan efectivamente la inspección visual. Dentro de los límites de esta presentación, va a ser imposible describir precisamente las responsabilidades de cada inspector de soldadura en cada industria. Cada situación individual va a estar asociada con las prácticas y procedimientos particulares que no se van a aplicar a alguna otra situación. De cualquier modo, esta discusión va a intentar describir en términos generales, muchas de las responsabilidades en las cuales pueda verse involucrado el inspector de soldadura. De manera que, en esencia, la información incluida va a servir para resumir como cada uno de los elementos discutidos en las nueve secciones precedentes van a ser aplicados por el inspector de soldadura durante la realización de sus tareas diarias.

etapa del proceso de fabricación. A menos que haya un proceso en marcha, ciertas discontinuidades pueden pasar desapercibidas. Yendo más allá, la razón principal para realizar la inspección en forma continua es descubrir los problemas ni bien aparecen de forma que puedan ser corregidos de la manera más eficiente. Por esto, la discusión sobre las tareas de inspección visual del inspector de soldadura va a ser tratada en términos de aquellas tareas realizadas antes, durante y después de la soldadura. – – – – – –

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INSPECCIÓN VISUAL (VT) Dado que las responsabilidades del inspector de soldadura pueden hacerse extensivas a todas las etapas de fabricación de un producto, una ayuda útil es una lista de chequeo de inspección. Este documento va a ayudar al inspector de soldadura a organizar el esfuerzo de inspección y a asegurar que cada tarea específica sea realizada. Un ejemplo de esta lista se muestra en la figura 10.1. Además, van a ser revisadas varias de las herramientas usadas por el inspector de soldadura. Mientras que el método de inspección visual se caracteriza por requerir un mínimo de herramientas, hay ciertos dispositivos que pueden ayudar al inspector de soldadura a realizar más efectiva y fácilmente sus tareas. La figura 10.2 muestra algunas de estas herramientas que pueden ser usadas por el inspector de soldadura para ayudarse en la evaluación de soldaduras y construcciones soldadas. Ha sido mencionado que la única manera en que la inspección visual pueda considerarse efectiva para evaluar la calidad de las soldaduras es cuando sea aplicada en cada

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Antes de la Soldadura Revisar la Documentación Aplicable Verificar los procedimientos de soldadura Verificar las calificaciones de cada soldador Establecer los puntos de espera Desarrollar el plan de inspección Desarrollar el plan para los registros de inspección y el mantenimiento de esos registros Desarrollar el sistema de identificación de rechazos Verificar el estado del equipo de soldadura Verificar la calidad y el estado del metal base y los materiales de aporte a ser usados Verificar los preparativos para la soldadura Verificar la presentación de la junta Verificar la limpieza de la junta Verificar precalentamiento si se requiere Durante la Soldadura Verificar que las variables de soldadura estén de acuerdo con el procedimiento de soldadura Verificar la calidad de cada pasada de soldadura Verificar la limpieza entre pasadas Verificar la temperatura entre pasadas Verificar la secuencia y ubicación de las pasadas de soldadura individuales Verificar las superficies repeladas Si se requiere, verificar los ensayos NDE durante el proceso Después de la Soldadura Verificar el aspecto final de la soldadura terminada Verificar el tamaño de la soldadura Verificar la longitud de la soldadura Verificar la precisión dimensional del componente soldado Si se requiere, verificar los ensayos NDE adicionales

Tecnología de Inspección de Soldadura Módulo 10 – Inspección Visual y Otros Métodos de NDE y Símbolos

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Si se requiere verificar el tratamiento térmico posterior a la soldadura Preparar los reportes de inspección

soldada. Dependiendo del tipo de material especificado, puede haber requerimientos especiales para su fabricación. Por ejemplo, si se especifica un acero templado y revenido, generalmente implica la necesidad de un control del calor aportado. Por eso, va a ser requerido que el inspector de soldadura monitoree la soldadura con esto en mente. Otro paso preliminar referido a los materiales a ser usados es chequear donde existan o no procedimientos de soldadura que cubran la soldadura requerida. El inspector de soldadura debe chequear si los procedimientos calificados de soldadura cubren adecuadamente los tipos de materiales a ser soldados teniendo en cuenta el o los procesos a utilizar, el tipo de metal de aporte, posición, etc. Si algún aspecto de la futura fabricación no está adecuadamente soportado por los procedimientos existentes, deben desarrollarse y calificarse nuevos procedimientos de acuerdo con el código aplicable. El inspector de soldadura también debe ser responsable por el monitoreo, ensayo, evaluación y registro de las calificaciones de los procedimientos. Una vez que todos los procedimientos apropiados de soldadura hayan sido calificados, es luego necesario revisar las certificaciones de los soldadores para asegurara que se consideren como calificados y certificados para realizar la soldadura de producción de acuerdo con los procedimientos aprobados de soldadura. Algunas de las limitaciones específicas referidas a la calificación de un soldador pueden ser los materiales a ser soldados, el proceso, la posición, la técnica, la configuración de la junta, etc. Aquellos soldadores que no tengan la calificación y certificación apropiada deben ser examinados para asegurar que son capaces de realizar soldadura de producción de acuerdo con los procedimientos aplicables. A menudo es útil para el inspector de soldadura si hay una lista de todos los soldadores para producción que muestre para que procedimientos están calificados. Más aún, algunos códigos requieren que los soldadores identifiquen permanentemente todas las soldaduras de producción que hayan realizado. En

– Figura 10.1 – Ejemplo de Lista de Verificación de Inspección de Soldadura

Figura 10.2 – Herramientas de Inspección Visual En algunos casos, las responsabilidades del inspectores de soldadura previas al comienzo de la soldadura pueden ser las más importantes. Puede decirse al menos que este aspecto del trabajo de inspección se realice satisfactoriamente, luego se podrán encontrar problemas en el proceso de fabricación. Muchas de estas tareas se aplican a la organización de la inspección que va a seguir, incluyendo la familiarización con los requerimientos de soldadura, determinando cuando las inspecciones van a ser realizadas y desarrollando sistemas para reportar y mantener la información de inspección. Una de las primeras tareas del inspector de soldadura en el comienzo de un nuevo trabajo es revisar toda la documentación referida a la soldadura que va a ser realizada. Algunos de los documentos que pueden ser revisados incluyen planos, códigos, especificaciones, procedimie ntos, etc. Estos documentos contienen información que es muy valiosa para el inspector de soldadura. En esencia, describen qué, cuándo, dónde y cómo la inspección tendrá que ser realizada. Por esto proveen las reglas de base para todas las inspecciones que sigan. Esto va a ayudar al inspector de soldadura a planear como proceder en evaluar la soldadura para asegurar que cumple con los requerimientos del trabajo. Parte de la información obtenida de la revisión de estos documentos se refiere a los materiales a ser empleados para la fabricación

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este caso, puede haber una lista que muestre el cuño de cada soldador. También puede haber un requerimiento del código referido al periodo de validez de la calificación de un soldador. En estos casos, debe mantenerse y estar disponible un listado con períodos de validez para que el inspector de soldadura pueda revisar si un soldador tiene un procedimiento en particular dentro de un período especificado de tiempo. Si no fuera así, el soldador necesita ser recalificado. Una vez que el inspector ha revisado los documentos apropiados referidos al trabajo específico de inspección, él o ella pueden establecer puntos de espera. Éstos son simplemente pasos preseleccionados en la secuencia de fabricación donde el trabajo debe pararse hasta que el inspector revise el trabajo hasta ese punto. La producción no puede continuar hasta que el inspector de soldadura haya aprobado el trabajo hasta ese punto de la operación. Esto permite que el trabajo sea aprobado paso a paso en lugar de esperar hasta que toda la estructura esté terminada. De esta manera, los problemas pueden ser localizados y corregidos sin alterar demasiado el cronograma de producción. Esto también reduce la posibilidad de que algún defecto menor que suceda durante alguna de las primeras operaciones resulte en un defecto mayor en las etapas posteriores. Otro paso preliminar importante para el inspector de soldadura es desarrollar un plan para realizar las inspecciones y registrar y mantener los resultados. A medida que vaya adquiriendo experiencia, el inspector de soldadura va a tener noción de cuán importante es esto. El inspector debe saber cuando una tarea particular de inspección debe ser realizada y de qué forma. Debe haber un plan de manera que no quede ningún aspecto importante de la fabricación sin inspeccionar. En general, el inspector puede basar este sistema en las etapas básicas del proceso de fabricación, de manera que el plan de inspección simplemente tome el cronograma de producción como guía para cuando se deba realizar una etapa particular de inspección. Una vez que la inspección haya sido realizada, debe haber sido establecido un sistema adecuado para registrar los resultados de la

inspección. Este sistema puede incluir provisiones para el tipo y contenido de los reportes, la distribución de los mismos, como así también algún método lógico de almacenarlos y mantenerlos de forma tal que alguien familiarizado con el trabajo pueda revisarlos. Básicamente, los informes y el sistema desarrollado para registrar esos informes deben ser lo más simples posible y proveer información adecuada y comprensible para todo el personal involucrado en alguna futura revisión. Otra tema relacionado consiste de la identificación y tratamiento de los rechazos. Al comienzo de cada trabajo, el inspector de soldadura debe establecer algún sistema sobre el cual una soldadura rechazada pueda ser reportada e identificada. Este sistema debe incluir y prever la forma de marcar la posición de un rechazo de manera que el personal de producción entienda la naturaleza y posición del defecto para permitirle ubicar fácilmente el problema existente y repararlo. También debe establecerse alguna convención que tenga en cuenta la manera de reportar ese rechazo de forma que todas las personas involucradas conozcan la existencia del defecto y deba ser corregido. La marca usada para indicar la presencia y ubicación del defecto debe ser de un color único de manera que sea claramente visible y descriptiva para el personal de control de calidad y de producción. Por último, el sistema debe describir como la reinspección después de la reparación va a ser iniciada y realizada. Una vez realizada, el método de reporte de los resultados debe establecerse de manera que el informe de rechazo original sea acompañado por el informe de aceptación posterior. La condición del equipo de soldadura a ser usado también va a tener un efecto sobre al calidad de la soldadura resultante. Como consecuencia de esto, el inspector de soldadura debe hacer algún intento de evaluar la performance y condición del equipamiento. Esto incluye la fuente de poder del equipo, el equipo de alimentación del alambre, los cables de masa, las pinzas o grampas, los dispositivos de almacenamiento de fundente y alambre, las mangueras del gas de protección y accesorios,

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etc. Cuando se evalúan las fuentes de poder, debe chequearse la precisión de los instrumentos utilizando un voltímetro y amperímetro, de manera que los parámetros de soldadura puedan ser determinados precisamente durante la soldadura de producción. Debido a las imprecisiones inherentes a algunos de estos instrumentos, este puede ser un paso importante para evitar problemas posteriores en la soldadura. Una vez que todas estas tareas hayan sido realizadas, es tiempo de realizar una inspección previa a la soldadura de los materiales y sus configuraciones. Uno de estos pasos es evaluar la calidad de los materiales base y de los materiales de aporte. Si existen problemas en algunos de estos ítems, seguramente van a generar problemas durante el proceso posterior de fabricación. Si no es descubierto con suficiente anticipación, un problema de materiales puede ser extremadamente costoso cuando uno considera los costos asociados con la aplicació n de etapas adicionales de fabricación. Por eso, es muy importante que estos problemas sean encontrados antes de que una gran cantidad de tiempo y materiales sean aplicados. Un ejemplo puede ser la presencia de laminación en un componente estructural. Si no es descubierto antes de ser cortado, taladrado, punching y soldado; el costo de estas operaciones generalmente no puede ser recuperado. El proveedor puede tener que reponer simplemente el componente defectuoso, y la fabricación comienza nuevamente desde el principio. La inspección de los materiales base va a variar desde una simple inspección visual de la superficie del metal base hasta una combinación de varios ensayos no destructivos para evaluar la calidad de la superficie y de la subsuperficie del material. La criticidad de la estructura o del componente va a decidir la extensión y el grado de inspección requerido. La inspección de los materiales de aporte es también muy importante. La humedad o la contaminación presente en el fundente o en la superfic ie del electrodo puede ocasionar serios problemas de calidad en la soldadura. Por ejemplo, si son requeridos electrodos de bajo hidrógeno, y no son protegidos adecuadamente de

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la atmósfera; pueden resultar problemas como fisuras bajo cordón y porosidad. Por esto, el inspector de soldadura debe estar atento de como van a ser almacenados y manipulados para prevenir la incorporación de humedad o contaminación. Después de la inspección de todos los materiales a ser usados, el próximo paso es evaluar la calidad y la precisión de las preparaciones de las juntas. En el caso de soldaduras con bisel, los ítems como el ángulo de bisel, profundidad de chaflán, dimensión del talón y radio de bisel (para biseles en J y en U) deben ser inspeccionados visualmente. Esta inspección puede requerir el uso de herramientas adicionales como reglas, cinta métrica, o calibres para medir los ángulos y radios de bisel. Ejemplos de estas herramientas de medición son mostrados en la Figura 10.3.

