4.1 4.1 Introducción
El conocimiento del inspector en soldadura a cerca de las uniones, tipos de soldadura y simbología se tornan sumamente importantes debido a que es parte integral de la comunicación que debe mantener tanto con los ingenieros como soldadores. Bajo este contexto, hay que considerar que usar apropiadamente los términos en soldadura convierte mucho más fácil la labor en soldadura debido al uso del lenguaje universalmente técnico. Por ello, en este módulo se prefiere usar los términos en ingles debido a que en muchos casos la traducción puede causar inconvenientes graves para la futura comunicación entre profesionales.
4.2 Tipos d e Unio Unio nes
La sociedad Americana de Soldadura define cinco tipos de uniones de soldadura, las cuales un inspector de soldadura debe conocer en su plenitud y deben estar claramente definidas y comprendidas por todas las partes relacionada en diseño y fabricación. Por este motivo es sumamente importante no usar términos que no sean técnicos; para ello el documento oficial de la Sociedad American de la Soldadura es la AWS A3.0 “ Términos estándares de soldadura y definiciones”.
Unión a tope ( butt joint ): unión entre dos miembros alineados aproximadamente aproximadamente en el mismo plano.
Unión en esquina ( corner joint ): unión entre dos miembros ubicados aproximadamente en ángulos rectos en forma de L.
Unión en T (T joint ): unión entre dos miembros ubicados en ángulos aproximadamente rectos en forma de T.
Unión en traslape ( overlap overlap joi nt ): unión entre dos miembros traslapados en planos paralelos.
Unión de borde
(edge joint ): unión entre dos aristas de dos o más miembros paralelos o cercanamente paralelos.
Entrenamiento Certificación CWI
En estos cinco tipos de uniones, se pueden aplicar ciertos tipos de soldadura y símbolos de soldadura dependiendo del diseño de la unión, ellas se muestran en la figura 4.1. ESQUINA TOPE
T
BORDE
TRASLAPE
Figura 4.1 5 tipos básicos de uniones
Las partes individuales de una unión se llaman miembros ( members ). Estos miembros son clasificados en tres maneras, butting members , nonbutting members o splice members . Las figuras 4.2 y 4.3 muestran las ilustraciones de cada tipo de miembro o members.
Figura 4.2
Entrenamiento Certificación CWI
En estos cinco tipos de uniones, se pueden aplicar ciertos tipos de soldadura y símbolos de soldadura dependiendo del diseño de la unión, ellas se muestran en la figura 4.1. ESQUINA TOPE
T
BORDE
TRASLAPE
Figura 4.1 5 tipos básicos de uniones
Las partes individuales de una unión se llaman miembros ( members ). Estos miembros son clasificados en tres maneras, butting members , nonbutting members o splice members . Las figuras 4.2 y 4.3 muestran las ilustraciones de cada tipo de miembro o members.
Figura 4.2
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.3
Un butting members es “una unión de elementos en el cual uno de ellos se encuentra restringido por otro miembro en su movimiento en una dirección perpendicular a su dimensión en espesor”. Por ejemplo, ambos miembros de una unión a tope, o un miembro de una unión en T o esquina corresponden a esta clasificación. Un nonbutting members es “una unión de elementos en el cual uno de ellos está libre para moverse en cualquier dirección perpendicular a su dimensión en espesor”. Ejemplo de ello se tiene a la unión traslape o un miembro de la unión T o esquina. Un splice member es “la pieza de trabajo que conecta la unión en una unión de empalme (spliced joint )
Entrenamiento Certificación CWI
La identificación del tipo de soldadura ( weld type) se indica en la geometría de la unión, ello significa que se encuentra basado en la forma y dimensión de una unión en su sección transversal antes de soldar. Cuando una unión es analizada en su sección transversal se debe fijar en que forma se encuentran los bordes de la unión, ello determinará el tipo de soldadura y símbolo. La figura 4.4 identifica las formas básicas de los bordes de una unión usada en la fabricación metálica. Las vistas de la sección transversal entregada en la figura 4.5 a 4.9 muestran la relación entre la apariencia del símbolo de soldadura ( weld symbol ) y las combinaciones de varias formas de bordes. Estas combinaciones de diferentes formas de borde permiten obtener soldaduras típicas que se pueden introducir en las cinco configuraciones básicas de unión mostrada en la figura 4.1.
