CURSO DE INSPECCION DE SOLDADURA

INSPECCION DE SOLDADURACAPITULO I. El inspector de soldadura.

1.1. Introduccin. 1.2. Caractersticas importantes del inspector de soldadura. 1.3. Requerimientos ticos del inspector de soldadura CAPITULO II. 2.1 2.2 2.3 Responsabilidades del inspector.

Inspeccin previa a la aplicacin de soldadura Inspeccin durante la aplicacin de soldadura Inspeccin posterior a la aplicacin de soldadura Terminologa.

CAPITULO III. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 4.1 4.2

Tipos de juntas Raz de las juntas Cara de ranura, cara de raz, orilla de raz Partes de una junta de ranura Juntas de bisel sencillo Juntas de doble bisel Tcnicas Partes de una soldadura a tope Partes de una soldadura de filete Penetracin Fusin Raz de la soldadura CAPITULO IV. Simbologa.

CAPITULO V. 5.1 5.2 5.3

Estndares

Estndares Cdigos Especificaciones Procesos de soldadura y corte.

CAPITULO VI 6.1 6.2 6.3

Factores limitantes Proceso SMAW Proceso GMAW -i-

6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9

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

CAPITULO VII 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Ambiente de trabajo Proteccin facial Equipo de seguridad Humos y gases Espacios confinados Choques elctricos

CAPITULO VIII. Propiedades de los materiales. 8.1 8.2 8.3 Propiedades mecnicas Propiedades qumicas Metalurgia Pruebas destructivas

CAPITULO IX. 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

De tensin De doblez De dureza De impacto Macroataques Pruebas No Destructivas

CAPITULO X 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Inspeccin visual Lquidos penetrantes Partculas magnticas Radiografa Ultrasonido Calificacin de procedimientos y soldadores.

CAPITULO XI

11.1 Especificacin de procedimientos de soldadura 11.2 Calificacin de procedimientos de soldadura 11.3 Calificacin de soldadores CAPITULO XII Discontinuidades de soldadura y metal base. - ii -

12.1 Introduccin 12.2 Porosidad 12.3 Inclusiones 12.4 Garganta insuficiente 12.5 Falta de fusin 12.6 Falta de penetracin 12.7 Traslape 12.8 Socavado 12.9 Laminaciones 12.10 Delaminaciones 12.11 Roturas 12.12 Golpes de arco CAPITULO XIII CAPITULO XIV Procedimientos para inspeccin Reportes de Inspeccin

14.1 Contenido del reporte 14.2 Inspeccin mltiple 14.3 Reportes no estructurados

- iii -

CAPITULO I. El inspector de soldadura. 1.1 Introduccin. Al igual que la industria, la soldadura se ha ido modernizando con el paso del tiempo, desde finales del siglo XIX en que se uso por primera vez la soldadura por arco elctrico, hasta nuestros das en que existen procesos completamente automatizados. En esencia los principios bsicos siguen siendo los mismos y a pesar de los avances tecnolgicos la soldadura sigue siendo susceptible a fallas, por tal motivo la presencia de un inspector de soldadura se convierte en una necesidad preponderante. Es comn encontrar inspectores de soldadura en muchas industrias entre las que se incluye: la construccin de edificios, puentes y tanques de almacenamiento; la de produccin de energa que incluye calderas, recipientes a presin, lneas de tubera y equipo de distribucin; la industria petroqumica que utiliza muchas soldadura en las instalaciones y equipos para sus procesos; la industria de la transportacin y la fabricacin de instalaciones marinas entre otras. El inspector de soldadura es un representante de una organizacin que puede ser el mismo fabricante, el cliente, una compaa certificadora, una aseguradora o de una agencia de gobierno y es el responsable de juzgar la aceptabilidad de un producto de acuerdo con especificaciones escritas. El inspector debe entender cuales son las limitaciones y cuales las intenciones de cada especificacin. Para poder realizar un trabajo eficiente, el Inspector de soldadura necesita contar con experiencia, conocimiento y habilidad. Ya que estar involucrado en todas las etapas del proceso de fabricacin y no solamente en ver soldaduras terminadas, por lo tanto el inspector se considera una persona altamente calificada. Debido al tipo, tamao o sistema de la organizacin donde se desempea el inspector de soldadura, sus actividades pueden incluir solo una, o varias, o todas las actividades mencionadas en este manual, sin embargo, para propsitos capacitacin solo se ha considerado una categora.

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1.2

Caractersticas importantes del inspector de soldadura.

Un inspector de soldadura, debido a la importancia de su funcin tiene la obligacin de realizar un trabajo profesional y para ello debe cumplir con ciertas caractersticas bsicas que incluyen: Buena condicin fsica.- frecuentemente las condiciones de inspeccin son difciles, la altura, el calor, el medio ambiente, el acceso, hacen que la actividad del inspector sea rigurosa, una buena condicin fsica le ser favorable durante la inspeccin. La habilidad para examinar condiciones superficiales y juzgar su aceptabilidad de acuerdo a una especificacin escrita es la funcin primaria del inspector de soldadura, por lo anterior se requiere una examinacin con o sin lentes para determinar una agudeza visual cercana, utilizando una carta Jaeger J2 a12. Actitud profesional.- una actitud profesional determinara el grado de xito o fracaso de la inspeccin, el inspector debe ser imparcial y consistente en todas las decisiones. Conocimiento de terminologa de soldadura e inspeccin.- el uso inapropiado de terminologa de soldadura crear una situacin embarazosa y por lo tanto debe conocer y comunicarse correctamente con un lenguaje tcnico. Habilidad para interpretar dibujos y especificaciones.- el inspector debe estar familiarizado con dibujos y hbil para entender las especificaciones, no es necesario memorizar las especificaciones pero es necesario conocer los contenidos para poder obtener informacin rpidamente. Experiencia en Inspeccin.- para cumplir con los requerimientos de AWS el inspector debe mostrar evidencia de haber desarrollado funciones como inspector de soldadura. Conocimientos de soldadura.- ya que el inspector de soldadura invierte la mayor parte de su tiempo en evaluar soldadura el conocimiento de varios procesos es esencial, la experiencia como soldador es deseable pero no es obligatoria. Habilidad para recibir entrenamiento.- para ser considerado efectivo, se espera que el inspector de soldadura sea experto en CAP I - 2 -

diferentes reas y sea hbil para recibir entrenamiento en reas no familiares. Habilidad para llenar y mantener registros de Inspeccin.- los reportes no solo incluirn todos los resultados de inspeccin y pruebas sino tambin procedimientos de soldadura, calificaciones de soldaduras, dibujos o revisiones de especificaciones, la elaboracin adecuada de registros protegen la reputacin del inspector. 1.3 Requerimientos ticos del inspector de soldadura

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

Responsabilidad para con el pblico.- El Inspector de Soldadura actuar para preservar la salud y el bienestar del pblico haciendo su trabajo de una forma conciente e imparcial al alcance de su moral, responsabilidad y calificaciones. Para esto el inspector: Tomar asignaciones solamente para aquellas en las calificado con entrenamiento, experiencia y habilidad. Presentar las credenciales que le sean requeridas. No falsificar documentos ni dar testimonio verbal ni escrito de un nivel de certificacin que no tenga. Ser completamente conciente y real en sus reportes escritos, declaraciones o testimonios del trabajo e incluir toda la informacin pertinente o relevante. Firmar solamente aquellos trabajos que el mismo ha inspeccionado, o aquellos en los cuales tiene personal de su conocimiento bajo su propia supervisin. No se prestar a participar en hechos fraudulentos o deshonestos. que esta

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Declaraciones publicas.- el inspector de soldadura no expresar pblicamente su opinin sobre inspeccin de soldadura a menos que este fundado en un conocimiento adecuado de los hechos tenga el soporte tcnico pertinente, y tenga una honesta conviccin de su declaracin. Conflicto de intereses.- el inspector de soldadura evitar conflictos de intereses con su empleador o cliente y revelar cualquier asociacin de negocios, o circunstancia que pudiera ser considerada como tal. El inspector no aceptar ninguna compensacin financiera, o de otra clase, de mas de una parte por servicios sobre el mismo proyecto a menos que haya un acuerdo con todas las partes.

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CAPITULO II.

Responsabilidades del inspector.