Figura 10.3 – Dispositivos Típicos de Medición Después que las preparaciones de las juntas hayan sido revisadas y aprobadas, el inspector de soldadura debe evaluar la presentación de la junta de soldadura. Esto es, él o ella deben revisar la alineación y la posición relativa de los dos componentes a ser soldados. Si durante esta etapa la precisión dimensional del componente o estructura no es la adecuada, es poco probable que después de soldada la situación mejore. Los ítems a ser revisados durante esta fase incluyen la abertura de raíz, la alineación angular, la alineación planar (alta-baja (high-low)), el ángulo de bisel, etc. En los casos donde sea esperada cierta distorsión, puede haber una dimensión inicial especificada con la idea de

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que la desalineación inicial vaya a ser corregida por la distorsión resultante de la soldadura. Dispositivos como aquellos usados para la evaluación de la preparación de junta pueden ser también usados durante esta parte del proceso de inspección. En algunas instancias, también puede ser de ayuda el uso de galgas o patrones especialmente hechas para revisar los aspectos dimensionales cuando la configuración es común para un trabajo particular, o la forma va a ser repetida varias veces.

Figura 10.5 – Soldadura de Filete en Junta en T con abertura La precisión de la presentación de la junta va a tener un efecto sobre las dimensiones finales de la soldadura. Además, variaciones en la presentación pueden tener una influencia directa en la calidad resultante de la soldadura. Por ejemplo, si el ángulo de bisel o la abertura de raíz es insuficiente, el soldador puede no ser capaz de fusionar adecuadamente el metal de soldadura a la superficie de bisel. Un ángulo de bisel o una abertura de raíz excesiva requieren una mayor cantidad de soldadura, lo que puede resultar en una distorsión excesiva. En el caso de una soldadura de filete, si la abertura de raíz está presente, la deposición de la soldaduras del tamaño especificado va a producir una garganta efectiva menor que la garganta teórica requerida por el diseñador. Esto es ilustrado en la figura 10.5.

Figura 10.4 – Predoblado y Presentación Previa para Permitir la Distorsión

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Figura 10.6 – Algunos Crayones Indicadores de Temperatura Típicos En un caso como este, el tamaño actual de la soldadura debe ser incrementado por la cantidad de la abertura de raíz que está presente para proveer la sección transversal necesaria. Por esto, el inspector de soldadura debe notificar cualquier abertura de raíz que está presente durante la presentación de cualquier filete de manera que las soldaduras resultantes puedan ser precisamente dimensionadas cuando se completen. Si cualquier dispositivo, o perno de fijación es usado, el inspector de soldadura debe revisarlo para asegurar que proveen la alineación adecuada y tienen la resistencia suficiente para mantener la alineación durante la operación de soldadura. Si se puntea para ayudar en la alineación, éstas deben ser inspeccionadas para asegurase que no son defectuosas. Una puntada con fisuras debe ser removida y redepositada antes de la soldadura final; en caso de que no se corrija, la fisura va a permanecer y posiblemente crezca, pudiendo producir una situación que va a requerir una mayor esfuerzo de reparación si no se descubre a tiempo. Es importante también que el inspector de soldadura revise cuidadosamente la limpieza de la zona de soldadura durante la inspección de la presentación de la junta de soldadura. La presencia de contaminantes y humedad pueden afectar significativamente la calidad de la soldadura resultante. Cosas como humedad, aceite, grasa, pintura, herrumbre, escama de laminación, galvanizado, etc. pueden introducir niveles de contaminación que no van a ser tolerados por el proceso de soldadura. El resultado de esto puede ser la presencia de poros, fisuras o falta de fusión en la soldadura terminada. Uno de los últimos aspectos que debe ser chequeado antes de comenzar a soldar es el precalentamiento, cuando sea requerido. El procedimiento de soldadura va a indicar los requerimientos para el precalentamiento, y puede estar definido por un máximo o un mínimo o ambos. El precalentamiento especificado debe ser revisado ligeramente lejos de la junta a soldar en

lugar de en la cara del bisel. En realidad, todo el metal base dentro de una distancia igual al espesor de los componentes, pero no menor a 3 pulgadas debe ser llevado a la temperatura apropiada de precalentamiento. Esta temperatura puede ser revisada usando una variedad de métodos, incluyendo crayones indicadores de temperatura, pirómetros de superficie, termocuplas o termómetros superficiales. Ejemplos de algunos crayones indicadores de temperatura son mostrados en la figura l0.6. Para continuar con el control de calidad de la soldadura de producción, el inspector de soladura también tiene que revisar muchas cosas mientras se realiza la soldadura. Como en el caso de las inspecciones realizadas antes de soldar, estos chequeos pueden con suerte detectar problemas cuando ocurren de manera que puedan ser más fácilmente corregidos. Durante esta fase del proceso de fabricación, el conocimiento del inspector en soldadura va a ser extremadamente beneficioso, dado que parte de la inspección va a involucrar la técnica de soldar como así también la calidad resultante de la soldadura. Es aceptado que no es realista pensar que el inspector de soldadura puede observar la deposición de cada una de las pasadas de soldadura. Por esto, el inspector de soldadura experimentado debe estar habilitado para elegir aquellos aspectos de la secuencia de soldadura que son considerados lo suficientemente críticos para requerir su presencia. El inspector de soldadura debe basar la inspección en el procedimiento de soldadura cuando realiza la inspección durante la soldadura. Este documento va a especificar todos aquellos aspectos importantes de la operación de soldadura, incluyendo el proceso de soldadura, materiales, la técnica específica, el precalentamiento y la temperatura entre pasadas, más alguna información adicional que describa como la soldadura de producción debe ser realizada. Por eso, el trabajo del inspector de soldadura va a consistir esencialmente de monitorear la soldadura de producción para asegura que está siendo llevada a cabo de acuerdo con el procedimiento apropiado. Esto

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también implica que cualquier problema con el procedimiento puede ser descubierto y corregido de manera que sean producidas soldaduras de calidad. Una de las partes de la inspección de soladura que ocurren durante la soldadura es la inspección visual de las pasadas de soldadura a medida que son depositadas. A esta altura, cualquier discontinuidad superficial puede ser detectada y corregida, si es necesario. También es importante destacar que cualquier irregularidad en el perfil de soldadura puede perjudicar la soldadura posterior. Un ejemplo de esto es la situación que puede ocurrir durante la soldadura de una soldadura con bisel con pasadas múltiples. Si una de las pasadas intermedias es depositada de manera que exhiba un perfil muy convexo que genere una entalla en el talón, esta configuración puede impedir que la pasada subsiguiente funda apropiadamente en ese lugar. Si es advertido por el inspector de soldadura, puede pedir que amolen esa parte para asegurar que se pueda obtener una fusión completa. Revisar la calidad en el proceso es especialmente crítico en el caso de la pasada de raíz. En la mayoría de las situaciones, esta porción de la sección transversal de la soldadura representa la condición más difícil para soldar, especialmente en el caso de una configuración con abertura de raíz. Bajo condiciones de mucho embridamiento, las tensiones de dilatación de la soldadura pueden ser suficientes para fracturar la pasada de raíz si no es lo suficientemente grande para resistir esas tensiones. El inspector de soldadura debe estar atento a esos problemas y revisar cuidadosamente la pasada de raíz antes de que se siga soldando de manera que toda irregularidad pueda ser encontrada y corregida a medida que ocurre. Otro aspecto que debe ser evaluado durante la operación de soldadura se refiere a la limpieza entre pasadas. Si el soldador falla en limpiar cuidadosamente la soldadura depositada entre pasadas, existe una gran posibilidad de que ocurran inclusiones de escoria o falta de fusión. Esto es especialmente crítico cuando se usa un proceso con fundente para protección. De todos modos, una limpieza entre pasadas cuidadosa es

todavía recomendada para aquellos procesos que usen gas de protección. Una limpieza adecuada puede ser obstaculizada cuando el cordón depositado exhiba un perfil convexo que no permita el acceso a la escoria. Como se indica arriba, puede ser necesario realizar una amolado adicional para remover un perfil objetable y facilitar una limpieza adecuada. La limpieza entre pasadas de soldadura puede ser realizada mediante cualquier método que logre resultados apropiados, incluyendo el uso de herramientas tales como piqueta, piqueta neumática, amoladoras, cepillos, cepillos de circulares. Cuando se usan algunas de estas herramientas en materiales más blandos, es importante que la acción no sea tan agresiva que la soldadura sea dañada o fisurada. También es posible que durante las operaciones de limpieza se deforme el material en tal forma que las discontinuidades existentes sean enmascaradas y permanezcan sin ser detectadas. Deben tomarse precauciones para prevenir la deformación del metal base adyacente a la soldadura. Si una soldadura requiere un tratamiento muy enérgico para remover la escoria, es muy posible que el problema real esté asociado con el proceso de soldadura o la técnica. Para aquellos procedimientos de soldadura que requieren control de temperatura entre pasadas, el inspector de soldadura necesita registrar este aspecto. Así como con el precalentamiento, la temperatura entre pasadas puede ser especificada como un máximo o un mínimo o ambos. La temperatura entre pasadas debe ser medida también sobre la superficie del metal base cerca de la zona de fusión y no sobre la junta misma. La figura 10.7 muestra un pirómetro digital que es muy efectivo para medir las temperaturas entre pasadas.

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que sea muy difícil la deposición correcta de metal de la próxima pasada. Mirando al figura 10.8(a), usted puede imaginar que va ser muy difícil depositar en una segunda pasada y obtener una fusión adecuada en la pequeña abertura que queda entre la primer pasada y la cara del bisel. Para corregir este problema, el inspector de soldadura puede pedirle al soldador que amole para abrir un poco la separación, como se muestra en la figura 10.8(b). Por supuesto, la posición apropiada de la raíz de este cordón debe haber sido fundiendo ambos componentes de la junta con un solo cordón. La figura 10.9 muestra el método correcto y el incorrecto para la colocación de las pasadas en una soldadura de filete múltipasadas. En la figura 10.9(a), la pasada inicial solamente funde a uno de los componentes y deja una pequeña separación en la raíz de la junta. La segunda pasada no puede fundir adecuadamente esta área. La figura 10.9(b) muestra el camino apropiado para colocar las dos pasadas.

