Soldadura de tubería de acero con bajo contenido de carbono

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1 Vencimiento consulta pública: PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA NCh3245.c2010 Soldadura de tubería de acero con bajo contenido de carbono Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. Este proyecto de norma se estudió a través del Comité Técnico Procesos de soldaduras, para cubrir sistemas de tuberías, tales como de calentamiento a baja presión, aire acondicionado, refrigeración y suministro de agua, así como algunos sistemas de gas y químicos. En la elaboración de este proyecto de norma se ha tomado en consideración la versión en inglés de la norma AWS D10.12M/D10.12:2000 Guide for Welding Mild Steel Pipe, siendo no equivalente a la misma al tener desviaciones técnicas mayores y cambios de estructura. La Nota Explicativa incluida en un recuadro en cláusula 2 Referencias normativas, es un cambio editorial que se incluye con el propósito de informar la correspondencia con norma chilena de las normas citadas en este proyecto de norma. El proyecto de norma NCh3245 ha sido preparado por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización. El Anexo A no forma parte del proyecto de norma, se inserta sólo a título informativo. I

2 Contenido Página Preámbulo I 1 Alcance y campo de aplicación 1 2 Referencias normativas 1 3 Términos y definiciones 3 4 Generalidades Aceros para tuberías Limpieza Precalentamiento Preparación de la unión Alineamiento y pinchazo de soldadura Posiciones de soldadura Apariencia de la soldadura Tubería de diámetro pequeño Accesorios para soldadura 6 5 Soldadura al arco con electrodo revestido usando electrodo E6010 y trayectoria descendente Aplicación Ajuste de la corriente Pinchazo de soldadura Pase de raíz (primer pase) 8 II

3 Contenido Página 5.5 Manipulación del electrodo Limpieza entre pases Pase en caliente Pases de llenado, separador y tapa 9 6 Soldadura al arco con electrodo metálico revestido usando electrodos E6010 o E6011 y trayectoria ascendente Aplicaciones Preparación de la unión Ajuste de la corriente Pase de raíz Limpieza entre pases Pases de relleno y cubierta 10 7 Soldadura al arco con electrodo metálico revestido usando electrodos E7018 de bajo contenido de hidrógeno Aplicación Inicio del arco Técnica de soldadura Remoción de escoria 12 8 Soldadura oxigás de tubería Aplicación Prácticas de seguridad Técnicas de soldadura Apariencia de la soldadura terminada 13 III

4 Contenido Página 9 Soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno en tuberías Aplicación Purga Forma del electrodo Técnica de soldadura Preparación y alineamiento de la unión Apariencia de las soldaduras terminadas Soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico y soldadura al arco con núcleo fundente con gas de protección de tubería de acero Aplicación del proceso soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico Aplicación del proceso de soldadura al arco con núcleo fundente y gas de protección Inicio de arco Velocidad de avance Gas de protección Limpieza Soldadura al arco con núcleo fundente autoprotegido Aplicación Técnicas de pase de raíz usando electrodo E71T-13 de 1,7 mm (0,068 pulgadas) Técnicas de soldadura para balance de la soldadura 19 IV

5 Contenido 12 Ensayo de rotura de entalladura 19 Página 13 Seguridad y salud 19 Anexos Anexo A (informativo) Metal de aporte requerido para unión de tubería de acero con bajo contenido de carbono 43 Figuras Figura 1 Terminología para unión a tope 20 Figura 2 Mordazas externas de tubería 21 Figura 3 Posición de soldadura - Soldadura de tubería 22 Figura 4 Unión a enchufe 23 Figura 5 Accesorios y rebordes para soldadura típicos 24 Figura 6 Imagen de agujero grande al final del pinchazo de soldadura 25 Figura 7 Tamaño del ojo de cerradura controla la calidad de la soldadura 26 Figura 8 Secuencia típica de pases y terminología para soldadura descendente 26 Figura 9 Efecto del ángulo de trabajo del electrodo en la forma de pase 27 Figura 10 Efecto del ángulo de avance del electrodo en la penetración de la unión 27 Figura 11 Desbaste para mejorar el contorno del pase de raíz 28 Figura 12 Movimiento del electrodo para soldadura ascendente - Pase de raíz 28 Figura 13 Movimiento del electrodo para pases ascendentes de relleno 29 Figura 14 Oscilación típica lado a lado usada para el último pase ascendente (Pase de cubierta) 29 Figura 15 Soldadura oxiacetilénica con técnica de empuje de un pase 30 Figura 16 Soldadura oxiacetilénica con técnica de arrastre de un pase 31 V

6 Contenido Página Figura 17 Posición de la boquilla de gas, punta de contacto y tubería (Soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico o soldadura al arco con electrodo tubular y gas de protección) 32 Figura 18 Posición de la boquilla de la pistola, punta de contacto y pieza a soldar (Soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico o soldadura al arco con electrodo tubular autoprotegido) 33 Figura A.1 Unión típica 43 Tablas Tabla 1 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura al arco con electrodo revestido usando electrodo E6010 con presión del electrodo para pase de raíz 34 Tabla 2 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura al arco con electrodo revestido usando electrodo E Tabla 3 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura al arco con electrodo revestido usando electrodos E6010 y E Tabla 4 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura oxigás 37 Tabla 5 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno 38 Tabla 6 Procedimientos para uniones a tope circunferencia soldadas con soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico 39 Tabla 7 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico para pase de raíz y soldadura al arco con electrodo tubular con gas de protección para pases de 40 relleno y cubierta Tabla 8 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con soldadura al arco con electrodo tubular autoprotegido 41 Tabla 9 Procedimientos para uniones a tope circunferencial soldadas con proceso soldadura al arco con electrodo revestido para pase de raíz y soldadura al arco con electrodo tubular autoprotegido para pases de relleno y tapa 42 Tabla A.1 Metal de aporte requerido para unión de tubería de acero con bajo contenido de carbono 44 VI