Para realizar la inspeccin visual eficazmente, es necesario observar tantas fases individuales de la fabricacin como sea posible. Por consiguiente, varias de las responsabilidades del inspector de soldadura se categorizan por los puntos revisados; especficamente, antes, durante, y despus de la aplicacin de soldadura. 2.1 Inspeccin previa a la aplicacin de soldadura

Revision de todos los dibujos y estndares aplicables: es importante la revisin de dibujos, estandares, contratos con anticipacion para poder identificar las etapas que requieren una inspeccin mas detallada. Revision de rdenes de compra: todas las ordenes identificarn los materiales que sern usados incluyendo consumibles tales como materiales de aporte, fundentes, gases, etc., estas deben establecer claramente los requerimientos especificados. Recepcion de materiales: el inspector debe verificar que los materiales suministrados cumplen con las ordenes de compra y deben ser checados contra la especificacin aplicable. Condicin y almacenamiento de materiales de aporte: se debe verificar la condiciones del material de aporte a ser usado, especialmente los electrodos de bajo hidrogeno para el proceso SMAW, adems algunos fundentes, alambres y varillas requieren especial proteccin contra la humedad. Equipos de soldadura: todos los equipos deben ser checados periodicamente por capacidad operacional, calibracin y seguridad. Geometra y arreglo de la juntas: las tolerancias especificadas en los cdigos y especificaciones deben cumplirse, por ejemplo, aberturas de raiz, angulos de ranura, alineacin, etc. Limpieza de la junta: la limpieza es un factor critico, ya que la aplicacin de soldadura sobre aceite, grasa, pintura, humedad, oxido, etc., provocar porosidad, y en casos mas severos faltas de fusin y grietas.

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

Cumplimiento del WPS: para conducir la inspeccin durante la aplicacin de la soldadura, el WPS ser una gua, ya que en el se especifican todos los aspectos importantes tales como: materiales, tcnica, temperatura de precalentamiento, temperatura de interpasos, etc. Calidad de pasos individuales: una inspeccion durante la aplicacin permite una correcion inmediata y se refleja en un mas bajo ndice de rechazo en la produccin. Limpieza en interpasos: una buena limpieza en interpasos evitara defectos tales como inclusiones de escoria y faltas de fusin. Temperatura de interpasos: la temperatura de interpasos debe ser checada a 1 pulgada desde la orilla de la preparacin de la junta. 2.3 Inspeccin posterior a la aplicacin de soldadura

Apariencia de la soldadura: en general la inspeccin visual despus de la soldadura se lmita a la deteccin de discontinuidades superficiales de la soldadura y del metal base, as como el perfil, tamao y longitud y su cumplimieto con los criterios de aceptacin y rechazo aplicables. Dimensin de la pieza soldada: la contraccin de esfuerzos de la soldadura puede provocar cambios dimensionales, distorsin o desalineacin en la pieza, las mediciones de esos cambios determinarn si la pieza es aceptada o rechazada.

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Pruebas No Destructivas: cuando las PND adicionalmente a la inspeccin visual, estas sern personal certificado, en este caso el inspector es la revision de registros de certificacin procedimientos aplicables y calibracin de equipo.

se requieren conducidas por responsable de de personal,

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

CAP II - 3 -

CAPITULO III.

Terminologa.

a) De tope

b) De esquina

c) En T

d) De traslape

e) De orilla Figura 3.1 Tipos de juntas

CAP III - 1 -

Figura 3.2 Raz de las juntas

CAP III - 2 -

Figura 3.3 Cara de ranura,

cara de raz y orilla de raz

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Figura 3.4 Angulo de bisel, profundidad del bisel, ngulo de ranura, radio de ranura, abertura de raz

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Figura 3.5 Juntas soldadas de ranura sencilla.

Figura 3.6 Juntas soldadas de ranura doble.

CAP III - 5 -

Cordn recto

Cordn oscilado

Aplicacin en retroceso Figura 3.7 Tcnicas

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Figura 3.8 Partes de una soldadura a tope

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

CAP III - 7 -

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

Figura 3.10 Penetracin

CAP III - 8 -

Figura 3.10 (Cont.) Penetracin

Figura 3.11 Fusin

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Figura 3.10 Raz de la soldadura

CAP III - 10 -

CAPITULO IV. 4.1

Simbologa.

Elementos del smbolo de soldadura y smbolo de soldeo.

El smbolo de soldadura indica el tipo de soldadura y, cuando se utilice, forma parte del smbolo de soldeo. El smbolo de soldeo est constituido por varios elementos, la lnea de referencia y la flecha son los nicos elementos requeridos. Todos los elementos cuando se utilicen estarn en posiciones especficas del smbolo de soldeo como se indica en la figura 4.1. Los smbolos de soldadura sern como los indicados en la figura 4.2, y se representaran sobre la lnea de referencia. Los smbolos suplementarios que se utilicen conjuntamente con los smbolos de soldeo se indicaran como de muestra en la figura 4.3. Flecha con quiebre. Cuando solo una de las piezas de la unin vaya a estar preparada, la flecha tendr un quiebre que sealar hacia esa parte. Mtodos de acabado. Los siguientes smbolos de acabado pueden utilizarse para especificar el mtodo, pero no el grado del acabado: C G H M R U = = = = = = cincelado esmerilado martillado mecanizado laminado mtodo no especificado para soldaduras de reverso (sello) y respaldo son lo que sern especificadas en la cola del smbolo bien, se utilizarn lneas de referencia mltiple la secuencia de la soldadura.

Los smbolos idnticos por de soldeo, o para detallar 4.2

Smbolos de pruebas no destructivas (PND)

Los smbolos de PND consistirn en los elementos del smbolo mostrando los mtodos de PND que se especificarn utilizando las letras de designacin que se indican a continuacin: CAP IV - 1 -

Mtodo Prueba de fuga Partculas magnticas Lquidos penetrantes Radiografa Ultrasonido Visual

Letras de designacin LT MT PT RT UT VT

Figura 4.1 Smbolo de soldeo

CAP IV - 2 -

Figura 4.2 Smbolo de soldadura

Figura 4.3 Smbolos suplementarios

CAP IV - 3 -

CAPITULO V. 5.1

Estndares

NORMA (ESTNDAR): El trmino norma, tal y como es empleado por AWS, ASTM, ASME y ANSI, es aplicado colectivamente a cdigos especificaciones, prcticas recomendadas, clasificaciones, mtodos, y guas que han sido preparados por una organizacin y aprobados con procedimientos establecidos. Los estndares de soldadura son publicados en cooperacin con el Instituto Nacional Americano de Estndares (ANSI)

Una vez que una norma ha sido especificada, un inspector debe entonces juzgar la calidad del producto basndolo en comparacin con la norma establecida. Las normas son consideradas como obligatorias (Mandatory), tales como un cdigo, o no obligatorias (Nonmandatory), como en el caso de una prctica recomendada. Normas no obligatorias usan las palabras debera y podra (should y could) en lugar de deber y ser (shall y Will). Normas no obligatorias se vuelven obligatorias cuando son referenciadas en un cdigo. Por ejemplo, la Prctica Recomendada No. SNT-TC-1A de la Sociedad Americana de Pruebas No Destructivas (ASNT) establece guas para la calificacin y certificacin de personal de PND. Debido a que la seccin 6 del cdigo AWS D1.1 requiere que el personal de PND sea calificado de acuerdo a SNT-TC-1A, la prctica se vuelve obligatoria 5.2 CODIGO:

Es un conjunto de requisitos y condiciones que regulan de manera integral el diseo, materiales, construccin, fabricacin montaje, instalacin, inspeccin, pruebas, reparacin, operacin y mantenimiento de instalaciones, equipos, estructuras y componentes especficos. El cdigo puede venir de una agencia del gobierno o una agencia privada tal como una sociedad de ingenieros. Un cdigo es definido como "un cuerpo de leyes, de una nacin, ciudad, etc., arregladas sistemticamente para una fcil referencia". Ya que un cdigo consiste en reglas que tienen carcter legal, el cdigo es considerado obligatorio.