Figura 10.7 – Pirómetro Digital para la Medición de Temperatura

Figura 10.8 – Ubicación de las Pasadas de Raíz Durante el proceso de soldadura, el inspector de soladura puede chequeras la posición de cada pasada de soldadura para soldadura s de pasadas múltiples. La posición inadecuada de una pasada puede hacer que la deposición de las pasadas siguientes sea más difícil o imposible. Figura 10.8 muestra un ejemplo de como la posición incorrecta de una pasada de raíz hace

Figura 10.9 – Ubicación de los Cordones Para Soldadura de Filete Multipasadas en un Junta T Además de revisar la posición de las pasadas de soldadura, el inspector de soladura también puede ser invitado a observar la secuencia y colocación de cada segmento de soldadura. Esto generalmente es una gran

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preocupación en aquellas situaciones en las que puede resultar una gran distorsión por demasiada soldadura en el área. Este secuenciado puede requerir que el soldador deposite primero las pasadas de un lado de la junta y después moverse para el lado opuesto para reducir el valor de la distorsión angular que puede resultar por soldar de un lado solamente. Figura 10.10 ilustra esta técnica en una soldadura de bisel en X. La figura 10.11 muestra como una soldadura de filete doble debe ser secuenciada para reducir la distorsión.

incluidas en la soldadura terminada. El inspector de soldadura no solamente debe asegurarse de que todas las discontinuidades sean removidas por el repelado de raíz, sino también de que la que configuración de la superficie que queda luego del amolado sea adecuada para asegurarse que la abertura es la suficiente para permitir la deposición exitosa de las pasadas adicionales. Los problemas que ocurren durante esta etapa pueden ser fácilmente corregidos en esta operación comparado con lo difícil que resulta una vez que la soldadura está terminada.

Figura 10.10 – Secuencia de Soldadura en una Soldadura con Bisel en X

Figura 10.12 – Técnica de Paso Peregrino Mientras que la mayoría de estos ítems monitoreados durante la soldadura son responsabilidad del soldador, todavía es importante que el inspector de soldadura revise para asegurar que el soldador entiende los requerimientos de la soldadura y sigue las instrucciones adecuadamente. El inspector de soldadura generalmente tiene un mejor entendimiento de la calidad total esperada de la soldadura, por eso, él o ella pueden enfocar más fácilmente los problemas e iniciar las acciones correctivas. Una vez que ha sido completada una soldadura, el inspector de soldadura debe examinar el producto terminado para asegurar que todos los pasos fueron realizados exitosamente para producir una soldadura de calidad. Si todos los pasos preliminares han sido realizados como fue requerido, la inspección post soldadura va a simplemente confirmar que la soldadura es de suficiente calidad. De todos modos, los códigos especifican los atributos requeridos de la soldadura terminada, de manera que el inspector de soldadura debe examinar visualmente para determinar si esos requerimientos han sido alcanzados. En general, la inspección visual luego de la soldadura consiste de la observación de la

Figura 10.11 – Secuencia de Soldadura en una Soldadura en Junta en T con dos Filetes En algunos casos, el método usado para reducir la distorsión es depositar cada pasada de soldadura utilizando la técnica del paso peregrino. Con este método, la dirección del avance para cada pasada individual es opuesta al sentido de avance general de la soldadura a lo largo del eje de soldadura. Por eso cada pasada de soldadura empieza adelante de la pasada previa y avanza hacia ella. Esto es ilustrado en la figura l0.12. Cuando son diseñadas soldaduras con bisel y penetración total para ser soldadas de ambos lados, debe haber algún método de repelar la soldadura de raíz del primer lado, antes de soldar desde el segundo lado. El inspector de soldadura debe inspeccionar la superficie repelada antes de que suelden desde el segundo lado. Si esto no se hace, existe la posibilidad de que las inclusiones de escoria u otras discontinuidades no sean removidas y pueden ser

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apariencia de la soldadura terminada. Este examen visual va a detectar discontinuidades superficiales en el metal base y en el metal de soldadura. Durante esta etapa de la inspección de soldadura es de especial importancia la evaluación del perfil de la soldadura. Irregularidades superficiales filosas o agudas pueden provocar fallas prematuras del componente en servicio. Estos aspectos visuales son evaluados de acuerdo con el código aplicable que va a describir el valor permisible de un cierto tipo de discontinuidad. La medición de la soldadura para determinar si su tamaño es correcto de acuerdo a la especificación del plano, está incluida en la inspección visual. Para una soldadura con bisel, usted está principalmente preocupado si el bisel de soldadura está lleno a ras con las superficies del metal base sin un sobreespesor excesivo. Cualquier socavación debe ser corregida depositando más metal de soldadura. En el caso de soldaduras de filete, la determinación del tamaño es normalmente realizada con la ayuda de galgas para soldadura de filete. Hay numerosos tipos de galgas para soldadura de filete que pueden ser usadas, incluyendo galgas y patrones que son especialmente hechas para usar en una configuración particular de soldadura de filete. También hay varios tipos de galgas para soldaduras de filete que son manufacturadas para usar en la medición de soldaduras de filete generales. Un tipo de galga de soldadura de filete consiste en series de chapas patrones metálicas que fueron mecanizadas para producir dos tipos diferentes de figura. Los patrones individuales se seleccionan en base a la soldadura de filete requerida. El inspector de soldadura solo selecciona la galga del tamaño apropiado y compara el tamaño de la soldadura existente con esa galga. Debido a que las soldaduras de filete son diseñadas con dimensiones nominales, debe haber una tolerancia real aplicada a esta medida. Dado que las medidas de galgas disponibles comercialmente están graduadas en incrementos de 1/16 de pulgada, parecería razonable medir los

tamaños de las soldaduras de filete al 1/32 de pulgada más cercano. Las condiciones que garantizan esta aproximación incluyen dificultad en posicionar correctamente la vista para mirar la galga, el hecho de que los tamaños de soldadura no pueden ser pensados en términos de la precisión de un mecanizado, la imprecisión de las galgas, las irregularidades superficiales del metal base y del metal de soldadura y la dificultad en determinar la posición exacta del pie de una soldadura de filete convexa. La figura 10.13 ilustra el tipo de galga patrón que es usada para medir una soldadura de filete; este es el tipo de galga usada en el examen práctico del CWI.

Figura 10.13 – Uso de una Galga Tipo Patrón para Filete Cuando se mide una soldadura de filete, el tamaño de la soldadura de filete es determinado por el tamaño del triángulo rectángulo isósceles más grande que pueda ser totalmente contenido dentro de la sección transversal de la soldadura. Por eso, para un perfil convexo, las dimensiones del cateto y del tamaño son las mismas. De todos modos, una soldadura de filete que muestra un perfil cóncavo va ser dimensionado basándose en la dimensión de la garganta. Por eso, el inspector de soldadura debe primero decidir que apariencia tiene el perfil de la soldadura de filete; cóncavo o convexo. Si no es fácilmente apreciable, deben medirse ambas dimensiones (el cateto y la garganta) con los patrones para asegurarse que el tamaño de la soldadura es suficiente. En el caso de soldaduras de filete con catetos desiguales, el tamaño de soldadura va a ser el del cateto menor de los dos. Como se mencionó arriba, cuando se usan galgas tipo patrones metálicos, serán usadas

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las dos formas de la galga dependiendo de donde el perfil del filete es convexo o cóncavo. Una vez que el inspector de soldadura decide que perfil está presente, él o ella eligen la forma del patrón que está especificada para esa soldadura. Si la soldadura es convexa, la forma apropiada de la galga va a medir el cateto, Igualmente, para el perfil de una soldadura de filete cóncavo, la forma apropiada de la galga va a medir la garganta existente. Sin tener en cuenta la forma del patrón, el tamaño indicado va a estar referido al tamaño requerido del triángulo teórico inscripto en la sección transversal del filete existente. El uso de este tipo de galga para soldadura de filete es mostrado en la figura 10.14 para varias configuraciones de soldaduras de filete. Cuando una soldadura ha sido medida para determinar si tiente el tamaño suficiente, el inspector luego debe evaluar su longitud para asegurar que ha sido depositado una cantidad suficiente de metal de soldadura para satisfacer los requerimientos que figuran en el plano. Esto es de especial importancia donde soldaduras de filete discontinuas hayan sido especificadas. Aquí cada segmento debe ser medido como así

también la distancia entre centros o el paso. Para soldaduras de filete continuas o soldaduras con bisel, solamente son consideradas de longitud suficiente si llenan la sección transversal de acuerdo al requerimiento a lo largo de toda la longitud del componente más pequeña a unir. Otras mediciones son requeridas para evaluar la precisión dimensional general de la construcción soldada. Esto es importante debido a que las tensiones de contracción que genera la soldadura pueden causar cambios en las dimensiones de las partes. Por ejemplo, una soldadura depositada alrededor del exterior de un agujero taladrado va a causar probablemente una distorsión en el diámetro de ese agujero, necesitando un mecanizado posterior para llevar al agujero a la medida correcta. Parte de esta evaluación visual va a ser determinar si resultó alguna distorsión luego de la soldadura. El calor localizado generado durante la soldadura puede provocar la distorsión o la desalineación de ol s componentes respecto de las otras partes del conjunto soldado. Estas mediciones van a determinar si la cantidad de distorsión presente es suficiente para rechazar el componente.

Figura 10.14 – Métodos para la Medición del Tamaño del Filete Algunas soldaduras también deben ser evaluadas usando otros métodos de ensayos no destructivos además de la inspección visual. Usted también puede realizar estos ensayos si está certificado en la técnica requerida, o puede ser realizado por un especialista en ensayos NDE. Si otra persona realiza el ensayo, usted puede ser requerido para observar esta operación. Tal vez, usted solamente esté involucrado en la revisión de los registros de los

ensayos del personal certificado y del reporte de inspección, que es creado para asegurar que los hallazgos están de acuerdo con la norma o el código aplicable. Usted también puede ser responsable por el mantenimiento de esos registros. También puede haber requerimientos referidos al tratamiento de alivio de tensiones post soldadura o a otros tratamientos térmicos que son especificados para modificar las propiedades de

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la construcción soldada que presenta soldadura sin tratamiento posterior a la soldadura. El inspector de soldadura puede ser responsable por la observación de estos tratamientos térmicos. También si, además, los tratamientos deben ser realizados de acuerdo con los requerimientos de algún código o procedimiento. Una vez que todos estos pasos de la inspección visual hayan sido completados, deben crearse informes para explicar todos los aspectos de las evaluaciones que fueron realizadas. Estos informes deben especificar distintos aspectos de la inspección como cuando fue inspeccionado, quién realizó la inspección, el criterio de aceptación aplicado y los resultados de la inspección. Como se mencionó antes, estos informes deben ser lo más simples y legibles como sea posible mientras que provean suficiente información de manera que otros puedan entender que fue hecho y que se encontró. Como ya ha sido discutido, la inspecciono visual comprende los elementos básicos de cualquier programa de control de calidad. Aunque simple, este método es capaz de encontrar la mayoría de las discontinuidades que resultan de la soldadura. De todos modos, la inspección de soldadura está limitada al descubrimiento de irregularidades superficiales. Por esto, debe ser realizada en todas las etapas del proceso de fabricación para proveer una cobertura adecuada. En general, hay ciertas responsabilidades del inspector de soldadura que deben ser realizadas antes, durante y después de la soldadura. Cuando está correctamente realizada, la inspección visual permite detectar problemas cuando ocurren, lo que posibilita reducir en gran medida los costos asociados con la corrección de estos defectos. Con este soporte en inspección visual, debemos mirar ahora la siguiente fase de la inspección de soldadura.

