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CONTROL DE CALIDAD EN SOLDADURAS.1.- INTRODUCCIÓN:

       La inspección de construcciones soldadas podría definirse como el conjunto de

actividades encaminadas a asegurar un determinado grado de fiabilidad de un conjunto

soldado, mediante la verificación del mismo por medios adecuados durante diferentes fases

del proceso productivo.

       La importancia de esta inspección se desprende de la responsabilidad de los equipos y

construcciones que actualmente se fabrican por soldadura, los cuales, en determinadas

condiciones de fallo, afectan seria y directamente a la seguridad pública. Ejemplo de estos

son: Aviones, buques, trenes, plantas generadoras de energía (térmicas, hidroeléctricas y

nucleares), complejos petroquímicos y transformadores de energía, puentes, estructuras

metálicas, conducciones y transporte de gases y líquidos, etc.

       El convencimiento de la importancia de inspeccionar estos conjuntos soldados, ha sido la causa de que, en todos los países industrializados se hayan publicado códigos, especificaciones y normas relativos a su construcción e inspección. Además, en la mayoría de dichos países, es la propia administración la que establece la obligatoriedad de construir e inspeccionar siguiendo unas determinadas normas, así como que el personal que la ejecute tenga unos conocimientos y experiencia mínimos. Al mismo tiempo, la industria también se ha hecho eco de esta necesidad, casi se puede decir que no existe una empresa industrial competitiva que no disponga de normas o instrucciones propias, estableciendo las bases de fabricación e inspección necesarias para que los conjuntos o equipos por ella fabricados, cumplan los requisitos de seguridad que los organismos, nacionales e internacionales, fijan para el buen comportamiento en servicio de las construcciones soldadas.

2.- INSPECCIÓN DE SOLDADURAS.

     Se entiende por inspección de soldaduras a las diferentes acciones que se realizan con el fin de constatar que el proceso en cuestión se efectúa con la calidad adecuada.

En estas acciones están involucrados personal y materiales, por lo tanto es necesario conocer cada uno de los factores que afectan la calidad de la soldadura, a fin de evitar la posible aparición de defectos y en el caso de que éstos se

produzcan poder detectarlos y dar pautas para la corrección de los mismos. De estos factores el personal es el más importante.

2.1. GARANTÍA DE CALIDAD:

    La garantía de calidad se define como las actividades de planificación y organización que se

realizan para asegurar un nivel de calidad suficiente que garantice el correcto funcionamiento

de los productos y al menor costo posible.

2.2. CONTROL DE CALIDAD:

      Se entiende por control de calidad a las diferentes acciones llevadas a cabo tanto por el usuario como por el fabricante que contribuyen a asegurar la garantía de calidad y forma parte del control de calidad.

2.3. INSPECTOR DE SOLDADURA:

     Es el encargado de constatar que todas las operaciones del proceso se realicen

correctamente y de acuerdo a los Códigos, Normas, Especificaciones y Procedimientos  que

se estén aplicando con el fin de garantizar la alta calidad de la soldadura sin demora en la

fabricación y la entrega de productos. Podríamos decir que su responsabilidad es la de juzgar

la calidad del producto en relación a una especificación escrita.

     Funciona como un representante judicial de la organización que representa, la cual puede ser el fabricante, comprador o cliente, una compañía de seguros o una agencia gubernamental.

     Los inspectores de soldadura pueden ser clasificados en varias categorías: inspectores gubernamentales, de Ensayos No Destructivos, representantes del fabricante o del dueño, o autorizados por un código en particular como sucede por ejemplo con los inspectores ASME.

     Sin embargo para efectos prácticos AWS y ASME dividen a los inspectores de soldaduras en dos categorías generales:

  Inspectores de control de calidad del Fabricante: el cual realiza la inspección antes y durante el ensamblado; antes y después de la soldadura, con el fin de asegurar que los materiales y el proceso de fabricación cumplen con todos los requisitos

especificados en el contrato. Estos son inspectores calificados y que trabajan para el contratista.