Figura 4.4 Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.5
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.6
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.7
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.8
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.9
Entrenamiento Certificación CWI
4.3 Partes de la unión de soldadura
Una vez que está identificado el tipo de unión, es necesario describir en forma exacta el diseño de unión requerido. Para llegar a ello, el personal envuelto y relacionado con soldadura debe ser capaz de identificar características individuales que pasan a ser parte de la unión. Las nomenclaturas asociadas con estas características son:
Raíz de la unión
–
jo in t roo t
Cara del canal
–
groove face
Cara de la raíz
–
root face
Borde de raíz
–
root edge
Separación o abertura de raíz –
root opening
Ángulo del bisel
–
bevel angle
Ángulo del canal
–
groove angle
Radio del canal
–
groove radius
Dependiendo sobre el tipo particular de la unión, la geometría de la unión podría tomar levemente diferentes formas, un ejemplo de ello corresponde a la raíz de la unión que se define como “aquella porción de una unión a ser soldada donde los miembros se aproximan lo más cerca posible uno con otro”. En una sección transversal, la raíz de la unión podría ser un punto, una línea o un área, para ello tenemos como ejemplo la figura 4.10 que ilustra algunas variaciones de la raíz de la unión.
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.10
Entrenamiento Certificación CWI
La nomenclatura asociada con la cara del canal, cara de raíz y borde de raíz se encuentran identificada en la figura 4.11, donde cara del canal ( Groove Face) queda definido como “aquella superficie de un miembro incluido en el canal”. Por su parte, la cara de raíz ( Root Face), normalmente conocido como talón u hombro, se define como “aquella porción de la cara del canal dentro de la raíz de la unión”. Finalmente, la raíz del borde ( Root Edge) se define como “una cara de raíz de ancho igual a cero”.
Figura 4.11
Entrenamiento Certificación CWI
Otras características que pueden requerir alguna descripción se muestran en la figura 4.12, estos elementos son frecuentemente llamadas variables esenciales ( essential variables ) en un procedimiento de soldadura.
Figura 4.12 Entrenamiento Certificación CWI
La separación de raíz ( root opening) se encuentra descrita como “aquella separación entre las piezas de trabajo en la raíz de la unión” Angulo del bisel ( bevel angle) está definido como “el ángulo entre el bisel de una unión y un plano perpendicular a la superficie del miembro”. Por tanto el ángulo del canal (groove angle) queda definido como “el ángulo total del bisel entre las piezas”. Para una soldadura en single-bevelgroove, el ángulo del bisel es igual al ángulo del canal. El concepto de radio del canal (groove radius) es aplicable sólo a las formas J o U. 4.4 Tipos d e Sold adura
Existen nueve categorías de soldadura asociada con los símbolos de soldadura. Para ello se pueden aplicar ciertos tipos de soldadura para cada una de estas categorías. Estas categorías son:
Soldadura en canal o en bisel Soldadura en filete Soldadura tapón o muesca Soldadura espárragos Soldadura punto o proyección Soldadura cordón o costura Soldadura respaldo o reverso Soldadura recubrimiento Soldadura flange
– – – – – – – – –
groove weld fillet weld plug or slot weld stud weld spot or proyection weld seam weld back or backing weld surfacing weld flange weld
Como material de consulta, los lectores pueden consultar el “ Standard Symbols for Welding, Brazing, and Nondestructive Examination” ANSI/AWS A2.4. Con la gran variedad de geometrías de uniones existentes y más aún con los tipos de soldadura descrita, el diseñador de soldadura puede escoger la combinación que mejor se adapta a su necesidad. Sin embargo, la selección debe ser considerada en una de las siguientes consideraciones:
Accesibilidad a la unión para ejecutar el soldeo Tipo de proceso a ser usado Conformidad con el diseño estructural Costo de soldadura Soldadur a en Canal - Groo ve Welds
Se define como “una soldadura realizada en una canal que se ubica entre dos piezas”, existen ocho tipos de soldadura en canal:
Cuadrado Escarpado En V Bisel En U En J Flare – V Flare-bisel
– – – – – – – –
square-groove scarf V-groove bevel-groove U-groove J-groove flare-V-groove flare-bevel-groove
Todas estos tipos de soldadura en canal pueden ser aplicadas desde un solo lado o por ambos lados, la figura 4.13 muestra las típicas configuraciones para uniones simples y dobles. Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.13
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.13. Continuación......