7 Vencimiento consulta pública: PROYECTO DE NORMA EN CONSULTA PUBLICA NCh3245.c2010 Soldadura de tubería de acero con bajo contenido de carbono 1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma está destinada a cubrir sistemas de tuberías, tales como de calentamiento a baja presión, aire acondicionado, refrigeración y suministro de agua, así como algunos sistemas de gas y químicos. 1.2 Estos procedimientos incluyen técnicas detalladas del proceso de soldadura que pueden ser útiles para los soldadores y/u operadores de soldadura. Los procesos incluidos son soldadura al arco con electrodo revestido, soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico, soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno, soldadura al arco con núcleo fundente con gas de protección, soldadura al arco con núcleo fundente autoprotegido y soldadura oxigás. 1.3 La calificación de estos procedimientos con cualquier norma de soldadura es responsabilidad del usuario. 1.4 Esta norma no aborda los requisitos para los aceros de las tuberías o las condiciones de servicio que requieran tratamiento térmico postsoldadura. 2 Referencias normativas Los documentos siguientes son indispensables para la aplicación de esta norma. Para referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha se aplica la última edición del documento referenciado (incluyendo cualquier enmienda). AWS D10.11 AWS A3.0 Recommended Practices for Root Pass Welding of Pipe Without Backing. Standard Welding Terms and Definitions. 1

8 ANSI Z49.1 Safety in Welding, Cutting, and Allied Processes. AWS Safety and Health Facts Sheets. AWS A5.1 Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding. AWS A5.2 Specification for Carbon and Low-Alloy Steel Rods for Oxyfuel Gas Welding. AWS A5.12/A5.12M Specification for Tungsten and Tungsten Alloy Electrodes for Arc Welding and Cutting. AWS A5.18 Specification for Carbon Steel Electrodes and Rods for Gas Shielded Arc Welding. AWS A5.20 Specification for Carbon Steel Electrodes for Flux Cored Arc Welding. AWS A5.32/A5.32M Specification for Welding Shielding Gases. AWS B1.10 Guide for Nondestructive Examination of Welds. AWS B1.11 Guide for the Visual Inspection of Welds. AWS B2.1 Standard for Welding Procedure and Performance Qualification. AWS B4.0 Standard Methods for Mechanical Testing of Welds. AWS F4.1 Recommended Safe Practices for Preparation for Welding and Cutting of Containers and Piping. ASME IX ASME Boiler and Pressure Vessel Code; Section IX, Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators. API 1104 Standard for Welding Pipelines and Related Facilities. ASME Code for Pressure Piping, B31. NOTA EXPLICATIVA NACIONAL La equivalencia de las normas extranjeras señaladas anteriormente con norma chilena, y su grado de correspondencia es el siguiente: 2 Norma Internacional Norma nacional Grado de correspondencia AWS D10.11 No hay - AWS A3.0 En estudio NCh ANSI Z49.1 NCh La norma chilena NCh es una adopción no equivalente de la norma en inglés ANSI Z49.1:1999. AWS A5.1 NCh3195.Of2010 La norma chilena NCh3195.Of2010 es una adopción no equivalente de la norma en inglés AWS A5.1:2004. AWS A5.2 No hay - AWS A5.12/A5.12M No hay - AWS A5.18 NCh3214.Of2010 La norma chilena NCh3214.Of2010 es una adopción no equivalente de la norma en inglés AWS A5.18:2005. AWS A5.20 NCh3201.Of2010 La norma chilena NCh3201.Of2010 es una adopción no equivalente de la norma en inglés AWS A5.20:2005. AWS A5.32/A5.32M No hay - (continúa)

9 (conclusión) Norma Internacional Norma nacional Grado de correspondencia AWS B1.10 No hay - AWS B1.11 No hay - AWS B2.1 No hay - AWS B4.0 No hay - AWS F4.1 No hay - ASME IX No hay - API 1104 No hay - 3 Términos y definiciones Para los propósitos de esta norma, se aplican los términos y definiciones indicados en NCh3183 y adicionalmente los siguientes: 3.1 cordón interior: corresponde al refuerzo o acumulación requerida en el interior de la tubería, cuando sólo es soldada desde el exterior y sin un anillo de respaldo 3.2 ojo de cerradura: condición de fusión controlada que produce una configuración de ojo de cerradura durante el primer pase vertical descendente en la tubería. El arco penetra completamente a través de la pieza a soldar formando un agujero en el borde principal del metal de soldadura fundido. Según progresa la fuente de calor, el metal fundido llena por detrás el agujero para formar el cordón de soldadura. Cuando la configuración apropiada del ojo de cerradura se mantiene, el soldador puede estar seguro de que está recibiendo la penetración requerida. Este término y condición aplican sólo al primer pase y sólo en una preparación de unión que esté abierta en el lado posterior; no se debe aplicar cuando se usa un anillo de respaldo 3.3 pase de cubierta: último pase en el exterior de la tubería, éste debe ser 0,8 mm a 1,6 mm (0,03 pulgadas a 0,06 pulgadas) mayor que la superficie de la tubería, y debe traslapar la ranura aproximadamente 1,6 mm (0,06 pulgadas) en cada lado 3.4 pase en caliente: segundo pase hecho vertical descendente en la tubería. Este pase debe fundir cualquier pista paralela del pase de raíz, por lo que siempre se ejecuta con corriente bastante alta y se conoce como un pase en caliente 3.5 pistas paralelas: socavado externo a la pared lateral del pase recto. Este término se usa para describir el socavado que ocurre sobre las paredes laterales biseladas de la tubería y es el resultado de la penetración requerida para un buen pase recto. Esta condición es corregida y eliminada por la aplicación del pase en caliente. Este término y condición están generalmente restringidos a soldaduras hechas con electrodos celulósicos (EXX10 y EXX11, AWS A5.1) 3

