soldadura: Pruebas no destructivas

Las fuentes de poder, son la fuente de corriente eléctrica que mantiene el arco durante la soldadura. Existen en variados tipos y tamaños. Las dos fuentes de poder básica son las fuentes de poder de amperaje constante y las fuentes de poder de voltaje constante. Hay máquinas soldadoras que son una combinación de estos dos tipos básicos, pero no son comunes.

Las fuentes de poder de amperaje constante se usan para la soldadura al arco con electrodos revestidos, arco de tungsteno, plasma, carbón (torch y soldadura), y para la soldadura de puntos. Se puede usar con procesos en los cuáles el alambre es alimentado en forma automática, tales como: Arco Sumergido o Soldadura automática protegida con gas, pero solamente si se usa un alimentador de alambre que controle el voltaje en forma automática. Las fuentes de poder de amperaje constante, producen un efecto de "Drooping" en la curva de Volt/Amper, que no es exactamente constante, pero que se mantiene indiferente bajo diferentes largos de arco. A medida que la carga aumenta, la salida disminuye hasta que el arco se estabiliza.

Si el terminal de trabajo y el de electrodo se juntan, en tal caso el amperaje es máximo y el voltaje cae a 0. El soldador puede controlar el voltaje al variar el largo del arco. Si aumenta el largo del arco aumentará el voltaje y disminuirá ligeramente el amperaje, lo mismo sucederá cuando se disminuya el voltaje, que aumentará el amperaje, este fenómeno permite al soldador controlar la cantidad de calor con que está soldando.

Las fuentes de poder de voltaje constante o de potencial constante, mantienen casi un voltaje constante, cualquiera que sea el amperaje. Este sistema se usa en soldaduras automáticas o semi-automáticas con un alimentador continuo de alambre, y son solo de corriente continua. Las fuentes de poder de voltaje constante tienen una curva volt/amper plana. La velocidad con que se derrite el alambre es directamente proporcional con la cantidad de amperes que la máquina producirá. Un alimentador de alambres controla la velocidad del alambre y un control del voltaje selecciona el voltaje que el soldador estime adecuado.

jueves, 3 de junio de 2010

Pruebas no destructivas

Como su nombre lo indica, las PND son pruebas o ensayos de carácter NO destructivo, que se realizan a los materiales, ya sean éstos metales, plásticos (polímeros), cerámicos o compuestos. Este tipo de pruebas, generalmente se emplea para determinar cierta característica física o química del material en cuestión.

Las principales aplicaciones de las PND las encontramos en:

Detección de discontinuidades (internas y superficiales).

Determinación de composición química.

Detección de fugas.

Medición de espesores y monitoreo de corrosión.

Adherencia entre materiales.

Inspección de uniones soldadas.

Las PND son sumamente importantes en él continúo desarrollo industrial. Gracias a ellas es posible, por ejemplo, determinar la presencia defectos en los materiales o en las soldaduras de equipos tales como recipientes a presión, en los cuales una falla catastrófica puede representar grandes perdidas en dinero, vida humana y daño al medio ambiente.

Las principales PND se muestran en la siguiente Tabla, en la cual, se han agregado las abreviaciones en Inglés, ya que estás en México son comúnmente utilizadas.

