1

ESPECIFICACION DE PROCEDIMIENTOS DE

SOLDADURAS W.P.S. SEGUN CODIGO D1.1-2010

A.N.S.I./A.W.S.

Preparado por: Ing. William Jos Mendoza

2

CAPITULO I

LAS ESPECIFICACIONES DE LOS PROCEDIMIENTOS DE

SOLDADURA SON EXPLICADOS PARA AYUDAR A LOS

INGENIEROS DE DISEO DE ACUERDO CON EL CDIGO DE

SOLDADURA ESTRUCTURAL EN ACERO

D1.1-2010 ANSI / AWS.

I.1.- LO QUE TODO INGENIERO DEBE CONOCER

ACERCA DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURAS.

La especificacin de procedimiento de soldadura (W.P.S) significa la

combinacin de las variables usadas para realizar cierta soldadura. Los trminos

procedimiento de soldadura, o procedimiento tambin se pueden usar.

Como mnimo, la W.P.S depende del proceso, especificacin, clasificacin y

dimetro del electrodo; caractersticas elctricas, especificacin del metal base;

temperatura mnima de precalentamiento entre pasadas; corriente de soldadura;

voltaje del arco, velocidad de avance; posicin de la soldadura; tratamiento

trmico post soldadura, velocidad de flujo y tipo de gas de proteccin y detalles

del diseo de la junta.

I.2.- EFECTOS DE LAS VARIABLES DE SOLDADURAS

Los efectos de las variables son algo dependiente del proceso de soldadura

que se usa, pero generalmente tiende a aplicar a todos los procesos. Es importante

distinguir entre corrientes constantes (cc) y voltaje constante (cv) en los sistemas

elctricos de soldaduras. En la soldadura por arco con electrodos revestidos -

S.M.A.W- siempre se realiza con sistemas de corrientes continuas. La soldadura

por arco con electrodo tubular F.C.A.W- y la soldadura al arco con metal y

proteccin de gas G.M.A.W- generalmente son desarrolladas con sistemas de

voltaje constante. La soldadura por arco sumergido S.A.W- puede utilizar

ambos.

3

AMPERAJE: es una medida de la cantidad de corriente que fluye a travs

del electrodo y la pieza a soldar. Es una variable primaria en el clculo de la

entrada de calor (H). Generalmente un aumento en el amperaje significa mayor

velocidad de deposicin, penetracin ms profunda y ms dilucin. El amperaje

puede ser medido con un ampermetro o un restato (derivacin elctrica). El rol

del amperaje es mejor comprendido en el contexto de las consideraciones de la

entrada de calor y la densidad de corriente. Para soldaduras con voltaje constante,

un aumento en la velocidad de alimentacin del alambre directamente aumentara

el amperaje. Para el proceso de S.M.A.W. con corriente constante, el selector de la

maquina determina el amperaje bsico, aunque cambie con la longitud del arco

(controlada por el soldador) cambiar el amperaje. Mayores longitudes de arco

reduce el amperaje.

VOLTAJE DEL ARCO: est directamente relacionado con la longitud del

arco. Cuando la longitud del arco aumenta el voltaje aumenta, as como lo

demanda la proteccin del arco. Para soldaduras de voltaje constante, el voltaje es

inicialmente determinado por el selector de la maquina, as la longitud del arco

es relativamente fija. Para el proceso de S.M.A.W en sistema con corriente

constante el voltaje del arco se determina por la longitud del arco el cual es

manipulado por el soldador. Cuando las longitudes del arco son incrementadas en

el proceso S.M.A.W. el voltaje del arco aumenta y el amperaje disminuye y

cuando las longitudes del arco disminuyen el voltaje del arco disminuye y el

amperaje aumenta. El voltaje del arco tambin controla el ancho del cordn de la

soldadura, con voltajes mayores se generan cordones de soldaduras ms anchos.

El voltaje del arco tiene un efecto directo en el clculo de la entrada de calor (H).

El voltaje en un circuito de soldadura no es constante, pero se compone de

una serie de cadas de voltajes. Por ejemplo, asuma que una fuente de energa

suministra un voltaje total al sistema de 40 Voltios. Entre la fuente de energa y la

pinza de soldar existe una cada de voltaje de tal vez de 3V asociado con la entrada

de la resistencia del cable desde el punto de la conexin del cable de tierra al

Terminal de la fuente de potencia, existe una cada de voltaje adicional de 7

Voltios, restando 3 y 7V de los 40V originales nos da 30V para el arco.

Sin embargo es importante que los voltajes usados para monitorear los

procedimientos de soldadura se reconozcan aproximadamente cualquier prdida

en el circuito de soldadura.

La forma mas precisa para determinar el voltaje del arco es midiendo la

cada del voltaje entre el tubo de contacto y la pieza a soldar. Esto no es prctico

4

para la soldadura semiautomtica, as que el voltaje es tpicamente desde un

punto en el alimentador de alambre (donde se realiza la conexin de la pistola con

el cable) a la pieza a soldar. Para el proceso de S.M.A.W. el voltaje no es

usualmente monitoreado, dado que cambia constantemente y no puede ser

controlado a excepcin por el soldador.

VELOCIDAD DE AVANCE: se mide en pulgadas/min., es la velocidad a la

cual el electrodo se desplaza con respecto a la junta. Las otras variables

permanecen iguales, la velocidad de avance tiene un efecto inverso en la dimensin

de los cordones de soldadura. Cuando la velocidad de avance aumenta el tamao

del cordn disminuye. La velocidad de avance es una variable clave en el conjunto

de la entrada de calor, reduciendo la velocidad de avance aumenta la entrada de

calor.

VELOCIDAD DE ALIMENTACIN DEL ALAMBRE (WFS): es una

medida de velocidad a la cual el electrodo pasa a travs de la pistola de soldar y es

suministrado al arco, medido tpicamente en pulgadas por minuto, la velocidad de

deposicin es directamente proporcional a la velocidad de alimentacin del

alambre, y relacionada directamente al amperaje.

Cuando todas las dems condiciones se mantienen constantes (por ejemplo;

el mismo tipo de electrodo, dimetro y extensin y el voltaje del arco), un

incremento en la velocidad de alimentacin del alambre directamente conducir a

un aumento del amperaje. Para menores velocidades de alimentacin de alambre,

la relacin de la velocidad de alimentacin del alambre con respecto al amperaje

es relativamente lineal y constante. Para velocidades de alimentacin mayores,

esta relacin puede aumentar, resultando una velocidad de deposicin mayor por

amperio pero a expensas de la penetracin.

La velocidad de alimentacin del alambre (Wire feed speed, W.F.S) es el

mtodo preferido de los procedimientos de soldadura que mantienen los procesos

de voltaje constante. La W.F.S puede ser ajustada independientemente, y medida

directamente, indiferente de las otras condiciones de la soldadura. Es posible usar

amperaje como una alternativa para la W.F.S., aunque el amperaje resultante

para una W.F.S. dada puede variar, dependiendo de la polaridad dimetro del

electrodo, tipo de electrodo y extensin del electrodo. Muchos cdigos siguen

reconociendo el amperaje como el mtodo primario para la documentacin de los

procedimientos. El cdigo D1.1 permite el uso del control de la W.F.S en vez del

amperaje proporcionando una tabla que relaciona al amperaje con la velocidad de

alimentacin del alambre la cual es disponible para la comparacin.

5

Las hojas de especificacin suministradas por el fabricante de los metales

de relleno proveen datos de estas relaciones.

EXTENSIN DEL ELECTRODO (ESO): Es la distancia desde el tubo de

contacto hasta el extremo del electrodo. Esto solo se adapta a los sistemas de

soldaduras que usan sistemas automticos de alimentacin del alambre. Cuando

la extensin del electrodo aumenta en sistema de voltaje constante, la resistencia

elctrica del electrodo aumenta, causando que el electrodo se caliente. Esto se

conoce como calentamiento por resistencia, o I2 R heating. Cuando la cantidad

de calentamiento aumenta, la energa requerida del arco para fundir el electrodo

disminuye y la deposicin aumenta. Cuando la extensin del electrodo es

aumentada sin ningn cambio en la W.F.S; el amperaje diminuir. Esto origina

menor penetracin y menor dilucin. Con el aumento de la extensin del

electrodo, es comn aumentar el voltaje de la maquina, regulando para

compensar las cadas de voltajes mayores que atraviesan el electrodo.

