Tema 4-6-Rev 1

ASOCIACIÓN ESPAÑOL A DE SOLDADURA SOLDA DURA Y TECNOLOGÍAS TECNOL OGÍAS DE UNIÓN

Tem a 4.6 MEDID A S, C CONTROL Y Y R REGISTROS E EN L A S O OPER A CIONES D DE S SOL DEO Ac A c t u ali al i zado zad o p o r : José Angel Díaz Rodríguez

Enero 2006 2006 Rev. 1

-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE SOLDADURA Y TECNOLOGÍAS DE UNIÓN

ÍNDICE 1.-

INTRODUCCIÓN

2.-

MÉTODOS DE MEDIDA

3.-

INSTRUMENTOS

4.-

TEMPERATURA

5.-

TIEMPO DE ENFRIAMIENTO

6.-

CONTROL DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

7.-

CALIBRACIÓN

8.-

PROCEDIMIENTOS DE MEDICIÓN

ANEXO 1

-CURSO DE FORMACIÓN DE INGENIEROS EUROPEOS/INTERNACIONALES DE SOLDADURA-

Tema 4.6 -1Rev.1 – Enero 06


1.- INTRODUCCIÓN Previamente a la realización de una soldadura se habrán planificado las etapas y operaciones de soldeo de acuerdo con la especificación de procedimiento de soldadura aplicable, en la que figurarán los valores máximos y/o mínimos de los distintos parámetros o variables a tener encuenta. Dicha especificación estará ampara por una homologación o cualificación del procedimiento, que garantiza que soldando de acuerdo con tal procedimiento se lograrán uniones soldadas que cumplen con las exigencias requeridas. Ahora bien, para garantizar que la soldadura se realiza de acuerdo con el procedimiento aplicable hay que proceder a medir, controlar y registrar los parámetros con los que se está trabajando, comprobando que están dentro del rango especificado y, en caso de detectarse desviaciones, acometer las acciones correctivas oportunas. Los parámetros a medir y controlar durante la operación de soldeo son: •

Espesor del material base.

•

Dimensiones de los biseles y separación entre ambos.

•

Diámetro o dimensiones principales de los electrodos y materiales de aporte.

•

Flujo de gas de protección.

•

Temperatura de precalentamiento.

•

Tensión, intensidad y velocidad de soldeo.

•

Temperatura entre pasadas.

•

Temperatura de postcalentamiento.

•

Temperatura de tratamiento térmico y sus velocidades de calentamiento y enfriamiento.

•

Otros que tengan una influencia significativa en las características y/o calidad de la soldadura. Por ejemplo, para los aceros de alta resistencia templados y revenidos es critica la velocidad de enfriamiento de su soldadura o tiempo de enfriamiento desde la temperatura de 800 ºC hasta la de 500 ºC.

2.- MÉTODOS DE MEDIDA Sobre la base de lo anterior los métodos de medida a aplicar serán los apropiados para la medición de longitudes, ángulos, caudales de gases, temperaturas, tensión e intensidad eléctricas, velocidad de avance y tiempo. La medida es el resultado de la medición, es decir, de comparar dos magnitudes semejantes. Las mediciones que se realizan en el taller tienen uno de los dos objetivos siguientes: •

Medir, que es la determinación numérica de un parámetro.




•

Verificar que es la comprobación de si una medida es mayor o menor que un valor numérico dado.

La medición puede hacerse por métodos directos, en los que la medida se obtiene por lectura inmediata en el instrumento adecuado, o indirectos, en los que la medida se obtiene por combinación de más de un instrumento. Por ejemplo, en soldaduras automáticas o semiautomáticas la velocidad de soldeo se medirá directamente mediante lectura del instrumento incorporado en el equipo de soldadura, mientras que en soldaduras manuales dicha velocidad habrá que obtenerla mediante el cociente de la longitud medida de cordón depositado entre el tiempo cronometrado utilizado para realizar tal cordón. Los factores que determinan la bondad o grado de incertidumbre de un método de medida son: •

•

•

La técnica operatoria. Toda medición que se realice en un taller deberá realizarse de forma que las medidas obtenidas tengan el mínimo error posible y que los instrumentos empleados no sufran desgastes o deterioros sensibles. El operario. Aunque los fabricantes de los instrumentos de medida tienden cada vez más a desarrollar aparatos que funcionen con igual exactitud independientemente de quien los maneje, las observaciones demuestran que el entrenamiento y la experiencia del operario, junto a dotes especiales del mismo,, son la mejor garantía de una buena medida. Los instrumentos empleados. La precisión de un instrumento depende de su sensibilidad y de sus limites de apreciación. En general los instrumentos de medida a utilizar en un taller deben tener una sensibilidad diez veces mayor a la precisión requerida para la magnitud a medir, por ejemplo, para medir décimas de milímetro se deberá emplear un aparato que aprecie centésimas, y unos limites de apreciación tales que la medida obtenida este entre un cuarto y tres cuartos de la escala de apreciación.