Entrenamiento Certificación CWI
Soldadur a en Filete - Fillet Welds
La soldadura en filete se define como “una soldadura de sección transversal aproximadamente triangular que une a dos superficies ubicadas aproximadamente en ángulos rectos en una unión T, traslape o esquina”. Cuando el diseño lo permite se prefiere, por razones económicas, usar soldadura en filete en lugar de soldadura en canal. La figura 4.14 muestra distintos tipos de soldadura en filete.
Figura 4.14 Entrenamiento Certificación CWI
Soldadura tapón y muesca – Plug and Slot Welds
Se utilizan dos tipos de soldadura para unión de miembros de traslape, slot y plug. La soldadura tapón ( Plug ) se define como “una soldadura realizada en un hoyo circular en un miembro de una unión fundiendo a ese miembro al otro”. Por su parte una soldadura Slot se define como “una soldadura realizada en un hoyo elongado en un miembro de una unión fundiendo a ese miembro al otro”. La figura 4.15 muestra este tipo de soldadura
Figura 4.15
Soldadur a Espárrago – Stud Welds
En la edición del año 1989 la ANSI/AWS A2.4 incorporó un nuevo símbolo de soldadura para la soldadura por espárrago. Una soldadura espárrago queda definida como “un término general para la unión de un perno metálico o parte similar a una pieza de trabajo. La soldadura podría ser llevada a cabo por arco eléctrico, resistencia, fricción u otro proceso con o sin la aplicación de gas externo”. La figura 4.15 muestra una soldadura espárrago. Soldadura por Punto y Proyección – Spot or Projection Welds
Una soldadura por punto es “una soldadura realizada entre y sobre miembros traslapados en la cual la coalescencia podría comenzar y ocurrir entre caras ( faying surfaces*) o podría comenzar desde el lado exterior de un miembro”. *Faying s urface “ the mating surface of a member that is in contact with or in close proximi ty to another member to which it is to be joined” .
La soldadura por punto se encuentra muy relacionada con soldadura por resistencia. La figura 4.16 muestra dos tipos de soldadura por punto.
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.16
Por su parte, la soldadura por proyección se define como “una soldadura realizada por proceso de soldadura de resistencia. La soldadura es formada por el calor generado debido a la resistencia al flujo de la corriente”. Las soldaduras resultantes son localizadas a puntos determinados por proyecciones, relieve o repujado o intersecciones. La figura 4.16 muestra un ejemplo de ello. Soldadura por Cordón – Seam Welds
Se define como “una soldadura continua realizada entre o sobre miembros traslapados, en la cual la coalescencia podría comenzar y ocurrir sobre las entre caras, o podría proceder desde el lado exterior de un miembro. La continuidad de la soldadura podría consistir de un simple cordón o una serie de soldaduras por puntos traslapadas”. Ver figura 4.17. Soldadura Respaldo o Reverso - Back and Backing Welds
Como el nombre lo dice, estas soldaduras son realizadas sobre el lado trasero de una unión de soldadura. Aunque son aplicadas sobre el mismo lado hay que distinguir que son depositadas en formas diferentes. La soldadura de respaldo ( back weld ) es una soldadura realizada en el reverso de una unión en soldadura en canal. Por su parte, la soldadura backing ( backing weld ) es un respaldo en forma de soldadura. Back weld es aplicado después de que se ha soldado el frente, mientras que backing weld es depositado antes de soldar el lado frontal. Ver figura 4.17. Soldadura Superficial - Surfacing Welds
Como el nombre lo dice, este tipo de soldadura es aplicado a la superficie de un metal, por tanto se define como “una soldadura aplicada a una superficie para obtener propiedades o dimensiones deseadas”. Existen otros términos asociados, tales como: build up, enmantequillado, cladding, recubrimiento duro. Soldadur a Pestaña - Flange Welds
Se refiere a “una soldadura realizada sobre las aristas de dos o más miembros unidos, usualmente en materiales delgados, con al menos un miembro se encuentra con pestaña”. Bajo este contexto, hay que considerar que el símbolo representa el uso de un miembro o miembros con pestaña y no un típico tipo de soldadura requerido.