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AWS La Sociedad Americana de Soldadura, AWS, publica numerosos documentos que cubren aspectos tales como los usos y el control de calidad de materiales, productos, operaciones y procesos de soldadura. Estos documentos incluyen cdigos, especificaciones, prcticas recomendadas, clasificaciones, y guas. La Sociedad Americana de Soldadura (AWS) ha publicado 6 Cdigos: AWS AWS AWS AWS AWS AWS D1.1, D1.2, D1.3, D1.4, D1.5, D1.6, Cdigo Cdigo Cdigo Cdigo Cdigo Cdigo de de de de de de Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Soldadura Estructural-Acero Estructural-Aluminio Estructural-Acero en Lminas Estructural-Acero de Refuerzo en Puentes EstructuralAcero inoxidable

ASME Otro Cdigo muy utilizado es el cdigo de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (ASME) para calderas y recipientes a presin, que est dividido en 11 secciones: Seccin I. Seccin II: Parte A: Parte B: Parte C: Parte D: Seccin III: Seccin IV: Seccin V: Seccin VI: Seccin VII: Seccin VIII: Seccin IX: Seccin X: Reglas para construccin de Calderas de Potencia Materiales Especificaciones para Materiales Ferrosos Especificaciones para Materiales No Ferrosos Especificaciones para Varillas para Soldar, Electrodos y Metales de Aporte Propiedades Estructuras y Componentes Nucleares Reglas para construccin de Calderas para Calentamiento Examinacin No Destructiva Reglas Recomendadas para el Mantenimiento y Operacin de Calderas para Calentamiento Reglas Recomendadas para el Mantenimiento y Operacin de Calderas de Potencia Reglas para construccin de Recipientes a Presin Calificaciones de Procedimientos de soldadura y soldadores Recipientes a Presin Plsticos de Fibras Reforzadas CAP V - 2 -

Seccin XI:

Reglas para Inspeccin en Servicio de Componentes en Plantas de Potencia Nucleares

SERIES B31 PARA TUBERAS SUJETAS A APRESIN. Seccin B31.1 Seccin B31.2 Seccin B31.3 Seccin Seccin Seccin Seccin Seccin Tubera para potencia. Tubera para gas combustible. Tubera para Plantas Qumicas y Refineras de Petrleo. B31.4 Sistemas de Tubera para la Transportacin de Petrleo Lquido. B31.8 Sistemas de Tubera de Transmisin y Distribucin. B31.9 Tuberas de servicios de edificios, B31G. Manual para determinar la resistencia Remanente de Lneas de Tubera Corroda. B31.11 Tuberas para lechos fluidos (lodos).

5.3 ESPECIFICACION: La especificacin difiere del cdigo en que describe los requisitos para un objeto particular, material, servicio, etc., mientras el cdigo describe un alcance muy grande de construccin, una especificacin describe una parte especfica o material que puede ser parte integral de algn producto fabricado de acuerdo a algn cdigo, es el documento ms general, puede contener hacer referencia a cdigos, normas, estndares, dibujos de fabricacin, etc. Las especificaciones AWS para Metales de Aporte cubren la mayor parte de tipos de metales consumibles empleados en los procesos de soldadura y soldadura fuerte, e incluyen requisitos obligatorios y no obligatorios. Los requisitos obligatorios cubren aspectos tales como composicin qumica y propiedades mecnicas, fabricacin, pruebas y empaque. Los requisitos no obligatorios, incluidos en apndices, se proporcionan como fuente de informacin, sobre la clasificacin, descripcin o uso los metales de aporte cubierto. La designacin alfanumrica de la AWS para metales de aporte consta de una letra "A" seguida de un 5, un punto y uno o dos dgitos adicionales, por ejemplo la AWS A5.l. Cuando ASME adopta estas especificaciones, ya sea de manera completa y fiel o con revisiones, le antepone las letras "SF" a la designacin AWS, as la especificacin ASME SFA-5.l sera similar, sino idntica a la AWS A5.l (de la misma edicin). La CAP V - 3 -

AWS publica treinta diferentes especificaciones para materiales de aporte, estas son revisadas y adoptadas por ASME que aaden las letras SF precediendo la designacin de AWS, a continuacin se muestran algunas de estas especificaciones: A5.1 Acero al carbn electrodos de acero al carbn para SMAW A5.4 Acero inoxidable electrodos de acero inoxidable para SMAW A5.5 Acero de baja aleacin electrodos de acero de baja aleacin para SMAW A5.17 Acero al carbn electrodos de acero carbn y fundentes para SAW A5.20 Acero al carbn electrodos de acero carbn para FCAW

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CAPITULO VI 6.1

Procesos de soldadura y Corte.

El proceso de soldadura. la unin permanente de superficies enlace entre tomos, que es el la aplicacin de calor con o sin la o sin la aplicacin de material de

La soldadura es definida como metlicas estableciendo un resultado de la fundicin por aplicacin de presin, y con aporte. 6.2 El arco elctrico.

Prcticamente toda la produccin de soldadura hace uso de la electricidad como fuente de energa, la primera aplicacin del arco elctrico fue alrededor del ao de 1880. Pero su uso fue restringido hasta que se desarrollaron los electrodos revestidos. El arco elctrico es una de las fuentes mas calientes de energa disponible, las temperaturas en la columna del arco alcanzan los 6090 C, la cual esta muy por encima de los puntos de fusin de los metales y aleaciones mas comunes. Con condiciones tpicas de soldadura de arco 25 volts y 300 amperes, la energa total abastecida podra ser de 26,000 BTU por hora. Durante la transferencia a travs del arco, el metal fundido es protegido por gases de proteccin por oxidacin y otras reacciones con la atmsfera del arco. Estos gases pueden ser provistos por el recubrimiento de electrodos, por fundentes que cubren el arco, o por un flujo de gas de proteccin desde una fuente externa. 6.3 Factores limitantes

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

6.4

Dimensin del material a ser soldado, especialmente su espesor y forma La posicin en la cual la soldadura ser hecha Los requerimientos para la raz de la soldadura La accesibilidad a la pared posterior de la junta Preparacin de la junta Disponibilidad del equipo de soldadura, fuente de poder y accesorios. Proceso SMAW

La soldadura por arco metlico protegido usa el calor de un arco elctrico entre un electrodo revestido y la pieza de trabajo, la proteccin viene de la descomposicin del recubrimiento del electrodo. El metal de aporte es suministrado por el corazn del electrodo y su recubrimiento. Este proceso es aplicado manualmente. El equipo bsico es una fuente de poder, cable del electrodo, cable de la pieza de trabajo, portaelectrodo y electrodo. La identificacin de los electrodos es como sigue: CAP VI - 2 -

E XXXXDonde E indica la palabra electrodo, los primeros dos dgitos (tres cuando son cinco dgitos) son la resistencia a la tensin del deposito de soldadura multiplicado por mil. El tercer dgito es la posicin en la cual el electrodo puede ser usado, 1 es para todas las posiciones, 2 para posicin plana y horizontal nicamente y 4 para electrodos de bajo hidrgeno aplicados en posicin vertical en progresin descendente. El ltimo dgito es la composicin del revestimiento. La resistencia de una soldadura con este proceso puede ser alterada aadiendo elementos al revestimiento del electrodo. Desafortunadamente, algunos ingredientes y el aglutinante pueden atraer y mantener la humedad, la cual puede causar grietas en ciertos materiales. Un grupo de electrodos especficamente formulados para depositar soldadura con bajos niveles de hidrgeno son referidos como electrodos de bajo hidrgeno, la identificacin de estos tienen en su ltimo dgito los nmeros 5, 6 u 8. El revestimiento del electrodo provee lo siguiente: Estabilizacin del arco Gas de proteccin Agentes escorificantes Desoxidantes Proteccin contra el enfriamiento Elementos aleantes Polvo de hierro

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

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

La presencia de porosidad resulta de la presencia de humedad y contaminacin en la regin de la soldadura, en el revestimiento del electrodo en la superficie del material o de la atmsfera presente, aunque tambin puede ser causada por una tcnica inapropiada o por soplos de arco. Adems de la porosidad el soplo de arco tambin puede causar salpicaduras, socavados, contorno defectuoso de la soldadura y decremento en la penetracin. Las inclusiones de escoria son a menudo causadas por una tcnica inapropiada, limpieza de interpasos insuficiente, o falta de manipulacin del electrodo, adems si el diseador provee insuficiente acceso en la junta. Ya que este proceso es manipulado manualmente, numerosas discontinuidades pueden resultar de una manipulacin inapropiada del electrodo, tales como faltas de fusin, faltas de penetracin, socavados, traslapes, tamaos incorrectos y perfiles inadecuados de la soldadura. 6.5 Proceso GMAW

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

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Este proceso puede ser semiautomtico, con mquina, o automtico. En el modo semiautomtico el soldador controla la inclinacin y la distancia entre el electrodo y la pieza de trabajo. La longitud de arco y la alimentacin del electrodo son controladas automticamente por la fuente de poder y el controlador de alimentacin de alambre. Este proceso deposita el metal de soladura en la junta por cualquiera de las siguientes modalidades: Transferencia por roco: ocurre cuando la transicin de corriente o voltaje excede el nivel que le corresponde al tipo y tamao del alambre. La corriente y el voltaje son altos y el gas es inerte o con una pequea adicin de gases activos. Para cada tamao y tipo de electrodo hay una corriente de transicin sobre la cual el metal rompe en finas gotas muchas veces por segundo. La corriente impulsa esas gotas hacia el centro del arco, afuera del electrodo y hacia el charco de soldadura. Este modo de transferencia requiere altas corrientes en relacin al dimetro del electrodo. Debido a su gran aporte de calor esta modalidad es mas usada en posiciones plana y horizontal. Transferencia globular: ocurre a corrientes bajas en comparacin con la transferencia por roco. La baja densidad de corriente en el electrodo produce grandes e irregulares gotas de metal al CAP VI - 5 -