Consecuentemente con esto se deberá aplicar un método de medida que la experiencia o las normas aconsejen y que, en general, para las operaciones de soldeo suelen ser sencillos, excepto casos particulares en los que se requieran altas precisiones o monitorización.

3.- INSTRUMENTOS En el Anexo 1 se muestran una serie de instrumentos de medida aplicables a las operaciones de soldadura, incluyéndose una reseña sobre sus características o su aplicación. En él puede verse: •

•

•

•

•

Los números 1 a 3 son registradores para la monitorización de soldaduras complejas que miden varios parámetros simultáneamente. El número 4 es un analizador de gases que puede medir también el caudal. Los incluidos en el número 5 son galgas de distintos tipos para la medición en distintas configuraciones de biseles y de uniones soldadas. Los números 6 y 7 realmente no son instrumentos de medida. El 6 son linternas que pueden utilizarse para facilitar las mediciones y el 7 son marcadores de metal que se suelen utilizar para señalizar sobre las uniones soldadas. Los números 8 a 12 son medidores o indicadores de temperatura.




Además de los anteriores también se emplean otros instrumentos, tales como: •

Amperímetros y voltímetros para la medición de los parámetros eléctricos. Normalmente se miden mediante lectura directa de los que incorporan los equipos de soldadura, pero también se pueden emplear dispositivos externos tales como pinzas multímetricas.

•

Medidores de caudal de gases.

•

Medidores de velocidad de soldeo en los procesos automáticos y semiautomáticos.

•

Cintas métricas y reglas.

•

Cronómetros.

4.- TEMPERATURA Las temperaturas de precalentamiento, entre pasadas y de postcalentamiento, junto con la del tratamiento térmico, son unos de los parámetros a medir y controlar más críticos, debido a que una aplicación no correcta de las mismas podría dar lugar a que en la unión soldada existan discontinuidades metalúrgicas no detectables mediante ensayos no destructivos, tales como áreas frágiles y de alta dureza y disminución de su resistencia. Ahora bien, dado que normalmente los valores especificados para las temperaturas de precalentamiento, entre pasadas y de postcalentamiento son valores mínimos o máximos, y por tanto no tienen una tolerancia en mas y menos, la medición de tales temperaturas se limita a una verificación de que sean mayores o menores que las especificadas. Como ya se ha indicado, los números 8 a 12 del Anexo 1 son los más utilizados para su medición.

5.- TIEMPO DE ENFRIAMIENTO El tiempo de enfriamiento es otro de los parámetros críticos a controlar porque dependiendo de lo lento o rápido que pueda ser éste, en la zona afectada térmicamente se obtendrán estructuras metalúrgicas distintas, y en función de las mismas las características de tenacidad y resistencia podrán ser aceptables o no. Un caso en el que este fenómeno tiene suma importancia es el de la soldadura de los aceros de alta resistencia templados y revenidos. Los fabricantes de estos aceros recomiendan normalmente que el tiempo de enfriamiento desde la temperatura de 800 ºC hasta la de 500 ºC este comprendido en un rango muy estrecho, por ejemplo entre 10 segundos y 25 segundos. La medición a realizar en este caso es múltiple, por un lado habra que estar midiendo la temperatura de forma continua y por otro el tiempo que transcurre, pero para asegurar la calidad de la soldadura no basta con conocer continuamente los valores de ambas mediciones, en función de dichos valores será necesario intervenir aportando calor o refrigerando. Por lo anterior este parámetro deberá medirse y controlarse mediante un sistema de monitorización que nos permita realizar las intervenciones necesarias.




6.- CONTROL DEL TRATAMIENTO TÉRMICO El tratamiento térmico de postsoldeo para aliviar tensiones, normalmente entre 600 y 700 ºC para los aceros ferríticos, se suele realizar introduciendo toda la construcción soldada en un horno preferentemente, o con calentamientos locales si lo anterior no fuese posible. Para controlar este tratamiento deberá realizarse la medición continua de los parámetros siguientes: •

•

•

•

La velocidad de calentamiento, con el fin de que sea uniforme y evitar distorsiones debidas a tensiones térmicas, especialmente cuando la construcción soldada tiene miembros con rigidez distinta. Normalmente estará especificada como inferior a X ºC/hora. La temperatura a alcanzar, que normalmente estará especificada con una tolerancia de ± 15 ºC. El tiempo de mantenimiento a temperatura, que normalmente estará especificado como un mínimo. La velocidad de enfriamiento, con el fin de que sea uniforme y evitar distorsiones y la aparición de nuevas tensiones residuales. Normalmente estará especificada como inferior a X ºC/hora.

