INSPECCIÓN PRÁCTICA DE SOLDADURA EN TALLER Y CAMPO
ALEJANDRO ENRRICO SOTO SOBENIS
RESUMEN
Se describen brevemente las ventajas de la inspección visual preventiva, que es el método de inspección más efectivo y redituable, si se aplica oportunamente con personal capacitado, experimentado y con ética, y se complementa con otros métodos de inspección. Se exponen además, los cambios más importantes que ha sufrido el Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010, con relación al Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2008 y se tratan algunas costumbres o hábitos que influyen en los procesos de fabricación y montaje de las estructuras de acero. INTRODUCCIÓN
Para realizar un Aseguramiento de Calidad efectivo durante los procesos de fabricación y montaje de una estructura de acero, es imprescindible realizar una inspección visual preventiva, para lo cual, el personal responsable deberá, no solamente conocer los planos de fabricación y montaje de ésta, sino también el código de soldadura aplicable, que en su última edición ha sufrido muchos cambios con relación al anterior, los cuales se exponen en los párrafos siguientes. Todas las personas que participan en un proyecto de estructuras de acero, en general tienen el propósito de que dichas estructuras cumplan con los planos oficiales del proyecto y con el nivel de calidad que se exige, pero existe cierta falta de conocimiento de ciertos puntos que aquí se tratan y que facilitarán los procesos de fabricacion y montaje de las estructuras de acero, previniendo además riesgos innecesarios durante estos procesos. ASEGURAMIENTO DE CALIDAD Garantizar la calidad de un producto conforme a alguna especificación escrita, norma, código o reglamento de construcción. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN Con el propósito de asegurar que una estructura de acero se fabricará y montará cumpliendo con las especificaciones del proyecto y con las normas, códigos o reglamentos vigentes, se deben aplicar las técnicas de inspección apropiadas, en forma oportuna, controlada, ordenada y sistematicamente evaluada. Las técnicas o métodos de inspección más usuales son: • Inspección visual
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Inspección con líquidos penetrantes Inspección con ultrasonido Inspección radiográfica INSPECCIÓN VISUAL
Cuando se realiza con personal capacitado, con experiencia, con ética y oportunamente, es decir: antes, durante el proceso y después de soldar, la inspección Visual es el método de inspección más efectivo y redituable. Una Inspección Visual minuciosa aplicada oportunamente, puede prevenir hasta un 90% de los discontinuidades que otros métodos de inspección pueden detectar. La Inspección Visual Preventiva es fundamental para asegurar la calidad de una estructura de acero y los otros métodos de inspección son un complemento de ésta. Estos otros métodos se utilizan para tener un testimonio de la efectividad de la inspección visual preventiva, es decir, son una prueba de que la estructura de acero que se está fabricando, cumple con las normas o especificaciones aplicables. Ningún otro método de inspección puede reemplazar a la Inspección Visual Preventiva. Las normas y especificaciones nacionales e internacionales, requieren de la aceptación visual de una unión soldada, antes de aplicar otros métodos de inspección en ésta. Para realizar una Inspección Visual Preventiva efectiva, se requiere personal capacitado, que tenga la experiencia suficiente y una ética comprobada. Este personal debe tener buena condición física, buena visión, actitud profesional, conocimiento de la terminología de inspección y de soldadura, conocimiento de planos y especificaciones, conocimiento de los métodos de prueba, habilidad para elaborar y mantener archivos, conocimiento de los procesos de soldadura, educación y entrenamiento, experiencia en inspección y ética.
CAMBIOS EN EL NUEVO Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010
El Código de Soldadura Estructural – Acero, es el documento que describe los requisitos de soldadura para las estructuras de acero, incluyendo las estructuras con cargas estáticas, con cargas dinámicas y las estructuras tubulares. El Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010, es el documento básico que rige el proceso de fabricación de las estructuras de acero y que a partir de esta última edición, dejará de publicarse cada 2 años y de ahora en adelante se publicará cada 5 años.