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

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

ER XX S - XDonde E indica la palabra electrodo, R alambre redondo (rod ), los siguientes dos dgitos son la resistencia a la tensin del deposito de soldadura multiplicado por mil, S denota la palabra electrodo slido, el ltimo dgito es la clasificacin qumica. Ventajas: Este proceso puede ser usado efectivamente en la unin de metales ferrosos y no ferrosos. El uso de un gas de proteccin en lugar CAP VI - 6 -

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

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

El electrodo para este proceso contiene fundente, desoxidantes y elementos de aleacin dentro del alambre tubular. Si proteccin externa es usada, el gas comnmente usado es el dixido de carbn o una mezcla de dixido de carbn y argn. Una mezcla de 75% de argn y 25% de dixido de carbn puede usarse para mejorar las caractersticas de operacin del arco y mejorar las propiedades mecnicas de la soldadura terminada. La identificacin de los electrodos es como sigue:

E XX T - XDonde E indica la palabra electrodo, el siguiente dgito es la resistencia a la tensin del deposito de soldadura multiplicado por 10,000, el siguiente dgito es la posicin en que el electrodo puede ser usada, un 1 es para todas las posiciones, un 0 es para posicin plana y horizontal solamente, T denota la palabra tubular, el ltimo dgito es la clasificacin qumica.

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

Este proceso usa el calor de un arco elctrico entre un electrodo no consumible y la pieza de trabajo. La proteccin es obtenida de un gas inerte o una mezcla de gases. El metal de aporte puede ser aadido segn se necesite. La antorcha es usualmente enfriada con agua, o puede ser enfriada con aire para aplicaciones con baja corriente. Este tipo de soldadura puede ser realizada por el mtodo manual, mecanizado o automtico. Cuando el metal de aporte es aadido, el proceso se llama tcnica a dos manos.

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

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Tabla 6.1 Efecto del tipo de corriente de soldadura en la penetracin del proceso GTAWCorriente Polaridad del electrodo Flujo de iones y electrones Caractersticas de penetracin Accin de limpieza de oxido Balance de calor en el arco Tabla Penetracin dc negativa dc positiva ac

No

si

si cada medio ciclo 50% en la pieza 50% en el electrodo de tungsteno media Color media verde amarillo rojo azul caf naranja

70% en la pieza 30% en la pieza 30% en el 70% en el electrodo electrodo 6.2 Clasificacin AWS para Amplia / electrodos Profunda / estrecha superficial Capacidad del AWS Clasificacin Aleacin electrodo Excelente pobre EWP EWTh-1 EWTh-2 EWTh-3 EWZr EWCe-2 tungsteno puro 0.8 1.2% thorio 1.7 2.2% thorio 0.35 0.55% thorio 0.15 0.40% Zirconio 1.8 2.2% cerio

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

Ventajas: El proceso GTAW es capaz de soldar casi todos los metales, an materiales extremadamente delgados. La principal ventaja de este CAP VI - 11 -

proceso es la alta calidad de las soldaduras y su excelente apariencia visual. Tambin porque no usa fundente. El proceso es bastante limpio por lo que, no hay que remover escoria despus de su aplicacin. Desventajas: El nivel de entrenamiento necesario para producir soldaduras de alta calidad es adquirido despus de mucha experiencia con la manipulacin del electrodo y la alimentacin del material de aporte. Debido a que el proceso tiene muy poca tolerancia a la contaminacin. El metal base y el de aporte deben estar extremadamente limpios antes de la aplicacin. Discontinuidades: Todos los tipos ms comunes de discontinuidades son posibles con este proceso, excepto inclusiones de escoria. Un problema nico de este proceso son las inclusiones de tungsteno. Esta discontinuidad ocurre cuando el electrodo de tungsteno se introduce en el charco de la soldadura. Las inclusiones de tungsteno resultan de un contacto accidental. El uso de corrientes excesivas puede contribuir a la deterioracin del electrodo y provoca tambin inclusiones de tungsteno. 6.7 Proceso SAW

Este proceso usa el calor de un arco elctrico o arcos entre el electrodo o electrodos y la pieza de trabajo. La proteccin es obtenida por una capa de fundente granular. La soldadura bajo una capa de fundente granular es un proceso semiautomtico, mecanizado o automtico el cual la alimentacin de alambre y la longitud de arco es controlada por el alimentador de alambre y la fuente de poder. En la soldadura automtica un mecanismo mueve ya sea la antorcha o la pieza de trabajo, y un sistema de recuperacin del fundente recircula el fundente granular no fundido y lo regresa a su contenedor para su uso. La identificacin de los electrodos es como sigue: Indica fundente. Indica la resistencia mnima a la tensin (multiplicada por 10,000) del metal de soldadura con el fundente y alguna CAP VI - 12 -

clasificacin especfica de electrodo, depositado de acuerdo a condiciones especificadas. Designa la condicin de tratamiento trmico en el cual la probeta fue conducida: A para soldadura sin tratamiento trmico y P para soldadura con tratamiento trmico. Indica la temperatura mas baja a la que fue conducida la prueba de impacto. Indica electrodo Clasificacin del electrodo usado.

F X X X E X X XEl arco es oculto en la soldadura de arco sumergido, el cual libera al soldador del uso de su careta pero oculta la trayectoria que debe ser seguida. Para soldadura con maquina o automtica, la trayectoria es prealineada o un aparato controla la orientacin de la antorcha en relacin al lnea de centro de la soldadura. En el proceso semiautomtico la antorcha es realmente movida a lo largo de la junta en contacto con las caras de la pieza de trabajo para controlar la ubicacin de la soldadura. Este proceso puede producir un arco de penetracin profunda, juntas rectas a tope pueden ser soldadas en metales hasta de 1 pulgada de espesor y con un paso por cada lado con penetracin completa, si la junta es exactamente seguida y la densidad de corriente es alta. La composicin de la soldadura resulta de la contribucin del metal base fundido y del electrodo, modificado por reacciones qumicas del fundente y las aleaciones aadidas a travs del fundente. Ya que el fundente y el alambre de aporte son abastecidos independientemente en este proceso es posible una gran flexibilidad en la obtencin de propiedades de la soldadura. El inspector debe asegurarse que el procedimiento adecuado es seguido. Suciedad, grasa o humedad puede contaminar al fundente, resultando grietas. Algunos fundentes requieren contenedores de almacenamiento caliente para asegurar que el fundente esta seco cuando es usado.

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Ventajas: Este proceso puede ser aplicado en numerosos metales, debido a su alto ndice de deposito de metal de soldadura, se ha demostrado que es bastante efectivo para recubrir o rellenar superficies de materiales. Puede tpicamente depositar mas metal que cualquier otro de los procesos ms comunes, es atractivo para el operador ya que debido al ocultamiento del arco, el operador no necesita lentes con filtro u otro equipo pesado de proteccin. Otro beneficio es que hay menos humo generado que con otros procesos. Tiene mejor capacidad de penetracin. Desventajas: La limpieza de las superficies de trabajo y el alineamiento de la mquina con la junta es particularmente importante en este proceso. Una alineacin inadecuada resultar en cordones chuecos con penetracin incompleta. En juntas con alta restriccin una junta desalineada puede provocar grietas. Los fundentes de bajo hidrogeno requieren un almacenamiento en hornos calientes. CAP VI - 14 -

Discontinuidades: Las soldaduras pueden exhibir todas las discontinuidades mas comunes. La porosidad es algunas veces encontrada debido a un fundente contaminado o hmedo o a una junta contaminada. Inclusiones de escoria son encontradas en muchas soldaduras con este proceso. Perfiles convexos de cordn en soldaduras de pasos mltiples frecuentemente las causan. Los cordones convexos dejan vacos agudos con el cordn precedente y al o largo de la cara de la ranura en la cual la escoria queda atrapada, o donde la escoria del nuevo cordn quedar atrapada. Faltas de fusin pueden ocurrir en soldaduras muy largas de un solo paso o en soldaduras aplicadas muy rpido, las faltas de penetracin ocurren cuando la junta no es cuidadosamente alineada. El socavado es comn cuando son usadas corrientes de soldadura muy altas. Las grietas en soldaduras de arco sumergido pueden ocurrir cuando el material esta caliente o fro, algunas veces a la excesiva relacin profundidad ancho. Las grietas tipo crter pueden ser anticipadas cuando el soldador ha perfeccionado su tcnica de llenado de crteres. Es comn el uso de placas de inicio y salida par iniciar y detener el arco fuera de la soldadura. Las grietas en la garganta en pasos de raz delgados son tpicas en juntas altamente restringidas. 6.8 Corte por oxi-gas (OFC)

