CÓDIGO ASME, SECCIÓN IX
SOLDADURA: DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS Y CALIFICACIÓN DE SOLDADORES
(Welding: Drawing and Personnel Qualification-Based on ASME Sec. IX Code)
TOPICO II:
PRINCIPIOS BÁSICOS DE METALURGIA
Principios Básicos de Metalurgia
Introducción:
Las propiedades de los materiales metálicos dependen de sus estructuras metalúrgicas.
Las distintas estructuras se logran de acuerdo a la composición química y los procesos térmicos y mecánicos a los que se somete el material.
La soldadura es un proceso térmico por la propia necesidad de elevar la temperatura hasta lograr la fusión del material.
La soldadura es un proceso mecánico, porque las expansiones y contracciones que se producen por efecto del calor generan tensiones que se traducen en deformaciones o tensiones residuales.
La composición química se logra por efecto de los distintos grados de dilución de los materiales participantes y los aportes químicos de los consumibles,
El conocimiento de los principios metalúrgicos permite al personal de soldadura prever las consecuencias de una decisión respecto a la multiplicidad de variables de los procesos.
Definición del contenido
A fin de entender los conceptos de soldabilidad de los materiales, iremos viendo la metalurgia básica de los aceros, cuales son las fases presentes en los aceros y sus transformaciones por efecto de la temperatura y el tiempo (curvas T.T.T.), y los asociamos a los fenómenos que ocurren durante la soldadura debido al ciclo térmico y su efecto metalúrgico y la influencia de los elementos de aleación
El concepto de soldabilidad relacionado con el proceso también será visto.
Además, es conveniente que el personal de soldadura conozca cuales son los criterios básicos para la selección de materiales que rigen en el momento del diseño.
TOPICO II: PRINCIPIOS BÁSICOS DE METALURGIA
1. Introducción
a. Principios básicos de metalurgia
b. Metalurgia Básica de los Aceros:
c. Fases presentes en los aceros y sus transformaciones:
i. El diagrama Hierro – Carbono
ii. Curvas T.T.T.
iii. Las Curvas TTT y su aplicación en la soldadura:
d. Influencia de los elementos de aleación
e. Fenómenos que ocurren durante la soldadura
f. El Ciclo térmico y su efecto metalúrgico
2. Soldabilidad de los materiales:
a. Concepto genérico de Soldabilidad:
b. Concepto metalúrgico:
c. Concepto relacionado con el proceso:
3. Selección de materiales
a. La deformación plástica de los aceros y la fractura
b. Las propiedades mecánicas de los aceros estructurales
1 Introducción
Las variables de los procesos inducen distintos tipos de estructuras metalúrgicas de los materiales, y de allí se derivan las propiedades mecánicas de las juntas.
El conocimiento de los principios metalúrgicos permite al personal de soldadura prever las consecuencias de una decisión respecto a la multiplicidad de variables de los procesos.
1.1 Principios básicos de metalurgia
Los metales en estado sólido, están formados por un conjunto de cristales denominados granos, que tienen diferentes formas y tamaños según los elementos químicos que lo componen, la forma de fabricación del material: Fundido, laminado, forjado, y los tratamientos térmicos de templado, revenidos, etc. a que fue sometido.
Las propiedades de los metales dependen justamente de esos tres factores, composición, método de fabricación y tratamientos térmicos.
1.2 Metalurgia Básica de los Aceros:
Se denomina acero a una aleación de hierro y carbono hasta 1.7% en peso, que puede o no tener agregados de otros elementos de aleación, tal como el manganeso, silicio e impurezas como el azufre y fósforo.
Para entender el comportamiento de las uniones soldadas de acero durante su ejecución y su vida en servicio necesario conocer su metalurgia básica. Dos características fundamentales de los aceros provocan que existan un amplio rango de propiedades y comportamientos posibles:
a) El hierro y la mayoría de sus aleaciones, al ser calentados o enfriados a determinadas temperaturas sufren transformaciones alotrópicas (cambios en la estructura cristalina). Esta transformación es la razón por la que un acero puede ser tratado térmicamente y obtener en el una gran variedad de propiedades físicas;
b) Cambios en los contenidos de los elementos de aleación presentes en los aceros, causan grandes cambios en las propiedades, físicas, químicas y mecánicas.
1.3 Fases presentes en los aceros y sus transformaciones:
Las transformaciones alotrópicas que presenta el hierro dependen de las temperaturas a las que se encuentre, estas transformaciones están representadas en una curva de enfriamiento.
Hasta la temperatura de 768C, el hierro presenta una red cristalina cúbica centrada en el cuerpo llamada hierro alfa o ferrita y es magnético.
De 910 a 1400C, la estructura del hierro es cúbica centrada en las caras. Esta estructura recibe el nombre de austenita o hierro gamma, y es no magnética.
Arriba de los 1400C, y hasta 1536C, temperatura de fusión, la estructura es nuevamente cúbica centrada en el cuerpo y se llama hierro delta.
1.3.1 El diagrama Hierro – Carbono:
La figura muestra un diagrama de equilibrio de hierro – carbono en el que están indicados las transformaciones de equilibrio termodinámico, o enfriamiento lento, que sufren los aceros, de acuerdo a las temperaturas y porcentajes de carbono. En este diagrama también están indicados aspectos tales como la solubilidad del carbono en cada forma alotrópica del hierro.
Como vimos, el hierro fundido, al enfriarse cambia de la fase líquida a la sólida. Los mecanismos de este cambio son dos: la nucleación de partículas pequeñas de la fase nueva y el crecimiento con el aumento del tamaño de los núcleos.
Los cristales de hierro lo hacen primeramente como hierro delta y al proseguir el enfriamiento se transforman en austenita, cuyas transformaciones sucesivas resultan de gran importancia práctica.
La austenita puede mantener en solución sólida hasta un 2,06 % de carbono. Existen temperaturas por debajo de las cuales la austenita ya no es estable y tiende a descomponerse en fases que si lo son. Estas fases son la ferrita (que no puede tener en solución más de 0,02 % de carbono) y la cementita (compuesto inter metálico con 6,67 % de carbono). Si el enfriamiento es lento, de manera que permita la difusión del carbono a regiones en los que las concentraciones locales sean de 0,02% a 6,67%, la transformación será a ferrita y a cementita y se formará un constituyente mezcla de ambas fases denominado perlita.
Si por el contrario el enfriamiento hasta temperaturas cercanas al ambiente es tan rápido que el carbono no puede difundir (como sucede en los tratamientos térmicos de temple) la fase resultante será la martensita, que tiene una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura es meta estable y muy dura y muy frágil.
La austenita también puede transformarse en bainita si es enfriada y mantenida durante un lapso a una temperatura constante, de unos 200 a 450C aproximadamente.
1.3.2 Curvas T.T.T.:
Si se grafica en coordenadas temperatura vs. Logaritmo de tiempo se obtiene el llamado diagrama TTT – tiempo, temperatura, transformación - ó diagrama isotérmico ó curvas C, cuando la temperatura se baja rápidamente.
Estos diagramas muestran la temperatura y el tiempo en que inicia ( 0% ) y finaliza el 100 % de la transformación de la austenita del acero en perlita, luego en bainita y finalmente en martensita. Complementan, de alguna manera, el diagrama Fe-C de equilibrio termodinámico, o enfriamiento lento.
Como ya señaláramos, estos diagramas se alteran según la composición de los elementos de aleación del acero.
Los aceros no aleados tienen una baja capacidad de templabilidad, El temple solo puede realizarse por un enfriamiento muy enérgico. A medida que agregamos elementos de aleación, el temple puede efectuarse por enfriamiento moderado, lo que permite decir que estos aceros tienen elevado poder de temple.
A fin de evitar los problemas de fragilidad se somete a los aceros a un tratamiento de revenido, que va acompañado por la pérdida de dureza. El revenido consiste en someter a la pieza a un calentamiento lento, manutención durante un tiempo a la temperatura con la finalidad de homogeneizar las estructuras interiores y enfriado calmo.
Las temperaturas a las cuales se realizan los revenidos son variables, dando lugar a distintos grados de pérdidas de dureza.
1.3.3. Las Curvas TTT y su aplicación en la soldadura:
Para un dado material base, podemos predecir al estructura resultante en base al calor aportado, el espesor y la temperatura de precalentamiento, determinando la velocidad de enfriamiento de una junta soldada. Si superponemos la curva de enfriamiento continuo al diagrama TTT del acero a utilizar, podemos determinar en primera aproximación cuales serán las estructuras metalográficas y sus propiedades mecánicas esperadas.
En la soldadura de los aceros es importante que las transformaciones resulten en obtener estructuras perlíticas o bainíticas completas, evitando la formación de martensita, que como hemos visto, resulta dura y frágil, propensa a la fisuración.
1.4 Influencia de los elementos de aleación:
Los elementos de aleación en los aceros influyen en sus propiedades y en su comportamiento en procesos tales como la soldadura y los tratamientos térmicos.
Carbono: presente hasta un 2%, puede estar disuelto o combinado formando carburos. Aumenta la resistencia mecánica y la respuesta a los tratamientos térmicos, facilitando la capacidad de endurecimiento por temple y disminuye la soldabilidad.
Azufre: generalmente presente como impureza, debido a que forma compuestos de bajo punto de fusión, sulfuro de hierro. Es indeseable para los procesos de soldadura. En contenidos mayores a 0,05% causa fragilización en caliente y reduce la soldabilidad. Se presenta como elementos de aleación principal en aceros de maquinado rápido, resulfurados.
Fósforo: Generalmente presente como impureza. Es indeseable para los procesos de soldadura. En contenidos mayores a 0,04% causa fragilización en frío. Se presenta como elemento de aleación principal en los aceros de maquinado rápido, re fosforados.
Silicio: Se emplea como desoxidante en aceros de bajo carbono por la formación de dióxido de silicio. Se disuelve en el hierro y aumenta la resistencia mecánica y la tenacidad.
Manganeso: Elemento soluble en hierro, mejora las propiedades mecánicas disminuye los efectos del azufre debido a la formación preferencial de sus compuestos (sulfuro de manganeso) en contenidos mayores a 1 % reduce la soldabilidad,
Cromo: Parcialmente soluble en hierro, tiende a retener la fase ferrita. En aceros de media aleación, hasta un 9%, aumenta la resistencia a la oxidación, la templabilidad y la resistencia mecánica a altas temperaturas, reduce la soldabilidad. En contenidos mayores a 12% aumenta la resistencia a la oxidación y corrosión en tal grado que forma la familia de los aceros inoxidables.
Molibdeno: Generalmente presente en contenidos no mayores al 1%. Aumenta la templabilidad y la resistencia a la corrosión, afina el grano e incrementa la soldabilidad.
Níquel: En los aceros de baja aleación aumenta la tenacidad y disminuye la templabilidad. En los aceros inoxidables (contenidos mayores al 12% de Cr) se adiciona de un 8 a 35 % y retiene la fase austenita. Mejora la soldabilidad.
Aluminio: Es utilizado como desoxidante, afina el grano mejorando la tenacidad, mejora la soldabilidad.
Gases disueltos: El hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno se disuelven en el hierro fundido y si no son eliminados generalmente lo fragilizan.
El efecto total de los elementos de aleación influye en el comportamiento de los aceros al ser soldados. Por ejemplo un acero de contenidos bajos de carbono (hasta un 0,10% C) tiene resistencia mecánica relativamente baja, para incrementarla es necesario aumentar el contenido de este elemento pero los aceros con contenidos mayores de 0,30% de C son soldables con dificultad. Pequeñas adiciones de Si, Mn, Cr, y Mo aumentan considerablemente la resistencia mecánica en ceros de contenidos de carbono relativamente bajos (del 0,10 al 0,25% de C).
1.5 Fenómenos que ocurren durante la soldadura:
En las operaciones de soldadura por fusión con o sin metal de aporte suceden los siguientes fenómenos:
Calentamiento local rápido de los metales base y de aporte,
Formación de una zona de metal fundido donde por lo menos en una parte proviene del metal base,
Enfriamiento rápido del conjunto metal base y soldadura,
Gradiente de la temperatura de enfriamiento de la zona fundida y adyacente.
Las características del ciclo térmico y la cantidad de metal que se funden dependen de numerosos factores geométricos y tecnológicos e influyen en la estructura metalúrgica, en las propiedades mecánicas y en la sanidad de la unión soldada.
La temperatura máxima alcanzada, la extensión de la zona del metal calentada (zona afectada térmicamente – ZAT), la velocidad de solidificación del metal fundido y la velocidad de enfriamiento dependen principalmente del calor aportado durante la soldadura, de la temperatura de precalentamiento inicial del metal base, del espesor y la geometría de la junta.
La distribución de las temperaturas desde el eje central de la soldadura hacia el interior del metal base, muestra un gradiente en disminución, desde la temperatura de fusión, en la zona fundida, hasta valores cercanos a la temperatura ambiente a medida que nos alejamos del centro de la soldadura.
Así, en soldadura, distinguimos tres zonas importantes:
La zona de metal fundido de granos columnares,
La zona de metal transformado, o zona térmicamente afectada, adyacente a la soldadura, de re cristalización del metal, con granos equiaxiales,
La zona de metal base que no fue calentada suficientemente para producir cambios estructurales en ella, que mantiene la estructura producto de la deformación en frío, de granos alargados.
La zona fundida presenta una estructura de grano fino, generalmente columnar, y similar a la estructuras típicas de fundición, que resulta menos dúctil y más dura y resistente que el metal base.
La zona afectada térmicamente, presenta distintas sub zonas, fundamentalmente una zona de granos crecidos en el límite de la línea de fusión y una zona de granos transformados, equiaxiales a medida que nos alejamos de la línea de fusión. Las características de éstas zonas varía dependiendo de la composición química del metal base, y las propiedades se ajustan en función de dicha composición química y la velocidad de enfriamiento ó curva de temple, dando lugar a la formación de fases que tienden a ser martensíticas.
1.6 El Ciclo térmico y su efecto metalúrgico:
EL calor aportado puede ser calculado por la siguiente fórmula:
H (joules/pulgada) = Tensión (voltios) x Corriente (amperios) x1000
Velocidad de paso del electrodo en pulg. /min.
En términos generales, al aumentar el calor aportado y la temperatura de precalentamiento se incrementan la extensión de la ZAT, la temperatura alcanzada y se disminuye la velocidad de solidificación y el enfriamiento. Asimismo, al aumentar el espesor del metal base, la velocidad de enfriamiento se incrementa.
Las características del ciclo térmico, principalmente la velocidad de solidificación del metal de aporte y la velocidad de enfriamiento del conjunto, influyen en la estructura metalúrgica del conjunto, el cual altera las propiedades mecánicas.
Algunos de los efectos del ciclo térmico durante la soldadura son:
• Las tensiones residuales del calentamiento localizado que pueden resultar en deformaciones y distorsiones,
• Una reducción de la ductilidad o el endurecimiento en la zona afectada térmicamente puede provocar agrietamiento o fragilidad de la unión soldada,
• Se reduce la tenacidad de la junta, principalmente en la ZAT,
• En materiales templados y revenidos, disminuye la resistencia mecánica en la ZAT,
Estos efectos pueden ser de mayor o menor intensidad, dependiendo del material que se suelda, y de las velocidades de solidificación y enfriamiento de la unión.
El tiempo de solidificación afecta directamente la estructura del metal de soldadura. A mayor tiempo, la estructura es más gruesa. Esto es importante, ya que en la mayoría de los metales, la resistencia mecánica, la ductilidad, la tenacidad y la respuesta al tratamiento térmico se ven afectadas desfavorablemente por una estructura dendrítica gruesa.
Por otra parte, la velocidad de enfriamiento influye en aspectos tales como el crecimiento de grano y en las transformaciones de fase, especialmente cuando se trata de aceros tratables térmicamente.
2 Soldabilidad de los materiales:
2.1 Concepto genérico de Soldabilidad:
Los metales en general no exhiben igual facilidad para ser soldados. Esta propiedad, hasta el presente no es cuantificable y solo pueden definirse tendencias e influencias de ciertos parámetros sobre lo que se denomina Soldabilidad.
En forma mas precisa puede definirse a la Soldabilidad como la mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtenga soldaduras sanas y homogéneas, que responden las necesidades para las que fueron concebidas, incluyendo los requisitos de fabricación, no represente un grado excesivo de dificultad o necesitar procedimientos de soldadura elevadamente costosos.
2.2 Concepto metalúrgico:
Los elementos de aleación del acero, determinan la templabilidad y la dureza del mismo, condicionando desde ahí su soldabilidad. Fundamentalmente el carbono, luego el manganeso y el silicio. La fórmula del Carbono equivalente para determinar la soldabilidad satisface este criterio. Una de las tantas expresiones del carbono equivalente es:
Carbono equivalente Ceq. = C % + Mn % + Si % que deberá ser menor a 0,62.
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Esta u otra de las tantas y más complejas fórmulas para determinar el Carbono Equivalente, son utilizadas a fin de determinar cuál es el cuidado a tomar en cuenta para el enfriamiento de la soldadura. Sirven para determinar cuál es la temperatura de precalentamiento que permite una curva de enfriamiento tal que evite la formación de fases frágiles.
2.3 Concepto relacionado con el proceso:
El proceso de soldadura puede ser una fuente de dificultades a fin de obtener soldaduras libres de fallas, la más común de las cuales es la fisuración, siguiéndole la ocurrencia de porosidad, falta de fusión, fallas de raíz, etc.
La fisuración de la soldadura puede ser debida, además de los problemas de templabilidad, a los siguientes factores:
• Diseño del cordón de soldadura: Una inapropiada relación entre ancho y profundidad puede dar lugar a la rotura.
• Un electrodo con contenido de humedad en exceso, hace propensa la fisuración debajo del cordón
• Un inadecuado precalentamiento, que no alcanza a evitar el temple.
• Una unión con elevada restricción al movimiento.
• El uso de aporte con baja ductilidad.
• Un acero con alto contenido de inclusiones no metálicas
Los poros están asociado a humedad en el aporte, en el metal base a una inapropiada protección gaseosa, a la exposición al viento.
Las faltas de fusión y las fallas de raíz pueden deberse a una baja corriente, a la técnica de soldadura.
Las distintas variables operativas de los proceso de soldadura influyen de manera categórica en el aporte de los aleantes y estructuras finales que se obtienen.
Las propiedades mecánicas de la soldadura (zona afectada térmicamente y metal fundido) están condicionadas por los aleantes y la obtención de las estructuras metalúrgicas adecuadas.
Realizado un ensayo, si las propiedades mecánicas y químicas de la soldadura no satisface los requerimientos, la soldabilidad no es la adecuada.
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3 Selección de materiales:
En esta sección, trataremos de exponer aquellos conceptos que debe tomar en cuenta el proyectista para seleccionar los materiales a la hora del diseño de la estructura.
Cuando se selecciona un acero para la fabricación de una pieza se toma en cuenta en primer término su resistencia mecánica en forma tal que resulte apto para soportar los esfuerzos a que quedará sometida. Si luego en servicio se produce su rotura, lo más simple de pensar es que los esfuerzos a que fue sometida han superado su resistencia. Sin embargo, si se considera que el cálculo de dimensionamiento se efectúa con conocimientos precisos de los esfuerzos y sobrecargas posibles y si todavía se tiene en cuenta que se aplican coeficientes de seguridad elevados, es lógico deducir que la rotura en servicio tiene que resultar como consecuencia de casos anormales.
Al dimensionar una estructura, se parte de dos premisas:
1) que el material es isotrópico, (todas sus propiedades son iguales en todas las direcciones), y
2) que las tensiones se distribuyen regularmente en la sección resistente.
Pues bien, ambas premisas son solo aproximaciones, pues sabemos que el acero contiene impurezas que se distribuyen al azar y luego de laminadas se encuentran orientadas preferentemente en una dirección, dando lugar a propiedades mecánicas distintas en las tres direcciones posibles.
Por otra parte, las tensiones varían de un punto a otro por cambios de forma, orificios, etc, provocando puntos de concentración de tensiones.
Aún cuando sea posible determinar los esfuerzos en los puntos de concentración, existen otras causas de irregularidades en las tensiones provocadas por efectos de entalla, debido a defectos superficiales de mecanizado, por ejemplo grietas, inclusiones, tensiones internas, defectos de montaje y otros que pueden ocasionar esfuerzos locales que pongan en peligro la seguridad de la pieza.