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SOLDADURA DE LOS ACEROS INOXIDABLES
INTRODUCCION
Los aceros inoxidables que contienen níquel son
indispensables en la construcción de equipos para la
industria de procesos. Estos aceros se usan en lugar de los
aceros convencionales por sus excelentes propiedades
tales como: resistencia a la corrosión, dureza a baja
temperatura y buenas propiedades a alta temperatura.
Los aceros inoxidables son una excelente elección
para la construcción de equipos para la industria química,
láctea, alimenticia, biotecnológica y para usos
arquitectónicos y relacionados.
Tabla I
Influencia de las propiedades físicas en la soldadura de aceros inoxidables austeníticos, comparados con el acero
al carbono
Aceros
inoxidables
austeníticos
Aceros al carbono Observaciones
Punto de fusión
(Tipo 304) 1400 - 1450 ºC 1540 ºC
El Tipo 304 requiere menos calor para producir la fusión, lo
cual significa una soldadura más rápida para el mismo
calor, o menos calor para la misma velocidad
Respuesta
magnética
No magnético a
todas las
temperaturas (1)
Magnético hasta
más de 705 ºC
Los aceros inoxidables al níquel no están sujetos a la
sopladura de arco
Velocidad de
conductividad
térmica
A 100 ºC
A 650 ºC
28%
66%
100 %
100%
El Tipo 304 conduce el calor mucho más lentamente que
los aceros al carbono, lo cual produce gradientes de
temperatura más pronunciados. Esto acelera la
deformación.
Una difusión más lenta del calor a través del metal de base
significa que la zona soldada permanece caliente por más
tiempo, resultado de lo cual puede ser una mayor
precipitación de carburos, a menos que se usen medios
artificiales para extraer el calor, tales como barras
enfriadoras, etc
Resistencia
Eléctrica (aleado)
(microhm.cm,
aprox.)
a 20 ºC
a 885 ºC
72.0
126.0
12.5
125
Esto es importante en los métodos de fusión eléctrica. La
resistencia eléctrica más grande del tipo 304 resulta en la
generación de más calor para la misma corriente, o la
misma cantidad de calor con menos corriente, comparado
con los aceros al carbono. Esta propiedad, junto con una
menor velocidad de conductividad térmica, resulta en la
efectividad de los métodos para soldadura por resistencia
del Tipo 304
Expansión
térmica en el
rango indicado
pulg./pulg./ºC x
10-6
17.6
(20 - 500 ºC)
11.7
(20 - 628 ºC)
El tipo 304 se expande y contrae a una velocidad más alta
que el acero al carbono, lo cual significa que se debe
permitir expansión y contracción a fin de controlar la
deformación y el desarrollo de tensiones térmicas después
del enfriamiento. Por ejemplo, para el acero inoxidable
deben usarse más puntos de soldadura que para el acero al
carbono
(1) Los aceros inoxidables dúplex son magnéticos.
Propiedades físicas de los aceros inoxidables
austeníticos
Las propiedades físicas de los aceros al carbono y los
inoxidables austeníticos son bastante diferentes, y esto
requiere una revisión de los procesos de soldadura. En la
Tabla I de Propiedades Físicas, se incluyen algunos ítems
como el punto de fusión, expansión térmica,
conductividad térmica, y otros que no cambian
significativamente con el tratamiento térmico o mecánico.
Como se ilustra en esta Tabla, el punto de fusión de los
grados austeníticos es menor, así que se requiere menos
calor para lograr la fusión. Su resistencia eléctrica es
mayor que la de los aceros comunes, así que se requiere
menos corriente eléctrica para la soldadura. Estos aceros
inoxidables tienen un coeficiente de conductividad
térmica menor, lo cual causa que el calor se concentre en
una zona pequeña adyacente a la soldadura. Los aceros
inoxidables austeníticos también tienen coeficientes de
expansión térmica aproximadamente 50% más grandes
que los aceros al carbono, lo cual requiere más atención
en el control de la distorsión y deformación.
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
2
Factores que afectan la resistencia a la corrosión de las
soldaduras en acero inoxidable
Antes de discutir las pautas para la soldadura, es útil
describir los tipos de soldaduras y las superficies de acero
inoxidable que darán el mejor resultado en ambientes
corrosivos. Estos son factores que pueden controlar los
soldadores, y no la elección del material, la cual se hace
generalmente por el usuario final o por el Ingeniero en
Materiales. La fabricación de equipos resistentes a la
corrosión debiera ser un esfuerzo conjunto de la selección
de la aleación correcta y entonces emplear las prácticas
correctas de fabricación y soldadura. Ambos elementos
son esenciales.