Con relación al Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2008, el Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010, ha sufrido ciertos cambios y los más importantes se resumen a continuación. Nueva Tabla 3.8. Es un listado de las variables que se deben incluir en una Especificación de Procedimiento de Soldadura (WPS) Precalificado y como los cambios que van más allá de ciertos parámetros, requerirán la revisión o la elaboración escrita de una nueva Especificación de Procedimiento de Soldadura (WPS). La Subcláusula 3.6 hace referencia a la nueva Tabla y ya no hace referencia a la Tabla 4.5 de la Cláusula 4, para los requisitos y los límites de amperaje, voltaje, velocidad de avance y el flujo del gas de protección. El Código también incluye un comentario sobre la nueva Tabla 3.8, que es útil para aclarar dudas sobre los procedimientos precalificados y explica el uso de la tabla. Figura 5.4 Contornos de Soldaduras. En la cual se aumentó el número de ilustraciones para clarificar el tipo de contornos que se requieren en los diferentes tipos de juntas soldadas. Ahora, se muestran contornos de soldadura específicos para soldaduras de ranura en esquina y en juntas en T, en placas repisa y entre miembros soldados de diferente espesor. También se presenta la Tabla 5.9 como complemento de la Figura 5.4 y la Tabla 5.10 que enlista los requisitos de las dimensiones de los contornos de soldadura, tales como el refuerzo de la soldadura y la convexidad permisible. Se hicieron además, pequeñas modificaciones a los requisitos del código, tales como permitir el refuerzo de las soldaduras de mayor tamaño en miembros más gruesos. Nuevos requisitos de rugosidad para cortes térmicos. Los cuales toman como referencia las muestras comparativas de superficies cortadas con oxígeno del Calibrador para Rugosidad Superficial de Cortes con Oxígeno AWS C4.1-77. Agujeros de acceso para soldar. En los cuales se modificó su mínima altura obligatoria y su máxima altura recomendada para prevenir aquellos muy profundos o muy angostos. Despatines y Agujeros de Acceso para Soldar. En secciones galvanizadas, deben esmerilarse a metal brillante para reducir la posibilidad de fracturas o fisuras. Ahora es obligatorio el precalentamiento antes de realizar cortes térmicos para despatines y agujeros de acceso para soldar en perfiles pesados, con el objetivo de evitar la formación de una capa superficial endurecida y la tendencia a iniciar fracturas. Respaldos Intermitentes o Interrumpidos. Se permiten en ciertas aplicaciones de acero estructural hueco (HSS) sometido a cargas estáticas. Existen factores limitantes que incluyen el diámetro y el espesor de la pared del perfil HSS y algunas excepciones del código para estas limitaciones. Precalificación y Calificación. La tabla de la subcláusula 3.3 nos aclara que un metal de aporte escogido para unir dos metales base de diferente resistencia solamente necesita concordar o coincidir con cualquiera de los dos materiales para la selección considerada “concordante”. Se aclara además, que “no concordante” es una selección de metales de aporte cuya resistencia es menor que la de los metales base que se unen. Tabla 4.9 Metal Base y Metal de Aporte Aprobados por el Código que Requieren Calificación Conforme a la Cláusula 4. Se incluye el acero ASTM A1043 Grados 36 y 50.