  Inspectores de aseguramiento de calidad del cliente o Código: representan al comprador (código, actividad gubernamental, o cualquier organización externa al fabricante). Sus deberes normalmente no incluyen vigilancia obligatoria del desarrollo del proceso de soldar, sin embargo tiene el derecho de observar el proceso de producción. Su trabajo es como una función de auditoria, lo cual implica revisión de los registros para asegurar que se han respetado todos los requerimientos de las especificaciones, dibujos y otros documentos contractuales. Esto incluye, pero no limita a revisión del proceso de soldar, calificación de soldadores y operadores de máquina, pre y post-calentamiento, informes de ensayos no destructivos.

Ambos tipos de inspectores deben tener la habilidad para negociar y comunicarse efectivamente con todos los niveles de mando de la organización del fabricante y de su propia organización.

Para llegar a ser un Inspector de Soldadura, se deben cumplir los siguientes requisitos:

    Debe gozar de buena condición física, ya que con frecuencia las condiciones de inspección son difíciles.

    Tener una buena visión, indispensables para la inspección visual, interpretación radiográfica y de otros ensayos no destructivos.

    Tener actitud profesional: hacer cumplir los códigos y tener buenas relaciones con el resto del personal.

    Tener conocimientos de soldadura: debe conocer sobre el proceso ya que éste define el tipo de discontinuidad a originarse, las variables esenciales de cada proceso y debe monitorear las mismas durante la fase de construcción como especifique el código.

    Debe conocer de Dibujo, Especificaciones y Procedimientos e interpretarlos correctamente. Debe conocer los símbolos de soldadura y ensayos no destructivos.

    Saber de métodos de ensayo, sus aplicaciones, limitaciones e interpretación de resultados. El método seleccionado debe suministrar la información adecuada para compararlo a los estándares de aceptación establecidos.

    Tener habilidad para llevar registros y hacer informes escritos, concisos, claros y completos.

    Los registros deben incluir los resultados de la inspección y ensayos, los registros del procedimiento de soldadura, de calificación de soldadura y de control de materiales de soldadura.

    Experiencia en Soldadura: la experiencia como soldador o operador de máquina es invaluable para un inspector, algunos empleadores solicitan como requisitos que los inspectores tengan experiencia previa soldando.

    Entrenamiento en Ingeniería de Soldadura y Metalurgia: es deseable, sin embargo la práctica ha demostrado que la experiencia en campo y el estudio han desarrollado excelentes inspectores con conocimientos equivalentes a los primeros. Lo esencial es que conozca donde se encuentra la información relevante y sepa como interpretarla.

Resumiendo y dado que la inspección involucra diferentes disciplinas es necesario que el inspector se encuentre entrenado en las siguientes áreas:

    Principios fundamentales de Soldadura.

    Propiedades base de los materiales involucrados en el proceso: metal base, aporte, etc.

    Defectos de soldadura, sus causas, importancias y corrección de los mismos.

    Tratamientos Térmicos.

    Métodos de ensayos destructivos y no destructivos.

    Interpretación de planos.

    Simbología de soldadura y ensayos no destructivos.

    Códigos: AWS, ASME, API.

2.4. RESPONSABILIDADES DEL INSPECTOR DE SOLDADURAS:

Existen responsabilidades del inspector de soldaduras en las diferentes etapas del proceso, como son:

-          Antes de la soldadura

-          Durante la soldadura

-          Después de la soldadura.

    Previo al inicio de la inspección al inspector debe suministrársele copia de las especificaciones del comprador y dibujos adecuados. Estas deben incluir requerimientos sobre especificaciones del procedimiento de soldadura y la calificación de dichos procedimientos, de los soldadores y operadores de soldadura. Además, estas especificaciones deben definir el número, tipo y tamaño de discontinuidades o imperfecciones permitidas en la pieza, así mismo los métodos de inspección a emplearse.

    El inspector debe asumir que el diseño de la soldadura es adecuado para los propósitos del trabajo, pero debe verificar que el mismo permite efectuar las diferentes operaciones en cuanto a acceso y con la calidad adecuada; debe conocer sobre planos, dibujos, simbología, normas, etc., con el fin de verificar que la preparación de juntas, el proceso y la aplicación de la soldadura están de acuerdo al procedimiento.