Penetración completa de las soldaduras
Es bien sabido que para lograr una óptima resistencia,
las soldaduras a tope deben penetrar completamente. En
servicio corrosivo, cualquier rendija resultante de la falta
de penetración es un sitio potencial para el desarrollo de
la corrosión por rendijas. Un ejemplo típico de una rendija
indeseable es una fusión incompleta en la pasada de raíz
en la soldadura en un caño, tal como se muestra en la
figura 14-31
En algunos ambientes, la corrosión tiene lugar en la
rendija, la cual, a su vez, puede dar lugar a una falla en la
junta soldada.
Sellar las rendijas en las soldaduras
Las rendijas entre dos superficies de acero inoxidable
tales como en los soportes para bandejas en un tanque, tal
como se muestra en la figura 14-16, también favorece la
corrosión por rendijas. Evitar tales rendijas es una
responsabilidad del Ingeniero de Diseño. Sin embargo, es
útil que aquellos que están haciendo el equipo lo ayuden a
eliminar las rendijas siempre que sea posible.
Contaminación por hierro
Cuando un equipo nuevo de acero inoxidable
desarrolla puntos de herrumbre, casi siempre es el
resultado de la contaminación por partículas de hierro. En
algunos ambientes, si el hierro no se elimina, puede tener
lugar un severo ataque en forma de corrosión por picado.
En atmósferas no tan exigentes, las partículas de hierro
pueden actuar como un contaminante, afectando la pureza
del producto, o presentar una apariencia superficial
desagradable a la vista.
El hierro libre resulta a menudo incluido en la
superficie del acero inoxidable durante las operaciones de
formado o soldado. Algunas reglas a seguir para evitar la
inclusión de partículas de hierro son:
No permitir el contacto de las superficies de acero
inoxidable con elementos de hierro o acero. El contacto
podría provenir de herramientas de izado, mesas de acero
o rack de almacenamiento, por citar algunas.
No usar herramientas, tales como discos abrasivos que
hayan sido previamente usados con hierro o acero
ordinarios, ya que podrían tener hierro incrustado.
Usar sólo cepillos de acero inoxidable que nunca
hayan sido usado con hierro o acero al carbono. Nunca
usar cepillos de alambre de acero al carbono.
No dejar las planchas u hojas de acero inoxidable en el
piso, expuestas al tráfico. Se deben guardar en posición
vertical.
Si es posible, realizar las operaciones de fabricación
de los equipos de acero inoxidable en un lugar alejado de
donde se realicen operaciones con hierro o acero al
carbono, para evitar contaminaciones con partículas de
hierro provenientes de amoladoras, herramientas de corte
o arenadoras.
La detección del hierro libre se discute más adelante.
Evitar óxidos superficiales de la soldadura
Para una mejor resistencia a la corrosión, las
superficies de acero inoxidable deben estar libres de
óxidos superficiales. Los óxidos pueden estar en la forma
de tinte de calor, en el otro lado de la chapa, como
resultante de la soldadura, o tinte de calor en la soldadura,
o en la zona afectada por el calor (ZAC). Los óxidos
también se pueden desarrollar en el lado interno de las
cañerías soldadas con una purga inadecuada del gas
inerte.
Los óxidos pueden variar desde un color pajizo,
pasando por el púrpura, hasta negro. Cuanto más
coloreado es el óxido, más grueso es, y más fácilmente
desarrollará la corrosión por picado, causando un serio
ataque al metal subyacente. Se debe entender que los
óxidos son peligrosos en ambientes corrosivos.
Normalmente, los óxidos no necesitan ser eliminados
cuando el acero inoxidable operará a alta temperatura,
donde los óxidos se formarían nuevamente. El tinte de
calor a menudo conduce a la corrosión, una vez expuesto
el acero inoxidable a la atmósfera u otro ambiente
levemente corrosivo.
Cuando después de haber tomado todas las
precauciones normales, todavía hay óxidos superficiales,
deben ser eliminados mediante decapado ácido,
blastinado o algunos de los otros métodos que se discuten
en la Limpieza de Posfabricación.
Otros defectos relacionados con la soldadura
Se listan tres defectos relacionados con la soldadura, y
el procedimiento para su eliminación:
Las marcas de encendido del arco dañan la capa
protectora del acero inoxidable y crean imperfecciones
similares a rendijas. Los puntos de parada de la soldadura
pueden crear defectos similares a pinchazos de alfiler en
el metal soldado. Ambas imperfecciones se deben
eliminar mediante un ligero pulido con abrasivos de grano
fino.
Las salpicaduras de soldadura crean pequeñas marcas
donde el metal fundido toca la superficie y se adhiere. La