3.13.2 Respaldo. Se incluyó esta subcláusula para aclarar que los respaldos de acero se consideran precalificados solamente en soldaduras de elementos no tubulares soldadas por un solo lado. Se puede utilizar un respaldo de material distinto, siempre y cuando esté calificado por prueba conforme a la Cláusula 4 Calificación. 4.36.3 Explica que si se va a aplicar una Especificación de Procedimiento de Soldadura (WPS) calificado y se requieren Pruebas de Impacto Charpy (CVN), que no se hicieron en la calificación original, se deberá realizar una nueva Calificación del Procedimiento de Soladadura, pero solamente se hará la Prueba de Impacto Chapy, sin tener que repetir toda la prueba original. Figura 7.1 Dimensiones y Tolerancias de Pernos de Cortante Tipo Cabeza Plana (Tipo Nelson). Se incluyó el perno de 10mm (3/8”) de diámetro y se revisaron las tolerancias en los diferentes diámetros de perno. C-6.22.7.2 Dimensiones del Transductor. Es un comentario adicional para enfatizar que el criterio de aceptación de la inspección ultrasónica (UT) que se muestra en la Tabla 6.2 y en la tabla 6.3, ha sido establecido dentro de los parámetros específicos de prueba y que al utilizar equipo de prueba o procedimientos tales como transductores de diferente tamaño o ángulo de los que se muestran en estas tablas, se podrían invalidar los resultados. C-6.23 Patrones de Referencia. El código ya no exige el uso del Bloque de Referencia IIW Tipo I y se puede utilizar cualquier tipo de Bloque de Referencia IIW. Anexo K. Se revisó la definición de “tubo” y se incluyó una definición de “tubular”. Tabla 6.1 Criterio de Aceptación para la Inspección Visual. El término “fusión profunda” (“thorough fusion”) se cambio a “fusión completa” (“complete fusion”) para que coincida con la terminología utilizada en AWS A3.0 Términos y Definiciones Estándar de Soldadura. En esta nueva edición del Código D1.1, se han hecho muchos otros cambios menores, los cuales como siempre, se indican subrayando el texto o con líneas verticales al margen de las páginas.
SIMBOLOGÍA DE SOLDADURA
En numerosos planos estructurales de fabricación y de montaje, se observa que la simbología de la soldadura no se dibujó correctamente y al parecer, se hizo arbitrariamente. Estos son algunos de los lineamientos básicos para dibujar la simbología de soldadura. • • • • • •
La línea de referencia siempre es horizontal y con ésta se inicia el dibujo del símbolo de soldar. Siempre se lleva un orden de izquierda a derecha, como la escritura. La línea perpendicular del símbolo de soldadura de ranura y la pierna perpendicular del símbolo de soldadura de filete, siempre se dibuja del lado izquierdo del símbolo. La flecha quebrada indica la parte en la que se debe hacer la preparación. El símbolo de penetración completa siempre se debe dibujar. La abertura de raíz siempre debe estar dentro del símbolo de soldadura.
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El banderín del símbolo de soldadura de campo debe estar dirigido al lado contrario de la flecha.
UNIONES SOLDADAS A TOPE EN DIFERENTES PLANOS (EMPATES EN “Z”)
Hace algunos años, todavía un gran número de perfiles estructurales se empalmaban o empataban, haciendo cortes en diferentes plano o cortes en “Z” como se les conoce en la jerga o argot de los soldadores. Los avances en los procesos de soldar, en las máquinas, equipos, así como en el metal base y de aporte, nos permiten preparar los empalmes de una manera sencilla, en un solo plano, sin cambios de dirección y soldarlos con personal calificado y conforme a las especificaciones de procedimientos calificadas, obteniendo uniones soldadas sanas que cumplen con el nivel de calidad requerido. Las preparaciones de las uniones en “Z” en perfiles estructurales tales como vigas, representan más trabajo al prepararlas y su ajuste es más laborioso, sobre todo al preparar las aberturas de raíz paralelas al eje longitudinal del perfil. Al soldarlas, cada cambio de dirección, puede ocasionar ciertos problemas de soldadura, tales como fusión incompleta, exceso de chisporroteo y porosidades. Esto último debido al “soplo magnético del arco”, que se produce cuando el campo magnético que rodea al arco se desbalancea y cambia la dirección de éste. Al iniciar o abrir el arco en el extremo de una pieza de acero, las líneas del flujo magnético se concentran detrás del electrodo y para compensarlo, el arco se mueve hacia delante, causando el soplo magnético del arco. Al acercarse al otro extremo de la pieza para finalizar (rematar) la soldadura, las líneas del flujo magnético se concentran hacia adelante y el arco se mueve hacia atrás, causando también el soplo magnético del arco. Esta es la razón por la que se utilizan placas de extensión para abrir o iniciar el arco y para terminar o cerrar el arco. El Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010, en la subcláusula 5.20 Juntas en Estructuras con Cargas Cíclicas dice que los empalmes o empates en vigas laminadas y trabes armadas deben hacerse preferentemente en un solo plano transversal. Los empalmes de almas y patines, hechos en taller en trabes armadas, antes de unir los patines y las almas entre sí, pueden ubicarse en uno solo o más planos transversales, pero se deben aplicar las disposiciones de esfuerzo por fatiga de las especificaciones generales.