Responsabilidades del Inspector Antes de   la Soldadura:

  La planta o taller donde se realiza el trabajo:

Realizar inspección para verificar que se trabaja conforme a códigos, Estándares y Especificaciones. Interpretar los dibujos y especificaciones del trabajo.

  Equipo de soldadura:

Preparar un reporte de operabilidad, calibración y condiciones de seguridad. Verificar si es apropiado para el trabajo y cumple con los requisitos de las especificaciones del proceso de soldadura.

  Material base:

Verificar si esta conforme con los requerimientos de las especificaciones del trabajo. Verificar si los documentos de compra están conforme con los requerimientos de las especificaciones de trabajo. Si fue recibido de acuerdo a los documentos de compra; y preparar y recibir informes de inspección del material base.

  Materiales de aporte (electrodos) y fundentes:

Verificar: si está conforme con los requerimientos de las especificaciones del trabajo, si los documentos de compra están conforme con los requerimientos de las especificaciones del trabajo, si fue recibido de acuerdo a los documentos de compra. Preparar y recibir informes del metal de aporte.

  Atmósfera utilizada para la protección del baño

  Procedimientos de soldadura:

Verificar si han sido calificados apropiadamente y los documentos de calificación están de acuerdo a los códigos, estándares y especificaciones que se estén aplicando y en caso de que no sea así requerir la recalificación del mismo. Verificar que la preparación de las juntas y los bordes estén conformes a los procedimientos y dibujos.

  Soldadores y operadores de equipos:

Verificar que las pruebas de calificación de los soldadores y operadores de máquina fueron realizadas y que tanto ellas como los documentos de calificación estén de acuerdo a los códigos, estándares y especificaciones que se están aplicando. Verificar que la calificación este de acuerdo y sea apropiada al procedimiento especificado para el trabajo que esté asignado. Requerir calificación si hay evidencia de que no esta calificado para realizar la soldadura conforme con los requerimientos del trabajo.

Durante   la Soldadura:

  Verificar que solamente se estén usando los procedimientos de soldadura que fueron aprobados para el trabajo.

  Verificar que el precalentamiento, cuando sea necesario, se realiza de acuerdo al procedimiento.

  Observar y asegurar que la soldadura se realiza conforme al procedimiento aprobado.

  Verificar que la soldadura sea realizada por un operador calificado.

Después de   la Soldadura:

En esta fase la inspección esta relacionada con:

  Sistema de marcado e identificación:

Se debe emplear un sistema que sea claro e indique cuáles son las porciones a inspeccionar y el tipo de inspección a aplicar.

  Ensayos No Destructivos:

Seleccionar la soldadura a inspeccionar por ensayos no destructivos (END), verificar que el END ha sido documentado apropiadamente de acuerdo al código, estándar y Especificación aplicable, verificar que los procedimientos de END han sido aprobados para su uso, hacer inspección visual de acuerdo con el plan de inspección y el procedimiento de inspección aplicable, preparar los informes de resultados de los ensayos no destructivos y revisar, evaluar y verificar los reportes de END contra los estándares de aceptación aplicables.

  Ensayos Mecánicos:

Seleccionar las zonas para toma de las probetas para los ensayos, verificar si los procedimientos de ensayo han sido aprobados, verificar si las muestras de soldadura fueron tomadas de acuerdo al código, estándar y especificación aplicable, ejecutar e interpretar los ensayos macrográficos de las juntas soldadas, prepara los informes de los resultados de los ensayos mecánicos y revisar, evaluar y verificar los resultados de los ensayos mecánicos contra los requerimientos especificados

  Tratamientos Térmicos post-soldadura:

Verificar, cuando éste sea necesario, que se realice de acuerdo al procedimiento.

  Informes:

Preparar y archivar los informes de inspección, haciendo una verificación del trabajo inspeccionado, revisar los informes de inspección para exactitud y competencia, revisar los informes de inspección en el caso de problemas y proponer acciones correctivas para prevenir su repetición, preparar documentos de reparación del metal base y de la soldadura, y preparar informes de avance e informe final.