destructivos que pueden proveer información acerca de la performance del objeto a ensayar. La mayor desventaja de este enfoque es, como el nombre lo indica, que el objeto es destruido en el ensayo. Por esto, un número de ensayos han sido desarrollados para proveer una indicación de la aceptabilidad del objeto a ensayar sin que éste se vuelva inutilizable para el servicio. Todos éstos son conocidos como “ensayos no destructivos”, porque permiten una evaluación no destructiva del metal o del componente. Además, los ensayos destructivos de un porcentaje dado de piezas pueden ser caros y asumen que las piezas no ensayadas son de la misma calidad que las ensayadas. Los ensayos no destructivos, alcanzan indirectamente resultados aún válidos, dejando la pieza o componente sin cambios y lista para ser colocada en servicio si fuera aceptable. Como se mencionó arriba, hay numerosos ensayos no destructivos usados para evaluar los metales base a ser unidos como así también las soldaduras. Serán discutidos los métodos más comunes de ensayo, mostrando sus ventajas, limitaciones y aplicaciones. De todos modos todos estos métodos de ensayo comparten algunos elementos en común. Estos elementos esenciales son: 1. Una fuente de energía o medio de prueba 2. Una discontinuidad debe provocar un cambio o alteración de la energía de prueba. 3. Una guía o patrón para detectar este cambio. 4. Una guía o patrón que indique este cambio. 5. Una guía o patrón de observación o registro de esta indicación de manera que pueda interpretarse. Para una aplicación dada, la conveniencia de un ensayo no destructivo particular va estar dada por la consideración de cada uno de esos factores. La fuente de energía o medio de prueba debe ser conveniente para el objeto a ensayar y para la discontinuidad que se busca. Una discontinuidad debe ser capaz, si está

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS (NDT) Uno de los propósitos de un control de calidad efectivo es determinar la conveniencia de un metal base dado o soldadura para cumplir con el servicio para el cual fue construido. Una manera de juzgar esta conveniencia es someter al metal base o al metal de soldadura a ensayos

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presente, de modificar o cambiar al medio de prueba. Una vez que cambió, debe haber una manera de detecta esos cambios. Los cambios generados en el medio de prueba por la discontinuidad deben crear una indicación o una forma de registro. Por último, esta indicación debe ser observada de manera que pueda ser interpretada. A medida que es discutido cada uno de estos métodos de ensayo no destructivo, es importante entender como ellos proveen los elementos esenciales. Esto va a ayudar en la decisión de que método de ensayo no destructivo es el más conveniente para una aplicación particular. A lo largo de los años, han sido desarrollados muchos métodos de ensayos no destructivos. Cada uno de ellos tienen asociado varias ventajas y limitaciones haciéndolo más o menos apropiado para una aplicación dada. Con la cantidad de métodos de ensayo disponible, es importante elegir que método nos va a proveer de los resultados necesarios. En muchos casos pueden ser aplicados diferentes ensayos para proveer una seguridad extra sobre el componente o material. Dado que existen muchos ensayos, va a ser difícil mencionar a cada uno de ellos en el contexto de este curso. Por esto, nos vamos a concentrar en los métodos de ensayos no destructivos que son usados más comúnmente para la evaluación de los metales base y las soldaduras. Los métodos de ensayo a ser discutidos están puestos a continuación con sus abreviaturas en paréntesis.

ensayo debe ser usado para proveerle alguna información adicional sobre la calidad aparente de un material o soldadura. De esa manera, la evaluación visual puede ser luego apoyada por algún ensayo adicional. El conocimiento de la ventajas y limitaciones también va a ayudar si el especialista en ensayos no destructivos está realizando los ensayos de manera adecuada. Debido a que el inspector de soldadura puede ser llamado para observar o mantener registros del ensayo, el conocimiento puede ayudar en entender los resultados. A medida que sean discutidos cada uno de los métodos de ensayo, va a haber una descripción de la s ventajas y limitaciones, como así también de los principios operativos. El equipamiento necesario para cada ensayo también va a ser discutido, y también se va a hacer mención de algunas de las aplicaciones típicas de cada método. LÍQUIDOS PENETRANTES (PT) En términos generales, el ensayo de líquidos penetrantes revela discontinuidades superficiales mediante la afloración de un medio penetrante contra una fondo contrastante coloreado. Esto se logra mediante la aplicación de un penetrante (generalmente un líquido) sobre la superficie limpia de la pieza a ensayar. Una vez que se deja permanecer al penetrante sobre la superficie durante una cantidad de tiempo de penetración, éste va a infiltrarse adentro de cualquier abertura superficial. A continuación se remueve el exceso de penetrante y se aplica un revelador que saca al penetrante que permanece en las discontinuidades. Las indicaciones resultantes son mostradas en contraste y magnifican la presencia de la discontinuidad e manera que pueden ser interpretadas visualmente. Hay dos maneras básicas en las que pueden ser agrupados los penetrantes; específicamente, por el tipo de indicación producida, y por el método de remoción del penetrante en exceso. Las dos indicaciones del penetrante son visible y fluorescente. La marca visible (generalmente roja) produce un color rojo vívido contra un revelador blanco cuando se ve bajo luz blanca. El penetrante fluorescente

1. Líquidos penetrantes (PT) 2. Partículas magnetizables (MT) 3. Radiografías (RT) 4. Ultrasonido (UT) 5. Corrientes inducidas (ET) Si bien el inspector de soldadura no es llamado generalmente para realizar estos ensayos, es importante que él o ella tengan un entendimiento básico de estos ensayos por varias razones. Primero, el inspector de soldadura debe estar al tanto de las ventajas y limitaciones de éstos métodos. Esto lo va a asistir en decidir que

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produce una marca fluorescente verdosa contra un fondo luminoso cuando es observada bajo luz ultravioleta (negra). Debido a que el ojo humano puede percibir más fácilmente una marca fluorescente que una marca visible, puede resultar un método de ensayo más sensible el uso de un penetrante fluorescente. La segunda categoría en la que son clasificados los penetrantes se refiere al método mediante el cual el penetrante en exceso es removido de la superficie. Pueden ser removibles mediante agua, solvente o post-emulsionable. Los penetrantes removibles mediante agua contiene un emulsificador que permite al penetrante aceitoso se levantado con una baja presión del spray de agua. Los penetrantes removibles mediante solvente requieren un solvente para remover al penetrante del objeto a ensayar. Los penetrantes post-emulsionables son removidos agregando un emulsificador después del tiempo de penetración. La aplicación del emulsificador al penetrante sobre la superficie de ensayo permite que el penetrante sea removido de la misma forma del removedor a base de agua. Combinando las características de éstas dos clasificaciones, pueden producirse seis tipos diferentes de penetrantes:

El primer paso involucrado en la realización del ensayo de líquidos penetrantes es limpiar cuidadosamente la superficie del objeto a ensayar. Debido a que el ensayo de líquidos penetrantes es usado para revelar discontinuidades superficiales, este paso es extremadamente importante. Si cualquier cosa está bloqueando la abertura de cualquier discontinuidad hacia la superficie, va a impedir que el penetrante entre por esa abertura; y como consecuencia, la discontinuidad no va a ser revelada. El objeto a ensayar debe estar libre de polvo, aceite, humedad, pintura, etc. Cuando se limpian materiales blandos como cobre o aluminio debe tenerse cuidado si la superficie es limpiada mediante algún método mecánico como cepillos de alambre o arenado. Una limpieza mecánica agresiva va a tender a enmascarar o distorsionar la superficie del metal y cubrir una abertura superficial y evitar el revelado de la misma. La figura 10.15 muestra una superficie de ensayo limpia. Una vez que la superficie está bien limpia y seca, el penetrante es aplicado. En pequeñas partes esto puede lograrse sumergiendo la pieza a ensayar en el penetrante. En piezas grandes, el penetrante puede aplicarse mediante un spray o un pincel. Debe permitirse que el penetrante permanezca sobre la superficie de ensayo por un periodo de 5 a 30 minutos, y este tiempo es conocido como el tiempo de penetración. La cantidad exacta de este tiempo de penetración depende de las recomendaciones del fabricante del penetrante, de temperatura de la pieza y del tamaño de las discontinuidades en cuestión. La superficie a ensayar debe mantenerse mojada por el penetrante durante todo este tiempo de manea que el penetrante pueda fluir entre las aberturas superficiales. Figura 10.16 muestra un penetrante siendo aplicado en una superficie. El penetrante es llevado dentro de las pequeñas fisuras por una acción que se conoce como efecto capilar; este fenómeno fue discutido previamente en consideración del metal de aporte de brazing que es llevado dentro de la junta de braze. La acción capilar que provoca que los líquidos sean empujados adentro de pequeñas

1. 2. 3. 4. 5.

Visible/Removible mediante agua Visible/Removible mediante solvente Visible/Post-emulsionable Fluorescente/Removible mediante agua Fluorescente/Removible mediante solvente 6. Fluorescente/Post-emulsionable Con cualquiera de éstos tipos los pasos básicos son los mismos, excepto para los penetrantes post-emulsionables que requieren un paso adicional para aplicar el emulsificador. Por eso, con cualquiera de los métodos, hay cuatro pasos generales a seguir, haciendo a este ensayo relativamente fácil de realizar. De todos modos, es importante que cada uno de estos pasos sean realizados cuidadosamente y en la secuencia apropiada; de otra manera, los resultados del ensayo no van a ser confiables.

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ranuras. Siguiendo el tiempo de penetración prescrito, la superficie del objeto a ensayar es limpiada cuidadosamente del exceso de penetrante. Debe tenerse cuidado de limpiar la superficie lo suficiente para prevenir la presencia de un exceso de penetrante sobre la superficie que pueda enmascarar las indic aciones reales y perder así el revelado de alguna discontinuidad. De todos modos esta operación de limpieza no debe ser tan intensa que limpie el penetrante de las discontinuidades poco profundas. La figura 10.17 muestra el procedimiento apropiado para sacar el exceso de penetrante.

Figura 10.17 – Se quita el exceso de Penetrante

Figura 10.18 – Indicación Visible luego de la Aplicación del Revelador Una vez que el exceso de penetrante ha sido removido, es aplicado el revelador. Puede ser un polvo seco o un polvo suspendido en un líquido volátil que se evapore rápidamente, dejando al polvo sobre al superficie. Es importante que el revelador sea aplicado en una capa fina y uniforme. De hecho, una buena técnica es aplicar el revelador en varias capas finas, dejando pasar varios minutos entre la aplicación de cada capa para evitar el desarrollo de un recargue excesivo. Una capa fina de revelador puede marcar indicaciones muy pequeñas. La sensibilidad del ensayo de líquidos penetrantes depende del tamaño de las partículas del polvo del revelador como así también del espesor de la capa del revelador sobre la superficie de ensayo. Partículas de gran tamaño y capas gruesas de revelador van a tender a disminuir la sensibilidad del ensayo de líquidos penetrantes. El revelador absorbe al penetrante afuera de cualquier discontinuidad superficial para crear una indicación contrastante de la misma