10 3.6 técnica de escalonamiento: técnica para controlar más efectivamente la penetración, forma del cordón y control de la escoria. Se usa más frecuentemente en el pase en caliente para fundir pistas paralelas. Su uso está restringido a la aplicación de electrodos celulósicos (EXX11, AWS A5.1) 3.7 ventana: condición de exceso de penetración en el primer pase. Con técnicas adecuadas de soldadura, estas ventanas no ocurrirán o serán pocas en cantidad y cortas en longitud, y pueden o no ser corregidas por el pase en caliente 4 Generalidades Con diferentes procesos de soldadura, se aplica cierta terminología, normas, preparaciones y prácticas. Esto incluye los tipos de acero, preparación de la unión, alineamiento de la unión, pinchazo de soldadura y posiciones de soldadura usados. 4.1 Aceros para tuberías Estos procedimientos están destinados para ser utilizados en soldadura de sistemas de tubería compuestos de acero al carbono, tales como ASTM A 53, A 106, A 135, A 179, A 524, A 587 y API-5L, Grados A25, A y B, y X42. Los tamaños de tubería a soldar con estos procedimientos no son mayores que DN 200 (NPS 8) máximo, con espesores de pared hasta 13 mm (0,5 pulgadas) máximo. Si esta información se aplica a diámetros o espesores de pared mayores, se deben entregar consideraciones para condiciones de servicio que puedan estar más allá del alcance de esta norma. 4.2 Limpieza La limpieza es importante en toda soldadura por lo que se debe asegurar que ambos componentes de la unión estén apropiadamente limpios. Limpiar mecánicamente cada lado de una unión de soldadura de toda pintura, escama, moho u otros materiales que contengan hidrocarburos (es decir, aceites) en una distancia de aproximadamente 25 mm (1 pulgada) desde el extremo del pie de soldadura esperado. Limpiar las uniones de tubería tanto en la superficie interior como exterior. Hacer el desbaste y la limpieza justo antes del alineamiento de la unión. La limpieza inapropiada o insuficiente puede resultar en discontinuidades tales como porosidad, socavado, fusión incompleta y grietas. 4.3 Precalentamiento Normalmente no se requiere precalentamiento en la soldadura de tubería, accesorios y otros componentes de composición nominal similar a aquellos indicados en 4.1, excepto cuando la temperatura ambiente está por debajo de 0 C (32 F) o existe humedad visible en la tubería. En estos casos, calentar la tubería usando un soplete de gas combustible o mediante otros métodos apropiados a 38 C (100 F) mínimo. Cuando las partes soldadas son: a) mayores que 13 mm (0,5 pulgadas) en espesor; y 4

11 b) el contenido de carbono del acero es mayor que 0,30% o el equivalente en carbono (CE) es mayor que 0,45%, en que: CE =%C + %Mn + %Si %Cr + %Mo + %V %Ni + %Cu Se recomienda precalentamiento a 107 C (225 F). Además, para los metales que cumplen las condiciones anteriores se recomienda el uso de un proceso de soldadura de bajo contenido de hidrógeno o cuando se usa E6010 o E6011 para soldadura de pase raíz el uso de un proceso de bajo contenido de hidrógeno o electrodos para pases de relleno. 4.4 Preparación de la unión Los detalles de preparación de la unión y las dimensiones que se entregan en los procedimientos siguientes, son necesarios para alcanzar la calidad requerida. Ver Figura Alineamiento y pinchazo de soldadura Es recomendable el uso de mordazas para asegurar alineamiento apropiado. Para diámetros de tubería cubiertos por esta norma, se emplean normalmente mordazas externas de alineación. En Figura 2 se ilustran algunos diseños representativos. Las mordazas externas con las típicas barras transversales, no permiten el acceso para soldar alrededor de la circunferencia completa de la tubería. Por esta razón, se deben hacer pinchazos de soldadura en tres o cuatro localizaciones entre las barras transversales. Los pinchazos de soldadura deben ser de tamaño suficiente para mantener la tubería unida después de liberar la mordaza y antes de completar el pase de raíz. Si la forma y tamaño de los pinchazos de soldadura no son conducentes para su inclusión posterior en el pase de raíz, sin arriesgar áreas de fusión incompleta o penetración incompleta de la unión, se deben desbastar a un contorno que permita la fusión y penetración completa. 4.6 Posiciones de soldadura La tubería se puede soldar en todas las posiciones. Cada posición se identifica mediante una letra G, donde G significa de ranura. Ver Figura Apariencia de la soldadura La soldadura terminada debe ser razonablemente lisa y uniforme, con un socavado externo mínimo. Se puede usar desbaste, limado o cepillado para remover residuos, escoria y salpicaduras. La soldadura necesita estar al menos a nivel con la superficie exterior de la tubería. Cualquier refuerzo no debe exceder lo permitido en la norma aplicable. 5

12 4.8 Tubería de diámetro pequeño Las uniones a tope y deslizantes se usan regularmente en sistemas de tubería de diámetro grande, pero las uniones de enchufe, como se ilustra en Figura 4, frecuentemente se usan para unir tubería DN 60 (NPS 2) y de tamaño menor. La mayoría de las especificaciones para alineamiento de las uniones de enchufe, requieren un espacio de alrededor de 1,6 mm (0,06 pulgadas) entre el extremo de la tubería y el asiento del acoplamiento, accesorio o válvula; considerar que la contracción durante la soldadura pone la tubería más a fondo en el enchufe. Sin espacios, las tensiones adicionales de expansión diferencial entre la tubería y el accesorio pueden iniciar grietas en la raíz de la soldadura de filete. Dependiendo de la severidad de las tensiones, dichas grietas se pueden propagar a través de la soldadura de filete. En consecuencia, es importante establecer y mantener el espacio apropiado durante la soldadura 1). Esto se puede lograr por: a) retiro parcial después de insertar la tubería; o b) proporcionando espaciadores compresibles o dispositivos metálicos tipo resorte. 4.9 Accesorios para soldadura Los accesorios y rebordes para soldadura están comercialmente disponibles en todos los tamaños comunes de tubería (ver Figura 5). Los accesorios para soldadura por ranura se suministran con extremos biselados que permiten la soldadura con cualquiera de los procesos comunes de soldadura. 5 Soldadura al arco con electrodo revestido usando electrodo E6010 y trayectoria descendente 5.1 Aplicación La soldadura descendente se usa principalmente para soldar tubería de paredes relativamente delgadas, siendo sus aleaciones para velocidades de avance rápidas. 5.2 Ajuste de la corriente Los rangos de corriente se entregan en Tabla 1. Dentro del rango observado, el soldador y/u operador de soldadura debe ajustar la corriente para obtener la intensidad óptima. Utilizar ropa de protección para proteger al soldador de choque eléctrico. 1) La cara de la mayoría de los accesorios de enchufe para soldadura es plana y perpendicular al eje de la tubería. Sin embargo, si se recibe un accesorio de enchufe para soldadura con una cara biselada o redondeada, puede ser necesario usar técnicas especiales para asegurar que la soldadura de filete sea del tamaño adecuado. 6