capa protectora de óxido del acero inoxidable es
penetrada y se crean pequeñas rendijas donde esta capa es
más débil. Las salpicaduras de soldadura se pueden
eliminar fácilmente aplicando una pasta a ambos lados de
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
3
la soldadura, que previene la salpicadura. Esta pasta, junto
con las salpicaduras, se lavan en el proceso posterior de
limpieza.
La escoria de algunas soldaduras practicadas con
electrodos revestidos es difícil de eliminar
completamente. Pequeñas partículas de escoria resisten la
limpieza y permanecen particularmente donde hay
pequeñas hendiduras u otras irregularidades.
Estas partículas crean rendijas, y deben ser eliminadas
mediante cepillado, un ligero pulido o blastinado con
materiales libres de hierro.
Calificación para soldadura
Es una práctica normal para los fabricantes de equipos
de proceso desarrollar o mantener especificaciones para
procedimientos de soldadura, para los distintos tipos. Los
operarios soldadores se prueban y certifican mediante la
realización de soldaduras de calidad aceptable. Hay un
número de códigos de Sociedades Industriales que
gobiernan las calificaciones para la soldadura. Los dos
más usados en Estados Unidos para equipos resistentes a
la corrosión son:
- American Society of Mechanical Engineers,
ASME, Boiler and Pressure Vessel Code -
Sección IX, Welding and Brazing Qualifications;
- American Welding Society, AWS, Standard for
Welding Procedure and Performance
Qualification - AWS B2.1
Internacionalmente, cada país tiene sus propias
normas o códigos individuales. Afortunadamente, hay una
tendencia hacia la aceptación o intercambio de
especificaciones, en el interés de eliminar recalificaciones
no deseadas.
Común a estos códigos es la identificación de
variables esenciales que establecen cuándo se requiere un
nuevo proceso de calificación. Las variables esenciales
difieren para cada procedimiento de soldadura, pero
algunos ejemplos comunes pueden ser:
- cambio en el metal de base a ser soldado (número
P)
- cambio en el metal de relleno (número F)
- cambio significativo en el espesor a ser soldado
- cambio en el gas inerte utilizado
- cambio en el proceso de soldadura utilizado
La Sección IX de la Norma ASME de clasificación de
números P, a menudo determina si se necesita una nueva
Especificación de Proceso de Soldadura. Un cambio de
número P a otro en el mismo metal de base requiere una
recalificación. También las juntas entre dos metales
distintos de diferentes números P requieren una
Especificación de Proceso de Soldadura separada, aún
cuando las pruebas de calificación hayan sido hechas para
cada uno de los metales base soldados entre sí. Los
números P son:
Número P Metal de Base
8 Aceros inoxidables austeníticos en la
Tabla VI, desde el tipo 304 hasta el 347
y la aleación 254 SMO, más las
fundiciones similares a la CF de la
Tabla VII
10H Aceros inoxidables dúplex, incluídas las
aleaciones 255 y 2205, y las fundiciones
CD 4Mcu
45 Aleaciones 904L y 20Cb-3 y aleaciones
de molibdeno al 6% de la Tabla VI,
excepto la aleación 254 SMO
No se ha asignado a todas las aleaciones un número P.
Las aleaciones que no tengan un número requieren una
calificación individual, aún cuando se haya calificado
para aleaciones similares en composición. Si una aleación
no está listada en la Tabla de Números P, se deberá
contactar al fabricante para determinar si a esa aleación se
le ha asignado recientemente un número P.
Entrenamiento del Soldador
Para cumplir con las especificaciones para calificación
en soldadura, tales como la ASME y ASTM, los
soldadores deben pasar por una prueba de calificación. Un
programa de entrenamiento previo no sólo es esencial
antes de tomar las pruebas de calificación, sino que
también aseguran la calidad en la ejecución de la
soldadura. Los aceros inoxidables son tan diferentes de
los aceros ordinarios en sus características, que se debe
dar tiempo a los operarios para entrenamiento y práctica.
Una vez que están familiarizados con los aceros
inoxidables, muchos de ellos los prefieren. Los
entrenamientos deben cubrir no sólo los diferentes
metales de base y procesos de soldadura, sino también las
formas a ser soldadas, tales como tubos o chapas finas, o
soldaduras en posiciones poco usuales.
Preparación para la soldadura
Los aceros inoxidables deben ser manejados con un
poco más de cuidado que los aceros ordinarios, en el corte
y montaje. El cuidado que se tome en la preparación para
la soldadura será tiempo bien usado, lo que incrementará