Figura 10.15 – Superficie de Ensayo Limpia

Figura 10.16 – Penetrante sobre la Superficie de Ensayo y en la Fisura

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manera que un material absorbente seca a un líquido. Este “sangrado” agranda cualquier pequeña discontinuidad de manera que pueda ser fácilmente vista. La indicación de una discontinuidad puede ser evaluada hasta donde es considerada una condición perjudicial. Cuando se usa un penetrante visible, la evaluación es realizada bajo luz blanca mientras que con el uso de penetrante fluorescente va a requerir que la evaluación sea realizada bajo una luz ultravioleta (negra) en un área oscurecida. Figura 10.18 ilustra como la indicación visible es producida mediante el sangrado del penetrante a través de la capa de revelador. Se pueden obtener muchas ventajas por el empleo del método de ensayos de líquidos penetrantes. Primero, el uso de líquidos penetrantes no está limitado al ensayo de objetos metálicos. Cualquier material no poroso puede ser ensayado mediante este método para detectar la presencia de discontinuidades superficiales. También es conveniente para evaluar juntas soldaduras por brazing entre metales difieren, que pueden presentar problemas con otros métodos. Y puede ser aplicado a materiales no magnéticos cuando otras técnicas no son aplicables. El proceso es fácilmente transportable, especialmente los removibles mediante solvente. Para este método, hay latas de aerosol de penetrante, revelador y revelador que pueden ser llevados a cualquier lugar de ensayo. Dependiendo del tipo de sistema penetrante usado, el equipo requerido puede ser mínimo, permitiendo el uso del ensayo de líquidos penetrante sin un costo excesivo comparado con otros métodos de ensayo. Uno de las limitaciones más importantes del ensayo de líquidos penetrantes es que no detecta discontinuidades sub superficiales. También es desechado porque lleva demasiado tiempo cuando se lo compara con otros ensayos como el de partículas magnetizables. La condición superficial de la pieza a ensayar tiene un efecto significativo sobre la confiabilidad de este ensayo, de manera que la limpieza requerida para ciertos casos puede ser muy grande. También debe limpiarse la pieza a ensayar después de un el ensayo se realizó. Cuando se

ensayan superficies rugosas, irregulares que son las que generalmente se presentan como resultado de una soldadura, la presencia de indicaciones no relevantes hacen que su interpretació n sea muy difícil. El equipamiento requerido para realizar el ensayo de líquidos penetrantes es muy simple y puede consistir solamente del penetrante, el revelador, el removedor y, si es requerido, el emulsificador. Una buena fuente de luz blanca es requerida para penetrantes visibles y una buena fuente de luz ultravioleta es requiera para el tipo fluorescente. Además, el ensayo con penetrante fluorescente requiere un área oscurecida para observar la interpretación y limpieza de los resultados del ensayo. Una lupa también puede resultar útil cuando están siendo evaluadas discontinuidades muy pequeñas. Una vez que ha sido descubierta una indicación, puede ser registrada permanentemente mediante una fotografía o un esquema. La indicación también puede ser levantada de la superficie de ensayo y transferida a un reporte del ensayo usando una cinta transparente de plástico. Cuando se usa el método PT, es imperativo remover todos los materiales del ensayo incluyendo el exceso de penetrante, limpiador y revelador antes de soldar. Encender un arco sobre una superficie que contenga estos materiales no solamente afecta la calidad de la soldadura, también puede resulta en la formación de humos nocivos o peligrosos que pueden crear un riesgo para la seguridad del personal. Partículas Magnetizables (MT) Este particular método de ensayo no destructivo es principalmente usado para descubrir discontinuidades superficiales en materiales ferromagnéticos. Si bien pueden observarse discontinuidades sub superficiales muy cercanas a la superficie, son muy difíciles de interpretar, y generalmente son ignoradas. Para la detección e interpretación de discontinuidades sub superficiales son generalmente requeridas otras técnicas de NDE. De todas maneras las discontinuidades superficiale s presentes en una pieza magnetizada van a causar que el campo

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magnético aplicado cree polos en cada extremo de la discontinuidad, creando una fuerza de atracción para las partículas de hierro. Si las partículas de hierro, que son partículas magnetizables debido a que pueden magnetizarse, son arrojadas sobre la superficie, pueden ser sostenidas o acomodadas en el lugar por este campo atractivo para producir una acumulación de partículas de hierro y de esta manera una indicación visual.

dirección. Estas líneas siempre permanecen virtualmente paralelas una a la otra y nunca se cruzan entre sí. Por último, la fuerza de estas líneas de flujo (y a raíz de esto la intensidad del campo magnético resultante) es mayor cuando están totalmente contenidas adentro de un material magnético o ferroso. Aunque van a viajar a través de algunas separaciones rellenas con aire, su intensidad es reducida significantemente a medida que la longitud de la separación aumenta.

Figura 10.19 – Campo Magnético Alrededor de una Barra Magnetizada Si bien existen distintos tipos de ensayos de partículas magnetizables, todos basan su funcionamiento en el mismo principio general. Por esto, todos estos ensayos van a ser realizados mediante la creación de un campo magnético en una parte y aplicando partículas de hierro sobre la superficie a ensayar. Para entender el ensayo de partículas magnetizables es necesario tener una noción básica de magnetismo; por esto es apropiado describir algunas de sus características importantes. Para empezar esta discusión, mire la figura 10.19 que muestra un diagrama del campo magnético asociado con la barra magnética. Mirando este diagrama, hay varios principios del magnetismo que son demostrados. Primero, hay líneas magnéticas de fuerza, o líneas de flujo magnético, que tienden a viajar desde un extremo (o polo) del imán hacia el extremo opuesto (el otro polo). Estos polos son designados como polo norte y polo sur. Las líneas de flujo magnético forman lazos continuos que viajan desde un polo hacia el otro en una

Figura 10.20 – Imán con Forma de U en Contacto con un Material Ferromagnético que Contiene una Discontinuidad Figura 10.20 muestra una configuración en la cual una barra magnética similar a la barra de la figura 10.19 ha sido doblada en U, y está en contacto con un material magnético que contiene una discontinuidad. Todavía hay líneas de fuerza magnéticas viajando en lazos continuos desde un polo hacia el otro. De todos modos, ahora la pieza de acero ha sido colocada cruzada respecto de los extremos de un imán para proveer un camino magnético continuo para las líneas de fuerza. Si bien hay algunas pérdidas de flujo en las pequeñas separaciones o espacios rellenos con aire entre los extremos del imán y la pieza de acero, el campo magnético permanece relativamente fuerte debido a la continuidad del camino magnético. Consideremos ahora la discontinuidad que está presente en la barra de acero; en la vecindad de esa discontinuidad, hay campos magnéticos de signo opuesto creados en los extremos opuestos de la separación de aire presente en la discontinuidad. Estos polos de signo opuesto tienen una fuerza atractiva entre

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ellos, y si el área es rociada con partículas de hierro, estas partículas van a ser atraídas y sostenidas en el lugar de la discontinuidad. Por esto para realizar un ensayo de partículas magnetizables, debe haber algunas muestras de generación de un campo magnético en la pieza a ensayar. Una vez que la parte ha sido magnetizada, las partículas de hierro son rociadas sobre la superficie. Si las discontinuidades están presentes, estas partículas van a ser atraídas y sostenidas en el lugar para proveer una indicación visual. Los ejemplos discutidos hasta aquí han descripto imanes permanentes. No obstante, el uso de imanes permanentes para ensayos de partículas magnetizables es poco frecuente; la mayoría de los ensayos de partículas magnetizables usan un equipo electromagnético. Un electroimán se basa en el principio de que hay un campo magnético asociado con cualquier conductor eléctrico, como se muestra en al figura 10.21.

una bobina “coil shot”. Cuando pasa la electricidad a través del conductor, se crea un campo magnético.

Figura 10.22 – Magnetismo Longitudinal

Figura 10.23 – Magnetismo Circular Figura 10.21 – Campo Magnético Alrededor de un Conductor Eléctrico Cuando pasa electricidad a través de un conductor, el campo magnético que se desarrolla se orienta perpendicular a la dirección de la electricidad. Hay dos tipos básicos de campos magnéticos que son creados en los objetos a ensayar usado un electroimán, longitudinal y circular. Los tipos son denominados pro la dirección del campo magnético que es generado en la pieza. Cuando el campo magnético se orienta a lo largo del eje de la pieza, es conocido como magnetismo longitudinal. De la misma manera, cuando el campo magnético es perpendicular al eje de la pieza, es llamado magnetismo circular. Hay varias formas en las que puede crearse estos dos tipos de magnetismo en una pieza de ensayo. Figura 10.22 muestra un típico campo magnético longitudinal creado envolviendo la pieza con un conductor eléctrico arrollado. Cuando se usa una máquina de partículas magnetizables fija, esto puede conocerse como

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Figura 10.25 – Método del Prod Con magnetismo circular, las discontinuidades longitudinales van a ser reveladas mientras que aquellas discontinuidades transversales no van a ser reveladas. Aquellas que estén aproximadamente a 45° también van a ser reveladas. Un aspecto importante del campo magnético circular es que el magnetismo es totalmente contenido adentro del material ferromagnético mientras que el campo magnético longitudinal es inducido en la pieza por el conductor eléctrico que lo envuelve. Por esta razón, el campo magnético circulares generalmente considerado más potente, haciendo que el magnetismo circular sea más sensible para un nivel dado de corriente eléctrica. Cuando se trata de determinar la orientación de las discontinuidades que pueden generar una indicación, se debe empezar por determinar la dirección de la corriente eléctrica, luego considerar la dirección del campo magnético inducido y después determinar la orientación de la discontinuidad que va a dar la sensibilidad óptima. Ambos tipos de campos magnéticos pueden ser generados en una pieza o parte empleando equipamiento portátil. Un campo longitudinal resulta cuando se usa el método de “yugo”, como se muestra en la figura 10.24. Una unidad de yugo es un electroimán, y esta hecho arrollamiento de alambre conductor alrededor de

Figura 10.24 – Método del Yugo Con este campo magnético, aquellas discontinuidades que se encuentren perpendiculares a las líneas de fuerza van a ser fácilmente revelados. Aquellas que se encuentren a 45° con respecto al campo también van a ser revelados, pero si la discontinuidad se encuentra paralelo al campo magnético inducido, no va a ser revelada. El otro tipo de campo magnético es conocido como magnetismo circular. Para crear este tipo de campo magnético, la pieza a ser ensayada se vuelve el conductor eléctrico de manera que el campo magnético inducido tiende a encerrar la parte perpendicular a su eje longitudinal. En una máquina de ensayo estacionaria, esto podría ser llamado “head shot”. Esto es mostrado en la figura 10.23.

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un núcleo de un material magnético blando. La corriente que fluye a través del ala mbre induce un campo magnético que fluye a través del objeto a ensayar entre los extremos del yugo. Para producir un campo magnético circular con una unidad portátil, se usa la técnica de “prod”. El uso de este método para ensayos de soldadura es ilustrado en la figura 10.25. Puede ser usado para crear un campo magnético con corriente alterna (AC) o con corriente continua (DC). El campo creado con corriente alterna es más fuerte en la superficie del objeto a ensayar. La corriente alterna va a proveer también una mayor movilidad de las partículas en la superficie de la pieza permitiendo a las partículas moverse más libremente, lo que ayuda en la detección de discontinuidades, aún cuando la superficie de la pieza sea rugosa e irregular. La corriente continua induce campos magnéticos con mayor poder de penetración y pueden ser usados para detectar discontinuidades cerca de la superficie. Aunque estas indicaciones son muy difíciles de interpretar. Un tercer tipo de corriente eléctrica es conocida como corriente alterna rectificada de media onda y puede ser pensada como una mezcla de corriente alterna con corriente continua. Con este tipo de corriente se pueden alcanzar los beneficios de ambos tipos de corrientes. Fue destacado que el ensayo de partículas magnetizables es más sensible frente a las discontinuidades perpendiculares a las líneas de flujo magnético y que las discontinuidades paralelas a las líneas de flujo no son detectadas. Con ángulos que varían entre estos extremos, hay un área gris. En general, si el ángulo agudo formado entre el eje de la discontinuidad y las líneas de flujo magnético es mayor de 45, la discontinuidad va a formar una indicación. Con ángulos menores de 45 la discontinuidad puede no ser detectada. Por esto, para proveer una evaluació n completa de la pieza para localizar discontinuidades en todas las direcciones es necesario aplicar el campo magnético en dos direcciones perpendiculares. Las aplicaciones de la inspección por partículas magnetizables incluye la evaluación de materiales que son considerados magnéticos a la

temperatura de ensayo. Estos materiales incluyen acero, acero fundido, algunos de los aceros inoxidables (exceptuando los austeníticos) y níquel. No puede ser ensayado el aluminio, el cobre u otro material que no pueda ser magnetizado. Adecuadamente aplicado, este método puede detectar discontinuidades superficiales muy finas y va a dar indicaciones borrosas de discontinuidades sub superficiales grandes. El equipamiento usado con este método varía en tamaño, portabilidad y costo. Las unidades yugo de corriente alterna son muy portátiles y útiles para inspeccionar objetos muy grandes para ensayar de otra forma. Estos objetos pueden incluir edificios, puentes, tanques, recipientes o grandes soldaduras. Equipos no tan portátiles incluyen bobinas y prods. Ambos requieren fuentes especiales y tienen una movilidad limitada. Los equipos estacionarios generalmente incluyen mecanismos para head y coil shots. Las piezas a ser inspeccionadas en unidades estacionarias tiene que ser pequeñas y con altas velocidades de inspección o grandes y con bajas velocidades de inspección. Las unidades estacionarias incluyen equipos de desmagnetización. Las partículas de acero usadas son muy pequeñas y generalmente proveen un color vívido que contrasta con el del objeto a ensayar. Los colores comúnmente disponibles incluyen al gris, blanco, amarillo, azul y negro. Son conocidos como partículas visibles y son usados bajo una luz fuerte. Les partículas de acero también pueden obtenerse bajo luz ultravioleta y su sensibilidad es mayor. Estas partículas magnetizables son aplicadas como un polvo seco con un chorro de aire de baja velocidad, o son aplicadas sobre la pieza como una suspensión en un líquido como aceite liviano o agua. El método seco es conocido como ensayo de partículas magnetizables en seco y el otro es llamado ensayos de partículas magnetizables por vía húmeda. Ambos métodos son usados frecuentemente, pero el húmedo tiene una sensibilidad mayor y es el preferido para muchas aplicaciones de campo y de taller. Las ventajas del método de partículas magnetizables