En sistemas de voltajes constantes, es posible aumentar simultneamente

tanto la extensin del electrodo y la velocidad de alimentacin del alambre y

mantener la corriente constante. Esto produce velocidades de deposicin mayores.

Otras variables de soldaduras tales como voltaje y velocidad de avance pueden ser

ajustadas para mantener un arco estable y para asegurar una soldadura de

calidad. La extensin variable del electrodo debe estar siempre dentro del manejo

recomendado por el fabricante.

DIMETRO DEL ELECTRODO: Es otra variable crtica. Electrodos con

dimetros mayores transportan mayores corrientes de soldadura. Para un

amperaje fijo, sin embargo, los electrodos de dimetros menores producen

mayores velocidades de deposicin.

POLARIDAD: Es la direccin del flujo de corriente. Polaridad positiva se

logra cuando el cable del electrodo o pinza porta-electrodo se conecta al Terminal

o polo positivo en maquinas de corriente directa (DC). La polaridad negativa

ocurre cuando el cable de la pieza a soldar se conecta al Terminal o polo positivo y

el cable de la pinza porta-electrodo al Terminal negativo. Cuando se usa corriente

alterna (A.C.) no se mantiene la polaridad dado que el electrodo es

alternativamente positivo en medio ciclo de la onda y negativo en la otra media

onda.

6

El proceso por arco sumergido S.A.W es el nico proceso que comnmente

usa polaridad negativa o positiva para el mismo tipo de electrodo. La corriente

alterna tambin puede ser usada.

Para una W.F.S fija, un electrodo por arco sumergido S.A.W requiere ms

amperaje con polaridad positiva que con negativa. La corriente alterna muestra

ambas caractersticas de las polaridades negativas y positivas.

El campo magntico que rodea cualquier conductor de corriente directa

(DC) puede causar un fenmeno conocido como soplo de arco, donde el arco es

fsicamente desviado. El problema es mayor para corrientes ms altas. La

corriente alterna es menos propensa al soplo del arco y se usa algunas veces para

corregir este fenmeno.

ENTRADA DE CALOR: Es proporcional al amperaje de la soldadura,

multiplicado por el voltaje del arco, dividido por la velocidad de avance. Mayores

entradas de calor corresponden a reas de seccin transversal de soldaduras

mayores, y zonas afectadas por el calor, (H.A.Z.) mayores, las cuales pueden

afectar negativamente las propiedades mecnicas en esa regin. Entrada de calor

mayor generalmente causa una disminucin leve en la resistencia a la fluencia y a

la traccin en el metal de la soldadura, y generalmente menor tenacidad debido a

la interaccin del tamao del cordn y la entrada de calor.

DENSIDAD DE CORRIENTE: Se determina dividiendo la intensidad de la

corriente de soldadura entre el rea de la seccin transversal del electrodo. Para

electrodos slidos, la densidad de la corriente es proporcional a I/d2. Para

electrodos tubulares, donde la corriente es conducida por la envoltura tubular

metlica, y es relacionada al rea de la seccin transversal metlica. Cuando la

densidad de corriente aumenta, la velocidad de deposicin y la penetracin

aumenta. Esto es llevado a cabo por el aumento del amperaje o disminucin del

tamao del electrodo. Una pequea disminucin en el dimetro afecta

significativamente la velocidad de deposicin y la penetracin.

TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO Y ENTRE PASADAS: Se

usa para controlar las tendencias al agrietamiento, tpicamente en el metal base.

Para la mayora de los aceros al carbono-magnesio-silicio, una temperatura entre

pasadas moderada facilita buena resistencia a la tenacidad. Las temperaturas de

precalentamiento y entre pases mayores de 550 F pueden afectar negativamente

la tenacidad. Cuando el metal base recibe poco o nada de precalentamiento, el

7

enfriamiento rpido resultante puede conducir al deterioro de la tenacidad. El

control cuidadoso de la temperatura de precalentamiento entre pases es crtico.

I.3.- PROPSITO DE LAS ESPECIFICACIONES DE

PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURAS.

Los valores particulares para las variables discutidas antes tienen un efecto

significante en la calidad de la soldadura, propiedades mecnicas y la

productividad. Es sin embargo, crtico que aquellos valores de procedimientos

usados en la fabricacin y montaje sean apropiados para los requerimientos

especficos del cdigo aplicable y las especificaciones del trabajo. Muchos puntos

deben ser considerados cuando se seleccionan los valores de los procedimientos de

soldaduras. Mientras todas las soldaduras deben alcanzar la fusin para asegurar

su resistencia, el nivel requerido de penetracin es una funcin del diseo de la

junta en el tipo de soldadura. Todas las soldaduras son requeridas para entregar

una cierta resistencia a la traccin y/o fluencia. No todas las soldaduras son

requeridas para entregar niveles mnimos especficos de tenacidad. Los niveles

aceptados de socavacin y porosidad son una funcin del tipo de carga aplicada a

la soldadura. Los medios ms eficientes para presentar estas condiciones pueden

determinarse por tcnicos de soldaduras expertos e ingenieros quienes producen

especificacin de procedimientos de soldaduras escritos y comunican aquellos

requerimientos a los soldadores por medio de estos documentos. La W.P.S es la

herramienta primaria usada para comunicar al soldador, supervisor e inspector

como una soldadura especfica debe realizarse. La conveniencia de una soldadura

realizada por un soldador diestro de acuerdo con los requerimientos de una W.P.S

solo puede ser tan buena como la W.P.S. misma.

La habilidad de un soldador para seguir las instrucciones en una W.P.S

escrita es determinada por los ensayos de la calificacin del soldador (D1.1- 2010,

pargrafo C-4.2.2) pag. 461. El soldador no debe conocer como o porque cada

variable en particular fue seleccionada, aunque estos valores deben ser usados en

la produccin de la soldadura. El inspector es requerido para asegurar que toda la

soldadura se realiza de acuerdo con la W.P.S., observando la tcnica de cada

soldador en un periodo bsico (D1.1-2010, pargrafo 6.5.2) pag. 220.

El cdigo de soldadura estructural en acero requiere procedimientos de

soldaduras escritos para toda la fabricacin ejecutada. Estas W.P.S. requieren

que sean por escrito, indiferente de que estn precalificadas o calificadas mediante

ensayos. Cada constructor o fabricante es responsable del desarrollo de las W.P.S.

8

aparentemente aun existe confusin acerca de este asunto. Un concepto falso

predominante es que si los parmetros actuales bajo el cual la soldadura ser

desarrollada presentan todas las condiciones de estatus precalificado, las W.P.S

escritas no son requeridas. Esto no es cierto.

Las W.P.S son los medios primarios de comunicacin para todas las partes

involucradas. Por consiguiente deben estar disponibles para los capataces,

inspectores y soldadores. Existen muchas maneras para suministrarlas, pero

indiferentemente del mtodo, las W.P.S. deben estar disponibles para aquellas

personas autorizados para utilizarlas.

En consideracin a calidad y productividad, es la mejor intencin del

contratista asegurar que se mantenga comunicacin eficiente con todas las partes

involucradas. En cuanto a calidad, los limites de la operacin apropiada del

proceso de soldadura en particular y el electrodo para el acero, diseo de junta y

posicin de la soldadura debe ser comprendido. Obviamente el electrodo en

particular empleado para operar con la polaridad apropiada, uso apropiado de

gases de proteccin y mantener los niveles de amperaje apropiados para el

dimetro del electrodo y para el espesor del material sobre el cual la soldadura se

va a desarrollar. Otro asunto que no puede ser tan obvio, por ejemplo, el

precalentamiento requerido para una aplicacin en particular es una funcin de

los grados del acero involucrado, los espesores del material y el tipo de electrodo

empleado (con bajo hidrogeno o no). Todo esto puede ser comunicado por escrito

por medio de la W.P.S.