la calidad de la soldadura y la terminación del producto,
lo cual dará un óptimo rendimiento en servicio.
Corte y preparación de las juntas
Con excepción del corte oxiacetilénico, el acero
inoxidable puede ser cortado con los mismos métodos
utilizados para el acero al carbono. El corte oxiacetilénico
resulta en la formación de óxidos de cromo refractarios,
que impiden un corte preciso y parejo. El espesor y la
forma de las partes a ser cortadas o preparadas para la
soldadura, son los que dictan cuáles de los métodos que se
muestran en la Tabla II serán los más apropiados.
Diseño de las juntas
El diseño de juntas utilizadas para acero inoxidable, es
similar a las de los aceros ordinarios. El diseño de junta
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
4
seleccionada debe producir una soldadura de resistencia
apropiada y desempeño en servicio, manteniendo bajos
los costos. Las soldaduras a tope deberán ser con
penetración completa, para servicio en atmósferas
corrosivas. Los filetes de soldadura no necesitan tener
penetración completa, siempre que se suelden ambos
lados y las puntas para evitar espacios vacíos que puedan
juntar líquido y permitir la corrosión por rendijas.
La conexión de secciones de tubería mediante filetes
de soldadura deja una rendija grande en el interior del
diámetro, lo cual favorece una corrosión por rendijas y
microbiológica, y debe ser prohibida en toda construcción
de cañerías de acero inoxidable, para todo servicio.
El acero inoxidable fundido de la soldadura es
bastante menos fluido que el acero al carbono, y la
profundidad de la penetración de la soldadura no es tan
grande. Para compensar, las juntas de soldadura en acero
inoxidable deberán tener un chaflán y un espacio para la
pasada de raíz más anchos. El proceso de soldadura
también influencia el diseño de junta óptimo. Por
ejemplo, la soldadura MAG por spray de arco, da una
penetración mucho más profunda que la MAG por
cortocircuito.
Tabla II
Métodos de corte de Acero Inoxidable
Método Espesor Comentario
Guillotina Láminas, cintas, placas finas Preparar el borde expuesto al ambiente para
eliminar rendijas
Corte por sierra y abrasivo Amplio rango de espesores Eliminar lubricantes o líquidos de corte antes
la soldadura o tratamiento térmico
Maquinado Amplio rango de formas Eliminar lubricantes o líquidos de corte antes
de la soldadura o tratamiento térmico
Corte con arco de plasma Amplio rango de espesores Amolar las superficies cortadas para limpiar el
metal
Corte con polvo metálico Amplio rango de espesores Corte menos preciso que con plasma, se deben
eliminar todas las escorias
Corte por arco de grafito Usado para acanalar la parte de
atrás de soldaduras y cortar
formas irregulares
Amolar las superficies cortadas para limpiar el
metal
El diseño de juntas típico para la soldadura de chapas
y planchas se muestra en la Figura 1-1 a 1-5. El diseño
típico para juntas de tubos con soldadura MIG, ya sea con
o sin insertos consumibles, se muestran en las figuras 1-6
y 1-7. Los insertos de anillos consumibles se usan
ampliamente, y se recomiendan para una penetración
adecuada.
Figura 1-1: Junta para soldadura a tope de chapas
t máximo = 3.2 mm A = 0.8 - 2.3 mm
Figura 1-2: Junta en "V" para chapas y placas
t máximo = 12.7 mm A = 0.8 - 2.4 mm
B = 1.6 - 2.4 mm C = 60 a 80º
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
5
Figura 1-3: Junta doble "V" para placas
t = 12.7 mm o mayor A = 0.8 - 2.4 mm
B = 1.6 - 2.4 mm C = 60 a 80º
Figura 1-4: Junta "U" para placas
t = 19 mm y más A = 1.6 mín. - 3.2 máx. (mm)
B = 1.6 - 2.4 mm R = 6.4 mm mín.
Figura 1-5: Junta doble "U" para placas
t = 19 mm y más A = 1.6 mm mín. - 3.2 mm
B = 1.6 a 2.4 mm R = 6.4 mm mín.
Figura 1-6: Junta para caños con inserto consumible
A = 37.5 ± 2.5º C = 1.8 ± 0.9 mm
Figura 1-7: Junta para caño sin inserto consumible
D< diámetro del metal de aporte
D> diámetro del metal de aporte para el método de
alimentación continua
Limpieza en la preparación de la soldadura
El área a soldar que debe ser limpiada incluye los
bordes de la junta y 50 a 75 mm de la superficie
adyacente. Una limpieza inapropiada puede causar
defectos en la soldadura tales como fisuras, porosidad o
falta de fusión. La resistencia a la corrosión de la
soldadura y de la zona afectada por el calentamiento se
puede reducir sustancialmente si se deja material extraño
en la superficie antes de la soldadura o una operación de
calentamiento. Después de limpiadas, las juntas deben ser
cubiertas, a menos que se realice inmediatamente la
soldadura.