Es así entonces que, aún frente a un cuidadoso dimensionamiento, siempre es posible que en ciertos puntos se creen tensiones superiores a la resistencia del material y se produzca la rotura. Tal rotura, aún localizada, no tardará en propagarse debido al efecto de entalla en el extremo de la primera grieta presente.
El acero, sin embargo, posee una propiedad que lo hace extraordinariamente seguro para soportar esfuerzos superiores a su límite elástico, y ello es su plasticidad, que no es otra cosa que la aptitud para deformarse sin romperse y en virtud de la cual, cuando se sobrepasa el límite elástico, sufre una deformación sin que se inicie la rotura.
Es necesario aclarar que durante el proceso de deformación plástica y antes de llegar a la rotura, el acero sufre sucesivos aumentos de resistencia a la deformación, lo que le permite soportar la carga y sin lo cual el acero se rompería al sobrepasarse el límite elástico. Este fenómeno, característico de los metales, es la acritud.
A bajas temperaturas se eleva el límite elástico en tracción y se reduce la capacidad de deformación ó ductilidad, con lo cual disminuye su autodefensa contra la rotura.
Con el aumento de la velocidad de aplicación de la carga ocurren efectos análogos, por ello, un material aparentemente resistente en tracción simple no sería lo mismo en caso de cargas aplicadas bajo esta condición (golpe).
La fatiga es otra forma de aplicación de las cargas que hace que el material rompa, aún cuando los esfuerzos nominales no lleguen al valor del límite elástico. La aplicación de cargas variables que se repiten cíclicamente conduce a la necesidad de considerar la resistencia límite de fatiga que nos exprese la mayor carga variable que se puede aplicar, sin que la rotura se produzca. Esta carga límite puede ser inferior al límite elástico en tracción y depende de la amplitud de los esfuerzos, es decir, de la diferencia entre los esfuerzos máximo y mínimo aplicados.
Son muchas las teorías expuestas para explicar la disminución de la resistencia del acero por aplicación de cargas cíclicas pero en resumen, todo indica que la fatiga se produce como consecuencia de una concentración local de tensiones, originadas por algún efecto de entalla, que hace que el límite elástico sea superado localmente y que después de un cierto número de ciclos, provoca la aparición de grietas que se propagan progresivamente a través de la sección resistente hasta que ésta queda reducida en forma tal que, ni estáticamente, podría resistir los esfuerzos a que se encuentra sometida.
3.1. La deformación plástica de los aceros y la fractura:
La fractura es la separación de un cuerpo sólido en dos ó más partes bajo la acción de una tensión y se puede considerar como resultado de la acción de dos procesos, la iniciación uy la propagación de grietas.
Se definen dos tipos de fractura, la fractura dúctil, que se caracteriza por una apreciable deformación plástica antes y durante la propagación de grietas y la fractura frágil que se caracteriza por una rápida propagación sin deformación aparente.
El comportamiento dúctil ó frágil de un acero y su vinculación con la soldadura no está relacionado solamente por el violento ciclo térmico que impone, las transformaciones metalográficas que provoca y las tensiones residuales que crea, sino también por la presencia o no de entallas, se explica pues, que los diferentes códigos de aceptación no admitan grietas o falta de penetración o fusión y que solo acepten, limitadamente, la porosidad y las inclusiones de escorias, que son entallas menos severas.
3.2. Las propiedades mecánicas de los aceros estructurales:
En el caso de los aceros, el comportamiento de los aceros destinados a la construcción soldada depende de numerosos factores, siendo los más importantes su composición química, espesor, micro estructura, tensiones residuales y tipo de carga, la limpieza interior ó pureza.
Por otra parte, sus propiedades más sobresalientes son su resistencia y ductilidad, su plasticidad o tenacidad a la fractura, su resistencia a la fatiga, sus propiedades vinculadas con la temperatura y su resistencia a la corrosión.
La composición química y el espesor se especifican al seleccionar el acero para un dado diseño.
La micro estructura es el resultado de su proceso de fabricación en la acería y de su conformado posterior.
Las tensiones residuales y su pureza también dependen del proceso de fabricación y el tipo de carga, la temperatura de servicio y la resistencia a la corrosión están normalmente determinados por el servicio a que quedará sometida la pieza.
Para el especialista en soldadura, será la metalurgia un importante factor, pues las propiedades mecánicas del acero están relacionadas con ella tanto por la forma como por la distribución de sus constituyentes metalográficos.
Por otra parte, las tensiones residuales y la pureza del acero tienen, además, fuerte influencia en la fabricación de la estructura soldada.
Los datos básicos relativos a la resistencia y ductilidad se deducen del ensayo de tracción, en el cual se somete a una carga uniaxial una pequeña probeta del material. El resultado del ensayo permite construir un diagrama de tensiones - deformaciones para obtener los valores de tensión y deformación convencionales que nos interesan para el diseño.
Así, la tensión de fluencia es convencionalmente determinada por la tensión a la cual la probeta ha sufrido un alargamiento plástico. (Permanente) del 0,2%.
La ductilidad se puede medir como porcentaje de alargamiento y como porcentaje de estricción.
El porcentaje de alargamiento es la relación entre el incremento de longitud entre los puntos de medición inicialmente marcados en la probeta y la distancia inicial entre ellos. El porcentaje de estricción, o reducción de área, es la relación entre la diferencia de áreas inicial y final (después de la rotura) y el área inicial.
Las propiedades mecánicas de algunos de los aceros estructurales permite clasificarlos en cuatro grupos según el rango aproximado de la mínima tensión de fluencia:
1 Aceros al carbono: de 21 a 28 Kg/mm2.
2 Aceros de baja aleación de media resistencia: 28 a 49 kg/mm2
3 Aceros al carbono y aceros de baja aleación de alta resistencia, tratados térmicamente: 32 a 70 kg/mm2.
4 Aceros de construcción con aleación, tratados térmicamente: 63 a 70 kg/mm2.
Las características particulares de cada uno de los grupos de aceros indicados permiten al proyectista de la estructura su selección. La soldabilidad de los aceros queda determinada por la composición química, para lo cual debemos utilizar el criterio del carbono equivalente y determinar las condiciones de velocidad de enfriamiento necesarias para evitar la aparición de fisuras.
La velocidad de enfriamiento es dependiente de los espesores de los materiales a soldar, del calor aportado o la relación entre la corriente, la tensión y la velocidad de pasada, y el precalentamiento.
Las estructuras metalúrgicas finales de la Zona Afectada Térmicamente de la soldadura y las propiedades mecánicas obtenibles serán producto de la combinación de cada uno de los elementos o variables anteriormente vistas. La adecuada selección de los valores de estas variables podrá dar al final el resultado deseado.
martes, 21 de agosto de 2007
viernes, 10 de agosto de 2007
LOS METALES
Para hablar de los metales, es necesario hablar de la Metalurgia, las clases de metalurgias que hay, las diferentes clases de propiedades que tienen los metales y sus diferentes tratamientos térmicos para su productividad.
La Metalurgia de Procesamiento o extractiva y
La Metalurgia Física: Que consta de la composición química, el tratamiento mecánico y el tratamiento Técnico.
Los tratamientos térmicos son:
El Temple
El Revenido
El Recocido
El Normalizado
Nitruración
Cementación
Grafitización.
EL TEMPLE
Transformación = punto crítico = en un medio que le quite el calor lo más rápidamente posible.
Efectos del Temple
Aumenta la dureza desde 1.5 a 3 veces más
Aumenta casi 50% la resistencia
Disminuye la contracción, el alargamiento, la maleabilidad, y la tenacidad
Afina notablemente el gramo
Puede alterar la forma de una pieza
Puede producir grietas o principios de rotura
Aumenta ligeramente su volumen
Aumenta la resistencia eléctrica.
Factores que determinan un Buen Temple
Conocer la estructura que tiene el acero antes del temple
El porcentaje de Carbono
El calentamiento
Y la velocidad de enfriamiento.
EL REVENIDO
Es el tratamiento térmico que efectúa después del Temple, y consiste en calentar el acero templado a una temperatura inferior al punto crítico y enfriarlo en agua, aire o aceite.
La finalidad de este proceso es:
Quitar las tensiones moleculares del temple.
Aumentar la tenacidad y la resistencia perdida por el temple.
Mejorar las características mecánicas del material, mejorando y homogeneizando las estructuras.
EL RECOCIDO
Es el tratamiento de calentar una pieza a una temperatura convenientemente elevada, y luego dejarla enfriar lentamente.
La temperatura de calentamiento del recocido depende de la calidad del acero y de los fines que se quieran alcanzar. Estos pueden ser:
Afinar la estructura
Proporcionar al acero máximo grado de blandura
Eliminar tensiones internas, fragilidad y dureza.
REFINADO
Es el tratamiento térmico combinado de temple y del revenido a altas temperaturas, usados únicamente para los aceros aleados.
Tienen como fin mejorar las propiedades mecánicas de los aceros en construcción confiriéndoles el máximo grado de dureza compatible con el máximo de resistencia y tenacidad. Por lo tanto, la diferencia del revenido entre un acero de herramienta y otro de construcción consiste, en que el primero es un revenido a baja temperatura con el objeto de quitar las tensiones y fragilidades del acero a todo temple y el segundo es un revenido a altas temperaturas a efectos de conseguir la mayor tenacidad.
NORMALIZADO
Es el tratamiento térmico que tiene semejanza con el recocido, y que consiste en calentar el acero a una temperatura entre 100o - 150o, por encima de su punto crítico dejándolo luego enfriar al medio ambiente. Tiene como fin dar al acero fraguado que tiene el grado muy irregular, una estructura homogénea y normal.
Si al normalizado sigue el recocido de ablandamiento, este se puede realizar calentado a temperaturas inferiores de la normal (650o – 680oF).
Si el tratamiento se realiza sobre piezas de acero que han sido calentadas con el fin de afinar el grueso del grano, el tratamiento se denomina de Generación.
NITRURACIÓN
Es un método moderno de cementación, por el cual se obliga a la superficie de algunos metales a absorber Nitrógeno, obteniéndose con ellos un endurecimiento mayor que el obtenido con la cementación y el temple.
CEMENTACION
Es el tratamiento térmico que consiste en introducir carbono en las superficies de las piezas de aceros pobres de dichos metaloides, pudiéndose luego endurecerse el producto obtenido mediante temple.
La metalografía es una ciencia relativamente nueva, y debe sus principios sólidos al estudio profundo de hombres, que han originado estructuras particulares de aceros que hoy llevan sus respectivos nombres.
Por ejemplo:
SORBY, quien en 1864 publicó el primer estudio sobre el estado microscópico del hierro.
MARTENS: Que en 1868 completó dicho estudio y establece normas para realizar los procedimientos metalográficos.
LEDEBURG: Es el primer metalurgista que consideran las aleaciones como disoluciones de metales entre sí.
ROOZABOOM: Quien traza los primeros diagramas de equilibrios de las aleaciones Hierro-Carbono.
LE CHATELLIER: Quién invento el primer microscopio metalográfico y los pirómetros.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Definimos Tratamientos Térmicos del acero como una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento, de tiempo determinado y aplicada a un metal o aleación en el estado sólido, en una forma tal que producirá propiedades deseadas.
El primer paso en un tratamiento térmico del acero es calentar el material a una temperatura por encima del intervalo crítico para formar austeníta.
Al terminar una junta soldada queda una desorganización molecular en todo el tubo y por medio de un tratamiento térmico seleccionado; es necesario volver esas moléculas a su estado inicial.
Pero antes de continuar debemos saber que la metalurgia es la ciencia y tecnología de los metales.
Que el trabajador de los metales se menciona en la Biblia y en la mitología griega y noruega.
Siendo un profesión practicada 4000ac. El arte de fundir, refinar y prefabricar tuvo gran desarrollo entre los egipcios como entre los chinos.
La metalurgia ha adquirido una importancia creciente en la Tecnología Moderna, y es hacia 1922 donde se adquieren los grandes conocimientos sobre la estructura y las propiedades de los metales. La metalurgia se divide en dos grandes ramas:
PRUEBA DE DUREZA
Dureza se define como la oposición de un metal para ser rallado por otro. La dureza no es la propiedad fundamental de un material; sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas.
El ensayo de la Dureza, mide la resistencia o la penetración sobre la superficie de un metal efectuada por un objeto.
El ensayo de Dureza ROCKEWELL utiliza una bola de acero de diámetro pequeño, para materiales suaves y un cono de diamante Brale, para materiales más duros. La profundidad de la penetración la mide automáticamente el instrumento de prueba, y es convenida a un índice de Dureza Rockwell.
Los ensayos VICKERS y KNOOP son pruebas de mico durezas.
Los índices de Durezas se usan principalmente como base de comparación para los materiales, específicamente de fabricación y tratamientos térmicos, control de calidad y correlación con otras propiedades y comportamiento de materiales.
Las propiedades Mecánicas de un tubo determinan como responde un material al aplicársele una fuerza o un esfuerzo.
Las durezas son tres:
La Dureza Elástica: Se mide mediante un escleroscopio, que es un dispositivo para medir altura de rebote de un pequeño martillo con emboquillado de diamante. Después de que cae por su propio peso desde una altura definida sobre la superficie de la pieza a prueba.
La Resistencia al Corte o Abrasión. Consta de dos clases: La prueba de ralladura y prueba de ensayo de lima. La prueba de ralladura la ideó FRIEDRICH MONS y la prueba de ensayo de Lima es cuando la pieza se somete a la acción de corte de una Lima de dureza conocida, para determinar si se produce un corte visible.
La Resistencia a la Indentación: Consta de los siguientes métodos:
Prueba o ensayo de dureza BRINELL
Prueba o ensayo de dureza ROCKWELL
Prueba o ensayo de dureza VICKERS
LA DUREZA BRINELL (HB) Es la razón de la carga en kilogramo al área en Mm.2 de la impresión.
LA DUREZA WICKERS (HV) Es cuando se emplea un instrumento con marcador piramidal de diamante de base cuadrada; con un ángulo incluido de 1360 entre las caras opuestas Las durezas se calculan mediante tablas normativas ya establecidas para evitar la utilización de las fórmulas.
VEAMOS UNA TABLA DE COMPARACIONES DE FUERZAS
VICKERS (HV) BRINELL
3000 Kg
(HB) ROCKWELL
C Scale
(HRC)
100 95
120 115
140 135
160 155
180 175
200 195
240 215
260 235 20.3
280 255 24.0
300 275 27.1
320 295 29.8
340 311 32.2
360 328 34.4
380 345 36.6
400 360 38.8
420 379 40.8
440 397 42.7
460 415 44.5
480 433 46.1
500 452 47.7
520 471 49.1
540 487 50.5
560 507 51.7
600 545 53.0
620 564 54.1
640 582 55.2
660 620 56.3
680 638 57.3
700 656 58.3
720 670 59.2
740 684 60.1
760 698 62.5
780 710 63.3
800 722 64.0
820 733 64.7
840 745 65.3
PRUEBA DE LIQUIDOS PENETRANTES
El objetivo principal de la inspección con. PLP es que es, un método de ensayo no destructivo que puede usarse para la detección de discontinuidades o fisuras superficiales o subsuperficiales que estén de alguna manera comunicada con el exterior.
La PLP y las Radiográficas son complementarias. La PLP ofrece ciertas ventajas como aplicación fácil, rápida interpretación, y relativamente barato y muy confiable. Respecto a sus desventajas se puede decir que están relacionadas con la determinación de defectos puramente superficiales o que tengan alguna comunicación con ella, es un método cualitativo pues no brinda información completa y confiable sobre las dimensiones de las fallas.
Este método es el más antiguo y se remonta a la denominada técnica de Aceite y Blanqueo aplicada desde los fines del siglo pasado en los talleres ferroviarios para detectar fisuras en los componentes de locomotoras y vagones.
Esta técnica consistía en:
1. Limpiar adecuadamente la pieza
2. Sumergir durante varias horas en una mezcla de 25% de aceite y 75% de kerosene.
3. Quitar la pieza del baño, escurrirla y remover la mezcla de la superficie.
4. Blanquear la pieza con cal o tiza suspendida en alcohol.
5. Observar detenidamente la pieza, a fin de detectar las zonas en que las manchas de aceite en la cal revelaban la presencia de los defectos en los cuales había sido retenida la mezcla de aceite y kerosene.
CLASES DE PLP.
Existen varias clases:
1. Penetrantes fluorescentes – Pre-Emulsificados
2. Penetrantes fluorescentes – Post-Emulsificados
3. Penetrantes coloreados
MODOS DE APLICACIÓN: La forma de aplicación de penetrantes no depende del tipo de proceso utilizado; sino de las condiciones en que se debe operar, tipo, tamaño y cantidad de piezas a examinar.
Entre los métodos tenemos:
1. Por inmersión
2. Por pinceles
3. Por pulverización
PROCEDIMIENTO DE LA INSPECCIÓN CON LÍQUIDO PENETRANTES
Se usa la técnica: Código ASME sección V. artículo 6 y la ASTME – 165
1. Se prepara la superficie a ser examinada, o sea una limpieza total.
2. Se aplica el penetrante, esperando luego 5 a 10 minutos.
3. Hacemos la remoción del exceso de penetrante, o sea limpieza total.
4. Hacemos un secado de la superficie, con trapo hasta que no se note el penetrante.
5. Aplicamos el revelador y esperamos de 10 a 15 minutos.
6. Interpretamos los resultados.
7. Hacemos la limpieza total post-inspección
Las propiedades mecánicas de un tubo se medirán según la siguiente tabla:
GRADO RESISTENCIA FLUENCIA
MINIMO PSI RESISTENCIA TRACCION
MINIMO PSI.
A 30.000 48.000
B 35.000 60.000
X-42 42.000 60.000
X-46 46.000 63.000
X-52 52.000 *60.000
**72.000
X-56 56.000 *71.000
**75.000
X-60 60.000 *75.000
**78.000
X-65 65000 *77.000
**82.000
X-70 70.000 82.000
X-80 80.000 90.000
Es para tubería menores de 20” Ø con cualquier espesor y tubería de 20” Ø y mayores con espesores de pared de Ø 375” y menores.
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS TUBOS
Las composiciones químicas de los tubos son como la vemos en el siguiente cuadro.
clasifi Carb Mn Silicio Cromo Níquel %Otros Estructura
cación %Max % % % % Elementos
201 .15 5,5/7,5 1.0 16.0/18.0 3,5/5,5 N225 Max. Austenitico
202 .15 7.5/10.02. 1.0 17.0/59. 4.0/6.0 N225 Max. Austenitico
301 .15 0 1.0 16,0/18,0 6,0/8,0 Austenitico
302 .15 2.0 1.0 17,0/19,0 8,0/10,0 Austenitico
302B .15 2.0 2,0/3,0 17,0/19,0 8,0/10,0 Austenitico
304 .08 2.0 1.0 18,0/20,0 8,0/12,0 Austenitico
304L .03 2.0 1.0 18,0/20,0 8,0/12,0 Austenitico
305 .12 2.0 1.0 17,0/19,0 10,0/13,0 Austenitico
308 .08 2.0 1.0 19,0/21,0 10,0/12,0 Austenitico
309 .20 2.0 1.0 22,0/24,0 12,0/15,0 Austenitico
309S .08 2.0 1.0 22,0/24,0 12,0/15,0 Austenitico
310 .2.5 2.0 1.5 24.0/26.0 19.0/22.0 Austenitico
310S .0.8 2.0 1,5 24,0/26,0 19,0/22,0 Austenitico
314 .2.5 2.0 1.5/3,0 23,0/26,0 19,0/22,0 Austenitico
316 .08 2.0 1.0 16,0/18,0 10,0/14,0 M02,0/3,0 Austenitico
316L .03 2.0 1.0 16,0/18,0 10,0/14,0 M02,0/3,0 Austenitico
317 .0.8 2.0 1.0 18.0/20.0 11,0/15,0 M02,0/3,0 Austenitico
321 0.8 2.0 1.0 18.0/20.0 9,0/12,0 T15xC min. Austenitico
347 0.8 2.0 1.0 17,0/19,0 9,0/13,0 Cb-Ta10xC,min Austenitico
348 0.8 2.0 1.0 17.0/19.0 9,0/13,0 Cb-Ta10xC.min Austenitico
(Ta10xc.min.)