Este proceso de corte uso exclusivamente en algn tiempo la mezcla de oxigeno y acetileno (OFC-A), pero actualmente se puede usar a mezcla de oxigeno con gas natural (OFC-N), con gas propano (OFC-P), con hidrgeno (OFC-H), son requeridas algunas modificaciones del soplete para cada tipo de gas. Este proceso corta los materiales ferrosos por oxidacin del hierro arriba de la temperatura de oxidacin cerca de los 1700F, la oxidacin del acero origina una combustin, la cual es confinada en una zona estrecha. Al metal a ser cortado es calentado a la temperatura de oxidacin aprovechando la flama disponible. CAP VI - 15 -

La calidad de la superficie cortada vara con los lmites del ancho. El entrenamiento del operador afecta todas las operaciones, ya que la flama debe ser ajustada manualmente, incluso para procesos automticos. La mayor limitacin de este mtodo es que puede cortar efectivamente solamente aquellos metales que se oxidan por debajo de su temperatura de fusin, consecuentemente es difcil producir cortes de calidad con este mtodo en aceros inoxidables. 6.9 Corte con arco-aire (CAC-A)

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

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CAPITULO VII

Seguridad

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

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

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

Zapatos industriales y ropa de trabajo sern usadas para proteger el cuerpo, de rebabas, chispas, radiacin, se prefiere el uso de ropa de lana en vez de algodn por su bajo nivel de ignicin, si se usa ropa de algodn debe ser tratado qumicamente. Ropa de polister no debe ser usada. Sern usados guantes de piel u otro CAP VII - 1 -

material apropiado que adems protegen contra choque elctricos, y tambin es obligatorio el uso de protectores de odos en reas con ruidos continuos de alto nivel. 7.4 Humos y gases.

Algunos procesos de corte y soldadura producen un gran volumen de gases y humo y una gran cantidad de materiales, la ventilacin apropiada podr reducir significativamente las cantidades de humo en el rea de trabajo y la sobreexposicin del soldador. El factor ms importante que influye a la exposicin de humo es la posicin de la cabeza del soldador con respecto a la pluma de humo. Cuando se manejan cilindros de gas las siguientes precauciones de seguridad deben ser tomadas: 7.5 Los cilindros no deben ser soldados. No sern usados como parte de un circuito elctrico No sern usados para otras actividades en que no fueron diseados Sern protegidos contra cada de objetos e inclemencias del tiempo Sern almacenados a temperaturas en el rango de 0 F hasta 130 F En los traslados deben usarse compartimientos apropiados No sern usados electromagnetos para su manejo Deben asegurarse contra cadas durante su uso o almacenamiento Acetileno y gases lquidos sern almacenados en posicin vertical Deben ser etiquetados Espacios confinados.

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

ayudaran para prevenir la acumulacin de humos, gases y de oxigeno enriquecido, el oxigeno no es flamable pero soporta la combustin de materiales flamables. 7.6 Choques elctricos.

Los choque elctricos ocurren cuando una corriente elctrica es suficiente para crear un efecto adverso cuando pasa a travs del cuerpo. La severidad del choque depender de la cantidad de la corriente, la duracin y el trayecto del flujo, y el estado de salud de la persona. La cantidad de corriente depender del voltaje aplicado y de le resistencia del cuerpo a su paso. Las corrientes mayores de 6 miliamperes (mA) son considerados choques de corriente primaria, ya que pueden causar daos fisiolgicos directos. Corrientes entre 5 y 6 mA son consideradas choques de corriente secundaria, esta puede ocasionar reacciones musculares involuntarias sin causar daos fisiolgicos serios. Corrientes menores de 5 mA son conocidas como de umbral de percepcin ya que es en este punto que la mayora de la gente es sensible a la corriente. Los choques elctricos en la industria de la soldadura ocurren como resultado de contactos accidentales con conductores aislados deficientemente o desnudos. Para prevenir choques elctricos por condiciones mojadas o hmedas el inspector debe usar gantes secos y ropa en buenas condiciones, as como evitar el uso de joyera para disminuir la posibilidad de choque elctrico.

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CAPITULO VIII. Propiedades de los materiales. 8.1 Propiedades mecnicas y fsicas.

Las propiedades fsicas y mecnicas de los materiales determinan su aplicabilidad en el diseo de un producto. En el diseo de uniones soldadas las consideraciones primarias son los comportamientos de materiales metlicos bajo varias condiciones de carga. Estas propiedades son determinadas en laboratorios de prueba donde equipos y procedimientos estandarizados son utilizados para obtener datos. Propiedades mecnicas Las propiedades mecnicas de los materiales son aquellas que revelan caractersticas elsticas e inelsticas cuando una fuerza es aplicada, ellas son: La resistencia ltima a la tensin Resistencia a la cedencia Elongacin Modulo de elasticidad Resistencia a la compresin Resistencia al corte Resistencia a la torsin Resistencia a la fatiga Resistencia al impacto Todas excepto la resistencia a la fatiga y al impacto son determinadas por aplicacin de cargas estticas y constantes. Las propiedades de fatiga e impacto son determinadas por la aplicacin de cargas dinmicas y pulsantes. Propiedades fsicas Las propiedades fsicas de los materiales son diferentes a las mecnicas y qumicas y describen la naturaleza del material, ellas son: Densidad.- que es determinada por el peso por unidad de volumen. Conductividad elctrica.- es la propiedad de un material para conducir corriente elctrica.

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Conductividad trmica.- es la relacin de flujo de calor a travs de un material. Expansin trmica.- es la expansin que sufren los materiales cuando son calentados y se expresa por el coeficiente de expansin lineal. Temperatura de fusin.- un material puro tiene un punto definido de fusin que es la misma temperatura de su punto de solidificacin. 8.2 Propiedades qumicas

Qumica de la soldadura. La qumica de la soldadura trata de la interaccin qumica entre el metal base, el metal de soldadura y otros elementos qumicos existentes en el rea de la soldadura. El metal base y el metal de soldadura deben ser qumicamente compatibles. Pero otros elementos qumicos en el ambiente que rodea al proceso de soldadura tambin deben ser considerados. Por ejemplo, el nitrgeno, carbono y oxigeno no pueden evitarse si el aire se pone en contacto con el proceso de soldadura. Cuando los metales estn en el estado slido las reacciones qumicas adversas estn restringidas a ataques por medios corrosivos. Para el acero an el aire hmedo es corrosivo. Usualmente pintamos el acero para evitar que se oxide. Cuando los metales son lquidos la actividad qumica se acelera sobre lo que sera en estado slido. Esto es porque continuamente llegan a la superficie tomos nuevos del metal a exponerse a tomos extraos de la atmsfera y as cuando los metales estn en estado lquido, como en el metal fundido durante la soldadura, son posibles las reacciones qumicas adversas. En el proceso de soldadura no deben existir tomos extraos. Los tomos ms comunes que son dainos al acero son: nitrgeno, oxgeno, hidrogeno y carbono. Los primeros tres provienen de la atmsfera que rodea el charco de soldadura (el hidrgeno viene del vapor de agua). El carbono y el oxgeno pueden ser recogidos de la flama oxiacetilnica y de gas de cobertura de dixido de carbono. En el estado lquido, el acero disuelve todos estos tomos fcilmente, as que, es necesario protegerlo de estos elementos. CAP VIII - 2 -