La falta de conformidad con los parmetros trazados en la W.P.S. puede

resultar en una soldadura que no presenta los requerimientos de calidad

impuestos por el cdigo o las especificaciones del trabajo.

Para evitar actividades innecesarias tales como la remocin y reemplazo de

una soldadura inaceptable, by clear communication has obvious quality and

economic ramifications.

Existen otros factores econmicos a considerar tambin en una manera

ms general, el costo de la soldadura es inversamente proporcional a la velocidad

de deposicin. La velocidad de deposicin en cambio est directamente vinculada

a W.F.S. de la soldadura semiautomtica.

Si es aceptable por ejemplo realizar una soldadura dada con una W.F.S. de

200pulg / min., por tanto una soldadura hecha a 160 pulg / min. (La cual puede

9

presentar todos los requerimientos de calidad) costara aproximadamente 25%

ms que la soldadura realizada con procedimiento optimo. De acuerdo con los

valores la W.P.S. ayudan a asegurar la calidad de la soldadura y la construccin

econmica.

De acuerdo con los requerimientos mnimos del cdigo no puede ser

adecuado, y los requerimientos adicionales, tales como impuestos por un contrato,

pueden ser comunicados a travs de la W.P.S. Por ejemplo, el cdigo D1.1-2010

permite el uso de un E71T-11 F.C.A.W. para soldaduras de pasadas mltiples sin

ninguna restriccin en el espesor de la plancha. El electrodo E71T-11 de la

Lincoln Electric tiene un mximo de restriccin de un espesor impuesto por el

fabricante de pulgadas (12,7mm). Este requerimiento adicional puede ser

incorporado en la aplicacin de la W.P.S. Otras recomendaciones que pueden ser

impuestas por el fabricante del acero, fabricante del electrodo u otros pueden y

deberan ser documentados en la W.P.S.

I.4.- ESPECIFICACIONES DE PROCEDIMIENTOS DE

SOLDADURA PRECALIFICADO.

El cdigo D1.1 AWS permite el uso de W.P.S precalificado. Las W.P.S

precalificadas son aquellas que el comit del D1.1 AWS ha determinado que tiene

una historia de ejecucin aceptable, y no estn sometidas a una calificacin

impuesta por otros procedimientos de soldadura. El uso de W.P.S. precalificado

no excluye los requerimientos en un formato escrito y que sean usados soldadores

debidamente calificados.

Todos los suministros de destrezas impuestos en la seccin de fabricacin

del cdigo aplican a las W.P.S. precalificadas. El nico requerimiento del cdigo

que se excepta para la precalificacin es el ensayo mecnico y no destructivo

requerido para ensayo de calificacin de procedimientos de soldaduras.

Los procedimientos de soldaduras precalificados deben estar de acuerdo

con todos los requerimientos precalificados en el cdigo. La falla se ajusta con una

simple condicin de precalificada que elimina la oportunidad para que el

procedimiento de soldadura sea precalificado. A fin de que una W.P.S. sea

precalificada, las siguientes condiciones deben ser conocidas:

El proceso de soldadura debe ser precalificado. Solo S.M.A.W, S.A.W.,

G.M.A.W. y F.C.A.W. (excepto G.M.A.W-S) pueden ser precalificados (D1.1-

2010, pargrafo 3.2.1) pag. 59.

10

La combinacin del metal base/relleno debe ser precalificado. Los metales base

precalificados, metales de relleno y las combinaciones son mostrados en D1.1-

2010, pargrafo 3.3 pag. 59, tabla 3.1 pgs. 64, 65, 66, 67.

El precalentamiento mnimo y temperatura entre pasadas preescrito en D1.1-

2010, pargrafo 3.5 pag. 60, tabla 3.2 pag. 68 debe ser empleado.

Requerimientos especficos para varios tipos de soldaduras debe mantenerse.

Las soldaduras de filetes deben ser de acuerdo con D1.1-2010 pargrafo 3.9,

pag. 61 Las soldaduras de tapn y acanaladas de acuerdo con D1.1-2010

pargrafo 3.10 pag. 61, Para soldaduras de ranuras, si la penetracin de la

junta es parcial o completa, las dimensiones requeridas se muestran en D1.1-

2010, pargrafo 3.11 pag. 61.

Aun si los detalles de juntas precalificados son empleados, el procedimiento

de soldadura debe ser calificado mediante ensayos si otras condiciones

precalificadas no se conocen. Por ejemplo, si un detalle precalificado es usado en

un acero que no figure en ninguna lista, los procedimientos deben ser calificados

mediante ensayos. El estatus de precalificado requiere estar de acuerdo a una

variedad de parmetros procedimentales ampliamente contenido en D1.1-2010,

tabla 3.7 pag. 73, incluyendo dimetros mximos de electrodos, corriente de

soldadura, espesor del pase de raz, espesor del pase de relleno, tamao de la

soldadura de filete pasada simple y capas de soldadura pasada simple. En adicin

a los requerimientos precedentes, la soldadura desarrollada con W.P.S.

precalificada debe estar de acuerdo con las otras provisiones del cdigo contenido

en la seccin de fabricacin de D1.1-2010, pag. 193.

El cdigo no supone que una W.P.S. automticamente alcanzar las

condiciones de calidad requeridas por el cdigo. Es responsabilidad del contratista

asegurar que los parmetros particulares relacionados dentro de los

requerimientos de W.P.S. precalificados son apropiados para la aplicacin

especfica.

Considere una W.P.S. hipottica para realizar una soldadura de filete de

de pulgada (6,35mm) en un acero A36 de 3/8 de espesor en posicin plana. El

tipo de soldadura y el acero son precalificados. Se selecciona el proceso de

soldadura por arco sumergido S.A.W. precalificado. El metal de relleno

seleccionado es F7A2-EM 12K, presentando los requerimientos del D1.1-2010,

tabla 3.1 pag. 64. No se especifica precalentamiento ya que no sera requerido de

acuerdo al D1.1-2010, tabla 3.2 pag. 68. El dimetro del electrodo seleccionado es

3/32 pulgadas (2,38mm), menor que al mximo especificado en D1.1-2010,

tabla 3.7 pag. 73. El mximo tamao de la soldadura de filete pasada simple en la

posicin plana, de acuerdo a D1.1-2010, tabla 3.7 pag. 73, es ilimitado, as que el

11

tamao de filete de puede ser calificado. El nivel de corriente seleccionado

para hacer esta soldadura de filete en particular es de 800 amp, menor que los

1000 amp. al mximo especificado en D1.1-2010, tabla 3.7 pag. 73.

Sin embargo, el nivel de amperaje impuesto en el dimetro del electrodo

para el espesor del acero sobre el cual se va a realizar no presentara los

requerimientos del D1.1-2010, pargrafo 5.3.1.2 pag. 193. Esto muestra que de

acuerdo con todas las condiciones precalificadas no garantizan que las

combinaciones de las variables seleccionadas generaran siempre una soldadura

aceptable.

Es responsabilidad del contratista verificar las conveniencias de los

parmetros sugeridos antes de que el soldador aplique el procedimiento actual en

un proyecto, aunque el ensayo de comprobacin no necesita ser sometido a un

cambio pleno de los ensayos de calificacin de procedimientos impuestos por el

cdigo.

Los ensayos tpicos sern realizados para determinar la calidad del

depsito de la soldadura (fusin, libre de inclusiones de escorias, unin de

cordones de soldaduras). La plancha podra ser examinada por ensayos no

destructivos o como comnmente se hace, cortada, pulida, y atacada con acido.

Las soldaduras hechas con W.P.S. precalificadas que presentan requerimientos

dimensionales fsicos (tamao de soldadura de filete, niveles mximos de refuerzos

y requerimientos del perfil superficial) y dignas de confianza (fusin adecuada, y

libre de excesivas inclusiones de escorias y porosidad) presentaran los

requerimientos de resistencia y ductilidad impuestos por el cdigo para

procedimientos de soldaduras calificados mediante ensayos.