ALMACENAMIENTO DE ELECTRODOS DE BAJO HIDRÓGENO
Los electrodos con revestimiento de bajo hidrógeno, conforme a AWS A5.1 y AWS A5.5, tales como el electrodo E7018, que es el de mayor uso en nuestro medio, deben comprarse en contenedores o envases sellados hermeticamente e inmediatamente después de abrir sus envases, deben almacenarse en hornos que mantengan una temperatura mínima de 120ºC (250ºF). Los electrodos con revestimiento de bajo hidrógeno, conforme a AWS A5.1, que se exponen por períodos mayores a los permitidos en la Tabla 5.1 del código, se deben calentar en horno (hornear) por lo menos 2 horas a una temperatura entre los 260ºC y los 430ºC (500ºF-800ºF) y los electrodos con revestimiento de bajo hidrógeno, conforme a AWS A5.5, se deben calentar en horno por lo menos 1 hora a una temperatura entre los 370ºC y los 430ºC (700ºF-800ºF).
Los electrodos E 6010, no se deben almacenar en horno.
6.6.5 PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS NO ESPECIFICADAS DISTINTAS A LA INSPECCIÓN VISUAL
En numerosos proyectos, el personal representante del propietario solicita en cualquier etapa del mismo, en forma arbitraria, Pruebas No Destructivas, diferentes a la inspección visual y le cargan el costo de éstas al contratista. Por eso es importante conocer lo que estipula al respecto, el Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010, en la subcláusula 6.6.5. Si en el contrato original no se especifica una Prueba No Destructiva distinta a la inspección visual, pero es requerida posteriormente por el propietario, el contratista debe realizar cualquier prueba solicitada o debe permitir que se realice cualquier prueba conforme a 6.14. El propietario debe ser el responsable de todos los gastos relacionados, incluyendo el manejo, preparación de la superficie, el desarrollo de la PND y la reparación de las discontinuidades que se detecten y que sean distintas a las descritas en 6.9, a un costo acordado mutuamente entre el propietario y el contratista. Sin embargo, si tales pruebas revelan un intento de fraude o una inconformidad importante con el código, los trabajos de reparación se deben hacer a costa del Contratista.
SOLDADURAS DE FILETE
El exceder el tamaño especificado de las soldaduras de filete en una unión, es una costumbre generalizada en el medio, pensando que se está incrementando en forma importante su capacidad, sin saber que más que incrementar su capacidad, se incrementan las fuerzas de contracción de la soldadura de filete, las cuales tienden a deformar la junta soldada. La Subcláusula 2.7.4 Combinación de Soldaduras del Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2010, dice que si dos o más soldaduras de diferente tipo se combinan para compartir la carga en una sola conexión, la capacidad de la conexión se deberá calcular sumando la capacidad individual de las soldaduras relacionadas con la relación de la carga aplicada, pero este método de sumar las capacidades individuales de las soldadura, no se aplica a las soldaduras de filete que refuerzan soldaduras de ranura con penetración parcial de la junta. Esto no solamente se hace por iniciativa de los soldadores, sino que en numerosas ocasiones son indicaciones del personal de mando o encargado de la inspección. El incrementar en forma arbitraria un filete de soladura puede en algunos casos, aumentar hasta cuatro veces el metal de aporte utilizado, el tiempo invertido en dicha soldadura y por consiguiente el costo de ésta.