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es que es rápido y de bajo costo. Este método puede hacerse muy portátil y puede ser muy bueno para la detección de discontinuidades superficiales. El ensayo puede hacerse a través de capas muy finas de recubrimiento. La mayor limitación es que solamente puede ser usado en materiales que sean magnetizables. Otras limitaciones son que la mayoría de las partes requieren una desmagnetización después del ensayo y que los recubrimientos gruesos pueden enmascarar discontinuidades. La desmagnetización requiere el empleo de corriente alterna, y se realiza ya sea moviendo lentamente la pieza del campo magnético o reduciendo la corriente de inducción aplicada a la pieza a cero. Es requerida para ambas aplicaciones electricidad, esto limita su portabilidad. Las superficies rugosas como aquellas que quedan como resultado de la soldadura o en fundiciones pueden hacer que la evaluación sea aún más difícil. Los resultados del ensayo de partículas magnetizables pueden ser registrados mediante esquemas, fotografías o colocando una cinta transparente sobre la indicación y luego transfiriéndola a una hoja limpia de papel.

área más clara porque el objeto absorbe más radiación y se transmite menos. La Figura 10.27 muestra el efecto de la densidad del material en la oscuridad de la película.

Figura 10.26 – Efecto del Espesor de la Pieza en la Transmisión de Radiación (Absorción)

Ensayo Radiográfico (RT) La radiografía es un método de ensayos no destructivos basado en el principio de transmisión o absorción de radiación preferencial. Las áreas de espesor reducido o menor densidad transmiten más, y en consecuencia absorben menos radiación. La radiación que pasa a través del objeto de ensayo, formará una imagen contrastante en una película que recibe la radiación. Las áreas de alta transmisión de radiación, o baja absorción, en la película revelada aparecen como áreas negras. Las áreas de baja transmisión de radiación, o alta absorción, en las películas reveladas aparecen como áreas claras. La Figura 10.26 muestra el efecto del espesor en la oscuridad de la película. El área de menor espesor del objeto de ensayo produce un área más oscura en la película debido a que se transmite más radiación a la película. El área de mayor espesor del objeto de ensayo produce el

Figura 10.27 – Efecto de la Densidad del Material en la Transmisión de Radiación (Absorción) De los materiales mostrados en la Figura 10.27, el plomo tiene la mayor densidad (11.34 g/cc), seguido en orden por el cobre (8.96 g/cc), el acero (7.87 g/cc), y el aluminio (2.70 g/cc). Con la mayor densidad (peso por unidad de volumen), el plomo absorbe la mayor parte de la radiación, y por esto produce la película más clara. La radiación de baja energía, que no sea de partículas, se da en la forma de radiación gamma o rayos X. Los rayos gamma son el resultado de la desintegración de los materiales radioactivos; las fuentes radioactivas incluyen al

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Iridio 192, Cesio 137 y Cobalto 60. Estas fuentes emiten radiació n en forma constante y deben mantenerse en un contenedor de almacenamiento protegido, conocido como “cámara gamma”, cuando no está en uso. Estos contenedores frecuentemente emplean protecciones de plomo y acero. Los rayos X fabricados artificialmente; se producen cuando los electrones, viajando a altas velocidades, chocan con la materia. La conversión de energía eléctrica en radiación X se alcanza en un tubo de vacío. Se pasa una corriente baja a través de un filamento incandescente para producir electrones. La aplicación de alto potencial (voltaje) entre el filamento y el metal de objetivo acelera los electrones a través de este potencial diferencial. La acción de un flujo de electrones que golpean contra el objetivo produce rayos X. Sólo se produce radiación cuando se aplica el voltaje a un tubo de rayos X. Usando tanto fuentes de rayos X o gamma, la pieza no continúa siendo radioactiva seguido al ensayo. Las discontinuidades por debajo de la superficie que son detectadas fácilmente por este método son las que tienen una densidad distinta al material que se está radiando. Estas incluyen huecos, inclusiones metálicas y no metálicas, y fisuras y faltas de fusión alineadas en forma favorable. Los huecos tales como porosidad, producen áreas oscuras en la película, debido a que representan una pérdida significativa de densidad del material. Las inclusiones metálicas producen áreas claras en la película si tienen mayor densidad que la del objeto de ensayo. Por ejemplo, las inclusiones de tungsteno en las soldaduras de aluminio, producidas por una técnica inapropiada de soldadura por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa, aparecen en la película como áreas muy claras, la densidad del tungsteno es de 19.3 g/cc. Las inclusiones no metálicas, tales como la escoria, producen frecuentemente áreas oscuras en la película; sin embargo, algunos electrodos contienen revestimientos que producen escoria de una densidad similar a la del metal de soldadura depositado y la escoria producida por ellos es muy difícil de encontrar e interpretar. Las

fisuras y fusiones incompletas deben estar alineadas de forma tal que la profundidad de las discontinuidades sea casi paralela al haz de radiación para que sean detectadas. Las discontinuidades superficiales también aparecerán en la película; sin embargo, no se recomienda el uso del ensayo de radiación, debido a que la inspección visual es mucho más económica. Algunas de estas discontinuidades son la socavación, excesivo sobreespesor, falta de fusión, y sobreespesor de raíz por penetración. El ensayo radiográfico es muy versátil y puede ser usado para inspeccionar todos los materiales de ingeniería.

Figura 10.28 – Indicadores de Calidad de Imagen (penetrámetros) Tipo cuña y Alambre. El equipo requerido para realizar los ensayos radiográficos comienza con una fuente de radiación; esta fuente puede ser tanto una máquina de rayos X, que requiere una alimentación eléctrica, o un isótopo radioactivo que produce radiación gamma. Los isótopos ofrecen frecuentemente facilidad para su transporte. Cualquiera de los tipos de radiación requieren películas, porta películas hermético a la luz, y se usan letras de plomo para identificar el objeto de ensayo. Debido a la alta densidad del plomo, y el espesor incrementado en forma local, estas letras forman áreas claras en la película revelada. Los Indicadores de Calidad de Imagen (ICI (IQI)), o penetrámetros (‘pennys’) se usan para verificar la resolución de sensibilidad del ensayo. Estos ICI (IQI) normalmente son de dos

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tipos; ‘cuñas’ o ‘alambre’. Ambos tipos están especificados por tipo de material; además, los de tipo cuña tendrán espesor especificado e incluyen agujeros de distinto tamaño, mientras que los alambres tendrán diámetros especificados. La sensibilidad se verifica por la habilidad de detectar una diferencia dada en densidad debido al espesor del ICI (IQI) o el diámetro del agujero, o el diámetro del alambre. La Figura 10.28 muestra ambos tipos de ICI (IQI) o penetrámetros; la Figura 10.29 muestra la ubicación de los ICI (IQI) tipo cuña en una chapa soldada previo a la radiografía.

normalmente se especifica como un 2% del espesor de la soldadura. Sin embargo, también se puede especificar una sensibilidad del 1%, pero es más difícil de obtener. Se requiere un equipo de procesamiento para revelar la película expuesta y es mejor un negatoscopio con iluminación de alta intensidad para una mejor interpretación de la película. Debido a los peligros potenciales de la exposición a la radiación para las personas, normalmente se requiere un equipo de monitoreo de la radiación. La mayor ventaja de este método de ensayo es que puede detectar discontinuidades por debajo de la superficie en todos los metales comunes de la ingeniería. Una ventaja posterior es que las películas reveladas sirven como un registro permanente excelente del ensayo, si se almacena apropiadamente lejos de un calor y luz excesivos.

Figura 10.29 – Ubicación de los ICI (IQI) Los ICI (IQI) de cuña varían en espesor y en diámetro de los agujeros dependiendo del espesor del metal que se está radiografiando. La Figura 10.30 muestra los aspectos esenciales de un ICI (IQI) #25 usado por el código ASME; en la figura se nota su espesor y la dimensión de los agujeros. Aquí el espesor del ICI (IQI) es de 0.025 in., de aquí la designación #25, para un espesor de cuña en milésimos de pulgada (un #10 tiene un espesor de 0.010, un #50 tiene 0.050 in. de espesor, etc.). Los diámetros y posiciones se especifican, y se marcan en como múltiplos del espesor individual de la cuña. El mayor agujero en una cuña #25 es 0.100 in., y se llama agujero 4T, debido a que es igual a cuatro veces el espesor de la cuña, y se ubica más cerca del número de plomo del ICI (IQI). Un agujero ‘2T’ (0.050 in.) se posiciona como el más lejano al número de plomo 25, y es igual a dos veces el espesor de la cuña. El agujero más pequeño que 4T y 2T es un agujero ‘1T’ y es exactamente igual al espesor de la cuña, 0.025 in. Dichos agujeros se usan para verificar la sensibilidad de resolución, que

Figura 10.30 – Apariencia de un ICI (IQI) de cuña

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Junto con estas ventajas hay varias desventajas. Una de ellas es el riesgo impuesto a las personas por una exposición excesiva a la radiación. Se requieren muchas horas de entrenamiento en seguridad sobre radiación para garantizar la seguridad tanto del personal que realiza el ensayo radiográfico como de otro personal en la vecindad del ensayo. Por esta razón, el ensayo se debe realizar sólo después que se evacuó el área de ensayo, que puede presentar problemas de cronograma. Los equipos de ensayos radiográficos pueden ser muy caros y los períodos de entrenamiento requeridos para lograr operadores e intérpretes competentes son algo largos. La interpretación de películas debe realizarse por aquellos certificados actualmente como mínimo con Nivel II por SNT TC-1A de ASNT. Otra limitación de este método de ensayo es la necesidad de tener acceso a ambos lados del objeto de ensayo (un lado para la fuente y el opuesto para la película), que se muestra en la Figura 10.31.