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
6
Oxido y otras capas superficiales
Las juntas a ser soldadas deberán estar libres de los
óxidos superficiales que quedan frecuentemente después
del corte por métodos térmicos. Estos óxidos están
compuestos preferentemente por compuestos de cromo y
níquel, los cuales se funden a una temperatura mucho
mayor que el metal de base, y por lo tanto no se funden
durante la soldadura. A menudo una capa de óxido queda
atrapada en la soldadura, resultando en un defecto que es
dificultoso detectar por radiografía. Esto es una diferencia
básica con la soldadura del acero ordinario. Con el acero,
los óxidos de hierro funden a casi la misma temperatura
que el metal de base. Si bien se considera mala práctica
soldar sobre una capa de óxido en acero, esto no presenta
el problema causado por los óxidos en el acero
inoxidable. Las diferencias entre las temperaturas de
fusión del metal y sus óxidos se presentan en la Tabla III
Tabla III
Temperatura de fusión de metales y óxidos metálicos
Metal Temperatura
de fusión (ºC)
Oxido
metálico
Temperatura
de fusión (ºC)
hierro 1537 Fe2O3 1565
Níquel 1454 NiO 1982
AISI 304 1400 - 1454 Cr2O3 2266
Los productos de acero inoxidable forjados
despachados por las usinas, normalmente están libres de
óxidos y no necesitan tratamiento especial antes de ser
soldados. Cualquier capa de óxido será fina y no causará
inconvenientes en la soldadura. Con metales muy finos,
tales como cinta por debajo de 0.25 mm, puede ser
necesaria una limpieza especial con vapor, dado que
capas finas de óxido superficial pueden quedar atrapadas
en la soldadura que se solidifica muy rápido.
Los aceros inoxidables que han estado en servicio, a
menudo requieren una limpieza especial. Si la aleación ha
estado expuesta a altas temperaturas, la superficie estará
fuertemente oxidada, carburizada o sulfurizada. Estas
capas deben ser eliminadas mediante esmerilado o
maquinado. La limpieza con cepillos de alambre pule y no
remueve los óxidos firmemente adheridos. El
equipamiento de acero inoxidable que ha estado en
servicio químico, puede estar contaminado por el
producto. Un buen ejemplo es un medio cáustico, que si
se deja en la superficie durante la soldadura, la misma y la
zona calentada desarrollarán fisuras. Es una práctica
recomendable neutralizar los residuos alcalinos con una
solución medianamente ácida y los ácidos con una
solución medianamente alcalina, antes de proceder a la
reparación de equipos que hayan estado en contacto con
elementos químicos. Al tratamiento neutralizador debe
seguir siempre un lavado con agua caliente para eliminar
los residuos.
Elementos contaminantes
Hay un número de elementos y compuestos que deben
ser eliminados de la superficie antes de la soldadura. Si no
se sacan, el calor de la soldadura puede causar fisuras,
defectos de soldadura o disminución en la resistencia a la
corrosión en la soldadura y en la zona afectada por el
calor. Los elementos a ser evitados y su fuente común
son:
Azufre, carbono Hidrocarburos tales como
fluídos de corte, grasa,
aceite, ceras e imprimantes
Azufre, fósforo, carbono Crayones para marcar y
pinturas
Plomo, zinc, cobre Herramientas tales como
martillos, barras de respaldo
de cobre, pinturas ricas en
zinc.
Suciedad del taller Cualquiera o todos de los ya
citados
La presencia de azufre, fósforo y metales de bajo
punto de fusión pueden causar fisuras en la soldadura o en
la zona afectada por el calor. El carbono o materiales
carbonosos dejados en la superficie antes de la soldadura,
pueden ser incluidos en la misma, resultando en una capa
superficial con alto carbono, que puede reducir la
resistencia a la corrosión en determinados ambientes.
La limpieza para eliminar estos contaminantes se
puede realizar siguiendo unas pocas recomendaciones,
junto con el sentido común. Los contaminantes metálicos
y materiales que no tengan una capa de grasa, se pueden
eliminar mediante un pulido o blastinado. Es esencial que
los elementos que se usen para este tratamiento no estén
contaminados con hierro de operaciones anteriores. Un
tratamiento con ácido nítrico, seguido de una
neutralización, puede también eliminar metales de bajo
punto de fusión, sin afectar al acero inoxidable.
Los contaminantes a base de aceite o grasa
(hidrocarburos) deben ser eliminados mediante limpieza
con solventes, debido a que no son eliminados mediante
tratamiento ácido o con agua. Los trabajos grandes se
limpian normalmente mediante paños saturados con
solvente. Otros métodos aceptables incluyen inmersión,