2.5. PERSONAL:

     Además del inspector, en el proceso de soldadura están involucrados:

Ingenieros de diseño, Ingenieros de soldadura, Supervisores de Taller o Planta, Soldadores, Operadores de Máquinas de Soldar, Inspectores de ensayos no destructivos.

 El inspector de soldadura debe conocer las funciones que desempeñan cada una de estas personas, así como la capacidad del personal así como la capacidad del personal responsable de todas y cada una de las etapas del proceso ya que el éxito del mismo depende de la habilidad destreza e integridad de las personas que lo ejecutan.

3.- DISCONTINUIDADES.

 3.1. GENERALIDADES.

Las piezas fallan en servicio por diferentes causas, entre las cuales están:

a)   Defectos en  la masa (discontinuidades).

b)   Diseño deficiente: introducción en entalles, secciones mal diseñadas.

c)   Deficiencia de los materiales: selección errada de materiales, electrodos,           etc.

Así aunque apliquemos correctamente los ensayos no destructivos, una pieza pudiera fallar por las razones expuestas. Por lo que un control de calidad es mucho más amplio que la simple aplicación de los E.N.D.

Garantizados los puntos b y c aplicamos E.N.D para determinar discontinuidades en la masa

de los materiales, para poder garantizar el funcionamiento seguro de una pieza en servicio.

Las piezas metálicas, miembros de estructuras, elementos de maquinas pueden fallar en

servicios de tres maneras diferentes:

Por exagerada deformación elástica.

Por exagerada deformación plástica.

Por rotura (Frágil, dúctil o fatiga).

El mayor porcentaje de falla se debe a la fatiga y la resistencia de los metales a la fatiga se ve

fuertemente reducida por la presencia de discontinuidades, es por ello que los E.N.D se

aplican para detección   de las mismas.

3.2. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS.

Discontinuidad: una discontinuidad puede ser definida como la presencia de un elemento que

interrumpa la continuidad en la masa de un material.

Defecto: es una discontinuidad que interfiere con el funcionamiento correcto y seguro de una

pieza o equipo.

3.2.        CLASIFICACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES..

Según su forma:

        Lineales.

        Planas.

        Volumétricas.

Según su ubicación:

         Superficiales.

         Sub-superficiales.

         Internas.

Según su origen:

         Inherentes: son aquellas originadas durante la fusión y solidificación del metal fundido.

         De proceso o fabricación: se originan durante el procesamiento del metal o material. cada

proceso de fabricación genera sus discontinuidades particulares.

         De servicio: son las que se generan durante el uso de la pieza, tales como: corrosión, fatiga,

erosión.

 3.3. DESCRIPCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES DE SOLDADURA.

Porosidades: se origina a partir de gases que se generan durante el proceso de solidificación

y que quedan atrapados en la masa de metal solidificado.

Generalmente son de forma esférica, pero también pueden presentarse en forma tubular.

Siempre s encuentran en el metal de aporté y pueden ubicarse superficial, sub-superficial e

internamente.

Inclusiones: generalmente se presentan en las soldaduras donde se requiere metal de

aporte. Son sustancias sólidas extrañas atrapadas en el cordón de soldadura; pueden ser

superficiales o sub-superficiales y tener cualquier forma, estar alienadas o distribuidas al azar

en el cordón de soldadura.

Existen dos tipos de inclusiones: las metálicas(tungsteno) y las escorias o fundente. Se

originad debido a la falta de viscosidad del metal de aporte, rápida solidificación, temperatura

muy baja entre otros.

 Falta de fusión: se puede presentar en cualquier tipo de soldadura, independientemente del

método empleado para soldar.

Se define como  la ausencia de unión entre el metal de aporte y el metal base o entre

cordones de los diferentes pases de soldadura. Entre sus causas mas comunes estar usar un

electrodo demasiado grueso en una junta en v demasiado estrecha, amperaje insuficiente,

preparación de junta defectuosa.