I.5.- GUA PARA PREPARAR LA ESPECIFICACIN DE

PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURAS PRECALIFICADAS

Cuando se desarrolla W.P.S. precalificadas, el punto de inicio son unos

parmetros apropiados de soldaduras para la aplicacin a ser considerada. Los

parmetros para soldadura sobre cabeza naturalmente variarn de aquellos

requeridos para la posicin plana. El espesor del material dispone el tamao de los

electrodos y correspondientes niveles de corrientes. Los metales de rellenos

especficos seleccionados reflejarn los requerimientos de la resistencia de la

junta. Muchos otros puntos deben ser considerados. Dependiendo del nivel de

familiaridad y comodidad que el contratista tiene con los valores particulares

seleccionados, un modelo de soldadura puede ser apropiado. Una vez que los

12

parmetros son establecidos, es esencial inspeccionar cada uno de los parmetros

que estn de acuerdo con el D1.1. El prximo paso es documentar por escrito, los

valores de la W.P.S. el fabricante puede utilizar cualquier formato conveniente.

Un formato de muestra es incluido en el anexo N del cdigo D1.1-2010, pag. 354.

I.6.- PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURAS CALIFICADOS

MEDIANTE ENSAYOS

Existen dos razones primarias de el porque los procedimientos de

soldadura pueden ser calificados mediante ensayos. En primer lugar, puede ser un

requerimiento contractual. Segundo, una o mas condiciones especficas

encontradas en la produccin puede desviarse de los requerimientos

precalificados.

En cada caso, un ensayo de soldadura puede ser hecho antes de establecer

la W.P.S. final.

El primer paso en la calificacin de un procedimiento de soldadura

mediante ensayos es determinar el procedimiento a calificar. Las mismas fuentes

citadas para los puntos de inicio de las W.P.S. precalificadas podran ser usadas

para las W.P.S. calificadas mediante ensayos. En el caso ms simple, las

condiciones exactas que sern encontradas en produccin sern repetidas en el

ensayo de la calificacin del procedimiento. Los parmetros para el ensayo de

soldadura son registrados en un registro de calificacin de procedimiento

(P.Q.R.). Los valores actuales usados deben ser registrados en este documento.

El voltaje por ejemplo, puede ser de 30V, pero actualmente 29 Voltios

fueron usados en la plancha. Los 29V deben ser registrados.

Despus que la plancha del ensayo es soldada y enfriada, es sometida a

inspeccin visual y no destructiva como lo prescribe el cdigo. La calificacin de

los ensayos son descritos en D1.1-2010 pargrafo 4.4, pag. 126.

Para que sean aceptables, las planchas del ensayos deben primero pasar la

inspeccin visual seguida de examinacin no destructiva (N.D.E.) (D1.1-2010,

pargrafos 4.9.1, 4.9.2), pag. 127 y 128 respectivamente Segn la opcin del

contratista pueden usarse ensayos radiogrficos (R.T.) o ensayo por ultrasonido

(U.T.).

Los ensayos mecnicos requeridos involucran ensayos de doblez

(seguridad) macro-ataque (seguridad) y ensayos de traccin de seccin reducida

(resistencia). Para la calificacin de procedimientos en acero con propiedades

13

mecnicas significativamente diferente, es aceptable una muestra de doblez

longitudinal (D1.1-2010, pargrafo 4.9.3.2), pag. 128. Todos los ensayos de

traccin del metal de la soldadura son requeridos para metales de relleno que no

figuran en ninguna lista.

La naturaleza de las muestras de doblez es una funcin del espesor del

acero involucrado. El nmero y tipo de ensayos requeridos estn definidos en

D1.1-2010, tablas 4.2, pgs. 139 y 140, y tablas 4.3 y 4.4, pag. 141.

Una vez que el numero de ensayos son determinados, la plancha de ensayo

es seccionada y las muestras maquinadas para el ensayo. Los resultados de los

ensayos son registrados en el P.Q.R. de acuerdo con el cdigo D1.2010, si los

resultados del ensayo presentan todos los requerimientos prescritos, el ensayo es

exitoso y los procedimientos de soldadura pueden estar soportados por un P.Q.R

exitoso. Si los resultados del ensayo son desafortunados, el P.Q.R no puede ser

usado para respaldar la W.P.S.

Es importante conservar los P.Q.R de los ensayos exitosos, ya que pueden

ser valiosos en el futuro cuando otro procedimiento de soldadura similar sea

contemplado para el ensayo.

El criterio de aceptacin para varios ensayos est preescrito en el Cdigo.

Los limites especficos en el tamao, ubicacin, distribucin y tipo de indicacin de

las muestras de doblez estn preescritos en D1.1-2010, pargrafo 4.9.3.3, pag. 128.

I.7.- ESCRITURA DE LAS W.P.S DE PQR EXITOSOS

Cuando los ensayos requeridos son exitosos, los procedimientos de

soldaduras pueden ser escritos del P.Q.R. los valores registrados en el P.Q.R. son

transcritos en un formato separado, ahora conocido como W.P.S.

Es posible escribir una o ms W.P.S de un P.Q.R. exitoso. Los

procedimientos de soldaduras que son lo suficientemente similar para aquellos

ensayados pueden ser soportados por el mismo P.Q.R. variaciones importantes de

aquellas condiciones, sin embargo requiere calificacin adicional del ensayo.

Cambios lo suficientemente significativos para garantizar ensayos

adicionales (recalificacin) son considerados variables esenciales, y estas aparecen

en D1.1-2010, tablas 4.5, pgs. 142,143 y 144 y tabla 4.6, pag. 145 y tabla 4.7 pgs.

146 y 147.

Por ejemplo, considere un procedimiento calificado S.M.A.W. mediante

ensayo usando un E-8018-C3 de ese ensayo es posible escribir una W.P.S. que use

14

E-7018 (ya que existe una disminucin de la resistencia del electrodo); pero no

sera admisible escribir una W.P.S que use un E-9018-G.

El rango de los tipos de soldaduras y las posiciones calificadas por varios

ensayos listados en D1.1-2010, tabla 4.10, pag. 150. Esta es la mejor tabla usada,

no tanto como un hecho despus de la evaluacin de la aplicabilidad de los ensayos

ya realizados, pero si para la planificacin de los ensayos de calificacin.

Por ejemplo, una plancha de ensayo conducida en la posicin 2G califica la

W.P.S. para usarse en cada posicin 1G y 2G. Aun cuando el primer uso

anticipado de la W.P.S. puede ser para la posicin 1G, puede ser aconsejable

calificar en la posicin 2G para obtener uso adicional de esta plancha de ensayo.

Similarmente, D1.1-2010, tabla 4.7, pgs. 146 y 147 define que los cambios

pueden ser realizados en los metales base usados en produccin vs. Ensayos de

calificacin. Un acero alterno puede ser seleccionado para el ensayo de calificacin

debido al esfuerzo de flexibilidad adicional para aplicaciones futuras.

Si la calificacin de la W.P.S desarrollada en una geometra de la junta no

precalificada comprueba que es aceptable, las W.P.S. pueden escribirse de ese

P.Q.R. utilizando cualquiera de las geometras de juntas precalificadas (D1.1-

2010, tabla 4.5, item 32), pgs. 142, 143 y 144.

I.8.- EJEMPLOS DE ESPECIFICACIONES DE

PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURAS - W.P.S.

Los dos ejemplos dados anteriormente muestras que las condiciones de las

aplicaciones especficas disponen el desarrollo de la W.P.S. separadas para cada

situacin.

SITUACIN UNO. Una soldadura de filete de cateto (leg) 5/16 conecta

una SHEAR TAB a una columna. Esta soldadura ser realizada en el taller con

la columna en la posicin horizontal. La soldadura de filete es aplicada a ambos

lados de una Shear Tab de , la cual es soldada a una columna W14x311 con

una base de 2. La Shear Tab se hace con un acero A36, mientras la columna

es de A572 Gr50. El ingeniero en soldadura reconoce que por los grados de los

aceros involucrados y por el tipo de soldadura especificada se podra escribir una

W.P.S. precalificada. El proceso seleccionado es soldadura al arco con electrodo

tubular protegido con gas F.C.A.W- GS.

15

Un proceso de soldadura precalificado. De la tabla 3.1, pgs. 64, 65, 66, 67

del cdigo D1.1-2010, una lista de metales de relleno precalificado es suministrada.