trapeado o pulverizado con soluciones alcalinas,
emulsiones, solventes, detergentes o una combinación de
éstos; por limpieza con vapor, con o sin un limpiador, o
por agua a alta presión. La norma ASTM A380, que
refiere a los procedimientos para limpieza y decapado de
equipos de acero inoxidable, es una guía excelente para
fabricantes y usuarios.
Un procedimiento típico para eliminar aceites o grasas
incluye:
- Eliminar el exceso de contaminante por limpieza
con un trapo limpio
- Limpiar el área a soldar (por lo menos 50 mm a
cada lado de la soldadura) con un solvente orgánico,
tales como solventes alifáticos, clorados (ver
precauciones más abajo) o mezclas de los dos. Usar
únicamente solvente limpio y trapos sin uso previo.
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
7
- Eliminar los solventes secándolos con trapo
limpio
- Asegúrese de la completa limpieza. Un residuo en
el trapo de secado puede indicar limpieza incompleta.
Donde el tamaño lo permita, utilizar el test del
rompimiento de la película de agua.
La selección de los solventes para limpieza involucra
algunas consideraciones, aparte de su habilidad para
eliminar grasas o aceites. Dos precauciones son las que
siguen:
- Solventes clorados: Muchos solventes
comerciales contienen clorados y son efectivos en la
limpieza de partes maquinadas y componentes libres
de fisuras. El problema potencial con solventes
clorados es que pueden permanecer y concentrarse en
fisuras, y más tarde iniciar procesos de corrosión por
rendijas o por stress. Ha habido innecesarias y
costosas fallas en el acero inoxidable de
intercambiadores de calor después de limpiarlos con
solventes clorados. La limpieza de áreas abiertas con
solventes clorados no presenta problema, pero antes
de arriesgar una mala aplicación, algunas
organizaciones prohíben el uso de cualquier solvente
clorado para cualquier tarea. Los solventes no
clorados se prefieren para la limpieza del acero
inoxidable, y se debe usar siempre en la limpieza de
equipos y piezas con ranuras.
- Riesgos para la salud: Están incluidos
carcinógenos, agentes tóxicos, irritantes, corrosivos,
sensibilizantes y cualquier agente que dañe los
pulmones, piel, ojos o la mucosa de las membranas.
Cada Organización debe asegurar que los solventes
que utiliza no son peligrosos para el personal o
equipo. Además del efecto tóxico, se debe prever el
venteo de vapores explosivos, y la evacuación segura
de las soluciones usadas. Obviamente estos
procedimientos deberán estar de acuerdo con las
disposiciones de los Organismos Estatales. Los
solventes utilizados en la limpieza previa de las
soldaduras incluyen, pero no están limitados a:
- no clorados: tolueno, metil etil cetona, y acetona
- solventes clorados: 1.1.1 tricloroetano
Todos deben ser utilizados de acuerdo con los
requisitos de las normas regulatorias y las instrucciones
del fabricante.
Instalación y Montaje
Una buena alineación de las juntas puede reducir el
tiempo de la soldadura. Es esencial que las piezas a ser
soldadas estén cuidadosamente alineadas para lograr un
buen resultado. Cuando una de ellas es considerablemente
más gruesa que la otra, p. Ej. la cubierta de un tanque más
gruesa que la pared, el lado de la cubierta debe ser
maquinado para rebajarlo, para reducir la concentración
de tensiones. Las juntas con distancias variables requieren
ajustes especiales por parte del soldador, y pueden dar
lugar a quemaduras o falta de penetración. Cuando el
volumen de las partes iguales es grande, el uso de
sostenes a menudo se justifica económicamente.
Sostenes y posicionadores
Los sostenes se diseñan habitualmente para cada
montaje particular, y mantienen a las partes juntas durante
la operación de soldadura. Cuando los sostenes están
ligados a posicionadores, existe la ventaja adicional de
que la soldadura se puede realizar en la posición más
conveniente. Algunas ventajas de usar sostenes son:
- mejor ajuste de las juntas
- menos tiempo de punteado y soldadura
- se minimiza la distorsión
- la terminación del montaje se hace con tolerancias
menores
Es importante que la superficie de los sostenes que
sostienen las partes de acero inoxidable no introduzcan
contaminación por hierro. Esto se puede evitar haciendo
que las superficies en contacto con las piezas de acero
inoxidable, también sean del mismo material. Estos
sostenes deberán usarse sólo para montaje de piezas de
acero inoxidable.
Materiales de respaldo
Se pueden utilizar materiales de respaldo en la
soldadura de chapas o planchas, a menos que se puedan