 Falta de penetración: se debe a una fusión incompleta entre el metal base debido a que el

metal de aporte no penetra hasta la raíz de la junta.

Puede originarse por calentamiento insuficiente, diseño inadecuado de la junta, falta de fluidez

en el metal de aporte.

 Mordedura: es una falta de material base en la unión con el  metal de aporte y se puede

encontrar en la cara o rías de la soldadura, creando una entalla; puede ser continua o

intermitente.

Generalmente se origina porque el soldador usa una técnica de soldadura inadecuada o una

corriente demasiado elevada.

Muchos códigos y especificaciones limitan  la mordedura,  cuando la permiten,  a una

profundidad mayor de 1/32 pulg.

 Socavación: es una depresión en la cara de la soldadura o de la raíz que se extiende por

debajo de la superficie del metal base. Se presenta cuando el soldador no  deposita suficiente

metal de aporte.

 Solapado: es una discontinuidad superficial donde el metal caliente deslizo sobre el metal

base pero no se soldó a este. Cuando estas discontinuidades son paralelas al esfuerzo

principal, generalmente no se considera que sena dañinas; pero si se encuentra un ángulo

recto al esfuerzo aplicado pueden formar entallas y producir grietas severas.

Se originan por falta de control del proceso de soldadura,  inapropiada selección de los

materiales a soldar o inapropiada preparación  de los materiales antes de la soldadura

(presencia de óxidos en e meta base)

 Laminación: Con discontinuidades planas que se encuentran generalmente en la zona

central del metal base en los productos laminados. Se debe a la segregación de impurezas en

el proceso de solidificación de los lingotes.

Reducen la resistencia del metal especialmente en al dirección perpendicular a través del

espesor.

 Delaminaciones: es la separación de una lámina por esfuerzos mecánicos o térmicos. 

Costuras longitudinales o traslapes: Son discontinuidades longitudinales en el metal base

que se encuentra en los productos laminados y forjados.

Una costura es un doblez no soldado o una solapadura en la superficie del metal.

Si la discontinuidad es paralela al esfuerzo mayor de resistencia de la soldadura no es un

defecto crítico; si es perpendicular puede generar grietas.

 Desgarre laminares: son separación es escalonadas en el metal base. Son causadas por el

proceso de contracción en la dirección del espesor de algunos materiales durante

la  soldadura.

Los desgarres o separación  se producen en  el metal base en al zona afectada por el calor.

Pueden ser una falla seria. Pueden ser vistos fácilmente si están abiertos a la superficie, pero

pueden estar internos y ser detectados solamente por ultrasonidos.

 Grietas: Se presentan cuando la cara de una sección pequeña de una soldadura sobrepasa

el valor de esfuerzo del metal.

Pueden presentarse en el metal base, zona afectada por el calor  y zona de fusión; a menudo

están combinadas con otras discontinuidades.

Se originan por un rotura local del material debido a esfuerzos producidos durante el

enfriamiento o esfuerzos internos que se produzcan en la pieza.

 A continuación se presenta un dibujo de soldadura a tope en el cual están representados los

diferentes tipos de discontinuidad enumeradas anteriormente.

Pliegues y Laminaciones:

Son  discontinuidades producidas generalmente en las operaciones de forja

y laminación de los metales.

En general aparecen paralelos a las superficies de las chapas, y en el caso específico de las

laminaciones se presentan hacia la del  espesor.

(a)

 

Porosidades:Son cavidades en la masa de los metales causadas por el aprisionamiento de gases, durante

el proceso de solidificación.

 Variaciones de espesor:Pueden presentarse en las piezas, debido a fallas en el proceso de fabricación lo cual produce

diferencias de espesores en las paredes de las mismas; ó también durante el servicio o uso

de la pieza se produce el desgaste de las paredes por erosión o corrosión. Está situación se

presenta en plantas generadoras de vapor, en centrales eléctricas, en plantas químicas,

petroquímicas y prácticamente en todas las plantas industriales y el transporte naval. El

control del espesor es vital sobre todo en aquellas piezas de gran responsabilidad para los

cuales las tolerancias en las especificaciones son muy rígidas.