Un electrodo E70T-1 es seleccionado debido a uso econmico, velocidad de

deposicin y mnimo tiempo de limpieza. El electrodo opera con corriente directa

DC y polaridad positiva EP. De la experiencia del ingeniero el sabe que un

dimetro del electrodo de 3/32 es apropiado para la aplicacin, y especifica que el

gas de proteccin sera CO2 sobre la recomendacin del fabricante del electrodo y

de su bajo costo. De la tabla 3.2, pgs. 68, 69, 70 del cdigo D1.1-2010, se

selecciona el precalentamiento. Es controlado por el espesor del acero, que es la

base de la columna y el precalentamiento mnimo requerido debe ser de 150 F

(65,56 C) dado que el espesor de la base de la columna es de 2 . De las

recomendaciones del fabricante de electrodo, se selecciona 460 amperios y 31

voltios. Basado en la experiencia, se usa una velocidad de soldadura de

aproximadamente 15-17 pulg/min. Si existe alguna duda, se ensaya una soldadura

de filete para verificar la velocidad de avance para un amperaje dado.

SITUACIN DOS. La segunda soldadura es tambin una soldadura de

filete de 5/16 pero ser realizada en el campo entre la Shear Tab descrita

anteriormente y el alma de la viga. La viga es W36x150, de acero A36. La

soldadura debe ser hecha en posicin vertical.

El ingeniero en soldadura reconoce que la W.P.S. para esta aplicacin

podra ser precalificada si todas las condiciones aplicables son conocidas. El

proceso de soldadura al arco con electrodo tubular (F.C.A.W) es seleccionado

para asegurar soldaduras de calidad bajo condiciones expuestas al viento.

En el cdigo D1.1-2010, tabla 3.1, pags. 64, 65, 66, 67 el ingeniero ubica el

metal de relleno apropiado y selecciona un electrodo tubular con fundente interno

E71T-8, el cual opera con corriente directa, polaridad negativa.

Debido a que la soldadura es en posicin vertical, se especifica un electrodo

de dimetro de 0,068 (1,73mm). Se selecciona un rango medio apropiado para el

procedimiento de la soldadura en posicin vertical, se especifican los parmetros

de 250 amperios 19-21 voltios y una velocidad de avance de 5,5 - 6,5 pulg/min.

La variable que controla es el espesor del alma de la viga, la cual es de 5/8

(15,88mm). En esta situacin la tabla 3.2, pgs. 68, 69, 70 del cdigo D1.1-2010 no

requiere ningn precalentamiento mnimo.

Las dos soldaduras son extraordinariamente similares, aun as los valores

de la W.P.S. especificados son significativamente diferentes. Para asegurar que la

16

calidad de las soldaduras suministradas sea un tanto econmica, es imperativo que

un conocedor individual establezca los valores de la W.P.S y deban ser cumplidas

durante la fabricacin y montaje.

I.9.- REVISIN Y APROBACIN DE LAS W.P.S.

Despus que una W.P.S es desarrollada por el constructor, el inspector

debe verificar que todas las W.P.S. han sido aprobadas por el ingeniero (A.W.S.

D1.1-2010, pargrafo 6.3.1 y 6.3.2, pag. 220). Esto aplica si la W.P.S ha sido

calificada por ensayos para ser conformadas por el ingeniero para su aprobacin

(D1.1-2010, pargrafo 4.2.1) pag.125.

I.10.- APROBACIN DE LAS W.P.S. PRECALIFICADAS.

Las W.P.S precalificadas son necesarias que sean revisadas por el

inspector. Los procedimientos de soldaduras calificados mediante ensayos, a

excepcin de una W.P.S precalificada, son necesarias que sean revisadas por el

ingeniero (D1.1-2010, pargrafo 4.1.1, pag. 125.). Sin embargo, el uso de una junta

precalificada no excepta al ingeniero del uso de su criterio de ingeniero en la

determinacin de la conveniencia de la aplicacin para estas juntas (D1.1-2010,

pargrafo 3.1, pag. 59).

El cdigo es claro en que el inspector es necesario para inspeccionar todas

las W.P.S. Para W.P.S precalificadas, La revisin requerida por el inspector no

exige especficamente una determinacin en cuanto a la conveniencia del

procedimiento para la aplicacin en particular, pero ms bien necesita que el

procedimiento se ajuste a los requerimientos del cdigo. Como se estableci

anteriormente, el ingeniero no esta exceptuado de ejercitar un criterio de

ingeniera cuando se usan detalles de juntas precalificadas.

I.11.- REVISIN Y APROBACIN DE LA W.P.S. CALIFICADAS

MEDIANTE ENSAYOS.

El cdigo exige que el inspector revise todas las W.P.S. calificadas mediante

ensayos y tambin exige la aprobacin del ingeniero. La lgica detrs de estas

aproximaciones de aprobacin es que mientras las W.P.S. precalificadas estn

basadas sobre practicas de soldaduras documentadas, bien establecidas y

comprobadas por largo tiempo, las W.P.S calificadas mediante ensayos pueden

utilizar nuevos, conceptos controversiales y algunas veces no comprobados. Las

17

W.P.S calificadas mediante ensayos no estn automticamente sometidas a las

mismas restricciones que pudieran aplicar a las W.P.S precalificadas.

Aun cuando los ensayos de calificacin requeridos han demostrados la

adecuacin de las W.P.S particular bajo condiciones de ensayos mas all del

examen hecho por el ingeniero es justificado para asegurar que es aplicable para

la situacin particular encontrada en produccin.

Dos ejemplos abajo muestran las diferencias filosficas que un ingeniero en

soldadura puede sufrir cuando evala una W.P.S calificada por ensayos.

SITUACIN UNO. Un contratista desea usar una W.P.S que por lo dems

seria precalificada, a excepcin por un cambio en el detalle de la junta. Basado en

la experiencia y algunos ensayos informales, el contratista ha determinado que un

detalle de ranura modificado reducir el volumen requerido del metal de la

soldadura sin afectar la calidad. El detalle de la junta es similar a una B-U2a-GF,

fig. 3.4 pag.95 excepto que la abertura de la raz y ngulos de la ranura se desvan

de los requerimientos precalificados mostrados en D1.1-2010. Especficamente, la

combinacin de una abertura de raz de 1/8 (3,17mm) con un ngulo incluido de

45 cuando se aplica a una plancha de de espesor suministra una configuracin

aproximadamente optima para el procedimiento de este contratista que utiliza el

proceso F.C.A.W-G.

Dado que estos cambios dimensionales van ms all de los lmites

permitidos por las tolerancias del detalle para la junta especifica, puede ser

calificado mediante ensayos. El problema ms probable con esta aproximacin

seria el problema de tipo de fusin. El ensayo de calificacin necesario como se

esboza en D1.1 2010 en la tabla 4.2, pags. 139 y 140 requieren dos ensayos de

traccin de seccin reducida y cuatro ensayos de doblez de lado. Dos de estos

ensayos el de doblez en particular, revelar rpidamente cualquier problema con

la fusin. Una P.Q.R. por fortuna convencera al ingeniero quien es necesario para

aprobar este procedimiento.

SITUACIN DOS. Un acero nuevo esta contemplado para la construccin,

y el productor del acero exige que pueda ser soldado con niveles de

precalentamiento reducido. No puede ser precalificado debido a que el acero no

esta precalificado, y los niveles de precalentamiento estn por debajo de los lmites

precalificados. A fin de calificar el procedimiento para espesores ilimitados, D1.1-

2010, tabla 4.2, pags. 139 y 140 necesitan que la plancha de ensayo sea de 1

(2,54cm) o ms gruesa. El contratista califica el procedimiento de soldadura en un

18

acero de 1, aunque la aplicacin actual utiliza un acero de 4 de espesor. La

configuracin de la junta actual usada para la calificacin del ensayo es una junta

a tope con ranura en V doble, soldadas por ambos lados.