403 0.8 2.0 .5 11,5/13,0 Austenitico
410 .1,5 2.0 1.0 11,5/13,5 Martensitico
414 .15 1.0 1.0 11,5/13,5 1,25/2,5 Martensitico
416 .15 1.0 1.0 12,0/14,0 Zr ó Mo.60/Max Martensitico
420 .15 1.0 1.0 12,0/14,0 Martensitico
440B 75/85 1,25 1.0 16,0/18,0 M0.75 Max Martensitico
501 .10 1.0 1.0 4,0/16,0 M0.40/65 Martensitico
405 .08 1.0 1.0 11,5/14,5 Al:.10/.30 Ferritico
430 .12 1.0 1.0 16,0/18,0 Ferritico
442 .20 1.0 1.0 18,0/23,0 Ferritico
502 .10 1.0 1.0 4,0/6,0 M045/.60 Ferritico
VEAMOS ALGUNAS COMPOSICIONES QUÍMICAS DE LOS TUBOS
ACERO 321: ACERO 106
Carbono = .08% .30%
Manganeso = 2%
Fósforo = .040% .035%
Sulfuros = .030%
Níquel = 9% al 13% .40%
Cromo = 17% al 20% .40%
Hierro = lo restante. Lo restante
ACERO 304:
Carbono = 015%
Manganeso = .80%
Silicio = 1%
Fósforo = .04%
Azufre = .04%
Hierro = lo restante
ACERO 310:
Carbono = .08%
Manganeso = 2%
Silicio = 1%
Molibdeno = 3%
Cromo = 16% al 20%
ACERO 206:
Carbono = .15%
Manganeso = 5.5% al 7.5%
Silicio = 1.0%
Cromo = 16.0% al 18.0%
Níquel = 3.5% al 5.5%
Hierro = lo restante
ACERO 202:
Carbono = .15%
Manganeso = 7.5% al 10.02%
Silicio = 1%
Cromo = 17.0% al 59.0%
Níquel = 4.0% al 6.0%
Hierro = lo restante
Veamos la función que cumple cada uno de los elementos químicos en la función de un tubo.
El Manganeso se encuentra en todas las clases de aceros. Cuando en cantidades pequeñas se considera que no actúa como aleante. Su función principal es combinarse con el azufre= que es perjudicial solo = para evitar el agrietamiento. En cantidades muy altas aumenta la tenacidad y además aumenta la habilidad del acero para endurecerse.
Níquel: Aumenta la resistencia del acero al choque, y lo hace tenaz a baja temperatura por lo general en los aceros al carbono la resistencia al choque disminuye a medida de que disminuye la temperatura. El níquel aumenta la Resistencia pero en menor proporción al manganeso.
Cromo: Como el elemento aleante en el acero no tiene efecto muy benéficos en la resistencia al choque, o al impacto a baja temperatura, tiende a hacerlo frágil; produce endurecimiento en el acero y tiende a aumentar su resistencia.
Las principales funciones del Cromo son:
Aumentar la resistencia a la corrosión
Aumentar la resistencia a la oxidación
Aumentar la resistencia al acero para que trabaje a altas temperaturas.
Molibdeno. Aumenta la dureza al acero, la resistencia a la corrosión y disminuye la fragilidad del acero especialmente cuando lleva como elemento aleante al cromo.
Vanadio. En muy pequeñas cantidades aumenta fuertemente la resistencia. Se usa para refinar el acero y aumentar la habilidad del acero para ser endurecido.
Silicio. Cuando el acero está en estado líquido, en su producción tiene gran cantidad de óxido de hierro con el objeto de desoxidarlo, se le agrega silicio el cual se combina más fácilmente con el oxigeno dejando libre el hierro del óxido.
En proporciones relativamente altas, mejora la resistencia a la oxidación, aumenta la resistencia y la capacidad para endurecer el acero.
Aunque estos aceros son muy costosos, al final son más económicos que los aceros carbón.
LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS TUBOS.
Entre las principales tenemos:
LA MALEABILIDAD: Es la propiedad que tienen los cuerpos de permitir deformaciones a causa de un golpe exterior sin llegar a la rotura.
LA DUCTIBILIDAD: Es la propiedad por la cual los metales se dejan estirar en hilos y en láminas.
LA ELÁSTICIDAD: Es la propiedad por la cual los metales después de una acción, vuelven a su estado inicial.
LA TENACIDAD: Es la propiedad que tienen los metales de recibir golpes y ralladuras sin que sus moléculas se separen.
LA FRAGILIDAD: Es la condición de ciertas sustancias de interrumpir la atracción molecular, cuando una fuerza exterior actúa sobre la misma.
LA PLÁSTICIDAD: Es la propiedad de algunos metales de permitir ser reducidos de su tamaño.
EL ALARGAMIENTO: Es el mayor o menor resultado de los esfuerzos de atracción de un metal que permite ser alargado a sumo grado.
LA DUREZA: Es la propiedad de los metales de oponerse a ser rallados por otros.
La Metalurgia de Procesamiento o extractiva y
La Metalurgia Física: Que consta de la composición química, el tratamiento mecánico y el tratamiento Técnico.
Los tratamientos térmicos son:
El Temple
El Revenido
El Recocido
El Normalizado
Nitruración
Cementación
Grafitización.
EL TEMPLE
Transformación = punto crítico = en un medio que le quite el calor lo más rápidamente posible.
Efectos del Temple
Aumenta la dureza desde 1.5 a 3 veces más
Aumenta casi 50% la resistencia
Disminuye la contracción, el alargamiento, la maleabilidad, y la tenacidad
Afina notablemente el gramo
Puede alterar la forma de una pieza
Puede producir grietas o principios de rotura
Aumenta ligeramente su volumen
Aumenta la resistencia eléctrica.
Factores que determinan un Buen Temple
Conocer la estructura que tiene el acero antes del temple
El porcentaje de Carbono
El calentamiento
Y la velocidad de enfriamiento.
EL REVENIDO
Es el tratamiento térmico que efectúa después del Temple, y consiste en calentar el acero templado a una temperatura inferior al punto crítico y enfriarlo en agua, aire o aceite.
La finalidad de este proceso es:
Quitar las tensiones moleculares del temple.
Aumentar la tenacidad y la resistencia perdida por el temple.
Mejorar las características mecánicas del material, mejorando y homogeneizando las estructuras.
EL RECOCIDO
Es el tratamiento de calentar una pieza a una temperatura convenientemente elevada, y luego dejarla enfriar lentamente.
La temperatura de calentamiento del recocido depende de la calidad del acero y de los fines que se quieran alcanzar. Estos pueden ser:
Afinar la estructura
Proporcionar al acero máximo grado de blandura
Eliminar tensiones internas, fragilidad y dureza.
REFINADO
Es el tratamiento térmico combinado de temple y del revenido a altas temperaturas, usados únicamente para los aceros aleados.
Tienen como fin mejorar las propiedades mecánicas de los aceros en construcción confiriéndoles el máximo grado de dureza compatible con el máximo de resistencia y tenacidad. Por lo tanto, la diferencia del revenido entre un acero de herramienta y otro de construcción consiste, en que el primero es un revenido a baja temperatura con el objeto de quitar las tensiones y fragilidades del acero a todo temple y el segundo es un revenido a altas temperaturas a efectos de conseguir la mayor tenacidad.
NORMALIZADO
Es el tratamiento térmico que tiene semejanza con el recocido, y que consiste en calentar el acero a una temperatura entre 100o - 150o, por encima de su punto crítico dejándolo luego enfriar al medio ambiente. Tiene como fin dar al acero fraguado que tiene el grado muy irregular, una estructura homogénea y normal.
Si al normalizado sigue el recocido de ablandamiento, este se puede realizar calentado a temperaturas inferiores de la normal (650o – 680oF).
Si el tratamiento se realiza sobre piezas de acero que han sido calentadas con el fin de afinar el grueso del grano, el tratamiento se denomina de Generación.
NITRURACIÓN
Es un método moderno de cementación, por el cual se obliga a la superficie de algunos metales a absorber Nitrógeno, obteniéndose con ellos un endurecimiento mayor que el obtenido con la cementación y el temple.
CEMENTACION
Es el tratamiento térmico que consiste en introducir carbono en las superficies de las piezas de aceros pobres de dichos metaloides, pudiéndose luego endurecerse el producto obtenido mediante temple.
La metalografía es una ciencia relativamente nueva, y debe sus principios sólidos al estudio profundo de hombres, que han originado estructuras particulares de aceros que hoy llevan sus respectivos nombres.
Por ejemplo:
SORBY, quien en 1864 publicó el primer estudio sobre el estado microscópico del hierro.
MARTENS: Que en 1868 completó dicho estudio y establece normas para realizar los procedimientos metalográficos.
LEDEBURG: Es el primer metalurgista que consideran las aleaciones como disoluciones de metales entre sí.
ROOZABOOM: Quien traza los primeros diagramas de equilibrios de las aleaciones Hierro-Carbono.
LE CHATELLIER: Quién invento el primer microscopio metalográfico y los pirómetros.
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Definimos Tratamientos Térmicos del acero como una combinación de operaciones de calentamiento y enfriamiento, de tiempo determinado y aplicada a un metal o aleación en el estado sólido, en una forma tal que producirá propiedades deseadas.
El primer paso en un tratamiento térmico del acero es calentar el material a una temperatura por encima del intervalo crítico para formar austeníta.
Al terminar una junta soldada queda una desorganización molecular en todo el tubo y por medio de un tratamiento térmico seleccionado; es necesario volver esas moléculas a su estado inicial.
Pero antes de continuar debemos saber que la metalurgia es la ciencia y tecnología de los metales.
Que el trabajador de los metales se menciona en la Biblia y en la mitología griega y noruega.
Siendo un profesión practicada 4000ac. El arte de fundir, refinar y prefabricar tuvo gran desarrollo entre los egipcios como entre los chinos.
La metalurgia ha adquirido una importancia creciente en la Tecnología Moderna, y es hacia 1922 donde se adquieren los grandes conocimientos sobre la estructura y las propiedades de los metales. La metalurgia se divide en dos grandes ramas:
PRUEBA DE DUREZA
Dureza se define como la oposición de un metal para ser rallado por otro. La dureza no es la propiedad fundamental de un material; sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas.
El ensayo de la Dureza, mide la resistencia o la penetración sobre la superficie de un metal efectuada por un objeto.
El ensayo de Dureza ROCKEWELL utiliza una bola de acero de diámetro pequeño, para materiales suaves y un cono de diamante Brale, para materiales más duros. La profundidad de la penetración la mide automáticamente el instrumento de prueba, y es convenida a un índice de Dureza Rockwell.
Los ensayos VICKERS y KNOOP son pruebas de mico durezas.
Los índices de Durezas se usan principalmente como base de comparación para los materiales, específicamente de fabricación y tratamientos térmicos, control de calidad y correlación con otras propiedades y comportamiento de materiales.
Las propiedades Mecánicas de un tubo determinan como responde un material al aplicársele una fuerza o un esfuerzo.
Las durezas son tres:
La Dureza Elástica: Se mide mediante un escleroscopio, que es un dispositivo para medir altura de rebote de un pequeño martillo con emboquillado de diamante. Después de que cae por su propio peso desde una altura definida sobre la superficie de la pieza a prueba.
La Resistencia al Corte o Abrasión. Consta de dos clases: La prueba de ralladura y prueba de ensayo de lima. La prueba de ralladura la ideó FRIEDRICH MONS y la prueba de ensayo de Lima es cuando la pieza se somete a la acción de corte de una Lima de dureza conocida, para determinar si se produce un corte visible.
La Resistencia a la Indentación: Consta de los siguientes métodos:
Prueba o ensayo de dureza BRINELL
Prueba o ensayo de dureza ROCKWELL
Prueba o ensayo de dureza VICKERS
LA DUREZA BRINELL (HB) Es la razón de la carga en kilogramo al área en Mm.2 de la impresión.
LA DUREZA WICKERS (HV) Es cuando se emplea un instrumento con marcador piramidal de diamante de base cuadrada; con un ángulo incluido de 1360 entre las caras opuestas Las durezas se calculan mediante tablas normativas ya establecidas para evitar la utilización de las fórmulas.
VEAMOS UNA TABLA DE COMPARACIONES DE FUERZAS
VICKERS (HV) BRINELL
3000 Kg
(HB) ROCKWELL
C Scale
(HRC)
100 95
120 115
140 135
160 155
180 175
200 195
240 215
260 235 20.3
280 255 24.0
300 275 27.1
320 295 29.8
340 311 32.2
360 328 34.4
380 345 36.6
400 360 38.8
420 379 40.8
440 397 42.7
460 415 44.5
480 433 46.1
500 452 47.7
520 471 49.1
540 487 50.5
560 507 51.7
600 545 53.0
620 564 54.1
640 582 55.2
660 620 56.3
680 638 57.3
700 656 58.3
720 670 59.2
740 684 60.1
760 698 62.5
780 710 63.3
800 722 64.0
820 733 64.7
840 745 65.3
PRUEBA DE LIQUIDOS PENETRANTES
El objetivo principal de la inspección con. PLP es que es, un método de ensayo no destructivo que puede usarse para la detección de discontinuidades o fisuras superficiales o subsuperficiales que estén de alguna manera comunicada con el exterior.
La PLP y las Radiográficas son complementarias. La PLP ofrece ciertas ventajas como aplicación fácil, rápida interpretación, y relativamente barato y muy confiable. Respecto a sus desventajas se puede decir que están relacionadas con la determinación de defectos puramente superficiales o que tengan alguna comunicación con ella, es un método cualitativo pues no brinda información completa y confiable sobre las dimensiones de las fallas.
Este método es el más antiguo y se remonta a la denominada técnica de Aceite y Blanqueo aplicada desde los fines del siglo pasado en los talleres ferroviarios para detectar fisuras en los componentes de locomotoras y vagones.
Esta técnica consistía en:
1. Limpiar adecuadamente la pieza
2. Sumergir durante varias horas en una mezcla de 25% de aceite y 75% de kerosene.
3. Quitar la pieza del baño, escurrirla y remover la mezcla de la superficie.
4. Blanquear la pieza con cal o tiza suspendida en alcohol.
5. Observar detenidamente la pieza, a fin de detectar las zonas en que las manchas de aceite en la cal revelaban la presencia de los defectos en los cuales había sido retenida la mezcla de aceite y kerosene.
CLASES DE PLP.
Existen varias clases:
1. Penetrantes fluorescentes – Pre-Emulsificados
2. Penetrantes fluorescentes – Post-Emulsificados
3. Penetrantes coloreados
MODOS DE APLICACIÓN: La forma de aplicación de penetrantes no depende del tipo de proceso utilizado; sino de las condiciones en que se debe operar, tipo, tamaño y cantidad de piezas a examinar.
Entre los métodos tenemos:
1. Por inmersión
2. Por pinceles
3. Por pulverización
PROCEDIMIENTO DE LA INSPECCIÓN CON LÍQUIDO PENETRANTES
Se usa la técnica: Código ASME sección V. artículo 6 y la ASTME – 165
1. Se prepara la superficie a ser examinada, o sea una limpieza total.
2. Se aplica el penetrante, esperando luego 5 a 10 minutos.
3. Hacemos la remoción del exceso de penetrante, o sea limpieza total.
4. Hacemos un secado de la superficie, con trapo hasta que no se note el penetrante.
5. Aplicamos el revelador y esperamos de 10 a 15 minutos.
6. Interpretamos los resultados.
7. Hacemos la limpieza total post-inspección
Las propiedades mecánicas de un tubo se medirán según la siguiente tabla:
GRADO RESISTENCIA FLUENCIA
MINIMO PSI RESISTENCIA TRACCION
MINIMO PSI.
A 30.000 48.000
B 35.000 60.000
X-42 42.000 60.000
X-46 46.000 63.000
X-52 52.000 *60.000
**72.000
X-56 56.000 *71.000
**75.000
X-60 60.000 *75.000
**78.000
X-65 65000 *77.000
**82.000
X-70 70.000 82.000
X-80 80.000 90.000
Es para tubería menores de 20” Ø con cualquier espesor y tubería de 20” Ø y mayores con espesores de pared de Ø 375” y menores.
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS TUBOS
Las composiciones químicas de los tubos son como la vemos en el siguiente cuadro.
clasifi Carb Mn Silicio Cromo Níquel %Otros Estructura
cación %Max % % % % Elementos
201 .15 5,5/7,5 1.0 16.0/18.0 3,5/5,5 N225 Max. Austenitico
202 .15 7.5/10.02. 1.0 17.0/59. 4.0/6.0 N225 Max. Austenitico
301 .15 0 1.0 16,0/18,0 6,0/8,0 Austenitico
302 .15 2.0 1.0 17,0/19,0 8,0/10,0 Austenitico
302B .15 2.0 2,0/3,0 17,0/19,0 8,0/10,0 Austenitico
304 .08 2.0 1.0 18,0/20,0 8,0/12,0 Austenitico
304L .03 2.0 1.0 18,0/20,0 8,0/12,0 Austenitico
305 .12 2.0 1.0 17,0/19,0 10,0/13,0 Austenitico
308 .08 2.0 1.0 19,0/21,0 10,0/12,0 Austenitico
309 .20 2.0 1.0 22,0/24,0 12,0/15,0 Austenitico
309S .08 2.0 1.0 22,0/24,0 12,0/15,0 Austenitico
310 .2.5 2.0 1.5 24.0/26.0 19.0/22.0 Austenitico
310S .0.8 2.0 1,5 24,0/26,0 19,0/22,0 Austenitico
314 .2.5 2.0 1.5/3,0 23,0/26,0 19,0/22,0 Austenitico
316 .08 2.0 1.0 16,0/18,0 10,0/14,0 M02,0/3,0 Austenitico
316L .03 2.0 1.0 16,0/18,0 10,0/14,0 M02,0/3,0 Austenitico
317 .0.8 2.0 1.0 18.0/20.0 11,0/15,0 M02,0/3,0 Austenitico
321 0.8 2.0 1.0 18.0/20.0 9,0/12,0 T15xC min. Austenitico
347 0.8 2.0 1.0 17,0/19,0 9,0/13,0 Cb-Ta10xC,min Austenitico
348 0.8 2.0 1.0 17.0/19.0 9,0/13,0 Cb-Ta10xC.min Austenitico
(Ta10xc.min.)
403 0.8 2.0 .5 11,5/13,0 Austenitico
410 .1,5 2.0 1.0 11,5/13,5 Martensitico
414 .15 1.0 1.0 11,5/13,5 1,25/2,5 Martensitico
416 .15 1.0 1.0 12,0/14,0 Zr ó Mo.60/Max Martensitico
420 .15 1.0 1.0 12,0/14,0 Martensitico
440B 75/85 1,25 1.0 16,0/18,0 M0.75 Max Martensitico
501 .10 1.0 1.0 4,0/16,0 M0.40/65 Martensitico
405 .08 1.0 1.0 11,5/14,5 Al:.10/.30 Ferritico
430 .12 1.0 1.0 16,0/18,0 Ferritico
442 .20 1.0 1.0 18,0/23,0 Ferritico
502 .10 1.0 1.0 4,0/6,0 M045/.60 Ferritico
VEAMOS ALGUNAS COMPOSICIONES QUÍMICAS DE LOS TUBOS
ACERO 321: ACERO 106
Carbono = .08% .30%
Manganeso = 2%
Fósforo = .040% .035%
Sulfuros = .030%
Níquel = 9% al 13% .40%
Cromo = 17% al 20% .40%
Hierro = lo restante. Lo restante
ACERO 304:
Carbono = 015%
Manganeso = .80%
Silicio = 1%
Fósforo = .04%
Azufre = .04%
Hierro = lo restante
ACERO 310:
Carbono = .08%
Manganeso = 2%
Silicio = 1%
Molibdeno = 3%
Cromo = 16% al 20%
ACERO 206:
Carbono = .15%
Manganeso = 5.5% al 7.5%
Silicio = 1.0%
Cromo = 16.0% al 18.0%
Níquel = 3.5% al 5.5%
Hierro = lo restante
ACERO 202:
Carbono = .15%
Manganeso = 7.5% al 10.02%
Silicio = 1%
Cromo = 17.0% al 59.0%
Níquel = 4.0% al 6.0%
Hierro = lo restante
Veamos la función que cumple cada uno de los elementos químicos en la función de un tubo.
El Manganeso se encuentra en todas las clases de aceros. Cuando en cantidades pequeñas se considera que no actúa como aleante. Su función principal es combinarse con el azufre= que es perjudicial solo = para evitar el agrietamiento. En cantidades muy altas aumenta la tenacidad y además aumenta la habilidad del acero para endurecerse.