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.17
Entrenamiento Certificación CWI
Una soldadura en arista o borde ( edge weld ) es “una soldadura realizada en el borde de la unión, en una unión a tope flanged o en una unión esquina flanged en la cual el espesor total de los miembros es fusionado”. Ver figura 4.18.
Figura 4.18
4.5 Términos asociado al término de la soldadura
Toda personal de soldadura e inspectores deberían preocuparse de los términos asociados con ciertas condiciones o características cuando una soldadura ha sido finalizada. Al conocer estos términos obviamente mejorará la comunicación entre las partes, mejorará la interpretación de los símbolos de soldadura y ubicará las áreas de una soldadura que podría requerir limpieza pos soldadura. Los términos relacionados de acuerdo a la figura 4.19 son:
Cara de soldadura o
Pie de la soldadura o
–
weld root
–
weld surface
–
face reinforcement
–
root reinforcement
Metal de soldadura en exceso comparada con la cantidad requerida para llenar una unión en el lado donde fue ejecutada la soldadura
Reforzamiento de la raíz o
weld toe
Superficie expuesta de la soldadura del lado contrario con respecto al lado en el cual la soldadura fue ejecutada
Reforzamiento de la cara o
–
Punto, mostrado en sección transversal, en la cual la superficie de la raíz intercepta a la superficie del metal base
Superficie de la raíz o
weld face
Unión de la cara de soldadura y el metal base
Raíz de la soldadura o
–
Superficie expuesta de una soldadura sobre el lado el cual fue ejecutado la soldadura
Metal de soldadura en exceso comparada con la cantidad requerida para llenar una unión en el lado opuesto donde fue ejecutada la soldadura
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.19
Bajo este contexto, también existe una terminología estándar para las partes presentes en una soldadura filete. La figura 4.20 identifica varias partes de una soldadura filete
Raíz de la soldadura o
Pierna en soldadura filete o
–
fillet weld leg
–
concavity, convexity
–
Throat
Corresponden a la cantidad de curvatura de la cara de soldadura
Garganta o
weld root
Corresponde a la distancia desde la raíz de la unión al pie de la soldadura filete
Concavidad, convexidad o
–
Corresponde a la penetración más profunda que alcanzó el metal de soldadura dentro de la unión
Corresponde a la longitud a través de la sección transversal de la soldadura
La figura 4.21 muestra como son medidas estas definiciones en un cordón de soldadura filete.
Entrenamiento Certificación CWI
4.6 Terminología usada para fusión (fusion) y penetración (penetration)
En general, la fusión se refiere a la fusión real del metal de aporte y metal base o sólo metal base. Por su parte la penetración es un término el cual relaciona la distancia que el metal de soldadura ha progresado al interior de la unión. El grado de penetración alcanzado tiene un efecto directo sobre la resistencia de la unión y de esta forma está relacionado al tamaño de soldadura.