13 5.3 Pinchazo de soldadura Los pinchazos de soldadura se consideran parte del pase de raíz y deben ser suficientes en número y longitud para mantener alineada la abertura de raíz y la unión. Si un pinchazo de soldadura se agrieta, éste se debe remover. Los pinchazos de soldadura excesivamente gruesos se deben adelgazar con un esmerilador eléctrico o un cincel redondeado. Otro propósito del pinchazo de soldadura es mantener la abertura de raíz en la dimensión correcta y mantener juntos los dos componentes de la unión. Si la abertura de raíz es demasiado ancha, esto puede resultar en un agujero, o exceso de penetración. Si la abertura de raíz es demasiado estrecha, esto puede resultar en penetración incompleta de la unión. La mayoría de los procedimientos de soldadura especifican la abertura de raíz, pero no establecen que debe ser justa antes de realizar cada pinchazo de soldadura. Es importante saber qué pinchazo de soldadura atraerá los dos extremos de tubería más cerca; y que por lo tanto, permiten la contracción del pinchazo de soldadura. Además, el primer pinchazo de soldadura no debe ser mayor que 25 mm (1 pulgada), ya que cuanto mayor sea el pinchazo de soldadura, más se sacan de alineamiento los extremos de la tubería. El segundo pinchazo de soldadura debe estar a aproximadamente 180 alrededor de la circunferencia de la tubería, desde el primer pinchazo de soldadura. En tubería de diámetro pequeño, dos pinchazos de soldadura pueden ser suficientes, pero la tubería de diámetro mayor requiere varios pinchazos de soldadura espaciados a 0,2 m a 0,3 m (8 pulgadas a 12 pulgadas). Las herramientas de espaciamiento comunes, que son simples cuñas de acero, algunas veces se llevan dentro de la abertura de raíz cuando son demasiado ajustadas. Estas cuñas algunas veces se dejan en el lugar para mantener la abertura de raíz hasta que el pinchazo de soldadura se complete. Se debe tener precaución de no dejar un agujero grande en el extremo del pinchazo de soldadura (ver Figura 6); este tamaño de agujero se puede minimizar utilizando la técnica siguiente: cuando se llegue al final del pinchazo quitar rápidamente el electrodo fuera de la unión de la tubería con la mano libre de soldadura para aumentar la presión sobre el electrodo, esto evita que el agujero aumente de tamaño. La ventaja de un agujero pequeño es que facilita la realización del pase de raíz, además mejora la calidad del pase de raíz ya que resulta sin inclusiones de escoria o fusión incompleta. El inicio y el término de todos los pinchazos de soldadura deben ser desbastados y con rebaje posterior al cuerpo principal del pinchazo de soldadura. La razón para esta cuña, es que así es facilita fundir el pase de raíz al pinchazo de soldadura. Cuando se realizan soldaduras en posición fija tal como la 5G, es mas fácil realizar este una abertura de raíz más ancha (si existe una) en las ubicaciones del reloj tres y nueve, mientras cualquier abertura de raíz ajustada se debe colocar en la ubicación alta o doce del reloj. La razón para esto es el efecto de la gravedad sobre la poza soldadura. Es más fácil lograr la penetración completa de la unión en las ubicaciones alta e inferior de una soldadura en posición 5G que en los lados. 7

14 5.4 Pase de raíz (primer pase) El pase de raíz se realiza usando una técnica de arrastre que consta de las etapas siguientes: a) Golpear el electrodo sobre la cara de ranura en la ubicación de partida. b) Retirar el electrodo para establecer el arco de soldadura. c) Empujar rápidamente el electrodo en contacto con las caras de la ranura. d) Arrastrar el electrodo a lo largo de la ranura. e) Mantener la presión del electrodo contra las caras de la ranura durante la soldadura. El electrodo se ubica sobre la cara de ranura, a medida que se arrastra descendentemente alrededor de la circunferencia de la tubería. Asumiendo alineamiento y técnica de soldadura apropiados, la corriente se ajusta hasta que sea visible un pequeño ojo de cerradura (ver Figura 7). Si el ojo de cerradura se cierra, la corriente es demasiado baja o si llega a ser demasiado grande para mantener y llenar apropiadamente, entonces la corriente es demasiado alta. El tamaño del ojo de cerradura es una indicación de la calidad de la superficie de la raíz. Una insuficiente abertura de raíz o baja corriente de soldadura pueden resultar en penetración incompleta de la unión o fusión incompleta entre el metal depositado y el metal base. Una excesiva abertura de raíz o corriente de soldadura baja pueden causar una serie de agujeros en el pase de raíz. En Figura 8 se presenta una guía recomendada de solución de problemas de pase de raíz, que indica las tendencias generales. Por ejemplo, para reducir el socavado en la raíz de la soldadura, reducir la corriente de soldadura, disminuir la abertura de raíz o aumentar la cara de raíz. También se muestran en Figura 8 la secuencia de pase y terminología para la soldadura descendente. 5.5 Manipulación del electrodo Las Figuras 9 y 10 muestran técnicas para controlar la calidad del pase de raíz mediante manipulación del electrodo. Esto incluye acciones correctivas para compensar por el efecto de campo magnético (el cual también se conoce como soplo del arco). Los efectos de soplo del arco también se pueden reducir moviendo la conexión a tierra, poniendo a tierra ambos lados de la soldadura y moviendo la conexión a tierra lejos de la unión. 5.6 Limpieza entre pases Se debe limpiar el pase de raíz completamente antes del inicio del segundo pase. Puede ser suficiente la energía de un cepillo de alambre, pero algunas veces es necesario el desbaste con disco para remover áreas de pase de raíz con excesivo espesor o para mejorar el contorno del pase de raíz antes de aplicar el segundo pase (ver Figura 11). 8