Proteccin. Para proteger el metal de la accin de estos gases, tenemos que desplazar la atmsfera que lo rodea con un gas inerte. En la soldadura con electrodo de tungsteno (GTAW), el soldador protege el metal fundido con gas argn o helio. En los procesos de soldadura con electrodo continuo (GMAW) ya sea slido o tubular (FCAW) el gas puede ser dixido de carbono (C02), sin embargo, como el dixido-de carbono puede reaccionarse con la soldadura como carbono y oxigeno, se adicionan desoxidantes en la composicin de los electrodos. En la soldadura con electrodo manual (SMAW), este tiene un recubrimiento que al descomponerse forma 1os gases de proteccin que pueden ser dixido de carbono monxido de carbono. En la soldadura de pernos estos se protegen en un capuchn especial. La proteccin tambin puede ser una capa de fundente que protege de la atmsfera o bien una escoria protectora que se forma sobre la soldadura cuando esta se enfra. En la soldadura por arco sumergido (SAW), la capa de fundente es empleada durante el proceso de soldar para proteger de la atmsfera, y la escoria que se forma protege al cordn durante el enfriamiento. En la soldadura por arco elctrico (SMAW), la escoria protectora se forma a partir de los desoxidantes que componen el recubrimiento del electrodo. Composicin del Metal de Soldadura. Los tomos que componen una soldadura provienen del rea del metal base adjunto a la soldadura y el metal de aporte o de llenado, y los gases en contacto con el metal de soldadura del fundente. Como inspector debe reconocer los aspectos qumicos positivos y negativos de la composicin de metal de soldadura. Por ejemplo, si se hace una soldadura sin metal de relleno, debe saber de la falta de desoxidantes y escorificantes normalmente obtenido de los materiales de aporte. Gases Disueltos: El hidrgeno (H), oxigeno (O) y el nitrgeno (N), se disuelven en el metal fundido y tienden a fragilizarlo si no son removidos. Los procesos para refinacin del acero estn diseados para eliminar todo lo que se pueda de estos gases. Se utilizan fundentes y gases aislantes especiales para impedir su inclusin en el metal fundido. CAP VIII - 3 -

Difusin en el metal de soldadura. Un ejemplo de difusin ocurre cuando el hidrgeno, un gas, es permitido en la vecindad de metal fundido, como es el caso de una soldadura. La fuente ms comn de hidrgeno es la humedad (H2O), o la contaminacin en las superficies de las partes soldadas. Muchos de los contaminantes normalmente encontrados en metales son los compuestos orgnicos, es decir, aceites, grasas, etc., y ellos contienen hidrgeno en su composicin qumica. El calor de la soldadura se descompondr el agua el contaminante orgnico en tomos individuales que incluyen el tomo de hidrgeno (H). Los tomos de hidrgeno son bastante pequeos, y puede difundirse fcilmente en la estructura del metal base. Cuando entran en el metal base, los tomos de hidrgeno a menudo se recombinan en molculas de hidrgeno (H2), una combinacin de dos tomos de hidrgeno qu es mucho ms grande que un solo tomo de hidrgeno. Las molculas ms grandes a menudo quedan atrapadas en las discontinuidades del metal tales como los lmites de grano o inclusiones. Estas molculas de hidrgeno, a causa de su gran tamao pueden causar tensiones altas en la estructura interior del metal base y para metales de ductilidad baja, puede causar el agrietamiento. La grieta por hidrgeno es a menudo llamada grieta bajo la soldadura o grieta retardada. El primer remedio para los problemas de grietas por hidrgeno consiste simplemente en eliminar la fuente de hidrgeno; el primer paso es limpiar completamente toda la superficie a ser soldada. Otra recomendacin es especificar electrodos de "bajohidrgeno" para uso con aceros de baja aleacin. Estos electrodos de bajo hidrgeno se formulan especialmente para conservar su contenido de hidrgeno bastante bajo, pero ellos exigen un manejo especial para evitar la absorcin de humedad despus de abrir los paquetes sellados de transporte. Despus de abiertos los paquetes, los electrodos deben guardarse en un horno elctrico a una temperatura de 250F. 8.3 Metalurgia

Modelos cristalinos. En todos los metales en estado slido, los tomos tienden a acomodarse en lneas, filas y capas para formar estructuras cristalinas tridimensionales. Cuando un metal solidifica, siempre lo hace en un modelo cristalino, esta configuracin atmica le da CAP VIII - 4 -

a los metales slidos su lustre metlico y determina sus propiedades fsicas, mecnicas, qumicas. y elctricas. Hay aproximadamente 14 tipos de arreglos atmicos aunque las estructuras cristalinas ms comunes, o fases, son: cbicas de cuerpo centrado (bcc), cbicas de cara centrada (el fcc), ortorrmbica y la altamente distorsiona tetragonal de cuerpo centrado. Metales con estructura bcc mas comunes son el hierro, aceros al carbn, el cromo, el molibdeno y el tungsteno. Metales con estructura fcc mas comunes son el aluminio, cobre, nquel, y aceros inoxidables austenticos.

Figura 8.1

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

Comportamiento trmico del hierro. El hierro puro es bastante diferente de otros metales. Cuando es calentado a la temperatura correcta, tiene la habilidad de transformarse de un arreglo cbico a otro, a este fenmeno se le llama alotropa. La figura 8.1 muestra los efectos del cambio de temperatura en el hierro puro. Ntese que las transformaciones alotrpicas solo son obtenidas bajo condiciones de equilibrio. Si el metal es calentado o enfriado rpidamente las temperaturas de transformaciones alotrpicas cambiaran. Una temperatura que merece atencin es el punto Curie, o punto de cambio magntico. De 1414F hacia arriba el hierro deja de ser magntico. Este punto Curie no es un punto de cambio estructural. Una carta de tamao de grano es ubicada del lado izquierdo de la grfica. Los granos son ms pequeos a 1670F. Este es el mejor estado del hierro porque un tamao de grano pequeo tiene las propiedades mecnicas mas deseadas. Por ejemplo, si se lleva el hierro hasta 1670F hasta un arreglo FCC este tendr un tamao de grano pequeo, y si es enfriado se transformara nuevamente a BCC causando un refinamiento adicional del grano debido al hecho de que los granos se arreglan a si mismos. El refinamiento no sucedera se se hubiera calentado hasta 2000F por el tamao grande el grano. El hierro puro es muy dctil y tiene una resistencia baja a la tensin. Por lo que virtualmente no es usado en la industria; sin embargo, cuando el carbn es aadido hierro, se incrementa su resistencia y se retiene su ductilidad. El acero El acero es una aleacin compuesta de hiero, carbn, manganeso, silicio, fsforo y azufre. La materia prima del acero es el arrabio que se obtiene en el alto horno. El arrabio tiene alto contenido de carbn, silicio, manganeso, azufre y fsforo y debe ser refinado antes de poder ser utilizado como un acero de manufactura. El proceso de refinacin se puede hacer en hornos de hogar abierto, bsicos de oxigeno o elctricos. Estos procesos CAP VIII - 6 -

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

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Azufre: Se hace un especial esfuerzo para eliminarlo. Cuando existe en cantidades mayores de 0.05% tiende a causar fragilidad y reduce la soldabilidad. El azufre se combina con el hierro para formar sulfuro de hierro, el cual se funde a una temperatura de 1814F de aqu la necesidad del manganeso Porcentajes del azufre entre 0.10 y 0.35% ayudan a mejorar la maquinabilidad del acero Estos aceros se conocen como "sulfurizados" "de "fcil maquinado". Fsforo: El fsforo tambin se considera una impureza indeseable en el acero. Se encuentra normalmente en cantidades de hasta 0.04% en la mayora de los aceros al carbn. Tiene la habilidad de endurecer los aceros pero a expensas de su ductilidad. En aceros de baja aleacin de alta resistencia, se puede agregar fsforo en cantidades de hasta 0.10% para mejorar resistencia y aguante a la corrosin Otros elementos de aleaciones especiales Otros elementos aleantes pueden ser usados en la fabricacin de aceros, estos le darn caractersticas especficas como mayor resistencia a la corrosin, resistencia a altas temperatura, resistencia a bajas temperaturas, etc. A continuacin se mencionan algunos de los ms comunes: Cromo: El cromo es un poderoso elemento aleante en el acero. Se agrega por dos razones principales: primero, aumenta fuertemente la dureza del acero; segundo, aumenta fuertemente la resistencia a la corrosin del hierro y el acero en medios muy oxidantes. Su presencia en algunos aceros podra causar dureza excesiva y agrietamientos sobre o junto de la soldadura. Los aceros inoxidables contienen cromo en cantidades que exceden del 12%. Molibdeno: Este elemento es un fuerte formador de carburos y se encuentra usualmente presente en el acero aleado en cantidades menores del 1.0% se agrega para aumentar la dureza y resistencia a altas temperaturas. Nquel: Se agrega para aumentar la dureza de los aceros. Hace muy bien esta funcin porque con frecuencia aumenta tenacidad y ductilidad, an con los aumentos de resistencia y dureza. El CAP VIII - 8 -