puede obtener radiografías de estas geometrías más complicadas e interpretarlas con alto grado de precisión. ENSAYO POR ULTRASONIDO (UT) El ensayo por ultrasonido (UT) es un método de inspección que usa ondas sonoras de alta frecuencia, por encima del rango audible por el ser humano, para medir propiedades geométricas y físicas en los materiales. Las ondas sonoras viajan a distintas velocidades en los distintos materiales. Sin embargo, la velocidad de propagación del sonido en un material dado, es un valor constante para ese material. Hay varias formas en las que el sonido viaja a través de un material, pero esta distinción no es de importancia para una discusión a este nivel. Un tipo de onda sonora, llamada longitudinal, viaja a 340 m/s (1100 pies por segundo) en el aire, alrededor de 5790 metros por segundo (19000 ft/s) en acero y alrededor de 6100 metros por segundo (20000 ft/s) en aluminio. Los ensayo por ultrasonido usan energía eléctrica en la forma de voltaje aplicado, y este voltaje se convierte por un transductor en energía mecánica y en la forma de ondas sonoras. El transductor realiza esta conversión de energía debido al fenómeno conocido como efecto “piezoeléctrico”. Esto ocurre con distintos materiales, tanto los que ocurren naturalmente como los realizados artificialmente; cuarzo y titanato bario son ejemplos de materiales piezoeléctricos de cada tipo. Un material piezoeléctrico producirá un cambio mecánico en la dimensión cuando se excita con un pulso eléctrico. De igual forma, este mismo material producirá un pulso eléctrico cuando se actúa sobre él en forma mecánica. Un ejemplo de uso común de los materiales piezoeléctricos se encuentra en los encendedores electrónicos usados para encender balizas a gas, hornallas de gas, encendedores de cigarrillos, etc. En estos casos el cristal piezoeléctrico es comprimido y liberado rápidamente, generando una chispa eléctrica que salta en una abertura para encender el gas. Para realizar el ensayo por ultrasonido, se fija el transductor a una unidad base

Figura 10.31 – Orientación de la Fuente de Radiación, Chapa de Ensayo y Película Radiográfica Otra desventaja del ensayo radiográfico es que puede no detectar las fallas que están consideradas como más críticas (e.g. fisuras y falta de fusión) salvo que la fuente de radiación esté orientada preferentemente con respecto a la dirección de la discontinuidad. Además, las configuraciones de algunos objetos de ensayo (e.g. soldadura de componentes secundarios o de filete) pueden hacer tanto la realización como la interpretación del ensayo más difíciles. Sin embargo, el personal de ensayo con experiencia

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electrónica. Siguiendo una secuencia de arranque y procedimiento de calibración, la unidad base actúa como un dispositivo de medición electrónico. Esta máquina generará pulsos electrónicos precisos que son transmitidos por un cable coaxial hasta el transductor que fue colocado en contacto acústico con el objeto de ensayo. Los pulsos son de muy breve duración y alta frecuencia (típicamente 1 a 10 millones de Hz, o ciclos por segundo). Este sonido de alta frecuencia tiene la capacidad de ser dirigido con precisión, similarmente a la luz de un flash. Cuando se excita por pulsos electrónicos, el transductor responde con una vibración mecánica, y crea una onda sonora que se transmite a través del objeto de ensayo a la velocidad que sea típica del material. Se puede escuchar un fenómeno similar cuando un metal es golpeado con un martillo para dar un sonido. Este sonido es una onda sonora (menor frecuencia) que viaja a través del metal. Usted puede haber tenido experiencia de un caso donde se encuentra una pieza de metal defectuosa debido a un sonido “sordo” que se escucha cuando es golpeado. La onda sonora generada continuará viajando a través del metal a una velocidad dada y retornará al transductor cuando encuentre algún reflector, tal como un cambio de densidad, y sea reflejado. Si este reflector está orientado apropiadamente, rebotará el sonido de retorno hacia el transductor a la misma velocidad y contactará al transductor. Cuando es impactado por dicha onda sonora que retorna, el cristal piezoeléctrico convertirá esta energía sonora nuevamente en pulsos electrónicos que son amplificados y pueden ser mostrados por el tubo de rayos catódicos [TCR (CRT)] como una indicación visual a ser interpretada por el operador. Usando los bloques de calibración que tienen una densidad, dimensiones, y perfil especificados, la unidad de ultrasonido puede ser calibrada para medir el tiempo que toma al sonido la trayectoria del viaje, y convertir dicho tiempo en dimensión de la pieza. Por esto el equipo de ultra sonido permite al operador medir cuanto lleva al sonido viajar a través de un material hasta un reflector, y retornar hacia el transductor, del

que puede generarse la información sobre la dimensión como la distancia del reflector debajo de la superficie, y su tamaño. La Figura 10.32 ilustra la secuencia típica de calibración, en una cuña de acero escalonada para un transductor de haz longitudinal usado para determinar espesores. El transductor se ubica en los distintos espesores conocidos del bloque de calibración y se ajusta el instrumento para dar la representación correspondiente en la pantalla. Una vez que se termina la operación, el operador puede leer la dimensión de la pieza de ensayo directamente de la pantalla notando cuando la indicación crece en forma vertical a lo largo del eje horizontal. Con transductores únicos pueden hacerse mediciones muy precisas usando el método “eco a eco” más que el crecimiento desde la línea horizontal. Esta técnica toma la dimensión entre distintos ecos, y promedia la información para una medición de espesor.

Figura 10.32 – Secuencia de Calibración para Transductor de Haz Longitudinal. En general, la representación en la pantalla provee al operador con dos tipos de información. Primero, las indicaciones aparecerán en varias ubicaciones a lo largo del eje horizontal de la pantalla. (Siempre habrá una indicación, llamada ‘indicación del eco de la interfase eco inicial, que se ubicará cerca del lado izquierdo de la pantalla.) Cuando el sonido entra a una pieza y rebota desde un reflector volviendo al transductor, su retorno es indicado por una señal que crece

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verticalmente de la línea horizontal. En segundo lugar la altura de la señal puede medirse y da una medida relativa de la cantidad de sonido reflejado. Una vez que se calibró el instrumento, la ubicación de la indicación del reflector en el eje horizontal puede ser relacionada con la distancia física que ha viajado el sonido en la pieza para llegar al reflector. La altura de esa señal en la pantalla es una indicación relativa del tamaño del reflector. Usando dicha información, el operador experimentado puede determinar frecuentemente La naturaleza y tamaño del reflector y relacionarlo con un código o especificación para aceptabilidad o rechazo.

transductor de haz longitudinal se fija a una cuña de plástico que provee el ángulo necesario. La Figura 10.34 muestra como se propaga el sonido a través del material cuando se usa un haz en ángulo.

Figura 10.34 – Propagación de Un Haz en Angulo Hay dos tipos de ensayos ultrasónicos, de contacto e inmersión. En el ensayo por contacto, el transductor es ubicado contra la superficie de la pieza. Debido a que el sonido de alta frecuencia no se transmite fácilmente a través del aire, se coloca un líquido entre la pieza a ensayar y el transductor para mejorar el contacto. El líquido se conoce como ‘medio acoplante’. En el ensayo por inmersión, la pieza a ser evaluada se ubica bajo el agua y se transmite el sonido desde el transductor y hacia la pieza a través del agua. El ensayo de contacto tiene la ventaja de ser portátil, mientras que el de inmersión es más conveniente para el ensayo de producción de piezas pequeñas o de formas irregulares. Las aplicaciones del ensayo por ultrasonido incluyen tanto la detección de discontinuidades superficiales o subsuperficiales. Este método es más sensible para discontinuidades planares, especialmente aquellas que están orientadas en forma perpendicular al haz sonoro. Por este método se pueden detectar laminaciones, fisuras, falta de fusión, inclusiones y agujeros. A la vez que determina si un metal es sano, pueden realizarse también mediciones de espesor. El equipo requerido para ensayo por ultrasonido incluye un instrumento electrónico tanto con un TRC o una display. Usando un instrumento con TCR, un operador de ultrasonido puede determinar ubicación, tamaño y tipo de muchas discontinuidades. Los instrumentos con displays normalmente están limitados a

Figura 10.33 – Reflexión del Sonido desde una Discontinuidad Hay dos tipos de transductores de ultrasonidos básicos: (1) ondas longitudinales, o transductores de haz recto se usan para determinar la profundidad de una discontinuidad debajo de la superficie del material. Estos transductores transmiten el haz dentro de la pieza en forma perpendicular a la superficie de la pieza, como se muestra en la Figura 10.33. (2) Ondas Transversales {shear}, o transductores con haz en ángulo se usan en forma extensiva para la evaluación de soldadura debido a que envían el haz dentro de la pieza en ángulo, permitiendo que el ensayo se realice sin remover el sobreespesor áspero de la soldadura. Muy frecuentemente el

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mediciones dimensionales. Sin embargo, cuando se miden materiales corroídos para determinar espesor de pared, es mejor usar un instrumento con salida de scope osciloscopio para una mayor precisión. Para el ensayo por ultrasonido también es necesario que el transductor esté bien acoplado. Se dispone de una amplia gama de tamaños y estilos de transductores. Muchos transductores están montados en cuñas de plexiglás que permiten a la cuña entrar en el objeto de ensayo con distintos ángulos para el ensayo con ondas transversales. Como medios acoplantes se usan muchos materiales diferentes; algunos de los medios acoplantes comúnmente usados son aceite, grasa, glicerina, agua, y polvo de celulosa o soluciones salinas en agua. El último requerimiento del equipamiento son los patrones. Para medición de espesor de material, los patrones de calibración deben ser del mismo material que el objeto de ensayo y debe tener dimensiones conocidas y precisas. Para la detección de discontinuidades, los bloques de calibración deben alcanzar los requerimientos anteriores además de contener ciertas discontinuidades mecanizadas, tales como agujeros mecanizados, desde un lateral, un agujero con fondo plano, o una ranura. La ubicación y tamaño de esa discontinuidad debe ser conocida y precisa. Las señales de las discontinuidades en la pieza de ensayo son comparadas con las señales de la discontinuidad del bloque de calibración para determinar su aceptabilidad. Para un haz en ángulo usado en el ensayo de soldadura el bloque de calibración es el Bloque IIW que provee una verificación del punto de salida del haz y el ángulo de la onda transversal. Como se notó el bloque de calibración debe ser del mismo material; cuando esto no sea posible, puede sustituirse con otro material y se desarrolla una curva de corrección, basada en la diferencia de la velocidad del sonido de los dos materiale s para corregir la información real. Uno de los principales beneficios del ensayo por ultrasonido es que se considera como un ensayo verdaderamente volumétrico. Esto es, que es capaz de determinar no sólo la ubicación

en longitud y lateral, sino que tambié n provee al operador con una determinación de la profundidad de la discontinuidad debajo de la superficie. Otra mayor ventaja de ensayo por ultrasonido es que sólo requiere acceso de un solo lado del material a ser ensayado. Esta es una gran ventaja en la inspección de recipientes, tanques, y sistemas de cañerías. Otra ventaja importante es que el ensayo por ultrasonido detecta de mejor manera aquellas discontinuidades planares críticas tales como fisuras y falta de fusión. El ensayo por ultrasonido es más sensible a discontinuidades que están perpendiculares al haz de sonido. Debido a que se pueden alcanzar distintos ángulos de haz con cuñas de plexiglas, el ensayo por ultrasonido puede detectar laminaciones, falta de fusión y fisuras que están orientadas de manera tal que no podría hacerse con ensayo radiográfico. El ensayo por ultrasonido tiene capacidad de penetración profunda, hasta 200 pulgadas en acero, y puede ser muy preciso. Los equipos de ensayo por ultrasonido modernos tienen un peso muy bajo y frecuentemente la batería como fuente lo hace muy portátil. Las máquinas más nuevas tienen posibilidad de almacenar datos dentro de las unidades, que se pueden llevar con la mano y sólo pesa uno o dos libras. La mayor limitación de este método de ensayo es que requiere operadores altamente capacitados y experimentados debido a que la interpretación puede ser dificultosa. También, la superficie del objeto de ensayo debe estar totalmente suave, y se requiere medio acoplante para el ensayo de contacto. Se requie ren normas de referencia, y este método de inspección de soldadura generalmente se limita a soldaduras a tope en materiales que tienen un espesor mayor a ¼ in.