15 5.7 Pase en caliente El pase en caliente se debe realizar con suficiente calor para hacer flotar cualquier escoria remanente a la superficie. Una oscilación rápida (tal vez referida como técnica de escalonamiento o látigo) es útil en la remoción de escoria especialmente en las ubicaciones doce y seis del reloj. La corriente de soldadura debe ser mayor que la usada en el pase de raíz, ya que el pase en caliente se debe fundir en ambas caras de la ranura y el pase de raíz, además de hacer flotar la escoria a la superficie. 5.8 Pases de llenado, separador y tapa Todos estos pases se hacen con técnicas de oscilación para lograr el ancho completo requerido para cada pase. El ancho requerido de la oscilación varía con el diámetro del electrodo, e idealmente el diámetro del electrodo se debe aumentar según aumenta el espesor de pared, como se muestra en Tabla 1. Se debe remover la escoria después de cada pase para eliminar la posibilidad de que sea atrapada en el metal depositado. 6 Soldadura al arco con electrodo metálico revestido usando electrodos E6010 o E6011 y trayectoria ascendente 6.1 Aplicaciones Este método se prefiere para soldadura de tuberías de paredes gruesas. Cuando la tubería es soldada con trayectoria ascendente, se deben realizar varios cambios en la preparación de la unión y técnica de soldadura, si se comparan con aquellos usados para soldadura con trayectoria descendente los cambios se indican a continuación: a) La abertura de raíz se aumenta ligeramente. b) La cara de raíz se aumenta ligeramente. c) Se usan electrodos de menor diámetro. d) Se usan corrientes más bajas. e) Las velocidades de avance son más lentas. f) El pase raíz se realiza sin que el electrodo esté en contacto con la cara de ranura. Puede ser necesario y recomendado, técnicas de escalonamiento y de látigo. 6.2 Preparación de la unión En soldadura de tubería, la calidad de la soldadura terminada es particularmente dependiente del control dimensional del pinchazo del ensamble soldado. Estas dimensiones y tolerancias se muestran en Tabla 2. 9

16 6.3 Ajuste de la corriente Los rangos de corriente apropiados para cada pase se entregan en Tabla 2. Se debe seleccionar un ajuste de corriente dentro del rango dado y ajustar la máquina de soldar a una corriente adecuada. 6.4 Pase de raíz La posición del electrodo, es un ángulo de trabajo de 0 y un ángulo de empuje avance de 10 (ver Figura 10). El electrodo se mantiene sobre el punto de partida hasta que los bordes de la cara de ranura comiencen a fundir, luego se acorta para obtener la longitud correcta del arco. Se debe formar un ojo de cerradura pequeño pero obvio, y la soldadura se realiza como una serie de adiciones pequeñas de metal depositado a través del área del ojo de cerradura. Mantener y controlar un ojo de cerradura es esencial para realizar un buen pase de raíz. El movimiento del electrodo consiste en mantener un arco cercano sobre la poza de soldadura, luego mover rápidamente el electrodo hacia arriba aproximadamente un diámetro de electrodo y hacia abajo aproximadamente medio diámetro de electrodo. Después de una corta pausa sobre la poza de soldadura, se repite el movimiento del electrodo (ver Figura 12). Si la forma del ojo de cerradura se convierte en una línea recta en uno o ambos lados, esto indica que se está produciendo penetración incompleta de la unión. 6.5 Limpieza entre pases Cada pase debe ser razonablemente liso y uniforme, y se debe limpiar con pica sal o cepillo de alambre, o ambos, para remover escoria, salpicaduras, etc. Remover mediante desbaste antes de proceder con el próximo pase, cualquier porosidad, acumulación de metal depositado debido al inicio de arco y detenciones, entre otros. 6.6 Pases de relleno y cubierta Todos los pases de relleno y cubierta se hacen con una manipulación corta y rápida del electrodo junto con una oscilación de lado a lado, para proporcionar el ancho completo requerido. Esta podría variar de una oscilación muy ligera en los primeros pases a una U completa u oscilación encajonada cerca de la superficie de la tubería. Se pueden usar diversas combinaciones de oscilaciones, junto con una trayectoria ascendente y oscilación en los bordes externos del pase. La técnica variará ligeramente de un pase al siguiente. Los pases con trayectoria ascendente de relleno y cubierta se muestran en Figuras 13 y

17 7 Soldadura al arco con electrodo metálico revestido usando electrodos E7018 de bajo contenido de hidrógeno Dado que el alcance de esta norma se limita a acero de bajo contenido de carbono, en tubería de diámetro pequeño relativamente delgada, no es probable que los electrodos E7018 de bajo contenido de hidrógeno se requieran para controlar el agrietamiento en frío y generalmente no son recomendados en lugar de E6010 desde el punto de vista de la aptitud para el uso, excepto para soldaduras de filete en un accesorio de enchufe. 7.1 Aplicación Típicamente, en soldadura con electrodos E7018 se usa un anillo de soporte o el pase de raíz se realiza con un electrodo E6010 o E6011 (ver Tabla 3) o con otro proceso de soldadura. Cuando se usan electrodos de bajo contenido de hidrógeno para soldar un pase raíz en una unión de raíz abierta (sin soporte), puede resultar en porosidad y penetración incompleta de la unión, se describen en AWS D10.11, para otros medios de soldadura de pase de raíz. Los electrodos de bajo contenido de hidrógeno tienen las características siguientes: a) Usualmente no trabajan bien en trayectoria descendente. b) Se requiere longitud de arco más estrecha. c) Se deben usar electrodos de menor diámetro. d) Se deben usar mejores condiciones de almacenaje para proteger al electrodo de la absorción de humedad. e) El reinicio del arco con un electrodo parcialmente usado es más difícil que con electrodos E6010 o E6011. f) Son capaces de producir soldaduras con mejores propiedades mecánicas y características metalúrgicas mejoradas (esto es, resistencia y tenacidad de la entalladura). 7.2 Inicio del arco Se debe tener precaución en el inicio del arco apropiado, para evitar que el electrodo se pegue, porosidad en la partida, o ambos. Una vez que el arco está establecido, mantener un arco muy corto, porque si es un arco largo puede resultar en porosidad superficial y/o subsuperficial. A menudo el arco se inicia en la unión a 19 mm (0,75 pulgadas) delante del área donde comienza la soldadura y un arco corto se lleva de nuevo al punto de partida antes que la soldadura se inicie. 11