Para realizar la medición de estos parámetros y controlar el tratamiento térmico se colocarán estratégicamente termopares sobre la construcción soldada, llevando su lectura a un registrador grafico automático, que en función de los datos recibidos intervendrá sobre los medios de calentamiento para aportar mas calor o disminuir dicha aportación.

7.- CALIBRACIÓN Para que todas las mediciones a las que nos hemos referido anteriormente sean fiables es necesario que todos los instrumentos de medición estén correctamente calibrados, como mínimo contrastados con un patrón, calibrado de acuerdo con el programa de calidad establecido. La norma para el aseguramiento de la calidad de las construcciones soldadas EN-729 incluye un capitulo dedicado a la calibración de instrumentos de medida. La mayoría de los talleres de construcciones soldadas tienen implantados procedimientos para esta calibración. Normalmente disponen de instrumentos patrones calibrados con los que contrastan periódicamente los instrumentos de trabajo sencillos. Los instrumentos patrones y los instrumentos de trabajo complejos deben enviarlos periódicamente a un Centro de Metrología Acreditado para su calibración. Los procedimientos de calibración deben indicar claramente los instrumentos a los que son aplicables, el método de calibración aplicado y la periodicidad con que se realizará la calibración. Deberán elaborar un registro de todos los instrumentos calibrados disponibles, en el que figurarán como mínimo todos los datos identificativos de cada instrumento, el patrón utilizado y las fechas de la última calibración y de la próxima. Además, los instrumentos deberán etiquetarse con ambas fechas para evitar que involuntariamente se utilicen los que estén fuera del plazo de validez de la última calibración.




8.- PROCEDIMIENTOS DE MEDICIÓN Los talleres de construcciones soldadas deberán tener implantados procedimientos de medición, en los que traten los aspectos siguientes: •

Objeto, indicando el tipo de medición a realizar con el mismo.

•

Alcance, indicando a que componentes es aplicable y en que momento.

•

Referencias consideradas a lo largo del procedimiento.

•

Estado superficial de los componentes a los que es aplicable.

•

Facilidades necesarias para realizar la medición.

•

Personal requerido para realizar la medición.

•

Técnica operatoria

•

Criterios de aceptación

•

Formatos a cumplimentar con las medidas obtenidas.




ANEXO 1

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN




1. Registrador de datos de soldeo Permite registrar: - Corriente en escalas: 0-250, 0-750 ó 0-100 A - Voltaje: 0-60 voltios - Velocidad de alimentación de hilo: 0-25m/mn - Tiempo de soldadura: 0-600 segundos - Tiempo transcurrido: 0-9999 segundos - Fecha, tiempo - Energía: vatios - Cable usado: metros - Energía usada: KJ - Velocidad de soldadura

2. Dispositivo de medida de parámetro de soldeo -

Velocidad de alimentación de hilo hasta 10.000 mm/seg. Longitud de hilo 99.999,9 m Peso metal depositado: 99.999,9 g Cálculo del peso para: hilo de acero, de aluminio de Cr, Ni. Cálculo ajustable a los diámetros, 0.6, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1,6 mm Tiempo de soldeo 99.999,99 seg. Voltaje: hasta 199, 9 vol. Corriente: hasta 1.200 Amp. Precisión en tiempo: 0,5 segundos

3. Sistema modul ar de control de soldadur a con cámara adaptable a robot, para el seguim iento de soldaduras realizadas con procesos: -

TIG MIG, MAG FCAW Procesos de corte




4. Analizador de gases: 0 2 y CO2 en las mezclas de soldaduras control ador simult aneo del contenido en O2 y CO2 en las mezclas de gases para soldadura -

-

Lectura con precisión del 0,1 % de oxígeno en escalas del 10% ó 25%, con detector intercambiable y vida de 5 años al 20,9%. Escala del 0-30% para el CO 2 con detector infrarrojo. Calibración: con botella patrón de CO 2 para el CO2 y aire para el O2

5.- Galgas Galga de soldadura sencilla:

a) Mide soldaduras en ángulo entre 3 y 15 mm de espesor. La galga se situará con la parte curvada de las caras de fusión de forma que tenga tres puntos de contacto con la pieza y las soldaduras en ángulo. b) Mide sobreespesor de soldaduras a tope con la parte recta. Debido a que estas galgas son de aluminio relativamente blando, se desgastan rápidamente. Juego de galgas de soldadura

Mide soldaduras en ángulo entre 3 y 12 mm de espesor, de 3 a 7 mm la graduación es de 0,5 mm, por encima sólo existen las de 8 mm, 10 mm y 12 mm. La galga mide empleando el principio de contacto en tres puntos.

