TERMINOS DE SOLDADURA
Procedimientos de soldadura y calificacin de soldadores
Uno de los pasos preliminares mas importantes en la secuencia de
fabricacin de elementos soldados, es la calificacin de los
procedimientos de soldadura y la calificacin de soldadores; si
estos no son realizados, podra resultar en un excesivo porcentaje
de rechazo de soldaduras, debido a la deficiencia en la tcnica,
eleccin de materiales o procesos y falta de habilidad de los
soldadores u operadores de soldadura.
Durante la realizacin de estas pruebas de calificacin, el
inspector de soldadura se podr ver involucrado, algunos
procedimientos internos de ciertas compaas determinan en que grado
el inspector se involucrara en este proceso. Algunos cdigos
requieren que el inspector atestige la realizacin de las pruebas de
calificacin y las pruebas mecnicas o qumicas requeridas.
Especificacin de procedimiento de soldadura (WPS)
El propsito de una especificacin de procedimiento de soldadura
(WPS), es el de definir y documentar a detalle las variables
involucradas en la aplicacin de soldadura de cierto material base,
para cumplir con este propsito, el WPS deber ser tan conciso y
claro como sea posible.
El primer paso en la calificacin del proceso es el desarrollo
del procedimiento de soldadura y su ejecucin dentro de la
calificacin del procedimiento. La calificacin se debe de realizar
antes de la calificacin de los soldadores y la aplicacin de
soldadura porque esta determinara si la tcnica actual y los
materiales son compatibles. Por lo general la calificacin del
procedimiento es realizada para demostrar la compatibilidad de:
Metal(es) base
Metal(es) de aporte
Proceso(s)
Tcnicas
Los cdigos de fabricacin y otras normas, generalmente requieren
que el fabricante prepare y califique sus WPS, estos debern
enlistar todas las variables de soldadura, tales como la geometra
de la unin, posiciones, procesos de soldadura, metal (es) base y
metales de aporte, etc.
Todo WPS deber tener un numero especifico de referencia y deber
ser firmado de aprobacin, por un representante autorizado del
fabricante antes de su liberacin para fabricacin. A continuacin se
enlistan las variables que pueden ser contenidas en un WPS, no
necesariamente todas aplican y puede que para un cdigo alguna
variable sea importante y para otro no, es recomendable que para el
desarrollo de un WPS se consulte el cdigo o norma aplicable.
Metal Base
El o los metales base debern ser especificados, referenciandolos
a un cdigo o especificacin aplicable o proporcionando su composicin
qumica y propiedades mecnicas. Si es requerido un tratamiento
especial del metal base antes de ser soldado, deber ser indicado,
por lo tanto el fabricante deber identificar el metal base, su
condicin y espesor.
Proceso(s) de Soldadura
Los procesos de soldadura a ser utilizados y tipo de operacin
debern ser claramente definidos (SMAW, GMAW, SAW, etc. Tipo
automtico, semiautomtico, manual).
Metales de Aporte
La especificacin y clasificacin de los metales de aporte, debern
ser siempre especificados para asegurar su uso adecuado, adems de
los dimetros del metal de aporte a ser utilizados.
Tipo y rango de corriente
Si la soldadura involucra la utilizacin de corriente elctrica,
se debern de especificar el tipo de corriente; algunos electrodos
para el proceso SMAW operan con corriente directa (CD) y corriente
alterna (CA), si se utiliza corriente directa, la polaridad del
electrodo deber ser claramente definida, adems el rango de
corriente para cada dimetro del electrodo deber ser
especificado.
Voltaje del arco y velocidad de viaje
En la mayora de los procesos por arco, es comn enlistar los
rangos de voltaje utilizados; en procesos semiautomticos y
automticos, los rangos de velocidad de viaje o aplicacin son
mandatorios, en algunos aceros donde la entrada de calor tiene sus
limitaciones, es necesario definir los rangos de velocidad
permisibles.
Diseo de la unin
Los detalles de la unin debern ser indicados claramente, as como
la secuencia de soldeo; esto se puede hacer por medio de un
croquis, mostrando en un corte transversal, el espesor del metal
base y los detalles de la unin, se debern especificar las
tolerancias en cuanto a abertura de raz, hombro, ngulo del bisel,
etc.
Preparacin de la unin y la superficie
Los mtodos que pueden ser utilizados para preparar las caras de
la unin y el grado de limpieza superficial requerido, debern ser
definidos en el WPS.
Posiciones de soldadura
Una especificacin de procedimiento deber siempre designar las
posiciones en las cuales la soldadura puede ser aplicada.