18 7.3 Técnica de soldadura Usar un arco muy corto en soldadura con electrodo E7018; el arco se acorta inmediatamente después de que éste se ha establecido. El electrodo se debe mantener muy cerca a la cara de la raíz para asegurar la penetración completa de la unión. No se debe usar el movimiento del electrodo que se muestra en Figura 12; en su lugar se recomienda una oscilación en forma de V, la que se debe realizar mediante movimientos suaves de la muñeca del soldador. El electrodo se debe mover fuera de la poza de soldadura y a lo largo de la cara de ranura con un movimiento rápido. El movimiento de retorno es más lento para permitir el tiempo justo en la poza de soldadura a perder parte de su fluidez, y el arco se devuelve a la poza de soldadura y mantiene allí durante una corta pausa. Este movimiento luego se repite hasta y a lo largo de la otra cara de ranura. Mantener el arco en la cara de ranura hasta que se funda y el metal fundido se eleve para llenar la cavidad creada por la acción del arco en la cara de ranura. El arco nunca deja la poza de soldadura según se dirige a través al otro lado, justo por encima de la parte superior del pase previo. La mayoría del metal fundido que llena el centro viene de los lados, de manera que el tiempo durante el cual el arco se mantiene en la cara de ranura, está determinado por la necesidad para mantener el pase plano. Nunca se debe permitir que la poza de soldadura se solidifique durante la oscilación. Es probable que ocurra que la escoria quede atrapada a lo largo de los bordes de la soldadura. Si la poza de soldadura se mantiene siempre líquida, la escoria no solidificará debido a que tiene una temperatura de fundición menor que la del metal depositado. Ya que el arco no penetra profundamente, el movimiento debe ser suave y preciso para evitar que la escoria quede atrapada. 7.4 Remoción de escoria Remover la escoria antes de realizar el próximo pase. Esto se puede hacer con un pica sal seguido por cepillado de alambre, preferentemente cepillado con polvo. Se puede remover mediante desbaste cualquier porosidad, malas partidas o alturas de pases excesivas. 8 Soldadura oxigás de tubería 8.1 Aplicación La soldadura oxigás de tubería incluye soldadura oxiacetilénica para espesor de pared de menor o igual que 6 mm (0,24 pulgadas). 8.2 Prácticas de seguridad Almacenar los cilindros en un área ventilada, preferentemente al aire libre. Mantener el área de almacenamiento lejos de las fuentes de calor, chispas y riesgo de fuego, almacenarlos en forma vertical y asegurados, usar siempre cilindros verticales de acetileno. Designar el área de almacenamiento como No fumar. No se deben soltar las válvulas del cilindro o válvulas de protección. Encender el soplete con un encendedor de fricción o llama piloto estacionaria. No usar fósforos ni reencender la llama desde el metal caliente. Estos pasos pueden evitar una explosión. 12

19 8.3 Técnicas de soldadura La soldadura oxiacetilénica de tubería de espesor menor o igual que 6 mm (0,24 pulgadas), se puede hacer mediante un pase de soldadura con técnica de empuje, un pase soldadura con técnica de arrastre, o una combinación de soldadura con técnica de arrastre el primer pase con soldadura con técnica de empuje el segundo pase. La combinación comúnmente se conoce como soldadura de dos pases y se prefiere para tubería de paredes más gruesas. Se hace mediante llenado parcial de la ranura usando soldadura con técnica de arrastre, siguiendo la terminación de la soldadura con soldadura con técnica de empuje. La mayoría de la producción de soldadura mediante el proceso de soldadura oxiacetilénica se hace mediante soldadura de dos pases. Esta técnica es especialmente útil para soldar tubería menor que DN 60 (NPS de 2 pulgadas) en diámetro y de espesor de pared menor que 4 mm (0,16 pulgadas). Realizar la soldadura oxiacetilénica de tubería de acero al carbono una llama neutra y un ángulo de trabajo de 0 grados tanto para la soldadura con soplete y la soldadura con varilla (ver Figuras 15 y 16). Calentar la tubería entre 760 C a 980 C (1 400 F a F) antes de iniciar la soldadura, principalmente en tuberías de paredes más gruesas. Fijar la presión del oxígeno entre 56 kpa a 112 kpa (8 psi a 16 psi) y la presión del acetileno entre 28 kpa a 35 kpa (4 psi a 5 psi) para sopletes tipo inyector. Fijar la presión del arco oxígeno y acetileno entre 28 kpa a 35 kpa (4 psi a 5 psi) para sopletes de la misma presión. En Figura 15 se ilustra la soldadura con técnica de empuje y pase único. Los puntos de llama de soldadura en la dirección de avance de la soldadura, con la varilla de soldadura guiando el soplete. La soldadura con técnica de empuje implica movimiento repetido de la llama desde una cara de ranura a la otra. La varilla se mantiene en al lado opuesto a la llama. En la posición de soldadura 5G, la soldadura se inicia en la ubicación 6 del reloj y prosigue a la ubicación 12 del reloj. En Figura 16 se ilustra la soldadura con técnica de arrastre y pase único. La llama de soldadura se ubica en la dirección opuesta de avance de la soldadura, con la varilla de soldadura siguiendo el soplete. La llama es dirigida en la abertura de raíz hasta que se fundan los bordes de ambas caras de ranura para formar un ojo de cerradura. Según se forma el ojo de cerradura, mover la varilla de soldadura hacia el borde anterior de la poza de soldadura. La llama se mueve alternativamente adelante hacia la raíz sin fundir de la unión y retrocede hacia la poza de soldadura. En la posición de soldadura 5G, la soldadura se inicia en la ubicación doce del reloj y prosigue bajando a la ubicación seis del reloj. En Tabla 4 se entrega información adicional sobre soldadura oxiacetilénica de tubería. 8.4 Apariencia de la soldadura terminada Las soldaduras deben ser razonablemente lisas y uniformes con un mínimo de socavado, interior y exterior. La superficie de la soldadura debe estar como mínimo a nivel con las superficies interiores y exteriores de la tubería. 13