soldar ambos lados. Sin un respaldo, la parte de abajo
puede tener una penetración errática, con fisuras, huecos y
oxidación excesiva. Tales defectos reducen la resistencia
de la soldadura y pueden iniciar una corrosión acelerada.
El cobre, con su alta conductividad térmica, es el material
más usado para barras de respaldo.
Los diseños típicos de barras de respaldo para usar
con o sin gas de respaldo, se muestran en la Figura 2.
Figura 2
Diseño de ranuras en barras de respaldo
(A) ranura estándar para uso sin gas de respaldo
(B) ranura cuadrada empleada con gas de respaldo
En una operación normal de soldadura, la barra de
cobre enfría el metal que se suelda. El arco no debe ser
ACERIND S.C. Soldadura de los aceros inoxidables Sección I: Para el soldador
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mal direccionado al punto tal que el cobre se funda y se
incorpore dentro de la soldadura de acero inoxidable, o
resultará una rajadura en la soldadura. Es una buena
práctica decapar después de soldar para eliminar trazas de
cobre de la superficie e imprescindible si a la soldadura
sigue un tratamiento de temple.
El respaldo con argón provee una excelente protección
al lado interno de la soldaduras con TIG. Ayuda a
controlar la penetración y mantiene una superficie brillosa
y limpia. El nitrógeno también se usa como gas de
respaldo, y tiene un precio ventajoso comparado con el
argón. Sin embargo, el nitrógeno no debiera introducirse
dentro de la atmósfera del arco, porque podría alterar la
composición de la soldadura.
Cuando una barra de cobre de respaldo o una purga
con gas inerte no sea práctico, hay productos cerámicos,
cintas y pastas disponibles comercialmente. Estos ofrecen
alguna protección contra el quemado, pero dan poca
protección contra la oxidación, así que será necesaria una
limpieza final por medios abrasivos o decapado con
ácidos.
Punteado de la soldadura
Las juntas no soportadas con sostenes, se deberán
puntear para mantener una alineación y espaciado
uniforme. Las puntadas se deberán hacer en secuencia
para minimizar el efecto de contracción. Para realizar el
montaje de dos chapas, se deberán hacer dos puntadas en
cada punta de la chapa, y luego una en el medio, tal como
se muestra en la Figura 3 (A). La Figura 3 (B) muestra
cómo se acercan las chapas cuando las puntadas se
realizan desde un extremo hacia el otro.
Figura 3
La secuencia correcta de puntadas se muestra en A
Cuando las puntadas se realizan sólo desde un lado,
los bordes se juntan, como se muestra en B
Los puntos de soldadura en el acero inoxidable
deberán estar considerablemente más juntos que lo que
sería necesario para el acero al carbono, dado que una
expansión térmica más grande del acero inoxidable causa
mayor distorsión. Una guía aproximada es usar la mitad
de la distancia que se usa en el acero al carbono, cuando
la distorsión sea un factor importante.
La longitud de las puntadas de soldadura deberán ser
tan cortas como 3 mm, o un pequeño punto de soldadura
para materiales finos, y hasta 25 mm de longitud para
placas gruesas. Lo que es más importante, es que las
puntadas no causen defectos en la soldadura final. Las
puntadas gruesas o muy altas deberán ser esmeriladas. El
tamaño de las puntadas se controla más fácil con el
proceso TIG, siendo una buena elección para realizar
puntadas de soldadura. Aquellas que se incorporen a la
soldadura final deberán ser limpiadas con cepillo o
esmeriladas. Se deberán inspeccionar para comprobar que
no tengan rajaduras, o eliminarlas por esmerilado.
Montaje de juntas de tuberías para soldadura TIG
Los puntos de soldadura son importantes porque
normalmente quedan incluidos en la soldadura final. La
purga con gas inerte antes de este proceso es necesaria
como protección contra la oxidación. En las juntas por
puntos con insertos consumibles, o soldaduras de raíz
abiertas, como se las suele llamar, hay una fuerte
tendencia de las fuerzas de deformación a cerrar la junta.
Para mantener la separación deseada, puede ser necesario
utilizar espaciadores e incrementar el tamaño y la
cantidad de puntos de soldadura. Los espaciadores
normalmente son pequeños pedazos de alambre limpio de
acero inoxidable de diámetro adecuado. Cualquier punto
de soldadura defectuoso o fisurado debe ser eliminado
mediante esmerilado. Ambos extremos de los puntos de
soldadura en raíz abierta deberán ser biselados para
ayudar a que se fundan dentro de la soldadura de raíz.

soldadura

jueves, 3 de junio de 2010

Pruebas no destructivas

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