Temperatura de precalentamiento y entre pasos
Si la temperatura de precalentamiento y entre pasos es factor en
la produccin de soldaduras sanas o influyen en las propiedades de
la unin de soldadura, los limites mnimos y mximos se debern de
especificar.
Entrada de calor
La entrada de calor es de gran importancia durante la aplicacin
de soldadura en aceros tratados trmicamente, aleaciones ferrosas y
no ferrosas. Si la entrada de calor puede influir en las
propiedades finales de la soldadura, los detalles para su control
se debern de especificar en el WPS.
Saneo de la raz
Cuando una unin debe ser soldada por ambos lados, los mtodos a
utilizar para preparar el lado posterior de la unin se deben de
especificar, estos mtodos pueden ser: con arco aire o esmerilado
con disco abrasivo hasta encontrar metal sano, adems si la
inspeccin del lado posterior requiere de otra inspeccin adicional a
la visual, se deber de establecer en el WPS.
Tratamiento trmico pos soldadura
Cuando las uniones soldadas requieran de un tratamiento trmico
despus de la aplicacin de la soldadura, con el fin de desarrollar
estabilidad dimensional u otras propiedades, dicho tratamiento se
deber de especificar en el WPS.
Registro de calificacin de procedimiento (PQR)
El propsito de la calificacin de procedimiento, es el de
demostrar por medio de la preparacin y pruebas de los especmenes,
que soldados de acuerdo con el WPS producirn soldaduras sanas y de
propiedades adecuadas a la unin.
Las pruebas son seleccionadas para proporcionar la informacin
suficiente en cuanto a la resistencia, ductilidad, tenacidad y
otras propiedades de la unin; el tipo y numero de pruebas
requeridas son establecidas en los cdigos de fabricacin.
Es responsabilidad del ingeniero de soldadura e inspector, el de
revisar y evaluar los resultados de las pruebas de calificacin,
estas actividades se debern de completar antes de iniciar la
produccin, para asegurar que la combinacin seleccionada de
materiales base y metales de aporte tiene la capacidad de alcanzar
los resultados deseados.
Los pasos bsicos para la calificacin de un procedimiento de
soldadura son los siguientes:
Prepare un WPS preliminar
Prepare y suelde un cupn de soldadura utilizando el WPS
preliminar y registre todos los parmetros utilizados
Conduzca las pruebas no destructivas y destructivas
requeridas
Evale los resultados
Documente los resultados en el PQR
Edite el WPS aprobado
Edite el PQR aprobado
Preparacin de las muestras de pruebas
Para las pruebas de calificacin de procedimiento, generalmente
se utilizan muestras de tubera o placa con una unin de soldadura
representativa, el tamao, tipo y espesor de la muestra son
gobernados por el rango de espesor y tipo de material a ser soldado
en produccin y por el tipo, tamao y numero de especmenes a ser
removidos del cupn para pruebas mecnicas; esto ultimo es por lo
general especificado por el cdigo o especificacin aplicable.
Pruebas para calificacin de procedimiento
Los especmenes de prueba son removidos de los cupones de prueba
para determinar ciertas propiedades deseables, el tipo y numero de
especmenes removidos y el detalle de las pruebas dependen
principalmente de la aplicacin particular o a la especificacin o
cdigo de referencia.
A continuacin se enlistan las principales pruebas
requeridas:
Prueba de resistencia a la tensin
Pruebas de doblez guiado (transversal, longitudinal,
lateral)
Prueba de mella (nick break)
Prueba de ruptura de filete
Prueba de dureza (Brinell, Rockwell, microdureza)
Prueba de tenacidad (Charpy, Izod, CTOD, etc.)
Pruebas de macroataque o metalograficas
Pruebas de corrosin (HIC, SCC)
Pruebas de resistencia a la tensin
Por lo general la mayora de los cdigos requieren la realizacin
de dos pruebas de tensin, las cuales debern de tener una
resistencia a la tensin no menor que la resistencia especificada
del metal base o si se sueldan metales de diferentes resistencias,
la del menor de los dos metales base.
Pruebas de doblez guiado
Se requieren por lo regular cuatro muestras y en algunos casos
hasta ocho como en el caso del cdigo API 1104 para dimetros mayores
de 323.8 mm. y espesores mayores de 12.7 mm. existen tres tipos de
prueba de doblez como son: transversal (cara y raz), longitudinal
(cara y raz) y lateral; por lo general los especmenes no debern
presentar defectos abiertos a la superficie de la soldadura y zona
afectada por el calor (ZAC) excediendo de 3.2 mm. (1/8).