20 9 Soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno en tuberías 9.1 Aplicación La soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno no se usa normalmente para soldadura de acero al carbono templado, excepto para tubería de pared delgada y pases de raíz en tubería gruesa. Normalmente se usa sólo para el pase de raíz, y luego sólo cuando se requiera de calidad excepcional. Ya que los pases de raíz con soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno tienden a ser delgados, algunas veces se realiza un segundo pase con soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno para evitar fundir a través del primer pase cuando se usan otros procesos para completar la soldadura. Cuando los requisitos de calidad son especialmente altos, la soldadura al arco con gas de protección y electrodo de tungsteno se puede usar para la unión completa, incluso en materiales más gruesos. 9.2 Purga Generalmente no se requiere purga de respaldo en soldadura de acero al carbono. Cuando se usa el flujo de gas y los tamaños de boquillas especificados en Tabla 5, una cantidad suficiente del gas de protección, usualmente argón (clasificación AWS SG-A, AWS A5.32/A5.32M) o helio (SG-He), alcanza la superficie de la raíz para proporcionar protección adecuada y una capa del gas cubra la cara de soldadura. El gas de protección puede constituir un riesgo es espacios confinados reduciendo el oxígeno disponible a un nivel peligroso para quien realiza la soldadura. 9.3 Forma del electrodo La forma de la punta del electrodo de tungsteno tiene un efecto sustancial en el contorno y el ancho de la cara de soldadura y en la penetración de la unión. Debe tener una forma similar a un lápiz afilado. La forma se hace en una muela de grano fino. Se recomienda una muela de carburo de silicio grano 60, grado 0 a M, la que se debe usar sólo para el propósito de desbaste de tungsteno. Se obtienen mejores resultados cuando el desbaste se realiza de manera que las marcas de desbaste estén paralelas con el eje del electrodo. 9.4 Técnica de soldadura Para hacer un pase de raíz, el electrodo debe estar correctamente posicionado dentro del soplete. Con el soplete de soldadura en una posición vertical y la boquilla descansando en la cara de ranura, el electrodo se ajusta de manera que el extremo esté casi a nivel con la parte inferior de la unión. La corriente de soldadura debe ser corriente continua electrodo negativo, usando el amperaje y flujo de gas que se entrega en Tabla 5. En la posición 5G, los pinchazos de soldadura se deben hacer en las ubicaciones siete, cuatro, una y diez del reloj. El pase de raíz, sea posición 5G o 6G, se inicia en la ubicación seis del reloj, y la soldadura se hace ascendente a la ubicación doce del reloj en un lado de la tubería. En el otro lado se sigue la misma secuencia. La soldadura se inicia colocando la boquilla contra los biseles de la cara de ranura con el soplete en un ángulo de trabajo de 0, y un ángulo de empuje hasta aproximadamente 35 a 45. Tanto el soplete y la varilla de soldadura 14

21 permanecen en un ángulo de trabajo de 0º durante la soldadura. La varilla de soldadura se posiciona, con un ángulo de arrastre amplio, cerca a la unión en preparación para inserción en la unión después que se inicia el arco. Cuando el arco se enciende, el soplete es pivoteado a un ángulo de empuje de cerca de 20 y el arco encendido. La varilla de relleno es entonces llevada a un ángulo de arrastre de 45 a 70, y la soldadura prosigue con el electrodo y la varilla de soldadura a cerca de 65 a 90 de separación. Para evitar daño a los ojos de la luz ultravioleta usar como mínimo una pantalla Nº 8 (ver Tabla 1 y ANSI Z49.1). 9.5 Preparación y alineamiento de la unión La calidad de una tubería soldada es altamente dependiente del control de alineamiento y dimensional del pinchazo del ensamble soldado. 9.6 Apariencia de las soldaduras terminadas Los pases deben ser razonablemente suaves y uniformes. Remover cualquier porosidad u otros defectos para limpiar y/o abrillantar el metal antes de proseguir. La cara final del refuerzo no debe ser mayor que 3 mm (0,12 pulgadas). 10 Soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico y soldadura al arco con núcleo fundente con gas de protección de tubería de acero 10.1 Aplicación del proceso soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico (ver Tabla 6) Para soldadura de tubería en posición, usualmente se emplea este proceso, tanto en tipo de transferencia en cortocircuito o por pulsos. En vista de la baja entrada de calor y el riesgo de falta de fusión asociada con este tipo de proceso con tipo de transferencia en cortocircuito, a menudo su uso está limitado a la unión de componentes, ninguno de los cuales tiene espesor mayor que 10 mm (0,39 pulgadas). Sin embargo, este proceso a menudo se usa para depositar pases de raíz de uniones a tope biseladas, sin tener en cuenta el espesor del material. El tamaño y peso cualquier pistola de soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico reduce su maniobrabilidad y lo hace muy difícil para mantener el ángulo apropiado cuando el seguimiento se hace más duro para lograr la unión. Esto es de especial interés cuando se conectan boquillas y conexiones de derivación similares a los tamaños de tubería cubiertos por esta norma, ya que es probable que se experimente falta de fusión y entrampamientos de escoria. Para evitar dichos problemas, no se emplea la soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico en cualquier modo de transferencia para boquilla y soldaduras conectadas a derivación. 15