Variaciones Metalúrgicas:Son diferencias en las propiedades mecánicas y metalúrgicas de suficiente magnitud como

para que puedan convertirse en causas potenciales de falla. Ejemplo: Variaciones de dureza

en diferentes zonas de una pieza.

Falta de Fusión:Se pueden presentar en cualquier tipo de soldaduras, independientemente del método

empleado para soldar.

Una falta de fusión es la ausencia de unión entre el metal de aporte y el metal base o entre

cordones de los diferentes pasos de soldadura.

Falta de Penetración:Es común a todos los procesos de soldar. Se debe a una fusión incompleta entre el metal

base, debido a que el metal de aporte no penetra hasta la raíz de la junta.

Refuerzo excesivo o sobre espesor:Es un exceso de metal en la junta soldada

Mordedura:Es una socavación en la cara de un cordón de soldadura y ésta puede ser continua o

intermitente. Generalmente se encuentra entre el cordón y el metal base.

  Exceso de penetración:Es un exceso de metal de aporte que penetra a través de la raíz de la soldadura hecha por un

solo lado o a través del metal previamente depositado por un solo lado en las uniones

multipaso. Este exceso de penetración puede estar localizado.

Erosión:

Destrucción de metales o de otros materiales por la acción abrasiva de fluidos en movimiento,

generalmente acelerada por la presencia de partículas o materia en suspensión. Su efecto se

refleja en una disminución de espesor de la pieza.

Erosión – Corrosión:Destrucción de metales por la acción conjunta de la erosión y corrosión.

Corrosión:Deterioro de un metal mediante reacción química o electroquímica con su ambiente.

Corrosión Intergranular:Es la corrosión que ocurre preferencialmente en los bordes de granos.

Fatiga:Fenómeno que origina la fractura bajo esfuerzos repetidos o fluctuantes, con un valor máximo

menor que el límite elástico del material.

Las fracturas por fatiga son progresivas, empezando como fisuras diminutas que crecen bajo

la acción del esfuerzo fluctuante.

3.4. FACTORES A CONSIDERAR EN EL ANÁLISIS DE LAS DISCONTINUIDADES.

a)    Material: Es necesario conocer que materiales conforman la pieza sujeta a análisis (materiales

ferrosos, no ferrosos).

b)    Proceso de manufactura: Si la pieza es soldada, fundida, forjada, laminada, con o sin

tratamiento térmico.

c)    Ubicación de la discontinuidad a ser detectadas: superficial, subsuperficial e interna.

d)    Orientación de la discontinuidad (paralela o normal al grano).

e)    Forma: plana, irregular, en espiral o volumétricas.

f)     Análisis metalúrgico: Cuando la discontinuidad se produce y en qué etapa del proceso de

manufactura se debe hacer el análisis macro y micro estructural.

En función de todos los aspectos anteriores se selecciona el método de ensayos

no  destructivos más adecuado para detectar la discontinuidad en cuestión.

 3.5. VARIABLES QUE DETERMINAN LA ESCOGENCIA DE ENSAYO:.

1º Propósito del Ensayo, el cual es función de :

a)    Materia a ensayar :

         Ferromagnético

         Austenítico.

         No ferroso.

         No metálico.

         Aleación.

         Conductividad en % I.A.C.S.

b)    Naturaleza de la discontinuidad:

         Tipo de discontinuidad:

 Fisuras por fatiga.

 Fisuras por tensión corrosión.

 Defectos de fabricación.

 Pliegues, porosidad.

 Corrosión.

 Falta de unión.

 Elementos de fijación o remaches flojos.

 Discontinuidades propias del diseño: orificio interno, zona cilíndrica.

         Ubicación de la discontinuidad:

 Superficial.

 Sub- superficial.

  Interna.

 Geometría o planitud de la superficie.

         Área a inspeccionar:

 Zonas criticas solamente.

 Área total de la pieza.   

c)    Normas y Especificaciones.

2° Factores Económicos.

3º Ventajas y limitaciones de cada ensayo no destructivo.