Níquel: Aumenta la resistencia del acero al choque, y lo hace tenaz a baja temperatura por lo general en los aceros al carbono la resistencia al choque disminuye a medida de que disminuye la temperatura. El níquel aumenta la Resistencia pero en menor proporción al manganeso.
Cromo: Como el elemento aleante en el acero no tiene efecto muy benéficos en la resistencia al choque, o al impacto a baja temperatura, tiende a hacerlo frágil; produce endurecimiento en el acero y tiende a aumentar su resistencia.
Las principales funciones del Cromo son:
Aumentar la resistencia a la corrosión
Aumentar la resistencia a la oxidación
Aumentar la resistencia al acero para que trabaje a altas temperaturas.
Molibdeno. Aumenta la dureza al acero, la resistencia a la corrosión y disminuye la fragilidad del acero especialmente cuando lleva como elemento aleante al cromo.
Vanadio. En muy pequeñas cantidades aumenta fuertemente la resistencia. Se usa para refinar el acero y aumentar la habilidad del acero para ser endurecido.
Silicio. Cuando el acero está en estado líquido, en su producción tiene gran cantidad de óxido de hierro con el objeto de desoxidarlo, se le agrega silicio el cual se combina más fácilmente con el oxigeno dejando libre el hierro del óxido.
En proporciones relativamente altas, mejora la resistencia a la oxidación, aumenta la resistencia y la capacidad para endurecer el acero.
Aunque estos aceros son muy costosos, al final son más económicos que los aceros carbón.
LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS TUBOS.
Entre las principales tenemos:
LA MALEABILIDAD: Es la propiedad que tienen los cuerpos de permitir deformaciones a causa de un golpe exterior sin llegar a la rotura.
LA DUCTIBILIDAD: Es la propiedad por la cual los metales se dejan estirar en hilos y en láminas.
LA ELÁSTICIDAD: Es la propiedad por la cual los metales después de una acción, vuelven a su estado inicial.
LA TENACIDAD: Es la propiedad que tienen los metales de recibir golpes y ralladuras sin que sus moléculas se separen.
LA FRAGILIDAD: Es la condición de ciertas sustancias de interrumpir la atracción molecular, cuando una fuerza exterior actúa sobre la misma.
LA PLÁSTICIDAD: Es la propiedad de algunos metales de permitir ser reducidos de su tamaño.
EL ALARGAMIENTO: Es el mayor o menor resultado de los esfuerzos de atracción de un metal que permite ser alargado a sumo grado.
LA DUREZA: Es la propiedad de los metales de oponerse a ser rallados por otros.
CODIGOS Y ESPECIFICACIONES
CODIGOS Y ESPECIFICACIONES
Introducción
La seguridad pública está involucrada en el diseño y la fabricación de estructuras tales como: edificaciones, líneas de tuberías, embarcaciones, y recipientes de alta presión, y, para minimizar el peligro de fallas catastróficas, o incluso fallas prematuras, se han establecido documentos para regular el diseño y construcción de estas estructuras. Incluso, aunque la seguridad pública no esté envuelta, algunos productos son construidos para reunir requerimientos definidos que aseguren un nivel de calidad, uniformidad, o inter cambiabilidad. Estos documentos son los llamados: Especificaciones, Códigos, Estándares, y Reglas. Algunas veces los términos son empleados indiscriminadamente.
El Tercer Diccionario Internacional de Webster, del año 1969, define los términos como sigue:
Especificación: “Una descripción (como mediante números, descripción, o dibujo de trabajo) detallada, precisa, y explícita de algo, o un plan o propósito de algo”.
Código: “Un conjunto de reglas de procedimiento y estándares de materiales diseñados para asegurar la uniformidad y para proteger el interés público en cuestiones como la construcción de edificios y salud pública, establecidos usualmente por una agencia pública”.
Estándar: “Algo que está establecido por autoridad, costumbre, o consentimiento general como un modelo o ejemplo para ser seguido”.
Regla: “Un procedimiento, costumbre, o hábito aceptado, teniendo la fuerza de una regulación”
ORGANIZACIONES QUE ESCRIBEN CÓDIGOS
Los códigos y especificaciones son generalmente escritos por los grupos de industriales, organizaciones de profesionales y de comercio, u oficinas gubernamentales, y cada código o especificación trata con las aplicaciones pertinentes específicamente al interés del organismo autor. Las grandes organizaciones de fabricantes pueden preparar sus propias especificaciones para satisfacer sus necesidades específicas.
Entre las organizaciones nacionales principales que escriben códigos que involucran la soldadura por arco están la American Welding Society , American Institute of Steel Construction , American Society for Testing Materials , American Society of Mechanical Engineers , y el American Petroleum Institute .
Entre las agencias de gobierno, la Interstate Commerce Comisión tiene reglas para la fabricación de vehículos de carretera y para contenedores empleados en el comercio inter estatal. Las diferentes ramas de los servicios militares también preparan especificaciones. Una lista de las principales agencias involucradas en la escritura de códigos y especificaciones es presentada en la Tabla 2.1.
Algunas especificaciones, por ejemplo, aquellas de la Society of Automotive Engineers , realmente no son estándares aunque son meramente guías para prácticas recomendadas. Otras especificaciones claman inflexiblemente a los procedimientos de diseño y fabricación a ser seguidos y están legalmente ceñidos. En cualquier evento, ni el diseño ni la fabricación de una estructura soldada serían emprendidos sin el completo conocimiento de todos los códigos y requerimientos que deben ser reunidos.
Reunir los requerimientos de un código no protege a ninguno contra la responsabilidad referente al desempeño de las soldaduras o de la estructura. Ni, en general, ningún organismo que escribe códigos, aprueba, avala, garantiza, o en ninguna manera, da testimonio a la corrección de los procedimientos, diseños, o materiales seleccionados para la aplicación del código.
Algunas de las principales organizaciones que emiten o editan códigos pertenecientes a la soldadura están listadas en el texto siguiente. Estos listados no cubren todas las aplicaciones de la soldadura o todos los organismos que escriben códigos. Muchos gobiernos locales, por ejemplo, editan códigos. La lista es representativa de las aplicaciones comunes y de las organizaciones cuyos códigos son ampliamente empleados.
American Welding Society: El avance de la ciencia de la soldadura es un propósito principal de la AWS. Esta organización escribe códigos para soldar edificaciones y puentes; prepara especificaciones para electrodos, varillas, y fundentes para soldar; y fija estándares para la calificación de los operarios de soldadura, y para el ensayo e inspección de soldaduras.
American Society of Mechanical Engineers: El Comité de Calderas y Recipientes a Presión de la ASME establece estándares y reglas de seguridad para el diseño, construcción, e inspección de las calderas y otros recipientes a presión. El Comité interpreta además, las reglas y considera las peticiones para su revisión. Los fabricantes o manufacturadores que deseen producir recipientes de acuerdo con los códigos deben obtener del Comité, un Certificado de Autorización para emplear el Estampe o Letrero con el Nombre ASME. Muchos estados y gobiernos municipales han adoptado el Código ASME como un requerimiento legal para los tipos aplicables de construcción. Otros estados tienen Códigos similares a, o ajustado al modelo, el Código ASME.
American Society for Testing Materials: Esta sociedad técnica nacional tiene numerosos Comités, cada uno de los cuales edita regulaciones y estándares en un campo prescrito a la aplicación de los materiales. Muchos de estos pertenecientes a los materiales de construcción y los métodos de ensayo.
American Petroleum Institute: Las prácticas preferidas dirigidas al diseño y fabricación de las estructuras y equipamiento empleados en la industria del petróleo son emitidas por el API. Algunas de las más ampliamente empleadas de estas especificaciones son aquellas para líneas de tuberías por vía terrestre.
American Institute of Steel Construction: Esta organización comercial edita especificaciones para el diseño, fabricación, y erección de acero estructural para edificaciones.
Agencias Gubernamentales: Las especificaciones gubernamentales constan principalmente de dos grupos: Federales y Militares. Las copias de las especificaciones federales están disponibles a través de las oficinas regionales de la Administración de Servicios Generales. Las copias de las especificaciones militares están disponibles a través de las agencias del Departamento de Defensa. La distribución de las especificaciones está limitada a las partes interesadas que tengan una relación contractual con el DOD, o quien de otra manera necesite las especificaciones para satisfacer la oferta de requerimientos. La distribución de las especificaciones teniendo una clasificación de seguridad está, por supuesto, limitada.
APLICACIONES CUBIERTAS POR LOS CODIGOS
Recipientes a Presión: La construcción de calderas y recipientes a presión soldados está cubierta por los códigos y especificaciones que describen, entre otros artículos, los materiales permisibles, tamaño, configuración, limitaciones de servicio, fabricación, tratamiento térmico, inspección, y requerimientos de ensayos. Estos códigos además, esbozan requerimientos para la calificación de los procedimientos de soldadura y de los operarios. Numerosos estados, ciudades, y otras agencia locales gubernamentales, editan además, los códigos gobernando recipientes a presión. Para equipamientos a ser empleados fuera de los Estados Unidos, las regulaciones de gobierno aplicables en el extranjero deben, por supuesto, ser investigadas. Los códigos comúnmente aplicados son:
Código ASME para la Construcción de Calderas, Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.
Sección I – Calderas de Potencia.
Sección II – Especificaciones de los Materiales.
Sección III – Calderas Nucleares y Componentes.
Sección IV – Calderas de Calentamiento.
Sección V – Ensayos No Destructivos.
Sección VI – Cuidado y Operación de las Calderas de Calentamiento.
Sección VII – Cuidado y Operación de Calderas de Potencia.
Sección VIII – Falta
Sección IX – Calificaciones para Soldadura.
Algunas de las Secciones arriba constan de más de un Volumen.
Código API – ASME, Recipientes a Presión No Encendidas para Líquidos y Gases del Petróleo, Instituto Americano del Petróleo y Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.
Especificaciones Generales para la Construcción de Buques Navales, Departamento de la Marina de Guerra de los Estados Unidos, Oficina de Embarcaciones.
Regulaciones de Ingeniería de Marina y Especificaciones de Materiales, Guarda Costas de los Estados Unidos.
ABS, Reglas para la Construcción y Clasificación de Calderas de Acero, Oficina Americana de Embarcaciones.
Estándares, Asociación de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares, Inc. (Incorporado a los EE.UU.)
Reglas y Regulaciones de la Lloyd, Registro Lloyd de Embarcaciones.
Tuberías: Una considerable cantidad de tubería es soldada de acuerdo a los procedimientos desarrollados por contratistas individuales sin tomar en consideración a los requerimientos de algún código. La tubería para vapor y otros trabajos a presión, sin embargo, es usualmente soldada a los requerimientos de los códigos. Muchos códigos para tubería son escritos sobre la base de requerimientos mínimos para la seguridad, y algunas aplicaciones pueden, por lo tanto, requerir diseños y prácticas de construcción más conservadores que las estipuladas en los códigos. Una aplicación particular, por ejemplo, puede ser cubierta por un código y aún requerir tolerancias para corrosión o erosión, consideraciones especiales para prevenir distorsiones o deslizamientos, o prácticas de inspección no citadas en el código para asegurar que todas las juntas sean estancas.
El Código ASME para la Construcción de Calderas cubre las tuberías conectadas con las calderas, y la adhesión a sus requerimientos ha sido hecha obligatoria por muchos gobiernos estatales y municipales. Las Secciones I y VIII de este código se refieren a la tubería industrial.
La referencia a la tubería está también contenida en el Código API – ASME Código para el Diseño, Construcción, Inspección, y Reparación de Recipientes a Presión No Encendidas para Líquidos y Gases del Petróleo. Aunque más liberal que la Sección VIII del Código ASME de Calderas, el Código API – ASME incluye un programa de inspección y reparación obligatorios.
El Estándar AWS D10.9-80 Calificación de Procedimientos de Soldadura y Soldadores para Tuberías y Oleoductos cubre tres diferentes niveles de calidad de soldadura.
El Código Estándar Americano para Oleoductos a Presión, B31.1, sirve principalmente como una guía para los gobiernos estatales y municipales en el establecimiento de regulaciones. Además, es empleado por contratistas, fabricantes, arquitectos, e ingenieros como una referencia.
Líneas de Conducción de Agua: La tubería para conducir agua es usualmente comprada conforme a la Especificación 7A.3 o 7A.4 de la American Water Works Association . La tubería comprada bajo las Especificaciones ASTM A134-85 o A139-88 es satisfactoria para el servicio de agua, cuando es tubería conforme a la Especificación API 5L.
Para tubería especialmente de gran diámetro, teniendo espesores de pared mayores de 1-1/4”, o para tubería para agua empleada encima del piso y soportada por anillos enrigidezadores, es recomendable emplear el diseño práctico descrito en la Sección sobre tubos en carga en el AWS Manual de Soldadura.
Las tuberías para agua, usualmente tienen una cubierta en el lado interno y en el lado externo para protegerla contra la corrosión. Para condiciones medianamente corrosivas, es empleada una pintura de alquitrán de hulla de buena calidad. Para condiciones severamente corrosivas, o del lado interior o del lado exterior, la tubería está usualmente protegida con un revestimiento o guarnición de alquitrán de hulla, esmalte, cinta, o revestimiento o cubierta epóxica, aplicado de acuerdo con las Especificaciones AWWA C203-86, C209-84, y C210-84.
Tanques de Almacenaje Soldados en el Campo: Los tanques de almacenaje soldados en el campo son construidos usualmente de acuerdo con algún código o especificación preparados para una industria en particular. Estos códigos proporcionan las especificaciones completas para la construcción de tanques de almacenaje para todos los tupos de servicios. La unidad de las tensiones para aceros dependerá de las condiciones de servicio involucradas y pueden ser encontradas en estas especificaciones industriales:
Especificaciones para Tanques de Agua por Gravedad y Torres de Acero; Associated Factory Mutual Fire Insurance Companies .
Estándares para la Construcción e Instalación de Tanques, por Gravedad y Presión, Torres, etc.; National Board of Fire Underwriters .
Especificaciones para Tanques Soldados en el Campo para Almacenaje de Líquidos de Producción; SPEC 12D-82.
Especificación para Tanques Soldados en el Taller para Almacenaje de Líquidos en Producción; SPEC 12F-88; American Petroleum Institute.
Especificaciones Estándares para Tanques en Acero Elevados para Agua, Columnas de Alimentación de Agua, y Depósitos; D100-84; D5.2; American Water Works Association – American Welding Society.
Especificaciones para Tanques en Acero Todo Soldado para Servicio de Agua Transportada por Ferrocarril; American Railway Engineering Association .
Fabricación de Aeronaves: La variedad de materiales y diseños empleados en la fabricación de aviones requiere el empleo de la mayoría de los procesos de soldadura.
Porque los materiales empleados incluyen, aleaciones del aluminio y del magnesio, aceros de baja aleación, aceros austeníticos, y aleaciones de alto níquel; también está involucrada una amplia variación en las técnicas para la mayoría de los procesos. Las Especificaciones y Códigos típicos que gobiernan son:
1. Certificación del Soldador. Ensayo; Certificación de Operarios para la Soldadura de Aeronaves, AN-T-38.
2. Metal de Relleno y Fundentes.
Electrodos Revestidos, Soldadura, Aleación Cobre-Aluminio-Hierro, Bronce Aluminio, para Recubrimiento: JAN-E-278.
Electrodos Revestidos, Soldadura, Acero Resistente a la Corrosión, Tipo Austenítico: BuAer 46E4 (int).
Electrodos Revestidos, Soldadura, Aleación Níquel-Cobre: BuAer 17 E4.
Varilla y Alambre, Soldadura, Aleación Níquel-Cromo-Hierro: AN-N-4 Alambre; Soldadura, Hierro y Acero para uso aeronáutico: BuAer 46R4, AAF 10286.
3. Procesos y Métodos de Inspección.
Soldadura, Magnesio: BuAer PW-2
Soldadura, Aluminio: BuAer PW-5.
Soldadura, Acero: BuAer PW-7.
Construcción de Embarcaciones: Los buques mercantes y muchos barcos navales tipo mercante, son construidos de acuerdo con los requerimientos establecidos por U.S. Coast Guard , y por la American Bureau of Shipping. Los barcos navales de combate y ciertos otros tipos especiales son construidos de acuerdo con las especificaciones U.S. Navy .
Los requerimientos de la ABS pueden ser encontrados en las Reglas para la Construcción y Clasificación de Barcos en Acero.
Lloyd’s Register of Shipping edita una especificación titulada “Lloyd’s Rules and Regulations for the Construction and Classification of Steel Ships” . Esta organización, fundada en 1760, opera un servicio mundial para clasificar embarcaciones e inspeccionar su construcción.
Las regulaciones de los Guarda Costas son una parte del Code of Federal Regulations y viene bajo el Título 46, Embarcaciones; Capítulo I, Guarda Costas: Inspección y Navegación. Las siguientes aplicaciones aplican para soldar:
Subcapítulo D – Buque Tanques – Parte 31.3-2, 37.2.
Subcapítulo F – Regulaciones de Ingeniería de Marina, Parte 56.20.
Subcapítulo G – Océano y a lo largo de las Costas, Partes 59.15 y 59.30.
Subcapítulo H – Grandes Lagos, Partes 76.15, 76.15a, 76.18, 76.34.
Subcapítulo I – Bahías, Estrechos, y Lagos, Partes 94.14, 94.14a,94.17, 94.34.
Subcapítulo J – Ríos, Parte 113.23.
Subcapítulo M – Barcos para Pasajeros, Parte 144.3.
Listas de Equipamientos para Barcos Mercantes, incluidas las listas de electrodos aprobados.
Las regulaciones de la U.S. Navy y los requerimientos cubriendo la soldadura son incorporadas en el Capítulo 92, Soldadura y Procesos Aliados del Manual de la ABS, e incluye las siguientes especificaciones:
Especificaciones Generales para la Construcción de Barcos de la U.S. Navy, Apéndice 5, Especificaciones para la Soldadura.
Especificaciones Generales para la Maquinaria, Sección S1-4, Soldadura y Soldadura Fuerte.
Especificaciones Generales para la Inspección de Materiales, Apéndice VII, Soldadura.
A pesar de no estar comprometida con el establecimiento de códigos, National Certified Pipe Welding Bureau tiene un efecto sustancial sobre las prácticas de soldadura. Esta organización de contratistas de tuberías tiene su sede principal en Washington, D.C. y secciones locales a través de los Estados Unidos de Norteamérica. Su propósito es probar y calificar procedimientos de soldadura de tubería y soldadores de tubería y eliminar la necesidad de la recalificación de cada uno de los trabajos. La NCPWB trabaja con los códigos y especificaciones existentes. La información general sobre los metales es publicada por varias sociedades técnicas, asociaciones comerciales, productores de metales, y el Gobierno Federal. Algunas de estas organizaciones son listadas en la Tabla 2.
General Services Administration edita el Índice de Especificaciones y Estándares Federales, el cual está disponible en la U.S. Government Printing Office . Las especificaciones reales están disponibles en las oficinas regionales locales de la GSA.
El Centro Referente para la Ciencia y la División de Tecnología de la Biblioteca del Congreso, proporcionan un servicio referido, aunque no intentan responder a preguntas técnicas o a citar libros, periódicos, u otras fuentes bibliográficas. A las personas que solicitan información se les proporcionan los nombres de las organizaciones aptas para suministrar tales informaciones.
Tabla 1.
Principales Agencias y Asociaciones Relativas a la Industria de la Soldadura
AA
ABS
AGA
AIPE
AISI
API
ASME
ASNT
AWWA
AWI
CISC
CSA
CDA
DOT
EWI
GWI
IIE
IMA
LRS
NACE
NEMA
NSC
NIDI
RI
SAE
SFSA
SPFA
TDA
WIC
WRC
Department of the Air Force.
Base, Ohio.
Aluminum Association.
Washington, DC.
American Bureau of Shipping.
WTC, New York, NY
American Gas Association.
Arlington, VA
American Institute of Plant Engineers.
Cincinnati, OH
American Iron and Steel Institute.
Washington, DC
American Petroleum Institute.
Washington, DC
American Society of Mechanical Engineers.
New York, NY
American Society for Nondestructive Testing.
Columbus, OH
American Water Works Association
Denver, CO
American Welding Institute.