La plancha del ensayo no es precalentada antes de la fabricacin (aunque a

temperatura ambiente) donde se desarrolla la calificacin del ensayo es de 70F

[21,1C]). Despus que se aplica el primer pase de soldadura, la temperatura del

acero aumenta muy por encima de la temperatura ambiente. Se aplica un segundo

pase de soldadura al primer lado. De inmediato la plancha es invertida y el pase

de raz es sacado. Mientras la temperatura entre pasadas esta todava por encima

del ambiente, se suelda el segundo lado de la junta. Finalmente, la plancha es

volteada una o ms veces, y el primer lado de la junta se suelda hasta culminarlo.

La plancha de ensayo es sometida a todos los ensayos que rige el cdigo, y

afortunadamente satisface los requerimientos del cdigo. El contratista presenta el

procedimiento al ingeniero para su aprobacin, afirmando que estos ensayos han

comprobados su soldabilidad del nuevo acero y que no requiere precalentamiento.

Mientras es cierto que los requerimientos regidos por el cdigo fueron

ejecutados, la conveniencia de este procedimiento de soldadura para la

fabricacin actual no fue establecida.

Las dimensiones relativamente pequeas asociadas con la placa de ensayo

(1 de espesor por 14 de ancho mnimo por 30 de longitud [2,54x35, 56x76,

2cm] de acuerdo al cdigo D1.1-2010) no son suficiente para duplicar la

restriccin o velocidad de enfriamiento encontrada en la estructura. Estos

resultados impactarn la micro estructura de la zona afectada por el calor

(H.A.Z.), la velocidad de difusin del hidrogeno y los niveles de esfuerzos

residuales todos estos elementos afectan el agrietamiento de la soldadura. En

adicin, excepto el pase de raz, todos los pases de soldadura tuvieron el beneficio

de la temperatura entre pasadas ms altas. Adems, el pase de raz hecho sin

precalentamiento, fue sacado cuando el segundo lado era soldado. Aunque no fue

aplicado precalentamiento, el acero que estaba en el taller a temperatura

ambiente, efectivamente califica para una temperatura de precalentamiento de

70F.

El ingeniero puede ver la segunda W.P.S. con un mayor grado de

evaluacin que la primera. Seria razonable exigir ensayos de soldabilidad a fin de

comprender mejor el comportamiento probable de este procedimiento de

soldadura propuesto. Una escala mayor de un modelo restringido seria necesario

para evaluar la restriccin actual y condiciones de enfriamiento.

19

Cuando las W.P.S calificadas mediante ensayos son revisadas, existen tres

elementos distintos a revisar. Primero, el registro de calificacin de procedimiento

(P.Q.R.) es evaluado para asegurar que todos los ensayos requeridos fueron

desarrollados, verificando que el espesor apropiado del material, posiciones de la

soldadura y nmero de ensayos requeridos fueron desarrollados.

Segundo, los resultados de los ensayos son examinados para estar seguros

que los requerimientos del cdigo fueron cubiertos.

Finalmente la W.P.S se compara con el P.Q.R. Esto consiste en una

comparacin de los requerimientos del D1.1-2010, tabla 4.5, pgs. 142, 143 y 144

as lo relaciona para cualquier diferencia entre el P.Q.R y la W.P.S. en cuanto a

los requerimientos de los aceros usados en el ensayo versus aquellos listados en la

W.P.S son indicados en D1.1-2010 tabla 4.6, pgs. 145.

I.12.- AYUDAS ANALTICAS BASADAS EN PROCEDIMIENTOS DE

SOLDADURAS DOCUMENTADOS SON OFRECIDOS A LOS INGENIEROS

PARA EVALUAR LAS W.P.S.

Para proyectos de acero estructural, el cdigo que tpicamente rige es el

D1.1 Structural Welding Code-steel y las especificaciones de procedimientos de

soldaduras W.P.S. que son la parte central para controlar la calidad de la

soldadura en estas aplicaciones. Aunque el contratista escribe la W.P.S como

propsito primario para instruir al soldador. Es necesario que un ingeniero revise

los datos para emitir algn comentario y su aprobacin. Este informe contiene

algunas herramientas para ayudar al ingeniero en este proceso. No es la intencin

de los autores proveer una leccin exhaustiva sobre como revisar las W.P.S., sino

ms bien suministrar unas pocas nuevas herramientas analticas para el uso de los

crticos. Mientras se basan en el cdigo A.W.S. D1.1- 2010, estas herramientas son

tambin aplicables a otras situaciones de soldaduras. Estas herramientas estn

basadas en aproximadamente 270 procedimientos de soldaduras diferentes

documentados (Ref. 2,3). Procedimientos que fueron incluidos para: S.M.A.W.,

G.M.A.W., F.C.A.W.-S, F.C.A.W.-G. y S.A.W. con electrodo simple, paralelo y

mltiple. Esta base de datos es en general representativa de los procedimientos

tpicos de fabricacin en acero estructural y fue usada para desarrollar las

ecuaciones y los tpicos presentados aqu.

20

I.13.- ENTRADA DE CALOR

Cuando se evalan procedimientos de soldadura, tal vez el aspecto de

mayor dificultad es determinar la combinacin de amperaje, voltaje y velocidad

de avance que ser aceptable para una aplicacin dada.

Estas tres variables afectan directamente la entrada de calor, que es una

medida de la cantidad de energa transferida durante el proceso de la soldadura.

La entrada de calor se calcula como sigue:

60 EI (1)

1000 S

Donde; E = Voltaje del arco, I = corriente, S = velocidad de avance,

pulg. / min. (mm / min), H = entrada de calor, KJ / pulg. (KJ / m.m.).

La entrada de calor usualmente es asociada con la relacin de enfriamiento

de la soldadura y la zona afectada por el calor (H.A.Z.), sin embargo, la entrada

de calor es tambin directamente proporcional al tamao de la seccin transversal

del cordn individual de soldadura.

Figura 1

La figura 1 muestra el tamao del incremento de la soldadura de filete

tanto como el incremento de la entrada de calor.

H =

21

I .14.- TAMAO DE LA SOLDADURA DE FILETE

Basado entre la relacin de la entrada de calor y el tamao de la soldadura,

es posible predecir el tamao de una soldadura de filete si se conoce la entrada de

calor. La siguiente relacin es precisa tpicamente al tamao redondeado de la

soldadura de filete.

(2)

Donde, W = tamao del cateto o lado del filete, pulg. (mm) y H = entrada

de calor, Kj / pulg. (Kj / mm.).

Cuando se calcula el valor decimal se convierte en el tamao de la

soldadura de filete ms prximo en incrementos normalizados, tpicamente 1/16

pulg. (1 mm.), el tamao del cateto pronosticado es tpicamente igual al tamao

de la soldadura actual. La misma ecuacin puede ser usada para predecir los

niveles de entrada de calor para varios tamaos de soldaduras de filetes.

500 W 2 U.S.

(3)

W 2

MTRICA

30.3

Esto, permite predecir rpidamente la entrada de calor que ser alcanzada

de acuerdo al requisito del tamao de la soldadura. Si, por ejemplo, se realiza una

soldadura de filete en un solo pase de (12,7 mm.), la entrada de calor sera

aproximadamente de 125 Kj / pulg. (5 Kj / mm.).

El ejemplo siguiente muestra como se evaluara un procedimiento

propuesto para determinar si los valores elctricos podran producir el tamao de

soldadura de filete esperado.

Ejemplo 1:

Un contratista propone el proceso de soldadura por arco sumergido

(S.A.W.), para realizar una soldadura de filete de 5/16 usando los siguientes

H =

H =

W= H/500 U.S.

W = 5.5 H Metrica

22

parmetros: dimetro del electrodo, 5/32; corriente directa C.D., polaridad

negativa, corriente: 575 amperios, voltaje; 34 voltios; velocidad de avance, 22

pulg. / min.

Es esta combinacin de variables, viable para este tamao de la soldadura

de filete?

DATOS

Proceso: S.A.W.

Tamao Cateto: 5/16 pulgadas.

elect: 5/32 pulgadas

Corriente: 575 amperios CD

Polaridad: negativa

Voltaje: 34 voltios

Velocidad de Avance: 22 pulg. / mm.

CLCULOS:

El procedimiento propuesto es capaz de producir la soldadura requerida.