nquel se usa frecuentemente para mejorar la tenacidad del acero a bajas temperaturas. Aluminio: Este elemento se agrega al acero en cantidades muy pequeas como desoxidante. Es adems un refinador del grano que ayuda a una mayor tenacidad. Vanadio: La adicin de vanadio proporciona un aumento en la dureza del acero, es muy efectivo, por lo que se usa en pequeas cantidades. En porcentajes mayores del 0.05% puede haber una tendencia a fragilidad en el acero durante los tratamientos trmicos para relevado de esfuerzos. Colombio: El colombio, como el vanadio, se utiliza generalmente para aumentar la dureza del acero. Sin embargo, debido a su alta afinidad con el carbn, se puede combinar con ste para causar una disminucin general en la dureza. Tratamiento trmico del acero Los aceros existen en varias fases, tpicamente: Austenita: esta es una estructura de acero FCC tambin conocida como hierro gamma. Es una estructura de fase slida solamente a altas temperaturas. Puede tener hasta 1.8% de carbn. Ferrita: Tambin conocida como hierro alfa con estructura de acero BCC. Es una estructura de fase slida a temperatura ambiente. Puede tener hasta 0.008% de carbn. Cementita: Este es un compuesto cristalino de hierro y carbn (Fe3C) con una estructura de cristal ortorrmbico. La cementita se une con ferrita para formar perlita. Contiene 6.67% de Carbn por peso. Perlita: La unin de cementita y ferrita en una forma laminar producen perlita. Resulta de la transformacin de austenita a velocidad de enfriamiento lento. Martensita: Esta estructura es obtenida solamente cuando la austerita es suprimida a una temperatura donde esta se ha transformado en un arreglo tetragonal de cuerpo centrado. Si hay suficiente carbn en e acero, este no podr precipitarse y quedar atrapado en el arreglo tetragonal. CAP VIII - 9 -

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

Figura 8.2

Diagrama Hierro Carbono.

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

ninguna fase. Los cambios no ocurren instantneamente y puede requerir un tiempo considerable. Alterando la velocidad de enfriamiento desde el rango de austenita se pueden afectar las fases de acero. Los mtodos de enfriamiento del acero ordenados del mas lento al mas rpido son el horno de recocido, normalizado, templado en aceite, templado en agua y templado en salmuera. En el hormo de recocido el acero es llevado a su temperatura de austenitizacin a 50F por arriba de la lnea A3, es mantenido por un periodo de tiempo (normalmente una hora por pulgada de espesor) y posteriormente se enfra en el mismo horno, los resultados de un recocido es un acero mas dbil y mas suave. En el normalizado el acero es llevado a su temperatura de austenitizacin a 50F por arriba de la lnea A3, es mantenido por un periodo de tiempo (normalmente una hora por pulgada de espesor) y posteriormente se enfra con aire quieto, el normalizado forma granos de ferrita y perlita. Los aceros templados son tomados de su temperatura de austenitizacin por arriba de la lnea A3, se mantienen por un tiempo luego son templados en aceite, agua o salmuera. Los aceros templados producirn una estructura martenstica. Un enfriamiento lento forma ferrita y perlita y algo ms rpidamente forma bainita. La velocidad de enfriamiento es gobernada por el contenido de carbono, y para aceros aleados, por su composicin qumica adicional. Los aceros templados que formaron martensita usualmente requieren un "revenido para disminuir su dureza y resistencia y mejorar la ductilidad y tenacidad. El revenido se hace calentando la martensita a una temperatura entre 100 F y 1000 F para suavizar el acero. A estas temperaturas ningn cambio estructural puede verse en el microscopio. En trminos simples, para aceros, a velocidad de enfriamiento ms rpida, ms duro y menos dctil la estructura resultante. Mientras que una mayor resistencia es a menudo deseable, la ductilidad baja acompaante aumentar la susceptibilidad de los aceros a las grietas. CAP VIII - 11 -

Fusin y solidificacin durante la soldadura. Cuando el metal se calienta hasta su estado lquido, los tomos se mueven muy enrgicamente mezclndose completamente. La accin de mezclarse se crea por la transmisin y conduccin que ocurren debido al flujo de calor de las reas calientes a las reas ms fras. Soldando, la accin de mezcla se estimula tambin por las fuerzas magnticas, y por la presin del arco, o por la presin de una flama de gas y el movimiento del electrodo de soldadura. El soldador puede observar esta accin cuando el metal se arremolina bajo la fuente de calor. El resultado es que los tomos del metal base se mezclan con los tomos del metal aportado. La solidificacin del metal lquido no puede ocurrir hasta que la fuente de calor sea removida y los tomos pierdan energa hasta asentarse" en una estructura cristalina metlica. La energa del lquido debe disiparse en forma de calor perdido. La configuracin inicial de la estructura cristalina como la soldadura solidificada es determinada por la estructura cristalina del metal existente en estado slido. La formacin de estructura cristalina contina con el mismo modelo, si se es el modelo natural de la mezcla de tomos presente. Los tomos de una composicin de soldadura disimilar puede tomar su propia alineacin poco despus de que la solidificacin ha empezado. Algunos tomos tienden a segregarse durante la solidificacin, pero en general, los tomos mezclados de un lquido formarn una soldadura homognea. Las soldaduras bajo el Microscopio Al soldar, el metal base adyacente al metal de la soldadura se sujetar a la velocidad de enfriamiento mxima, porque se calienta a una temperatura muy alta y entonces un templado rpido ocurrir debido a su contacto con el metal base ms fro. Progresivamente desde el la soldadura hacia el metal base que no se ha fundido, pueden encontrarse reas que se han expuesto a temperaturas superiores a la temperatura de transformacin. Aunque el metal no se ha fundido, se ha llegado el rango de austenitizacin a varias temperaturas y en periodos variantes de tiempo. Esta velocidad de enfriamiento vara a travs de esta zona. Esta zona que ha sido afectada por el calor de la soldadura pero no se ha fundido, se llama zona afectada por el calor (ZAC). El rea inmediatamente adyacente a la soldadura tendr los granos CAP VIII - 12 -

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

Figura 8.4

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

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

HI = IV60/S Donde: HI = I = V = S = calor aportado en joules/in. corriente voltaje velocidad en pulgadas/min.

La expansin trmica Los metales se expanden y se contraen al calentar y enfriar, debido a los efectos de energa en las oscilaciones atmicas. Al calentar el metal existe ms energa en las oscilaciones por lo que, los tomos tienden a separarse, como resultado, el metal se extiende. Cuando el metal se enfra, este proceso se invierte y el metal se contrae.

Contraccin longitudinal

Contraccin transversal

Distorsin angular

Figura 8.4

contraccin en una pieza soldada.

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

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

CAP VIII - 15 -

CAPITULO IX. 9.1

Pruebas destructivas

De tensin

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

Figura 9.1

Diagrama deformacin - esfuerzo

CAP IX - 1 -

La deformacin y el esfuerzo son graficados en un diagrama que se muestra en forma simplificada en la figura 9.1. La relacin proporcional de carga y elongacin o deformacin y esfuerzo contina hasta un punto alcanzado donde la elongacin se incrementa a una mayor velocidad. A este punto, mas all del cual la elongacin de la probeta no es mayor al proporcional de la carga es llamado lmite elstico proporcional del material. Cuando la carga es removida antes de este punto, la probeta regresa a su longitud y dimetro originales. Si la carga se sigue aplicando a las mismas condiciones mas all del lmite elstico provocar una deformacin o elongacin permanente de la probeta. En el caso de aceros de bajo y medio carbn, un punto es alcanzado mas all en el cual el metal se estira sin ningn incremento de carga. Este es el punto de cedencia. La resistencia del material en este punto es llamado esfuerzo de cedencia del material.