Knoxville, TN
Canadian Institute of Steel Construction.
Willowdale, Ontario
Cryogenic Society of America.
Oak Park, IL
Copper Development Association.
Greenwich, CT
U.S.Department of Transportation.
Washington, DC
Edison Welding Institute.
Columbus, OH
Grinding Wheel Institute
Cleveland, OH
Institute of Industrial Engineers.
Norcross, GA
International Magnesium Association.
McLean, VA
Lloyd’s Register of Shipping
New York, NY
National Association of Corrosion Engineers.
Houston, TX
National Electrical Manufacturers Association.
Washington, DC
National Safety Council.
Chicago, IL
Nickel Development Institute.
Toronto, Ontario
Robotics International.
Dearborn, MI
Society of Automotive Engineers.
Warrendale, PA
Steel Founders’ Society of America
Des Olaines, IL
Steel Plate Fabricators Association
Winchester, IL
Titanium Development Association.
Dayton, OH
Welding Institute of Canada.
Oakville, Ontario
Welding Research Council.
New York, NY
AASHTO
AIME
AISC
ANSI
ASM
ASSE
ASTM
AWS
AISE
CGA
CWB
DVS
FMA
ISEA
IIW
IPA
NBBPVI
NIST
NWSA
RWMA
RIA
SAIW
SSCI
SME
STI
TWI
Department of Navy.
Philadelphia, PA.
American Association of State Highway and Transportation Officials.
Washington, DC.
American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers.
New York, NY
American Institute of Steel Construction.
Chicago, IL
American National Standards
Institute.
New York, NY
ASM International.
Metals Park, OH
American Society of Safety Engineers.
Des Plaines, IL
American Society for Testing Materials
Philadelphia, PA
American Welding Society.
Miami, FL
Association of Iron and Steel Engineers.
Pittsburgh, PA
Compressed Gas Association.
Arlington, VA
Canadian Welding Bureau.
Mississauga, Ontario
Deutscher Verband fur Schweisstechnik e.V.
Dusseldorf 1 Germany
Fabricating Manufacturers Association.
Rockford, IL
Industrial Safety Equipment Association.
Arlington, VA
International Institute of Welding – American Council.
Miami, FL
International Tube & Pipe Association.
Rockford, IL
National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors.
Columbus, OH
National Institute of Science and Technology.
Gaithersburg, MD
National Welding Supply Association.
Philadelphia, PA
Resistance Welder Manufacturers’ Association.
Philadelphia, PA
Robotic Industries Association.
Ann Harbor, MI
South African Institute of Welding.
Johannesburg, South Africa
Ductile Iron Society.
North Olmsted, OH
National Certified Pipe Welding Bureau.
Rockville, MD
Steel Service Center Institute.
Cleveland, OH
Society of Manufacturing Engineers.
Dearborn, MI
Steel Tank Institute.
Lake Zurich, IL
The Welding Institute.
Abington, Cambridge, UK
Tabla 2
Fuentes de Información Técnica
Aluminum Association
Washington, DC
American National Standards Institute
New York, NY
American Welding Society.
Miami, FL
Copper Development Association.
Greenwich, CT
Library of Congress. National Referral Center for Science and Technology.
Washington, DC
National Certified Pipe Welding Bureau.
Rockville, MD American Foundry men’s Society
Des Plaines, IL
American Society for Nondestructive Testing
Columbus, OH
American Society of Metals.
Metals Park, OH
Ductile Iron Society.
North Olmsted, OH
National Association of Corrosion Engineers.
Houston, TX
Steel Founders’ Society of America.
Des Plaines, IL
Introducción
La seguridad pública está involucrada en el diseño y la fabricación de estructuras tales como: edificaciones, líneas de tuberías, embarcaciones, y recipientes de alta presión, y, para minimizar el peligro de fallas catastróficas, o incluso fallas prematuras, se han establecido documentos para regular el diseño y construcción de estas estructuras. Incluso, aunque la seguridad pública no esté envuelta, algunos productos son construidos para reunir requerimientos definidos que aseguren un nivel de calidad, uniformidad, o inter cambiabilidad. Estos documentos son los llamados: Especificaciones, Códigos, Estándares, y Reglas. Algunas veces los términos son empleados indiscriminadamente.
El Tercer Diccionario Internacional de Webster, del año 1969, define los términos como sigue:
Especificación: “Una descripción (como mediante números, descripción, o dibujo de trabajo) detallada, precisa, y explícita de algo, o un plan o propósito de algo”.
Código: “Un conjunto de reglas de procedimiento y estándares de materiales diseñados para asegurar la uniformidad y para proteger el interés público en cuestiones como la construcción de edificios y salud pública, establecidos usualmente por una agencia pública”.
Estándar: “Algo que está establecido por autoridad, costumbre, o consentimiento general como un modelo o ejemplo para ser seguido”.
Regla: “Un procedimiento, costumbre, o hábito aceptado, teniendo la fuerza de una regulación”
ORGANIZACIONES QUE ESCRIBEN CÓDIGOS
Los códigos y especificaciones son generalmente escritos por los grupos de industriales, organizaciones de profesionales y de comercio, u oficinas gubernamentales, y cada código o especificación trata con las aplicaciones pertinentes específicamente al interés del organismo autor. Las grandes organizaciones de fabricantes pueden preparar sus propias especificaciones para satisfacer sus necesidades específicas.
Entre las organizaciones nacionales principales que escriben códigos que involucran la soldadura por arco están la American Welding Society , American Institute of Steel Construction , American Society for Testing Materials , American Society of Mechanical Engineers , y el American Petroleum Institute .
Entre las agencias de gobierno, la Interstate Commerce Comisión tiene reglas para la fabricación de vehículos de carretera y para contenedores empleados en el comercio inter estatal. Las diferentes ramas de los servicios militares también preparan especificaciones. Una lista de las principales agencias involucradas en la escritura de códigos y especificaciones es presentada en la Tabla 2.1.
Algunas especificaciones, por ejemplo, aquellas de la Society of Automotive Engineers , realmente no son estándares aunque son meramente guías para prácticas recomendadas. Otras especificaciones claman inflexiblemente a los procedimientos de diseño y fabricación a ser seguidos y están legalmente ceñidos. En cualquier evento, ni el diseño ni la fabricación de una estructura soldada serían emprendidos sin el completo conocimiento de todos los códigos y requerimientos que deben ser reunidos.
Reunir los requerimientos de un código no protege a ninguno contra la responsabilidad referente al desempeño de las soldaduras o de la estructura. Ni, en general, ningún organismo que escribe códigos, aprueba, avala, garantiza, o en ninguna manera, da testimonio a la corrección de los procedimientos, diseños, o materiales seleccionados para la aplicación del código.
Algunas de las principales organizaciones que emiten o editan códigos pertenecientes a la soldadura están listadas en el texto siguiente. Estos listados no cubren todas las aplicaciones de la soldadura o todos los organismos que escriben códigos. Muchos gobiernos locales, por ejemplo, editan códigos. La lista es representativa de las aplicaciones comunes y de las organizaciones cuyos códigos son ampliamente empleados.
American Welding Society: El avance de la ciencia de la soldadura es un propósito principal de la AWS. Esta organización escribe códigos para soldar edificaciones y puentes; prepara especificaciones para electrodos, varillas, y fundentes para soldar; y fija estándares para la calificación de los operarios de soldadura, y para el ensayo e inspección de soldaduras.
American Society of Mechanical Engineers: El Comité de Calderas y Recipientes a Presión de la ASME establece estándares y reglas de seguridad para el diseño, construcción, e inspección de las calderas y otros recipientes a presión. El Comité interpreta además, las reglas y considera las peticiones para su revisión. Los fabricantes o manufacturadores que deseen producir recipientes de acuerdo con los códigos deben obtener del Comité, un Certificado de Autorización para emplear el Estampe o Letrero con el Nombre ASME. Muchos estados y gobiernos municipales han adoptado el Código ASME como un requerimiento legal para los tipos aplicables de construcción. Otros estados tienen Códigos similares a, o ajustado al modelo, el Código ASME.
American Society for Testing Materials: Esta sociedad técnica nacional tiene numerosos Comités, cada uno de los cuales edita regulaciones y estándares en un campo prescrito a la aplicación de los materiales. Muchos de estos pertenecientes a los materiales de construcción y los métodos de ensayo.
American Petroleum Institute: Las prácticas preferidas dirigidas al diseño y fabricación de las estructuras y equipamiento empleados en la industria del petróleo son emitidas por el API. Algunas de las más ampliamente empleadas de estas especificaciones son aquellas para líneas de tuberías por vía terrestre.
American Institute of Steel Construction: Esta organización comercial edita especificaciones para el diseño, fabricación, y erección de acero estructural para edificaciones.
Agencias Gubernamentales: Las especificaciones gubernamentales constan principalmente de dos grupos: Federales y Militares. Las copias de las especificaciones federales están disponibles a través de las oficinas regionales de la Administración de Servicios Generales. Las copias de las especificaciones militares están disponibles a través de las agencias del Departamento de Defensa. La distribución de las especificaciones está limitada a las partes interesadas que tengan una relación contractual con el DOD, o quien de otra manera necesite las especificaciones para satisfacer la oferta de requerimientos. La distribución de las especificaciones teniendo una clasificación de seguridad está, por supuesto, limitada.
APLICACIONES CUBIERTAS POR LOS CODIGOS
Recipientes a Presión: La construcción de calderas y recipientes a presión soldados está cubierta por los códigos y especificaciones que describen, entre otros artículos, los materiales permisibles, tamaño, configuración, limitaciones de servicio, fabricación, tratamiento térmico, inspección, y requerimientos de ensayos. Estos códigos además, esbozan requerimientos para la calificación de los procedimientos de soldadura y de los operarios. Numerosos estados, ciudades, y otras agencia locales gubernamentales, editan además, los códigos gobernando recipientes a presión. Para equipamientos a ser empleados fuera de los Estados Unidos, las regulaciones de gobierno aplicables en el extranjero deben, por supuesto, ser investigadas. Los códigos comúnmente aplicados son:
Código ASME para la Construcción de Calderas, Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.
Sección I – Calderas de Potencia.
Sección II – Especificaciones de los Materiales.
Sección III – Calderas Nucleares y Componentes.
Sección IV – Calderas de Calentamiento.
Sección V – Ensayos No Destructivos.
Sección VI – Cuidado y Operación de las Calderas de Calentamiento.
Sección VII – Cuidado y Operación de Calderas de Potencia.
Sección VIII – Falta
Sección IX – Calificaciones para Soldadura.
Algunas de las Secciones arriba constan de más de un Volumen.
Código API – ASME, Recipientes a Presión No Encendidas para Líquidos y Gases del Petróleo, Instituto Americano del Petróleo y Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.
Especificaciones Generales para la Construcción de Buques Navales, Departamento de la Marina de Guerra de los Estados Unidos, Oficina de Embarcaciones.
Regulaciones de Ingeniería de Marina y Especificaciones de Materiales, Guarda Costas de los Estados Unidos.
ABS, Reglas para la Construcción y Clasificación de Calderas de Acero, Oficina Americana de Embarcaciones.
Estándares, Asociación de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares, Inc. (Incorporado a los EE.UU.)
Reglas y Regulaciones de la Lloyd, Registro Lloyd de Embarcaciones.
Tuberías: Una considerable cantidad de tubería es soldada de acuerdo a los procedimientos desarrollados por contratistas individuales sin tomar en consideración a los requerimientos de algún código. La tubería para vapor y otros trabajos a presión, sin embargo, es usualmente soldada a los requerimientos de los códigos. Muchos códigos para tubería son escritos sobre la base de requerimientos mínimos para la seguridad, y algunas aplicaciones pueden, por lo tanto, requerir diseños y prácticas de construcción más conservadores que las estipuladas en los códigos. Una aplicación particular, por ejemplo, puede ser cubierta por un código y aún requerir tolerancias para corrosión o erosión, consideraciones especiales para prevenir distorsiones o deslizamientos, o prácticas de inspección no citadas en el código para asegurar que todas las juntas sean estancas.
El Código ASME para la Construcción de Calderas cubre las tuberías conectadas con las calderas, y la adhesión a sus requerimientos ha sido hecha obligatoria por muchos gobiernos estatales y municipales. Las Secciones I y VIII de este código se refieren a la tubería industrial.
La referencia a la tubería está también contenida en el Código API – ASME Código para el Diseño, Construcción, Inspección, y Reparación de Recipientes a Presión No Encendidas para Líquidos y Gases del Petróleo. Aunque más liberal que la Sección VIII del Código ASME de Calderas, el Código API – ASME incluye un programa de inspección y reparación obligatorios.
El Estándar AWS D10.9-80 Calificación de Procedimientos de Soldadura y Soldadores para Tuberías y Oleoductos cubre tres diferentes niveles de calidad de soldadura.
El Código Estándar Americano para Oleoductos a Presión, B31.1, sirve principalmente como una guía para los gobiernos estatales y municipales en el establecimiento de regulaciones. Además, es empleado por contratistas, fabricantes, arquitectos, e ingenieros como una referencia.
Líneas de Conducción de Agua: La tubería para conducir agua es usualmente comprada conforme a la Especificación 7A.3 o 7A.4 de la American Water Works Association . La tubería comprada bajo las Especificaciones ASTM A134-85 o A139-88 es satisfactoria para el servicio de agua, cuando es tubería conforme a la Especificación API 5L.
Para tubería especialmente de gran diámetro, teniendo espesores de pared mayores de 1-1/4”, o para tubería para agua empleada encima del piso y soportada por anillos enrigidezadores, es recomendable emplear el diseño práctico descrito en la Sección sobre tubos en carga en el AWS Manual de Soldadura.
Las tuberías para agua, usualmente tienen una cubierta en el lado interno y en el lado externo para protegerla contra la corrosión. Para condiciones medianamente corrosivas, es empleada una pintura de alquitrán de hulla de buena calidad. Para condiciones severamente corrosivas, o del lado interior o del lado exterior, la tubería está usualmente protegida con un revestimiento o guarnición de alquitrán de hulla, esmalte, cinta, o revestimiento o cubierta epóxica, aplicado de acuerdo con las Especificaciones AWWA C203-86, C209-84, y C210-84.
Tanques de Almacenaje Soldados en el Campo: Los tanques de almacenaje soldados en el campo son construidos usualmente de acuerdo con algún código o especificación preparados para una industria en particular. Estos códigos proporcionan las especificaciones completas para la construcción de tanques de almacenaje para todos los tupos de servicios. La unidad de las tensiones para aceros dependerá de las condiciones de servicio involucradas y pueden ser encontradas en estas especificaciones industriales:
Especificaciones para Tanques de Agua por Gravedad y Torres de Acero; Associated Factory Mutual Fire Insurance Companies .
Estándares para la Construcción e Instalación de Tanques, por Gravedad y Presión, Torres, etc.; National Board of Fire Underwriters .
Especificaciones para Tanques Soldados en el Campo para Almacenaje de Líquidos de Producción; SPEC 12D-82.
Especificación para Tanques Soldados en el Taller para Almacenaje de Líquidos en Producción; SPEC 12F-88; American Petroleum Institute.
Especificaciones Estándares para Tanques en Acero Elevados para Agua, Columnas de Alimentación de Agua, y Depósitos; D100-84; D5.2; American Water Works Association – American Welding Society.
Especificaciones para Tanques en Acero Todo Soldado para Servicio de Agua Transportada por Ferrocarril; American Railway Engineering Association .
Fabricación de Aeronaves: La variedad de materiales y diseños empleados en la fabricación de aviones requiere el empleo de la mayoría de los procesos de soldadura.
Porque los materiales empleados incluyen, aleaciones del aluminio y del magnesio, aceros de baja aleación, aceros austeníticos, y aleaciones de alto níquel; también está involucrada una amplia variación en las técnicas para la mayoría de los procesos. Las Especificaciones y Códigos típicos que gobiernan son:
1. Certificación del Soldador. Ensayo; Certificación de Operarios para la Soldadura de Aeronaves, AN-T-38.
2. Metal de Relleno y Fundentes.
Electrodos Revestidos, Soldadura, Aleación Cobre-Aluminio-Hierro, Bronce Aluminio, para Recubrimiento: JAN-E-278.
Electrodos Revestidos, Soldadura, Acero Resistente a la Corrosión, Tipo Austenítico: BuAer 46E4 (int).
Electrodos Revestidos, Soldadura, Aleación Níquel-Cobre: BuAer 17 E4.
Varilla y Alambre, Soldadura, Aleación Níquel-Cromo-Hierro: AN-N-4 Alambre; Soldadura, Hierro y Acero para uso aeronáutico: BuAer 46R4, AAF 10286.
3. Procesos y Métodos de Inspección.
Soldadura, Magnesio: BuAer PW-2
Soldadura, Aluminio: BuAer PW-5.
Soldadura, Acero: BuAer PW-7.
Construcción de Embarcaciones: Los buques mercantes y muchos barcos navales tipo mercante, son construidos de acuerdo con los requerimientos establecidos por U.S. Coast Guard , y por la American Bureau of Shipping. Los barcos navales de combate y ciertos otros tipos especiales son construidos de acuerdo con las especificaciones U.S. Navy .
Los requerimientos de la ABS pueden ser encontrados en las Reglas para la Construcción y Clasificación de Barcos en Acero.
Lloyd’s Register of Shipping edita una especificación titulada “Lloyd’s Rules and Regulations for the Construction and Classification of Steel Ships” . Esta organización, fundada en 1760, opera un servicio mundial para clasificar embarcaciones e inspeccionar su construcción.
Las regulaciones de los Guarda Costas son una parte del Code of Federal Regulations y viene bajo el Título 46, Embarcaciones; Capítulo I, Guarda Costas: Inspección y Navegación. Las siguientes aplicaciones aplican para soldar:
Subcapítulo D – Buque Tanques – Parte 31.3-2, 37.2.
Subcapítulo F – Regulaciones de Ingeniería de Marina, Parte 56.20.
Subcapítulo G – Océano y a lo largo de las Costas, Partes 59.15 y 59.30.
Subcapítulo H – Grandes Lagos, Partes 76.15, 76.15a, 76.18, 76.34.
Subcapítulo I – Bahías, Estrechos, y Lagos, Partes 94.14, 94.14a,94.17, 94.34.
Subcapítulo J – Ríos, Parte 113.23.
Subcapítulo M – Barcos para Pasajeros, Parte 144.3.
Listas de Equipamientos para Barcos Mercantes, incluidas las listas de electrodos aprobados.
Las regulaciones de la U.S. Navy y los requerimientos cubriendo la soldadura son incorporadas en el Capítulo 92, Soldadura y Procesos Aliados del Manual de la ABS, e incluye las siguientes especificaciones:
Especificaciones Generales para la Construcción de Barcos de la U.S. Navy, Apéndice 5, Especificaciones para la Soldadura.
Especificaciones Generales para la Maquinaria, Sección S1-4, Soldadura y Soldadura Fuerte.
Especificaciones Generales para la Inspección de Materiales, Apéndice VII, Soldadura.
A pesar de no estar comprometida con el establecimiento de códigos, National Certified Pipe Welding Bureau tiene un efecto sustancial sobre las prácticas de soldadura. Esta organización de contratistas de tuberías tiene su sede principal en Washington, D.C. y secciones locales a través de los Estados Unidos de Norteamérica. Su propósito es probar y calificar procedimientos de soldadura de tubería y soldadores de tubería y eliminar la necesidad de la recalificación de cada uno de los trabajos. La NCPWB trabaja con los códigos y especificaciones existentes. La información general sobre los metales es publicada por varias sociedades técnicas, asociaciones comerciales, productores de metales, y el Gobierno Federal. Algunas de estas organizaciones son listadas en la Tabla 2.
General Services Administration edita el Índice de Especificaciones y Estándares Federales, el cual está disponible en la U.S. Government Printing Office . Las especificaciones reales están disponibles en las oficinas regionales locales de la GSA.
El Centro Referente para la Ciencia y la División de Tecnología de la Biblioteca del Congreso, proporcionan un servicio referido, aunque no intentan responder a preguntas técnicas o a citar libros, periódicos, u otras fuentes bibliográficas. A las personas que solicitan información se les proporcionan los nombres de las organizaciones aptas para suministrar tales informaciones.
Tabla 1.