Prueba de ruptura de filete
En esta prueba, al espcimen se le aplica una carga lateral de
tal forma que la raz de la soldadura se tensione, la carga deber
ser incrementada en forma uniforme hasta que el espcimen se rompa o
se doble completamente, si el espcimen se fractura, no deber de
mostrar evidencia de grietas o fusin incompleta en la raz de la
soldadura.
Macroataque
La cara de la seccin transversal del espcimen, ser pulida a
acabado espejo y atacada por un cido con el fin de observar una
clara definicin del metal de soldadura y la zona afectada por el
calor, el metal de soldadura y la ZAC, debern mostrar fusin
completa y libre de grietas.
Las dems pruebas enlistadas son requeridas sobre la base de
condiciones especiales de servicio de las soldaduras aplicadas en
un procedimiento en particular, por ejemplo soldaduras sujetas a
altas temperaturas, ambientes criogenicos, substancias altamente
corrosivas o por algn cdigo en particular como seria el caso de la
prueba de mella, exclusiva del cdigo API 1104.
Registro de los resultados de las pruebas
Los detalles del cupn de prueba y los resultados de todas las
pruebas y examinaciones realizadas, son plasmados en el registro de
calificacin de procedimiento (PQR). Despus de que el representante
autorizado del fabricante avala que los registros y resultados son
veraces y precisos, firma el PQR y este se convierte en un
documento certificado.
Puesto que un PQR es un registro certificado de una prueba de
calificacin, no deber estar sujeto a revisin, si se requiere aadir
informacin, esta deber ser en forma de un suplemento o un anexo;
los registros de calificacin no se cambiaran por alguna revisin. Un
PQR podr servir para calificar varios WPS o varios PQR calificaran
a un solo WPS.
Calificacin de soldador u operador de soldadura
Las pruebas de calificacin de soldador, punteador u operador de
soldadura, determinan la habilidad de estos para depositar
soldaduras aceptablemente sanas con los procesos, materiales y
procedimientos especificados.
Las pruebas en si no pueden predecir como el soldador realizara
las soldaduras durante la produccin de estas, por esta razn no debe
existir una entera confiabilidad en las pruebas de calificacin de
soldadores; la calidad de las soldaduras se deber de determinar por
medio de inspecciones realizadas antes durante y despus de la
aplicacin de estas.
Existen varios cdigos y especificaciones que rigen las reglas
para la calificacin de soldadores, estos son por lo general
similares entre si; se deber consultar el cdigo o especificacin de
referencia para determinar los detalles especficos y requerimientos
aplicables.
Requerimientos para la calificacin
Los requerimientos de calificacin para soldadores de recipientes
a presin, sistemas de tuberas y estructuras, generalmente
establecen que cada soldador u operador de soldadura deber hacer
una o mas pruebas utilizando un procedimiento calificado.
Cada soldadura de calificacin es probada en una manera
especifica (prueba de doblez o prueba radiografica). Los
requerimientos de calificacin para soldadores de recipientes a
presin difieren a aquellos utilizados para soldadores de miembros
estructurales, las posiciones de prueba tambin difieren hasta
cierto punto, adems se pueden incluir en las pruebas de calificacin
alguna restriccin, si el trabajo de produccin involucra la
aplicacin de soldaduras en espacios restringidos.
Limitacin de variables
Ciertas variables de soldadura que afectan la habilidad del
soldador para producir soldaduras aceptables, son consideradas
variables de calificacin. Las variables especificas y los limites
de variacin son establecidas por el cdigo o especificacin
aplicable; un soldador calificado con un WPS, deber de ser
calificado nuevamente antes de utilizar un WPS que tiene variables
fuera de la limitacin de variables de su calificacin original.
Ejemplo de variables de calificacin extradas de ANSI/AWS D1.1
Structural Welding Code Steel que requieren recalificacion si estas
son cambiadas
Proceso de soldadura
Un cambio en el proceso de soldadura requiere recalificacin.
Metal de aporte
Los electrodos utilizados en el proceso SMAW son divididos en
grupos dependiendo de sus caractersticas que determinan la
habilidad del soldador para realizar soldaduras sanas con todos los
electrodos del grupo.
Existen cuatro grupos y a cada grupo se le ha asignado un numero
F, siendo estos grupos el F1, F2, F3 y F4, si un soldador es
calificado con un electrodo de cualquier numero F, esta calificado
para soldar con cualquier electrodo enlistado en el mismo grupo y
con cualquier electrodo enlistado en un grupo numricamente mas
bajo.