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

Mas all del lmite elstico del material, una continuacin en la aplicacin de la carga causar una reduccin en la seccin transversal de la probeta, esta accin es acompaada por una aceleracin en la elongacin axial. La carga alcanza eventualmente un valor mximo, y entonces cae rpidamente, con una pequea elongacin de la probeta antes de que la fractura ocurra. La probeta romper en la zona transversal reducida. La carga mxima en libras, dividida por la seccin transversal original en pulgadas cuadradas, es el esfuerzo ltimo a la tensin. Ductilidad y elasticidad. Las dos partes de la probeta fracturadas son unidas, y la distancia medida entre los dos puntos como se indica en la figura 9.2, el incremento de la longitud de la probeta en dos pulgadas que es usualmente expresado en porcentaje. El dimetro en el punto de fractura es medido y el rea calculada. La reduccin del rea original es calculada y expresada en porcentaje. Ambos, los porcentajes de reduccin de elongacin y de rea son medida de la ductilidad. El modulo de elasticidad E, de un material simplifica la comparacin entre un material u otro. Esta propiedad es la relacin entre la deformacin y el esfuerzo dentro del rango elstico. 9.2 De doblez

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

CAP IX - 3 -

Para desarrollar estas pruebas, las muestras son dobladas a 180 formando una U, quedando la soldadura centrada con la parte requerida en la zona de tensin. Una vez removida la muestra es evaluada. La aceptabilidad de las muestras dobladas es normalmente basada en el tamao y/o nmero de defectos que aparecen en la superficie a tensin, el cdigo o especificacin gobernante dictar el criterio exacto de aceptacin y rechazo. 9.3 De dureza

La dureza es la habilidad de un material para resistir a la indentacin o penetracin, esta prueba es desarrollada usando un penetrador forzndolo contra la superficie del objeto de prueba con una carga determinada, y dependiendo del mtodo de dureza que este siendo usado, ya sea el dimetro o la profundidad de la indentacin ser la medida. Los tipos mas comunes de pruebas de dureza son: Brinell, Rockwell, y microdureza (figura 9.3). Para los tres mtodos es importante la preparacin del material para minimizar errores, esta preparacin puede requerir el uso de pulidores para eliminar xidos, pintura, corrosin, etc. DUREZA BRINELL: Este mtodo es comnmente usado para determinar la dureza en piezas grandes porque el identador cubre un rea relativamente grande. Dependiendo de los materiales a probar se pueden aplicar cargas desde 500 hasta 3000 Kg. con resultados equivalentes, cuando esta carga es removida se mide el tamao de la indentacin que qued y se determina la dureza en tablas especificadas, informacin adicional puede ser encontrada en el estndar ASTM E 10. DUREZA ROCKWELL: este mtodo utiliza diferentes indentadores a diferentes cargas de prueba. Los indentadores son ms pequeos que los utilizados en el mtodo Brinell, lo que permite pruebas localizadas en reas relativamente pequeas de metal. Las cargas aplicadas van desde los 60 hasta los 150 Kg. La escala apropiada debe ser seleccionada en base al rango aproximado de dureza esperado. Las escalas B y C son las ms usadas para el acero, la escala B se selecciona para aceros suaves y la C para aceros mas duros. Cuando se desconoce el material a ser probado se selecciona la escala A que cubre las escalas mencionadas, informacin adicional puede ser encontrada en el estndar ASTM E 18. CAP IX - 4 -

As como para el mtodo Brinell, hay equipos porttiles para determinar la dureza Rockwell de un metal. Aunque su operacin puede variar ligeramente con respecto a los modelos estacionarios, los resultados sern equivalentes. FORMA DE LA IDENTACION

PRUEBA Brinell

IDENTADOR Esfera de acero o carburo de tungsteno de 10mm Diamante piramidal

Vickers

Knoop Microdureza Rockwell A C D B F G E

Diamante piramidal

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

DUREZA VICKERS Y KNOOP: Se refiere a pruebas de microdureza porque la impresin que dejan es tan pequea que se debe observar con lentes de aumento para facilitar su medicin, su uso es muy benfico en la investigacin de microestructuras. Hay dos tipos de microdureza Vickers y Knoop ambas utilizan indentadores de diamante piramidal, pero su configuracin es ligeramente diferente. La mayora de las cargas de microdureza utilizan cargas de 100 a 500 gramos. En este mtodo es ms importante la preparacin de la CAP IX - 5 -

superficie ya que inexactitudes. 9.4 De impacto

la

ms

pequea

irregularidad

puede

causar

La resistencia al impacto es la habilidad de un metal para absorber la energa de una carga rpidamente aplicada. Un material puede tener buena resistencia a la tensin y buena ductilidad bajo carga esttica, an as se romper si es sometida a un impacto a alta velocidad.

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

CAP IX - 6 -

9.5

Macroataques

Esta prueba consiste bsicamente en remover un corte transversal de la probeta soldada y posteriormente se pule hasta obtener un acabado fino. Una vez pulida la muestra se ataca con una mezcla que puede ser una solucin de cido ntrico o persulfato de armonio al 10% y agua. Este proceso revelar los lmites de la soldadura y de la zona afectada por el calor. Por ltimo se lava con agua limpia y despus con alcohol etlico para remover totalmente la solucin de ataque. La seccin transversal de la soldadura puede ser examinada para determinar la profundidad de fusin, profundidad de penetracin, garganta efectiva, sanidad de la soldadura, presencia de discontinuidades de la soldadura, nmero de pasos, etc.

CAP IX - 7 -

CAPITULO X

Pruebas No Destructivas

Pruebas No Destructivas (P.N.D.) Es el empleo de propiedades fsicas o qumicas de materiales, para la evaluacin indirecta de materiales sin daar su utilidad futura. Se consideran sinnimos: Ensayos No Destructivos (E.N.D.), Inspecciones No Destructivas, Exmenes No Destructivos. Las Pruebas No Destructivas se clasifican en: Pruebas No Destructivas Superficiales. Pruebas No Destructivas Volumtricas. Pruebas No Destructivas de Hermeticidad.

P.N.D. Superficiales: Nos proporcionan informacin acerca de la sanidad superficial de los materiales inspeccionados. Entre estos estn los siguientes mtodos: VT - Inspeccin Visual. PT - Lquidos Penetrantes. MT - Partculas Magnticas. P.N.D. volumtricas: Nos proporcionan informacin acerca de la sanidad interna de los materiales inspeccionados. Entre estos estn los siguientes mtodos: RT - Radiografa Industrial. UT - Ultrasonido Industrial. P.N.D. de hermeticidad: nos proporcionan informacin del grado que pueden ser contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmsfera o queden fuera de control. Los mtodos de P.N.D. de hermeticidad son: VT - Inspeccin Visual. LT - Pruebas de Fuga. La mayora de los estndares solicita que el personal responsable de la inspeccin este certificado al menos como Nivel II conforme a la prctica recomendada SNT- TC-1A.

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10.1 Inspeccin visual Una inspeccin visual adecuada, antes, durante y despus de la aplicacin de soldadura, podr prevenir la mayora de las discontinuidades que seran encontradas posteriormente por otro mtodo de inspeccin. Adems de las caractersticas necesarias y las responsabilidades de un inspector establecidas en los captulos I y II, es importante agregar las siguientes condiciones de inspeccin: La superficie de materiales y soldaduras a ser inspeccionadas y por lo menos 1" (25.4 mm) a cada lado de la zona de inters, deben estar en condicin no pintada y libre de chisporroteo, xido, escamas, escoria y cualquier otro material extrao que pudiera interferir con la examinacin.. La iluminacin debe ser adecuada, en caso de que la luz natural no sea suficiente debe auxiliarse con luz artificial. El ngulo de visin nunca debe ser menor de 30. Cuando se utilice visin directa, la distancia de los ojos del inspector a la superficie bajo inspeccin no ser mayor de 24", el inspector puede auxiliarse con lentes de aumentos, boroscopios, u otras herramientas que garanticen una mejor visibilidad de la superficie bajo inspeccin.

La examinacin visual esta limitada a la deteccin de discontinuidades superficiales, y sus ventajas son el bajo costo de aplicacin, poca necesidad de equipo costoso, problemas facilmente identificados, y la rpida y econmica correccin de problemas. Instrumentos usados para la inspeccion: Entre los instrumentos mas usados durante la inspeccion visual, adems de vernieres, micrometros, escalas metalicas, flexometros, boroscopios y lupas, estan los calibradores de soldadura, a continuacin se muestran los mas comunes: Calibrador de soldadura Brigge Cam, Fig. 10.1: para medir socavados, refuerzos, tamaos de soldadura de filtete, gargantas, angulos de preparacin, desalineamiento.

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

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

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

Figura 10.4.

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

material, lo nico que se requiere es que no sea un material poroso. Antes de iniciar la prueba de penetrantes se requiere tener una superficie de inspeccin limpia y seca, de estas condiciones depende que la prueba se efectu con xito. Las temperaturas de inspeccin deben ser las recomendadas por el fabricante de los lquidos usados. Se emplea un lquido penetrante sobre una superficie a prueba para que por capilaridad entra entre las discontinuidades. Despus de transcurrido el tiempo de penetracin, se remueve el penetrante superficial, teniendo cuidado de dejar solamente el que ha entrado en los defectos. La remocin del penetrantes podr ser con solvente, emulsificador o agua dependiendo de su tipo, teniendo la precaucin de no extraer el penetrante que pueda haber entrado en las discontinuidades. Posteriormente es aplicada una capa de un polvo llamado revelador, el penetrante es absorbido por el polvo y sale de entre las discontinuidades proporcionando una indicacin, ya que el color del penetrante contrasta con el color blanco del revelador. Hay dos clasificaciones generales de lquidos penetrantes los coloreados visibles y los fluorescentes