Principales Agencias y Asociaciones Relativas a la Industria de la Soldadura
AA
ABS
AGA
AIPE
AISI
API
ASME
ASNT
AWWA
AWI
CISC
CSA
CDA
DOT
EWI
GWI
IIE
IMA
LRS
NACE
NEMA
NSC
NIDI
RI
SAE
SFSA
SPFA
TDA
WIC
WRC
Department of the Air Force.
Base, Ohio.
Aluminum Association.
Washington, DC.
American Bureau of Shipping.
WTC, New York, NY
American Gas Association.
Arlington, VA
American Institute of Plant Engineers.
Cincinnati, OH
American Iron and Steel Institute.
Washington, DC
American Petroleum Institute.
Washington, DC
American Society of Mechanical Engineers.
New York, NY
American Society for Nondestructive Testing.
Columbus, OH
American Water Works Association
Denver, CO
American Welding Institute.
Knoxville, TN
Canadian Institute of Steel Construction.
Willowdale, Ontario
Cryogenic Society of America.
Oak Park, IL
Copper Development Association.
Greenwich, CT
U.S.Department of Transportation.
Washington, DC
Edison Welding Institute.
Columbus, OH
Grinding Wheel Institute
Cleveland, OH
Institute of Industrial Engineers.
Norcross, GA
International Magnesium Association.
McLean, VA
Lloyd’s Register of Shipping
New York, NY
National Association of Corrosion Engineers.
Houston, TX
National Electrical Manufacturers Association.
Washington, DC
National Safety Council.
Chicago, IL
Nickel Development Institute.
Toronto, Ontario
Robotics International.
Dearborn, MI
Society of Automotive Engineers.
Warrendale, PA
Steel Founders’ Society of America
Des Olaines, IL
Steel Plate Fabricators Association
Winchester, IL
Titanium Development Association.
Dayton, OH
Welding Institute of Canada.
Oakville, Ontario
Welding Research Council.
New York, NY
AASHTO
AIME
AISC
ANSI
ASM
ASSE
ASTM
AWS
AISE
CGA
CWB
DVS
FMA
ISEA
IIW
IPA
NBBPVI
NIST
NWSA
RWMA
RIA
SAIW
SSCI
SME
STI
TWI
Department of Navy.
Philadelphia, PA.
American Association of State Highway and Transportation Officials.
Washington, DC.
American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers.
New York, NY
American Institute of Steel Construction.
Chicago, IL
American National Standards
Institute.
New York, NY
ASM International.
Metals Park, OH
American Society of Safety Engineers.
Des Plaines, IL
American Society for Testing Materials
Philadelphia, PA
American Welding Society.
Miami, FL
Association of Iron and Steel Engineers.
Pittsburgh, PA
Compressed Gas Association.
Arlington, VA
Canadian Welding Bureau.
Mississauga, Ontario
Deutscher Verband fur Schweisstechnik e.V.
Dusseldorf 1 Germany
Fabricating Manufacturers Association.
Rockford, IL
Industrial Safety Equipment Association.
Arlington, VA
International Institute of Welding – American Council.
Miami, FL
International Tube & Pipe Association.
Rockford, IL
National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors.
Columbus, OH
National Institute of Science and Technology.
Gaithersburg, MD
National Welding Supply Association.
Philadelphia, PA
Resistance Welder Manufacturers’ Association.
Philadelphia, PA
Robotic Industries Association.
Ann Harbor, MI
South African Institute of Welding.
Johannesburg, South Africa
Ductile Iron Society.
North Olmsted, OH
National Certified Pipe Welding Bureau.
Rockville, MD
Steel Service Center Institute.
Cleveland, OH
Society of Manufacturing Engineers.
Dearborn, MI
Steel Tank Institute.
Lake Zurich, IL
The Welding Institute.
Abington, Cambridge, UK
Tabla 2
Fuentes de Información Técnica
Aluminum Association
Washington, DC
American National Standards Institute
New York, NY
American Welding Society.
Miami, FL
Copper Development Association.
Greenwich, CT
Library of Congress. National Referral Center for Science and Technology.
Washington, DC
National Certified Pipe Welding Bureau.
Rockville, MD American Foundry men’s Society
Des Plaines, IL
American Society for Nondestructive Testing
Columbus, OH
American Society of Metals.
Metals Park, OH
Ductile Iron Society.
North Olmsted, OH
National Association of Corrosion Engineers.
Houston, TX
Steel Founders’ Society of America.
Des Plaines, IL
WPS ASME
CALIFICACION Y PROCEDIMIENTO DE PLATINA Y TUBERIA
SEGÚN ASME
CALIFICACION DE PROCEDIMIENTOS
General ( Qw )
Cada fabricante debe preparar un procedimiento escrito.(WPS) con las indicaciones para ejecutar soldaduras de producción.
Un WPS debe contener todas las variables esenciales, no esenciales y cuando se requieran
las variables esenciales suplementarias, para cada proceso de soldadura usado en el WPS.
También debe figurar el PQR o calificación que le sirve de soporte. Se puede incluir otra información adicional que pueda ayudar a producir soldaduras de calidad.
Cambios en el WPS: se pueden hacer cambios en las variables no esenciales sin
recalificar el procedimiento, Pero documentando el cambio con una revisión con el WPS; Con respecto a las variables esenciales y esenciales suplementarias requieren rectificar el WPS o emitir un nuevo WPS en el que se consignen las nuevas variables, también se
pueden calificar un nuevo PQR conteniendo las variables de cambio.
FORMATOS : El código da la libertad para los formatos pero exige que se listen las variables esenciales, no esenciales y suplementarias cuando apliquen, sin embargo en el apéndice A se dan unos formatos guías.
• VARIABLES ESENCIALES (QW)
Son aquellas en las cuales un cambio, se considera que afecta las propiedades mecánicas de la soldadura y requieren de recalificación.
• VARIABLES SUPLEMENTARIAS
Son aquellas que por requerimientos de otras secciones del código
requieren pruebas de impacto . Cuando se especifica pruebas de impacto un cambio en una variable suplementaria requiere recalificación de WPS.
• VARIABLES NO ESENCIALES
Son aquellas en que un cambio no afecta las propiedades mecánicas de la soldadura y por lo tanto se puede hacer sin recalificar el WPS, pero se debe documentar el cambio.
Recomendamos que las variables esenciales ,suplementarias y no esenciales varían de un
proceso a otro.
• LA CALIFICACION DEL PROCEDIMIENTO (PQR)
El PQR es el documento más importante para la sección IX.
Un WPS no tiene ninguna validez para la sección IX si no tiene un PQR correctamente calificado en los soportes.
Un WPS sin su calificación o PQR no pasa de ser una hoja sin valor alguno.
La persona que califica un PQR (soldador u operario), debe ser empleado en la organización que califica el PQR. El PQR es el documento que justifica o soporta el WPS los WPS. El WPS depende directamente del PQR.
Cada WPS debe tener uno o mas PQR”S de soporte para justificar que el WPS fue apropiadamente calificado, de igual manera un solo PQR puede soportar mas de un WPS.
Un PQR que ha sido calificado hace mucho tiempo, (después de 1962) es valido para soportar mas de un WPS actual que se certifica para cumplir los requerimientos de la ultima sección del código. Sin embargo para evitar cuestionamientos o problemas futuros,
es una buena idea actualizar el PQR para cumplir los requerimientos actuales del código,
en estos casos se debe tener mucho cuidado porque las variables esenciales listadas en el PQR no pueden ser cambiadas ; sin embargo es posible revisar el PQR(con la salvedad anterior ), los cambios deben ser rectificados por el fabricante.
Un PQR documente que ocurrió durante la calificación indicando los datos reales en la misma. El PQR debe ser certificado por el fabricante que lo usara .
Recordar que en el PQR solo se deben consignar las variables que fueron realmente medidas
y observadas durante la prueba y no las que se emitieron.
Por ejemplo si el amperaje y el voltaje no fueron medidos durante la prueba.
El PQR debe contener:
a. Las variables esenciales para el proceso o procesos específicos que el fabricante utilizo para calificar la soldadura de prueba.
b. El número y los resultados de las pruebas hechas en las probetas.
c. La certificación, incluyendo fecha. Esto no puede ser hecho por el laboratorio que hace las pruebas o cualquier entidad externa al fabricante. El laboratorio puede certificar los resultados de sus pruebas ( el fabricante no requiere presenciar los ensayos), sin embargo : el fabricante debe hacer certificación adicional de que las pruebas cumplen con la sección IX , y por lo tanto son aceptadas por la sección IX y el código
Un PQR debe contener todas las variables esenciales y cuando se requiera las suplementarias de cada proceso utilizado para soldar el cupón de prueba . Las variables no esenciales u otro tipo de variables pueden ser o no ser registradas a opinión del fabricante. Variables no monitoreadas durante la soldadura no deben ser registradas.
El fabricante no debe subcontratar las funciones de certificación. Pero puede subcontratar las pruebas de tensión, doblaje o macroataque.
Cuando se utilice más de un proceso o material de relleno se debe registrar el espesor aproximado del metal de soldadura depositado en cada proceso o en cada electrodo de material de relleno .
Múltiples WPS “S pueden ser separados por un solo PQR ; ejemplo : si un PQR calificado para posición 1G puede soportar WPS para posiciones 2G, 3G, 4G en lamina, y 1G, 2G, 5G, 6G en tubería conservando todas las variables esenciales .
Un solo WPS puede cubrir varios cambios en las variables esenciales y ser soportado por los PQR existente para cada variable esencial. Ejemplo, un solo PQR puede cubrir un espesor desde 1/16 hasta 1 ¼” si existen dos PQR, uno desde 1 /16” hasta 3/16” y otro
Desde 3/16 “hasta 1 ¼ “.
NUMEROS P Y GRUPOS G (QW)
Para reducir el número de procedimientos que requieren calificación se asignan números P a los materiales base dependiendo de sus características tales como composición química, soldabilidad, y propiedades mecánicas, donde lógicamente esto puede ser hecho. Para aceros o aleaciones de aceros, adicionalmente a los números P se asignan grupos números G.
Estos números clasifican los metales dentro de los números con el propósito de calificar procedimientos cuando se requieran pruebas de impacto. Esta clasificación en P, números subdivididos en grupos, números, no indiscriminadamente por un metal base por el cual fue hecha la calificación o por un metal base ubicado en el mismo número P. Sin considerar la compatibilidad casi de alivios térmicos posteriores a las soldaduras, diseño, propiedades mecánicas y requerimientos de servicios.
COMBINACION DE PROCEDIMIENTOS
a) Más de un procedimiento teniendo diferentes variables esenciales y no esenciales, pueden ser usados en la junta de producción.
Cada procedimiento puede incluir uno o una combinación de proceso de materiales de
Relleno u otras variables.
Cuando dos o más procedimientos que involucra diferentes procesos o diferentes variables
son usados en una junta, se debe determinar el rango del metal base calificado y el rango
de espesores del metal de soldadura calificado para cada procedimiento. El metal
de soldadura depositado en cada proceso o procedimiento debe ser incluido en
todas las pruebas ``( tensión, dobles e impacto si aplica ).
b) Cuando se califica un procedimiento o proceso separado solamente para depositar el paso de raíz, el cupón será de ½” de espesor de mínimo. El proceso para pase de raíz quedara calificado para 2t ( corto circuito) de la calificación del metal de soldadura con cualquier espesor máximo de metal base calificado por otros PQR’S usados para soportar el WPS.
PRUEBAS MECANICAS
Las probetas requeridas para las pruebas mecánicas serán preparadas para tensión , 10 a 10.5 para doblez, 11 para impacto, y 12 a 12.1 para filetes.
ESPESORES PARA METALES BASES DISIMILES ( QW 202.4 )
Cuando se sueldan metales disimiles los espesores aprobados son :
A. El espesor de la parte delgada esta regido por la tabla I.
B. El espesor del metal más grueso estará igualmente dentro de los rangos de la tabla I, pero cuando no se requiere limitación del máximo espesor de la soldadura de producción se deberá utilizar para prueba un espesor de ½” o más.
CALIFICACION DE SOLDADORES
EN TUBERIA Y PLATINA (ASME)
CALIFICACION DE SOLDADORES
La calificación de soldadores está limitada por las variables esenciales que aplican para cada proceso.
Recordemos que el soldador solo tiene variables esenciales.
QW 300.2 Una premisa importante y básica de responsabilidad frente a la soldadura dice que el fabricante es responsable de la soldadura y por lo tanto no puede delegar a otra organización externa a su empresa la calificación de procedimientos y soldadores. Solamente se pueden subcontratar las pruebas de laboratorio ( tensión, doblez, y de impacto). El propósito de este requisito es asegurar que el fabricante ha determinado que sus soldadores y operarios de soldadura, usando sus procesos, son capaces de desarrollar los mínimos requerimientos especificados para una soldadura aceptable. Esta responsabilidad no puede ser delegada a otra organización.
Pruebas (QW 301)
El objeto de las pruebas es determinar la habilidad de los soldadores y los operarios de soldadura, de hacer soldaduras sanas. Cada fabricante calificará cada soldador u operario para cada proceso de soldadura que utilizará en producción. La prueba será soldar un cupón bajo un WPS calificado, excepto que cuando se hace una calificación con un procedimiento calificado con alivio térmico, este puede ser omitido.
El soldador u operario que califica un WPS queda calificado pero solamente en los limites de su calificación y califica solamente la posición específica.
La prueba puede ser interrumpida en cualquier momento a criterio del supervisor, el soldador no esta capacitado para continuar.
Cada soldador y operario debe tener una identificación (número, letra, o ambos), asignados por el fabricante, el cual será usado para identificar todas las soldaduras por él ejecutadas.
Tipo de Pruebas Requeridas (QW 302)
El tipo de número y probetas requeridas para pruebas vienen dados en las tablas 3, 4 , 5, 6, 7, y 8 (QW 452) y serán cortadas según las figuras 26, 27, y 28 para platina y 29, 30, y 31 para tubería.
QW 302.3 EN posición 1G y 2G de tubería se cortaran dos probetas omitiendo la del cuadrante superior derecho y del cuadrante inferior izquierdo. La probeta superior izquierda será doblada de cara.
Las pruebas hechas en posición 5G Y 6G, se deberán tomar 4 probetas como indican las figuras 32 y 33.
Inspección Visual (QW 302.4)
Para pruebas en platina, todas las superficies serán examinadas antes de cortar las probetas de doblar, se exceptúan las zonas de “descarte”. Los cupones en tubería deberán ser examinados en toda su circunferencia interna y externamente.
Limites de Posiciones y Diámetros Calificados (QW 303)
Soldadores a tope: Soldadores y operarios que pasen las pruebas requeridas para soldaduras en bisel, en las posiciones de la tabla 9, quedaran calificadas unas posiciones dadas en la misma tabla, para soldadura en bisel, para filetes en todos los espesores y para tuberías de cualquier diámetro dentro de los limites de las variables de soldadura y los limites de la tabla.
Soldadura de filetes: Soldaduras y operarios que pasen las pruebas requeridas para filete en las posiciones de prueba en la tabla 11, quedan calificados para soldar en las posiciones dadas en al misma tabla, pero solamente quedan calificados en los espesores de material, tamaños de filetes y diámetros de tubería mayores de 2 7/8 de diámetro externo y mayores dentro de las variables aplicadas.
Soldadores (QW 305)
Para ser calificado un soldador debe pasar las pruebas visual y mecánicas. Alternativamente, soldadores con pruebas a tope usando SMAW, SAW, PAU, y GMAW (excepto corto circuito) o una combinación des estos procesos puede ser calificado por radiografía.
Un soldador calificado para soldar de acuerdo con un WPS queda tambien calificado para soldar con otro WPS calificado usando el mismo proceso dentro de los limites de las variables esenciales.
Adicionalmente las primeras 6” de soldaduras de producción ejecutadas con los procesos mencionados, pueden ser inspeccionados para calificar el soldador u operario. Si el soldador u operario falla la prueba, toda la soldadura ejecutada por él quedará lógicamente descalificada. La soldadura deberá ser reparada por un soldador u operario calificado.
Operarios (QW 305)
Los operarios deberán igualmente cumplir con el punto 19.6 pero para prueba radiografíca, se escogerá un tramo dentro e los primeros tres pies de soldadura y todo lo demás citado en el punto 19.6 aplica para la calificación.
Si la radiografía no cumple para la calificación, toda la soldadura ejecutada por el operario deberá ser radiografiada y las reparaciones serán ejecutadas por una persona calificada y lógicamente el operario será descalificado
Combinación de Procesos (QW 306)
Cada soldador u operario puede calificarse en un proceso o combinación de procesos en uno o varios cupones de prueba.
Así mismo dos o varios soldadores pueden soldar un solo cupón de prueba usando el mismo proceso o varios procesos y procedimientos. Los limites de la calificación son los citados en las tablas anteriormente, además aplican las variables aplicables a cada proceso.
Si al prueba falla para un soldador, todas la prueba se considera rechazada y los soldadores involucrados en la prueba quedan rechazados o deberán repartir la prueba según se establece en otro parágrafo del código.
Recalificación o Renovación de la Calificación (QW 320)
Un soldador u operario que no pase la prueba puede ser recalificado durante las siguientes condiciones :
Calificación Inmediata con Pruebas mecánicas:
Cuando se fallo en la prueba calificada por medios mecánicos se debe repetir con la misma calificación. En este caso el soldador u operario deberá repetir la prueba soldando dos cupones consecutivos para cada una de las posiciones que ha fallado. Todas las probetas deberán pasar la prueba.
Calificación Inmediata Usando Radiografías
Cuando la calificación por radiografía falla, al prueba deberá ser repetida por igual método.
a. Para soldadores u operarios, la recalificación será examinado dos cupones de 6” cada una en platina o dos tubos para ambos pasos completar 12” de soldadura a examinar. Si se prueban tubos se debe examinar la circunferencia total de los tubos, para diámetros pequeños, se debe completar las 12” de soldadura pero sin exceder 8 cupones. Recordar que se toma en el diámetro exterior del tubo.
b. A opción del fabricante para soldadores calificados por radiografía en producción y que fallen en la prueba, se radiografía un tramo adicional de 12” en la misma soldadura de producción, si pasa esta prueba y el soldador queda calificado y otro soldador calificado separa la parte que inicialmente fallo. Si el tramo usado para recalificación no cumple los estándares de radiografía, toda la soldadura deberá ser radiografiada y separada por un soldador calificado.
c. A opción del fabricante, el operario que falle la prueba radiografíca puede ser recalificado examinando por radiografía 6 pies de longitud adicionales de soldadura de la misma producción. Si la longitud adicional pasa la prueba, el operario queda calificado y el mismo u otro soldador deberá reparar el tramo que fallo inicialmente. Si la nueva prueba falla, toda la soldadura hecha por el operario deberá ser radiografiada y separada por un soldador u operario calificado.
d. La recalificación también puede hacerse cuando el soldador u operario recibe entrenamiento adicional.
Expiración y Renovación de la Calificación (QW 322)
La calificación de un soldador u operario puede verse afectada cuando una de las siguientes condiciones ocurra:
a. Cuando no ha soldado durante un periodo de 6 meses o más, su calificación para el proceso que no ha utilizado expira.
b. Cuando existe una razón especifica para dudar de la habilidad del soldador u operario para ejecutar soldaduras sanas, en ese caso la calificación puede ser revocada. Las calificaciones no cuestionadas permanecen inmodificables.
Renovación de la Calificación
Cuando la calificación expira por tiempo (6 meses), sin soldar la renovación puede hacerse para cualquier proceso soldando un solo cupón de cualquier lamina o tubo de cualquier material, espesor o diámetro y en cualquier posición, el cupón deberá pasar las pruebas requeridas y si ello ocurre el soldador u operario renovara las calificaciones previas para ese proceso en los materiales, espesores, diámetro, posiciones y todas las variables en que fue inicialmente calificado.
Variables de Soldadura Para Soldadores (QW 350)
El soldador u operario solamente tiene variables esenciales y son aquellas que puedan afectar su habilidad para depositar soldaduras sanas. Cuando una de estas variables cambia, el soldador deberá ser recalificado.
Cuando una combinación de procesos se requiere para hacer una soldadura, cada soldador deberá se calificado para cada proceso en particular, que él requiera soldar en producción. Un soldador puede ser calificado en cada proceso en particular o con una combinación de procesos en un solo cupón.
Los rangos del espesor del metal de soldadura depositado, dependen del espesor de soldadura depositada en cada proceso, excluyendo el refuerzo de soldadura.