Calificado con
Calificado para F No 1F No 2F No 3F No 4
F No 1XXXX
F No 2XXX
F No 3XX
F No 4X
Posiciones
Las posiciones estn clasificadas en forma diferente para placa y
para tubera; un cambio de posicin puede requerir recalificacion, un
soldador calificado en posicin 1G en placa, requerir recalificacion
para soldar en posicin 3G. Los cdigos y especificaciones requieren
por lo general que el soldador realice pruebas de calificacin en
una o varias posiciones de las mas difciles encontradas en el
proceso de produccin (vertical, sobrecabeza), si el trabajo
involucra otras posiciones que la posicin plana (1G)
Detalles de la unin
Un cambio en el tipo de unin, como la omisin de respaldo en
uniones soldadas por un solo lado requiere recalificacin.
Espesores
Las placas de prueba para soldaduras de ranura varan en cuanto
al espesor de acuerdo al rango requerido para produccin,
generalmente se utilizan espesores de 9.5 mm. a 25.4 mm. el espesor
de 9.5 mm. es utilizado para calificar a un soldador hasta un
espesor limitado de 3 mm. a 19 mm. y espesores mayores de 25.4 mm
para espesores desde 3 mm a ilimitado.
Tcnica
Un cambio en la progresin de la soldadura de descendente a
ascendente o viceversa en posicin 3G, requiere recalificacin.
Evaluacin de soldaduras para calificacin
Todos los cdigos y especificaciones tienen reglas definidas para
evaluar las soldaduras de calificacin y determinar su concordancia
con los requerimientos aplicables.
Para soldaduras de ranura, los especmenes para pruebas de doblez
guiado son cortados de zonas especificas de las placas o tubos
soldados y doblados en un dispositivo especial; las pruebas
radiograficas pueden ser permitidas como una alternativa de las
pruebas mecnicas.
En soldaduras de filete, se requiere la realizacin de pruebas de
ruptura o de macroataque o en algunos casos ambas pruebas.
El requerimiento principal para la calificacin, es que todas las
soldaduras debern estar sanas y fusionadas completamente al metal
base, si las soldaduras de prueba cumplen con los requerimientos
establecidos, el soldador u operador de soldadura es considerado
calificado para soldar con los procesos, metales de aporte,
posiciones y procedimientos similares a aquellos utilizados en las
pruebas de calificacin con los limites aplicables.
Registros de calificacin
Despus de que un soldador ha realizado su cupn de prueba y los
resultados de las pruebas requeridas han sido satisfactorios, el
fabricante o empleador del soldador preparara un registro de
calificacin de soldador, que proporcione los detalles necesarios de
la calificacin.
El fabricante certificara este registro al ser firmado por un
individuo responsable de las calificaciones dentro de su
organizacin. Estos registros se debern de mantener y estar
disponibles para ser revisados por personal autorizado a ello.
Duracin de la calificacin
La calificacin del soldador ser extendida para un tiempo
indefinido, a menos que:
El soldador permanezca inactivo por mas de seis meses en el
proceso de soldadura en el cual el soldador ha sido calificado
Existe una razn especifica para cuestionar la habilidad del
soldador
En el siguiente anexo se muestran formatos para especificacin de
procedimiento de soldadura (WPS), registro de calificacin de
procedimiento (PQR) y registro de prueba de soldador u operador de
soldadura (WPQ),
ANEXOS
WPS
PQR
WPQ
Descarte esta pieza
Descarte esta pieza
Espcimen de
Doblez de raz
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
Doblez de raz
Doblez de cara
Doblez de cara
De Tensin
De Tensin
Espcimen de
Descarte esta pieza
Descarte esta pieza
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
De Tensin
De Tensin
Doblez lateral
Doblez lateral
Doblez lateral
Doblez lateral
Placa - espesores menores que 19.05 mm.
Placa - espesores mayores que 19.05 mm.
alternativa para espesores desde 9.5 mm.
pero menores de 19.05 mm.
Tensin
Tensin
Doblez de cara
Doblez de cara
Doblez de raz
Doblez de raz
Plano horizontal (cuando el
tubo es soldado en
posicin fija
Remocin de especmenes para
Calificacin de procedimiento tubera
Descarte
Descarte
Descarte
Descarte
Espcimen de
Esta pieza
Esta pieza
Esta pieza
Esta pieza
Espcimen de
Espcimen de
Espcimen de
Doblez de raz
Doblez lateral
Placa- calificacin de soldador
espesores menores de 19 mm,
Doblez de cara
Doblez lateral
Placa- calificacin de soldador
espesores mayores de 19 mm,
alternativa para espesores desde 9.5 mm.
pero menores de 19 mm.
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