Ensayo de Corrientes de Inducidas de Foucault. (ET) Cuando una espira que lleva AC cerca de una probeta de metal, las corrientes de inducidas se inducen en el metal por inducción electromagnética. La magnitud de las corrientes

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parásitas inducidas depende de muchos factores, y la espira de ensayo es afectada por la magnitud y dirección de esas corrientes inducidas por las corrientes inducidas. Cuando se calibra la espira con patrones conocidos, el método de corrientes de inducidas puede ser usado para caracterizar muchas condiciones de objetos de ensayo. La Figura 10.35 es una presentación esquemática de las corrientes de inducidas en el objeto de ensayo cuando se ubica la espira de ensayo cerca de la superficie.

El equipo requerido para ensayo de corrientes inducidas incluye un instrumento electrónico tanto con una pantalla métrica o TRC, y una bobina de sonda que consiste en una o más vueltas de arrollamiento. La bobina de ensayo puede ser un tipo de sonda para evaluar una superficie, una bobina cilíndrica que rodea una pieza circular o tubular, o una bobina de un diámetro interior que es pasada dentro del tubo o agujero. Los patrones de calibración dependen de la información deseada. La medición de espesor requiere patrones de calibración del mismo material con historias de tratamientos térmicos conocidas. La Figura 10.36 ilustra algunas pantallas de TRC típicas para distintos tipos de evaluaciones de corrientes inducidas, incluyendo búsqueda de metal por conductividad, pérdida de espesor por corrosión, detección de discontinuidad, y determinación del espesor del recubrimiento. Una de las mayores ventajas del ensayo de corrientes inducidas es que puede ser automatizado fácilmente. La sonda no necesita tocar el objeto de ensayo, no se requiere medio acoplante y el método es conveniente, todo lo cual hace la inspección en la “línea de montaje” relativamente fácil. Debido a que el ensayo no requiere que la sonda contacte la pieza, se facilita la inspección de piezas calientes. Finalmente, los ensayos de corrientes inducidas pueden ser usadas para la inspección de cualquier material conductivo para la corriente, sea magnético o no. La mayor limitación del ensayo de corrientes inducidas es la alta habilidad requerida en los operadores para calibrar el equipo e interpretar los resultados. Está limitado al ensayo de materiales conductivos eléctricamente y su máxima penetración es baja (típicamente 3/16 pulgadas o menos). Los patrones requeridos para los ensayos de corrientes inducidas pueden ser bastante elaborados y numerosos. La suciedad o contaminación superficial que es magnética o eléctricamente conductiva puede afectar el resultado del ensayo y deben ser quitados. Y, cualquier ensayo de materiales magnéticos puede requerir sondas y técnicas especiales.

Figura 10.35 – Corrientes Parásitas Inducidas en el Objeto de Ensayo El ensayo de corrientes de inducidas es un método de ensayo altamente versátil. Puede ser usado para medir espesores de secciones de poco espesor, conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, dureza y condición de tratamiento térmico de los objetos de ensayo. Este método de ensayo también puede ser usado para buscar metales no similares y medir espesor de revestimientos no conductivos en objetos de ensayo conductivos eléctricamente. Además, este método puede ser usado para detectar fisuras, pliegues y grietas, agujeros e inclusiones cerca de la superficie del objeto de ensayo.

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Figura 10.36 – Pantallas de TRC Típicas para Ensayo de Corrientes Inducidas SIMBOLOS DE NDE De la misma manera que los símbolos de soldadura sirven para especificar exactamente como deben realizarse las soldaduras, los símbolos de NDE proveen información similar para nuestro trabajo de inspección y trabajo de ensayo. Una vez unido, normalmente será necesario inspeccionar dichas soldaduras para determinar si fueron satisfechos los requerimientos de calidad aplicables. Cuando se requiere, pueden especificarse los ensayos a través de símbolos de ensayos no destructivos que se construyen de manera muy similar a los símbolos de soldadura descritos antes. La Figura

Figura 10.37 – Ubicación Estándar de los Elementos La principal aplicación del ensayo de corrientes inducidas es la evaluació n de cañerías tales como las encontradas en intercambiadores de calor. Pasando una bobina para el ensayo por un diámetro interno a través del interior del tubo, se puede obtener gran cantidad de información sobre corrosión, fisuras, picaduras, etc.

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Figura 10.39 – Ensayo No Destructivo del Otro Lado

10.37 muestra la disposición general de los elementos básicos de los ensayos no destructivos. Como el caso de la simbología de soldadura, la información debajo de la línea de referencia se refiere a la operación de ensayo realizada en la junta del lado de la flecha, y la información arriba de la línea describe el tratamiento al otro lado. En vez de la simbología de soldadura, hay símbolos básicos de ensayos NDE que son designaciones con letras para los distintos procesos de ensayo. Estos se muestran abajo:

Figura 10.40 – Ensayo No Destructivo de Ambos Lados

Tipo de Ensayo Símbolo Emisión Acústica AET Corrientes Inducidas ET Pérdida LT Partículas Magnetizables MT Radiografía Neutrónica NRT Líquidos Penetrantes PT Prueba de Servicio PRT Radiografía RT Ultrasonido UT Visual VT

Figura 10.41 – Ensayo No Destructivo donde el Lado no es Significativo

A. Se muestra la Longitud

Las Figuras 10.38, 10.39, y 10.40 muestran los símbolos de ensayo aplicados al lado de la flecha, al otro lado, y ambos lados, respectivamente. Si no es significativo que lado debe ser ensayado, el símbolo de ensayo puede estar centrado en la línea de referencia, como se muestra en la Figura 10.41. También hay una convención para describir el alcance de los ensayos requeridos. Un número a la derecha del símbolo de ensayo se refiere a la longitud de la soldadura a ser ensayada, como se muestra en la Figura 10.42.

B. Se muestra la Ubicación Figura 10.42 – Denominaciones para la Longitud y Ubicación de la Soldadura a ser Ensayada. Si no existe una dimensión a la derecha del simbología de ensayo, esto implica que debe ensayarse la longitud total de la junta, lo que es similar a la convención de símbolos de soldadura. Otras formas de describir la extensión del alcance son especificar el porcentaje de la longitud de soldadura, o el número de piezas a ensayar. La Figura 10.43 ilustra la aplicación del porcentaje para describir un ensayo parcial, y la Figura 10.44 muestra como especificar el número de ensayos a realizar, entre paréntesis. Si se realizará el ensayo será realizado todo alrededor de la junta, puede aplicarse el símbolo de ensayo todo alrededor como se muestra en la Figura 10.45.

Figura 10.38 – Ensayo No Destructivo del Lado de la Flecha

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Figura 10.46 – Símbolos que Muestran la Orientación de la Radiación.

En el caso de ensayo radiográfico o radiográfico neutrónico, puede ser útil describir la ubicación de la fuente de radiación para optimizar la información recibida de estos ensayos. Si se desea, puede simbolizarse la orientación de la fuente de radiación como se ilustra en la Figura 10.46.

Figura 10.43 – Denominaciones para el porcentaje de la Soldadura a ser Ensayado.

Figura 10.47 – Combinación de Símbología de Soldadura y de Ensayo.

Figura 10.44 – Denominación del Número de Ensayos a ser Realizados

Esta simbología de ensayo también puede combinarse con la simbología de soldadura como se muestra en la Figura 10.47. Figura 10.45 – Uso del Símbolo de Ensayo Todo Alrededor

RESUMEN Hay numerosos métodos de ensayos no destructivos disponibles, debido a que no se considera que ningún ensayo por si solo suministrará una evaluación completa de las propiedades del material, ni podrá determinar si un material es sano. Como inspector de soldadura, puede que necesite determinar que ensayo es más adecuado para una aplicación particular. En consecuencia, el inspector debe entender como se realizan los distintos ensayos, pero es más importante, que sea capaz de decidir que ensayo puede ser más adecuado para proveer la información necesaria para complementar la inspección visual. Como inspector de soldadura certificado por AWS, es posible que su trabajo sea observar las inspecciones realizadas por el personal calificado y que se preparen y mantengan los registros apropiados. Mientras que se pueden

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especificar otros ensayos no destructivos, el requerimiento de inspección visual debe ser automático, y se debe completar antes que cualquier método de ensayo. También, el inspector de soldadura emplea gran cantidad de tiempo comunicándose con otras personas involucradas en la fabricación de las distintas estructuras y componentes soldados. El uso de los símbología de ensayos y

soldadura adecuados es una parte importante de ese proceso de comunicación, porque esa es la ‘taquigrafía’ usada para llevar la información desde el diseñador hasta aquellos involucrados con la inspección de aquel producto. Entonces, se puede esperar del inspector de soldadura que entienda las distintas características de esos símbolos de manera que se puedan determinar los requerimientos de soldadura e inspección.

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PALABRAS CLAVE Y DEFINICIONES

permanecer en las superficies de ensayo para permitir que comiencen a fluir dentro de las discontinuidades superficiales. corrientes inducidas de Faucault – corrientes pequeñas inducidas en los materiales conductivos causadas por la proximidad de una bobina que transporta corriente.

paso peregrino?????? – en soldadura, una técnica donde la dirección de la trayectoria para pasadas individuales es opuesta a aquellas de la dirección general de la progresión de la soldadura a lo largo del eje de la soldadura.

exceso de tinta penetrante - en el ensayo de líquidos penetrantes, la tinta penetrante que permanece en la superficie luego que una parte de esta fluyó dentro de las discontinuidades por la acción capilar.

bleedout???? – en el ensayo de líquidos penetrantes, la acción de ‘wicking’ del revelador para llevar a la tinta penetrante fuera de la discontinuidad a la superficie de la pieza que se está ensayando; la indicación causada por la tinta penetrante luego de la aplicación del revelador.

ferromagnético – se refiere a los metales ferrosos, con base de hierro, que pueden ser magnetizados.

acción capilar – el efecto de la tensión superficial de los líquidos que causa que sean llevados dentro de separaciones pequeñas.

falla – en END (NDT), un sinónimo de discontinuidad. Una falla puede ser evaluada por un código para determinar su aceptación o rechazo.

medio acoplante – en ensayo por ultrasonido, el líquido aplicado al objeto de ensayo para mejorar el contacto del transductor

fluorescencia – una propiedad de una sustancia de producir luz cuando sobre ella actúa una energía radiante, tal como luz ultravioleta.

CRT (TRC) – Tubo de Rayos Catódicos; un osciloscopio usado para mostrar las señales eléctricas.

fundente – en magnetismo, el término que se refiere al campo o fuerza magnética.

densidad – en los metales, la densidad se refiere al peso por unidad de volumen, tales como gramos por centímetro cúbico o libras por pie cuadrado. En el ensayo radiográfico, la densidad se refiere a la oscuridad de la película; una película de baja densidad es clara y una película de alta densidad es oscura.

galvanizado – agregado de un revestimiento fino de zinc a las superficies de aceros al carbono o de baja aleación para protección contra la corrosión. rayos gamma – la radiación emitida de un isótopo radioactivo tal como el Iridio 192. hertz – en ingeniería, el término que expresa los ciclos por segundo.

revelador – en el ensayo de líquidos penetrantes, el polvo seco o solución de partículas absorbentes finas que serán aplicadas a la superficie, normalmente por rociado, para absorber la tinta penetrante contenida dentro de una discontinuidad y magnifican su presencia.

puntos de espera – pasos preseleccionados en el proceso de fabricación donde se debe detener el trabajo para permitir la inspección. ICI (IQI) –Indicadores de Calidad de Imagen, dispositivos usados para determine la sensibilidad de resolución del ensayo de RT; llamado también penetrámetro.

tiempo de condensación ¿???? – en el ensayo de líquidos penetrantes. el tiempo que se le permite a la tinta penetrante

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