Figura 4.20
Figura 4.21
Entrenamiento Certificación CWI
Durante la operación de soldadura, la cara original del canal es fundida de tal manera que los límites finales del metal de soldadura son más profundos que la superficie original. La cara del canal (antes de la soldadura) es ahora referida como cara de fusión ( fusion face), puesto que actualmente se encuentra fundida. Los límites entre el metal de soldadura y metal base es conocido como interface de soldadura ( weld interface). La profundidad de fusión ( depth of fusion ) es la distancia desde la cara de fusión a la interface de la soldadura. La figura 4.22 muestra estas definiciones.
Figura 4.22
Entrenamiento Certificación CWI
La figura 4.23 muestra otros términos relacionados a la penetración de soldadura.
Penetración de Raíz o
Penetración de la unión o
root penetration
–
jo in t p enet rat io n
–
heat affected zone
Corresponde a la distancia de la extensión más lejos de la soldadura dentro de la unión a la cara de la soldadura, excluyendo cualquier reforzamiento que pudiera estar presente.
Zona afectada térmicamente o
–
Corresponde a la distancia que el metal de soldadura ha fundido más allá de la raíz de la unión
Esta región está definida como la porción del metal base que no ha sido fundido, pero sus propiedades mecánicas o microestructura han sido alteradas por el calentamiento sufrido durante la soldadura o corte.
Figura 4.23
Entrenamiento Certificación CWI
4.7 Terminología en cuanto al tamaño de soldadura (weld size)
Las terminologías usadas para el tamaño de soldadura pueden ser vistas en las figura 4.21 y 4.24 y sus definiciones son las siguientes:
Para soldadura de doble canal ( double groove) y donde la penetración de la unión es menor que el total del espesor, el tamaño de soldadura queda definido por la suma de las penetraciones de uniones en ambos lados de la unión. En una penetración completa, el tamaño de soldadura es igual al espesor del miembro más delgado. Para determinar el tamaño de la soldadura en filete, primero se debe conocer la configuración final del cordón, es decir si es cóncavo o convexo. Convexo significa que la cara de la soldadura exhibe algún abultamiento o sobre monta que causa que aparezca levemente curvado hacia fuera. Por su parte si el perfil de la soldadura de filete es cóncavo, ello significa que su cara se encuentra deprimido. Cualquiera que fuese el caso anterior, el tamaño de la soldadura filete para soldadura de piernas iguales se encuentra descrito como la longitud de la pierna del triángulo isósceles más grande que puede ser inscrito dentro de la sección transversal. De esta manera para soldadura filetes convexos, el tamaño y pierna son iguales. Sin embargo, si el perfil es cóncavo, el tamaño de soldadura es levemente menor que la pierna. Para soldadura filetes de lados desiguales, el tamaño de soldadura filete está definido como las longitudes de piernas del triángulo más grande que puede ser inscrito dentro de la sección transversal. Garganta teórica ( theoretical throat ) está descrita como la distancia desde el comienzo de la raíz de la unión perpendicular a la hipotenusa del triángulo recto más grande que se pueda inscribir dentro de la sección transversal. Basado en que la separación de raíz es cero. Garganta efectiva ( effective throat ) queda definido como la distancia mínima menos cualquier convexicidad entre la raíz de la soldadura y la cara de una soldadura de filete Garganta real ( actual throat ) corresponde a la distancia más corta entre la raíz de la soldadura y la cara de una soldadura filete.
Figura 4.24
Entrenamiento Certificación CWI
4.8 Terminología asociada a la aplicación de soldadura
Para completar las definiciones pasaremos a definir las terminologías asociadas a las aplicaciones reales, la figura 4.25 sirve como apoyo a lo descrito:
Pase de soldadura o
Cordón de soldadura o
weld pass
–
weld b ead
–
weld layer
Es aquella soldadura que resulta de un pase de soldadura
Capa de soldadura o
–
Es una progresión simple de soldadura a lo largo de la unión
Es un simple nivel de soldadura dentro de un soldeo de múltiples pases.