Galga de sold adura con c alibre

Mide soldaduras en ángulo, también puede determinar el sobreespesor de las soldaduras a tope. Los lados de la galga están conformados de tal manera que puede medirse con ellos ángulos entre caras de 60º, 70º, 80º y 90º en soldaduras a tope en V y en V simple. Ligeras desviaciones en lo anterior pueden conducir a errores significativos.




5.- Galgas (continuación) Galga de soldadura

Mide 7 espesores de garganta en soldaduras en ángulo con un ángulo entre caras de 90º.

Galga de soldadura de tres escalas

Mide espesores de garganta y longitudes de lado. También puede medir sobreespesor de soldadura a tope. Fácil de utilizar. También es apropiada para soldaduras en ángulo asimétricas.

Galga para verificar el perfil de soldaduras en ángulo

Verifica el perfil de una forma para una dimensión de soldaduras en ángulo. Este tipo de galga necesita un modelo para cada dimensión de soldadura en ángulo.

Galga para fines múl tiples

Mide ángulos de bisel, longitudes de lado de las soldaduras en ángulo, mordeduras, desalineamientos, espesores de garganta y sobreespesor de las soldaduras. Galga de soldadura universal

Mide: -

Soldaduras en ángulo: forma y dimensiones. Soldadura a tope: desalineamiento de chapas, preparaciones de la unión (ángulos, anchura) sobreespesor de la soldadura, anchura de la soldadura, mordeduras.




5.- Galgas (continuación) Galga de abertura Mide la anchura de las aberturas.

Galga de gancho para desalineamientos

Mide el desalineamiento de la preparación en uniones a tope de chapas y tubos. Galga de soldadura a tope universal

Mide la preparación y el acabado de soldaduras a tope: 1. ángulo de bisel 2. anchura de la abertura en la raíz 3. sobreespesor de la soldadura 4. anchura de la superficie de la soldadura 5. profundidad de las mordeduras 6. diámetros de los consumibles 6.- Linternas de apoyo a la inspección visual ..




7.- Marcadores para metal -

Suelen encontrarse con espesor de trazo de 5/65”, 48” p 3/16” Marcador rápido, versátil y permanente

8.- Dispositivos de medida de temperatura Placas de medición de temperatura .

Placas con discos que se tornan negros cuando alcanzan la temperatura indicada. Tiempo de reacción inferior a 1 segundo.

9.- Termopares -

Alimentación por batería de 12 voltios Respuesta inferior a 7 segundos (por descarga de condensadores). Fácil de eliminar de la superficie de aplicación Sistema de conexión




10.- Termómetros por infrarrojos

-

Rango de temperaturas 0-1000º C Mide temperaturas superficiales de prácticamente todos los metales. Recomendado para medir temperaturas de precalentamiento en tubería Precisión 1º C

11.- Lápices termofusibles -

-

-

-

-

Las marcas realizadas con estos dispositivos funden cuando alcanzan la temperatura indicada en los mismos. Se debe despreciar cualquier cambio de calor que pueda ocurrir, dado que no tiene significado alguno. Con objeto de controlar una determinada temperatura se deben seleccionar como mínimo dos lápices uno inmediatamente por debajo del nivel de temperatura que se quiere alcanzar y otro inmediatamente superior. Exposiciones prolongadas a temperaturas inferiores a la indicada en el lápiz, pueden producir la evaporación o absorción de la marca. El material del que están compuestos estos lápices pueden encontrarse en el mercado en forma de pastillas o líquidos. El funcionamiento es exactamente el mismo. Los líquidos se utilizan sobre aquellas superficies donde los lápices no marcan bien (metales pulidos, vidrios,….) y las pastillas cuando la exposición a temperatura elevada es alta (se evita los efectos de la vaporización).




12.- Pinturas termo-indicadores -

Cambian de color al alcanzar la temperatura especificada. Se aplica mediante una brocha o “spray”. Tabla:



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