I.15.- SOLDADURA DE RANURA DE BORDES RECTOS

Con objeto de minimizar los costos de preparacin de la junta, pueden

emplearse soldaduras de ranura en juntas de bordes rectos. Este elemento de

penetracin completa en la junta (C.J.P) no esta precalificado segn el cdigo

A.N.S.I / A.W.S. D 1.1- 2010. Para alcanzar con xito la fusin completa a travs

de la seccin transversal debe lograrse un equilibrio para obtener penetracin

adecuada y evitar an fundir a travs de la junta. Si no se aplica respaldo a la

junta, generalmente es difcil evitar fundir a travs de la junta si el nivel de

penetracin excede aproximadamente el 60 % de la seccin transversal,

particularmente cuando se suelda el primer lado. El segundo lado es ms

resistente a la fusin a travs de la seccin; el factor del 60 % es todava una

buena regla general. Obviamente si alcanza una penetracin menor del 50 % de

H= 60 EI = 60 (34) (575) = 53.3 Kj /Pulgs. (4)

1000S 1000 (22)

W= H/500 = 53.3/500 = 0.326 = 5.2/16

23

cada lado, no se puede lograr una penetracin completa en la junta (C.J.P). Con

el 60 % de cada lado, habr aproximadamente un 20 % de solapamiento entre los

dos pases, suficiente para garantizar la C.J.P.

La mxima entrada de calor que puede ser aplicada mediante el primer

pase de soldadura sin fundir a travs de la junta puede ser estimada como sigue:

Hmax1 = 130t - 15 U.S. (5)

Hmax1 = 0.23t - 60 METRICA

Donde, H = entrada de calor, Kj / pulg. (Kj / mm.) y t = espesor de la

plancha, pulg. (mm.).

Mientras la soldadura del otro lado puede tolerar entradas de calor

mayores hasta:

Hmax2 = 140t - 15 U.S. (6) Hmax2 = 0.22t 0.60 METRICA

Cuando evaluamos las W.P.S podemos usar simplemente mxima absoluta

para prevenir la fusin a travs de la junta.

Hmax = 150t U.S. (7) Hmax = 0.23t METRICA

Las relaciones anteriores estn basadas en el proceso S.A.W con corriente

continua polaridad positiva, el cual es el proceso tpicamente empleado cuando es

necesaria la penetracin profunda para lograr soldaduras de penetracin

completa en la junta (CJP), en juntas a tope con bordes rectos.

La figura 2 muestra 42 procedimientos de soldadura por arco sumergido,

las juntas de la referencia 3 y las ecuaciones indicadas anteriormente.

Esto nos da alguna idea de las entradas mximas de calor que pueden ser

toleradas para evitar fundir a travs de la junta pero con objeto de alcanzar la

penetracin apropiada, la entrada de calor debera ser al menos el 70 % del valor

mximo. Ver el ejemplo siguiente.

24

Figura 2

Ejemplo 2

Una especificacin de procedimiento de soldadura propuesta comprende

una soldadura de penetracin completa en la junta (CJP), en una junta a tope de

bordes rectos de acero cuyo espesor es de ". Se va a usar el proceso S.A.W. con

los siguientes parmetros: dimetro del electrodo; 3/16", corriente continua

polaridad positiva, lado 1 (750 amp.), lado 2 (850 amp.); voltaje lado 1 (35 volt.)

lado 2 (36 volt.), velocidad de avance (32 38 pulg. / min.).

El rango de la velocidad de avance seria entre el 10% del valor nominal

35 pulg. /min. Se producir la fusin a travs de la junta?.

La entrada de calor por el primer lado se calcula con la menor velocidad de

avance propuesta que nos suministrar la mayor entrada de calor.

DATOS

Proceso: S.A.W

Espesor: pulg

electrodo: 3/16"

Tipo corriente: C.D.

Tipo polaridad: +

25

LADO 1

LADO 2

Velocidad de Avance

CALCULOS:

60 EI 60 (35) (750) (8)

LADO 1 1000S 1000 (32)

Hmax1 = 130t 15 = 130 (1/2") 15 = 50 Kj / pulg. (9)

La fusin a travs de la junta no ocurrir con los parmetros ms altos del lado 1.

60 (36) (850) (10)

LADO 2 1000 (32)

Hmax2 = 140 (1/2) 15 = 55 Kj / pulg. (11)

Estos valores podran predecir que la fusin a travs de la seccin podra

ocurrir. Un aumento a 34 Pulg / min., disminuira la entrada de calor a 54 Kj /

pulg. a un nivel aceptable. Esta W.P.S. propuesta no podra ser precalificada

debido al espesor del metal base, as que un P.Q.R. debera acompaar la W.P.S.

propuesta. Una evaluacin de las velocidades de avance actual usadas seria

aconsejable. Debera ser lo mejor para controlar la mnima velocidad de avance

para prevenir la fusin a travs de la junta.

I.16.- NIVELES MINIMOS DE ENTRADA DE CALOR PARA SOLDADURAS

DE PASADAS MULTIPLES.

El cdigo de soldadura estructural A.N.S.I / A.W.S D1.1-2010 establece el

tamao mnimo de la soldadura de filete como una funcin del espesor del

material. Esto no es por razones de diseo, pero s para asegurar la entrada de

calor de la soldadura que ser en proporcin al espesor del material a fin de evitar

problemas tales como fusin incompleta, endurecimiento inaceptable de la zona

750 amp.

35 volts.

850 amp.

36 volts.

32 - 38

pulg./ min.

H = = = 49,2 kg / pulg.

H = = 57,4 kg / pulg.

26

afectada por el calor (H.A.Z.). Como ha sido demostrado previamente, es posible

estimar la entrada de calor requerida para realizar una dimensin de soldadura

de filete dado. As, para un espesor de plancha dado, es posible estimar la mnima

entrada de calor necesaria con objeto de lograr el requisito mnimo de las

dimensiones de las soldaduras de filetes. El procedimiento ms directo es el

mtodo en el cdigo, que es para especificar el tamao mnimo de la soldadura de

filete. Sin embargo, para soldaduras de pasadas mltiples, es igualmente

importante que la entrada de calor para cada pase de soldadura dado sea lo

suficientemente alta tanto como para asegurar la fusin y evitar la evolucin de

durezas inaceptables en la zona afectada por el calor (H.A.Z.). La siguiente

relacin ha sido derivada a fin de estimar el nivel mnimo de entrada de calor

necesario, basada sobre el espesor de acero el cual va a ser soldado.

Hmin = 30t2 + 15t U.S. (12) t

2 t

550 40 METRICA

Donde H = entrada de calor, Kj / pulg. (Kj / mm.) y t = espesor de la

plancha en pulg. (mm.).

Puesto que es una ecuacin para evaluar la entrada de calor, y dado que el

asunto aqu es el mnimo nivel de entrada de calor, la ecuacin ha sido basada

sobre el menor nivel de entrada de calor asociado con las soldaduras de filete de

pasada simple.

En caso de que no sea necesario aumentar la entrada de calor ms all del

nivel de 50 Kj / pulg. (2 Kj / m.m.), suministrar electrodos de bajo hidrogeno esto

es consistente con el mandato del cdigo que la soldadura de filete no sea mayor

de 5/16" (8 mm.), indiferente del espesor de la plancha, cuando se usen electrodos

de bajo hidrogeno y los procesos que sean usados.

I.17.- NMERO DE PASES DE SOLDADURAS REQUERIDOS

Cuando un detalle de junta dado ha sido establecido, es posible estimar con

razonable precisin el nmero de pases que son anticipados para completar la

junta soldada. Para determinar analticamente el nmero de pases, se puede usar

la siguiente ecuacin.

300Wt U.S. (13)

H

Hmin = +

N =

27

11Wt METRICA

H

Donde Wt = peso de metal de soldadura por longitud de soldadura, libras /

pie (Kg / mm.).

Ejemplo 3

Una WPS propuesta utiliza una entrada de calor de 240 Kj / pulg. (9,5 Kj /

m.m.), y sugiere una soldadura de filete de 1, 75 pulg. (44 mm.) La cual puede ser

efectuada en 7 pases. Es esto vlido? tal soldadura de filete requiere

aproximadamente 5,7 libras de metal de soldadura por pies.