Figura 4.25
Cuando el cordón de soldadura fue depositado sin movimiento o éste fue muy leve. El cordón final toma el nombre de cordón recto ( stringer bead ). En cambio cuando el electrodo es oscilado de lado a lado, el cordón de soldadura queda definido como cordón oscilado ( weave bead)
Entrenamiento Certificación CWI
4.9 Símbolos de Soldadura
La simbología en la especificación de trabajos de soldadura es una forma clara, precisa y ordenada de entregar información de operación. Existe para ello una simbología estándar que ha sido adoptada para la mayoría de los procesos de soldadura. Una ilustración típica del uso y ventajas que representa la simbología se puede apreciar en la figura 4.26. La ventaja es Obvia.
Figura 4.26 Ubicación estándar de los elementos de la simbolog ía en soldadura.
Elementos de un símbolo en sold adura
Sólo la línea de referencia ( reference li ne) y flecha ( arrow ) se encuentran siempre presentes en un símbolo. Sin embargo, los otros elementos son frecuentemente usados para dar mayor claridad. Un símbolo de soldadura podría incluir los siguientes elementos:
Línea de referencia (elemento requerido) Flecha (elemento requerido) Cola Elemento básico de soldadura Dimensiones y otros datos Símbolos suplementarios Símbolos de terminación Especif., procesos u otra referencia
- Reference line - Ar ro w - Tail - Basic weld symbol - Dimensions and other data - Supplementary symbol s - Finish symbols - Specification, proc ess or ot her reference
Como material de apoyo se sugiere la norma ANSI/AWS A3.0 “Standard Symbols for Welding, Brazing, and Nondestructive Examination”. Entrenamiento Certificación CWI
La línea de referencia siempre es dibujada horizontalmente y es usada para aplicar los símbolos de soldadura y otros datos. El lado inferior de la línea de referencia se define como el lado de la flecha (arrow side), por su parte el lado superior de la línea de referencia está relacionado con el otro lado de la flacha ( other side). Esta convención es mostrada en la figura 4.27.
(otro lado) (lado flecha)
(otro lado) (lado flecha)
Figura 4.27 Significado lado flecha y otro lado de la flecha.
También se pueden agregar múltiples líneas de referencia que podrían utilizar cada uno de ellos símbolos. Ver figura 4.28
Figura 4.28 Múltiples líneas de referencia
Por su parte, la flecha conecta la línea de referencia a la unión de soldadura o área a ser soldada, podría ser mostrada con quiebre o sin él, o con múltiples líneas de referencia. Cuando la flecha es mostrada con un quiebre, éste último siempre apuntará hacia el miembro de la unión que será preparada o conformada, tal como muestra la figura 4.29.
Otro lado Lado flecha Otro lado
Lado flecha
Figura 4.29 Significado del quiebre de la flecha.
La cola del símbolo de soldadura es usado para indicar los procesos de soldadura y corte como también las especificaciones de procedimiento o cualquier otra información que ayude en interpretar el símbolo. La figura 4.30 muestra los símbolos de soldadura usados sobre o debajo de la línea de referencia, en este caso, la línea es mostrada en forma punteada sólo para el ejemplo. Ubicación de los símbolos d e soldadura
No importando para donde señalice la flecha, el símbolo de soldadura puede estar ubicado sobre o bajo la línea de referencia. Cuando éste se encuentra ubicado sobre la línea de referencia, la soldadura debe ser realizada en el otro lado de la unión, por el contrario si el símbolo se encuentra bajo la línea de referencia la soldadura sé realizada en el lado de la unión. Si el símbolo se encuentra en ambos lados, la soldadura es realizada en ambos lados de la unión. Entrenamiento Certificación CWI
Las líneas perpendiculares usado en el símbolo de filete, bisel, bisel en J, flare bevel siempre es dibujado al lado izquierdo
Figur a 4.30
De manera clarificar los términos descritos, estos serán mostrados mediante ejemplo, en forma adicional, se aprovecharán estos ejemplos para describir otros significados y usos de dimensionamientos utilizados en la simbología de la soldadura. Ver figuras desde 4.31 a 4.39.
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.31
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.32
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.33
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.34
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.35
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.36
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.37
Entrenamiento Certificación CWI
Figura 4.38
Entrenamiento Certificación CWI