22 10.2 Aplicación del proceso de soldadura al arco con núcleo fundente y gas de protección (ver Tabla 7) Este proceso tiene aplicaciones en tubería, tales como en la fabricación de piezas de carretes después que se ha depositado el pase de raíz con otro proceso tal como soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico con tipo de transferencia en cortocircuito Inicio de arco El inicio del arco se puede mejorar, proporcionando las condiciones apropiadas de corriente (velocidad de alimentación del alambre) y tensiones que se han seleccionado (ver Tablas 6 y 7), cortando el extremo del electrodo para dejar alrededor de 10 mm (0,39 pulgadas) de extensión máxima del electrodo más allá de la punta de contacto. La boquilla de gas se debe luego posicionar para tocar la pieza a soldar o estar muy cerca de ésta hasta que se establezca el arco. Esta técnica evita la extensión excesivamente larga del electrodo, lo cual complica el inicio de arco. Extender la punta de contacto 6 mm (0,24 pulgadas) más allá de la boquilla de gas (ver Figura 17) Velocidad de avance La velocidad de avance debe ser siempre lo suficientemente rápida para mover el electrodo al arco en el borde principal de la poza de soldadura. Si la velocidad de avance y manipulación del electrodo, son tales que el electrodo esté formando arco en otra parte de una poza de soldadura grande, puede ocurrir fusión incompleta. Se recomienda no ejecutar más de dos pases descendentes. Si se requieren más de dos pases, se recomienda que éstos se ejecuten ascendentes. La soldadura ascendente entrega mayor seguridad de que el electrodo esté formando arco en el borde principal de la poza de soldadura Gas de protección Para protección se usa normalmente una mezcla argón-co 2 (SG-AC-X) o CO 2 (SG-C). La poza de soldadura se debe proteger por el gas de protección. Si el gas no está presente en el arco, resulta en porosidad severa. Por esta razón, se debe proporcionar alguna forma de protección, si existe cualquier posibilidad de que el gas sea soplado Limpieza Antes de iniciar la soldadura, devastar, limar o cepillar los biseles y el área de soldadura. Entre pases, se puede remover los depósitos de silicato mediante limado, cepillado u otros medios adecuados. Si no se obtienen los contornos apropiados al inicio del pase o el cráter, estas condiciones se deberían corregir mediante desbaste. 16

23 11 Soldadura al arco con núcleo fundente autoprotegido 11.1 Aplicación Debido a la dificultad de manipular una pistola y cable en el ángulo apropiado, este proceso no es particularmente apropiado para soldadura de tubería, boquillas o accesorios de diámetro pequeño [menor que DN 40 (NPS 1-1/2)] Técnicas de pase de raíz usando electrodo E71T-13 de 1,7 mm (0,068 pulgadas) Usar E71T-13 (AWS A5.20) sólo para soldadura de pase de raíz con trayectoria descendente (ver Tablas 8 y 9). Si existe duda consultar al fabricante del electrodo, dado que no todos los electrodos así clasificados, pueden ser apropiados Longitud libre del alambre Es la longitud libre del alambre es la longitud del electrodo sin fundir extendida más allá del extremo de la boquilla de gas. El acortamiento de la longitud libre del alambre aumenta el calor y la penetración. En soldadura al arco con núcleo fundente autoprotegido, soldadura al arco con núcleo fundente y gas de protección y soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico la longitud del electrodo más allá del tubo de contacto se llama extensión del electrodo Angulo de arrastre La ubicación del electrodo y el ángulo de arrastre son similares a los usados con el electrodo soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico (ver Figura 18). El control de penetración se puede alcanzar con cambios en el ángulo de arrastre. Un ángulo de arrastre grande incrementa la penetración; un ángulo de arrastre pequeño disminuye la penetración Velocidad de avance La velocidad es controlada por el espacio vacío, ancho y la cantidad de penetración necesaria. Mayor velocidad de avance mantendrá el arco en el borde principal de la poza e incrementará la penetración y viceversa Inicio de arco Al partir con una extensión de electrodo de 13 mm (0,5 pulgadas). Permitirá un inicio de arco más uniforme. Una longitud libre del alambre mayor puede producir explosiones de la punta del electrodo. 17

24 Soldadura normal La técnica normal es progreso recto con pequeña o sin oscilación. Cualquier ajuste necesario para variar la penetración se puede hacer con la velocidad de avance, ángulo de arrastre o longitud libre del alambre. La extensión normal del electrodo es 13 mm (0,5 pulgadas) Parte alta de la tubería Al partir con una extensión de electrodo de 13 mm (0,5 pulgadas), una vez que se ha establecido el arco, aumenta la extensión del electrodo según se requiera para enfriar la poza y controlar la penetración. En este punto puede ser necesaria una oscilación para controlar la penetración. Según el arco se mueve fuera de la parte alta de la tubería, se requiere en su caso una pequeña oscilación Parte baja de la tubería A menos que exista un espacio vacío excesivamente ancho o una cara de raíz delgada, la parte inferior de la tubería no requiere de técnica especial. Puede ser necesario un avance un poco más lento para permanecer en la poza y evitar patillas (partes del electrodo que se funden dentro de la tubería) Raíz apretada o cara de raíz gruesa Si no se puede alcanzar la penetración apropiada variando la longitud libre del alambre y la velocidad de avance, es necesario usar discos de desbaste para remover algo del metal base y abrir la unión Reanudar y ligar Partir en el cráter anterior a cerca de 6 mm (0,24 pulgadas) desde el extremo. Mover hacia el borde del cráter, hacer pausa en el borde y acortar la longitud libre del alambre para asegurar la fusión en el punto de unión. Las detenciones e inicios de desbaste mejoran las uniones. La velocidad de alimentación del alambre y la tensión del arco no se han de ajustar una vez que se hayan fijado de acuerdo al procedimiento Socavado en pase de raíz El pase de raíz tendrá algún socavado de pared lateral que puede requerir desbaste para asegurar la fusión entre el primer y segundo pase. NOTA - Se pueden usar los electrodos soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico E6010 para el pase de raíz y seguir con soldadura al arco con núcleo fundente para pases de relleno y tapa. Ver procedimiento para soldadura de pase de raíz con electrodo soldadura al arco con gas de protección y electrodo metálico. 18

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