300Wt 300 x 5.7

(O.K) (14)

H 240

I.18.- ESPESOR DEL PASE DE RAZ

El pase de raz de una soldadura de ranura es usualmente el pase de mayor

dificultad de realizar y puede ser la parte ms crtica de la soldadura,

dependiendo de la aplicacin de la junta.

Pases de raz excesivamente gruesos a menudo contienen inclusiones de

escoria y penetracin incompleta. El espesor del pase de raz en soldaduras de

ranuras basada en la entrada de calor calculada de los parmetros de soldadura

puede ser estimada de la siguiente relacin.

El rea de la seccin transversal de un depsito de soldadura en un pase es

igual a:

H (15)

1000

El rea de la seccin transversal para una soldadura de ranura en bisel o

ranura en V (sin refuerzo) es igual a:

h2 tang h2 tang (16)

2 2

Donde h = espesor del pase de raz, en pulgadas (no incluye cualquier

penetracin); R = abertura de raz en pulg.; = ngulo del bisel N 1; = ngulo

del bisel N 2 y H = entrada de calor, Kj / pulg.

Combinando las dos relaciones tenemos:

N =

N = = = 7,125

A =

A = hR + +

28

H h

2 tang h2 tang (17)

1000 2 2

Una vez simplificada, el espesor del pase de raz h es estimado de:

- 1000 R (1000 R)2 2000 H (tang tang)

1000 (tang tang)

Note que h est definido como la cantidad de metal de soldadura formado

en la cima de la superficie previa. No incluye cualquier penetracin de raz.

Estas relaciones tambin pueden ser usadas para determinar el mximo

nivel de entrada de calor aceptable para una geometra de raz especfica si el pase

de raz se mantiene a un espesor especfico. Por ejemplo, D 1.1 2010, Tabla 3.7,

pag 73, restringe el espesor del pase de raz de una W.P.S. precalificada para

varios procesos.

Despejando H de la ecuacin anterior tenemos la siguiente ecuacin:

H = 1000hR + 500h2tang + 500h2tang (19)

Si la altura mxima permisible del cordn, h es igual a 3/8" (9,5 mm.)

(S.M.A.W. posicin plana, G.M.A.W., F.C.A.W. segn D1.1), entonces la entrada

de calor mxima de calor mxima permisible puede ser calculada mediante la

resolucin de la ecuacin.

Hmax = 375R + 70.3 (Tang + tang) (20)

Esta ecuacin es vlida solo para h igual a 3/8" (9,5 mm.), sin embargo,

podramos determinar la mxima entrada de calor para otras posiciones variando

las alturas mximas del cordn.

Ejemplo 4

Considere un detalle de junta precalificada B U4a GF con una abertura

de raz de 1/8" y un ngulo incluido de 30 ( = 30), = 0. La mxima entrada de

calor para el pase de raz no debe exceder de 180 Kj / pulg y el mximo espesor

debe ser de 3/8".

= hR + +

h = + + +

+ (18)

29

I.19.- DETALLES DE LA RAZ DE SOLDADURA

La geometra especfica para una soldadura de ranura con penetracin

completa en la junta (C.J.P) que se desva de las condiciones precalificadas sera

evaluada para determinar si la geometra favorece a las soldaduras sin defectos

que estaran libres de discontinuidades excesivas y grietas inaceptables. Las

combinaciones aceptables de aberturas de raz y ngulos incluidos son

importantes para asegurar que el agrietamiento en la lnea central del cordn no

evolucione debido a una inapropiada relacin ancho-profundidad. En general la

relacin ancho profundidad recomendada para restringir el agrietamiento en la

lnea central del cordn varia de 1.0 a 1.4. La siguiente ecuacin puede ser usada

para evaluar cualquier combinacin de soldaduras de ranuras en bisel o en V

para asegurar que esta relacin sea alcanzada.

W R + h (tang + tang ) (21)

d h + P

Donde, W = ancho del cordn; d = profundidad del cordn; R = abertura

de la raz; = ngulo del bisel N 1; = ngulo del bisel N 2; P = profundidad de

la penetracin y h = altura del cordn.

El espesor del pase de raz (h) puede ser calculado de la relacin

presentada anteriormente. La profundidad del cordn (d) es igual a h + p.

Calculando la profundidad de penetracin es ms difcil, pero para propsito de

evaluar procedimientos, un estimado de 0.125 pulg. Identificar prudentemente

las juntas donde puedan existir problemas de ancho profundidad. Esto no

implica sin embargo, que este nivel de penetracin siempre se logra.

Logrando la geometra apropiada de la raz contribuir a evitar el

agrietamiento en la lnea central del cordn, pero esto no asegura la presencia de

falta de fusin o inclusiones de escorias. Esto se verifica mejor mediante la

evaluacin cuidadosa de las muestras de macro ataque que es parte de la

calificacin del ensayo. Los resultados aceptables de la evaluacin no destructiva

requerida, as como tambin los resultados sucesivos de los requerimientos de las

muestras de doblez, suministrarn garanta de una soldadura sin defectos.

Ejemplo 5

Un detalle de junta no precalificada va a ser soldado con 350 amp., 26

voltios y una velocidad de avance de 10 pulg / min. (H = 54.6 kg. / pulg.). El detalle

=

30

de soldadura de ranura en V doble tiene un ngulo incluido de 35 y una

dimensin de la cara de la raz de 0.25", como lo muestra la figura 3.

Figura 3

El diseo requiere de una soldadura de ranura con C. J. P, y la soldadura

se va a efectuar sin respaldo. Existe la preocupacin que esta situacin puede

resultar en una relacin ancho - profundidad inapropiada, que podra conducir en

una agrietamiento en la lnea central de la soldadura.

Determine la relacin ancho profundidad. Es el agrietamiento de raz

un problema potencial?

- 1000 R (1000 R)2 2000 H (tang tang) (22)

1000 (tang tang)

De aqu que + = ngulo incluido = 35, = , = 17.5

= 17.5

- 1000 (0) (1000x0)2 2000 (54.6)

(2tg17.5)

330.4

1000 (2tg17.5) 630.6

h =

+ + +

h = + + = = 0.524"

+

31

Note que este valor excede el mximo espesor del cdigo de 0.375 pulg.

para la posicin plana. Luego se hace un chequeo de la relacin ancho -

profundidad.

W R + h (tang + tang ) 0 + 0.524 (2tang17.5) (23)

d h + P 0. 524 + 0.1875

W 0.330

d 0.7115

Esta relacin es mucho menor que la menor recomendacin de 1.0 y el

agrietamiento en la lnea central del cordn es una preocupacin. Los

procedimientos sugeridos se imaginan y el P.Q.R apoya lo que sera

cuidadosamente censurado

CONCLUSIONES

La soldadura debe ser desarrollada bajo condiciones que puedan ser

previstas para alcanzar resultados de alta calidad. Una W.P.S es el medio

primario mediante el cual las condiciones de soldaduras apropiadas son

comunicadas al soldador. Es esencial que el soldador desarrolle la soldadura

actual de acuerdo con la W.P.S., pero es igualmente importante que la W.P.S.,

suministre los valores necesarios para alcanzar estas metas. Cuando los

procedimientos de soldaduras fallan fuera de las lneas presentadas, se justifica un

examen ms cuidadoso del procedimiento, y cuando conviene, los servicios de un

ingeniero experto en soldadura, debe ser empleado para evaluar adecuadamente

la conveniencia de una W.P.S propuesta.

RESUMEN

El cdigo D1.1 es especfico en sus requerimientos en cuanto a

procedimientos de soldaduras. Existen beneficios econmicos y de calidad, que se

logran cuando los procedimientos de soldaduras productivos son especificados y

adoptados. Es importante que cada uno involucrado con la secuencia de la

fabricacin-ingeniero, fabricador, constructor, inspector- estn concientes de los

requerimientos del cdigo as lo relaciona los procedimientos de soldaduras.

= =

= = 0.463

32

Anexos

33

34

35