Para cualquier soldadura de producción, el soldador no podrá depositar un espesor mayor que el permitido en su calificación, para cada proceso en el cual él fue calificado.
Variables de Soldadura Para Operarios (QW 350)
Un operario debe ser recalificado cuando cambia alguna de las siguientes variables :
Soldadura Automática
a. Un cambio en el proceso de soldadura.
b. Un cambio de soldadura automática a soldadura con maquina, (es aquella que ejecuta la soldadura, bajo la constante de observación y el control del operario.
Soldadura con Maquina
a. Un cambio en el proceso.
b. Un cambio de control visual directo a control visual remoto y viceversa.
c. Adición de posiciones.
d. La supresión de insiertos.
e. La supresión de respaldo. Soldadura por ambos lados es considerada soldadura con respaldo.
Cambio de pase simple por lado a pases múltiples por lado pero no viceversa.
SEGÚN ASME
CALIFICACION DE PROCEDIMIENTOS
General ( Qw )
Cada fabricante debe preparar un procedimiento escrito.(WPS) con las indicaciones para ejecutar soldaduras de producción.
Un WPS debe contener todas las variables esenciales, no esenciales y cuando se requieran
las variables esenciales suplementarias, para cada proceso de soldadura usado en el WPS.
También debe figurar el PQR o calificación que le sirve de soporte. Se puede incluir otra información adicional que pueda ayudar a producir soldaduras de calidad.
Cambios en el WPS: se pueden hacer cambios en las variables no esenciales sin
recalificar el procedimiento, Pero documentando el cambio con una revisión con el WPS; Con respecto a las variables esenciales y esenciales suplementarias requieren rectificar el WPS o emitir un nuevo WPS en el que se consignen las nuevas variables, también se
pueden calificar un nuevo PQR conteniendo las variables de cambio.
FORMATOS : El código da la libertad para los formatos pero exige que se listen las variables esenciales, no esenciales y suplementarias cuando apliquen, sin embargo en el apéndice A se dan unos formatos guías.
• VARIABLES ESENCIALES (QW)
Son aquellas en las cuales un cambio, se considera que afecta las propiedades mecánicas de la soldadura y requieren de recalificación.
• VARIABLES SUPLEMENTARIAS
Son aquellas que por requerimientos de otras secciones del código
requieren pruebas de impacto . Cuando se especifica pruebas de impacto un cambio en una variable suplementaria requiere recalificación de WPS.
• VARIABLES NO ESENCIALES
Son aquellas en que un cambio no afecta las propiedades mecánicas de la soldadura y por lo tanto se puede hacer sin recalificar el WPS, pero se debe documentar el cambio.
Recomendamos que las variables esenciales ,suplementarias y no esenciales varían de un
proceso a otro.
• LA CALIFICACION DEL PROCEDIMIENTO (PQR)
El PQR es el documento más importante para la sección IX.
Un WPS no tiene ninguna validez para la sección IX si no tiene un PQR correctamente calificado en los soportes.
Un WPS sin su calificación o PQR no pasa de ser una hoja sin valor alguno.
La persona que califica un PQR (soldador u operario), debe ser empleado en la organización que califica el PQR. El PQR es el documento que justifica o soporta el WPS los WPS. El WPS depende directamente del PQR.
Cada WPS debe tener uno o mas PQR”S de soporte para justificar que el WPS fue apropiadamente calificado, de igual manera un solo PQR puede soportar mas de un WPS.
Un PQR que ha sido calificado hace mucho tiempo, (después de 1962) es valido para soportar mas de un WPS actual que se certifica para cumplir los requerimientos de la ultima sección del código. Sin embargo para evitar cuestionamientos o problemas futuros,
es una buena idea actualizar el PQR para cumplir los requerimientos actuales del código,
en estos casos se debe tener mucho cuidado porque las variables esenciales listadas en el PQR no pueden ser cambiadas ; sin embargo es posible revisar el PQR(con la salvedad anterior ), los cambios deben ser rectificados por el fabricante.
Un PQR documente que ocurrió durante la calificación indicando los datos reales en la misma. El PQR debe ser certificado por el fabricante que lo usara .
Recordar que en el PQR solo se deben consignar las variables que fueron realmente medidas
y observadas durante la prueba y no las que se emitieron.
Por ejemplo si el amperaje y el voltaje no fueron medidos durante la prueba.
El PQR debe contener:
a. Las variables esenciales para el proceso o procesos específicos que el fabricante utilizo para calificar la soldadura de prueba.
b. El número y los resultados de las pruebas hechas en las probetas.
c. La certificación, incluyendo fecha. Esto no puede ser hecho por el laboratorio que hace las pruebas o cualquier entidad externa al fabricante. El laboratorio puede certificar los resultados de sus pruebas ( el fabricante no requiere presenciar los ensayos), sin embargo : el fabricante debe hacer certificación adicional de que las pruebas cumplen con la sección IX , y por lo tanto son aceptadas por la sección IX y el código
Un PQR debe contener todas las variables esenciales y cuando se requiera las suplementarias de cada proceso utilizado para soldar el cupón de prueba . Las variables no esenciales u otro tipo de variables pueden ser o no ser registradas a opinión del fabricante. Variables no monitoreadas durante la soldadura no deben ser registradas.
El fabricante no debe subcontratar las funciones de certificación. Pero puede subcontratar las pruebas de tensión, doblaje o macroataque.
Cuando se utilice más de un proceso o material de relleno se debe registrar el espesor aproximado del metal de soldadura depositado en cada proceso o en cada electrodo de material de relleno .
Múltiples WPS “S pueden ser separados por un solo PQR ; ejemplo : si un PQR calificado para posición 1G puede soportar WPS para posiciones 2G, 3G, 4G en lamina, y 1G, 2G, 5G, 6G en tubería conservando todas las variables esenciales .
Un solo WPS puede cubrir varios cambios en las variables esenciales y ser soportado por los PQR existente para cada variable esencial. Ejemplo, un solo PQR puede cubrir un espesor desde 1/16 hasta 1 ¼” si existen dos PQR, uno desde 1 /16” hasta 3/16” y otro
Desde 3/16 “hasta 1 ¼ “.
NUMEROS P Y GRUPOS G (QW)
Para reducir el número de procedimientos que requieren calificación se asignan números P a los materiales base dependiendo de sus características tales como composición química, soldabilidad, y propiedades mecánicas, donde lógicamente esto puede ser hecho. Para aceros o aleaciones de aceros, adicionalmente a los números P se asignan grupos números G.
Estos números clasifican los metales dentro de los números con el propósito de calificar procedimientos cuando se requieran pruebas de impacto. Esta clasificación en P, números subdivididos en grupos, números, no indiscriminadamente por un metal base por el cual fue hecha la calificación o por un metal base ubicado en el mismo número P. Sin considerar la compatibilidad casi de alivios térmicos posteriores a las soldaduras, diseño, propiedades mecánicas y requerimientos de servicios.
COMBINACION DE PROCEDIMIENTOS
a) Más de un procedimiento teniendo diferentes variables esenciales y no esenciales, pueden ser usados en la junta de producción.
Cada procedimiento puede incluir uno o una combinación de proceso de materiales de
Relleno u otras variables.
Cuando dos o más procedimientos que involucra diferentes procesos o diferentes variables
son usados en una junta, se debe determinar el rango del metal base calificado y el rango
de espesores del metal de soldadura calificado para cada procedimiento. El metal
de soldadura depositado en cada proceso o procedimiento debe ser incluido en
todas las pruebas ``( tensión, dobles e impacto si aplica ).
b) Cuando se califica un procedimiento o proceso separado solamente para depositar el paso de raíz, el cupón será de ½” de espesor de mínimo. El proceso para pase de raíz quedara calificado para 2t ( corto circuito) de la calificación del metal de soldadura con cualquier espesor máximo de metal base calificado por otros PQR’S usados para soportar el WPS.
PRUEBAS MECANICAS
Las probetas requeridas para las pruebas mecánicas serán preparadas para tensión , 10 a 10.5 para doblez, 11 para impacto, y 12 a 12.1 para filetes.
ESPESORES PARA METALES BASES DISIMILES ( QW 202.4 )
Cuando se sueldan metales disimiles los espesores aprobados son :
A. El espesor de la parte delgada esta regido por la tabla I.
B. El espesor del metal más grueso estará igualmente dentro de los rangos de la tabla I, pero cuando no se requiere limitación del máximo espesor de la soldadura de producción se deberá utilizar para prueba un espesor de ½” o más.
CALIFICACION DE SOLDADORES
EN TUBERIA Y PLATINA (ASME)
CALIFICACION DE SOLDADORES
La calificación de soldadores está limitada por las variables esenciales que aplican para cada proceso.
Recordemos que el soldador solo tiene variables esenciales.
QW 300.2 Una premisa importante y básica de responsabilidad frente a la soldadura dice que el fabricante es responsable de la soldadura y por lo tanto no puede delegar a otra organización externa a su empresa la calificación de procedimientos y soldadores. Solamente se pueden subcontratar las pruebas de laboratorio ( tensión, doblez, y de impacto). El propósito de este requisito es asegurar que el fabricante ha determinado que sus soldadores y operarios de soldadura, usando sus procesos, son capaces de desarrollar los mínimos requerimientos especificados para una soldadura aceptable. Esta responsabilidad no puede ser delegada a otra organización.
Pruebas (QW 301)
El objeto de las pruebas es determinar la habilidad de los soldadores y los operarios de soldadura, de hacer soldaduras sanas. Cada fabricante calificará cada soldador u operario para cada proceso de soldadura que utilizará en producción. La prueba será soldar un cupón bajo un WPS calificado, excepto que cuando se hace una calificación con un procedimiento calificado con alivio térmico, este puede ser omitido.
El soldador u operario que califica un WPS queda calificado pero solamente en los limites de su calificación y califica solamente la posición específica.
La prueba puede ser interrumpida en cualquier momento a criterio del supervisor, el soldador no esta capacitado para continuar.
Cada soldador y operario debe tener una identificación (número, letra, o ambos), asignados por el fabricante, el cual será usado para identificar todas las soldaduras por él ejecutadas.
Tipo de Pruebas Requeridas (QW 302)
El tipo de número y probetas requeridas para pruebas vienen dados en las tablas 3, 4 , 5, 6, 7, y 8 (QW 452) y serán cortadas según las figuras 26, 27, y 28 para platina y 29, 30, y 31 para tubería.
QW 302.3 EN posición 1G y 2G de tubería se cortaran dos probetas omitiendo la del cuadrante superior derecho y del cuadrante inferior izquierdo. La probeta superior izquierda será doblada de cara.
Las pruebas hechas en posición 5G Y 6G, se deberán tomar 4 probetas como indican las figuras 32 y 33.
Inspección Visual (QW 302.4)
Para pruebas en platina, todas las superficies serán examinadas antes de cortar las probetas de doblar, se exceptúan las zonas de “descarte”. Los cupones en tubería deberán ser examinados en toda su circunferencia interna y externamente.
Limites de Posiciones y Diámetros Calificados (QW 303)
Soldadores a tope: Soldadores y operarios que pasen las pruebas requeridas para soldaduras en bisel, en las posiciones de la tabla 9, quedaran calificadas unas posiciones dadas en la misma tabla, para soldadura en bisel, para filetes en todos los espesores y para tuberías de cualquier diámetro dentro de los limites de las variables de soldadura y los limites de la tabla.
Soldadura de filetes: Soldaduras y operarios que pasen las pruebas requeridas para filete en las posiciones de prueba en la tabla 11, quedan calificados para soldar en las posiciones dadas en al misma tabla, pero solamente quedan calificados en los espesores de material, tamaños de filetes y diámetros de tubería mayores de 2 7/8 de diámetro externo y mayores dentro de las variables aplicadas.
Soldadores (QW 305)
Para ser calificado un soldador debe pasar las pruebas visual y mecánicas. Alternativamente, soldadores con pruebas a tope usando SMAW, SAW, PAU, y GMAW (excepto corto circuito) o una combinación des estos procesos puede ser calificado por radiografía.
Un soldador calificado para soldar de acuerdo con un WPS queda tambien calificado para soldar con otro WPS calificado usando el mismo proceso dentro de los limites de las variables esenciales.
Adicionalmente las primeras 6” de soldaduras de producción ejecutadas con los procesos mencionados, pueden ser inspeccionados para calificar el soldador u operario. Si el soldador u operario falla la prueba, toda la soldadura ejecutada por él quedará lógicamente descalificada. La soldadura deberá ser reparada por un soldador u operario calificado.
Operarios (QW 305)
Los operarios deberán igualmente cumplir con el punto 19.6 pero para prueba radiografíca, se escogerá un tramo dentro e los primeros tres pies de soldadura y todo lo demás citado en el punto 19.6 aplica para la calificación.
Si la radiografía no cumple para la calificación, toda la soldadura ejecutada por el operario deberá ser radiografiada y las reparaciones serán ejecutadas por una persona calificada y lógicamente el operario será descalificado
Combinación de Procesos (QW 306)
Cada soldador u operario puede calificarse en un proceso o combinación de procesos en uno o varios cupones de prueba.
Así mismo dos o varios soldadores pueden soldar un solo cupón de prueba usando el mismo proceso o varios procesos y procedimientos. Los limites de la calificación son los citados en las tablas anteriormente, además aplican las variables aplicables a cada proceso.
Si al prueba falla para un soldador, todas la prueba se considera rechazada y los soldadores involucrados en la prueba quedan rechazados o deberán repartir la prueba según se establece en otro parágrafo del código.
Recalificación o Renovación de la Calificación (QW 320)
Un soldador u operario que no pase la prueba puede ser recalificado durante las siguientes condiciones :
Calificación Inmediata con Pruebas mecánicas:
Cuando se fallo en la prueba calificada por medios mecánicos se debe repetir con la misma calificación. En este caso el soldador u operario deberá repetir la prueba soldando dos cupones consecutivos para cada una de las posiciones que ha fallado. Todas las probetas deberán pasar la prueba.
Calificación Inmediata Usando Radiografías
Cuando la calificación por radiografía falla, al prueba deberá ser repetida por igual método.
a. Para soldadores u operarios, la recalificación será examinado dos cupones de 6” cada una en platina o dos tubos para ambos pasos completar 12” de soldadura a examinar. Si se prueban tubos se debe examinar la circunferencia total de los tubos, para diámetros pequeños, se debe completar las 12” de soldadura pero sin exceder 8 cupones. Recordar que se toma en el diámetro exterior del tubo.
b. A opción del fabricante para soldadores calificados por radiografía en producción y que fallen en la prueba, se radiografía un tramo adicional de 12” en la misma soldadura de producción, si pasa esta prueba y el soldador queda calificado y otro soldador calificado separa la parte que inicialmente fallo. Si el tramo usado para recalificación no cumple los estándares de radiografía, toda la soldadura deberá ser radiografiada y separada por un soldador calificado.
c. A opción del fabricante, el operario que falle la prueba radiografíca puede ser recalificado examinando por radiografía 6 pies de longitud adicionales de soldadura de la misma producción. Si la longitud adicional pasa la prueba, el operario queda calificado y el mismo u otro soldador deberá reparar el tramo que fallo inicialmente. Si la nueva prueba falla, toda la soldadura hecha por el operario deberá ser radiografiada y separada por un soldador u operario calificado.
d. La recalificación también puede hacerse cuando el soldador u operario recibe entrenamiento adicional.
Expiración y Renovación de la Calificación (QW 322)
La calificación de un soldador u operario puede verse afectada cuando una de las siguientes condiciones ocurra:
a. Cuando no ha soldado durante un periodo de 6 meses o más, su calificación para el proceso que no ha utilizado expira.
b. Cuando existe una razón especifica para dudar de la habilidad del soldador u operario para ejecutar soldaduras sanas, en ese caso la calificación puede ser revocada. Las calificaciones no cuestionadas permanecen inmodificables.
Renovación de la Calificación
Cuando la calificación expira por tiempo (6 meses), sin soldar la renovación puede hacerse para cualquier proceso soldando un solo cupón de cualquier lamina o tubo de cualquier material, espesor o diámetro y en cualquier posición, el cupón deberá pasar las pruebas requeridas y si ello ocurre el soldador u operario renovara las calificaciones previas para ese proceso en los materiales, espesores, diámetro, posiciones y todas las variables en que fue inicialmente calificado.
Variables de Soldadura Para Soldadores (QW 350)
El soldador u operario solamente tiene variables esenciales y son aquellas que puedan afectar su habilidad para depositar soldaduras sanas. Cuando una de estas variables cambia, el soldador deberá ser recalificado.
Cuando una combinación de procesos se requiere para hacer una soldadura, cada soldador deberá se calificado para cada proceso en particular, que él requiera soldar en producción. Un soldador puede ser calificado en cada proceso en particular o con una combinación de procesos en un solo cupón.
Los rangos del espesor del metal de soldadura depositado, dependen del espesor de soldadura depositada en cada proceso, excluyendo el refuerzo de soldadura.
Para cualquier soldadura de producción, el soldador no podrá depositar un espesor mayor que el permitido en su calificación, para cada proceso en el cual él fue calificado.
Variables de Soldadura Para Operarios (QW 350)
Un operario debe ser recalificado cuando cambia alguna de las siguientes variables :
Soldadura Automática
a. Un cambio en el proceso de soldadura.
b. Un cambio de soldadura automática a soldadura con maquina, (es aquella que ejecuta la soldadura, bajo la constante de observación y el control del operario.
Soldadura con Maquina
a. Un cambio en el proceso.
b. Un cambio de control visual directo a control visual remoto y viceversa.
c. Adición de posiciones.
d. La supresión de insiertos.
e. La supresión de respaldo. Soldadura por ambos lados es considerada soldadura con respaldo.
Cambio de pase simple por lado a pases múltiples por lado pero no viceversa.
Prefacio EN CODIGOS DE SOLDADURA
En toda construcción, desde el diseño de materiales a utilizar, así como las inspecciones durante su prefabricación, esta envuelta la seguridad ciudadana; por esta razón se regula el diseño y construcción de cualquier estructura.
Edificio, oleoducto o tubería de proceso en general, recipientes de almacenamiento bien sea de baja, alta presión o atmosféricos, así contengan líquidos o gases inflamables, letales o simplemente agua. Estas regulaciones pueden ser estatales o dictadas por asociaciones de constructores o de ingenieros basados en la experiencia, estas normas tienden a garantizar una duración mayor una duración mayor de la construcción evitando o previniendo fallas prematuras y minimizando las roturas peligrosas que pueden llegar a ser catastróficas.
Así no este involucrada la seguridad pública, Algunos productos son construidos para cumplir requerimientos definidos que aseguren un nivel de calidad, uniformidad o simplemente una confiabilidad. Para garantizar esto, Se han dictado una serie de normas que se pueden definir como:
Especificaciones: Es una presentación explícita, precisa y detallada, mediante números, descripción, planos general o plot plain, de un proceso o plan de prefabricación de algo.
Código: Es un conjunto de reglas o procedimientos estandarizados, de materiales diseñados para asegurar uniformidad y para proteger los intereses públicos en materiales como, construcción de edificios o bienes comunitarios, establecidos por una agencia gubernamental.
Estándar: Es algo establecido por una autoridad, un cliente o por un consenso general, como modelo o ejemplo a seguir.
Regla: Es un procedimiento aceptado por el cliente o establecido por la costumbre y que tiene fuerza de regulación.
Que Organizaciones Escriben los Códigos
Los Códigos y especificaciones son escritos generalmente por un grupo de personas industriales, organizaciones o gremios de profesionales, o las entidades gubernamentales, o un comité de todos ellos; Además muchas organizaciones de fabricantes pueden preparar sus propias especificaciones para cumplir con sus necesidades específicas.