UNIONES SOLDADAS A TOPE Es común que se confundan con uniones sin abertura de raiz o con falta de abertura de raíz, sin embargo, es la unión entre dos elementos o partes alineadas aproximadamente en el mismo plano.
ACERO A572 Grado 50 En númerosos planos de diseño y fabricación, en forma equivocada se menciona como acero A50, el cual no existe. CONCLUSIONES
Para fabricar y montar una estructura de acero que cumpla con los requisitos de calidad estipulados en los códigos, normas y especificaciones aplicables, debemos utilizar los materiales base y de aporte especificados y soladores calificados que apliquen las especificaciones de procedimientos calificados, bajo una inspección visual preventiva, complementada por los métodos de inspección requeridos, con lo cual se logrará el Aseguramiento de Calidad de la estructura de acero. El personal responsable de la inspección visual preventiva durante los procesos de fabricación y montaje de la estructura de acero, no solo deberá estar capacitado, sino también deberá tener la experiencia requerida y conocer los puntos clave que facilitarán los trabajos de taller y de campo, previniendo además, riesgos innecesarios que pueden afectar al proyecto.
REFERENCIAS
AWS, Estructural Welding Code – Steel D1.1/D1.1M:2008, An American National Standard, American Welding Society. AWS, Estructural Welding Code – Steel D1.1/D1.1M:2010, An American National Standard, American Welding Society. Gayler, John L. and Rager Donald D., A Summary of Revisions in the New D1.1:2010, Structural Welding. Code, AWS, Welding journal, Volume 89, Number 7, July 2010. Soto, A. E., Aseguramiento de Calidad, Memorias del Curso de Soldadura por Arco Eléctrico en Estructuras deAcero, IMCA, 1987. Soto, A. E., Aseguramiento de las Estructuras de Acero Electrosoldadas, Memorias del V Simposio Internacional y III Encuntro Nacional de Profesores en Estructuras en Acero, IMCA, 1997.
ALEJANDRO ENRRICO SOTO SOBENIS Realizó sus estudios de Ingeniería Industrial en la Universidad Católica Santa María La Antigua, en la ciudad de Panamá, Panamá. Es miembro fundador del Instituto Mexicano de la Construcción en Acero, A.C. – IMCA y es miembro de su Comité Técnico. Ha sido miembro del Comité Técnico de Normalización de la Industria Siderúrgica de la Camara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero – CANACERO. Es miembro activo de American Welding Society – AWS, membresía Nº 865451 con 24 años de antiguedad. Ha sido Presidente del Comité de Membresías de la American Welding Society – AWS, Sección Internacional 210, México. Inicialmente colaboró con el Ing. Carlos Pichardo Pagaza (Q.E.P.D), de cuyo despacho fue Director Técnico, hasta formar en sociedad la empresa Consorcio de Asesores Profesionales en Soldadura y Acero, S.C. y en 1999 constituyó su propia firma: SP2000, S.A. de C.V. Con más de treinta y dos años de experiencia, ha colaborado en numerosos e importantes proyectos en México y en el extranjero. Participó en al elaboración del Manual de Supervisión de Obras Públicas del Estado de Guerrero; en la elaboración del manual: La Soldadura en Tridilosa; también colaboró en la elaboración de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas del Reglamento de Construcción de la Ciudad de México. Ha sido expositor en seminarios, conferencias y cursos de Aseguramiento de Calidad de estructuras de acero, en instituciones como la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), en el Instituto Politécnico Nacional (IPN), Universidad de San Carlos (Guatemala), Secretaría de la Defensa Nacional (SEDENA), Canacintra, Anippac, Capfce y diferentes organismos colegiados y docentes del país y Centro América.