Las mayores o más importantes organizaciones que escriben o emiten los códigos que involucran soldadura y que se usan con frecuencia en Colombia son:
AWS American Welding Society
ASNT American Institute of Steel Construction
ASTM American Society for Testing Materials
API American Petroleum Institute
ASME American Society of Mechanical Engineers
AWWA American Water Works Association
ANSI American National Standards Institute
ASNT American Society for Non Destructive Testing
AISI American Iron Steel Institute
NACE National Association of Corrosion Engineers
SAE Society of Automotive Engineers
TEMA Tubelar Enchanger Manufacture Association
DIN Deutch Industrie Norm
BSA British Standard Association
JIS Japan Institute of Standard
AFNOR Association Francaise Of Normalization
CSA Association of Standard American
ISO Organización Internacional de Estándares
AGA Asociación Americana de Gas
ISA Sociedad Americana de Instrumentos
MSSVFI Sociedad de Estándares de Fabricantes de Válvulas y Accesorios
PFI Instituto de Fabricantes de Tubos
ICONTE Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificadas
La AWS
Prepara los códigos de las estructuras, construcción de puentes, Edificios, Especificaciones de electrodos, alambres y fundentes para soldadura, así como estándares para calificación de soldadores y operarios, pruebas e inspecciones de las mismas, vocabulario concernientes a soldadura, simbología y en general todo lo relacionado con soldadura y pruebas para las mismas.
Los principales códigos o especificaciones de la AWS son:
D1.1: Códigos para soldaduras y puentes.
D10.1: Normas para calificaciones de procedimientos de soldadura para Trabajos en tubería.
B3.0: Guías generales para calificación de procedimientos y soldadores.
A3.0.-69: Términos y definiciones.
D1-1-65: Soldadura de fundición.
A5.4-64: Electrodos revestidos para aceros de baja aleación.
A5.4-62: Electrodos revestidos para Aceros Inoxidables.
A5.15-65: Electrodos para fundiciones de hierro.
D10.9-69: Calificación de procedimientos de soldaduras y soldadores para Tuberías y tubuladas.
D10.10.74: Tratamientos térmicos locales de soldaduras en tubería y Tubuladas.
B30-41T: Modelo de calificación de procedimientos.
B10-74: Método tipo para ensayo mecánicos de soldaduras.
D10.2-54T: Prácticas recomendadas para la reparación de soldaduras de Tuberías, válvulas y accesorios de hierro fundido.
D10.4-66: Soladuras de tubería y tubuladas.
A5.1: Electrodos de arco al carbono para soldadura de arco cubierto.
Así sucesivamente el código AWS, contiene más de 18 referencias a la aplicación de soldadura según el material a trabajar.
La ASTM
Se divide en numerosos comités, cada uno de los cuales emite sus propias especificaciones, códigos, y estándares de los materiales, su fabricación, construcción y métodos de pruebas.
Muchos de los estándares o especificaciones del ASTM, forman parte integral de los otros códigos, tal es el caso del código ASME, en su sección II y parte A y B.
Los comités que desarrollan y publican las especificaciones están conformados por los productores, usuarios y otras personas que tienen intereses en los materiales. Las especificaciones ASTM, cubren virtualmente todos los materiales usados y comercializados por la industria, con la excepción de los materiales de soldadura cubiertos por la AWS.
La ASTM, publica un anuario donde incorpora los nuevos estándares, así como las modificaciones ocurridas durante el año. La totalidad de los códigos ASTM, comprenden 15 secciones de 65 volúmenes y un índice.
Lo relacionado con soldadura esta reunido en las tres primeras secciones y comprenden 17 volúmenes, que abarcan materiales metálicos, métodos de prueba y procedimientos analíticos. La sección I esta dedicada a los aceros y metales no ferrosos; La sección II a los materiales no ferrosos y la sección III a los métodos de pruebas para metales y procedimientos analíticos.
Cuando un código ASME, adopta para sí una especificación determinada de la ASTM, le antepone la letra S. Por ejemplo:
El código A36, de la ASTM, es idéntica al código SA36 del ASME.
La API
Regula todo lo relacionado con la industria petrolera y sus sistemas de construcción de facilidades para explotación, transporte, almacenamiento, refinación, etc.
En este sentido comprenden desde la construcción de oleoductos tanques a presión y atmosféricos para almacenamiento de crudos y productos terminados, así como todos los elementos conexos (tubería, bridas, válvulas y bombas) y los accesorios (codos, uniones, tees).
Los diversos manuales que se publican, cubren casi la totalidad de los tópicos concernientes a los equipos usados en la extracción y procesamiento de petróleos. Estos manuales son editadas y revisados cada cinco años, y cualquier mejora se evalúa por dos años y en forma cíclica se reedita el estándar correspondiente, buscando mejorar el rendimiento de los equipos y de los procesos, para aprovechar el máximo la energía, minimizar los costos de producción y facilitar al comprador las innovaciones técnicas, cuidando a la vez que se cumplan las leyes que regulan la contaminación que pueden causarse en la industria petrolera (ISO 14000).
La norma API que más se usa en todo complejo industrial es la API 2201, que habla sobre los hot taps; la API 605 que habla sobre empaques y la API 601 que habla sobre alineamiento de bombas.
Un hot taps es una técnica de unimiento de accesorios mecánicos o ramas soldadas a tuberías o a equipos en servicios, y crear una abertura en esa tubería o equipo, perforando o cortando una porción de la tubería o equipo dentro del accesorio unido.
Los códigos API más importantes además de los anteriores son:
API 650: Para la construcción de los tanques soldados para el almacenamiento que funcionan a presión atmosférica y pueden ser de techo fijo o techo flotante hasta la capacidad de 3000 barriles.
API 620: Para la construcción de tanques soldados para almacenamientos de productos a baja temperatura (15 psi máximo y 200ºf).
API 12B: Para tanques remachados con capacidad entre 100 y 10.000 barriles.
API 12D: Para tanques soldados en el campo con capacidad entre 500 y 10.000 barriles.
API 12F: Para tanques soldados en el taller con capacidad entre 90 y 500 barriles.
API 1104: Para la construcción de oleoductos.
API 1105: Para la construcción de oleoductos en cruces carreteables.
API 1107: Para prácticas de soldaduras y mantenimiento de oleoductos.
API. RP 510: Para las inspecciones, evaluaciones y reparaciones de recipientes a presión en refinerías de petróleos.
API. PSD 3300: Para las reparaciones de oleoductos y gasoductos.
API. PED: Para las soldaduras o conexiones en caliente en equipos que contengan sustancias inflamables.
API. SPEC.5L: Para las especificaciones para líneas de tubería.
API 500A: Para las clasificaciones de áreas para instalaciones eléctricas en refinerías petroleras.
STANDARD 611: Para turbinas a vapor para refinerías.
STANDARD 614: Para el sistema de lubricación y control.
STANDARD 610: Para bombas centrífugas.
STANDARD 615: Para controles de sonidos en equipos mecánicos.
STANDARD 670: Para vibraciones, temperaturas y sistema de monitoreo.
STANDARD 671: Para acoplamientos en servicios de refinerías.
STANDARD 677: Para unidades con piñones y servicios generales en refinerías.
La ASME
La ASME ha emitido el código ASME Boiler and Pressure Vessel Code, que contiene reglas para el diseño, prefabricación e inspección de calderas y recipientes a presión. El código ASME es una norma nacional de los Estados Unidos. Que la redactan un gran comité y muchos subcomités que se componen por ingenieros seleccionados por la ASME. El comité de códigos se reúne cada tres años para revisar y tomar en consideración las peticiones de revisión, interpretación op extensión. La interpretación o extensión, se realizan mediante los Casos del Código, y las publican en la obra Mechanical Engineering. Ejemplo: un casos de códigos, puede ser el empleo de un material que no se encuentra en la actualidad en las listas de materiales no aprobados.
Para que una solicitud se convierta en una sección ASME, debe ser aprobada en siete sustentaciones técnicas, teniendo presente que actualmente contiene once secciones; cada revisión del Casos de Códigos, se llama ADENDA y tiene aplicación seis meses después de aprobada.
El Objetivo de la ASME, es que al final de este conocimiento, Usted entenderá las políticas básicas del ASME, y como el sistema de comité de la sección ASME trabaja.
Los Tópicos de la ASME son:
1. El sistema ASME.
2. Los códigos ASME para calderas y recipientes a presión.
3. La organización del subcomité de la sección IX.
1. El Sistema ASME:
Es un triade organizativo empresarial compuesto por la ASME, las agencias de inspección y las jurisdicciones. Estas tres organizaciones trabajan en común acuerdo en cada procedimiento a seguir.
2.- Los Códigos para Calderas y recipientes a presión:
El trabajador inicial del comité del ASME para calderas y recipientes a presión en 1911; produjo el primer código para calderas y recipientes a presión llamado sección I: Calderas de Potencia, y fue editado por primera vez en 1914. Desde ese tiempo, han crecido para incluir los diferentes volúmenes que tenemos hoy en día.
En orden de prevenir las duplicaciones de los requisitos; estos han sido catalogados en dos tipos:
Los códigos de construcción y los códigos de referencia.
Historia de los Códigos de Construcción
1914 Sección I Calderas de potencia.
1923 Sección IV Calderas calefactores.
1928 Sección VIII Códigos para recipientes a presión sin fuego.
1965 Sección III Componentes para plantas nucleares.
1968 Sección Renombrada sección VIII:
División 2: Reglas alternativas para Recipientes a Presión.
1969 Sección X Recipientes a presión plásticos reforzado con Fibra de vidrios.
1997 Sección División 3: Reglas alternativas para recipientes a muy alta Presión.
1998 Sección III División 3: Sistema de contención y empacado para Transporte de combustible nuclear desgastado Y desechos con niveles de radioactividad.
Edificio, oleoducto o tubería de proceso en general, recipientes de almacenamiento bien sea de baja, alta presión o atmosféricos, así contengan líquidos o gases inflamables, letales o simplemente agua. Estas regulaciones pueden ser estatales o dictadas por asociaciones de constructores o de ingenieros basados en la experiencia, estas normas tienden a garantizar una duración mayor una duración mayor de la construcción evitando o previniendo fallas prematuras y minimizando las roturas peligrosas que pueden llegar a ser catastróficas.
Así no este involucrada la seguridad pública, Algunos productos son construidos para cumplir requerimientos definidos que aseguren un nivel de calidad, uniformidad o simplemente una confiabilidad. Para garantizar esto, Se han dictado una serie de normas que se pueden definir como:
Especificaciones: Es una presentación explícita, precisa y detallada, mediante números, descripción, planos general o plot plain, de un proceso o plan de prefabricación de algo.
Código: Es un conjunto de reglas o procedimientos estandarizados, de materiales diseñados para asegurar uniformidad y para proteger los intereses públicos en materiales como, construcción de edificios o bienes comunitarios, establecidos por una agencia gubernamental.
Estándar: Es algo establecido por una autoridad, un cliente o por un consenso general, como modelo o ejemplo a seguir.
Regla: Es un procedimiento aceptado por el cliente o establecido por la costumbre y que tiene fuerza de regulación.
Que Organizaciones Escriben los Códigos
Los Códigos y especificaciones son escritos generalmente por un grupo de personas industriales, organizaciones o gremios de profesionales, o las entidades gubernamentales, o un comité de todos ellos; Además muchas organizaciones de fabricantes pueden preparar sus propias especificaciones para cumplir con sus necesidades específicas.
Las mayores o más importantes organizaciones que escriben o emiten los códigos que involucran soldadura y que se usan con frecuencia en Colombia son:
AWS American Welding Society
ASNT American Institute of Steel Construction
ASTM American Society for Testing Materials
API American Petroleum Institute
ASME American Society of Mechanical Engineers
AWWA American Water Works Association
ANSI American National Standards Institute
ASNT American Society for Non Destructive Testing
AISI American Iron Steel Institute
NACE National Association of Corrosion Engineers
SAE Society of Automotive Engineers
TEMA Tubelar Enchanger Manufacture Association
DIN Deutch Industrie Norm
BSA British Standard Association
JIS Japan Institute of Standard
AFNOR Association Francaise Of Normalization
CSA Association of Standard American
ISO Organización Internacional de Estándares
AGA Asociación Americana de Gas
ISA Sociedad Americana de Instrumentos
MSSVFI Sociedad de Estándares de Fabricantes de Válvulas y Accesorios
PFI Instituto de Fabricantes de Tubos
ICONTE Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificadas
La AWS
Prepara los códigos de las estructuras, construcción de puentes, Edificios, Especificaciones de electrodos, alambres y fundentes para soldadura, así como estándares para calificación de soldadores y operarios, pruebas e inspecciones de las mismas, vocabulario concernientes a soldadura, simbología y en general todo lo relacionado con soldadura y pruebas para las mismas.
Los principales códigos o especificaciones de la AWS son:
D1.1: Códigos para soldaduras y puentes.
D10.1: Normas para calificaciones de procedimientos de soldadura para Trabajos en tubería.
B3.0: Guías generales para calificación de procedimientos y soldadores.
A3.0.-69: Términos y definiciones.
D1-1-65: Soldadura de fundición.
A5.4-64: Electrodos revestidos para aceros de baja aleación.
A5.4-62: Electrodos revestidos para Aceros Inoxidables.
A5.15-65: Electrodos para fundiciones de hierro.
D10.9-69: Calificación de procedimientos de soldaduras y soldadores para Tuberías y tubuladas.
D10.10.74: Tratamientos térmicos locales de soldaduras en tubería y Tubuladas.
B30-41T: Modelo de calificación de procedimientos.
B10-74: Método tipo para ensayo mecánicos de soldaduras.
D10.2-54T: Prácticas recomendadas para la reparación de soldaduras de Tuberías, válvulas y accesorios de hierro fundido.
D10.4-66: Soladuras de tubería y tubuladas.
A5.1: Electrodos de arco al carbono para soldadura de arco cubierto.
Así sucesivamente el código AWS, contiene más de 18 referencias a la aplicación de soldadura según el material a trabajar.
La ASTM
Se divide en numerosos comités, cada uno de los cuales emite sus propias especificaciones, códigos, y estándares de los materiales, su fabricación, construcción y métodos de pruebas.
Muchos de los estándares o especificaciones del ASTM, forman parte integral de los otros códigos, tal es el caso del código ASME, en su sección II y parte A y B.
Los comités que desarrollan y publican las especificaciones están conformados por los productores, usuarios y otras personas que tienen intereses en los materiales. Las especificaciones ASTM, cubren virtualmente todos los materiales usados y comercializados por la industria, con la excepción de los materiales de soldadura cubiertos por la AWS.
La ASTM, publica un anuario donde incorpora los nuevos estándares, así como las modificaciones ocurridas durante el año. La totalidad de los códigos ASTM, comprenden 15 secciones de 65 volúmenes y un índice.
Lo relacionado con soldadura esta reunido en las tres primeras secciones y comprenden 17 volúmenes, que abarcan materiales metálicos, métodos de prueba y procedimientos analíticos. La sección I esta dedicada a los aceros y metales no ferrosos; La sección II a los materiales no ferrosos y la sección III a los métodos de pruebas para metales y procedimientos analíticos.
Cuando un código ASME, adopta para sí una especificación determinada de la ASTM, le antepone la letra S. Por ejemplo:
El código A36, de la ASTM, es idéntica al código SA36 del ASME.
La API
Regula todo lo relacionado con la industria petrolera y sus sistemas de construcción de facilidades para explotación, transporte, almacenamiento, refinación, etc.
En este sentido comprenden desde la construcción de oleoductos tanques a presión y atmosféricos para almacenamiento de crudos y productos terminados, así como todos los elementos conexos (tubería, bridas, válvulas y bombas) y los accesorios (codos, uniones, tees).
Los diversos manuales que se publican, cubren casi la totalidad de los tópicos concernientes a los equipos usados en la extracción y procesamiento de petróleos. Estos manuales son editadas y revisados cada cinco años, y cualquier mejora se evalúa por dos años y en forma cíclica se reedita el estándar correspondiente, buscando mejorar el rendimiento de los equipos y de los procesos, para aprovechar el máximo la energía, minimizar los costos de producción y facilitar al comprador las innovaciones técnicas, cuidando a la vez que se cumplan las leyes que regulan la contaminación que pueden causarse en la industria petrolera (ISO 14000).
La norma API que más se usa en todo complejo industrial es la API 2201, que habla sobre los hot taps; la API 605 que habla sobre empaques y la API 601 que habla sobre alineamiento de bombas.
Un hot taps es una técnica de unimiento de accesorios mecánicos o ramas soldadas a tuberías o a equipos en servicios, y crear una abertura en esa tubería o equipo, perforando o cortando una porción de la tubería o equipo dentro del accesorio unido.
Los códigos API más importantes además de los anteriores son:
API 650: Para la construcción de los tanques soldados para el almacenamiento que funcionan a presión atmosférica y pueden ser de techo fijo o techo flotante hasta la capacidad de 3000 barriles.
API 620: Para la construcción de tanques soldados para almacenamientos de productos a baja temperatura (15 psi máximo y 200ºf).
API 12B: Para tanques remachados con capacidad entre 100 y 10.000 barriles.
API 12D: Para tanques soldados en el campo con capacidad entre 500 y 10.000 barriles.
API 12F: Para tanques soldados en el taller con capacidad entre 90 y 500 barriles.
API 1104: Para la construcción de oleoductos.
API 1105: Para la construcción de oleoductos en cruces carreteables.
API 1107: Para prácticas de soldaduras y mantenimiento de oleoductos.
API. RP 510: Para las inspecciones, evaluaciones y reparaciones de recipientes a presión en refinerías de petróleos.
API. PSD 3300: Para las reparaciones de oleoductos y gasoductos.
API. PED: Para las soldaduras o conexiones en caliente en equipos que contengan sustancias inflamables.
API. SPEC.5L: Para las especificaciones para líneas de tubería.
API 500A: Para las clasificaciones de áreas para instalaciones eléctricas en refinerías petroleras.
STANDARD 611: Para turbinas a vapor para refinerías.
STANDARD 614: Para el sistema de lubricación y control.
STANDARD 610: Para bombas centrífugas.
STANDARD 615: Para controles de sonidos en equipos mecánicos.
STANDARD 670: Para vibraciones, temperaturas y sistema de monitoreo.
STANDARD 671: Para acoplamientos en servicios de refinerías.
STANDARD 677: Para unidades con piñones y servicios generales en refinerías.
La ASME
La ASME ha emitido el código ASME Boiler and Pressure Vessel Code, que contiene reglas para el diseño, prefabricación e inspección de calderas y recipientes a presión. El código ASME es una norma nacional de los Estados Unidos. Que la redactan un gran comité y muchos subcomités que se componen por ingenieros seleccionados por la ASME. El comité de códigos se reúne cada tres años para revisar y tomar en consideración las peticiones de revisión, interpretación op extensión. La interpretación o extensión, se realizan mediante los Casos del Código, y las publican en la obra Mechanical Engineering. Ejemplo: un casos de códigos, puede ser el empleo de un material que no se encuentra en la actualidad en las listas de materiales no aprobados.
Para que una solicitud se convierta en una sección ASME, debe ser aprobada en siete sustentaciones técnicas, teniendo presente que actualmente contiene once secciones; cada revisión del Casos de Códigos, se llama ADENDA y tiene aplicación seis meses después de aprobada.
El Objetivo de la ASME, es que al final de este conocimiento, Usted entenderá las políticas básicas del ASME, y como el sistema de comité de la sección ASME trabaja.
Los Tópicos de la ASME son:
1. El sistema ASME.
2. Los códigos ASME para calderas y recipientes a presión.
3. La organización del subcomité de la sección IX.
1. El Sistema ASME:
Es un triade organizativo empresarial compuesto por la ASME, las agencias de inspección y las jurisdicciones. Estas tres organizaciones trabajan en común acuerdo en cada procedimiento a seguir.
2.- Los Códigos para Calderas y recipientes a presión:
El trabajador inicial del comité del ASME para calderas y recipientes a presión en 1911; produjo el primer código para calderas y recipientes a presión llamado sección I: Calderas de Potencia, y fue editado por primera vez en 1914. Desde ese tiempo, han crecido para incluir los diferentes volúmenes que tenemos hoy en día.
En orden de prevenir las duplicaciones de los requisitos; estos han sido catalogados en dos tipos:
Los códigos de construcción y los códigos de referencia.
Historia de los Códigos de Construcción
1914 Sección I Calderas de potencia.
1923 Sección IV Calderas calefactores.
1928 Sección VIII Códigos para recipientes a presión sin fuego.
1965 Sección III Componentes para plantas nucleares.
1968 Sección Renombrada sección VIII:
División 2: Reglas alternativas para Recipientes a Presión.
1969 Sección X Recipientes a presión plásticos reforzado con Fibra de vidrios.
1997 Sección División 3: Reglas alternativas para recipientes a muy alta Presión.
1998 Sección III División 3: Sistema de contención y empacado para Transporte de combustible nuclear desgastado Y desechos con niveles de radioactividad.
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